1
LỜI NÓI ĐẦU
Chúng ta đang sống trong thời kỳ công nghip ha, hin đại ha đất nước, chất
lượng cuộc sống ngày càng được nâng cao. Yêu cu ngày càng cao ca nn kinh t số
và hội nhp quốc t với s pht trin và ng dng vượt bc ca nn công nghip 4.0.
Đ gp phn đm bo tit kim năng lượng, an toàn an ninh năng lượng, vic tìm hiu
đặc tính, kt cấu, tính toán la chọn sử dng thit bị đin rất cn thit cho cc nhà thit
k ngành đin, cc sinh viên ngành kỹ thut đin - đin tử.
Hin nay trên thị trường có nhiu giáo trình vit v nội dung thit bị đng cắt,
nhưng cc tài liu này chỉ phù hợp cho vic tham kho, chưa st với chương trình học
phn/môn học ca Trường Đại học Thi Bình. Thc hin nghị quyt ca Đng y và
s chỉ đạo ca Lnh đạo Nhà trường v vic tăng cường biên soạn gio trình, sch
chuyên kho, tài liu tham kho phc v nghiên cu, ging dạy và học tp ca CBGV,
HSSV, nhằm mc đích thống nhất, thun tin cho vic ging dạy ca ging viên và
vic theo dõi bài ging ca sinh viên ngành công ngh kỹ thut đin – đin tử, chúng
tôi biên soạn cuốn giáo trình "Thiết bị đóng cắt và bảo vệ". Gio trình c nội dung
được chia thành 7 chương:
Chương 1. Lý thuyt cơ sở thit bị đng cắt.
Chương 2. Rơ le điu khin và bo v.
Chương 3. Thit bị phân phối đin năng và điu khin.
Chương 4. Máy cắt đin cao áp.
Chương 5. Dao cách ly, dao ngắn mạch, khng đin và thit bị chống sét.
Chương 6. Máy bin dòng đin và máy bin đin áp.
Chương 7. Một số sơ đồ ng dng các thit bị đin đ đng cắt và điu khin
động cơ đin.
Trong quá trình biên soạn, nhm tc gi đ nhn được s giúp đỡ và cung cấp tài
liu ca các thy, cô giáo trong Bộ môn đin, trường Đại học Thái Bình.
Nhm tc gi đ c nhiu cố gắng trong qutrình biên soạn, nhưng gio trình
chắc không tránh khỏi những khim khuyt. Chúng tôi mong nhn được các ý kin
đng gp ca bạn đọc đ hoàn chỉnh thêm nội dung cho ln xuất bn sau. Mọi ý kin
đng gp xin gửi v Khoa đin - đin tử, Trường Đại học Thái Bình, Tân Bình, TP
Thái Bình, Tỉnh Thi Bình. Xin trân trọng cm ơn!
Nhóm tác gi
2
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT ................................... 7
1.1. PHÂN LOẠI THIẾT BỊ ĐIỆN ............................................................................. 7
1.2. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI THIẾT BỊ ĐIỆN ....................................... 8
1.3. CÁC VẬT LIỆU CƠ BẢN DÙNG CHO THIẾT BỊ ĐIỆN .................................. 9
1.4. SỰ PHÁT NÓNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN ......................................................... 10
1.4.1. Khái nim chung ......................................................................................... 10
1.4.2. Ch độ làm vic dài hạn ............................................................................. 11
1.4.3. Ch độ làm vic ngắn hạn ........................................................................... 13
1.4.4. Ch độ làm vic ngắn hạn lặp lại ................................................................ 14
1.4.5. Quá trình phát nóng khi ngắn mạch ............................................................ 15
1.5. TIẾP XÚC ĐIỆN VÀ TIẾP ĐIỂM CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN ................................ 15
1.5.1. Khái nim chung v tip xúc đin .............................................................. 15
1.5.2. Đin trở tip xúc và các yu tố nh hưởng đn đin trở tip xúc ............... 16
1.5.3. Các trạng thái làm vic ca tip đim ......................................................... 18
1.5.4. Vt liu làm tip đim và nguyên nhân gây hư hỏng ................................. 21
1.6. HỒ QUANG ĐIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẬP TẮT HỒ QUANG .................. 21
1.6.1. Khái nim hồ quang đin ............................................................................ 21
1.6.2. Quá trình phát sinh hồ quang đin ............................................................. 21
1.6.3. Quá trình dp tắt hồ quang đin ................................................................. 23
1.6.4. Hồ quang đin một chiu ............................................................................ 23
1.6.5. Hồ quang đin xoay chiu .......................................................................... 26
1.6.6. Các bin pháp dp tắt hồ quang .................................................................. 28
1.7. LỰC ĐIỆN ĐỘNG ............................................................................................. 31
1.7.1. Cc phương php tính lc đin động .......................................................... 31
1.7.2. Lc đin động ở mạch một pha .................................................................. 33
17.3. Lc đin động ở mạch ba pha ...................................................................... 34
1.7.4. Độ bn đin động ca thit bị đin ............................................................. 35
1.8. NAM CHÂM ĐIỆN ........................................................................................... 35
1.8.1. Khái nim nam châm đin .......................................................................... 35
1.8.2. Cấu tạo nam châm ...................................................................................... 35
1.8.3. Nguyên lý làm vic ..................................................................................... 36
1.8.4. Phân loại ..................................................................................................... 36
1.8.5. Các tham số mạch từ ................................................................................... 36
1.8.6. Cc định lut cơ bn ca mạch từ ............................................................... 37
1.8.7. Tính toán từ dẫn không khí ......................................................................... 37
1.8.8. Mạch từ một chiu và mạch từ xoay chiu ................................................. 41
1.9. CUỘN DÂY CỦA NAM CHÂM ĐIỆN ............................................................ 46
1.9.1. Tính toán cuộn dây một chiu .................................................................... 48
1.9.2. Tính toán cuộn dây xoay chiu ................................................................... 49
1.9.3. Cách tính thc nghim nam châm đin ...................................................... 49
3
1.10. LỰC HÚT ĐIỆN TỪ CỦA NAM CHÂM ĐIỆN ............................................. 51
1.10.1. Lc hút đin từ ca nam châm đin một chiu ......................................... 51
1.10.2. Lc hút đin từ ca nam châm đin xoay chiu ....................................... 54
1.10.3. Lc hút nam châm đin ba pha ................................................................. 57
TỔNG KẾT CHƯƠNG 1 ................................................................................. 58
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 1 ......................................................... 59
BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ..................................................................... 60
CHƯƠNG 2. RƠLE ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ ........................................................ 63
2.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN .............................................................................. 63
2.1.1. Khi nim v rơle ........................................................................................ 63
2.1.2. Các bộ phn cơ bn ca rơle ....................................................................... 63
2.2. PHÂN LOẠI RƠLE ........................................................................................... 64
2.3. CÁC THAM SỐ CƠ BẢN CỦA RƠLE ............................................................. 65
2.4. RƠ LE ĐIỆN TỪ ................................................................................................ 66
2.5. RƠLE DÒNG ĐIỆN VÀ RƠLE ĐIỆN ÁP ......................................................... 67
2.5.1. Rơle dòng đin cc đại ............................................................................... 67
2.5.2. Rơle đin áp ................................................................................................ 68
2.6. RƠLE TRUNG GIAN ........................................................................................ 69
2.7. RƠLE TỪ ĐIỆN ................................................................................................. 69
2.8. RƠLE ĐIỆN ĐỘNG ........................................................................................... 70
2.9. RƠLE CẢM ỨNG .............................................................................................. 72
2.10. RƠ LE NHIỆT .................................................................................................. 74
2.11. RƠ LE THỜI GIAN .......................................................................................... 77
2.11.1. Khái nim chung ...................................................................................... 77
2.11.2. Rơ le thời gian đin từ .............................................................................. 77
2.11.3. Rơle thời gian ON DELAY (S chm trễ) ............................................... 78
2.12. RƠ LE TỐC ĐỘ ............................................................................................... 80
2.13. RƠ LE ÁP LỰC ................................................................................................ 81
TỔNG KẾT CHƯƠNG 2 ................................................................................. 81
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 2 ......................................................... 82
BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ..................................................................... 83
CHƯƠNG 3. THIẾT BỊ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ............................ 85
3.1. CẦU DAO .......................................................................................................... 85
3.1.1. Khái quát và công dng .............................................................................. 85
3.1.2. Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động ca cu dao ............................. 85
3.1.3. Tính chọn cu dao ....................................................................................... 86
3.2. CÔNG TẮC ........................................................................................................ 87
3.2.1. Khái quát và công dng .............................................................................. 87
3.2.2. Cấu tạo và phân loại .................................................................................... 87
3.2.3. Công tắc vạn năng ....................................................................................... 87
3.2.4. Công tắc hành trình ..................................................................................... 88
4
3.3. CẦU CHÌ ............................................................................................................ 89
3.3.1. Khái nin và các yêu cu ca cu chì ......................................................... 89
3.3.2. Cấu tạo cu chì............................................................................................ 89
3.3.3. Nguyên lý hoạt động và phân loại cu chì.................................................. 90
3.4. ÁP TÔ MÁT (CB) ............................................................................................. 91
3.4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ca áp tô mát (CB) .................................. 92
3.4.2. Phân loại và cách la chọn CB ................................................................... 95
3.5. ÁPTÔMÁT CHỐNG GIẬT MỘT PHA ....................................................................... 99
3.6. ÁPTÔMÁT CHỐNG GIẬT BA PHA ....................................................................... 100
3.7. NÚT NHẤN ..................................................................................................... 103
3.8. BỘ KHỐNG CHẾ ............................................................................................ 105
3.8.1. Bộ khống ch kiu trống ........................................................................... 105
3.8.2. Bộ khống ch kiu cam ............................................................................ 106
3.9. ĐIỆN TRỞ VÀ BIẾN TRỞ .............................................................................. 107
3.9.1. Đin trở ..................................................................................................... 107
3.9.2. Bin trở ................................................................................................... 108
3.10. CÔNG TẮC TƠ.............................................................................................. 108
3.10.1. Khái nim công tắc tơ ............................................................................. 108
3.10.2. Cấu tạo công tắc tơ ................................................................................. 109
3.10.3. Nguyên lý hoạt động ca công tắc tơ ..................................................... 111
3.10.4. Các thông số ca công tắc tơ .................................................................. 111
3.10.5. Các ch độ sử dng công tắc tơ theo tiêu chuẩn ca Pháp và tây âu .... 112
3.11. KHỞI ĐỘNG TỪ ........................................................................................... 114
3.12. THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT KHÔNG TIẾP ĐIỂM ............................................... 118
3.12.1. Khái nim chung ..................................................................................... 118
3.12.2. Thit bị đng cắt dùng Tranzito ............................................................. 118
3.12.3. Thit bị đng cắt dùng Thyristor điu khin động cơ ba pha ................. 120
3.12.4. Thit bị đng cắt dùng triac điu khin động cơ ba pha ......................... 120
TỔNG KẾT CHƯƠNG 3 ............................................................................... 121
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 3 ...................................................... 121
BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ................................................................... 123
CHƯƠNG 4. MÁY CẮT ĐIỆN CAO ÁP ............................................................... 126
4.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY CẮT............................................................. 126
4.2. PHÂN LOẠI MÁY CẮT .................................................................................. 126
4.3. CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY CẮT ................................................................. 127
4.4. CÁC YÊU CẦU CHÍNH ĐỐI VỚI MÁY CẮT ............................................... 128
4.5. MÁY CẮT DẦU .............................................................................................. 128
4.5.1. My cắt nhiu du ..................................................................................... 128
4.5.2. My cắt ít du ........................................................................................... 129
4.6. MÁY CẮT KHÔNG KHÍ NÉN ....................................................................... 130
4.6.1. Máy cắt không có dao cách li lắp kèm ..................................................... 132
5
4.6.2. Máy cắt có dao cách li lắp kèm ................................................................. 133
- QUÁ TRÌNH ĐÓNG THEO THỨ TỰ NGƯỢC LẠI: BỘ CÁCH LY 5 ĐÓNG TRƯỚC, TIẾP
THEO LÀ ĐẾN BỘ CÁCH LY 4. (HAI TIẾP ĐIỂM TRONG BUỒNG CẮT, ĐÃ ĐÓNG LẠI SAU
KHI QUÁ TRÌNH CẮT KẾT THÚC). .............................................................................. 133
4.7. MÁY CẮT KHÍ SF6 ......................................................................................... 133
4.8. MÁY CẮT CHÂN KHÔNG ............................................................................ 134
TỔNG KẾT CHƯƠNG 4 ............................................................................... 136
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 4 ....................................................... 137
BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ................................................................... 138
CHƯƠNG 5. DAO CÁCH LY, DAO NGẮN MẠCH, KHÁNG ĐIỆN VÀ THIẾT
BỊ CHỐNG SÉT ........................................................................................................ 140
5.1. DAO CÁCH LY ............................................................................................... 140
5.1.1. Khái quát và công dng ............................................................................ 140
5.1.2. Phân loại .................................................................................................... 141
5.1.3. Dao cách ly đặt trong nhà ......................................................................... 142
5.1.4. Dao cách ly lắp đặt ngoài trời ................................................................... 143
5.2. DAO NGẮN MẠCH ........................................................................................ 144
5.3. KHÁNG ĐIỆN ................................................................................................ 145
5.4. THIẾT BỊ CHỐNG SÉT ................................................................................... 148
5.4.1. Khái quát và công dng ............................................................................ 148
5.4.2. Cấu tạo và nguyên lý làm vic chống sét van có khe hở dp hồ quang ... 149
5.4.3. Cấu tạo và nguyên lý làm vic loại chống sét ống ................................... 151
TỔNG KẾT CHƯƠNG 5 ............................................................................... 152
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 5 ....................................................... 153
BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ................................................................... 154
CHƯƠNG 6. MÁY BIẾN DÒNG VÀ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP ............................... 156
6.1. MÁY BIẾN DÒNG (BI) ................................................................................... 156
6.1.1. Các ch độ làm vic ca máy bin dòng ................................................... 159
6.1.2. Một số kiu bin dòng .............................................................................. 160
Nhược đim ca máy bin dòng hai tng là đin trở th cấp rất lớn, sai số tăng.
........................................................................................................................ 162
6.2. MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BU) ............................................................................. 162
6.2.1. Khái nim chung v BU ............................................................................ 162
6.2.2. Máy bin áp BU kiu đin từ .................................................................... 166
6.2.3. Máy bin đin áp kiu t phân áp ............................................................. 167
6.2.4. Máy bin đin áp phân áp kiu t đin có khuch đại .............................. 168
6.2.5. Máy bin đin áp làm vic theo hiu ng POCKELS .............................. 169
6.2.6. Cc sơ đồ đo đm đin năng dùng BI và BU ............................................ 169
TỔNG KẾT CHƯƠNG 6 ............................................................................... 172
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 6 ....................................................... 173
BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ................................................................. 174