Giáo trình Trang bị điện: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:115

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của giáo trình "Trang bị điện" cung cấp cho học viên những kiến thức về: thiết bị điều khiển; thiết bị cung cấp điện; cáp điện và dây dẫn; kiểm nghiệm, sửa chữa và vận hành thiết bị điện; tổ chức sửa chữa thiết bị điện mỏ;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Trang bị điện: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chương 3. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 3.1 Phân loại và các yêu cầu đối với các thiết bị điều khiển Thiết bị điều khiển được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện, máy móc dùng điện theo các chế độ làm việc cần thiết của chúng. Các thiết bị điều khiển được phân loại theo các dấu hiệu khác nhau như: - Theo cấp điện áp, gồm: Thiết bị điều khiển hạ áp (điện áp ≤ 1000 V), thiết bị điều khiển trung áp (1000 V < điện áp ≤ 35 kV), thiết bị điều khiển cao áp (35 kV < điện áp ≤ 220 kV) và siêu cáp áp (220 kV < điện áp), - Theo phương thức điều khiển, gồm: Thiết bị điều khiển bằng tay và thiết bị điều khiển từ xa và tự động. - Theo hình thức chế tạo, gồm: Thiết bị điện kiểu hở, kiểu kín và kiểu phòng nổ. Do điều kiện đặc biệt của mỏ nên các thiết bị điều khiển cần phải thỏa mãn một số yêu cầu sau: - Được chế tạo theo kiểu kín để bụi và nước không lọt được vào trong vỏ. - Có độ bền cơ học cao để tránh các tác động phá hoại cơ học. - Có khóa liên động để loại trừ khả năng chạm vào phần mang điện của thiết bị. - Đảm bảo kiểm tra tự động mạch tiếp đất khi dùng thiết bị để điều khiển cho các máy móc di động. - Các thiết bị điều khiển sử dụng trong mỏ có khí bụi nổ phải được chế tạo theo hình thức đặc biệt để bảo vệ khỏi nổ bầu không khí mỏ. Ở các mỏ không có khí và bụi nổ, đối với máy móc di động trong hầm lò, sử dụng thiết bị điều khiển chế tạo theo hình thức phòng nổ; còn đối với các máy móc đặt cố định trong các đường lò cái và sân giếng, được phép sử dụng các thiết bị thông thường kiểu kín và kiểu chống ẩm. Ở các mỏ lộ thiên, thiết bị điều khiển được sử dụng là các thiết bị điện dùng cho công nghiệp nói chung, loại được chế tạo để làm việc ngoài trời hoặc loại chế tạo để phục vụ cho mỏ lộ thiên. Đối với các mạch tự động điều khiển cần đảm bảo một số yêu cầu sau: - 68 -
- Đáp ứng các chế độ làm việc của thiết bị điện: Đối với một sơ đồ điện cần được thiết kế theo một bài toán kỹ thuật cụ thể. Một bài toán kỹ thuật được xác định theo những chức năng mà nó đảm nhiệm. - Đảm bảo các sai số trong phạm vi cho phép: Khi thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh có liên quan đến số lượng, dạng, công suất của các thiết bị động lực chính. Chúng được lựa chọn theo các chỉ tiêu kỹ thuật của từng thiết bị đó. Bài toán kỹ thuật cho biết chế độ làm việc của đối tượng điều chỉnh, các chế độ làm việc của các thiết bị động lực chính mà hệ thống tự động cần thực hiện. Nó cho chúng ta biết những sai số tĩnh và động cho phép của đại lượng điều chỉnh. Từ những thông số đó mà chọn những thông số của các thiết bị điều chỉnh cho hợp lý, đáp ứng được những yêu cầu về sai số. - Đảm bảo độ nhanh, điều chỉnh phù hợp: Các máy móc công nghiệp ngày càng có yêu cầu cao về năng suất lao động. Muốn đạt được yêu cầu đó, mạch điều khiển phải chính xác. Tuy nhiên, thường gặp trong các hệ thống tự động điều khiển, hệ thống tác động nhanh sẽ kéo theo lượng điều chỉnh lớn, do đó thường phải lựa chọn sao cho tối ưu theo yêu cầu thực tế của đối tượng. - Có chỉ tiêu năng lượng cao: Các hệ thống điều khiển cần có chỉ tiêu kinh tế cao. Trong chỉ tiêu kinh tế thì tổn thất năng lượng khi biến đổi và điều chỉnh đóng vai trò quan trọng. Ngoài ra hệ số công suất của hệ thống cũng góp phần ảnh hưởng không nhỏ đến chỉ tiêu năng lượng. 3.2 Thiết bị điều khiển bằng tay Với thiết bị điều khiển loại này, việc đóng thiết bị được thực hiện bằng tay thông qua cơ cấu cơ khí, còn cắt tiếp điểm có thể bằng tay hoặc tự động. Các thiết bị điều khiển bằng tay chủ yếu gồm: Cầu dao và bộ đảo mạch; hộp khống chế; máy ngắt tự động. 3.2.1 Cầu dao Cầu dao là thiết bị điều khiển đơn giản nhất dùng để đóng cắt mạch điện một chiều hoặc xoay chiều. Cầu dao được sản xuất với loại 1 cực, 2 cực hoặc 3 cực. Để làm tắt nhanh hồ quang khi cắt mạch, ở một số loại cầu dao ngoài dao chính còn có thêm dao phụ. Khi cắt dao chính, dao phụ còn nằm trong má kẹp của tiếp điểm - 69 -
cố định một thời gian, sau đó nhờ lò xo mà dao phụ cần cắt nhanh mạch. Bộ đảo mạch được chế tạo giống cầu dao nhưng có hai hệ tiếp điểm cố định để có thể đổi chiều hoặc vị trí pha của mạch điện. Khi sử dụng cầu dao đóng cắt mạch điện, để bảo vệ cực đại người ta thường sử dụng cầu chì. Hình vẽ cầu dao đơn giản được biểu diễn trên hình 3.1. Hình 3.1. Cầu dao 1- Dao chính 2 – Dao phụ 3- Má cố định 4- Lò xo 3.2.2 Hộp khống chế Hộp khống chế dùng để thực hiện một số thao tác trong sơ đồ truyền động điện như: Mở máy, dừng máy, đổi chiều quay, hãm và điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều hoặc không đồng bộ rôto dây quấn. Tùy theo cơ cấu cơ khí đóng mở tiếp điểm mà các hộp khống chế được chế tạo với kiểu quay và kiểu cam. Trên hình 3.2 biểu diễn sơ đồ điều khiển động cơ bằng bộ khống chế kiểu tang quay. Hình 3.2. Sơ đồ đấu động cơ qua hộp khống chế kiểu tang quay Đ- Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. 3.2.3 Máy ngắt tự động Máy ngắt tự động là thiết bị điều khiển, khi đóng bằng tay còn cắt thì có thể bằng tay hoặc tự động, dùng để đóng cắt điện cho đường dây chính. Trong thực tế - 70 -
máy ngắt tự động cũng có thể dùng để điều khiển bằng tay động cơ công suất đến 300 kW, điện áp dưới 1000V. Trong máy ngắt tự động được trang bị các hình thức bảo vệ sau: Bảo vệ khỏi ngắn mạch nhờ cơ cấu cắt (cơ cấu nhả khớp) kiểu điện từ, bảo vệ quá tải nhờ cơ cấu nhiệt hoặc phối hợp điện từ - nhiệt và bảo vệ mất điện nhờ rơ le cực tiểu. Theo kiểu chế tạo mà phân ra: máy ngắt tự động kiểu thường và máy ngắt tự động kiểu phòng nổ.  Máy ngắt tự động kiểu thường: Còn được gọi là Atomat có sơ đồ cấu tạo như hình vẽ 3.3 Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý Atomat 1, 6- Lò so; 2- Móc 2; 3- Móc 3; 4- Phần ứng; 5- Nam châm điện 5 Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, Aptomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm tiếp điểm động. Bật Aptomat ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút. Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của Aptomat được mở ra, mạch điện bị ngắt. Về cấu tạo: Aptomat (MCB hay MCCB) thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc ba tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang). - 71 -
Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính. Hình ảnh về Atomat MCB Schneider được biểu diễn trên hình 3.4. Hình 3.4. Atomat MCB Schneider 1- Thanh lưỡng kim 2- Tiếp điểm động 3- Thanh gạt 4 – Buồng dập hồ quang 5- Cuộn hút 6 – Tiếp điểm tĩnh. Các tham số kỹ thuật của Atomat: - In: Dòng điện định mức. Ví dụ: MCCB 3P 250A 36kA, In = 250A. - Ir: là dòng hoạt động được chỉnh trong phạm vi cho phép của Aptomat. Ví dụ aptomat chỉnh dòng 250A có thể điều chỉnh từ 125A đến 250A. - Ue: Điện áp làm việc định mức. - Icu: Dòng cắt ngắn mạch là khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất của tiếp điểm trong 1 giây. - Icw: Khả năng chịu dòng ngắn mạch trong 1 đơn vị thời gian. - 72 -
- Ics: khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố của thiết bị. Khả năng này phụ thuộc vào từng nhà sản xuất do công nghệ chế tạo khác nhau. Ví dụ cùng một hãng sản xuất nhưng có 2 loại MCCB là Ics = 50% Icu và Ics = 100% Icu. - AT: Ampe Trip (dòng điện tác động) - AF: Ampe Frame (dòng điện khung). Ví dụ NF250A 3P 200A và NF250A 3P 250A đều có AF = 250A nhưng một cái sẽ tác động khi dòng vượt quá AT = 200A, một cái sẽ tác động khi dòng vượt quá AT = 250A. Thông số AT/AF cho biết độ bền của tiếp điểm đóng cắt. Ví dụ Aptomat 250AT/400AF sẽ có độ bền cao hơn Aptomat 250AT/250AF, kích thước aptomat 400AF cũng lớn hơn, giá thành cao hơn. - Characteritic cuver: là đường cong đặc tính bảo vệ của CB (đường cong chọn lọc của CB). Đây là thông số rất quan trọng, quyết định cho việc chọn CB ở vị trí nào trong hệ thống điện. - Mechanical/electrical endurace: Số lần đóng cắt cơ khí cho phép/ số lần đóng cắt điện cho phép. Phân loại Aptomat: - Phân loại theo cấu tạo: + Aptomat dạng tép MCB (Miniature Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch. (Hình 3.5) Hình 3.5. Aptomat dạng tép MCB của hãng LS + Aptomat dạng khối MCCB (Moulded Case Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch. (Hình 3.6) - 73 -
Hình 3.6. Aptomat dạng khối MCCB của hãng Mitsubishi - Phân loại theo chức năng: + Aptomat thường (bảo vệ quá tải, ngắn mạch): MCB, MCCB + Aptomat chống rò: RCCB (Residual Current Circuit Breaker – aptomat chống dòng rò dạng tép), RCBO (Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection – aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng tép), ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker – aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng khối). - Phân loại theo số pha / số cực: + Aptomat 1 pha: 1 cực + Aptomat 1 pha + trung tính (1P+N): 2 cực + Aptomat 2 pha: 2 cực + Aptomat 3 pha: 3 cực + Aptomat 3 pha + trung tính (3P+N): 4 cực +Aptomat 4 pha: 4 cực - Phân loại theo dòng cắt ngắn mạch: + Dòng cắt thấp: thường dùng trong dân dụng. Ví dụ MCCB NF125-CV 3P 100A của Mitsubishi có dòng cắt 10kA. - Dòng cắt tiêu chuẩn: thường dùng trong công nghiệp. Ví dụ MCCB NF125- SV 3P 100A của Mitsubishi có dòng cắt 30kA. - Dòng cắt cao: thường dùng trong công nghiệp và các ứng dụng đặc biệt. Ví dụ MCCB NF125-HV 3P 100A của Mitsubishi có dòng cắt 50kA. - Phân loại theo khả năng chỉnh dòng: - Aptomat có dòng định mức không đổi. Ví dụ MCCB NF400-SW 3P 400A của Mitsubishi có dòng định mức 400A không thay đổi được. - 74 -
- Aptomat chỉnh dòng định mức. Ví dụ MCCB NF400-SEW 3P 400A của Mitsubishi có dòng định mức điều chỉnh được từ 200A - 400A. * Máy ngắt tự động kiểu phòng nổ: Máy ngắt tự động kiểu phòng nổ có vỏ phòng nổ riêng có sơ đồ điện biểu diễn trên hình 3.7. Phần trên của máy ngắt là hộp đấu cáp cho phép đấu vào hoặc cáp mềm, hoặc cáp bọc thép. Để bảo vệ khỏi ngắn mạch dùng rơ le cực đại PM1 và PM2 đặt trên 2 pha. Móc cầu dao độc lập được thực hiện ở dạng cuộn cắt OK, nó tác động lên cơ cấu cắt để cắt máy cắt khi cuộn này được cung cấp điện, ví dụ khi rơ le rò đóng tiếp điểm. Để ngăn không cho đóng máy ngắt sau khi cắt tự động do có ngắn mạch, các rơ le cực đại được trang bị móc cài để khóa máy ngắt sau khi bảo vệ này tác động. Việc tháo móc chỉ có thể thực hiện được sau khi mở nắp của máy ngắt. Việc trang bị móc cài như vậy nhắc nhở người vận hành phải khắc phục chỗ ngắn mạch trước khi đóng điện, vì nếu không thì tia lửa, hồ quang phát sinh ở chỗ ngắn mạch sẽ làm nổ bầu không khí mỏ. Từ mạng đến Ngăn cho mạng Đến máy ngắt sau Đến khởi động từ Ngăn ra Đến rơ le rò Hình 3.6. Sơ đồ máy cắt tự động AΦB Để kiểm tra khả năng làm việc của rơ le cực đại, trong máy ngắt có trang bị các cuộn dây phụ OП1 và OП2 quấn trên cùng một mạch từ của rơ le cực đại. Khi ấn các nút kiểm tra KПM1 hoặc KПM2, cuộn dây OП được đấu điện và nhờ cơ cấu nhả khớp của rơ le cực đại mà máy ngắt cắt. - 75 -
Ngoài ra trong mỏ hầm lò người ta cũng đã chế tạo các loại máy ngắt điều khiển đóng cắt điện từ xa. Trong máy ngắt loại này, để truyền động cho cơ cấu đóng cắt mạch dùng động cơ một pha có vành góp. Động cơ được điều khiển từ xa nhờ hộp nút điều khiển. Những máy ngắt tự động dùng để điều khiển đóng cắt điện cho toàn mạng được đấu vào đầu ra phía thứ cấp máy biến áp và bố trí kèm theo rơ le rò để bảo vệ khỏi rò điện cho mạng. Để tiện lợi cho vận hành, ở loại máy ngắt này cả máy ngắt và rơ le rò được lắp đặt trong một vỏ phòng nổ chung. Ở các mạng hạ áp mỏ hầm lò trong một số trường hợp cần phải trang bị hệ thống tự động đóng lặp lại. Hệ thống thiết bị tự động đóng lặp lại có thể lắp đặt trong vỏ riêng, nhưng với mục đích tiện lợi trong vận hành, chúng thường được lắp đặt chung với máy ngắt tự động trong cùng một vỏ phòng nổ. Trong điều kiện mỏ hầm lò, khi đoạn đường lò từ trạm biến áp khu vực đến trạm phân phối khá xa hoặc theo đường lò khó đi lại, để tiện cho vận hành thì cuối đường cáp chính được đặt thêm một máy ngắt tự động. Máy ngắt tự động được chọn thỏa mãn điều kiện: 𝑈đ.𝐴 ≥ 𝑈đ.𝑚 ; 𝐼đ.𝐴 ≥ 𝐼𝑙𝑣.𝑚 ; 𝐼𝑐ắ𝑡 ≥ 𝐼𝑛𝑚.𝑚𝑎𝑥 trong đó: Uđ.A, Uđ.m – điện áp định mức của máy ngắt và của mạng; Iđ.A – dòng điện dịnh mức máy ngắt; Ilv.m – dòng điện làm việc bình thường của mạng; Icắt – dòng cắt cho phép để không làm hỏng tiếp điểm của máy cắt; Inm.max – dòng ngắn mạch lớn nhất xảy ra trong mạng, chính là dòng ngắn mạch ba pha khi ngắn mạch xả ra ở các cực của máy ngắt, có kể đến sự tăng điện áp mạng lên 10%. 3.3 Thiết bị điều khiển từ xa và tự động 3.3.1 Khái quát chung Thiết bị điều khiển từ xa và tự động dùng để điều khiển từng phần hoặc toàn bộ truyền động điện của các máy móc. Trong hệ thống thiết bị điều khiển từ xa và tự động, tùy theo công dụng và cách tác động của chúng mà có thể phân ra thành 3 nhóm: - Các thiết bị dùng để đóng cắt dòng điện trong mạch cơ bản: Công tắc tơ - Các thiết bị dùng tác động lên mạch điều khiển của nhóm 1: Các loại rơ le điều khiển - 76 -
- Thiết bị chỉ huy dùng để truyền đi các tín hiệu điều khiển đến các thiết bị thuộc nhóm 2 và 1, nhằm đưa truyền động điện đến các chế độ làm việc khác nhau: hộp nút điều khiển, hộp khống chế chỉ huy, các loại rơ le và cảm biến khác nhau. Bộ phận chủ yếu của thiết bị điều khiển từ xa và tự động là công tắc tơ. Tập hợp công tắc tơ, rơ le điều khiển, các loại rơ le bảo vệ thành một thiết bị chung có tên gọi là bảng công tắc tơ, khởi động từ hoặc trạm từ. Ở các hệ truyền động điện đòi hỏi phải thực hiện nhiều thao tác như truyền động điện dùng động cơ một chiều, động cơ đồng bộ, động cơ không đồng bộ roto dây quấn thường sử dụng bảng công tắc tơ. Để điều khiển các máy móc trang bị nhiều động cơ thường sử dụng trạm từ. Khởi động từ là thiết bị điều khiển từ xa phổ biến nhất, nó được dùng để điều khiển từ xa và tự động động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. Với các động cơ không đảo chiều quay sử dụng khởi động từ không thuận nghịch, còn với động cơ có đảo chiều quay sử dụng khởi động từ thuận nghịch. 3.3.2 Công tắc tơ Contactor (Công tắc tơ) là khí cụ điện hạ áp, thực hiện việc đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực. Thường sử dụng contactor để điều khiển các thiết bị như động cơ, tụ bù, hệ thống chiếu sáng thông qua nút nhấn, chế độ tự động hoặc điều khiển từ xa. Hình ảnh của công tắc tơ ba pha S-T50 của Mitsubishi được biểu diễn trên hình 3.7 Hình 3.7. Contactor S-T50 của Mitsubishi - 77 -
Thao tác đóng ngắt của contactor có thể thực hiện nhờ cơ cấu điện từ, cơ cấu khí động hoặc cơ cấu thủy lực. Nhưng thông dụng nhất là các loại contactor điện từ. Ở đây đề cập đến contactor đóng ngắt theo cơ chế điện từ. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Contactor: Contactor bao gồm 3 bộ phận chính: - Nam châm điện: gồm có các chi tiết: Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm; Lõi sắt; Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu. - Hệ thống dập hồ quang: Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mòn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang. - Hệ thống tiếp điểm: gồm có tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ + Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua. Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường mở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện làm mạch từ hút lại. + Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường mở. Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau giữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện). Tiếp điểm này mở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là tiếp điểm thường mở. Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển của Contactor. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo công tắc tơ được biểu diễn trên hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của contactor như sau: Khi cấp nguồn trong mạch điện điều khiển bằng với giá trị điện áp định mức của Contactor vào hai đầu cuộn dây quấn trên phần lõi từ đã được cố định trước đó thì lực từ sinh ra sẽ hút phần lõi từ di động và hình thành mạch từ kín (lúc này lực từ sẽ lớn hơn phản lực của lò xo). Contactor bắt đầu trạng thái hoạt động. Nhờ bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm sẽ làm cho tiếp điểm chính đóng lại và tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (khi thường đóng sẽ mở ra và khi thường hở sẽ đóng lại), trạng thái này sẽ được duy trì. Khi nguồn điện - 78 -
ngưng cấp cho cuộn dây thì contactor ở trạng thái nghỉ và các tiếp điểm lại trở về trạng thái ban đầu. Hình 3.8. Cấu tạo Contactor - Khởi động từ Thông số cơ bản của Contactor: - Dòng điện định mức: Là dòng điện chảy qua hệ thống tiếp điểm chính của contactor khi đóng mạch điện phụ tải. Với giá trị này của dòng điện, mạch dẫn điện chính của contactor không bị phát nóng quá giới hạn cho phép. - Điện áp định mức: Là điện áp đặt trên hai cực của mạch dẫn điện chính của contactor. - Khả năng đóng của contactor: Được đánh giá bằng giá trị dòng điện mà contactor có thể đóng thành công. Thường thì giá trị này bằng từ 1 đến 7 lần giá trị dòng điện định mức. - Khả năng ngắt của contactor: Được đánh giá bằng giá trị dòng điện ngắt, mà ở giá trị đó, contactor có thể tác động ngắt thành công khỏi mạch điện. Thường giá trị này bằng từ 1 đến 10 lần dòng điện định mức. - Độ bền cơ: Là số lần đóng ngắt khi không có dòng điện chảy qua hệ thống tiếp điểm của contactor. Vượt quá số lần đóng ngắt đó, các tiếp điểm xem như bị hư hỏng, không còn sử dụng được nữa. Các loại contactor thường có độ bền cơ từ 5 triệu đến 10 triệu lần đóng ngắt. - Độ bền điện: Là số lần đóng ngắt dòng điện định mức. Contactor loại thường có độ bền điện vào khoảng 200.000 đến 1 triệu lần đóng ngắt. - 79 -
Phân loại Contactor: Có nhiều cách phân loại contactor: - Theo nguyên lý truyền động: Ta có contactor kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu thủy lực. Thường chúng ta gặp contactor kiểu điện từ. - Theo dạng dòng điện: Contactor điện một chiều và contactor điện xoay chiều. - Theo kết cấu: Người ta phân contactor dùng ở nơi hạn chế chiều cao (như bảng điện ở gầm xe) và ở nơi hạn chế chiều rộng (ví dụ buồng tàu điện). - Theo dòng điện định mức: Contactor 9A, 12A, 18A,..., 800A hoặc lớn hơn. - Theo số cực: Contactor 1 pha, 2 pha, 3 pha, 4 pha. Phổ biến nhất là contactor 3 pha. - Theo cấp điện áp: Contactor trung thế, contactor hạ thế. - Theo điện áp cuộn hút: Cuộn hút xoay chiều 220VAC, 380VAC, cuộn hút 1 chiều 24VDC, 48VDC. - Theo chức năng chuyên dụng: Một số hãng chế tạo contactor chuyên dụng cho một ứng dụng đặc thù ví dụ contactor chuyên dùng cho tụ bù của hãng Schneider. Cách chọn contactor: - Lựa chọn contactor cho động cơ: Để lựa chọn contactor phù hợp cho động cơ ta phải dựa vào những thông số cơ bản như Uđm, Pđm , Cosφ để tính ra dòng điện định mức của động cơ Iđm. Căn cứ giá trị dòng định mức của động cơ để chọn giá trị dòng định mức của contactor: Ict = (1,2 – 1,4).Iđm Lựa chọn contactor cho tụ bù: Để lựa chọn contactor phù hợp cho tụ bù ta phải dựa vào dòng điện định mức của tụ bù. Căn cứ giá trị dòng định mức của bộ tụ bù để chọn giá trị dòng định mức của contactor: Ict = 1,2.Iđm. Trong cả hai trường hợp trên: - Nên chọn contactor có dòng lớn hơn dòng tính toán. - Khi chọn contactor cho động cơ phải lưu ý đến điện áp cuộn hút và tiếp điểm phụ. - 80 -
3.3.3 Khởi động từ Trong mạch điện thông thường (không phòng nổ) khởi động từ gồm contactor có kèm theo rơ le nhiệt để bảo vệ quá tải nhỏ và lâu dài. Trong khởi động từ phòng nổ ngoài contactor còn kèm theo các thiết bị bảo vệ khác tạo thành khởi động từ trọn bộ. Yêu cầu chúng đối với khởi động từ bao gồm: tính chắc chắn và tiện lợi trong vận hành, tính chống mòn của tiếp điểm, tính chống rung của contactor. Ngoài ra các khởi động từ trong mỏ hầm lò (khởi động từ phòng nổ) phải thỏa mãn một số yêu cầu đặc biệt khác. - Bảo vệ mất điện: Khi điều khiển từ xa, việc bảo vệ mất điện thực chất là ngăn chặn không cho công tắc tơ tự đóng sau khi mất điện và đột ngột có điện trở lại. Nếu hiện tượng này không được ngăn chặn sẽ gây nguy hiểm cho con người và máy móc do máy đột ngột chạy mà không hề báo trước. Do vậy, bảo vệ mất điện là một trong những yêu cầu quan trọng đối với khởi động từ. Thông thường chức năng này được thực hiện bằng cách mắc sun nút “chạy” với các loại sun khác nhau: + Sun bằng tiếp điểm tự khóa: Sơ đồ được biểu diễn trên hình 3.9. trong sơ đồ này để mắc sun nút chạy dùng tiếp điểm thưởng mở của công tắc tơ K. Sau khi cho khởi động từ làm việc, nút “chạy” không phải ấn nữa nên trở lại trạng thái cắt mạch nhưng rơ le PП vẫn được tiếp tục cấp điện nhờ tiếp điểm duy trì K. Nếu mất điện công tắc tơ K và rơ le PП thôi làm việc, sơ đồ trở về trạng thái ban đầu. khi có điện trở lại, công tắc tơ không tự đóng nếu không có người điều khiển ấn lên nút “chạy”. Ưu điểm của sơ đồ là đơn giản, chắc chắn nhưng phải thêm lõi cáp phụ cho mạch mắc sun. Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ mất điện bằng tiếp điểm liên động - 81 -
+ Sun điện trở: Sơ đồ được biểu diễn trên hình 3.10. Phương pháp này dựa trên nguyên lý làm việc của rơ le điện từ (ở đây là rơ le trung gian PП): Dòng điện cần để hút mỏ thép từ trạng thái nghỉ sang trạng thái làm việc lớn hơn là dòng điện cần thiết để duy trì mỏ thép ở trạng thái làm việc. Trong sơ đồ muốn đưa rơ le PП vào trạng thái làm việc để đóng đóng mạch cuộn dây công tắc tơ K, cần phải ấn lên nút “chạy” nhằm mắc sun điện trở R. Khi rơ le PП đã làm việc, nút “chạy” không còn được ấn, điện trở R được đưa vào mạch rơle PП, vì rơle đã làm việc nên dù dòng qua nó có giảm nhưng vẫn duy trì sự làm việc được. Sau khi mất điện nếu có trở lại, khởi động từ không thể tự đóng trở lại nếu khi không có người điều khiển khởi động. Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ mất điện bằng điện trở mắc song song với nút “chạy” Ưu điểm của sơ đồ là chỉ cần 2 lõi cáp dùng cho mạch điều khiển. Nhược điểm là khởi động từ có thể tự đóng, tự cắt khi điện áp dao động mạnh. Tuy nhiên, nhược điểm này được khắc phục bằng cách cung cấp cho mạch điều khiển qua máy biến áp ổn áp và điện trở R được chọn sao cho rơ le PП không tự đóng khi điện áp mạng đạt tới giá trị bằng 1,5Ud. Phương pháp này tạo điều kiện để dễ dàng thực hiện yêu cầu bảo vệ khỏi chập mạch điều khiển. - Bảo vệ khỏi chập mạch điều khiển: Khi chập mạch điều khiển thì thao tác của người điều khiển không còn ý nghĩa. Từ sơ đồ điều khiển hình 3.11 cho thấy khi dây 1 của mạch điều khiển chập ra đất, công tắc tơ có thể tự đóng. Điều này xảy ra khi dây 1 chập với dây 3. Nếu chập mạch điều khiển khi máy đang làm việc thì không thể dừng được máy vì nút “dừng” bị mắc sun qua mạch chập. Để ngăn chặn hậu quả do chập mạch điều khiển, cần có hình thức bảo vệ nhằm không cho máy tự hoạt động khi không có sự can thiệp của người điều khiển. - 82 -
Hình 3.11. Sơ đồ mình họa hậu quả của chập mạch điều khiển Có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau: + Mắc cầu chì trong mạch điều khiển: Sơ đồ trên hình 3.12. Trong sơ đồ này ngoài điện trở R1 để bảo vệ khỏi mất điện, còn có điện trở R2 để hạn chế dòng điện của mạch điều khiển khi làm việc bình thường. Khi có chập mạch điều khiển, cả hai điện trở R1 và R2 đều được mắc sun bởi mạch chập, do đó dòng trong mạch điều khiển tăng đủ để chảy cầu chì. Hình 3.12 Sơ đồ bảo vệ khỏi chập mạch điều khiển sử dụng cầu chì Phương pháp này đơn giản nhưng có nhược điểm là không chắc chắn, đặc biệt là khi điện áp mạng dao động lớn và khi mạch điều khiển bị chập không hoàn toàn (chập qua điện trở quá độ). + Sử dụng rơ le dòng điện: Sơ đồ được minh họa trên hình 3.13. Trong sơ đồ này, rơ le trung gian PП là rơ le dòng điện một chiều đặc biệt, cho nên nếu qua nó dòng xoay chiều thì từ lực bằng không và mỏ thép được nhả ra. Bình thường qua rơ le có dòng chỉnh lưu ½ chu kỳ, khi chập mạch điều khiển chỉnh lưu B bị mắc sun, qua rơ le có dòng xoay chiều hoặc không có dòng (hình 3.14) nên nhả mỏ thép và cắt mạch cuộn dây công tắc tơ. - 83 -
Hình 3.13. Sơ đồ bảo vệ khỏi chập mạch điều khiển nhờ rơ le dòng điện một chiều mắc nối tiếp. Các sơ đồ loại này làm việc chắc chắn nên được sử dụng rộng rãi trong các khởi động từ hiện đại trong các mỏ. Hình 3.14. Sơ đồ bảo vệ khỏi chập mạch điều khiển nhờ rơ le dòng điện một chiều đấy song song. - Ngăn ngừa nguy cơ điện giật: Để giảm nguy cơ điện giật thường sử dụng các biện pháp sau: + Giảm điện áp của mạch điều khiển: Luật an toàn qui định điện áp mạch điều khiển có đưa điện ra vỏ máy không được vượt quá 36 V. Với qui định này thì để điều khiển công tắc tơ có cuộn điều khiển 380V hoặc 660 V phải dùng rơ le trung gian. + Sử dụng khóa liên động: Sử dụng khóa liên động điện có nghĩa là không cho phép mở nắp khởi động từ khi chưa cắt điện để người không chạm được vào các bộ phận đang có điện ở bên trong. + Kiểm tra thường xuyên tình trạng của mạch tiếp đất: Đối với các máy di động, việc tiếp đất vỏ máy được thực hiện bằng lõi tiếp đất trong cáp mềm cung cấp điện cho máy. Nếu lõi tiếp đất đứt hoặc điện trở mạch tiếp đất tăng quá cao thì người sẽ bị điện giật khi có rò điện ra vỏ máy. Để kiểm tra thường xuyên, thường sử dụng mạch tiếp đất làm mạch điều khiển. Nếu mạch tiếp đất đứt hoặc điện trở tăng quá cao thì máy bị cắt điện hoặc không thể đóng điện cho nó được. Việc kiểm tra thường xuyên mạch tiếp đất bằng cách như vậy thực chất là đã đưa điện ra vỏ máy, vì thế ở các mỏ có khí và bụi nổ chỉ cho phép sử dụng mạch điều khiển an toàn tia lửa. + Sử dụng rơ le liên động rò điện: Nhằm không cho khởi động từ làm việc nếu đường cáp cung cấp điện cho động cơ hoặc bản thân động cơ có rò điện hoặc điện trở - 84 -
cách điện giảm thấp. Ngoài ra rơ le liên động rò điện cũng đóng vai trò làm giảm số lần cắt điện, cũng như cho khả năng phát hiện nhanh chỗ rò. Trên hình 3.15. trình bày một rơ le liên động rò điện được sử dụng rộng rãi trong khởi động từ. Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý rơ le liên động rò điện Rơ le liên động rò điện PY một đầu được đấu vào mạch điện lực qua tiếp điểm thường đóng của công tắc tơ K, một đầu được đấu với cầu chỉnh lưu. Nếu trên đường cáp cung cấp điện cho động cơ hoặc trong dây quấn động cơ có rò điện, hoặc điện trở cách điện của chúng giảm thấp, mạch rò sẽ có dòng đủ lớn để rơ le PY tác động mở tiếp điểm thường đóng PY trong mạch rơ le trung gian PП, do đó mất khả năng điều khiển công tắc tơ K để đóng điện cho động cơ. Trong trường hợp bình thường (không có rò) rơ le PY được cắt ra, động cơ được đóng điện, lúc đó bảo vệ rò điện được thực hiện bằng rơ le rò lắp trong mạng. - Đảm bảo tính an toàn tia lửa: Việc sử dụng khởi động từ trong các mỏ có khí và bụi nổ, cần phải ngăn chặn tia lửa phát sinh do: + Dòng rò từ mạch điều khiển khi đứt hoặc ngắn mạch. + Dòng rò từ mạch điện lực khi rơ le rò không tác động. + Dòng rò mạch tiếp đất do bố trí không hợp lý lõi tiếp đất trong cáp mềm. Khi đưa điện ra vỏ máy với mục đích kiểm tra thường xuyên mạch tiếp đất, các vỏ máy di động làm việc trong lò chợ có thể chạm vào nhau và phát sinh tia lửa ở chỗ chạm. Tia lửa này sẽ nguy hiểm về gây nổ bầu không khí mỏ. Bởi vậy, trong các khởi động từ muốn đưa điện ra vỏ máy thì mạch điều khiển phải là mạch an toàn tia lửa. - 85 -
Dòng rò từ mạch điện lực cũng phát sinh theo mạch tương tự như trên hình 3.16, khi mạch tiếp đất của một vỏ máy nào đó bị đứt hoặc điện trở tăng lên quá cao. Các nghiên cứu cho thấy tính an toàn tia lửa sẽ được đảm bảo nếu ở mạng 380 V điện trở mạch tiếp đất nối vỏ máy di động với khởi động từ không vượt quá 300 Ω, còn mạng 660 V là 100 Ω. Như vậy việc kiểm tra thường xuyên mạch tiếp đất không chỉ nhằm đảm bảo an toàn điện giật mà còn nhằm đảm bảo an toàn tia lửa khi rò. Đối với chính mạch tiếp đất cũng có thể là nguyên nhân gây ra tia lửa nguy hiểm về nổ khí. Khi bố trí lõi tiếp đất ở vị trí không đối xứng so với các lõi điện lực, trong lõi tiếp đất sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng. Giá trị sức điện động này bằng (0,25-0,5).10-4 V/Am. Khi động cơ mở máy do dòng lớn nên có thể gây cảm ứng trong lõi tiếp đất với điện áp đủ lớn và có thể gây tia lửa theo các mạch rò khác nhau, ví dụ khi các vỏ máy chạm nhau. Để ngăn ngừa tia lửa trong trường hợp này hoặc là bố trí lõi tiếp đất ở vị trí đối xứng so với các lõi điện lực, nghĩa là bố trí ở tâm, hoặc hoán vị các lõi điện lực như trên hình 3.17. Hình 3.16. Rò mạch điều khiển của khởi động từ Hình 3.17. Sơ đồ nguyên lý hoán vị lõi điện lực của cáp điện - 86 -
*. Các loại khởi động từ phòng nổ: - Khởi động từ không thuận nghịch: Khác với các khởi động từ thông thường dùng trong các ngành công nghiệp nói chung, các khởi động từ dùng trong mỏ hầm lò đều được chế tạo theo hình thức phòng nổ. Vỏ phòng nổ của khởi động từ làm bằng thép hàn có dạng hình trụ, nắp dạng bán cầu, mặt ghép giữa các nắp và vỏ dạng gờ. Nắp được khóa liên động với tay cầu dao cách ly bằng vít và chỉ có thể mở nắp khi cầu dao cách ly ở trạng thái cắt. Phần trên của vỏ là hộp đấu cáp có nắp đậy. Hộp đấu cáp phân ra hai ngăn: Mạng và động cơ. Trong ngăn mạng có các cực để đấu cáp vào khởi động từ và đi tiếp, ở ngăn động cơ có các đầu cực để đấu đến động cơ bằng 1 hoặc 2 cáp, ngoài ra còn một hoặc hai đầu đấu phụ. Bảo vệ ngắn mạch bằng khối bảo vệ cực đại vạn năng có chốt liên động và có tín hiệu thông báo khi bảo vệ tác động. Để tăng tính an toàn tia lửa của mạch điều khiển, điện áp của mạch bằng 18 V, rơ le trung gian đấu song song với cuộn thứ cấp máy biến áp điều khiển. Để ngăn cản đóng điện vào đường cáp có rò điện hoặc điện trở cách điện thấp sử dụng rơ le liên động rò điện (khối БPY). Để hạn chế số lần và tần số đóng cắt contactor sử dụng rơ le thởi gian PB. Trên hình 3.18 biểu diễn sơ đồ mạch điều khiển của khởi động từ phòng nổ loại ПMBИ. Hình 3.18. Sơ đồ mạch điều khiển khởi động từ ПMBИ - 87 -