Giáo trình Khí cụ điện - Phần 1 - Phạm Hữu Tấn & Nguyễn Văn Khánh

điểm lớn, dứt khoát mà không làm hư hỏng khí cụ điện. Năng lượng hồ quang đạt đến giá trị bé nhất. - Điện trở hồ quang phải tăng nhanh và việc dập tắt không kèm theo quá điện áp nguy hiểm. 1.1.4.3. Để dập tắt hồ quang cần trang bị - Tăng cường phản ion ở khu vực hồ quang. - Tăng độ dài hồ quang. - Dùng từ trường ngoài để tạo lực thổi hồ quang chuyển động nhanh. - Dùng luồng không khí hay dầu cách điện để dập tắt hồ quang. - Dùng khe hẹp để hồ quang cọ sát vào vách của khe hẹp này. - Dùng buồng dập hồ quang gồm nhiều lá thép ghép song song có khe hở để chia, kéo dài và dập tắt hồ quang. 1.1.5. Lực điện động - Lực điện động là lực sinh ra khi một vật dẫn (dây dẫn) mang dòng điện lại được đặt trong từ trường. Lực điện động tác dụng lên thanh dẫn có xu hướng làm thay đổi hình dạng của vật dẫn điện để từ thông xuyên qua mạch vòng vật dẫn đó có giá trị cực đại. - Trong hệ thống gồm một số vật dẫn mang dòng điện, bất kỳ một vật dẫn nào trong chúng cũng có thể được coi là đặt trong từ trường tạo nên bởi các dòng điện chạy trong các vật dẫn khác. Do đó giữa các vật dẫn mang dòng điện luôn luôn có Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 24 từ thông tổng tương hỗ móc vòng, kết quả luôn luôn có các lực cơ học (được gọi là lực điện động). Tương tự như vậy cũng có các lực điện động sinh ra giữa vật dẫn mang dòng điện và khối sắt từ. - Chiều của lực điện động xác định theo quy tắc bàn tay trái hoặc bằng nguyên tắc chung như sau: “lực tác dụng lên vật dẫn mang dòng điện có xu hướng làm biến đổi hình dáng mạch vòng dòng điện sao cho từ thông móc vòng qua nó tăng lên”. Có hai phương pháp xác định lực điện động là tác dụng tương hỗ của dây dẫn mang dòng điện với từ trường và phương pháp cân bằng năng lượng. 1.1.5.1. Phương pháp tính lực điện động dựa trên định luật tác dụng tương hỗ giữa dây dẫn mang dòng điện và từ trường - Một dây dẫn thẳng có chiều dài l, giá trị dòng điện chạy qua dây dẫn i và đặt trong từ trường B sẽ có một lực điện từ tác dụng lên dây dẫn được tính theo công thức sau: F = i. l. B. Sin, (N) (1.16) Trong đó: i: cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn, (A). l: chiều dài dây dẫn, (m). B: cảm ứng từ, (T, hoặc Wb/m). : góc hợp bởi chiều dòng điện i và từ trường B. F: lực điện động, (N). - Một hệ thống gồm hai dây dẫn 1 và 2 đặt tùy ý (hình 1-2), có giá trị dòng điện i1, i2 chạy qua. Trường hợp này dây dẫn điện 1 mang dòng điện i1 được coi là đặt trong từ trường tạo bởi dòng điện i2 chạy trong thanh dẫn 2 (và ngược lại). Lực điện động được xác định theo công thức sau:    4 iCiF o 21 (1.17) Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 25 Trong đó: i1: giá trị dòng điện chạy trên thanh dẫn 1, (A). i2: giá trị dòng điện chạy trên thanh dẫn 2, (A). 0 = 4. 10 -7 (H/m) : độ từ thẩm của không khí. C: hằng số phụ thuộc vào kích thước hình học của hai thanh dẫn (còn gọi là hệ số mạch vòng). 1.1.5.2. Phương pháp cân bằng năng lượng để tính lực điện động - Một dây dẫn hay một mạch vòng mang dòng điện i, có năng lượng từ trường được tính theo công thức sau: 2 i LW 2  (1.18) i: cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn, (A). L: điện cảm của mạch, (H). W: năng lượng từ trường trong cuộn dây. - Sự biến dạng liên tục mạch vòng hoăïc biến đổi vị trí tương hỗ của mạch vòng dẫn đến làm biến đổi năng lượng dự trữ; khi đó công của lực trong hệ thống bất kỳ bằng biến thiên dự trữ năng lượng của hệ thống đó. F.dx = dW (1.19) dx2 dli dx dw F 2  (1.20) - Hai mạch vòng mang các dòng điện i1, i2 có năng lượng từ được tính theo công thức sau 21 2 2 2 2 1 1 ii 2 i L 2 i LW  (1.21) Trong đó: L1, L2: tự cảm của các mạch vòng, (H). : hỗ cảm của hai mạch vòng. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 26 i1, i2: dòng điện chạy qua cuộn dây 1 và cuộn dây 2, (A) - Lực điện động giữa hai mạch vòng mang dòng điện i1 và i2 tác dụng tương hỗ theo hướng x: dx d ii dx2 dli dx2 dLi F 21 2 2 21 2 1 x   (1.22) 1.1.5.3. Tính lực điện động giữa hai dây dẫn song song có tiết diện tròn mang dòng điện i1, i2 - Lực điện động được xác định theo công thức sau: F = 2.10 -7 i1i2L/a (1.23) Trong đó: L: chiều dài dây dẫn, (m) a: khoảng cách giữa hai dây dẫn, (m) i1: dòng điện chạy trên thanh dẫn 1, (A) i2: dòng điện chạy trên thanh dẫn 2, (A) 1.1.5.4. Ổn định lực điện động của khí cụ điện - Ổn định lực điện động của khí cụ điện là khả năng chịu đựng tác động cơ khí do lực điện động khi ngắn mạch nguy hiểm nhất gây ra, và phải tính toán trên cơ sở ngắn mạch ba pha đối với dòng điện xoay chiều ba pha. - Để đảm bảo làm việc an toàn, khí cụ điện khi lắp đặt phải có điều kiện sau: Im > ixk (1.24) Im: dòng điện cho phép lớn nhất của khí cụ điện, (A). Ixk: dòng điện xung kích tính toán khi ngắn mạch ba pha nguy hiểm nhất. - Ngoài ra cũng có thể dùng hệ số km là bội số dòng điện cho phép lớn nhất để kiểm tra ổn định lực điện động: 2 Iđm km  ixk. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 27 Ví dụ: Khí cụ điện có dòng điện im là 35 KA (đôi khi im còn gọi là dòng điện động giới hạn) có nghĩa là khí cụ sẽ chịu đựng được lực cơ khí xuất hiện khi dòng điện xung kích ngắn mạch lớn nhất không quá 35 KA đi qua. - Nếu trên khí cụ điện không còn ghi chú gì về giá trị im thì ta có thể xác định trị số hiệu dụng của nó theo công thức sau: KA, 3U P 55,2II đm ng maxxkggiớihạnmđiệnđộn  (1.25) Trong đó: Png: công suất ngắn mạch, (KW). Uđm: điện áp định mức (giá trị hiệu dụng), (KV). 1.2. Công dụng và phân loại khí cụ điện 1.2.1. Công dụng - Khí cụ điện dùng để đóng cắt lưới điện, mạch điện như cầu dao, áptômát (CB), máy cắt - Khí cụ điện dùng để khởi động, điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh điện áp, dòng điện như công tắc tơ, khởi động từ, bộ khống chế, điện trở, biến trở - Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện, thiết bị điện như cầu chì, CB, rơ le dòng điện, rơ le điện áp, rơ le nhiệt - Khí cụ điện dùng trong đo lường như máy biến dòng điện, máy biến điện áp 1.2.2. Phân loại khí cụ điện 1.2.2.1. Phân loại theo công dụng - Khí cụ điện dùng để đóng cắt lưới điện, mạch điện như cầu dao, áptômát (CB), máy cắt - Khí cụ điện dùng để khởi động, điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh điện áp, dòng điện như công tắc tơ, khởi động từ, bộ khống chế, điện trở, biến trở - Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện, thiết bị điện như cầu chì, CB, rơ le dòng điện, rơ le điện áp, rơ le nhiệt Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 28 - Khí cụ điện dùng trong đo lường như máy biến dòng điện, máy biến điện áp 1.2.2.2. Phân loại theo điện áp và nguồn điện - Khí cụ điện cao thế là thiết bị khí cụ điện được chế tạo, sử dụng ở mạng điện có điện áp > 1000 V. - Khí cụ điện hạ thế là thiết bị khí cụ điện được chế tạo và sử dụng ở mạng điện có điện áp < 1000 V. - Theo nguồn điện sử dụng có thiết bị khí cụ điện được chế tạo để sử dụng trong mạng điện một chiều và trong mạng điện xoay chiều. 1.2.2.3. Phân loại theo nguyên lý làm việc của khí cụ điện Khí cụ điện làm việc theo kiểu điện từ, cảm ứng theo nhiệt lượng hoặc khí cụ điện có hệ thống tiếp điểm hay không có tiếp điểm. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 29 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Định nghĩa khí cụ điện? Nêu công dụng và phân loại khí cụ điện? 2. Nguyên nhân gây ra sự phát nóng của khí cụ điện? 3. Tiếp xúc điện là gì? Nêu các dạng tiếp xúc điện? 4. Nêu các yếu tố ảnh hưởng đến tiếp xúc điện? 5. Hồ quang điện là gi? Các phương pháp dập hồ quang điện? 6. Định nghĩa lực điện động? Nêu các phương pháp tính lực điện động? Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 30 CHƯƠNG 2 : KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT Mục tiêu: - Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện đĩng cắt thường dùng trong cơng nghiệp và dân dụng. - Tính chọn được các loại khí cụ điện đĩng cắt thơng dụng theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể. - Phán đốn và sửa chữa hư hỏng các loại khí cụ điện đĩng cắt. 2.1. Cầu dao - Cầu dao là một loại thiết bị khí cụ điện dùng để đóng cắt dòng điện, chuyển mạch bằng tay đơn giản nhất, được sử dụng trong các mạch điện có điện áp nguồn cung cấp đến 220 V điện một chiều và 380 V điện xoay chiều. Cầu dao thường dùng để đóng cắt mạch điện có công suất nhỏ, khi làm việc cầu dao không phải thao tác đóng cắt điện nhiều lần. - Cầu dao mắc trên mạch điện cao áp hoặc mạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao chỉ được phép đóng cắt khi không tải; trong trường hợp này cầu dao làm nhiệm vụ cách ly. Trong mạng điện gia dụng, văn phòng, phân xưởng, công ty xí nghiệp cầu dao ngoài nhiệm vụ đóng cắt mạch điện người ta còn kết hợp với cầu chì để bảo vệ mạch điện khi có sự cố ngắn mạch. Phân loại: - Theo kết cấu gồm có cầu dao 1 cực, 2 cực, 3 cực, 4 cực; cầu dao có tay nắm giữa hay ở bên; ngoài ra còn có cầu dao một ngã, cầu dao 2 ngã. - Theo điện áp định mức có loại 250 V và 500 V. - Theo dòng điện định mức có các loại 15 A, 20 A, 25 A, 30 A, 40 A, 60 A, 75A, 100 A, 150 A, 200 A, 350 A, 600 A, 1000 A. - Theo vật liệu của đế cách điện có loại bằng sứ, nhựa, bakelit, đế đá. - Theo điều kiện bảo vệ có loại không có hộp và có hộp bảo vệ. - Theo yêu cầu sử dụng có loại có cầu chì và loại không có cầu chì bảo vệ. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 31 Hình 2.1: Hình dạng cầu dao một pha, cầu dao ba pha Hình 2.2: Cầu dao đảo ba pha Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 32 Hình 2.3: Cầu dao có tay nắm ở bên 2.1.1. Cấu tạo của cầu dao Hình 2.4: Cấu tạo của cầu dao Cấu tạo của cầu dao gồm: lưỡi dao1 và 3, hàm dao 2, lò xo 4, đế nắm, vỏ bên ngoài. - Lưỡi dao làm bằng vật liệu có tính chất dẫn điện tốt, ít bị ôxy hóa, ít mài mòn chịu nhiệt độ cao, thường sử dụng đồng và hợp kim của đồng để làm lưỡi dao. Đối với cầu dao có công suất trung bình và lớn ngoài lưỡi dao chính còn có lưỡi dao phụ Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 33 (Hình 2.4) 1 là lưỡi dao chính, 3 là lưỡi dao phụ nhằm đóng cắt dứt khoát, nhanh để hạn chế hồ quang. - Hàm dao (Hình 2.4), 2 là hàm dao cũng chế tạo từ đồng và hợp kim của đồng nhưng phải có đặc tính cơ và độ đàn hồi tốt. - Đế cầu dao là bộ phận định vị hàm dao và lưỡi dao làm bằng sành, sứ hay nhựa tổng hợp - Tay nắm là bộ phận liên kết với một đầu của lưỡi dao để tác động đóng mở làm bằng gỗ, nhựa, sành, sứ - Vỏ bên ngoài ngăn chặn tác nhân bên ngoài tác động vào cầu dao. Ngoài ra nếu cầu dao có yêu cầu bảo vệ ngắn mạch phía sau lưỡi dao được lắp qua cầu chì trước khi cung cấp điện cho phụ tải. 2.1.2. Nguyên lý hoạt động - Khi đóng mạch điện kéo tay gạt lưỡi dao phụ 3 sẽ tiếp xúc với ngàm sau đó đến lưỡi dao chính 1. Khi ngắt điện kéo tay gạt xuống, lưỡi dao chính sẽ duy chuyển khỏi ngàm trước làm cho lò xo 4 bị kéo căng. Đồng thời lưỡi dao phụ cũng duy chuyển và cắt ra khỏi ngàm, nhưng nhờ có lực căng của lò xo, nên lưỡi dao phụ tách ra khỏi ngàm một cách dứt khoát, mạch điện được cắt đột ngột hạn chế phát sinh hồ quang. Hình 2.5: Cấu tạo cầu dao hai ngã (đảo) - Để đóng ngắt hai mạch điện khác nhau dùng cầu dao hai ngã (cầu dao đảo hay cầu dao đổi nối). Cầu dao đảo khác cầu dao thường là ở chỗ có hai hệ thống Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 34 tiếp điểm tĩnh 1 và tĩnh 2 mắc vào hai mạch điện khác nhau, việc đổi nối được thực hiện bằng cách thay đổi trạng thái tiếp xúc giữa lưỡi dao 3 và các tiếp điểm tĩnh khi quay tay cần 4 quanh trục 5. Hình 2.6: Hình dạng của cầu dao 2.1.3. Tính chọn cầu dao - Điện áp mà nhà sản xuất ghi trên cầu dao khi sử dụng phải chọn: Uđmcd > Uđmn. Uđmcd: điện áp định mức của cầu dao, (V). Uđmn: điện áp định mức của nguồn, (V). - Dòng điện định mức do nhà chế tạo ghi trên cầu dao khi chọn cầu dao: Iđmcd > Ipt Iđmcd : dòng điện định mức của cầu dao, (A). Ipt: dòng điện định mức của phụ tải, (A). 2.1.4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng - Khi sử dụng lắp đặt cầu dao trên mạng điện hoặc cho thiết bị điện cần phải chú ý hai thông số dòng điện và điện áp định mức của cầu dao. - Hạn chế đóng cắt khi sử dụng cầu dao, khi lắp đặt trên mạng điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao chỉ đóng cắt khi không tải. - Những hư hỏng thông thường ở cầu dao là lưỡi dao 1 tiếp xúc không tốt với đầu (ngàm) tĩnh 2, ốc bắt bị lỏng, tình trạng lưỡi dao không bình thường, lò xo của lưỡi dao phụ bị tuột hoặc không đủ lực găng. Lưỡi dao không tiếp xúc tốt với ngàm dao là do ngàm tĩnh 2 quá rộng nên lực ép vào lưỡi dao không đủ mạnh, diện tích tiếp xúc nhỏ, điện áp tiếp xúc lớn; hoặc mặt tiếp xúc bị bẩn làm tăng điện trở tiếp xúc nguyên nhân là do khi đóng cắt, ở bề mặt tiếp xúc có hồ quang tạo thành một Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 35 lớp gỉ, hoặc làm bề mặt tiếp xúc sù sì. Khi lưỡi dao không tiếp xúc tốt với hàm dao, điện trở tiếp xúc lớn, dòng điện sẽ đốt nóng có thể làm cháy bề mặt tiếp xúc. Do đó lưỡi dao và hàm dao phải được giữ gìn sạch sẽ, tiếp xúc tốt với nhau. Khi mặt tiếp xúc bị bẩn phải lau sạch, nếu cần thì đánh sạch mụi than và vết cháy. Nếu mặt tiếp xúc bị rỗ thì phải giũa lại cho phẳng rồi dùng giấy nhám mịn đánh sạch. Không được bôi dầu để làm sạch bề mặt tiếp xúc vì sau đó khi đóng cắt thì hồ quang xuất hiện làm cháy mặt tiếp xúc. - Các ốc vít bắt không chặt hoặc không đúng qui định sẽ ảnh hưởng rất xấu đến chất lượng của cầu dao. Ốc bắt điện lỏng dễ gây mất điện ở các pha của cầu dao, hoặc gây chạm chập, quá nhiệt ở chỗ tiếp xúc làm cháy dây hoặc cực bắt dây. Oác vít bắt các lưỡi dao động với nhau và với bản lề không chặt dễ gây xộc xệch và dẫn đến tình trạng các cực đóng không đồng thời. Nếu cầu dao để lâu mới dùng, muốn làm sạch màn oxýt ta thực hiện đóng cắt cầu dao 2 ba lần. - Không có điện qua cầu dao có thể tiếp xúc không tốt hay đứt cầu chì, tìm nguyên nhân và sửa chữa. Lưỡi dao và hàm dao bị biến dạng do sự cố quá tải hay ngắn mạch có thể thay thế từng bộ phận hay mua mới. 2.2. Các loại công tắc và nút nhấn 2.2.1. Công tắc a. Khái quát và công dụng - Công tắc là thiết bị khí cụ điện đóng cắt mạch điện bằng tay kiểu hộp, dùng để đóng cắt mạch điện có công suất bé (thường dòng điện đóng cắt cho các công tắc đến khoảng 10 A) có điện áp một chiều đến 440 V, và điện áp xoay chiều 500 V. Trong hệ thống điện sinh hoạt công tắc thường sử dụng để đóng cắt mạch điện cho mạch điện, đèn, quạt, động cơ công suất nhỏ - Trong công nghiệp công tắc hiện diện trên mạng điện chiếu sáng và trong mạch điện máy công cụ (máy tiện, máy phay, máy bào, máy mài). Trong mạch điều khiển để đóng cắt cuộn dây công tắc tơ, hoặc khống chế trong mạch điện tác động như công tắc hành trình. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 36 - Công tắc hộp thường dùng làm cầu dao tổng cho các máy công cụ, dùng đóng mở trực tiếp các động cơ công suất bé, hoặc dùng để đổi nối, khống chế trong các mạch điện tự động, có thể dùng để đảo chiều quay động cơ, đấu đổi nối Y/. - Công tắc hộp làm việc chắc chắn hơn cầu dao, dập tắt hồ quang nhanh hơn vì thao tác nhanh và dứt khoát hơn cầu dao. b. Phân loại và cấu tạo *) Phân loại : - Theo hình dạng bên ngoài có các loại công tắc loại hở, loại bảo vệ, loại kín - Theo kiểu tác động có loại bật, bấm, giật, xoay Loại tác động trực tiếp (những công tắc sử dụng ở mạng điện gia đình) công tắc 2 chấu, 3 chấu , 4 chấu - Theo công dụng công tắc chia ra các loại gồm công tắc dùng để đóng ngắt trực tiếp mạch điện; công tắc vạn năng dùng để chuyển mạch các mạch điều khiển, mạch đo lường: công tắc hành trình và cuối hành trình. *) Cấu tạo của công tắc thường (dân dụng) CT 2 cực 10 A có đèn báo CT 2 cực 20 A CT 3 cực 10 A CT 3 cực 10 A có đèn báo CT 4 cực 10 A Mặt nạ 1 công tắc Mặt nạ 2 công tắc Mặt nạ 3 công tắc Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 37 Mặt nạ 3 công tắc Mặt nạ 4 công tắc Hình 2.7: Hình dạng của các loại công tắc thường (dân dụng) *) Cấu tạo của công tắc trong công nghiệp - Bộ phận làm tiếp điểm sử dụng vật liệu dẫn điện tốt, ít bị oxy hóa, ít mài mòn, chịu nhiệt, thường sử dụng đồng và hợp kim của đồng thau (Cu + 30  40 Zn) hay hoàng đồng (Cu + 5  15 thiếc) có hai loại tiếp điểm là tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh. Tiếp điểm tĩnh gắn trên đế công tắc, tiếp điểm động liên kết với bộ phận tác động. - Bộ phận tác động bằng sứ, nhựa tổng hợp hay bằng kim loại, bộ phận này liên kết với lò xo phản khi tác động có thể đóng hay cắt mạch điện. - Vỏ hay đế của công tắc bằng sứ, nhựa tổng hợp hoặc bằng kim loại 2.2.2. Công tắc hộp a. Hình dáng Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 38 Hình 2.8: Hình dạng công tắc hộp; a là hình dạng chung, b mặt cắt vị trí đóng, c mặt cắt vị trí ngắt, d kiểu bảo vệ, e kiểu kín. b. Cấu tạo Phần chính là các tiếp điểm tĩnh 3 gắn trên các vành nhựa bakêlit cách điện 2, có đầu vặn vít chìa ra khỏi hộp. Các tiếp điểm động 4 gắn trên cùng trục và cách điện với trục, nằm trong các mặt phẳng khác nhau tương ứng với các vành 2. Khi quay trục đến vị trí thích hợp, sẽ có một số tiếp điểm động đến tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh, còn số khác rời khỏi tiếp điểm tĩnh. Chuyển dịch tiếp điểm động nhờ cơ cấu cơ khí có núm vặn 5. Ngoài ra còn có lò xo phản kháng đặt trong vỏ 1 để tạo nên sức bật nhanh làm cho hồ quang được dập tắt nhanh chóng. c. Công dụng Công tắc hộp thường dùng làm cầu dao tổng cho máy công cụ, dùng để đóng mở trực tiếp động cơ công suất nhỏ, hoặc dùng để đổi nối, khống chế các mạch điều khiển và tín hiệu. Đôi khi công tắc còn dùng để đảo chiều quay động cơ điện, đấu nối bộ dây quấn stator động cơ từ đấu hình Y sang đấu hình . Công tắc hộp làm Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 39 việc bảo đảm hơn cầu dao, dập tắt hồ quang nhanh hơn vì thao tác ngắt nhanh và dứt khoát hơn cầu dao. 2.2.3. Công tắc vạn năng Là loại khí cụ điện đĩng, ngắt nhờ ngoại lực (cĩ thể bằng tay hoặc điều khiển qua một cơ cấu nào đĩ). Bao gồm; Cơng tắc gạt, Cơng tắc hành trình, Cơng tắc xoay, Cơng tắc ấn, Cơng tắc ấn – xoay (nút dừng khẩn cấp), Cơng tắc tắc cĩ khố (khố điện), Hình 2.9: Các dạng công tắc vạn năng - Kí hiệu cơng tắc Cơng tắc gạt Cơng tắc hành trình Cơng tắc xoay Cơng tắc ấn - xoay Cơng tắc cĩ khố Cơng tắc 1 ngã Cơng tắc 2 ngã Cơng tắc 3 ngã Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 40 a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Hình 2.10: Hình dạng công tắc vạn năng (công tắc chuyển đổi mạch); a- hình dạng chung, b- hình mặt cắt ngang 1: là tiếp điểm tĩnh; 2: là tiếp điểm động; 3: là vành cách điện; 4: trục nhỏ - Gồm các đoạn riêng rẽ cách điện với nhau và lắp trên cùng một trục có tiết diện vuông. Các tiếp điểm 1 và 2 sẽ đóng và mở nhờ xoay vành cách điện 3 lồng trên trục 4 khi vặn công tắc. Tay gạt công tắc vạn năng có thể có một số vị trí chuyển đổi, trong đó các tiếp điểm của các đoạn sẽ đóng hoặc ngắt theo yêu cầu. Công tắc vạn năng được chế tạo theo kiểu tay gạt có các vị trí cố định hoặc có lò xo phản hồi về vị trí ban đầu (vị trí không). b. Công dụng - Công tắc vạn năng dùng để đóng, ngắt, chuyển đổi mạch điện các cuộn dây của công-tắc-tơ, khởi động từ, rơle, chuyển đổi các mạch điện ở các dụng cụ đo lường - - Dùng trên mạch điện điều khiển có điện áp đến 440 V một chiều và đến 500 V xoay chiều. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 41 2.2.4. Công tắc hành trình a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động - Hình dạng chung của công tắc hành trình cỡ nhỏ được trình bày ở Hình 2.11. Dưới tác dụng của cữ gạt 1 nằm trên bộ phận cơ khí dịch chuyển, cần bẩy 2 có con lăn của công tắc sẽ bị ấn xuống, làm xoay giá đỡ tiếp điểm 3, do đó làm mở các tiếp điểm 4, kết quả làm ngắt mạch điện điều khiển truyền động điện. Công tắc hành trình thường có một tiếp điểm thường đóng và một tiếp điểm thường mở trong đó tiếp điểm động là chung. - Công tắc hành trình dùng để đóng cắt ở mạch điện điều khiển trong truyền động tự động hóa nhằm tự động điều khiển hành trình làm việc hay tự động ngắt điện ở cuối hành trình để bảo đảm an toàn. Hình 2.11: Hình dạng của công tắc hành trình b. Thông số kỹ thuật và đặc điểm sử dụng - Chọn để lắp đặt công tắc trên mạch điện hoặc cho một thiết bị điện cần chý ý các thông số sau: Uđmct > Uđmn Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 42 Uđmct : điện áp định mức công tắc, (V). Uđmn: Điện áp định mức của nguồn điện, (V). Iđmct > Ipt Iđmct : dòng điện định mức công tắc, (A). Ipt : dòng điện của phụ tải, (A). - Công tắc phải mắc trên dây pha và sau thiết bị bảo vệ như cầu chì, thao tác đóng cắt dứt khoát. 2.2.5. Nút nhấn a. Khái quát - Nút nhấn hay là nút điều khiển là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điều khiển tín hiệu, liên động, bảo vệ Nút nhấn dùng trong mạch điện một chiều điện áp đến 440 V và trong mạch điện xoay chiều điện áp đến 500 V. - Nút nhấn là loại khí cụ điện kết hợp với một số thiết bị khí cụ điện khác như công-tắc- tơ, khởi động từ, rơ le trung gian, rơ le thời gian đóng hay cắt mạch điện từ xa, để khởi động, dừng, đảo chiều quay động cơ điện, chuyển đổi, liên động mạch điều khiển tín hiệu. b. Công dụng Nút nhấn thường đặt trên các bảng điện điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn. Nút nhấn thường được chế tạo để làm việc trong môi trường không ẩm ướt, không có hơi hóa chất và bụi. Nút nhấn có độ bền tới 100.000 lần đóng cắt không tải và 200.000 đóng cắt có tải. c. Phân loại và cấu tạo *) Phân loại - Theo hình dạng bên ngoài nút nhấn được phân thành loại hở, loại kín, loại chống nước, chống bụi, chống nổ Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 43 - Theo chức năng có loại nút nhấn đơn, nút nhấn kép, loại nút nhấn thường hở, nút nhấn thường đóng - Theo yêu cầu điều khiển chia ra loại 1 nút nhấn, 2 nút nhấn và 3 nút nhấn. - Theo kết cấu bên trong có loại nút nhấn có đèn và nút nhấn không có đèn. Hình 2.12: Hình dạng một số loại nút nhấn *) Cấu tạo -Vật liệu để chế tạo tiếp điểm là bạc, đồng và hợp kim của đồng. - Tiếp điểm cố định gắn trên kết cấu của nút nhấn gọi là tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm liên kết với bộ phận tác động gọi là tiếp điểm động. - Đế và vỏ của nút nhấn chế tạo bằng nhựa tổng hợp hay kim loại, tùy thuộc vào chức năng bảo vệ, nút nhấn kiểu bảo vệ nó được đặt trong một vỏ nhựa hay vỏ sắt có hình hộp; nút nhấn bảo vệ chống nước được đặt trong một vỏ kín khít để tránh khỏi nước loạt vào; nút nhấn kiểu bảo vệ chống bụi, nước được đặt trong một vỏ cacbua đúc khít kín để chóng ẩm và bụi lọt vào; nút nhấn kiểu chống nổ được dùng trong các hầm lò mỏ than hoặc nơi có khí nổ lẫn không khí và cấu tạo của loại này đặc biệt khít kín để không lọt được tia lửa ra ngoài, đặc biệt vững chắc để không bị phá vỡ khi nổ. - Lò xo phản liên kết với cần tiếp điểm động. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 44 Khi ấn nút đối với nút nhấn thường hở thì tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh (đóng mạch); nút nhấn thường đóng thì tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh (hở mạch). Hình 2.13: Kết cấu của nút nhấn d. Thông số kỹ thuật và đặc điểm sử dụng - Khi sử dụng nút nhấn cần chú ý thông số điện áp và dòng điện chạy qua nút nhấn phù hợp thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. - Trên mạch điện có gắn thiết bị bảo vệ quá tải và ngắn mạch nhằm bảo vệ công tắc và thiết bị điện. Chú ý tiếp điểm của nút nhấn cho dòng điện bé đi qua do đó không lắp nút nhấn trên mạch điện có công suất trung bình và công suất lớn, chỉ lắp trên mạch điện điều khiển. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 45 2.3. Dao cách ly 2.3.1. Cấu tạo Hình 2.14: Kết cấu của dao cách ly ba cực 1. Tiếp điểm tĩnh; 2. Tiếp điểm động (lưỡi dao); 3. Sứ đỡ; 4. Trục truyền động; 5. Khung sắt - Cấu tạo của dao cách ly ba cực, ba cực được lắp trên khung sắt 5 và nối với một trục chung 4. Tiếp điểm tĩnh 1 và động 2 đặt trên sứ đỡ 3 - Dao cách ly có nhiều loại: theo số cực có loại một cực và loại ba cực, theo nơi đặt có dao cách ly đặt trong nhà và dao cách ly đặt ngoài trời, theo cấu tạo có loại đặt ngang và loại đặt đứng, theo cách đóng tiếp điểm động có loại dao đầu cắm quay và loại lưỡi dao. 2.3.2. Nguyên lý hoạt động - Dao cách ly làm nhiệm vụ đóng và cắt mạch điện khi không có dòng điện. Công dụng chính của nó là cách ly các bộ phận mạch điện khỏi các phần có điện khi tiến hành sửa chữa, hoặc để đổi nối phương thức kết dây của sơ đồ. Trong điều kiện nhất định, dao cách ly có thể cho phép đóng cắt dòng điện không tải của máy biến áp công suất nhỏ. Dao cách ly không có bộ phận dập tắt hồ quang. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 46 - Thao tác dao cách ly bằng sào cách điện hoặc bằng bộ truyền động nối đến trục truyền động 4. Để cắt dao cách ly có thể thực hiện bằng tay, bằng động cơ hoặc bằng các trang thiết bị khác Dao cách ly đặt ngoài trời có độ bền cao hơn dao cách ly đặt trong nhà. 2.3.3. Tính chọn dao cách ly Yªu cÇu kü thuËt ®èi víi dao c¸ch ly: - Dao cách ly phải làm việc tin cậy, tiếp xúc phải đảm bảo chắc chắn. - Phải đảm bảo ổn định động và ổn định nhiệt khi cĩ dịng điện ngắn mạch cực đại chạy qua. - Kết cấu dao cách ly phải gọn nhẹ, đơn giản, dễ lắp đặt, dễ thao tác, phải liên động với máy cắt để dao cách ly đã cắt điện và chỉ đĩng điện cách ly trứơc khi đĩng điện cho máy cắt. - Khoảng cách giữa các lưỡi dao sau khi cắt hết hành trình phải đủ lớn, để đảm bảo khơng bị phĩng điện khi cĩ xung điện áp. Chọn dao cách ly: - Điều kiện chọn lựa: + UđmDCL  Uđm mạng + IđmDCL  Icp - Điều kiện để kiểm tra : + Kiểm tra ổn định động: Io  Ixk hay io ixk + Kiểm tra ổn định nhiệt: t t II nhđh qđ ơdnh   (2.1) 2.3.4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng - Hư hỏng thông thường của dao cách ly là ở bộ phận tiếp xúc, nếu trên bề mặt tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh có một lớp gỉ hoặc bị biến màu làm cho điện trở ở Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 47 bề mặt tiếp xúc lớn sẽ làm nóng quá mức tiếp điểm. Xử lý dùng giấy nhám mịn đánh sạch lớp gỉ, rồi bôi phủ một lớp vandơlin mỏng. - Lưỡi dao bị cong vênh ít hoặc cong vênh nhiều để xử lý trường hợp này cần nắn lại lưỡi dao, thay lưỡi dao hoặc điều chỉnh lực găng trên bộ truyền động. - Lò xo bị đốt nóng quá mức, thể hiện ở chỗ lò xo bị biến màu, sẽ làm giảm tính đàn hồi, khi đó lực ép lò xo yếu đi, nếu lực găng nhỏ hơn quy định thì điều chỉnh lực găng hoặc thay lò xo mới. 2.4. Máy cắt điện 2.4.1. Công dụng và phân loại *) Công dụng Máy cắt điện dùng để đóng và cắt mạch điện có dòng điện phụ tải hoặc dòng điện ngắn mạch. Do điện áp cao (từ 3 đến 35 KV và hơn nữa), dòng điện lớn nên khi cắt mạch, hồ quang sinh ra mạnh. Mật độ dòng điện hồ quang rất lớn (hàng nghìn ampere trên một cm 2 ) nên nhiệt độ hồ quang rất cao có thể 10.000 0 C. Cấu tạo của máy cắt phải bảo đảm chịu được và dập tắt được hồ quang. *) Phân loại Các máy cắt hiện đại có thể truyền động bằng tay (tại chổ), điều khiển từ xa hoặc đóng cắt tự động khi mạch điện xuất hiện tình trạng làm việc không bình thường hoặc sự cố, căn cứ theo cấu tạo, máy cắt điện cao áp chia ra máy cắt điện dầu, máy cắt điện không khí và dao cắt phụ tải. 2.4.2. Máy cắt điện dầu a. Nguyên lý hoạt động Là loại máy cắt dập tắt hồ quang trong môi trường chất lỏng. Dầu thường dùng là dầu biến áp, khi hồ quang sinh ra, do nhiệt độ cao nên dầu ở đó bị bốc hơi và sôi lên mạnh, tạo ra áp suất lớn. Aùp lực khí dầu lớn, làm cho dầu bị xáo động mạnh, do đó hồ quang bị làm nguội và dập tắt. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 48 b. Phân loại : Máy cắt có 2 loại là máy cắt nhiều dầu và máy cắt ít dầu. Hình 2.15: Máy cắt điện nhiều dầu a. Sơ đồ; b. Hình dáng chung; 1. Tiếp điểm động; 2. Tiếp điểm tĩnh; 3. Thùng dầu; 4. Oáng thoát khí; 5. Cơ cấu truyền động; 6. Thanh truyền động bằng vật liệu cách điện; 7. Ống chỉ mức dầu; 8. Van tháo dầu; 9. Tấm báo vị trí; 10. Sứ ra Hình 2.16: Bộ truyền động a và sơ đồ nguyên tắc b, bộ truyền động C -10 1 và 21. Tay quay đóng; 2. Ngăn cuộn đóng; 3. Xilanh; 4 và 6 tiếp điểm phụ; 5 tay truyền động; 7. Vỏ; 8. Cuộn cắt; 9. Thanh kéo; 10. Tay đòn trung gian; 11. Trục; 12. Tay đòn chính; 13. Trục; 14. Móc hãm; 15. Cữ chặn; 16. Cuộn cắt; 17 và 20 lõi thép; 18. Lò xo; 19. Cuộn đóng Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 49 c. Cấu tạo - Trong máy cắt điện nhiều dầu, dầu vừa làm nhiệm vụ cách điện, vừa để dập hồ quang. Hình vẽ 2.15, cấu tạo của máy cắt điện nhiều dầu 35 KV. Dầu biến áp được đựng trong thùng dầu hình trụ 3 bằng kim loại. Thùng có ống chỉ mức dầu 7 và van tháo dầu 8. Trên nắp dầu có đặt sứ ra 10, mỗi pha 2 sứ, có ruột dẫn điện. Có khi các sứ ra được chế tạo thành biến cường độ đi kèm máy cắt điện. Phía dưới sứ ra lắp các tiếp điểm tĩnh 2. Việc đóng cắt mạch thực hiện bằng cách quay trục truyền động của bộ phận truyền động 5, thanh truyền 6 làm vật liệu cách điện sẽ nâng hoặc hạ tiếp điểm động 1, do đó nó nối liền hoặc ngắt mạch các tiếp điểm 2. Tâm báo vị trí 9 sẽ báo vị trí tương ứng: máy cắt ở vị trí cắt hoặc ở vị trí đóng. Các máy cắt làm việc ở điện áp cao (110 KV trở lên) thường chế tạo mỗi pha một thùng dầu. - Trong máy cắt điện ít dầu, dầu chỉ dùng để dập tắt hồ quang, giới thiệu máy cắt ít dầu Hình 2.17, điện áp từ 6 – 10 KV. Tiếp điểm 1 đặt ở đáy bình đựng dầu 3. Tiếp điểm động dạng thanh tròn chuyển động dễ dàng bên trong sứ xuyên 4. Việc đóng và cắt máy thực hiện qua bộ truyền động 6. Máy cắt đấu vào mạch điện qua các đầu nối dây 1 và 10. Khi máy cắt làm việc, vỏ kim loại 3 có điện. Vì thế vỏ thường sơn đỏ và có dấu hiệu nguy hiểm. Máy cắt điện ít dầu cấu tạo gọn, nhẹ, giá thành hạ hơn so với máy cắt nhiều dầu, và có thể chế tạo với điện áp 35, 110 KV. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 50 Hình 2.17: Máy cắt điện ít dầu; a. Sơ đồ; b. Hình dáng chung 1. Tiếp điểm tĩnh; 2. Tiếp điểm động; 3. Vỏ bình dầu; 4. Sứ ra; 5. Thanh truyền bằng sứ; 6. Bộ phận truyền động; 7. Lò xo cắt; 8. Giá; 9. Sứ đỡ; 10. Đầu nối dây mềm; 11. Nắp vỏ; 12. Ống chỉ mức dầu 2.4.3. Máy cắt điện không khí a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Nguyên tắc dập tắt hồ quang ở máy cắt không khí là dùng luồng khí áp suất tới 20 atmotphe để thổi tắt hồ quang. Luồn không khí có thể thổi dọc hay thổi ngang hồ quang. Hình 2.18, trình bày sơ đồ hoạt động của máy cắt không khí, ngăn trên của vỏ là buồng dập hồ quang 4, còn ngăn dưới buồng là truyền động 1. Khi đóng, không khí áp suất cao đẩy pitton 11 lên phía trên, tiếp điểm động 9 cấy vào tiếp điểm tĩnh 5, nối liền cực bắt dây 2 với thanh dẫn 6. Khi cắt, không khí đi vào buồng 1 từ phía trên đẩy pitton 11 xuống. Khi tiếp điểm động vừa rời khỏi tiếp điểm tĩnh, không khí từ buồng 4 phụt qua ruột tiếp điểm tĩnh 5 thoát ra ngoài lỗ 7, làm tắt hồ quang sinh ra giữa tiếp điểm 5 và 9. Thao tác đóng và cắt máy cắt không khí là các thao tác đóng, mở van dẫn khí, có thể thực hiện bằng tay (tại chỗ) hoặc từ xa. Cấu tạo tiếp điểm của máy cắt có bốn kiểu như hình. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 51 b. Hình dáng Hình 2.18: Sơ đồ hoạt động của máy cắt không khí 1. Buồng không khí truyền động; 2. Cục bắt dây; 3. Vòng kim loại; 4. Buồng dập hồ quang; 5. Tiếp điểm tĩnh; 6. Thanh dẫn; 7. Lỗ thoát khí; 8. Nắp; 9. Tiếp điểm động; 10 và 12 ống dẫn khí; 11. pítton. Hình 2.18: Buồng dập hồ quang của máy cắt không khí 110 KV; a. Hình dạng chung; b. Sơ đồ đo lực ép tiếp điểm; A và B là các khoảng cách đo; 1. Tiếp điểm tĩnh; 2. Chỗ tháo; 3. Tiếp điểm động; 4. Vòng tiếp xúc lấy điện; 5. Tiếp điểm tĩnh; 6. Vòng chèn kín Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 52 Hình 2.19: Tiếp điểm của máy cắt điện a. Tiếp điểm mặt; b. Tiếp điểm cắm; c. Tiếp điểm bàn chải; d. Tiếp điểm chốt 1. Tiếp điểm động; 2. Tiếp điểm tĩnh; 3. Giá tiếp điểm; 4. Lò xo 2.5. Aùp-tô-mát (CB) Aùptômát hay còn gọi CB (Circuit Breaker) là thiết bị khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện : Tự động cắt mạch điện khi có sự cố quá tải, ngắn mạch, sụt ápCB có khả năng đóng cắt 40 lần /1 giờ. Phân loại: - Theo hình dạng, kết cấu có các loại CB: loại một cực, hai cực, ba cực và bốn cực. - Theo nguyên lý bảo vệ có loại bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải, bảo vệ sụt áp. - Theo thời gian tác động: có loại kiểu tác động nhanh, loại tác động chậm. Yêu cầu: - Chế độ làm việc định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là dòng điện định mức chạy qua CB trong thời gian bao lâu cũng được. Mặt khác CB phải chịu được dòng lớn (dòng điện quá tải hay ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay mở. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 53 - CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn có thể đến vài chục Kilô ampere. Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch CB phải đãm bảo vẫn làm việc được ở dòng điện định mức. - Nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự phá hại do dòng điện ngắn mạch gây ra. CB phải có thời gian cắt bé. Để đáp ứng yêu cầu trên trong kết cấu phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong CB. Để thực hiện yêu cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc, CB cần phải có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động. Hình 2.20: Hình dạng áp-tô-mát 2.5.1. Cấu tạo a. Lõi thép Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 54 Hình 2.21a: CB dòng điện cực đại Hình 2.21b: CB điện áp thấp Lõi thép tĩnh (Hình 2.21a là 2) gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện ghép lại có bề dày từng lá thép từ 0,35  0,5 mm, tạo thành một khối hình trụ rỗng. Trên lõi thép tĩnh có quấn cuộn dòng hoặc cuộn áp. Lõi thép động (Hình 2.21b là 6) là một miếng thép mỏng liên kết với cánh tay đòn bảo vệ 1, 5 hoặc 2, 5. b. Cuộn dây Cuộn dây thường làm bằng dây đồng hay dây nhôm bên ngoài có phủ lớp cách điện mỏng có thể là êmail (gọi là dây êmail). Cuộn áp (Hình 2.22b) có tiết diện nhỏ, số vòng nhiều, mắc song song với nguồn để bảo vệ thấp áp. Cuộn dòng (Hình 2.22a) có tiết diện lớn, số vòng dây ít, mắc nối tiếp với tải. c. Hệ thống tiếp điểm - CB thường chế tạo hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang), hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang). Khi đóng mạch tiếp điểm hồ quang 5 đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ 4 sau cùng là tiếp điểm chính 2,3. - Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, đến tiếp điểm phụ, sau 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 đóng điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư tiếp điểm chính. - Tiếp điểm của CB thường làm bằng hợp kim gốm dẫn điện tốt, ít bị ôxy hoá, chịu được nhiệt độ cao như Ag – W, Cu -W , Cu – Ni Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 55 Hình 2.22: Kết cấu tiếp điểm và buồng dập hồ quang của CB d. Buồng dập hồ quang - Để CB dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, thường sử dụng hai kiểu dập hồ quang: kiểu nửa kín và kiểu nửa hở. - Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của CB và có lỗ thoát khí. Kiểu này có dòng điện giới hạn cắt nhỏ hơn 50 KA. Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng cắt lớn hơn 50 KA hoặc điện áp lớn hơn 1000 V (cao áp). - Trong buồng dập hồ quang thông dụng, dùng những lá thép mạ đồng đặt song song với nhau và có khe hở giữa các lá thép (những tấm thép xếp thành lưới ngăn), để ngăn chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang, vị trí của buồng dập hồ quang đặt tại tiếp điểm hồ quang, trên Hình 2.23, 6 là buồng dập hồ quang. - Cùng một thiết bị dập tắt hồ quang, khi làm việc ở mạch điện xoay chiều điện áp đến 500 V, có thể dập được hồ quang của dòng điện đến 40 KA; nhưng khi làm việc ở mạch điện một chiều điện áp đến 440 V, chỉ có thể cắt được dòng điện 20 KA. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 56 e. Cơ cấu truyền động cắt CB - Truyền động cắt CB hai cách: bằng tay và bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện). Điều khiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mức không lớn hơn 600 A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có dòng điện lớn hơn 1000 A. Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy. Ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén. Trình bày cơ cấu điều khiển các CB bằng nam châm điện có nhả khớp tự do, khi đóng bình thường (không có sự cố), các tay đòn 2 và 3 được nối cứng vì tâm xoay O nằm dưới hai điểm O1 và O2 . Giá đỡ 5 làm cho hai đòn này không tự gập lại được, điểm O ở vị trí chết. Khi có sự cố, phần ứng 6 của nam châm điện 7 bị hút dập vào hệ thống cánh tay đòn 2, 3 làm cho điểm O thoát khỏi vị trí chết. Điểm O sẽ cao hơn đường nối O1, O2 , lúc này tay đòn 2, 3 không được nối cứng nữa, các tiếp điểm sẽ nhanh chóng mở ra dưới tác dụng của lò xo kéo tiếp điểm. Muốn đóng lại phải kéo tay cầm xuống phía dưới sau đó mới đóng lại được. Hình 2.23: Cơ cấu truyền động cắt CB f. Móc bảo vệ - CB tự động cắt nhờ phần tử bảo vệ gọi là móc bảo vệ.Móc bảo vệ quá tải (còn gọi là quá dòng điện), để bảo vệ thiết bị điện khỏi bị quá tải, đường thời gian dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ, sử dụng hệ thống điện từ và rơle nhiệt làm móc bảo vệ đặt bên trong CB. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 57 - Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch điện chính. Khi dòng điện vượt quá trị số cho phép thì phần ứng bị hút và móc sẽ dập vào khớp rơi tự do, làm CB mở ra. Điều chỉnh vít để thay đổi lực căng của lò xo, có thể điều chỉnh trị số dòng tác động. Để giữ thời gian trong bảo vệ quá tải kiểu điện từ người ta thêm một cơ cấu giữ thời gian. - Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản hơn cả, có kết cấu tương tự như rơle nhiệt có phần tử đốt nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, tấm kim loại kép giản nở làm nhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của CB khi có quá tải, kiểu này có thiếu sót là quán tính nhiệt lớn nên không ngắt mạch nhanh được dòng điện tăng vọt khi có ngắn mạch, do đó chỉ bảo vệ được dòng điện quá tải, sử dụng móc kiểu điện từ và móc kiểu rơle nhiệt. Móc bảo vệ sụt áp cũng thường dùng kiểu điện từ. - Các bộ phận khác như cơ cấu tác động cánh tay đòn liên kết với móc bảo vệ 5, 6 bộ phận lò xo phản, vỏ bên ngoài. - Trên thực tế CB có cấu tạo 3 cuộn dòng hay 3 rơ le nhiệt hoặc kết hợp giữa cuộn dòng và rơ le nhiệt. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 58 Hình 2.24: Hình dạng thực tế của CB 2.5.2. Nguyên lý hoạt động - Khi đóng CB tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh, nhờ móc gài 1, 5 và 2,5 dính vào nhau có điện chạy qua cuộn áp và cuộn dòng cung cấp điện cho phụ tải. - Ở trạng thái dòng điện chạy qua cuộn dòng là Iđm thì lực điện từ trong lõi thép 2 không thắng lực lò xo 3, móc 1, 5 vẫn dính; điện áp nguồn đặt vào cuộn cuộn áp 1 là định mức thì từ trường trong lõi thép 1 thắng lực lò xo 3, lá thép 6 bị hút dính vào lõi thép 1, móc 2, 5 vẫn dính. - Khi có sự cố ngắn mạch hay quá tải trên đường dây hay thiết bị điện, dòng điện chạy qua cuộn dây 2 tăng cao so với dòng điện định mức và từ truờng do cuộn dây 2 tạo ra thắng lực phản lò xo 3 khi đó lõi thép động 4 di chuyển xuống lõi thép tĩnh 2, móc bảo vệ 1, 5 mở ra, lò xo 6 kéo tiếp điểm cắt mạch điện. - Khi có sự cố sụt áp thì điện áp đặt trên cuộn dây 1 nhỏ hơn lực phản lò xo 3 do đó lõi thép động 6 rời khỏi lõi thép tĩnh 1, móc 2, 5 mở ra, lò xo 4 kéo tiếp tiếp điểm cắt mạch điện. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 59 2.5.3.Tính chọn áp-tơ-mát Việc lựa chọn CB chủ yếu dựa vào dòng điện tính toán đi trong mạch, dòng điện quá tải, tính thao tác có chọn lọc. Ngoài ra lựa chọn CB còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải là áptômát không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ. - Chọn hệ thống bố trí cắt mạch điện + Hệ thống này gồm có liên động cơ khí với các cực cắt dòng điện và sẽ bố trí theo chức năng sau: + Số lượng các cực, số lượng các dây dẫn để cắt, điện áp định mức (điện áp sử dụng), loại dòng điện (xoay chiều hay một chiều). + Dòng điện Ib là dòng điện sử dụng của mạch điện, chính dòng điện này cho phép ta xác định dòng điện định mức (mà thường gọi là cỡ CB). + Dòng điện ngắn mạch Icc, đó là dòng điện ngắn mạch mà khí cụ điện (CB) có thể chấp nhận được để tiến hành cắt bảo vệ ngay lập tức các thiết bị điện ở phía sau CB, phải chọn CB có khả năng cắt ở giá trị cao hơn dòng Icc đã tính toán ở phía sau CB. - Chọn hệ thống mở (hay dò tìm sự cố để thực hiện tác động mở) + Sự bố trí điện từ, nhiệt, điện tử, thực hiện điều khiển các cực cắt, được chọn theo chức năng: + Dòng điện Ib dòng điện cực đại mà nó đi qua mạch điện khi làm việc bình thường. + Dòng điện đột ngột xuất hiện khi đặt dưới điện áp (dòng điện mở máy). Tuỳ theo giá trị quá dòng điện này, người ta xác định loại đường cong sử dụng (B, C, D) của hệ thống mở trong CB. Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 60 - Khi chọn CB để lắp trên mạng điện hay cho một thiết bị điện cần chú ý đế IđmCB: + Nếu một thiết bị điện và phụ tải ổn định thì chọn IđmCB > Ipt + Nếu một thiết bị hay phụ tải không ổn định thì chọn IđmCB > (1,25  1,5) Ipt (2.2) + Nếu nhiều thiết bị : IđmCB > (1,25  1,5)Kđt Ipt (2.3) Điện áp định mức của CB phải lớn hơn điện áp của nguồn điện. 2.5.4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng - Tiếp điểm bị mòn, cháy do hồ quang điện (quá tải, ngắn mạch.) - Đóng mở dập dờ, tiếp điểm bị dơ, làm sạch tiếp điểm (tiếp xúc hờ ..) - CB hỏng do dòng khởi động của hệ thống lớn hơn dòng của CB Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trang 61 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Nêu định nghĩa và phân loại cầu dao? 2. Trình bày cách tính chọn cầu dao? 3. Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cầu dao? 4. Trình bày khái niệm và công dụng của công tắc? 5. Hãy liệt kê các dạng công tắc? 6. Nêu cách tính chọn công tắc? 7. Nút nhấn là gì? Nêu công dụng và phân loại nút nhấn? 8. Nêu cấu tạo và nguyên lý làm việc của dao cách ly? 9. Nêu công dụng và phân loại máy cắt điện? 10. Định nghĩa và phân loại áp-tô-mát(CB)? 11. Trình báy nguyên lý làm việc của CB? 12. Nêu cách tính lựa chọn CB?