Giáo trình Khí cụ điện

Tổng Liên Đoàn Lao Động Việt Nam

Trường Cao Đẳng Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

GIÁO TRÌNH

KHÍ CỤ ĐIỆN

Cao Minh Đức - 2020

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình môn học Khí cụ điện được xây dựng và biên soạn trên cơ sở chương

trình khung đào tạo nghề Điện công nghiệp đã được trường Cao đẳng Công nghệ Hà

Tĩnh phê duyệt.

Giáo trình Khí cụ điện dùng để giảng dạy ở trình độ Cao đẳng/Trung cấp nghề

được biên soạn mang tính chọn lọc, khoa học, sát thực tế và hướng học lên chương

trình sau Cao đẳng.

Nội dung giáo trình gồm;

Bài mở đầu: Khái niệm và phân loại khí cụ điện

Chương I. Khí cụ điện đóng cắt

Chương II: Khí cụ điện bảo vệ

Chương III: Khí cụ điện điều khiển

Chương IV: Khí cụ điện đo lường

Áp dụng việc đổi mới trong phương pháp dạy và học cũng như việc áp dụng

các phần mềm như trong dạy học như: Kahoot, Microsoft team, giáo trình đã biên soạn

cả phần nội dung bài học và phần câu hỏi, bài tập để đánh giá khả năng tiếp thu của

người học ngay tại lớp cũng như về nhà 1 cách khách quan và tăng thêm tính năng

động cho người học.

Trong quá trình biên soạn có thể có những sai sót, rất mong được sự góp ý của

Hội đồng thẩm định giáo trình, các đồng nghiệp cũng như các bạn học sinh, sinh viên

để giáo trình được hoàn thiện hơn.

Hà Tĩnh, ngày tháng năm 2020

Tác giả: Thái Thị Quyền

Cao Minh Đưc

Giáo trình khí cụ điện

1

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

MỤC LỤC

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ...........................................................................................1

LỜI GIỚI THIỆU .........................................................................................................2

CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN .........................................................................................4

Bài mở đầu: Khái niệm và phân loại khí cụ điện ............................................................6

1. Khái niệm về khí cụ điện.............................................................................................6

2. Phân loại khí cụ điện. ................................................................................................10

3. Tiếp xúc điệ n .............................................................................................................10

4. Một số yêu cầu đối với vật liệu làm tiếp điểm :.........................................................11

5. Các nguyên nhân gây hư hỏng tiếp điểm và các biện pháp khắc phục .....................12

Chương I: Khí cụ điện đóng cắt ....................................................................................14

1. Cầu dao (Breaker) .....................................................................................................14

2. Các loại công tắc (Switch) ........................................................................................19

3. Nút nhấn (Button)......................................................................................................25

4. Áp tô mát (Circuit Breaker). .....................................................................................29

Chương II: Khí cụ điện bảo vệ......................................................................................46

1. Cầu chì (Fuse). ..........................................................................................................46

2. Rơ le dòng điện và điện áp ( RI & RU).....................................................................50

3. Thiết bị bảo vệ mất pha (Phase monitoring Relay)...................................................53

4. Rơ le nhiệt ( Overload relay).....................................................................................58

Chương III: Khí cụ điện điều khiển ..............................................................................69

1. Công tắc tơ (Contactor)............................................................................................69

2. Rơ le trung gian (Control Relays) .............................................................................78

3. Rơ le thời gian ( Timer).............................................................................................85

Chương IV: Khí cụ điện đo lường .................................................................................93

1.Máy biến điện áp (TU)...............................................................................................93

2.Máy biến dòng điện (TI) ............................................................................................95

Giáo trình khí cụ điện

2

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN

Tên môn học: Khí cụ điện

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:

- Vị trí: Môn học khí cụ điện được học sau các môn học: An toàn lao động;

Mạch điện.

- Tính chất: Là môn học kỹ thuật cơ sở, thuộc các môn học/mô đun chuyên môn

nghề.

- Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Môn học Khí cụ điện trang bị cho người học

các kiến thức cơ bản về các khí cụ điện thường dùng trong mạch hạ áp như: cầu dao,

nút ấn, áp tô mát, cầu chì, rơ le nhiệt, rơ le thời gian, công tắc tơ, khởi động từ, máy

biến dòng, máy biến điện áp … và kỹ năng tính chọn các khí cụ điện đó để tính chọn

thiết bị điện nhằm làm tiền đề cho các mô đun thực hành.

Mục tiêu môn học

- Về kiến thức:

Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện thông

dụng như: Cầu dao, công tắc, nút nhấn, áp tô mát, cầu chì, Rơ le dòng điện, rơ le điện

áp, thiết bị bảo vệ mất pha, rơ le nhiệt, công tắc tơ, rơ le trung gian, rơ le thời gian,

máy biến dòng điện, máy biến điện áp.

- Về kỹ năng:

Nhận dạng, tính chọn và thay thế được các loại khí cụ điện như: Cầu dao, công

tắc, nút nhấn, áp tô mát, cầu chì, Rơ le dòng điện, rơ le điện áp, thiết bị bảo vệ mất

pha, rơ le nhiệt, công tắc tơ, rơ le trung gian, rơ le thời gian theo yêu cầu của phụ tải.

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+ Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết công việc, vấn đề phức

tạp trong điều kiện làm việc thay đổi;

+ Hướng dẫn, giám sát những người khác thực hiện nhiệm vụ xác định; chịu

trách nhiệm cá nhân trách nhiệm đối với nhóm;

+ Đánh giá chất lượng công việc sau khi hoàn thành và kết quả thực hiện của các

thành viên trong nhóm.

Giáo trình khí cụ điện

3

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

Nội dung môn học:

1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:

Thời gian (giờ)

Thực

hành, thí

nghiệm,

thảo luận,

bài tập

Số

TT

Tên chương, mục

Tổng

số

Lý

thuyết

Kiểm

tra

Bài mở đầu: Khái niệm và phân

loại khí cụ điện

5

1

1. Khái niệm về khí cụ điện

2. Phân loại khí cụ điện.

10

5

1

2

5

1

2

1

4

1

2

3

Chương I. Khí cụ điện đóng cắt

1.1. Cầu dao.

1.2. Các loại công tắc.

1.3. Nút nhấn

1.4. Áptômát.

2

4

1

10

1

Chương II: Khí cụ điện bảo vệ.

2.1. Cầu chì.

2.2. Rơ le dòng điện và điện áp

2.3. Thiết bị bảo vệ mất pha

2.4. Rơ le nhiệt

1

Chương III. Khí cụ điện điều

khiển.

4

6

4

3.1. Công tắc tơ.

2

1

3

4

2

1

2

5

3

3.2. Rơle trung gian.

3.3. Rơle thời gian

5

Chương IV: Khí cụ điện đo lường.

4.1 Máy biến điện áp (TU)

10

45

1

4.1 Máy biến dòng điện (TI)

2

1

Tổng

25

17

3

Giáo trình khí cụ điện

4

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

Bài mở đầu: Khái niệm và phân loại khí cụ điện

Giới thiệu

Khí cụ điện là môn học cơ sở kỹ thuật quan trọng trong quá trình đào tạo công

nhân kỹ thuật lành nghề, kỹ sư các ngành kỹ thuật như điện công nghiệp, tự động

hóa... Nó nhằm mục đích trang bị một cơ sở lý luận có hiệu lực về khí cụ điện cho các

ngành kỹ thuật điện và còn có thể vận dụng cho nhiều ngành kỹ thuật khác.

Ở bài mở đầu chủ yếu tập trung các khái niệm về khí cụ điện và khái niệm về

hồ quang, các phương pháp dập tắt hồ quang.

Mục tiêu:

- Trình bày được khái niệm và cách phân loại khí cụ điện; Khái niệm về hồ

quang điện và cách dập tắt hồ quang điện;

- Phân loại được khí cụ điện; Vận dụng được phương pháp dập tắt hồ quang;

- Rèn luyện tính nghiêm túc, an toàn trong học tập và trong thực hiện công việc.

Nội dung:

1. Khái niệm về khí cụ điện.

1.1. Định nghĩa.

Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo

vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất. Ngoài ra nó còn

được dùng để kiểm tra và điều chỉnh các quá trình không điện khác.

Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi ở các nhà máy phát điện, các trạm biến áp,

trong các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy lợi, giao thông vận tải,

quốc phòng...

Ở nước ta khí cụ điện hầu hết được nhập từ nhiều nước khác nhau nên quy cách

không thống nhất, việc bảo quản và sử dụng có nhiều thiếu sót dẫn đến hư hỏng, gây

thiệt hại khá nhiều về kinh tế. Do đó việc nâng cao hiệu quả sử dụng, bổ sung kiến

thức bảo dưỡng, bảo quản và kỹ thuật sửa chữa khí cụ điện phù hợp điều kiện khí hậu

nhiệt đới của ta là nhiệm vụ quan trọng cần thiết đối với học sinh - sinh viên chuyên

ngành điện hiện nay.

Khí cụ điện phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Khí cụ điện phải đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số kỹ thuật ở định mức.

Nói cách khác dòng điện qua vật dẫn không được vượt quá trị số cho phép vì nếu

không sẽ làm nóng khí cụ điện và nhanh hỏng.

+ Khí cụ điện ổn định nhiệt và ổn định điện động. Vật liệu phải chịu nóng tốt và có

cường độ cơ khí cao vì khi quá tải hay ngắn mạch, dòng điện lớn có thể làm khí cụ

điện hư hỏng hoặc biến dạng.

+ Vật liệu cách điện phải tốt để khi xẩy ra quá điện áp trong phạm vi cho phép khí cụ

điện không bị chọc thủng.

+ Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc được chính xác, an toàn song phải gọn

Giáo trình khí cụ điện

5

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

nhẹ, rẻ tiền, dễ gia công, dễ lắp ráp, kiểm tra và sữa chữa.

+ Ngoài ra khí cụ điện phải làm việc ổn định ở các điều kiện và môi trường yêu cầu.

1.2. Sự phát nóng của khí cụ điện

Dòng điện chạy trong vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên (theo định luật Jun-

Lenxơ). Nếu nhiệt độ vượt quá giá trị cho phép, khí cụ điện sẽ nhanh hỏng, vật liệu

cách điện sẽ nhanh bị hoá già và độ bền cơ khí sẽ giảm đi nhanh chóng.

Tùy theo chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác nhau. Có ba chế độ làm

việc: làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn và làm việc ngắn hạn lặp lại.

a. Chế độ ngắn hạn lặp lại:

Ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại thường dùng hệ số thông dòng điện ĐL%. Theo

định nghĩa:

t_lv

t

Đ

L% 

100  ^lv100

t_lv t_ng

T

Trong đó:

- t_lvlà thời gian làm việc.

- t_nglà thời gian nghỉ.

- T chu kỳ làm việc.

Độ chênh nhiệt



(còn gọi là độ tăng nhiệt) là hiệu nhiệt độ khí cụ điện và môi

trường xung quanh:   ₀

Trong đó:

: nhiệt độ khí cụ điện; _o: nhiệt độ môi trường xung quanh.

 

Các nước miền ôn đới quy định  _o= 35^oC. ở Việt Nam quy định  _o= 40^oC

Sự phát nóng do tổn hao nhiệt quyết định. Đối với KCĐ một chiều đó là tổn

hao đồng, đối với KCĐ xoay chiều đó là tổn hao đồng và sắt. Ngoài ra còn có tổn hao

phụ. Nguồn phát nóng chính ở KCĐ là: dây dẫn có dòng điện chạy qua, lõi thép có

từ thông biến thiên theo thời gian. Cầu chì, chống sét và một số KCĐ khác có thể phát

nóng do hồ quang. Ngoài ra còn phát nóng do tổn thất dòng điện xoáy. Bên cạnh quá

trình phát nóng có quá trình tỏa nhiệt theo ba hình thức: truyền nhiệt, bức xạ và đối l-

ưu.

Giáo trình khí cụ điện

6

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

b. Phát nóng của vật thể đồng chất ở chế độ làm việc dài hạn.



t

_odt

₀

0

t₁

t

t  t₁

Hình 0.1. Đường đặc tính phát nóng theo thời gian của khí cụ

điện ở chế độ dài hạn.

Chế độ làm việc dài hạn là chế độ khí cụ làm việc trong thời gian t > t , t là

1 1

thời gian phát nóng của khí cụ điện từ nhiệt độ môi trường xung quanh đến nhiệt độ

ổn định (hình 1-1) với phụ tải không đổi hay thay đổi ít. Khi đó độ chênh lệch nhiệt

độ đạt tới trị số nhất định t_ôđ.

Một vật dẫn đồng chất, tiết diện đều đặn có nhiệt độ ban đầu là nhiệt độ môi

trường xung quanh. Giả thiết dòng điện có giá trị không đổi bắt đầu qua vật dẫn: Từ

lúc này vật dẫn tiêu tốn năng lượng điện để chuyển thành nhiệt năng làm nóng vật

dẫn. Lúc đầu, nhiệt năng tỏa ra môi trường xung quanh ít mà chủ yếu tích lũy trong

vật dẫn, nhiệt độ vật dẫn bắt đầu tăng dần lên và sau một thời gian đạt tới giá trị ổn

định t_ôđvà giữ ở giá trị này. Như vậy là nhiệt độ vật dẫn tăng nhanh theo thời gian

đến một lúc nào đó chậm dần và đi đến ổn định.

Nhiệt lượng tiêu tốn trong khoảng thời gian dt theo định luật Jun-Lenxơ:

P  I ²R_dt, W_s

dt

Với:

P - công suất tác dụng, W.

I - giá trị dòng điện hiệu dụng, A.

R - điện trở vật dẫn, W

Phương trình cân bằng nhiệt là:

P  CMd S.dt

dt

Trong đó:

CMd



: phần tích lũy đốt nóng vật dẫn.

aS dt: phần toả ra môi trường xung quanh.



C: tỉ nhiệt vật dẫn.

M: khối lượng vật dẫn, kg.





: độ chênh nhiệt độ (⁰C) so với môi trường xung quanh.

: hệ số toả nhiệt W/m², ^oC

S: diện tích toả nhiệt của vật dẫn, m².

1.3. Hồ quang và các phương pháp dập tắt hồ quang.

1.3.1. Quá trình hình thành hồ quang.

B

I

B

d

H₁

H₂

Hình 0.2: Quá trình hình thành hồ quang

Giáo trình khí cụ điện

7

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

Hồ quang điện là quá trình phóng điện xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp

suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn. Trên thực tế nó là một

dạng plasma tạo ra qua sự trao đổi điện tích liên tục. Nó thường đi kèm theo tỏa sáng

và tỏa nhiệt mạnh.

Trong khí cụ điện, hồ quang thường xẩy ra ở các tiếp điểm khi cắt dòng điện. Trước

đó khi các tiếp điểm đóng điện trong mạch có dòng điện, điện áp trên phụ tải là U còn

điện áp trên 2 tiếp điểm A, B bằng 0. Khi cắt điện 2 tiếp điểm A, B rời nhau (H₂) lúc

này dòng điện giảm nhỏ. Toàn bộ điện áp U đặt lên 2 cực A, B do khoảng cách d giữa

2 tiếp điểm rất nhỏ nên điện trường giữa chúng rất lớn.

Do nhiệt độ và điện trường ở các tiếp điểm lớn nên trong khoảng không khí giữa 2

tiếp điểm bị ion hóa rất mạnh nên khối khí trở thành dẫn điện (Gọi là plasma) sẽ xuất

hiện phóng điện hồ quang có mật độ dòng điện lớn (104 - 105 A /cm²), nhiệt độ rất cao

(4000 - 5000⁰C). Điện áp càng cao dòng điện càng lớn thì hồ quang càng mãnh liệt.

1.3.2. Tác hại của hồ quang

- Kéo dài thời gian đóng cắt: do có hồ quang nên sau khi các tiếp điểm rời nhau

nhưng dòng điện vẫn còn tồn tại. Chỉ khi hồ quang được dập tắt hẳn mạch điện mới

được cắt.

- Làm hỏng các mặt tiếp xúc: nhiệt độ hồ quang rất cao nên làm cháy, làm rỗ bề mặt

tiếp xúc. Làm tăng điện trở tiếp xúc.

- Gây ngắn mạch giữa các pha: do hồ quang xuất hiện nên vùng khí giữa các tiếp

điểm trở thành dẫn điện, vùng khí này có thể lan rộng ra làm phóng điện giữa các pha.

- Hồ quang có thể gây cháy và gây tai nạn khác.

1.3.3. Các phương pháp dập hồ quang

Yêu cầu hồ quang cần phải được dập tắt trong khu vực hạn chế với thời gian

ngắn nhất, tốc độ mở tiếp điểm phải lớn mà không làm hư hỏng các bộ phận của khí

cụ. Đồng thời năng lượng hồ quang phải đạt đến giá trị bé nhất, điện trở hồ quang phải

tăng nhanh và việc dập tắt hồ quang không được kéo theo quá điện áp nguy hiểm,

tiếng kêu phải nhỏ và ánh sáng không quá mạnh. Để dập tắt hồ quang ta dùng các biện

pháp sau:

- Kéo dài hồ quang.

- Dùng từ trường để tạo lực thổi hồ quang chuyển động nhanh.

- Dùng dòng khí hay dầu để thổi dập tắt hồ quang.

- Dùng khe hở hẹp để hồ quang cọ sát vào vách hẹp này.

- Dùng phương pháp thổi bằng cách sinh khí.

- Phân chia hồ quang ra nhiều đoạn ngắn nhờ các vách ngăn.

- Dập hồ quang trong dầu mỏ.

Giáo trình khí cụ điện

8

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

1.4. Công dụng của khí cụ điện.

Khoa Điện

Khí cụ điện là những thiết bị điện dùng để đóng cắt, điều khiển, điều chỉnh và

bảo vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc khác.

Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi ở các nhà máy điện, các trạm biến áp, trong

các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy lợi, giao thông vận tải,

quốc phòng …

2. Phân loại khí cụ điện.

2.1. Phân loại theo chức năng (theo nguyên lí hoạt động)

Khí cụ điện hoạt động theo nguyên lí điện từ, cảm ứng, nhiệt, có tiếp điểm,

không có tiếp điểm.

Theo điều kiện làm việc và dạng bảo vệ.

Khí cụ điện làm việc ở vùng nhiệt đới, ở vùng có nhiều rung động, vùng mỏ có

khí nổ, ở môi trường có chất ăn mòn hóa học, loại để hở, loại bọc kín …

2.2. Phân loại theo cấp điện áp

- Khí cụ điện cao thế: được chế tạo để sử dụng ở điện áp định mức lớn hơn 1000V

(điện áp trên 1kV)..

- Khí cụ điện hạ thế: được chế tạo để sử dụng ở điện áp định mức nhỏ hơn 1000V

(điện áp dưới 1kV).

Ngoài ra, khí cụ điện có thể phân loại theo công dụng, theo dòng điện như sau:.

Phân loại theo công dụng:

- Khí cụ điện dùng để đóng cắt lưới điện, mạch điện (ví dụ: cầu dao, CB, máy ngắt ...).

- Khí cụ điện dùng để mở máy, điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh điện áp và dòng điện (ví

dụ: Công tăc tơ, khởi động từ, bộ khống chế, biến trở, điện trở....).

- Khí cụ điện dùng để duy trì tham số điện ở giá trị không đổi (ví dụ: thiết bị tự động

điều chỉnh điện áp, dòng điện, tần số, tốc độ, nhiệt độ, ...).

- Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện, máy điện (ví dụ: rơ le, CB, cầu chì,...).

- Khí cụ điện đo lường: máy biến dòng, máy biến áp đo lường.

Phân loại theo loại dòng điện:

- Khí cụ điện một chiều.

- Khí cụ điện xoay chiều.

3. Tiếp xúc điện

Theo cách hiểu thông thường, chỗ tiếp xúc điện là nơi gặp gỡ chung của hai hay

nhiều vật dẫn để dòng điện đi từ vật dẫn này sang vật dẫn khác. Bề mặt tiếp xúc giữa

các vật dẫn gọi là bề mặt tiếp xúc điện.

Giáo trình khí cụ điện

9

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

Tiếp xúc điện là một phần rất quan trọng của khí cụ điện. Trong thời gian hoạt

động đóng mở, chỗ tiếp xúc sẽ phát nóng cao, mài mòn lớn do va đập và ma sát, đặc

biệt sự hoạt động có tính chất hủy hoại của hồ quang.

Tiếp xúc điện phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Thực hiện tiếp xúc chắc chắn, đảm bảo.

- Sức bền cơ khí cao.

- Không phát nóng quá giá trị cho phép đối với dòng điện định mức.

- Ổn định nhiệt và điện động khi có dòng ngắn mạch đi qua.

- Chịu được tác dụng của môi trường xung quanh, ở nhiệt độ cao ít bị oxy hoá.

Có ba loại tiếp xúc:

- Tiếp xúc cố định: hai vật tiếp xúc không rời nhau bằng bulông, đinh tán.

- Tiếp xúc đóng mở: tiếp điểm của các khí cụ điện đóng mở mạch điện.

- Tiếp xúc trượt: Chổi than trượt trên cổ góp, vành trượt của máy điện.

Lực ép lên mặt tiếp xúc có thể là bulông hay lò xo.

Theo bề mặt tiếp xúc có ba dạng:

- Tiếp xúc điểm (giữa hai mặt cầu, mặt cầu - mặt phẳng, hình nón - mặt phẳng).

- Tiếp xúc đường (giữa hình trụ - mặt phẳng).

- Tiếp xúc mặt (mặt phẳng - mặt phẳng).

Bề mặt tiếp xúc theo dạng nào cũng có mặt phẳng lồi lõm rất nhỏ mà mắt thường

không thể thấy được. Tiếp xúc giữa hai vật dẫn không thực hiện được trên toàn bộ bề

mặt mà chỉ có một vài điểm tiếp xúc thôi. Đó chính là các đỉnh có bề mặt cực bé để

dẫn dòng điện đi qua.

Muốn tiếp xúc tốt phải làm sạch mối tiếp xúc. Sau một thời gian nhất định, bất kỳ một

bề mặt nào đã được làm sạch trong không khí cũng đều bị phủ một lớp oxy. ở những

mối tiếp xúc bằng vàng hay bằng bạc, lớp oxy này chậm phát triển.

Thông thường, bề mặt tiếp xúc được làm sạch bằng giấy nhám mịn và sau đó lau lại

bằng vải. Nếu bề mặt tiếp điểm có dính mỡ hoặc dầu phải làm sạch bằng axêtôn.

4. Một số yêu cầu đối với vật liệu làm tiếp điểm:

Những vật liệu được dùng làm tiếp điểm phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Có độ dẫn điện cao, dẫn nhiệt tốt

- Có đủ độ dẻo độ mềm để giảm điện trở tiếp xúc

- Có độ bền cơ khí cao, để giảm mài mòn, biến dạng bề mặt tiếp điểm

- Không bị ô xy hóa làm giảm điện trở tiếp xúc

- Có độ nóng chảy cao để tránh tiếp điểm bị cháy

- Nhiệt độ bốc hơi và nóng chảy cao.

- Rẻ và dễ gia công cơ khí.

Giáo trình khí cụ điện

10

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

- Chống ăn mòn và mài mòn tốt

Khoa Điện

Đồng, thép được dùng rộng rãi để làm các tiếp điểm cố định. Đồng có điện trở suất bé

và có đủ sức bền cơ khí, được dùng trong mạch có dòng điện lớn. Thép chỉ dùng ở

điện áp cao và công suất bé, về sức bền cơ khí và điện trở suất thì lớn hơn đồng và đặc

biệt phát sinh tổn thất lớn đối với dòng xoay chiều.

Đối với tiếp xúc đóng mở mạch điện có dòng điện bé, tiếp điểm thường dùng bằng

bạc, đồng, platin, vonfram, niken và hạn hữu mới dùng vàng. Bạc có tính chất dẫn điện

và truyền nhiệt tốt. Platin (bạch kim) không có lớp oxýt, điện trở tiếp xúc bé. Vonfram

có nhiệt độ nóng chảy cao và chống mài mòn tốt đồng thời có độ cứng cao.

Trường hợp dòng điện vừa và lớn thường dùng đồng, đồng thau và những kim loại hợp

kim có nhiệt độ nóng chảy cao.

Khi dòng điện lớn, dùng hợp kim có độ mài mòn bé, độ cứng lớn song có nhược điểm

là tính dẫn điện giảm, do đó để tăng khả năng dẫn điện, người ta chế tạo thành những

tấm mỏng dán hoặc hàn vào bề mặt tiếp xúc. Hợp kim thường dùng: bạc - vonfram,

bạc - niken, đồng - vonfram.

5. Các nguyên nhân gây hư hỏng tiếp điểm và các biện pháp khắc phục

* Nguyên nhân gây hư hỏng tiếp điểm

- Ăn mòn kim loại: do trên bề mặt tiếp điểm có những lỗ nhỏ. Trong vận hành hơi

nước và các chất đọng lại gây phản ứng hóa học, bề mặt tiếp xúc bị ăn mòn làm hư

hỏng tiếp điểm.

- Ô xy hóa: do môi trường tác dụng lên bề mặt tiếp xúc tạo thành lớp ô xýt mỏng có

điện trở suất lớn dẫn tới điện trở tiếp xúc lớn, phát nóng hỏng tiếp điểm.

- Điện thế hóa học của vật liệu làm tiếp điểm.

- Hư hỏng tiếp điểm do điện: Khi vận hành khí cụ điện không được bảo quản tốt tiếp

điểm bị rỉ, lò xo bị han rỉ không duy trì đủ lực làm điện trở tiếp xúc tăng khi có dòng

điện các tiếp điểm sẽ phát nóng có thể nóng chảy tiếp điểm.

* Các biện pháp khắc phục

- Với những mối tiếp xúc cố định nên bôi một lớp bảo vệ.

- Khi thiết kế nên chọn vật liệu có điện thế hóa học giống nhau.

- Sử dụng các vật liệu không bị ô xy hóa làm tiếp điểm hoặc mạ các tiếp điểm.

- Thường xuyên kiểm tra, thay thế lò xo hư hỏng, lau sạch các tiếp điểm.

Giáo trình khí cụ điện

11

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

CÂU HỎI

Câu 1: Khí cụ điện phân loại theo công dụng gồm:

a. Khí cụ điện cao thế - hạ thế

b. Khí cụ điện dùng trong mạch AC và DC

c. KCĐ làm việc theo nguyên lý điện từ, cảm ứng, nhiệt

d. Cả a, b và c đều sai.

Câu 2: Khí cụ điện phân loại theo điện áp có các loại:

a. Khí cụ điện cao thế - Khí cụ điện hạ thế

b. Khí cụ điện dùng trong mạch điên AC và DC

c. Khí cụ điện điện từ, cảm ứng, nhiệt

d. Cả a và b đúng

Câu 3: Các phương pháp dập tắt hồ quang gồm có:

a. Kéo dài hồ quang, phân chia hồ quang ra nhiều đoạn ngắn

b. Dùng cuộn dây thổi từ kết hợp với buồng dập hồ quang

c. Dập hồ quang trong dầu, thổi bằng cách sinh khí

d. Cả a, b và c đều đúng

Câu 4: Các tiếp điểm bị hư hỏng là do:

a. Ăn mòn kim loại, ô xy hoá, do điện và điện thế hoá

b. Không bôi trơn tiếp điểm bằng dầu mỡ

c. Tiếp điểm quá bé

d. Cả a, b và c đều đúng

Câu 5: Trình bày công dụng của khí cụ điện?

…………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………….

Câu 6: Nêu tác hại của hồ quang điện và trình bày biện pháp dập tắt hồ quang điện ?

…………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………

Giáo trình khí cụ điện

12

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

Chương I: Khí cụ điện đóng cắt

Giới thiệu

2. Rơ le trung gian (Control Relays)

2.1. Khái niệm, công dụng, ký hiệu.

2.1.1. Khái niệm.

Rơle trung gian là một khí cụ điện dùng để khuếch đại gián tiếp các tín hiệu

tác động trong các mạch điều khiển hay bảo vệ...

Trong mạch điện, rơle trung gian là thường lắp giữa hai rơle khác nhau (vì

điều này nên có tên là trung gian).

Cuộn dây hút của rơle trung gian thường là cuộn dây điện áp và không có khả

năng điều chỉnh giá trị điện áp. Do vậy, yêu cầu quan trọng của rơle trung gian là độ

tin cậy trong tác động. Phạm vi giá trị điện áp làm việc của rơle trung gian thường là

U_đm+15%.

Nguyên lý hoạt động của rơle trung gian là nguyên lý điện từ.

Bộ tiếp xúc (hệ thống tiếp điểm) của các rơle trung gian thường có số luợng

tương đối lớn, thường lớn hơn rất nhiều so với các rơle dòng điện, rơle điện áp cũng

như các loại rơle khác.

Rơle trung gian chỉ làm việc ở mạch điều khiển nên nó chỉ có tiếp điểm phụ

mà không có tiếp điểm chính. Cường độ dòng điện đi qua các tiếp điểm là như nhau.

Hình 3.14: Hình ảnh một số rơ le trung gian

2.1.2. Công dụng.

Rơ le trung gian được chế tạo có nhiều tiếp điểm, chịu được dòng điện đi qua

nhỏ, thường nhỏ hơn 10A vì vậy nó được sử dụng trong các mạch điều khiển làm

trung gian giữa hai rơ le khác nhau hoặc giữa bộ điều khiển với công tắc tơ. Rơ le

trung gian đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện ít bị ảnh hưởng bởi các xung điện

trong quá trình làm việc của các thiết bị. Rơ le trung gian làm nhiệm vụ bắc cầu tạo ra

nhiều tín hiệu điều khiển trong các mạch điện.

2.1.3 Ký hiệu.

Theo TCVN 7922 :2008

Hình 3.15a: Ký hiệu cuộn dây rơ le trung gian

Hình 3.15b. Ký hiệu các tiếp điểm thường đóng, thường mở của rơ le trung gian

2.2. Cấu tạo.

Rơ le trung gian có nguyên lý cấu tạo như hình vẽ 3.16:

Giáo trình khí cụ điện

13

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

Hình 3.16: Cấu tạo rơ le trung gian

Nam châm điện 1

Nắp

2

Lò xo

3

hệ thống có tiếp điểm 4 (gồm các tiếp

điểm thường mở và tiếp điểm thường

đóng)

2.3. Nguyên lý làm việc .

Khi cuộn dây được cấp điện áp, lực điện từ trong cuộn dây xuất hiện lực

này sẽ thắng lực của lò xo 3 và kéo nắp 2 về phía lõi thép của mạch từ, nên các

tiếp điểm thường đóng mở ra còn các tiếp điểm thường mở đóng lại. Các thanh

gắn tiếp điểm động làm bằng thép lò xo hoặc đồng lò xo mục đích để cho các tiếp

điểm tiếp xúc với nhau tốt hơn. Rơle trung gian dùng để truyền tín hiệu của các

rơle bảo vệ trong mạch điều khiển. Do đó số lượng tiếp điểm của rơle trung gian

tương đối nhiều.

ví dụ về rơ le trung gian sử dụng phổ biến :

Hình 3.17. Sơ đồ các chân và hình ảnh thực tế của rơ le trung gian 14 chân.

2.4.Tính toán lựa chọn rơ le trung gian.

Để sử dụng được rơ le trung gian chúng ta phải đọc được các thông số kỷ thuật

của các loại rơ le trung gian đó. Xem xét có phù hợp với mục đích sử dụng hay không.

- Thông số kỷ thuật của cuộn dây nam châm điện.

Đây là bộ phận quan trọng và thường xuyên dể xẩy ra sai sót khi lựa chọn

Trên thị trường có rất nhiều loại cuộn dây nam châm điện, phù hợp cho một loại điện

áp khác nhau:

Ví dụ: 12 VDC, 24 VDC, 220VAC, 110VAC...

Nếu chúng ta sử dụng sai nguồn điện cấp vào cho cuộn dây nam châm điện thì

dể dẩn đến cháy, hỏng .

- Thông số kỹ thuật của tiếp điểm rơ le trung gian.

Rơ le trung gian được lựa chọn tương tự như công tắc tơ, nhưng rơ le trung

các tiếp điểm đều có cùng giá trị dòng điện định mức. Tùy theo yêu cầu mạch điều

khiển mà ta chọn rơ le trung gian có số tiếp điểm phù hợp. Ngoài ra còn quan tâm tới

kích thước, dạng chân rơ le, tuổi thọ….

I_{đm RTG} I_{đm mạch}

U_RTG= U_mạch

Ví dụ về bảng thông số kỷ thuận của rơ le trung gian

Hình 3.18. Thông số ký thuật của rơ le trung gian.

Giáo trình khí cụ điện

14

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

Hình 3.19. Bảng thông số ký thuật của cuộn dây rơ le trung gian hảng Omron.

Hình 3.20. Bảng thông số ký thuật của tiếp điểm rơ le trung gian hảng Omron.

Bài tập : Giải thích bảng thông số kỹ thuật ở hình 3.19, 3.20.

...........................................................................................................................................

2.5. Ứng dụng của rơ le trung gian.

Rơ le trung gian được sử dụng phổ biến ở các mạch điều khiển đơn giản,

và phức tạp.

Hình 3.21. Hình ảnh rơ le trung gian được đấu nối trong tủ điện.

Ví dụ về ứng dụng của rơ le trung gian trong mạch điều khiển.

Đảo chiều động cơ sử dụng PLC-S71200

Giáo trình khí cụ điện

15

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

Giáo trình khí cụ điện

16

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

3. Rơ le thời gian ( Timer)

3.1. Khái niệm, công dụng, ký hiệu.

3.1.1. Khái niệm.

Trong các mạch điện, khi điều khiển cần tạo ra độ trễ làm việc giữa các

thiết bị hoặc khi truyền tín hiệu từ phần tử này sang phần tử khác theo yêu cầu

của hệ thống ta dùng rơ le thời gian để tạo ra độ trễ đó.

Đối với rơle thời gian xoay chiều thường là sự hợp bộ của rơle dòng

điện, rơle điện áp hoặc rơle trung gian (nhiều nhất là rơle trung gian) với một cơ

cấu thời gian. Các cơ cấu thời gian này có thể là cơ cấu cơ khí, cơ cấu khí nén,

cơ cấu lò xo kiểu đồng hồ. Ngày nay, cơ cấu thời gian là một Board mạch điện

tử khá phức tạp.

Đối với rơle thời gian một chiều, thường dùng theo nguyên lý cảm ứng

điện từ để tạo cơ cấu duy trì thời gian. Thường nhất là cơ cấu ống đồng để

chống lại sự suy giảmcủa từ thông trong mạch từ theo định luật cảm ứng điện

từ.

Việc điều chỉnh thời gian duy trì của các rơle thời gian thường được

thực hiện ngay trên cơ cấu thời gian, mà không chỉnh định trên các đại lượng tác

động.

Ngày nay, rơle thời gian được cấu tạo với những cấu trúc điện tử khá

phức tạp kết hợp với rơle trung gian. Có hai loại được ứng dụng rất rộng rãi

trong thực tế: ON-DELAY và OFF-DELAY.

Hình 3.23. Hình ảnh rơ le thời gian

3.1.2. Công dụng.

Rơ le thời gian được sử dụng trong các mạch điện tác động có thời gian

trễ, tạo ra một khoảng thời gian nhất định để các khí cụ, thiết bị điện lần lượt

làm việc hoặc ngừng làm việc theo yêu cầu của công nghệ. Có tác dụng trung

gian tạo thời gian trễ giữa tín hiệu điều khiển với sự tác động của cơ cấu chấp

hành.

Rơ le thời gian được sử dụng trong các mạch điều khiển khởi động

động cơ, mạch băng tải, đóng cắt nguồn dự phòng….

3.1.3. Ký hiệu.

Theo TCVN 7922 : 2008

Giáo trình khí cụ điện

17

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Khoa Điện

a. Cuộn dây rơ le trể khi hút b. Cuộn dây rơ le trể khi nhả c. Cuộn dây rơ le trể khi hút và nhả

Hình 3.24. Ký hiệu các cuộn dây rơ le thời gian

a. cắt trể

b. Đóng trể

c. Đóng cắt trể

Hình 3.25. Ký hiệu các tiếp điểm rơ le thời gian

3.2. Cấu tạo.

Lõi thép hình chữ U, bên phải quấn cuộn dây (1), bên trái là ống đồng ngắn

mạch. Khi đưa điện áp vào 2 đầu cuộn dây tạo nên từ thông  trong mạch sinh ra lực

từ và nắp (3) được hút chặt vào phần cảm làm hệ thống tiếp điểm(6) được đống lại.

Khi cuộn dây mất điện, từ thông  giảm dần về 0. Trong ống đồng xuất hiện

dòng điện cảm ứng tạo nên từ thông chôựnglaioo sự giảm của từ thông  ban đầu. Kết

quả là từ thông tổng trong mạch không bị triệt tiêu ngay sau khi mất điện.

Do từ thông trong mạch vẫn còn nên tiếp điểm vẫn duy trì trạng thái đóng

thêm 1 khoảng thời gian nữa mới mở ra.

Vít (5) dùng điều chỉnh độ căng của lò xo, lá đồng mỏng (7) dùng điều chỉnh

khe hở giữa nắp và phần cảm. Hai bộ phận này đều có tác dụng điều chỉnh thời gian

tác động của Rơle.

Hình 3.27. Sơ đồ chân đấu của rơ le thời gian

Giáo trình khí cụ điện

18

Trường CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

3.3. Nguyên lý làm việc

Khoa Điện

Hình 3.28. Cấu tạo của rơ le thời gian kiểu điện từ

1- Cuộn dây

9- Bánh răng bán nguyệt

2- Lõi thép động, trong lòng cuộn dây còn có 10- Núm điều chỉnh

lõi thép tĩnh

3 - 8-17 Lò xo phản kháng

4-6- 12- Trục quay

18- Chốt cân bằng

19- Hệ thống tiếp điểm

20- Đĩa vạch chia

21- Bộ phận tinh chỉnh

22- Gối đỡ

5-7-11-13-14- 15- 16- Bánh răng

Nguyên lý làm việc:

Khi cấp điện vào cuộn dây 1, dòng điện chạy trong cuộn dây tạo ra lực hút

điện từ, lực hút thắng lực cản của lò xo phản kháng, làm cho lõi thép động 2 chuyển

động, hút vào lõi thép tĩnh. Khi lõi thép động 2 chuyển động , làm cho hệ thống bánh

răng chuyển động, ngàm hãm (cóc hãm) 17 thực hiện tác động hãm nhả thực hiện quá

trình đếm thời gian. Khi lõi thép động chuyển động tiếp xúc với lõi thép tĩnh nó tác

động làm cho hệ thống tiếp điểm 19 thực hiện mở ra hoặc đóng vào.

Khi cuộn dây bị mất điện: dưới tác động của lò xo phản kháng làm cho hệ

thống bánh răng chuyển động ngược lại kéo lõi thép động từ từ mở ra. Quá trình hoạt

động hoàn toàn tương tự.

Tùy theo từng loại rơ le thời gian mà có nguyên lý làm việc khác nhau, ta xét

hai loại rơ le thời gian được sử dụng phổ biến là on-delay và off-delay.

- ON-DELAY:

Là rơ le thời gian có các tiếp điểm đóng, mở theo thời gian đặt trước được

tính từ khi bắt đầu cuộn dây được cấp điện, cuộn dây mất điện trở về trạng thái ban

đầu.

Khi đặt vào cuộn dây của Timer On-delay (Board mạch điện tử. Chân 2 và 7,

hình 3.28) một điện áp định mức: Các tiếp điểm thường (1-3 và 1-4, hình 3.28) của

Timer thay đổi trạng thái tức thời (giống tiếp điểm của rơle điện từ), 1-3 đóng lại và

1-4 mở ra; Các tiếp điểm Timer (8-5 và 8-6, hình 3.28) sau một khoảng thời gian

(bằng khoảng thời gian chỉnh định chọn trước, tính từ lúc cuộn dây có điện) mới thay

đổi trạng thái, 8-5 mở ra và 8-6 đóng lại.

Khi ta ngưng cấp điện cho cuộn dây Timer. Các tiếp điểm lập tức trở về trạng

thái ban đầu (như hình 3.28).

- OFF DELAY:

Là rơ le có các tiếp điểm đóng, mở theo thời gian đặt trước. Khi cuộn dây

được cấp điện các tiếp điểm thay đổi trạng thái tức thì, khi cuộn dây mất điện các tiếp

điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển về trạng thái ban đầu sau khoảng thời gian

đã đặt.

Khi đặt vào cuộn dây của Timer On-delay (Board mạch điện tử. Chân 2 và 7,

hình 3.28) một điện áp định mức: Các tiếp điểm thường (1-3 và 1-4, hình 4.12) của

Timer thay đổi trạng thái tức thời (giống tiếp điểm của rơle điện từ), 1-3 đóng lại và

1-4 mở ra; Các tiếp điểm Timer (8-5 và 8-6, hình 3.28) thay đổi trạng thái tức thời, 8-5

mở ra và 8-6 đóng lại. Timer hoạt động bình thường.

Khi ta ngưng cấp điện cho cuộn dây Timer. Các tiếp điểm thường (1-3 và 1-4)

lập tức trở về trạng thái ban đầu nhưng các tiếp điểm Timer vẫn ở trạng thái làm việc

một khoảng thời gian bằng chính thời gian chỉnh định mới trở về trạng thái ban đầu

Giáo trình khí cụ điện

19

Giáo trình Khí cụ điện - Cao Minh Đức