Giáo trình Mô đun 13: Khí cụ điện hạ thế - Nghề Điện dân dụng
1
BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ
GIÁO TRÌNH
Tên mô đun: Khí cụ điện hạ thế
NGHỀ: ĐIỆN DÂN DỤNG
TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ
Ban hành kèm theo Quyết định số: 120 /QĐ- TCDN
ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề.
Hà nội, năm 2012
2
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể
được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích đào tạo thạm
khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
Tổng cục dạy nghề sẽ làm mọi cách để bảo vệ bản quyền của mình.
Tổng cục dạy nghề cám ơn và hoan nghênh các thông tin giúp cho việc
tu sửa và hoàn thiện tốt hơn tài liệu này.
3
LỜI GIỚI THIỆU
Trong quá trình đào tạo cho các học sinh nghề Điện dân dụng, những khái
niệm cơ bản về các khí cụ điện, nguyên lý làm việc, cách tháo lắp, bảo dưỡng
các khí cụ điện là vô cùng cần thiết với mỗi học sinh. Mô đun Khí cụ điện hạ
thế sẽ trang bị cho các học sinh ngành điện nói riêng và khối kỹ thuật nói chung
các khái niệm, kiến thức về các khí cụ được dùng trong ngành điện. Giúp cho
các em biết tính toán, đọc được các số thông số kỹ thuật, biết tháo lắp, bảo
dưỡng, sửa chữa các hư hỏng thường gặp của các khí cụ điện.
Có thể nói Khí cụ điện là một trong những mô đun cơ sở nền tảng cho các
môn học về điện sau này nên đòi hỏi các em phải nắm vững những khái niệm,
nguyên lý làm việc và cách tính chọn các khí cụ điện. Các em phải biết vận dụng
các kiến thức đã học vào việc tính toán, lựa chọn các khí cụ điện để sử dụng hợp
lý trong các trường hợp cụ thể.
Để quá trình dạy học mô đun Khí cụ điện hạ thế thuận tiện và hiệu quả
hơn, giáo trình mô đun Khí cụ điện hạ thế được biên soạn.
Những kiến thức mà giáo trình Khí cụ điện hạ thế cung cấp giúp cho người
học học tốt hơn các môn học và mô đun: Trang bị điện, Kỹ thuật lắp đặt điện
dân dụng… trong chương trình đào tạo nghề Điện dân dụng.
Cấu trúc cơ bản của giáo trình bao gồm 19 bài:
Bài 1: Khái quát về khí cụ điện;
Bài 2: Các trạng thái và chế độ làm việc của khí cụ điện;
Bài 3: Hồ quang và cách dập tắt hồ quang;
Bài 4: Tiếp xúc điện;
Bài 5: Công tắc;
Bài 6: Cầu dao;
Bài 7: Nút ấn;
Bài 8: Bộ khống chế;
Bài 9: Công tắc hành trình;
Bài 10: Cầu chì;
Bài 11: Áp tô mát;
Bài 12: Rơ le nhiệt;
Bài 13: Công tắc tơ;
Bài 14: Khởi động từ;
Bài 15: Rơle trung gian;
Bài 16: Rơle thời gian;
Bài 17: Rơle dòng điện;
Bài 18: Rơle điện áp;
4
Bài 19: Rơle tốc độ.
Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã tham khảo các tài liệu và giáo
trình khác như ở phần cuối giáo trình đã thống kê.
Chúng tôi rất cảm ơn các cơ quan hữu quan của TCDN, BGH và các thày
cô giáo trường CĐN Bách nghệ Hải Phòng và một số giáo viên có kinh nghiệm,
cơ quan ban ngành khác đã tạo điều kiện giúp đỡ cho nhóm tác giả hoàn thành
giáo trình này.
Lần đầu được biên soạn và ban hành, giáo trình chắc chắn sẽ còn khiếm
khuyết; rất mong các thày cô giáo và những cá nhân, tập thể của các trường đào
tạo nghề và các cơ sở doanh nghiệp quan tâm đóng góp để giáo trình ngày càng
hoàn thiện hơn, đáp ứng được mục tiêu đào tạo của môn học nói riêng và ngành
điện dân dụng cũng như các chuyên ngành kỹ thuật nói chung.
Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ:
Trường Cao đẳng nghề Bách Nghệ Hải Phòng
Khoa Điện – Điện tử
Số 196/143 Đường Trường Chinh - Quận Kiến An - TP Hải Phòng
Email: khoadienbn@gmail.com
Hà Nội, ngày…..tháng…. năm……
Nhóm biên soạn
1. Chủ biên: Nghiêm Hữu Khoa
2. Nguyễn Long Biên
3. Đặng Văn Tuyên
4. Phạm Văn Việt
5
MỤC LỤC
TRANG
Bài mở đầu....................................................................................................... 11
Bài 1. Khái quát về khí cụ điện......................................................................... 12
1. Khái niệm..................................................................................................... 12
2. Phân loại khí cụ điện .................................................................................... 12
3. Các yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điện ........................................................ 13
Bài 2. Các trạng thái và chế độ làm việc của khí cụ điện .................................. 15
1. Các trạng thái làm việc của khí cụ điện ........................................................ 15
2. Các chế độ làm việc của khí cụ điện............................................................. 16
Bài 3. Hồ quang điện và cách dập tắt hồ quang điện......................................... 18
1. Ảnh hưởng của hồ quang đối với thiết bị dùng điện ..................................... 18
2. Một số phương pháp dập tắt hồ quang điện .................................................. 20
Bài 4. Tiếp xúc điện ......................................................................................... 23
1. Khái niệm chung về tiếp xúc điện................................................................. 23
2. Những yếu tố chính ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc.................................... 24
3. Các nguyên nhân hư hỏng tiếp điểm và cách khắc phục ............................... 25
Bài 5. Công tắc................................................................................................. 27
1. Khái niệm và công dụng............................................................................... 27
2. Phân loại, cấu tạo và ký hiệu ........................................................................ 27
3. Thông số kỹ thuật của công tắc .................................................................... 29
4. Tính toán lựa chọn và tháo lắp công tắc........................................................ 33
Bài 6. Cầu dao.................................................................................................. 38
1. Khái niệm và công dụng............................................................................... 38
3. Thông số kỹ thuật của cầu dao...................................................................... 41
4. Tính chọn và tháo lắp cầu dao ...................................................................... 43
Bài 7. Nút ấn .................................................................................................... 47
1. Khái niệm và công dụng............................................................................... 47
2. Phân loại, cấu tạo và ký hiệu ........................................................................ 48
3. Thông số kỹ thuật của nút ấn........................................................................ 50
4. Tính chọn và tháo lắp nút ấn...........................Error! Bookmark not defined.
6
Bài 8. Bộ khống chế......................................................................................... 56
1. Khái niệm và công dụng............................................................................... 56
2. Phân loại, cấu tạo và ký hiệu........................................................................ 56
3. Thông số kỹ thuật của bộ khống chế ............................................................ 58
4. Tính toán, lựa chọn và lắp đặt bộ khống chế ................................................ 59
Bài 9. Công tắc hành trình................................................................................ 65
1. Khái niệm và công dụng............................................................................... 65
2. Phân loại, cấu tạo và ký hiệu........................................................................ 65
3. Thông số kỹ thuật của công tắc hành trình ................................................... 66
4. Tính toán lựa chọn và tháo lắp công tắc hành trình....................................... 68
Bài 10. Cầu chì................................................................................................. 72
1. Khái niệm và công dụng............................................................................... 72
2. Phân loại và ký hiệu ..................................................................................... 73
3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc...................................................................... 75
4. Thông số kỹ thuật của cầu chì ...................................................................... 76
5. Tính toán lựa chọn và lắp đặt cầu chì ........................................................... 78
Bài 11. Áp tô mát............................................................................................. 80
1. Khái quát và công dụng................................................................................ 80
2. Phân loại, ký hiệu......................................................................................... 81
3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc...................................................................... 82
4. Thông số kỹ thuật của áp tô mát................................................................... 89
5. Tính toán lựa chọn áp tô mát........................................................................ 91
6. Lắp đặt và hiệu chỉnh áp tô mát.................................................................... 92
Bài 12. Rơ le nhiệt ........................................................................................... 95
1. Khái quát và công dụng................................................................................ 95
2. Phân loại, ký hiệu......................................................................................... 96
3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc...................................................................... 96
4. Thông số kỹ thuật của rơ le nhiệt. ................................................................ 95
5. Tính toán lựa chọn rơ le nhiệt....................................................................... 99
6. Lắp đặt và hiệu chỉnh rơ le nhiệt ................................................................ 100
Bài 13. Công tắc tơ ........................................................................................ 102
7
1. Khái quát và công dụng.............................................................................. 102
2. Phân loại, ký hiệu....................................................................................... 103
3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.................................................................... 103
4. Thông số kỹ thuật của công tắc tơ .............................................................. 106
5. Tính toán lựa chọn và lắp đặt công tắc tơ ................................................... 106
Bài 14. Khởi động từ...................................................................................... 110
1. Khái quát và công dụng.............................................................................. 110
2. Các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu ..................................................................... 111
3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.................................................................... 111
4. Thông số kỹ thuật của khởi động từ............................................................ 109
5. Tính toán lựa chọn và lắp đặt khởi động từ................................................. 112
Bài 15. Rơ le trung gian ................................................................................. 115
1. Khái quát và công dụng.............................................................................. 115
2. Phân loại, ký hiệu....................................................................................... 116
3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.................................................................... 118
4. Thông số kỹ thuật của rơ le trung gian........................................................ 118
5. Tính toán lựa chọn và lắp đặt rơ le trung gian............................................. 118
Bài 16. Rơ le thời gian.................................................................................... 120
1. Khái quát và công dụng.............................................................................. 120
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc rơ le thời gian kiểu điện từ ......................... 121
3. Phân loại, ký hiệu....................................................................................... 123
4. Thông số kỹ thuật của rơ le thời gian.......................................................... 124
5. Tính chọn rơ le thời gian ............................................................................ 124
6. Lắp đặt và điều chỉnh rơ le thời gian .......................................................... 124
Bài 17. Rơ le dòng điện.................................................................................. 128
1. Khái quát và công dụng.............................................................................. 128
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.................................................................... 128
3. Phân loại, ký hiệu....................................................................................... 134
4. Thông số kỹ thuật của rơ le dòng điện........................................................ 135
5. Tính toán lựa chọn rơ le dòng điện ............................................................. 135
6. Lắp đặt và hiệu chỉnh rơ le dòng điện........................................................ 135
8
Bài 18. Rơ le điện áp...................................................................................... 137
1. Khái quát và công dụng.............................................................................. 137
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.................................................................... 137
3. Phân loại, ký hiệu....................................................................................... 134
4. Thông số kỹ thuật của rơ le điện áp............................................................ 140
5. Tính toán lựa chọn và lắp đặt rơ le điện áp................................................. 141
Bài 19. Rơ le tốc độ........................................................................................ 145
1. Khái quát và công dụng.............................................................................. 145
2. Phân loại, ký hiệu....................................................................................... 145
3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.................................................................... 146
4. Tính toán lựa chọn và lắp đặt rơ le tốc độ................................................... 147
Các thuật ngữ chuyên môn, các từ viết tắt...................................................... 152
Tài liệu tham khảo ......................................................................................... 153
9
TÊN MÔ ĐUN: KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ THẾ
Mã mô đun: MĐ 13
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:
- Vị trí mô đun:
Mô đun được bố trí sau khi sinh viên học xong các môn học chung, các
môn học/ mô đun: An toàn lao động; Mạch điện; Vật liệu điện; Vẽ điện.
- Tính chất của mô đun:
Là mô đun cơ sở nghề.
- Ý nghĩa và vai trò của mô đun:
Nội dung môn học này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức cơ
bản và những kỷ năng cần thiết về cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật
và ứng dụng, nắm được các hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng và cách sữa chữa
một số khí cụ điện cơ bản nhằm ứng dụng có hiệu quả trong ngành nghề của
mình.
Mục tiêu của mô đun:
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc và công dụng của các khí cụ
điện hạ thế.
- Lựa chọn đúng các khí cụ điện theo các yêu cầu cụ thể
- Lắp đặt và bảo dưỡng các khí cụ điện đúng quy trình
- Sửa chữa được các hư hỏng thường gặp của các khí cụ điện
- Thiết lập và sửa chữa được các mạch tự động điều khiển đơn giản dùng
trong lĩnh vực điện dân dụng.
- Tuân thủ các nguyên tắc an toàn khi lắp đặt và sửa chữa khí cụ điện
- Có tính tỷ mỉ, đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp
Nội dung của mô đun:
Thời gian
Số
TT
Tên các bài trong mô đun
Tổng
số
Lý
thuyết
2
Thực
hành
0
Kiểm
tra*
0
1
2
Khái quát về khí cụ điện
Các trạng thái và chế độ làm
việc của khí cụ điện
Hồ quang và cách dập tắt hồ
quang
2
2
2
2
2
0
0
0
3
0
0
0
0
4
5
6
Tiếp xúc điện
2
2
2
2
1
1
0
1
1
Công tắc
Cầu dao
10
7
8
9
Nút ấn
2
1
1
1
2
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
2
Bộ khống chế
Công tắc hành trình
3
4
1
3
10 Cầu chì
3
1
2
11 Áp tô mát
12 Rơ le nhiệt
13 Công tắc tơ
14 Khởi động từ
15 Rơle trung gian
16 Rơle thời gian
17 Rơle dòng điện
18 Rơle điện áp
19 Rơle tốc độ
Cộng:
5
2
2
2
1
1
4
1
3
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
5
2
2
60
30
28
11
BÀI MỞ ĐẦU
Khí cụ điện hạ thế là giáo trình được xây dựng dưới dạng mô đun dùng
cho đào tạo Cao đẳng nghề chuyên ngành Điện dân dụng, cũng là tài liệu tham
khảo cho học viên trung cấp nghề, cao đẳng điện công nghiệp hoặc các sinh viên
các trường kỹ thuật có liên quan.
Tài liệu được biên soạn thành 19 bài theo chương trình khung của Tổng
cục dạy nghề ban hành. Cuối mỗi bài, tác giả cung cấp những câu hỏi để ôn tập
và thảo luận, giúp cho sinh viên nắm vững bài hơn.
Bài 1: Khái quát về khí cụ điện
Bài 2: Các trạng thái và chế độ làm việc của khí cụ điện
Bài 3: Hồ quang và cách dập tắt hồ quang
Bài 4: Tiếp xúc điện
Bài 5: Công tắc
Bài 6: Cầu dao
Bài 7: Nút ấn
Bài 8: Bộ khống chế
Bài 9: Công tắc hành trình
Bài 10: Cầu chì
Bài 11: Áp tô mát
Bài 12: Rơ le nhiệt
Bài 13: Công tắc tơ
Bài 14: Khởi động từ
Bài 15: Rơle trung gian
Bài 16: Rơle thời gian
Bài 17: Rơle dòng điện
Bài 18: Rơle điện áp
Bài 19: Rơle tốc độ
Tác giả đã giành nhiều công sức cho việc biên soạn giáo trình này. Tuy
nhiên, vì thời gian biên soạn còn hạn chế và đây là lần đầu tiên tài liệu được biên
soạn, nên tài liệu không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Rất mong nhận
được các ý kiến đóng góp chân thành của các thầy cô giáo cùng độc giả để tài
liệu được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
12
BÀI 1
KHÁI QUÁT VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN
Mã bài: MĐ 13.01
Giới thiệu:
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp điện năng các thiết bị điện
dân dụng, điện công nghiệp cũng như các khí cụ điện được sử dụng ngày càng
tăng lên không ngừng. Đa dạng về chủng loại, chất lượng của các khí cụ điện
cũng không ngừng được cải tiến và nâng cao cùng với sự phát triển của công
nghệ mới. Vì vậy đòi hỏi người công nhân làm việc trong các ngành, nghề và
đặc biệt trong các nghề điện phải hiểu rõ về các yêu cầu, nắm vững cơ sở lý
thuyết khí cụ điện. Biết ứng dụng của từng loại khí cụ điện để sử dụng hợp lý
trong các điều kiện làm việc.
Nội dung bài học này nhằm trang bị cho người học những kiến thức cơ
bản và cần thiết về cơ sở lý thuyết khí cụ điện nhằm ứng dụng có hiệu quả trong
ngành nghề của mình.
Mục tiêu:
- Trình bày được cách phân loại và các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện.
- Nhận biết được các loại khí cụ điện theo công dụng, điện áp, dòng điện
và nguyên lý làm việc.
- Có tính tỷ mỉ, đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp.
Nội dung:
1. Khái niệm
Mục tiêu: Trình bày được khái niệm về khí cụ điện và phạm vi ứng dụng .
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.
1.2. Phạm vi ứng dụng
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, bảo dưỡng, bảo quản và kỹ thuật sửa chữa khí cụ điện phù hợp điều kiện
khí hậu nhiệt đới của nước ta là nhiệm vụ quan trọng, cần thiết hiện nay.
2. Phân loại khí cụ điện
Mục tiêu: Trình bày được cách phân loại khí cụ điện
Có thể phân loại khí cụ điện theo những cách khác nhau.
2.1. Phân loại theo công dụng
- Khí cụ điện đóng cắt: Cầu dao, công tắc, nút ấn, dao cách ly, máy cắt, áp
tô mát.
13
- Khí cụ điện bảo vệ: Rơle, áp tô mát, cầu chì…
- Khí cụ điện điều khiển: Công tắc tơ, khởi động từ, rơ le trung gian, rơ le
tốc độ, rơ le thời gian, bộ khống chế...
- Khí cụ điện đo lường: Máy biến dòng, máy biến áp đo lường.
2.2. Phân loại theo điện áp
- Khí cụ điện cao áp: Được chế tạo để sử dụng ở điện áp định mức lớn
hơn 1000V.
- Khí cụ điện hạ áp: Được chế tạo để sử dụng ở điện áp định mức nhỏ hơn
1000V.
2.3. Phân loại theo dòng điện
- Khí cụ điện một chiều: Các khí cụ điện có cuộn hút dùng điện một chiều
- Khí cụ điện xoay chiều: Các khí cụ điện có cuộn hút dùng điện xoay
chiều.
2.4. Phân loại theo nguyên lý làm việc:
- Khí cụ điện kiểu điện từ, cảm ứng, nhiệt, có tiếp điểm, không có tiếp
điểm, ....
3. Các yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điện
Mục tiêu: Trình bày được các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện.
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
giá trị 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 quá mức cho phép và chóng
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.
- Vật liệu cách điện phải tốt để khi xảy ra quá điện áp trong phạm vi cho
phép khí cụ điện không bị đánh thủng.
- Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc được chính xác, an toàn song phải
gọn 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.
Câu hỏi trắc nghiệm:
Đọc kỹ các câu hỏi, chọn ý trả lời đúng nhất và đánh dấu x vào ô thích hợp
TT
Nội dung câu hỏi
a b c d
□ □ □ □
1.1 Khí cụ điện phân loại theo công dụng gồm có các loại sau:
a. Khí cụ điện cao áp - hạ áp
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.
14
1.2 Yêu cầu cơ bản đối với KCĐ là:
□ □ □ □
a. KCĐ phải đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số
kỹ thuật ở định mức.
b. Vật liệu cách điện phải tốt, làm việc tốt trong các
môi trường, khí hậu.
c. KCĐ phải ổn định nhiệt, ổn định điện động, làm
việc chính xác, an toàn, gọn nhẹ, rẻ tiền.
d. Cả a, b và c đều đúng.
1.3 Khí cụ điện phân loại theo điện áp có các loại:
a. Khí cụ điện cao áp - Khí cụ điện hạ áp.
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.
□ □ □ □
□ □ □ □
□ □ □ □
1.4 Khí cụ điện phân loại theo công dụng gồm có các loại sau:
a. Khí cụ điện đóng cắt:
b. Khí cụ điện bảo vệ
c. Khí cụ điện điều khiển.
d. Cả a, b và c đều đúng
1.5 Khí cụ điện phân loại theo nguyên lý làm việc có các loại:
a. Điện từ, cảm ứng, nhiệt.
b. Điện từ, cảm ứng, nhiệt, có tiếp điểm và không có tiếp
điểm
c. Cả a và b đúng
d. Cả a và b sai
15
BÀI 2
CÁC TRẠNG THÁI VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN
Mã bài: MĐ 13.02
Giới thiệu:
Khí cụ điện rất đa dạng, được sử dụng phổ biến trong mạng điện cũng như
trong các mạch điện điều khiển. Khi sử dụng các khí cụ điện vào những vị trí cụ
thể ta phải biết chính xác về khả năng làm việc của khí cụ đó qua việc phân tích
khả năng làm việc của khí cụ điện trong các chế độ làm việc khác nhau.
Mục tiêu:
- Giải thích được các trạng thái và chế độ làm việc của khí cụ điện.
- Phân biệt được các trạng thái và chế độ làm việc của khí cụ điện.
- Tuân thủ các nguyên tắc an toàn khi làm việc.
- Tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập.
Nội dung:
1. Các trạng thái làm việc của khí cụ điện
Mục tiêu: Giải thích được các trạng thái làm việc của khí cụ điện.
1.1. Trạng thái làm việc bình thường (định mức)
Khi thiết bị điện làm việc ở trạng thái bình thường thì các thông số kỹ
thuật vận hành như dòng điện, điện áp, công suất... đều đạt giá trị định mức hoặc
trong giới hạn cho phép, vì vậy thiết bị điện vận hành được lâu dài, nhiệt độ
không vượt quá giới hạn cho phép, cách điện và tuổi thọ của thiết bị điện được
đảm bảo. Nếu một trong các thông số kỹ thuật trên vượt quá hoặc giảm quá thấp
so với giá trị định mức ghi trên nhãn thiết bị điện thì xem như nó đã chuyển sang
trạng thái làm việc không bình thường, có thể dẫn tới làm giảm tuổi thọ hoặc hư
hỏng thiết bị điện.
1.2. Trạng thái quá tải
Là trạng thái dòng điện chạy qua thiết bị điện lớn hơn giá trị định mức của
nó nhưng vẫn nhỏ hơn dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất (Iđm < Ivh < INmin), làm cho
nhiệt độ của thiết bị điện vượt quá trị số cho phép, dẫn tới cách điện của thiết bị
điện mau chóng bị già hoá do nhiệt. Nếu thiết bị điện vận hành trong trạng thái
quá tải thì tuổi thọ của nó giảm rất nhanh, nguy cơ xảy ra ngắn mạch tăng.
1.3. Quá điện áp (Uvh > Uđm)
Là trường hợp điện áp đặt vào thiết bị điện lớn hơn giá trị định mức của
nó, bao gồm :
- Quá điện áp thiên nhiên (quá điện áp cảm ứng): do sét đánh trực tiếp vào
thiết bị điện hoặc do sét đánh gây cảm ứng trên đường dây lan truyền vào thiết
bị điện.
- Quá điện áp nội bộ (quá điên áp thao tác): do việc đóng, cắt mạng điện
sai quy trình, quy phạm, hoặc điều chỉnh sai lệch trị số trong vận hành, hoặc do
đứt dây trong mạng điện 3 pha 4 dây, do chạm đất 1 pha trong mạng 3 pha 3 dây
hoặc do hồ quang điện chập chờn...
16
Khi bị quá điện áp thì điện trường có thể vượt quá giới hạn điện trường
ion hoá (E > Ei) gây ra hiện tượng đánh thủng cách điện, làm hư hỏng thiết bị
điện. Trong trường hợp quá điện áp không đủ lớn thường gây ra quá tải.
1.4. Trạng thái ngắn mạch.
Ngắn mạch (chập mạch) là trạng thái mà tổng trở trong mạch điện bị giảm
đột ngột và dòng điện tăng lên rất lớn so với giá trị định mức. Khi có ngắn mạch
dòng điện rất lớn, đây là trường hợp sự cố của mạch điện nên cần thiết phải có
thiết bị bảo vệ.
Các loại ngắn mạch: ngắn mạch 3 pha, ngắn mạch 2 pha, ngắn mạch 1
pha, ngắn mạch 2 pha chạm đất.
2. Các chế độ làm việc của khí cụ điện
Mục tiêu: Giải thích được các chế độ làm việc của khí cụ điện
2.1. Chế độ làm việc dài hạn
Phát nóng của vật thể đồng chất ở chế độ làm việc dài hạn.
(0c)
od
t1
t t1
0
t
0
Hình 2.1. 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 > t1, t1
là thời gian phát nóng của khí cụ điện từ nhiệt độ môi trường xung quanh đến
nhiệt độ ổn định (hình 2.1) với phụ tải không đổi hoặc thay đổi ít. Khi đó độ
chênh lệch nhiệt độ đạt tới trị số nhất định tôđ.
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 tôđ và 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.
2.2. Chế độ làm việc ngắn hạn
Chế độ làm việc ngắn hạn của khí cụ là chế độ khi đóng điện nhiệt độ của
nó không đạt tới nhiệt độ ổn định, sau khi phát nóng ngắn hạn, khí cụ được ngắt,
nhiệt độ của nó sụt xuống tới mức không so sánh được với môi trường xung
quanh (Hình 3.2).
17
Hình 3.2. Đường đặc tính phát nóng theo thời gian
của khí cụ điện ở chế độ ngắn hạn.
2.3. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại
Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại là chế độ làm việc mà nhiệt độ của khí
cụ điện tăng lên trong khoảng thời gian khí cụ làm việc, nhiệt độ giảm xuống
trong khoảng thời gian khí cụ nghỉ, nhiệt độ giảm chưa đạt đến giá trị ban đầu
thì khí cụ điện làm việc lặp lại. Sau khoảng thời gian, nhiệt độ tăng lên lớn nhất
gần bằng nhiệt độ giảm nhỏ nhất thì khí cụ điện đạt được chế độ dừng, nhiệt độ
dao động trong khoảng từ min đến max (Hình 3.3).
ôd
max
min
phát nóng
mt
tnghØ
tlµm viÖc
t(s)
Hình 3.3. Đường đặc tính phát nóng theo thời
gian của khí cụ điện ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
18
BÀI 3
HỒ QUANG ĐIỆN VÀ CÁCH DẬP TẮT HỒ QUANG ĐIỆN
Mã bài: MĐ 13.03
Giới thiệu:
Trong khí cụ điện, hồ quang thường xảy ra ở các tiếp điểm khi cắt dòng
điện. Hồ quang điện phát sinh sẽ nhanh chóng làm hư hỏng khí cụ điện, vì vậy
vấn đề đặt ra phải tìm biện pháp để dập tắt hồ quang điện phát sinh hoặc hạn chế
nó.
Mục tiêu:
- Giải thích được sự phát sinh hồ quang và ảnh hưởng của nó tới thiết bị
dùng điện.
- Trình bày được các phương pháp dập tắt hồ quang ở các khí cụ điện.
- Nghiêm túc trong công việc và luôn tuân thủ các quy tắc an toàn.
Nội dung:
1. Ảnh hưởng của hồ quang đối với thiết bị dùng điện
Mục tiêu: Giải thích được ảnh hưởng của hồ quang điện tới thiết bị dùng điện.
1.1. Quá trình phát sinh của hồ quang điện
Trong các khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện (cầu dao, Công tắc
tơ, rơle…) khi chuyển mạch sẽ phát sinh hiện tượng phóng 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 (Hình 3.1a). Khi cắt
điện 2 tiếp điểm A, B rời nhau (Hình 3.1b) 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 (Vì điện trường U/d).
A B
I
A B
a)
b)
d
Hình 3.1: Quá trình hình thành hồ quang điện
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 (3000 – 10000)0C. Điện áp càng cao dòng điện càng lớn
thì hồ quang càng mãnh liệt.
Vậy: Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí, chất lỏng
hoặc hơi có mật độ dòng điện rất lớn đạt tới hàng chục ngàn A/Cm2, làm phát
sinh nhiệt độ ở vùng thân hồ quang rất cao từ (300010000)0C.
Hồ quang điện phát sinh là do môi trường giữa các điện cực (hoặc giữa
các cặp tiếp điểm) bị ion hóa (xuất hiện các hạt dẫn điện).
Ion hóa có thể xảy ra bằng các con đường khác nhau duới tác dụng của
ánh sáng, nhiệt độ, điện trường mạnh,....
19
Trong thực tế quá trình phát sinh hồ quang điện có những dạng ion hóa
sau:
- Quá trình phát xạ điện tử nhiệt
- Quá trình tự phát xạ điện tử
- Quá trình ion hóa do va chạm
- Quá trình ion hóa do nhiệt
a) Quá trình phát xạ điện tử nhiệt
Điện cực và tiếp điểm được chế tạo từ kim loại, mà trong cấu trúc kim
loại luôn luôn tồn tại các điện tử tự do chuyển động về mọi hướng trong quỹ đạo
của cấu trúc hạt nhân nguyên tử.
Khi tiếp điểm bắt đầu mở ra lực nén vào tiếp điểm giảm dần khiến điện
trở tiếp xúc tăng lên chỗ tiếp xúc, dòng điện bị thắt lại dẫn đến mật độ dòng điện
tăng rất lớn làm nóng các điện cực (nhất là ở cực âm có nhiều electron).
Khi bị đốt nóng, động năng của các điện tử tăng nhanh đến khi năng
lượng nhận Wđn được lớn hơn công thoát At liên kết hạt nhân thì điện tử sẽ thoát
ra khỏi bề mặt cực âm trở thành điện tự do. Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt
độ điện cực, vật liệu làm điện cực .
b) Quá trình tự phát xạ điện tử
Khi tiếp điểm hay điện cực vừa mở ra lúc đầu khoảng cách còn rất bé.
Nếu có một điện trường đủ lớn đặt lên điện cực (nhất là vùng cực âm có
khoảng cách nhỏ có thể tới hàng triệu V/cm), với cường độ điện trường lớn ở
cực âm các điện tử tự do được cung cấp thêm năng lượng sẽ bị kéo bật ra khỏi
bề mặt catốt để trở thành các điện tử tự do.
Quá trình này phụ thuộc vào cường độ điện trường E và vật liệu làm điện
cực.
c) Quá trình ion hóa do va chạm
Sau khi tiếp điểm mở ra, dưới tác dụng của nhiệt độ cao hoặc của điện
trường lớn (mà thông thường là cả hai) thì các điện tử tự do sẽ phát sinh chuyển
động từ cực dương sang cực âm.
Do điện trường rất lớn nên các điện tử chuyển động với tốc độ rất cao.
Trên đường đi các điện tử này va chạm với các nguyên tử và phân tử khí sẽ làm
bật ra các điện tử và các ion dương. Các phần tử mang điện này lại tiếp tục tham
gia chuyển động và va chạm để làm xuất hiện các phần tử mang điện khác.
Do vậy mà số lượng các phần tử mang điện tăng lên không ngừng, làm
mật độ điện tích trong khoảng không gian giữa các tiếp điểm rất lớn.
Quá trình này phụ thuộc vào cường độ điện trường, mật độ các phần tử
trong vùng điện cực, lực liên kết phân tử, khối lượng của phân tử ...
d) Quá trình ion hóa do nhiệt
Do có các quá trình phát xạ điện tử và ion hóa do va chạm, một lượng lớn
năng lượng được giải phóng làm nhiệt độ vùng hồ quang tăng cao và thường
kèm theo hiện tượng phát sáng.
Nhiệt độ khí càng tăng thì tốc độ chuyển động của các phần tử khí càng
tăng và số lần va chạm do đó cũng càng tăng lên.
20
Do va chạm, một số phân tử khí sẽ phân li thành các nguyên tử. Còn
lượng các ion hóa tăng lên do va chạm khi nhiệt độ tăng thì gọi đó là lượng ion
hóa do nhiệt.
1.2. Tác hại của hồ quang điện đối với thiết bị dùng điện
Khi đóng cắt các thiết bị điện như công tắc tơ, cầu dao, máy cắt,...hồ
quang sẽ xuất hiện giữa các cặp tiếp điểm.
Hồ quang cháy kéo dài sau khi thiết bị điện đã đóng cắt sẽ làm hư hại các
tiếp điểm và bản thân thiết bị điện. Trong trường hợp này để đảm bảo độ làm
việc tin cậy của thiết bị điện yêu cầu phải tiến hành dập tắt hồ quang càng nhanh
càng tốt.
- 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
rổ 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.
- Làm quá điện áp nội bộ: Nếu để xảy ra hồ quang điện phóng chập chờn
sẽ gây ra hiện tượng quá điện áp nội bộ làm hỏng cách điện của thiết bị điện
hoặc cách điện của đường dây tải điện.
- Hồ quang có thể gây cháy và gây tai nạn khác.
Hồ quang điện thực sự có ích khi được sử dụng trong các lĩnh vực như
hàn điện, luyện thép,...những lúc này hồ quang cần được duy trì cháy ổn định.
2. Một số phương pháp dập tắt hồ quang điện
Mục tiêu: Trình bày được các phương pháp dập tắt hồ quang ở các khí cụ điện.
Tác dụng nhiệt của hồ quang điện làm hư hỏng các đầu tiếp xúc trong khí
cụ điện đóng cắt mạch điện. Vì vậy yêu cầu hồ quang cần phải được dập tắt
trong khu vực hạn chế với thời gian ngắn nhất.
Hồ quang điện sẽ bị dập tắt khi môi trường giữa các điện cực không còn
dẫn điện hay nói cách khác hồ quang điện sẽ tắt khi có quá trình phản ion hóa
xảy ra mạnh hơn quá trình ion hóa.
Ngoài quá trình phân li đã nói trên, song song với quá trình ion hóa còn
có các quá trình phản ion gồm hai hiện tượng sau:
- Hiện tượng tái hợp.
Trong quá trình chuyển động các hạt mang điện trái dấu va chạm nhau,
tạo thành các hạt trung hòa. Trong lí thuyết đã chứng minh tốc độ tái hợp tỉ lệ
nghịch với bình phương đường kính hồ quang.
Hồ quang tiếp xúc với môi trường điện môi thì hiện tượng tái hợp sẽ tăng
lên. Nhiệt độ hồ quang càng thấp tốc độ tái hợp càng tăng.
- Hiện tượng khuếch tán
Hiện tượng các hạt tích điện di chuyển từ vùng có mật độ điện tích cao
(vùng hồ quang) ra vùng xung quanh có mật độ điện tích thấp, làm giảm số
lượng ion trong vùng hồ quang gọi là hiện tượng khuếch tán.
Tải về để xem bản đầy đủ
153 trang
10/01/2024
3740
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mô đun 13: Khí cụ điện hạ thế - Nghề Điện dân dụng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mo_dun_13_khi_cu_dien_ha_the_nghe_dien_dan_dung.pdf
