Giáo trình lý thuyết Khí cụ điện
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
ØØ
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
BOÄ COÂNG NGHIEÄP
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC COÂNG NGHIEÄP TP. HOÀ CHÍ MINH
TTTN – TH ÑIEÄN
Boä moân : THIEÁT BÒ ÑIEÄN
GIAÙO TRÌNH LYÙ THUYEÁT
ꢁ
Bieânꢁsoaïn:ꢁꢁBAÏCHꢁTHANHꢁQUYÙꢁ–ꢁVAÊNꢁTHÒꢁKIEÀUꢁNHIꢁ–ꢁNINHꢁVAÊN
TIEÁN
Löuꢁhaønhꢁnoäiꢁboä
THAÙNG 09/ 2004
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
LÔØI NOÙI ÑAÀU
Ñaát nöôùc Vieät Nam trong coâng cuoäc coâng nghieäp hoùa - hieän ñaïi hoùa, neàn
kinh teá ñang treân ñaø phaùt trieån, vieäc söû duïng caùc thieát bò ñieän, khí cuï ñieän vaøo
trong xaây laép caùc khu coâng nghieäp, khu cheá xuaát - lieân doanh, khu nhaø cao taàng
ngaøy caøng nhieàu. Vì vaäy vieäc tìm hieåu ñaëc tính, keát caáu, tính toaùn löïa choïn söû
duïng raát caàn thieát cho sinh vieân - hoïc sinh ngaønh Ñieän. Ngoaøi ra caàn phaûi caäp
nhaät theâm nhöõng coâng ngheä môùi ñang khoâng ngöøng caûi tieán vaø naâng cao caùc
thieát bò ñieän, khí cuï ñieän ñöôïc caùc haõng saûn xuaát lôùn nhö: Merlin Gerin,
Teùleùmeùcanique, General Electric, Siemens….
Quyeån giaùo trình naøy ñöôïc bieân soaïn goàm boán phaàn:
ꢄ Phaàn 1 : Lyù thuyeát cô baûn cuûa khí cuï ñieän.
ꢄ Phaàn 2 : Tìm hieåu ñaëc tính, keát caáu, tính toaùn löïa choïn söû duïng khí cuï
ñieän haï aùp.
ꢄ Phaàn 3 : Giôùi thieäu ñaëc tính, keát caáu khí cuï ñieän cao aùp.
ꢄ Phaàn 4 : Moät soá sô ñoà caên baûn veà nguyeân lyù ñieàu khieån, vaän haønh.
Trong moãi phaàn ñöôïc trình baøy cuï theå hình daïng thöïc teá vaø ví duï tính toaùn
choïn löïa cuï theå cho caùc khí cuï ñieän nhaèm giuùp cho sinh vieân - hoïc sinh coù theå
öùng duïng vaøo thöïc teá.
Trong quaù trình bieân soaïn chaéc chaén coù sai soùt, kính mong ñöôïc uûng hoä vaø
goùp yù chaân thaønh töø quyù ñoäc giaû.
BIEÂN SOAÏN
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 2/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
PHAÀN 1 :
LYÙ THUYEÁT CÔ BAÛN
CUÛA KHÍ CUÏ ÑIEÄN
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 3/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
CHÖÔNG 1:
LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG TRONG KHÍ CUÏ ÑIEÄN
Khi löôùi ñieän xaûy ra söï coá ngaén maïch, doøng ñieän söï coá gaáp chuïc laàn doøng
ñieän ñònh möùc. Döôùi taùc duïng cuûa töø tröôøng, caùc doøng ñieän naøy gaây ra löïc ñieän
ñoäng laøm bieán daïng daây daãn vaø caùch ñieän naâng ñôõ chuùng.
Nhö vaäy khí cuï ñieän coù khaû naêng chòu löïc taùc ñoäng phaùt sinh khi coù doøng
ñieän ngaén maïch chaïy qua laø moät tieâu chuaån khoâng theå thieáu cuûa khí cuï ñieän.
ñöôïc goïi laø tính oån ñònh ñieän ñoäng.
I . PHÖÔNG PHAÙP TÍNH TOAÙN LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG
Coù theå söû duïng moät trong hai phöông phaùp sau ñeå tính löïc ñieän ñoäng:
1. Phöông phaùp döïa treân söï taùc duïng giöõa doøng ñieän ñaët trong töø tröôøng vaø
caûm öùng töø cuûa töø tröôøng ñoù.
Goïi :
i laø doøng ñieän chaïy qua daây daãn (A).
l laø chieàu daøi daây daãn ñieän.
dl laø moät nguyeân toá cuûa chieàu daøi daây daãn ñieän.
B laø caûm öùng töø (do doøng ñieän khaùc taïo ra).
ꢀ laø goùc giöõa daây daãn 1 vaø caûm öùng töø B.
F laø löïc ñieän ñoäng.
Khi coù doøng ñieän i chaïy qua moät nguyeân toá daây daãn dl ñaët trong töø
tröôøng coù caûm öùng töø B thì seõ sinh ra löïc ñieän ñoäng taùc duïng leân nguyeân toá
naøy:
dF = i.B.dl.sinꢀ
Khi xeùt löïc treân caû ñoaïn daây l:
l
l
F
dF
i.
B.sin
ꢀ
.
dl
i.B.l.sin ꢀ
0
0
Khi daây daãn ñaët vuoâng goùc vôùi caûm öùng töø thì ꢀ = 90PPo
:
PP
F = i.B.l
2. Phöông phaùp döïa treân söï caân baèng naêng löôïng cuûa heä thoáng daây daãn.
Goïi :
W laø naêng löôïng ñieän töø.
x laø ñoaïn ñöôøng dòch chuyeån theo höôùng taùc duïng cuûa löïc.
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 4/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
F laø löïc ñieän ñoäng caàn tính.
Nhö vaäy löïc ñieän ñoäng ñöôïc tính qua naêng löôïng ñieän töø:
W
F
x
Heä thoáng goàm hai maïch voøng:
Naêng löôïng ñieän töø cuûa heä thoáng laø:
1
1
W
.L .i2
.L2 .i22 M .i1.i2
1 1
2
2
Trong ñoù:
LBB1BB, LBB2BB laø ñieän caûm cuûa caùc maïch voøng.
i
BB1BB, iBB2 BBlaø doøng ñieän chaïy trong caùc maïch voøng.
M laø ñieän caûm töông hoã.
Heä thoáng laø maïch voøng ñoäc laäp:
1
1
1
2
1
2
W A
.
L.
i2
. .i2
i
. .
i
.n. .i
2
2
Trong ñoù:
L laø ñieän caûm cuûa maïch voøng ñoäc laäp
i
BB BBlaø doøng ñieän chaïy trong maïch voøng.
ꢁ laø töø thoâng moùc voøng.
laø töø thoâng.
n laø soá voøng daây trong maïch voøng.
Löïc taùc duïng trong maïch voøng seõ höôùng theo chieàu sao cho ñieän caûm, töø
thoâng moùc voøng vaø töø thoâng khi bieán daïng maïch voøng döôùi taùc duïng cuûa löïc naøy
taêng leân
II . TÍNH TOAÙN LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG GIÖÕA CAÙC DAÂY DAÃN SONG SONG
Khi hai daây daãn ñaët song song, löïc ñieän töø sinh ra ñöôïc tính theo coâng thöùc:
l2
l1
x
x
o
F
.i1
.i2
dx
2
(1
x
)
a 2
x2 a 2
4
a
0
Trong ñoù:
ꢄ lBB1BB, lBB2BB laø chieàu daøi cuûa hai daây daãn song song.
ꢄ iBB1BB, iBB2BB laø doøng ñieän qua hai daây daãn song song.
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 5/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
ØØ
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
BB BB laø ñoä daãn töø cuûa khoâng khí, BBoBB=4.10PP-7H/m.
PP
ꢄ
o
ꢄ a laø khoaûng caùch giöõa hai daây daãn.
ꢄ x laø ñoaïn ñöôøng dòch chuyeån theo höôùng taùc duïng cuûa löïc.
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 6/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
1. Hai daây daãn song song coù cuøng chieàu daøi
ꢄ
l
B
B
B
B
B
B
B
B
= l
B
B
B
B
BBBB
BBBB
= l
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
1
2
i
B
B
B
B
i
BBBB
BBBB
B
B
B
B
ꢄ Löïïc ñieään sinh ra:
ïï
ää
l
BBBB
BBBB
2
2
l
a
l
a
l
o
F
.i1
.i2
.
1
4
a
a
BBBB
BBBB
Khi khoaûng caùch giöõa daây daãn beù ñaùng keå so vôùi chieàu daøi cuûa chuùng:
2
l
o
F
.i1.i2 .
4
a
2. Hai daây daãn song song khoâng cuøng chieàu daøi
B
1
BBBB
BBBB
1
C
BBBB
BBBB
Trong ñoù:
CBB1BB, CBB2BB laø khoaûng caùch ñöôøng cheùo
cuøa hai daây daãn.
BBB1BB, BBB2BB laø khoaûng caùch ñöôøng cheùo
cuøa hai daây daãn.
i
B
B
B
B
i
BBBB
BBBB
B
B
B
B
l
B
B
B
B
l
BBBB
BBBB
B
B
B
B
C
BBBB
BBBB
2
B
BBBB
BBBB
2
Löïc ñieän ñoäng sinh ra:
a
BBBB
BBBB
2
l C1 C2
B1 B2
o
F
.i1.i2 . .
4
a
a
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 7/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
ØØ
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
III . TÍNH TOAÙN LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG LEÂN VOØNG DAÂY, GIÖÕA CAÙC
CUOÄN DAÂY
1. Tính toaùn löïc trong voøng daây:
R laø baùn kính cuûa voøng daây daãn.
2r laø ñöôøng kính cuûa daây daãn.
I laø doøng ñieän chaûy trong daây daãn.
Löïc taùc ñoäng:
R
8
R
F
.
i2 ln
0,75
o
F
2
r
2r
i
2. Tính toaùn löïc trong voøng daây:
F
F
2R
BBBB
BBBB
c
BBBB
BBBB
h
BBBB
BBBB
F
F
2R
BBBB
BBBB
R
B
B
B
B
B
B
B
B
> R
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
2
1
Löïc taùc ñoäng:
R
.
1 h
F
o.i1.i2
h2 c2
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 8/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
ØØ
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
IV . LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG TRONG DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU- COÄNG
HÖÔÛNG CÔ KHÍ.
1. Löïc ñieän ñoäng trong doøng ñieän xoay chieàu moät pha:
Doøng ñieän xoay chieàu moät pha bieán ñoåi theo quy luaät:
i = IBBmBB.sin t
trong ñoù: IBBmBB laø bieân ñoä cuûa doøng ñieän, laø taàn soá goùc.
Neáu caùc doøng ñieän trong caùc daây daãn coù cuøng chieàu thì caùc daây daãn bò huùt
vaøo nhau vôùi löïc:
1 cos2 t Fm
F
F c
.
Im2 .sin2 t c
.
Im2
m .cos2
t
2
2
2
2
l
o
.
c laø haèng soá =
4
a
FBBmBB laø trò soá löïc cöïc ñaïi.
2. Löïc ñieän ñoäng trong doøng ñieän xoay chieàu ba pha:
Doøng ñieän xoay chieàu ba pha bieán ñoåi theo quy luaät:
iBB1BB = IBBmBB.sin t
2
i2 Im.sin
t
3
4
3
i3 Im.sin
t
Löïc taùc duïng leân daây daãn cuûa pha 1:
FBB1BB = FBB12BB + FBB13BB
FBB12BB laø löïc ñieän ñoäng giöõa caùc daây daãn cuûa pha 1 vaø 2.
FBB13BB laø löïc ñieän ñoäng giöõa caùc daây daãn cuûa pha 1 vaø 3.
2
F12
c.
Im2 .sin
t
.sin
t
3
1
2
4
3
F13
c
.
Im2 .sin
Im2 .sin
Töông töï, ta coù:
t
.sin
t
2
1
2
4
3
F1
c
.
t
. sin
t
sin
t
3
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 9/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
ØØ
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
2
3
1
2
4
3
c.
I
m2 .sin
t
. sin
t
sin
t
FBB2BB = FBB21BB + FBB23BB
=
2
3
1
4
c
.
I
m2.sin
t. sin
t
sin
t
FBB3BB = - FBB1BB
=
2
3
3. Coäng höôûng cô khí:
Trong tröôøng hôïp khi taàn soá cuûa thaønh phaàn bieán thieân cuûa löïc gaàn vôùi taàn
soá rieâng cuûa dao ñoäng cô khí seõ sinh ra hieän töôïng coäng höôûng. Hieän töôïng naøy
coù khaû naêng phaù hoûng khí cuï ñieän .
Thoâng thöôøng, ngöôøi ta choïn taàn soá rieâng cuûa caùc dao ñoäng cô khí lôùn hôn
gaáp ñoâi taàn soá cuûa löïc.
V . OÅN ÑÒNH LÖÏC ÑIEÄN ÑOÄNG.
Ñoä beàn cô khí cuûa vaät lieäu phuï thuoäc khoâng chæ vaøo ñoä lôùn cuûa löïc maø coøn
phuï thuoäc vaøo chieàu, ñoä daøi thôøi gian taùc ñoäng vaø ñoä doác taêng leân. Khí cuï ñieän
oån ñònh löïc ñieän ñoäng phaûi thoûa maõn:
ꢄ Vieäc tính toaùn löïc ñieän ñoäng: tính theo doøng ñieän xung cuûa hieän töôïng
ngaén maïch.
ꢄ Vieäc tính toaùn ñoä beàn ñoäng hoïc khi coù hieän töôïng coâng höôûng.
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 10/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
CHÖÔNG 2:
PHAÙT NOÙNG KHÍ CUÏ ÑIEÄN
I . KHAÙI NIEÄM
Khi khí cuï ñieän laøm vieäc laâu daøi trong caùc maïch daãn ñieän, nhieät ñoä cuûa khí
cuï ñieän taêng leân gaây toån thaát ñieän naêng döôùi daïng nhieät naêng vaø ñoát noùng caùc
boä phaän daãn ñieän vaø caùch ñieän cuûa khí cuï. Vì vaäy, khí cuï ñieän laøm vieäc ñöôïc
trong moïi cheá ñoä khi nhieät ñoä cuûa caùc boä phaän phaûi khoâng quaù nhöõng giaù trò cho
pheùp laøm vieäc an toaøn laâu daøi.
II . TÍNH TOAÙN TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG KHÍ CUÏ ÑIEÄN
Toån thaát ñieän naêng trong khí cuï ñieän ñöôïc tính theo:
t
Q
i2
.R.t
0
Q : ñieän naêng toån thaát.
i : doøng ñieän trong maïch.
R : ñieän trôû cuûa khí cuï.
t : thôøi gian coù doøng ñieän chaïy qua.
Ñoái vôùi daây daãn ñoàng chaát:
o (1 . ).
ꢂ
l
ñm
R
s
BB BB : ñieän trôû suaát cuûa vaät lieäu ôû 0PPoC.
PP
o
l : chieàu daøi daây daãn.
ꢂ : heä soá nhieät ñoä cuûa ñieän trôû.
BB
BB : nhieät ñoä cho pheùp ôû cheá ñoä ñònh möùc.
ñm
s : tieát dieän coù doøng ñieän chaïy qua.
Tuøy theo khí cuï ñieän taïo neân töø caùc vaät lieäu khaùc nhau, kích thöôùc khaùc
nhau, hình daïng khaùc nhau seõ phaùt sinh toån thaát khaùc nhau.
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 11/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
III . CAÙC CHEÁ ÑOÄ PHAÙT NOÙNG CUÛA KHÍ CUÏ ÑIEÄN
Sau ñaây laø BAÛNG NHIEÄT ÑOÄ CHO PHEÙP CUÛA MOÄT SOÁ VAÄT LIEÄU:
Nhieät ñoä cho pheùp (PPoC)
PP
Vaät lieäu laøm khí cuï ñieän
ꢄ Vaät lieäu khoâng boïc caùch ñieän hoaëc ñeå xa chaát
caùch ñieän.
110
ꢄ Daây noái ôû daïng tieáp xuùc coá ñònh.
ꢄ Vaät lieäu coù tieáp xuùc daïng hình ngoùn.
ꢄ Tieáp xuùc tröôït cuûa Cu vaø hôïp kim Cu.
ꢄ Tieáp xuùc maù baïc.
75
75
110
120
110
ꢄ Vaät khoâng daãn ñieän vaø khoâng boïc caùch ñieän.
Nhieät ñoä cho pheùp
Vaät lieäu caùch ñieän
Caáp caùch nhieät
o
PP
(PP C)
ꢄ Vaûi sôïi, giaáy khoâng taåm caùch ñieän.
ꢄ Vaûi sôïi, giaáy coù taåm caùch ñieän.
ꢄ Hôïp chaát toång hôïp.
ꢄ Mica, sôïi thuûy tinh.
ꢄ Mica, sôïi thuûy tinh coù taåm caùch ñieän.
Y
A
E
B
F
90
105
120
130
155
ꢄ Chaát toång hôïp Silic.
ꢄ Söù caùch ñieän.
H
C
180
> 180
Tuøy theo cheá ñoä laøm vieäc khaùc nhau, moãi khí cuï ñieän seõ coù söï phaùt noùng
khaùc nhau.
1. Cheá ñoä laøm vieäc laâu daøi cuûa khí cuï ñieän:
Khi khí cuï ñieän laøm vieäc laâu daøi, nhieät ñoä trong khí cuï cuï baét ñaàu taêng vaø
ñeán nhieät ñoä oån ñònh thì khoâng taêng nöõa, luùc naøy seõ toûa nhieät ra moâi tröôøng
xung quanh.
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
oåån ñònh
åå
t(s)
BBBB
BBBB
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù banáá ñaààu ïï ää
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
àà
Trang 12/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
2. Cheá ñoä laøm vieäc ngaén haïn cuûa khí cuï ñieän:
Cheá ñoä laøm vieäc ngaén haïn cuûa khí cuï laø cheá ñoä khi ñoùng ñieän nhieät ñoä cuûa
noù khoâng ñaït tôùi nhieät ñoä oån ñònh, sau khi phaùt noùng ngaén haïn, khí cuï ñöôïc ngaét,
nhieät ñoä cuûa noù suït xuoáng tôùi möùc khoâng so saùnh ñöôïc vôùi moâi tröôøng xung
quanh.
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
oåån ñònh
åå
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
phaùùt noùùng
ùù ùù
t(s)
BBBB
BBBB
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
ban ñaààu
àà
3. Cheá ñoä laøm vieäc ngaén haïn laëp laïi cuûa khí cuï ñieän:
Nhieät ñoä cuûa khí cuï ñieän taêng leân trong khoaûng thôøi gian khí cuï laøm vieäc,
nhieät ñoä giaûm xuoáng trong khoaûng thôøi gian khí cuï nghæ, nhieät ñoä giaûm chöa ñaït
ñeán giaù trò ban ñaàu thì khí cuï ñieän laøm vieäc laëp laïi. Sau khoaûng thôøi gian, nhieät
ñoä taêng leân lôùn nhaát gaàn baèng nhieät ñoä giaûm nhoû nhaát thì khí cuï ñieän ñaït ñöôïc
cheá ñoä döøng.
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
oåån ñònh
åå
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
max
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
min
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
phaùùt noùùng
ùù ùù
t(s)
BBBB
BBBB
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
ban ñaààu
àà
t
B
B
B
B
B
B
B
B
t
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
laøøm vieääc
øø ää
nghæ
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 13/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
CHÖÔNG 3:
TIEÁP XUÙC ÑIEÄN – HOÀ QUANG ÑIEÄN
I . TIEÁP XUÙC ÑIEÄN
1. Khaùi nieäm:
Tieáp xuùc ñieän laø nôi maø doøng ñieän ñi töø vaät daãn naøy sang vaät daãn khaùc. Beà
maët tieáp xuùc cuûa hai vaät daãn ñöôïc goïi laø tieáp xuùc ñieän.
Caùc yeâu caàu cô baûn cuûa tieáp xuùc ñieän:
+ Nôi tieáp xuùc ñieän phaûi chaéc chaén, ñaûm baûo.
+ Moái noái tieáp xuùc phaûi coù ñoä beàn cô khí cao.
+ Moái noái khoâng ñöôïc phaùt noùng quaù giaù trò cho pheùp.
+ OÅn ñònh nhieät vaø oån ñònh ñoäng khi coù doøng ñieän cöïc ñaïi ñi qua.
+ Chòu ñöôïc taùc ñoäng cuûa moäi tröôøng (nhieät ñoä, chaát hoùa hoïc….)
Ñeå ñaûm baûo caùc yeâu caàu treân, vaät lieäu duøng laøm tieáp ñieåm coù caùc yeâu caàu:
+ Ñieän daãn vaø nhieät daãn cao.
+ Ñoä beàn choáng ræ trong khoâng khí vaø trong caùc khí khaùc.
+ Ñoä beàn choáng taïo lôùp maøng coù ñieän trôû suaát cao.
+ Ñoä cöùng beù ñeå giaûm löïc neùn.
+ Ñoä cöùng cao ñeå giaûm hao moøn ôû caùc boä phaän ñoùng ngaét.
+ Ñoä beàn chòu hoà quang cao ( nhieät ñoä noùng chaûy).
+ Ñôn giaûn gia coâng, giaù thaønh haï.
Moät soá vaät lieäu duøng laøm tieáp ñieåm: ñoàng, baïc, nhoâm, Von-fram…
2. Phaân loaïi tieáp xuùc ñieän:
Döïa vaøo keát caáu tieáp ñieåm, coù caùc loaïi tieáp xuùc ñieän sau:
a) Tieáp xuùc coá ñònh:
Caùc tieáp ñieåm ñöôïc noái coá ñònh vôùi caùc chi tieát daãn doøng ñieän nhö laø: thanh
caùi, caùp ñieän, choã noái khí cuï vaøo maïch. Trong quaù trình söû duïng, caû hai tieáp
ñieåm ñöôïc gaén chaët vaøo nhau nhôø caùc bu-loâng, haøn noùng hay haøn nguoäi.
b) Tieáp xuùc ñoùng môû :
Laø tieáp xuùc ñeå ñoùng ngaét maïch ñieän. Trong tröôøng hôïp naøy phaùt sinh hoà
quang ñieän, caàn xaùc ñònh khoaûng caùch giöõa tieáp ñieåm tónh vaø ñoäng döïa vaøo
doøng ñieän ñònh möùc, ñieän aùp ñònh möùc vaø cheá ñoä laøm vieäc cuûa khí cuï ñieän.
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 14/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
c) Tieáp xuùc tröôït :
Laø tieáp xuùc ôû coå goùp vaø vaønh tröôït, tieáp xuùc naøy cuõng deã sinh ra hoà quang
ñieän.
3. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñieän trôû tieáp xuùc:
ꢄ Vaät lieäu laøm tieáp ñieåm: vaät lieäu meàm tieáp xuùc toát.
ꢄ Kim loaïi laøm tieáp ñieåm khoâng bò oâxy hoùa.
ꢄ Löïc eùp tieáp ñieåm caøng lôùn thì seõ taïo neân nhieàu tieáp ñieåm tieáp xuùc.
ꢄ Nhieät ñoä tieáp ñieåm caøng cao thì ñieän trôû tieáp xuùc caøng lôùn.
ꢄ Dieän tích tieáp xuùc.
Thoâng thöôøng duøng hôïp kim ñeå laøm tieáp ñieåm.
II . HOÀ QUANG ÑIEÄN
1. Khaùi nieäm:
Trong caùc khí cuï ñieän duøng ñeå ñoùng ngaét maïch ñieän( caàu dao, contactor,
rôle…) khi chuyeån maïch seõ phaùt sinh hieän töôïng phoùng ñieän. Neáu doøng ñieän
ngaét döôùi 0,1A vaø ñieän aùp taïi caùc tieáp ñieåm khoaûng 250V-300V thì caùc tieáp
ñieåm seõ phoùng ñieän aâm æ. Tröôøng hôïp doøng ñieän vaø ñieän aùp cao hôn trò soá trong
baûng sau seõ sinh ra hoà quang ñieän.
Vaät lieäu laøm tieáp ñieåm
U (V)
17
15
I(A)
0,9
0,38
Platin
Vaøng
Baïc
12
0,4
Von-fram
17
12,3
18-22
0,9
0,43
0,03
Ñoàng
Than
Z
I
B
B
B
B
BBBB
BBBB
B
B
B
B
U
BBBB
BBBB
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 15/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
2. Tính chaát cô baûn cuûa phoùng ñieän hoà quang:
ꢄ Phoùng ñieän hoà quang chæ xaûy ra khi caùc doøng ñieän coù trò soá lôùn.
ꢄ Nhieät ñoä trung taâm hoà quang raát lôùn vaø trong caùc khí cuï coù theå ñeán
6000- 18000PPoK.
PP
2
ꢄ Maät ñoä doøng ñieän taïi catoát lôùn (10PP4 – 10PP5)A/cmPP
.
PP
PP
PP
ꢄ Suït aùp ôû catoât baèng 10-20V vaø thöïc teá khoâng phuï thuoäc vaøo doøng ñieän.
3. Quaù trình phaùt sinh vaø daäp taét hoà quang:
a) Quaù trình phaùt sinh hoà quang ñieän:
Ñoái vôùi tieáp ñieåm coù doøng ñieän beù, ban ñaàu khoaûng caùch giöõa chuùng nhoû
trong khi ñieän aùp ñaët coù trò soá nhaát ñònh, vì vaäy trong khoaûng khoâng gian naøy seõ
sinh ra ñieän tröôøng coù cöôøng ñoä raát lôùn (3.10PP7V/cm) coù theå laøm baät ñieän töû töø
PP
catoát goïi laø phaùt xaï töï ñoäng ñieän töû (goïi laø phaùt xaï nguoäi ñieän töû). Soá ñieän töû
caøng nhieàu, chuyeån ñoäng döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng laøm ion hoùa khoâng khí
gaây hoà quang ñieän.
Ñoái vôùi tieáp ñieåm coù doøng ñieän lôùn, quaù trình phaùt sinh hoà quang phöùc taïp
hôn. Luùc ñaàu môû tieáp ñieåm, löïc eùp giöõa chuùng coù trò soâ nhoû neân soá tieáp ñieåm
tieáp xuùc ñeå doøng ñieän ñi qua ít. Maät ñoä doøng ñieän taêng ñaùng keå ñeán haøng chuïc
nghìn A/cmPP2, do ñoù taïi caùc tieáp ñieåm söï phaùt noùng seõ taêng ñeán möùc laøm cho ôû
PP
nhau, gioït kim loaïi ñöôïc keùo caêng ra trôû thaønh caàu chaát loûng vaø noái lieàn hai tieáp
ñieåm naøy, nhieät ñoä cuûa caàu chaát loûng tieáp tuïc taêng, luùc ñoù caàu chaát loûng boác hôi
vaø trong khoâng gian giöõa hai tieáp ñieåm xuaát hieän hoà quang ñieän. Vì quaù trình
phaùt noùng cuûa caàu thöïc hieän raát nhanh neân söï boác hôi mang tính chaát noå. Khi
caàu chaát loûng caét keùo theo söï maøi moøn tieáp ñieåm, ñieàu naøy raát quan troïng khi
ngaét doøng ñieän quaù lôùn hay quaù trình ñoùng môû xaûy ra thöôøng xuyeân.
b) Quaù trình daäp taét hoà quang ñieän:
Ñieàu kieän daäp taét hoà quang laø quaù trình ngöôïc laïi vôùi quaù trình phaùt sinh
hoà quang.
ꢄ Haï nhieät ñoä hoà quang.
ꢄ Keùo daøi hoà quang.
ꢄ Chia hoà quang thaønh nhieàu ñoaïn nhoû.
ꢄ Duøng naêng löôïng beân ngoøai hoaëc chính noù ñeå thoåi taét hoà quang.
ꢄ Maéc ñieän trôû Shunt ñeå tieâu thuï naêng löôïng hoà quang.
Thieát bò ñeå daäp taét hoà quang.
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 16/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
ØØ
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ꢄ Haï nhieät ñoä hoà quang baèng caùch duøng hôi khí hoaëc daàu laøm nguoäi,
duøng vaùch ngaên ñeå hoà quang coï xaùt.
ꢄ Chia hoà quang thaønh nhieàu coät nhoû vaø keùo daøi hoà quang baèng caùch
duøng vaùch ngaên chia thaønh nhieàu phaàn nhoû vaø thoåi khí daäp taét.
ꢄ Duøng naêng löôïng beân ngoaøi hoaëc chính noù ñeå thoåi taét hoà quang, naêng
löôïng cuûa noù taïo aùp suaát ñeå thoåi taét hoà quang.
ꢄ Maéc ñieän trôû Shunt ñeå tieâu thuï naêng löôïng hoà quang (duøng ñieän trôû maéc
song song vôùi hai tieáp ñieåm sinh hoà quang).
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 17/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
PHAÀN 2 :
TÌM HIEÅU ÑAËC TÍNH, KEÁT CAÁU,
TÍNH TOAÙN LÖÏA CHOÏN SÖÛ DUÏNG
KHÍ CUÏ ÑIEÄN HAÏ AÙP
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 18/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
ØØ
CHÖÔNG 2 :
KHÍ CUÏ ÑIEÄN ÑOÙNG NGAÉT – BAÛO VEÄ MAÏCH ÑIEÄN
A - CB (CIRCUIT BREAKER)
I . KHAÙI NIEÄM VAØ YEÂU CAÀU.
CB (CB ñöôïc vieát taét töø danh töø Circuit Breaker- tieáng Anh), teân khaùc
nhö : Disjonteur (tieáng Phaùp) hay Aùptoâmaùt (theo Lieân Xoâ). CB laø khí cuï ñieän
duøng ñoùng ngaét maïch ñieän (moät pha, ba pha); coù coâng duïng baûo veä quaù taûi,
ngaén maïch, suït aùp … maïch ñieän.
Choïn CB phaûi thoûa ba yeâu caàu sau:
+ Cheá ñoä laøm vieäc ôû ñònh möùc cuûa CB phaûi laø cheá ñoä laøm vieäc daøi haïn,
nghóa laø trò soá doøng ñieän ñònh möùc chaïy qua CB laâu tuøy yù. Maët khaùc, maïch
doøng ñieän cuûa CB phaûi chòu ñöôïc doøng ñieän lôùn (khi coù ngaén maïch) luùc caùc
tieáp ñieåm cuûa noù ñaõ ñoùng hay ñang ñoùng.
+ CB phaûi ngaét ñöôïc trò soá doøng ñieän ngaén maïch lôùn, coù theå vaøi chuïc KA.
Sau khi ngaét doøng ñieän ngaén maïch, CB ñaûm baûo vaãn laøm vieäc toát ôû trò soá
doøng ñieän ñònh möùc.
+ Ñeå naâng cao tính oån ñònh nhieät vaø ñieän ñoäng cuûa caùc thieát bò ñieän, haïn
cheá söï phaù hoaïi do doøng ñieän ngaén maïch gaây ra, CB phaûi coù thôøi gian caét beù.
Muoán vaäy thöôøng phaûi keát hôïp löïc thao taùc cô hoïc vôùi thieát bò daäp hoà quang
beân trong CB.
II . CAÁU TAÏO VAØ NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG.
1. Caáu taïo:
a. Tieáp ñieåm
CB thöôøng ñöôïc cheá taïo coù hai caáp tieáp ñieåm (tieáp ñieåm chính vaø hoà
quang), hoaëc ba caáp tieáp ñieåm (chính, phuï, hoà quanq).
Khi ñoùng maïch, tieáp ñieåm hoà quang ñoùng tröôùc, tieáp theo laø tieáp ñieåm
phuï, sau cuøng laø tieáp ñieàm chính. Khi caét maïch thì ngöôïc laïi, tieáp ñieåm chính
môû tröôùc, sau ñeán tieáp ñieåm phuï, cuoái cuøng laø tieáp ñieåm hoà quang
Nhö vaäy hoà quang chæ chaùy treân tieáp ñieåm hoà quang, do ñoù baûo veä ñöôïc tieáp
ñieåm chính ñeå daãn ñieän. Duøng theâm tieáp ñieåm phuï ñeå traùnh hoà quang chaùy
lan vaøo laøm hö haïi tieáp ñieåm chính.
b. Hoäp daäp hoà quang
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 19/ 103
TRÖÔØØNG ðꢀIꢁHꢂCꢁCÔNGꢁNGHIꢃPꢁTPꢁHCM
ØØ
KHOA ÑIEÄÄN
ÄÄ
Ñeå CB daäp ñöôïc hoà quang trong taát caû caùc cheá ñoä laøm vieäc cuûa löôùi
ñieän, ngöôøi ta thöôøng duøng hai kieåu thieát bò daäp hoà quang laø: kieåu nöûa kín vaø
kieåu hôû.
Kieåu nöûa kín ñöôïc ñaët trong voû kín cuûa CB vaø coù loã thoaùt khí. Kieåu naøy
coù doøng ñieän giôùi haïn caét khoâng quaù 50KA. Kieåu hôû ñöôïc duøng khi giôùi haïn
doøng ñieän caét lôùn hôn 50KA hoaëc ñieän aùp lôùn 1000V(cao aùp).
Trong buoàng daäp hoà quang thoâng duïng, ngöôøi ta duøng nhöõng taám theùp
xeáp thaønh löôùi ngaên, ñeå phaân chia hoà quang thaønh nhieàu ñoïan ngaén thuaân lôïi
cho vieäc daäp taét hoà quang.
c.
Cô caáu truyeàn ñoäng caét CB
Truyeàn ñoäng caét CB thöôøng coù hai caùch : baèng tay vaø baèng cô ñieän
(ñieän töø, ñoäng cô ñieän).
Ñieàu khieån baèng tay ñöôïc thöïc hieän vôùi caùc CB coù doøng ñieän ñònh möùc
khoâng lôùn hôn 600A. Ñieàu khieån baèng ñieän töø (nam chaâm ñieän) ñöôïc öùng
duïng ôû caùc CB coù doøng ñieän lôùn hôn (ñeán 1000A).
Ñeå taêng löïc ñieàu khieån baèng tay ngöôøi ta duøng moät tay daøi phuï theo
nguyeân lyù ñoøn baåy. Ngoaøi ra coøn coù caùch ñieàu khieån baèng ñoäng cô ñieän hoaëc
khí neùn.
d.
Moùc baûo veä
CB töï ñoäng caét nhôø caùc phaàn töû baûo veä – goïi laø moùc baûo veä, seõ taùc
ñoäng khi maïch ñieän coù söï coá quaù doøng ñieän (quaù taûi hay ngaén maïch) vaø
suït aùp.
+ Moùc baûo veä quaù doøng ñieän (coøn goïi laø baûo veä doøng ñieän cöïc ñaïi) ñeå
baûo veä thieát bò ñieän khoâng bò quaù taûi vaø ngaén maïch, ñöôøng thôøi gian – doøng
ñieän cuûa moùc baûo veä phaûi naèm döôùi ñöôøng ñaëc tính cuûa ñoái töôïng caàn baûo
veä. Ngöôøi ta thöôøng duøng heä thoáng ñieän töø vaø rôle nhieät laøm moùc baûo veä, ñaët
beân trong CB.
Moùc kieåu ñieän töø coù cuoän daây maéc noái tieáp vôùi maïch chính, cuoän daây
naøy ñöôïc quaán tieát dieän lôùn chòu doøng taûi vaø ít voøng. Khi doøng ñieän vöôït quaù
trò soá cho pheùp thì phaàn öùng bò huùt vaø moùc seõ daäp vaøo khôùp rôi töï do, laøm
tieáp ñieåm cuûa CB môû ra. Ñieàu chænh vít ñeå thay ñoåi löïc khaùng cuûa loø xo, ta coù
theå ñieàu chænh ñöôïc trò soá doøng ñieän taùc ñoäng. Ñeå giöõ thôøi gian trong baûo veä
quaù taûi kieåu ñieän töø, ngöôøi ta theâm moät cô caáu giöõ thôøi gian (ví duï baùnh xe
raêng nhö trong cô caáu ñoàng hoà).
Lyùù Thuyeáát Khí Cuïï Ñieään
ùù áá ïï ää
Trang 20/ 103
Tải về để xem bản đầy đủ
107 trang
26520
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình lý thuyết Khí cụ điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_ly_thuyet_khi_cu_dien.pdf
