ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - thuvienso.bvu.edu.vnthuvienso.bvu.edu.vn/bitstream/TVDHBRVT/14581/1/Phan-Thanh-Tuan.pdf · Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU --------

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

TÊN ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ BỘ KHỐNG CHẾ ĐIỆN NGUỒN

Chủ nhiệm đề tài: Phạm Thanh Tuấn

Hướng dẫn khoa học: ThS. Phạm Chí Hiếu

Bà Rịa - Vũng Tàu 6/2015

Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT

SVTH: Phạm Thanh Tuấn

TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

------o0o-----

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Họ và tên sinh viên: Phạm Thanh Tuấn MSSV: 13020639

Ngày, tháng, năm sinh: 13/10/1995 Nơi sinh: Vũng Tàu

Chuyên Ngành: Kỹ thuật điện-điện tử

I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết Kế Bộ Khống Chế Điện Nguồn

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Tìm hiểu công dụng của từng khí cụ điện có trong đề tài.

Đưa ra các phương án nghiên cứu.

Thiết kế bộ khống chế điện nguồn.

Kiểm tra, đánh giá tính ứng dụng của đề tài.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 04/04/2015

IV. NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 03/08/2015

V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S. Phạm Chí Hiếu

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

ThS. Phạm Chí Hiếu

Bà Rịa - Vũng Tàu, Ngày…... tháng ..…năm 2015 SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Phạm Thanh Tuấn

PHÒNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (Ký và ghi rõ họ tên)

TS. Vũ Văn Đông

TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên)

TS. Nguyễn Phan Cường



MỞ ĐẦU

Căn cứ vào tình hình thực tế khi những hộ gia đình có nhu cầu sử dụng nguồn

điện dự phòng (như máy phát điện, bình Ăcquy…), theo như hiện giờ nguồn điện dự

phòng bắt buộc phải đặt ở ngay cầu dao điện tổng hay CB(Circuit Breaker) tổng trong

nhà. Đều này gây khó khăn như: Nếu đặt máy phát điện thì gây ra tiếng ồn, mất mỹ

quan, gây cản trở hoặc nguy hiểm khi lưu thông qua lại.

Để khắc phục những điều này, tôi được sự hướng dẫn của thầy ThS. Phạm Chí

Hiếu nên tôi thiết kế ra bộ khống chế điện nguồn để có thể di dời nguồn điện dự phòng

đến đặt chỗ nào trong nhà như sân thượng hoặc phía sau nhà… tùy ý mà không ảnh

hưởng đến công suất cũng như an tòan trong mạng điện.



LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án này, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa điện-

điện tử trường đại học Bà Rịa–Vũng Tàu đã tận tình giúp đỡ tôi. Tôi xin gửi lời cảm

ơn sâu sắc đến thầy Phạm Chí Hiếu đã không tiếc thời gian và công sức tận tình hướng

dẫn, thảo luận và dẫn dắt tôi hoàn thành đề tài này. Chính những chỉ dẫn quý báu của

thầy Hiếu và các thầy cô trong khoa đã giúp tôi từng bước giải quyết các vấn đề trong

quá trình thực hiện đề tài, giúp tôi có thể kết quả như hôm nay.

Do kiến thức và kinh nghiệm có hạn, đồng thời thời gian thực hiện còn hạn chế,

nên đề tài này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy, tôi rất mong nhận được

sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô để đề tài này được hoàn chỉnh hơn.

Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người luôn luôn ở bên

và động viên tinh thần cho tôi, tiếp thêm cho tôi động lực để tôi vượt qua những khó

khăn trong học tập và trong cuộc sống.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Vũng tàu, ngày …..tháng..…. năm 2015 Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên)

Phạm Thanh Tuấn



MỤC LỤC Đề mục Trang

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

NHẬN XÉT

MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 01

1.1. TÌNH HÌNH NGUỒN NĂNG LƯỢNG THỰC ............................................... 01

1.2. MỤC TIÊU VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT CỦA ĐỀ TÀI …………….............. 01

1.3. TÍNH TỐI ƯU CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................... 01

CHƯƠNG 2. KHÍ CỤ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ................................................. 03

2.1. CẦU CHÌ ……………………………………………………………………… 03

2.1.1. Đặc tính chung ………………………………………………………………. 03

2.1.1.1. Khái niệm ……………………………………………………………..…… 03

2.1.1.2. Dòng cắt ngắn mạch ………………………………………………………. 03

2.1.2. Cấu tạo và thông số chính …………………………………………………… 04

2.1.2.1. Cấu tạo chung ……………………………………………………………... 04

2.1.2.2. Các thông số chính ………………………………………………………… 06

2.1.3. Điều kiện lựa chọn ………………………………………………………….. 07

2.1.3.1. Đặc điểm mạng …………………………………………………………… 07

2.1.3.2. Dòng ngắn mạch …………………………………………………………. 07

2.1.3.3. Hong đặc điểm của mạch ………………………………………… …….. 08

2.1.4. Bảo vệ chọn lọc ……………………………………………………………… 09

2.1.4.1. Những điểm chung …………………………………………………………09

2.1.4.2. Sự chọn lọc trong một hệ thống được cung cấp nguồn bằng UPS(bộ lưu

điện) ……………………………………………………………………………… 10

2.1.4.3. Bảo vệ chọn lọc giữa cầu chì và công tắc quá dòng ………………………. 10

2.1.4.4. Bảo vệ chọn lọc giữa CB và cầu chì ………………………………………. 11

2.2. MÁY CẮT HẠ ÁP ……………………………………………………………. 12



2.2.1. CB chống quá tải và ngắn mạch …………………………………………….. 12

2.2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc …………………………………………….. 12

2.2.1.2. Phân loại CB hạ áp ………………………………………………………… 13

2.2.1.3. Chức năng của CB ………………………………………………………… 14

2.2.1.4. Tiêu chuẩn áp dụng ………………………………………………………... 15

2.2.1.5. Các đặc tính cơ bản của CB ……………………………………………….. 15

2.2.1.6. Tính chọn lọc ……………………………………………………………… 19

2.2.1.7. Các phụ kiện của CB ……………………………………………………… 21

2.2.1.8. Điều kiện lựa chọn CB ……………………………………………………. 21

2.2.2. CB chống dòng dò ………………………………………………………….. 22

2.2.2.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc ……………………………………………. 22

2.2.2.2. Phân loại thiết bị chống dòng điện rò …………………………………….. 25

2.2.2.3. Các thông chính của thiết bị bảo vệ chống dòng rò ………………………. 26

2.2.2.4. Bảo vệ phân biệt giữa các thiết bị chống dòng rò ………………………… 27

2.2.3. Ví dụ lựa chọn CB …………………………………………………………... 28

2.2.3.1. Cho một mạng điện hạ áp …………………………………………………. 28

2.2.3.2. Các bước tiến hành lựa chọn CB ………………………………………….. 29

2.3. CÔNG TẮC TƠ ……………………………………………………………….. 31

2.3.1. Khái quát …………………………………………………………………….. 31

2.3.2. Cấu tạo, phân loại: …………………………………………………………... 31

2.3.2.1. Cấu tạo ……………………………………………………………………. 31

2.3.2.2. Phân lọai ………………………………………………………………….. 33

2.3.3. Các yêu cầu cơ bản ………………………………………………………….. 33

2.3.4. Ký hiệu ……………………………………………………………………… 34

2.3.4.1. Cuộn dây …………………………………………………………………... 34

2.3.4.2. Tiếp điểm chính …………………………………………………………… 34

2.3.4.3. Tiếp điểm phụ …………………………………………………………….. 34

2.3.5. Các đại lượng cơ bản ……………………………………………………….. 35

2.3.6. Nguyên lý làm việc …………………………………………………………. 35

2.3.7. Các chế độ vận hành của công tắc tơ (theo tiêu chuẩn IEC-158-1) ………… 36

2.3.7.1. Các ký hiệu AC1; AC2; AC3; AC4 ………………………………………. 36

2.3.7.2. Các ký hiệu DC1; DC2; DC3; DC4; DC5 ………………………………... 37



2.3.8. Cách lựa chọn ………………………………………………………………. 38

2.3.9. Đặc tính kỹ thuật và phạm vi ứng dụng ……………………………………. 38

2.3.10. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng ………………………………….39

2.3.10.1. Hiện tượng hư hỏng tiếp điểm ………………………………………….. 39

2.3.10.2. Hiện tượng hư hỏng cuộn dây (cuộn hút) ………………………………. 39

2.3.11. Sửa chữa khí cụ điện điều khiển …………………………………………… 39

Chương 3. THIẾT KẾ BỘ KHỐNG CHẾ NGUỒN ĐIỆN ………………………... 41

3.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG ……………………………………………... 41

3.2. SƠ ĐỒ MẠCH CỦA HỆ THỐNG ……………………………………………. 41

3.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG …………………………….. 41

3.4. ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ……………………………………………… 42

Chương 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ……………………. 44

4.1. KẾT LUẬN …………………………………………………………………… 44

4.1.1. Ưu điểm của đề tài …………………………………………………………... 44

4.1.2. Nhược điểm của đề tài ………………………………………………………. 44

4.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ……………………………………………… 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………. 45


SVTH: Phạm Thanh Tuấn 1

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1. TÌNH HÌNH NGUỒN NĂNG LƯỢNG THỰC TẾ

Việt Nam đang có thứ hạng cao trên thế giới về chỉ số tăng trưởng bất chấp tình

trạng suy thoái kinh tế toàn cầu. Tuy nhiên thách thức đặt ra là mức độ tăng trưởng

nền kinh tế diễn ra mạnh mẽ đồng nghĩa với việc nhu cầu sử dụng năng lượng tăng

nhanh. Trung bình mỗi năm nhu cầu sử dụng năng lượng của đất nước tăng gấp hai

nhưng ngành năng lượng tăng trưởng chỉ đáp ứng khoảng 60% yêu cầu. Chính vì sự

thiếu hụt điện năng như thế dẫn đến tình trạng ”cúp điện” sinh hoạt thường xuyên

trong một tuần. Đối với những hộ gia đình có điều kiện sử dụng nguồn điện dự phòng

(như máy phát điện, bình Ăcquy…) theo như hiện giờ nguồn điện dự phòng bắt buộc

phải đặt ở ngay cầu dao điện tổng hay CB(Circuit Breaker) tổng trong nhà. Đều này

gây khó khăn như: Nếu đặt máy phát điện thì gây ra tiếng ồn, mất mỹ quan, gây cản

trở hoặc nguy hiểm khi lưu thông qua lại.

Để khắc phục những điều này, tôi được sự hướng dẫn của thầy ThS. Phạm Chí

Hiếu nên tôi thiết kế ra bộ khống chế điện nguồn để có thể di dời nguồn điện dự phòng

đến đặt chỗ nào trong nhà như sân thượng hoặc phía sau nhà… tùy ý mà không ảnh

hưởng đến công suất cũng như an tòan trong mạng điện. Tính ưu việt của đề tài này là

hệ thống này trên thị trường chưa có bán.

1.2. MỤC TIÊU VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và công dụng của từng linh kiện, từng khí cụ

điện có trong hệ thống.

Khảo sát các bộ tự động chuyển nguồn điện như tủ ATS(Automatic Transfer

Switch) và nhu cầu thực tế khi sử dụng thiết bị này.

Hiểu được qui trình công nghệ, nhiệm vụ đìêu khiển, giải pháp bảo vệ an tòan

và chế độ bảo trì thiết bị trong hệ thống.

Qua tìm hiểu, sinh viên có thể nghiên cứu, thiết kế bộ khống chế điện nguồn.

1.3. TÍNH TỐI ƯU CỦA ĐỀ TÀI

Tạo tính tư duy cho sinh viên trong quá trình nghiên cứu.



Có tính linh động và mở rộng cho sinh viên khi thiết kế bộ khống chế điện

nguồn dựa trên cơ sở thực tế.

Thiết bị này chưa có bán trên thị trường.

Thiết bị rất đơn giản, nhưng rất hữu ích.

Kết hợp với tủ ATS(Automatic Transfer Switch) để tạo thành bộ tự động

chuyển đổi nguồn điện tối ưu.



Chương 2

KHÍ CỤ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG

2.1. CẦU CHÌ

2.1.1. Đặc tính chung

2.1.1.1. Khái niệm

Cầu chì được thiết kế để ngắt mạch trong trường hợp dòng không bình thường.

Chúng cũng có những lợi ích thêm vào là có thể giới hạn dòng sự cố cao. Các tính chất

chủ yếu của cầu chì là bảo vệ tin cậy, đơn giản và kinh tế.

Cầu chì hiện đại được đặc trưng bằng khả năng cắt rất nhanh, đặc biệt trong trường

hợp dòng ngắn mạch lớn nhờ tốc độ nóng chảy nhanh của cầu chì. Dòng sẽ bị cắt

trước khi đạt được giá trị đỉnh của nó, do đó dòng sự cố không bao giờ đạt được giá trị

đỉnh.(Hình 2.1)

Các thông số kỹ thuật của cầu chì cần quan tâm bao gồm:

Thời gian tiền hồ quang Tf : Đây là thời gian cần thiết để dòng điện chuyển

nguyên tố chì đến điểm hóa hơi trước khi nóng chảy. Thời gian này độc lập

với điện áp của hệ thống.

Thời gian hồ quang Ta : Đây là khoảng thời gian tính từ lúc xuất hiện hồ

quang đến khi hồ quang bị dập tắt hoàn toàn (I=0). Thời gian này phụ thuộc

vào điện áp lưới, nhưng nó có thể không đáng kể so với thời gian tiền hồ

quang trong trường hợp tổng thời gian chảy Ttc> 40ms.

Thời gian tác động: Là tổng thời gian của tiền hồ quang và hồ quang.

Khả năng ngắt mạch: Đây là giá trị dòng ngắn mạch mà cầu chì có thể nổ

dưới điện áp vận hành danh định.

Nhiệt lượng tích luỹ:

dtIt

0

2

Đây là giá trị tích phân của bình phương dòng ngắt trong suốt thời gian

nóng chảy, có đơn vị A2s.

2.1.1.2. Dòng cắt ngắn mạch

Hai tham số cần xem xét đối với dòng cắt ngắn mạch:



Giá trị dòng đỉnh giới hạn Iscpeak có thể đạt được trong mạch được bảo vệ.

Giá trị dòng sự cố hiệu dụng Iscrms khi không có cầu chì trong mạch.

Chú ý: Chỉ có một dòng cắt nếu thời gian tiền hồ quang Tf < 5ms (đối với hệ thống có

tần số 50Hz).

Biểu đồ quan hệ giữa dòng sự cố hiệu dụng và dòng đỉnh giới hạn trình bày ở Hình 2.2.

Theo cách này, có thể biết được giá trị dòng đỉnh giới hạn theo các bước sau:

Tính toán dòng ngắn mạch hiệu dụng lớn nhất.

Căn cứ vào giá trị dòng ngắn mạch hiệu dụng vừa tính và loại cầu chì, tra

được giá trị dòng đỉnh giới hạn theo quan hệ Iscrms=f (Iscpeak, loại cầu chì) cho

bởi nhà chế tạo.

2.1.2. Cấu tạo và thông số chính

2.1.2.1. Cấu tạo chung

a. Vỏ cầu chì và các đầu nối.

b. Dây chảy cầu chì.

c. Vật liệu dập hồ quang ( thường là cát thạch anh ).

d. Đế cầu chì kèm ngàm kẹp (hoặc đế vặn).

e. Niêm chì báo tình trạng cầu chì và tay kẹp cầu chì cho phép thay nóng khi

hư hỏng.

Cầu chì có hai dạng chính là cầu chì dạng ngàm (Hình 2.3) và cầu chì dạng xoay

(Hình 2.4)



Cấu tạo chi tiết:

Hình 2.3. cầu chì dạng ngàm kẹp

Cấu tạo chi tiết:

Hệ thống cầu chì HRC dạng ngàm

Đế cầu chì Dây chảy được bao bọc

bởi bộ phận dập hồ quang

Dây chảy cầu chì Tay nắm cầu chì Nắp đậy cầu chì Vách ngăn

Hệ thống cầu chì HRC dạng xoay

Đế cầu chì Ống chì



Hình 2.4. Cầu chì dạng xoay

2.1.2.2. Các thông số chính

a. Dòng định mức Ie(A): Đây là dòng lớn nhất mà có thể chảy qua cầu chì

một cách liên tục mà không gây ra đứt chì.

b. Giá trị I2t: Đây là mức năng lượng cần thiết để có thể phá hủy chì và nó là

một đặc trưng quan trọng của cầu chì. Nó còn là một đại lượng mà các thiết

bị đầu nguồn phải chịu được trước khi cầu chì ngắt mạch.

c. Điện áp rơi: Giá trị điện áp rơi trên cầu chì thì luôn được tính toán bởi nhà

sản xuất. Một cầu chì sẽ trở nên nóng và gây thất thoát năng lượng ở những

mức dòng nào đó. Vì vậy điện áp rơi nên được cân nhắc một cách đặc biệt

khi sử dụng cầu chì trong mạng hạ áp.

d. Khả năng cắt(A): Khả năng cắt là dòng cực đại mà cầu chì có thể ngắt một

cách an toàn. Một số loại cầu chì được thiết kế với khả năng cắt lớn (HRC)

thì dây chảy luôn được bao bọc trong cát hay những chất liệu tương tự.

e. Điện áp định mức Ue(V): Điện áp định mức của cầu chì thì luôn lớn hơn

hoặc bằng với điện áp của mạch điện. Cầu chì hạ áp thì thường đựơc sử

dụng ở những mức điện áp nhỏ hơn điện áp định mức của chúng.

Ngoài ra cầu chì còn có các đặc tính sau:

+ Dòng điện nhiệt quy ước với cầu chì Ith( A).

+ Dòng điện nhiệt quy ước với những vật kết nối Ith(A)

+ Tần số định mức- Hz.

+ Điện áp cách điện định mức Ui (V).

+ Dòng ngắn mạch định mức- kAeff.

+ Dòng cắt trong thời gian ngắn nhất ( 1giây) Icw kAeff.

+ Khả năng cắt theo chế tạo – A.

Bộ phận kết nối cầu chì với đế

Nắp đế Đầu nối Dây chảy chì



+ Điện áp xung định mức Uimp (V).

+ Tổng tổn thất năng lượng ở Ith ( không kể cầu chì) Pv (W).

+ Trọng lượng ( không kể hộp bao)- kg.

+ Mức độ bảo vệ (IP).

+ Điều kiện hoạt động

2.1.3. Điều kiện lựa chọn

Ba thông số phải được tính đến khi chọn một hệ thống bảo vệ:

Đặc điểm mạng lưới.

Các hình thức nối đất.

Đặc điểm của mạch

2.1.3.1. Đặc điểm mạng

Điện áp:

Một cầu chì có thể không bao giờ được dùng ở một điện áp hiệu dụng lớn

hơn điện áp định mức của nó. Nó thường hoạt động ở mức điện áp thấp hơn điện áp

định mức của nó.

Tần số:

+ f < 5Hz: Điện áp hoạt động (Ue) được xem là tương đương với điện áp

DC và Ue =U đỉnh.

+ 5 ≤ f≤ 48Hz:

nue U.kU

Bảng 2.1 f (Hz) 5 10 20 30 40

Ku 0,55 0,65 0,78 0,87 0,94

ku: hệ số thay đổi điện áp định mức theo tần số.

+ 48 ≤ f <1000 Hz: không thay đổi điện áp định mức.

2.1.3.2. Dòng ngắn mạch

Một khi đã thiết lập, giá trị của nó phải được kiểm tra để đảm bảo chúng nhỏ hơn

dung lượng ngắt của cầu chì.

Các hình thức nối đất



Cầu chì có một hoặc hai chức năng bảo vệ tùy theo hình thức trung tính

của tải.

+ Chống quá dòng: A.

+ Chống tiếp xúc gián tiếp: B

Bảng 2.2

Hình thức Bảo vệ

TT

IT

TNC

TNS

A

A+B

A+B

A+B

2.1.3.3. Những đặc điểm của mạch

Dòng hoạt động của cầu chì sẽ bị giới hạn tùy theo mức nhiệt độ (ta) ở xung quanh

vùng phụ cận của thiết bị.

Ith u In x Kt

Ith u : dòng khi cầu chì hoạt động trong môi trường nhiệt độ: dòng thường trực

tối đa cho phép bởi thiết bị khoảng 8 giờ trong điều kiện cụ thể.

In : dòng ước tính của cầu chì.

Kt: hệ số cho bởi bảng dưới đây

Bảng 2.3

Kt Cầu chì gG Cầu chì aM ta Cầu chì gốc Thiết bị và

phối hợp Cầu chì gốc Thiết bị và

phối hợp 400 450 500 550 600 650 700

1 1 0.93 0.90 0.86 0.83 0.80

1 0.95 0.90 0.86 0.83 0.79 0.76

1 1 0.95 0.93 0.90 0.86 0.84

1 1 0.95 0.90 0.86 0.83 0.80

Nếu cầu chì lắp đặt vào khu vực kín gió thì giá trị Kt và Kv phải được tăng lên một lượng.

Tốc độ không khí V < 5 m/giây: Kv = 1 + 0.05 .V



Tốc độ không khí V 5 m/giây: Kv = 1.25

Ví dụ: một cầu chì được đặt trong bảng mạch bên trong một tủ có thông hơi.

+ Nhiệt độ trong tủ khoảng : 60 0C

+ Tốc độ không khí: 2 m/giây

Kv = 1 + 0.05 x 2 = 1.1; Kt = 1.1 x 0.86 = 0.95

Các lưu ý khi sử dụng ở độ cao >2000m

+ Không giảm dòng định mức của cầu chì

+ Khả năng ngắt ngắn mạch bị giới hạn, cần liên hệ với nhà sản xuất để có

thông tin cụ thể.

+ Giảm định cỡ của cầu chì

2.1.4. Bảo vệ chọn lọc

2.1.4.1. Những điểm chung

Trong trường hợp có sự cố trên bất cứ điểm lắp đặt nào, sự bảo vệ chọn lọc sẽ bảo

đảm thiết bị bảo vệ DP( cầu chì ) mở ngay lập tức sự cố đầu nguồn, không làm ngắt

thiết bị khác trong toàn bộ hệ thống. Sự chọn lọc cho phép hệ thống tiếp tục hoạt động

mà không bị ảnh hưởng bởi sự cố.

A

Hình 2.5. Sự cố ở điểm A phải gây ra ngắt

của thiết bị bảo vệ DP5 mà không ngắt bất cứ DP nào khác.

Chọn lọc là hoàn toàn khi đặc tính (thời gian/dòng) của các thiết bị bảo vệ

không chồng chéo nhau (Hình 2.6)



Chọn lọc là từng phần khi sự chọn lọc chỉ nằm ở một phần của đặc tính thời

gian/dòng của thiết bị. Khi dòng xác lập nhỏ hơn điểm cắt của hai đường cong,

sự chọn lọc sẽ là hoàn toàn.

2.1.4.2. Sự chọn lọc trong một hệ thống được cung cấp nguồn bằng UPS(bộ lưu

điện)

Hình 2.8. Hệ thống nguồn được cung cấp bằng UPS

Hình 2.6. Sự phân biệt hoàn toàntoàn

Hình 2.7. Sự phân biệt từng phần.



Những thiết bị bảo vệ chọn lọc có tầm quan trọng cao trong hệ thống nguồn được

cung cấp bằng UPS, nơi sự đóng cắt nhanh phải không dẫn đến bất kì sự xáo trộn nào

trên hệ thống đang làm việc bình thường.

Sự chọn lọc phải tính đến hai đặc tính của những hệ thống đó:

Dòng sự cố thấp ( xấp xỉ 2 x In)

Thời gian sự cố lớn nhất thường đặt ở 10ms

2.1.4.3. Bảo vệ chọn lọc giữa cầu chì và công tắc quá dòng

Cầu chì được đặt phía trên so với công tắc quá dòng. Một công tắc quá dòng bao

gồm một công tắc tơ và một rơle nhiệt.

Đường cong của cầu chì kết nối với công tắc quá dòng phải cắt qua điểm A và B

tương ứng với:

Ia: khả năng ngắt của công tắc quá dòng.

Ib: dòng khởi động động cơ.

Bảng 2.4

Loại khởi động I b(1) Thời gian khởi động(1)

Trực tiếp Khởi động sao tam giác Khởi động stator K/đ bằng máy biến áp tự ngẫu Khởi động rôto

8 In 2.5 In 4.5 In 1.5 đến 4 In 2.5 In

0.5 đến 3 giây 3 đến 6 giây 7 đến 12 giây 7 đến 12 giây 2.5 đến 5 giây

(1): giá trị trung bình có thể thay đổi theo loại động cơ và tải.

Hình 2.9. Sự phân biệt giữa cầu chì và công tắc quá dòng



Ứng suất nhiệt độ của cầu chì phải nhỏ hơn công tắc dòng quá tải.

2.1.4.4. Bảo vệ chọn lọc giữa CB và cầu chì

Sự kết hợp đúng đắn của một cầu chì với những thiết bị khác ( CB,…) cung cấp sự

chọn lọc đầy đủ, kinh tế và an toàn.

Đường cong nóng chảy tiền hồ quang của cầu chì phải được đặt trên điểm

A (hình 2.10).

Đường cong nổ hoàn toàn của cầu chì phải cắt đường cong của CB trước

giá trị Isc của CB ( khả năng ngắt giới hạn)

Kể từ điểm cắt trên biểu đồ trở về sau (Hình 2.10), giá trị I2t của cầu chì

phải nhỏ hơn giá trị I2t của CB.

Giá trị I2t của cầu chì và CB phải luôn luôn nhỏ hơn giá trị trên cáp.

Hình 2.10. Sự phân biệt cầu chì/CB

2.2. MÁY CẮT HẠ ÁP

Máy cắt hạ áp (Circuit Breaker - CB) là loại khí cụ điện điều khiển bằng tay nhưng

có khả năng tự động cắt mạch khi mạng điện bị ngắn mạch, quá tải hoặc sụt áp v.v…

Hiện nay, máy cắt hạ áp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện hạ áp thuộc

lĩnh vực công nghiệp, dân dụng… và đang thay thế dần cầu chì.

2.2.1. CB chống quá tải và ngắn mạch



2.2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Cấu tạo của CB gồm các thành phần chính như sau:

a. Vỏ của CB có chức năng đảm bảo an toàn cho người khi sử dụng và thao tác

đóng cắt trên CB.

b. Cơ cấu đóng ngắt đảm bảo tất cả các cực của CB được đóng ngắt cùng một lúc

và chính xác.

c. Cơ cấu ngắt điện từ có bộ phận cơ bản là cuộn dây. Cuộn dây có một lõi sắt cố

định và lõi chuyển động. Nếu dòng điện vượt quá một giá trị xác định trước,

cuộn dây sinh ra một lực điện từ đủ mạnh để thắng lực giữ của lò xo và hút

phần ứng. Cơ cấu đóng ngắt lúc đó được tác động bằng một cần đóng ngắt làm

tiếp điểm của CB nhanh chóng mở ra.

d. Cơ cấu nhiệt bảo vệ quá tải bằng thanh lưỡng kim. Độ cong của nó phụ thuộc

vào cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua. Sau khi cong đến một

mức độ xác định (hay nhiệt độ nhất định) thanh lưỡng kim sẽ tác động tới cơ

cấu đóng cắt.

e. Tiếp điểm gồm có tiếp điểm hồ quang, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh. Do yêu

cầu tiếp điểm phải có điện trở tiếp xúc nhỏ và vật liệu làm tiếp điểm phải chịu

nhiệt khi ngắn mạch nên đòi hỏi tiếp điểm phải làm bằng chất liệu đặc biệt.

Hệ thống dập hồ quang gồm hai phần: ngăn dẫn hồ quang và buồng dập hồ quang.

Hồ quang khi vừa phát sinh ngay lập tức bị dồn vào buồng dập hồ quang qua ngăn dẫn

hồ quang. Quá trình dập tắt hồ quang xảy ra trong buồng dập hồ quang theo nguyên

tắc hạn chế dòng điện.

Hình 2.11. Cấu tạo của CB hạ áp

1. Cần tác động 2. Cơ cấu tác động đóng/mở 3. Cơ cấu tiếp điểm 4. Cơ cấu đầu nối 5. Lưỡng kim nhiệt 6. Vít hiệu chỉnh dòng tác động 7. Cơ cấu cắt điện từ 8. Hệ thống dập hồ quang



2.2.1.2. Phân loại CB hạ áp

a. Loại MCB (Miniature Circuit Breakers)

Thường được sử dụng trong công nghiệp thương mại, thiết bị trong nhà và

trong dân dụng. Do đó, MCB có kích thước cũng như dòng định mức nhỏ, nên

nó phù hợp cho việc bảo vệ cáp, bảo vệ thiết bị chiếu sáng, mạch nung (lò sưởi,

bàn ủi) cũng như điều khiển và bảo vệ các động cơ có công suất nhỏ.

Các thông số đặc trưng của MCB là:

Số cực: 1P, 1P+N, 2P, 3P và 4P;

Dòng điện định mức: 0.1 -100A;

Điện áp định mức: 220 - 415VAC, 60 -110VDC;

Khả năng cắt dòng ngắn mạch: 3, 4.5, 6, 10kA.

b. Loại MCCB (Moulded Case Circuit Breakers) về cơ bản cũng giống như MCB

nhưng có một số khác biệt sau:

MCCB có các giá trị định mức cao hơn nên nó thường được đặt các hệ

thống phân phối điện gần nguồn hơn MCB. Các giá trị điện áp định mức

cao hơn có thể lên đến 1000VAC hay 1200VDC;

Giá trị dòng định mức lớn hơn 100A có thể lên đến 2500A hay lớn hơn;

Khả năng ngắt dòng cũng cao hơn lên đến 50kA hay hơn nữa.

2.2.1.3. Chức năng của CB

Máy cắt hạ thế, với vai trò của một thiết bị đóng cắt, có các chức năng cơ bản như

sau:

a. Bảo vệ điện: chống dòng quá tải, dòng ngắn mạch và hư hỏng cách điện.

b. Cách ly an toàn.

c. Điều khiển: điều khiển vận hành, cắt khẩn cấp, dừng khẩn cấp và cắt vì lý

do bảo dưỡng cơ học.

d. Bảo vệ chống quá áp và chống thấp áp.

e. Bảo vệ phát hiện dòng rò và chống điện giật.

Bảng 2.5. chức năng của CB/dao cách ly.

Chức năng Các điều kiện có thể Cách ly X Điều khiển Vận hành X

Cắt và ngừng khẩn cấp (có thể với cuộn dây tác động để điều khiển từ xa)



Cắt vì lý do bảo dưỡng cơ X Bảo vệ Quá tải X

Ngắn mạch X Hỏng cách điện (với rơle so lệch) Điện áp thấp (với cuộn dây phát hiện điện áp

thấp) Điều khiển từ xa (với điều khiển điện hoặc thiết bị

cắt mạch điều khiển từ xa) Đo lường/chỉ thị (thường không bắt buộc với bộ tác

động kiểu điện từ)

2.2.1.4. Tiêu chuẩn áp dụng

Các CB công nghiệp cần phù hợp với IEC 947-1 và 947-2 hoặc các tiêu chuẩn tương đương. Cb dân dụng cần phù hợp với IEC 898 và các tiêu chuẩn quốc gia tương đương.

2.2.1.5. Các đặc tính cơ bản của CB

a. Điện áp vận hành định mức (Ue):

Đó là giá trị điện áp mà thiết bị có thể vận hành trong điều kiện bình thường.

b. Điện áp cách điện (Ui)

Đó là giá trị điện áp làm chuẩn để kiểm tra phóng điện và khoảng cách điện

của một CB thường có giá trị lớn hơn 2Ui. Trị lớn nhất của điện áp sử dụng

định mức phải nhỏ hơn hoặc bằng Ui. ( Ue Ui).

c. Dòng điện định mức (In):

Đó là giá trị dòng liên tục mà CB với rơle bào vệ quá dòng có thể chịu được

vô hạn định ở nhiệt độ môi trường do nhà chế tạo quy định, và nhiệt độ của

các bộ phận mang điện không vượt quá giới hạn cho phép.

d. Dòng tác động bộ phận bảo vệ quá dòng Ir (dòng hiệu chỉnh nhiệt) ,

Ir=Kr.In với Kr là hệ số hiệu chỉnh:

Ngoại trừ các CB nhỏ dễ dàng thay thế, các CB công nghiệp đựợc trang bị

rơle quá dòng có thể thay đổi được. hơn nữa để CB thích ứng với đặc tính

của mạch bảo vệ và tránh sự vượt quá kích cỡ cần thiết cho dây cáp, các rơle

tác động thường phải hiệu chỉnh được. dòng hiệu chỉnh Ir hoặc Irth là giá trị

dòng ngưỡng tác động của CB. Đó cũng là dòng cực đại mà CB có thể chịu



được mà không dẫn đến sự nhả tiếp điểm. Giá trị này cần lớn hơn dòng làm

việc lớn nhất IB và nhỏ hơn dòng cho phép Iz khi tính toán chọn dây.

Các rơle tác động nhiệt thông thường được hiệu chỉnh trong khoảng

(0,7 1).In trong các cơ cấu điện tử thường cho vùng hiệu chỉnh rộng hơn,

thường là (0,41).In.

e. Khả năng cắt dòng ngắn mạch lớn nhất (Icu) hoặc (Icn):

Khả năng cắt ngắn mạch của CB hạ áp thường liên quan tới cos của mạch

vòng sự cố.

Khả năng cắt mạch của CB là giá trị lớn nhất của dòng ngắn mạch (dòng giả

định) thiết bị có thể cắt được mà không bị hư hỏng.

Thông thường theo tiêu chuẩn thì nó bằng trị hiệu dụng của thành phần xoay

chiều (AC), có nghĩa là thành phần một chiều quá độ (thường có trong phần

lớn trường hợp ngắn mạch) bị bỏ qua khi tính giá trị chuẩn hóa. Giá trị Icu

cho các CB công nghiệp và Icn cho các CB dân dụng hoặc tương tự thì

thường tính bằng kA hiệu dụng.

Các thí nghiệm để xác định khả năng cắt được quy định theo tiêu chuẩn bao

gồm:

Trình tự thao tác: thực hiện chuỗi thao tác mở và đóng khi ngắn mạch.

Sự lệch pha dòng và áp. Khi điện áp và dòng cùng pha ( cos = 1), việc cắt

dòng là dễ nhất. Việc cắt sẽ khó hơn nhiều khi cos có giá trị nhỏ, nhất là

khi cos = 0.

Tất cả các lưới điện thường có dòng ngắn mạch chậm pha và các tiêu chuẩn

thường dựa trên các giá trị cos tiêu biểu cho phần lớn hệ thống điện. mức

dòng sự cố càng lớn, cos càng nhỏ ( ví dụ đặt gần máy phát hoặc biến thế

lớn).

Bảng 2.6. quan hệ giữa Icu và cos của mạch sự cố ( theo tiêu chuẩn IEC 947-2)

Icu cos 6 kA < Icu 10kA 0.5

10 kA < Icu 20kA 0.3 20 kA < Icu 50kA 0.25

50 kA < Icu 0.2

f. Dòng cắt ngắn mạch thao tác (Ics)



Nếu lưới điện được thiết kế đúng, một CB sẽ không bao giờ cần làm việc ở

dòng cắt ngắn mạch lớn nhất Icu. Do đó, một khái niệm mới Icn được thiết lập.

nó được biểu hiện theo phần trăm của Icu ( 25,50,75,100% ) (IEC 947-2).

Khả năng cắt Icu hoặc Icn đặc trưng cho dòng ngắn mạch cực đại mà thiết bị có

thể cắt. khả năng xuất hiện dòng sự cố đó là cực kì thấp, trong quá trình vận

hành CB thông thường chỉ cắt các dòng có giá trị nhỏ hơn nhiều.

Ngược lại, quan trọng là các dòng có giá trị nhỏ (với xác xuất lớn hơn) phải

được cắt trong các điều kiện tốt nhằm đảm bảo đóng lại của các CB một cách

nhanh chóng và an toàn tuyệt đối, sau khi đã loại trừ nguyên nhân gây ra sự

cố. vì lý do đó, một đặc tính mới – Ics đã được đặt ra, thường được biểu diễn

dưới dạng phần trăm dòng Icu (25,50,75,100%) cho các thiết bị công nghiệp.

g. Điện áp thử nghiệm xung (Uimp)

Đặc tính này được đo bằng kV, thể hiện khả năng chịu điện áp quá độ trong

các điều kiện thử nghiệm.

h. Các đặc tuyến ngắt dòng: B, C, D, K, Z và MA

i. Dòng cắt ngắn mạch theo chế tạo (Icm)

Đó là dòng tức thời lớn nhất mà CB có thể thiết lập dưới điện áp định mức

trong điều kiện đặc trưng. Trong chế độ dòng xoay chiều, giá trị này bằng k

lần Icu (dòng định mức cắt). hệ số k phụ thuộc vào cos ( bảng 2.7)

Bảng 2.7. Mối tương quan giữa Icu, Icm và cos ( theo tiêu chuẩn IEC 947-2)

Icu cos Icm = k.Icu 6 kA < Icu 10kA 0.5 1,7 x Icu 10 kA < Icu 20kA 0.3 2 x Icu 20 kA < Icu 50kA 0.25 2,1 x Icu

50 kA < Icu 0.2 2,2 x Icu

j. Cơ cấu bảo vệ:

Cơ cấu bảo vệ kiểu nhiệt từ

- Các bộ tác động kiểu từ nhiệt không bù

Các CB với bộ tác động theo nguyên tắc nhiệt không bù có dòng tác

động phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu như thiết bị được đặt trong tủ hoặc

trong môi trường có nhiệt độ cao thì dòng tác động khi quá tải sẽ bị giảm

xuống. có sự chuyển hạng nếu CB làm việc với nhiệt độ cao hơn nhiệt



đô chuẩn. vì vậy, các nhà thiết kế phải cung cấp bảng chuyển hạng cho

các thiết bị được thiết kế ( bảng 2.8)

Mặt khác các thiết bị dạng môdul thường được lắp cạnh nhau trong tủ

kim loại có kích thước nhỏ. Tác dụng nhiệt qua lại khi có dòng, sẽ làm

chúng “xuống hạng” theo hệ số 0,8.

Bảng 2.8. Ví dụ về chuyển hạng cho các CB có bộ tác động nhiệt không bù theo

nhiệt độ.

Định mức (A)

20 0C 25 0C 30 0C 35 0C 40 0C 45 0C 50 0C 55 0C 60 0C

1 1,05 1,02 1,00 0,98 0,95 0,93 0,90 0,88 0,85 2 2,08 2,04 2,00 1,98 1,92 1,88 1,84 1,80 1,74 3 3,18 3,09 3,00 2,91 2,82 2,70 2,61 2,49 2,37 4 4,24 4,12 4,00 3,88 3,67 3,64 3,52 3,36 3,24 6 6,24 6,12 6,00 5,88 5,76 5,64 5,52 5,40 5,30

10 10,6 10,03 10,0 9,70 9,30 9,00 8,60 8,20 7,80 16 16,8 16,8 16,0 15,5 15,2 14,7 14,2 13,8 13,5 20 21,0 20,6 20,0 19,4 19,0 18,4 17,8 17,4 16,8 25 26,2 25,7 25,0 24,2 23,7 23,0 22,2 21,5 20,7 32 33,5 32,9 32,0 31,4 30,4 29,8 28,4 28,2 27,5 40 42,0 41,2 40,0 38,8 38,0 36,8 35,6 34,4 33,2 50 52,5 51,5 50,0 48,5 47,4 45,5 44,0 42,5 40,5 63 66,2 64,9 63,0 61,1 58,0 56,7 54,2 51,7 49,2

NS 250N/H/L (nhiệt độ chuẩn: 40 0C) Định mức (A)

40 0C 45 0C 50 0C 55 0C 60 0C

TM 160D 160 156 152 147 144 TM 200D 200 195 190 185 180 1M 250D 250 244 238 231 225

- Bộ phận tác động từ nhiệt có bù:

Các bộ phận này được trang bị một thanh lưỡng kim bù nhiệt cho phép

chọn dòng hiệu chỉnh Ir của bộ phận tác động theo sự thay đổi nhiệt độ

trong một phạm vi định sẵn.

Bộ tác động kiểu điện tử:

Bộ tác động kiểu điện tử có ưu điểm lớn về độ ổn định khi vận hành

trong điều kiện nhiệt độ thay đổi. mặc dù vậy các thiết bị đóng cắt vẫn



chịu ảnh hưởng nhiệt độ nên nhà chế tạo thường cung cấp dưới dạng

biểu đồ các giá trị lớn nhất của ngưỡng dòng tác động cho phép theo

nhiệt độ.

Bảng 2.9

M25N/H/L 40 0C 45 0C 50 0C 55 0C 60 0C CBA In (A) 2500 2500 2500 2450 2400

Ir chỉnh định lón nhất 1 1 1 0,98 0,96 CBB In (A) 2500 2500 2500 2350 2200

Ir chỉnh định lón nhất 1 1 1 0,94 0,88

k. Tuổi thọ CB

Tuổi thọ điện “ số lần đóng cắt”: số lần CB tự động tác động bởi ngắn

mạch hoặc quá tải.

Tuổi thọ cơ “số lần đóng cắt”: số lần đóng cắt CB qua cần tác động.

Tuổi thọ điện của CB bao giờ cũng nhỏ hơn tuổi thọ cơ

ví dụ: một MCB của Federal (FHB-B) có tuổi thọ cơ là 10000 lần và tuổi

thọ điện của nó là 4000 lần.

l. Kích thước của CB:

Chiều dày (D)

Chiều rộng (W)



Chiều cao (H)

m. Trọng lượng của CB;

n. Điện áp kiểm tra trong một phút;

o. Thời gian cắt;

p. Số cực;

2.2.1.6. Tính chọn lọc

Các CB trong mạng phân phối hạ áp phải tác động khi xuất hiện trạng thái bất

thường một cách có chọn lọc. Điều này có nghĩa là khi xảy ra một sự cố ở bất kỳ một

điểm nào của hệ thống, sự cố đó phải được loại trừ bởi CB đặt ngay phía trước điểm

sự cố, còn các CB khác không tác động. Chọn lọc của bảo vệ có thể là tuyệt đối hoặc

từng phần và được dựa trên nguyên lý mức dòng, thời gian trễ hoặc phối hợp cả hai.

Bảng 2.10. trình bày một số phương pháp chính thường được sử dụng để thiết lập tính

chọn lọc giữa các CB.

Bảng 2.10. Các phương pháp sử dụng để thiết lập tính chọn lọc

1. Chọn lọc theo mức dòng: dựa trên việc chọn lọc ngưỡng dòng tác động của các rơle, từ rơle cuối nguồn đến đầu nguồn theo bậc. Tính chọn lọc có thể là tuyệt đối hay từng phần.

2. Chọn lọc theo thời gian trễ kiểu bậc thang: dựa trên sự chênh lệch về thời gian tác động sao cho CB gần nguồn có thời gian tác động lớn và càng xa nguồn thì càng nhỏ. CB A ở phía trên có thể sử dụng độ trễ đủ để đạt được tính chọn lọc tuyệt đối khi phối hợp với CB B.

3. Chọn lọc hỗn hợp: một bộ làm trễ thời gian kiểu cơ học góp phần cải thiện đặc tính của chọn lọc theo tác động dòng.

Chọn lọc là tuyệt đối nếu ISCB < IrmA (giá trị tức thời). CB ở phía trước có thể sử dụng hai ngưỡng tác động:

Bị trễ Tức thời



- Giá trị trễ IrmA hoặc bộ tạo trễ kiểu điện tử SD (Short Delay); - Giá trị tức thời Irm A chuẩn 4. Lựa chọn dựa trên mức năng lượng hồ quang: cho phép chọn lọc tuyệt đối giữa hai CB có cùng dòng sự cố. Điều này đạt được nhờ sử dụng CB hạn chế dòng và tác động CB nhờ cảm ứng áp suất trong buồng hồ quang của CB. Mức áp suất không khí bị nóng lên tùy thuộc vào mức năng lượng của hồ quang.

2.2.1.7. Các phụ kiện của CB

a. Bảo vệ sụt áp: Cuộn dây sụt áp: năng lượng cắt sụt áp, cắt cơ chế hoạt động

và các kết cấu cơ của máy cắt

b. Chuyển mạch mắc song song

c. Tiếp điểm phụ: bộ phận tiếp điểm phụ sử dụng cho tín hiệu từ xa chỉ dùng

để đóng thiết bị có một hoặc hai cực đơn.

d. Cơ chế hiển thị vận hành:

e. Thiết bị xoay bằng tay: dùng để đóng hay mở máy cắt bằng cách xoay

bằng tay

f. Cơ chế khoá có chìa: ngăn chặn các máy cắt đóng mở tại các vị trí đóng cắt

bằng các chuyển đổi cơ học.

g. Thanh mở rộng

h. Nắp che đầu nối: được chế tạo bằng vật liệu cách điện để ngăn chặn tay

chạm vào các điện cực.

2.2.1.8. Điều kiện lựa chọn CB

CB hạ áp thường được lựa chọn theo các điều kiện như sau:

a. Các đặc tính điện của lưới điện mà CB được đặt vào:

+ Điện áp định mức:

Ue + Ue Uđm mạng + Umạng (2.1)

Ở đây: Ue là điện áp định mức của CB, Ue là độ tăng điện áp cho phép

của CB, Uđm mạng là điện áp định mức của mạng điện nơi thiết bị và CB được

Đặc tuyến tác động tức thời kiểu từ (truyền thống)

Đặc tuyến tác động tức thời kiểu từ nhờ áp suất



lắp đặt, Umạng là độ lệch điện áp có thể có của mạng so với điện áp định mức

trong điều kiện vận hành.

+ Dòng điện định mức:

Kr In Ilv max (2.2)

Ở đây: In là dòng điện định mức của CB, Ilv max là dòng điện làm việc lâu

dài cực đại của phụ tải, Kr là hệ số hiệu chỉnh (Kr = 0,8÷1 đối với cơ cấu nhả

nhiệt, Kr =0,4÷1 đối với cơ cấu nhả điện tử).

+ Tần số:

fn fmạng (2.3)

b. Khả năng cắt dòng ngắn mạch:

Icu (hoặc Icn) 3NI (2.4)

Ở đây: Icu là dòng cắt ngắn mạch định mức đối với CB công nghiệp và Icn là

dòng cắt ngắn mạch định mức đối với CB dân dụng.

c. Đặc tuyến ngắt dòng: phù hợp với thiết bị được bảo vệ

d. Môi trường sử dụng: Nhiệt độ xung quanh, lắp đặt trong/ngoài tủ, các điều

kiện khí hậu.

e. Các yêu cầu khai thác: Tính chọn lọc, các yêu cầu như điều khiển từ xa,

các công tắc tơ phụ, các cuộn dây tác động phụ, có đưa thêm vào hệ thống

mạng tín hiệu nội bộ (thông tin, điều khiển và chỉ thị…)

2.2.2. CB chống dòng dò

2.2.2.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Hình 2.13. Trình bày nguyên lý cấu tạo của thiết bị chống dòng rò.



Tùy theo loại rơ le tác động A mà thiết bị chống dòng rò được chia ra làm hai loại:

a. Thiết bị chống dòng rò với cơ cấu điện cơ

Bộ phận cơ bản của thiết bị điện chống dòng điện rò là biến dòng lõi cân bằng

(biến dòng thứ tự không). Đây là một mạch từ vòng xuyến loại sắt Ferrit có độ từ thẩm

cao, trên đó được quấn hai cuộn dây có số vòng bằng nhau, sao cho khi có dòng điện

đi qua thì từ thông tổng của hai từ thông sinh ra bởi dòng điện đi và về qua hai cuộn

dây này có trị số = 0 và một cuộn dây cảm ứng quấn nhiều vòng cỡ dây nhỏ dùng để

nhận dòng điện cảm ứng (nếu xuất hiện) cung cấp cho cuộn dây rơle dòng điện (Hình

2.14) tác động cơ cấu đóng ngắt làm mở hệ thống tiếp điểm cắt mạch điện.

b. Thiết bị chống dòng điện rò với rơ le điện tử

Thiết bị này hoạt động với nguồn phụ và được lắp thêm vi mạch để khuếch đại

dòng điện cung cấp cho cuộn dây rơ le dòng điện, nâng độ nhạy và tính chính xác cao

hơn. Do đó, khi lắp thiết bị điện chống dòng điện rò nên lắp đúng dây pha vào cực L,



dây trung tính vào cực N và sử dụng đúng điện áp định mức được ghi trên thiết bị điện

chống dòng điện rò để đảm bảo cho vi mạch bên trong không bị hư hỏng (Hình 2.15).

Hình 2.16. Trình bày cấu tạo thực bên trong của thiết bị chống dòng rò điển hình.

Thiết bị này có khả năng tải dòng tối đa là 13A và được thiết kế để ngắt khi dòng rò

vượt quá 30mA. Đây là thiết bị chống dòng rò kiểu tích cực. Nó không được trang bị

chốt cơ học vì thế sẽ cắt mạch khi mất điện. Đặc tính này là cần thiết cho các thiết bị

mà sự nguy hiểm có thể xuất hiện khi nguồn cấp điện được tái lập ngoài mong muốn.

Nguồn cấp (dây pha và dây trung hoà) được nối với các cực (1) và dây nối cấp điện

cho tải được nối với các cực (2). Dây nối đất (không trình bày trên hình) được nối

thẳng và liên tục từ nguồn tới tải.

Hình 2.16. Cấu tạo bên trong thiết bị chống dòng rò

Khi nút phục hồi (3) được nhấn, các tiếp điểm (4 ẩn sau phần tử 5) đóng, cho phép

dòng điện đi qua. Cuộn dây solenoid (5) giữ các tiếp điểm đóng khi nút phục hồi đã

nhả ra.

Cuộn dây cảm biến (6) là biến dòng kiểu vi sai với các dây đi vào giữa là dây pha

và trung hoà. Trong trạng thái vận hành bình thường, không có hiện tượng rò dòng

điện, dòng điện qua dây pha bằng dòng điện qua dây trung tính (nhưng ngược chiều



nhau) thì không tạo ra từ thông trong cuộn dây cảm biến và thiết bị điện chống dòng

điện rò không tác động. Nếu có hiện tượng rò dòng điện (ví dụ như người chạm vào

phần mang điện của thiết bị có trang bị thiết bị bảo vệ chống dòng rò), dòng điện trong

hai dây (dây pha và dây trung tính, đối với thiết bị một pha) và trong các dây (ba dây

pha và dây trung tính) không bằng nhau nên dòng điện tổng I = IL – IN > 0 đi trong

cuộn cảm biến (6) và dòng này được nhận biết bởi mạch cảm biến (7). Mạch cảm biến

cắt nguồn cấp điện cho cuộn dây solenoid (5) và các tiếp điểm (4) sẽ được tách rời

dưới áp lực của lò xo, cắt nguồn cấp điện cho thiết bị.

Thiết bị chống dòng rò được chế tạo để có thể cắt dòng trong vài phần giây nhờ đó

nhanh chóng giảm nguy hiểm do sốc điện.

Nút nhấn kiểm tra (8) cho phép kiểm tra sự vận hành chính xác của thiết bị chống

dòng rò bằng cách cấp một dòng nhỏ qua dây thử (9). Đây là việc mô phỏng dòng

không cân bằng đi trong cuộn cảm biến. Nếu thiết bị chống dòng rò không hoạt động

cắt mạch khi nhấn nút kiểm tra thì cần phải thay thế thiết bị chống dòng rò.

Đối với mạng điện ba pha trung tính trực tiếp nối đất, sử dụng thiết bị điện chống

dòng điện rò 4 cực, còn với mạng điện một pha thì dùng khí cụ điện chống dòng điện

rò 2 cực.

2.2.2.2. Phân loại thiết bị chống dòng điện rò

a. Thiết bị chống dòng rò RCD(Residual Current Devices)

hay máy cắt chống dòng rò RCCB(Residual Current Circuit Breaker)

Là thiết bị ngắt mạch điện khi chúng phát hiện dòng rò khỏi mạch (thí dụ: dòng rò

vào đất khi ngắn mạch chạm đất) vượt quá giá trị an toàn. Các thiết bị này có thể thử

để kiểm tra nếu như chúng vận hành và/hay chúng được kết nối đúng phương pháp.

RCD hai cực (Hình 2.17.a) với các đặc điểm như: cung cấp bảo vệ chống quá dòng

và hỏng cách điện cho các mạch điện cuối, thường chỉ bảo vệ cho nhóm có từ 1 đến 3

thiết bị, thích hợp với hệ thống nối đất TT, vận hành trên các mạng điện 1 pha. Để bảo

vệ người, thường sử dụng RCD loại có dòng rò định mức là 30mA và để bảo vệ

chống cháy thường sử dụng RCD loại có dòng rò định mức là 300mA500mA.

RCCB (Hình 2.17.b) được khuyến dùng để bảo vệ chống dòng điện rò xuống đất

trong mạng điện hiện hữu được trang bị nhiều CB và cầu chì như: mạng điện dân

dụng và công nghiệp. Các RCCB thường có khả năng cắt dòng rò đạt yêu cầu của tiêu

chuẩn IEC 1008 và tương thích với mọi dạng nối đất của hệ thống điện.



Các thiết bị RCD và RCCB cần sử dụng ghép với máy cắt hạ áp kiểu từ-nhiệt hay

cầu chì để bảo vệ chống quá dòng và chống ngắn mạch.

b. Thiết bị ngắt mạch chạm đất GFI (Ground Fault Interrupter)

Và máy cắt ngắt chạm đất GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter)

Thường được sử dụng ở Mỹ và Canada, nhưng các thuật ngữ này không thật

chính xác vì thiết bị chống dòng rò sẽ tác động ngắt nếu dòng điện rò vào bất cứ nơi

nào, chứ không nhất thiết phải rò xuống đất.

GFCI (Hình 2.17.c) được sử dụng để bảo vệ cho mạng điện công suất lớn với

hệ thống nối đất kiểu TN-S khi tổng trở ngắn mạch vòng không thể kiểm soát được.

GFCI thích hợp cho mạng điện công nghiệp hay mạng phân phối hạ áp có dòng định

mức lên đến 1200A và sự chọn lọc của thiết bị bảo vệ được đảm bảo bằng cơ chế thời

gian trễ.

c. Thiết bị ngắt dòng rò đất ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker)

Gồm mô đun EL (Earth Leakage Module) tích hợp trong CB (Hình 2.17.d)

Với các đặc điểm như: cung cấp bảo vệ chống quá dòng và hỏng cách điện cho

các tủ điện chính hạ áp, các mạch phân phối phụ trong công nghiệp. Ngoài ra, giải

pháp này cũng được lựa chọn để bảo vệ cho động cơ hay mạch cáp có dòng định mức

lên đến 250A.

d. Thiết bị chống dòng rò với bảo vệ quá tải RCBO (Residual Current Breaker with

Overload)

Là tổ hợp thiết bị chống dòng rò (RCD) và máy cắt hạ áp kiểu từ nhiệt (MCB).

Vì vậy, thiết bị RCBO có cả hai chức năng bảo vệ chống quá dòng và chống dòng

chạm đất.



2.2.2.3. Các thông chính của thiết bị bảo vệ chống dòng rò

Gọi In là dòng rò tác động làm việc thì thông số quan trọng nhất của thiết bị chống

dòng rò RCD là dòng rò không tác động I. Đây chính là giá trị lớn nhất của dòng rò

mà không làm cho máy cắt tác động cắt và bằng 0.5In. Vì thế, có thể nhận xét rằng:

Nếu I < 0.5In thì thiết bị RCD không tác động

Nếu 0.5In < I < In thì thiết bị RCD có thể tác động

Nếu I > In thì thiết bị RCD chắc chắn tác động

Để lựa chọn giá trị dòng rò tác động làm việc (In) cần quan tâm đến loại hệ thống

nối đất chuẩn, dòng rò tổng trong nhà máy. Tổng vectơ của dòng rò trên mỗi pha

không được vượt quá 0.5In nhằm tránh việc cắt điện ngoài mong muốn.

Hiện các thiết bị chống dòng rò được chế tạo với các dòng rò định mức như sau:

6mA, 10mA, 30mA, 100mA, 300mA, 500mA và 1000mA.

Đối với bảo vệ chống chạm điện gián tiếp trong hệ thống điện có nối đất kiểu TT,

giá trị thời gian cắt cực đại ứng với In không được vượt quá 1s (IEC 60364-4-41).

Ngoài ra, thiết bị bảo vệ chống dòng rò và đặc biệt là các thiết bị có tích hợp máy

cắt hạ áp, còn có các thông số chính tương tự như máy cắt hạ áp như:

Điện áp định mức Un (V)

Dòng điện định mức In (A)

Dòng rò tác động làm việc In (mA )

Tần số định mức fn (Hz)

Thời gian cắt: loại cắt nhanh hay cắt có thời gian trì hoãn (ms)

Cấp bảo vệ (IP)

Số cực

2.2.2.4. Bảo vệ phân biệt giữa các thiết bị chống dòng rò

Tiêu chuẩn IEC 60364-5-53 phát biểu rằng bảo vệ phân biệt giữa các thiết bị bảo

vệ chống dòng rò được lắp đặt nối tiếp có thể được yêu cầu bởi các lý do vận hành

riêng khi sự an toàn được quan tâm. Bảo vệ phân biệt đạt được bằng cách lựa chọn và

lắp đặt các thiết bị RCD với mục đích khi xuất hiện sự cố chỉ có thiết bị RCD gần nhất

tác động.

Có hai dạng bảo vệ phân biệt giữa các thiết bị RCD:



Phân biệt theo hàng ngang (Hình 2.18.a): cung cấp bảo vệ từng đường dây

bằng cách sử dụng thiết bị RCCB riêng biệt. Bằng cách này, trong trường

hợp sự cố chạm đất chỉ đường dây bị sự cố bị cô lập và các RCCB còn lại

không phát hiện bất kỳ dòng chạm đất nào. Tuy nhiên, cần cung cấp các giải

pháp chống chạm điện gián tiếp vào phần của các tủ điện hay các thiết bị

phía trên thiết bị RCCB.

Phân biệt theo hàng dọc (Hình 2.18.b): được thực hiện bằng cách sử dụng

các RCD mắc nối tiếp.

Theo tiêu chuẩn IEC 60364-5-53, để đảm bảo bảo vệ phân biệt giữa hai thiết bị

bảo vệ chống dòng rò mắc nối tiếp, các thiết bị này phải thỏa cả hai điều kiện sau:

Đặc tuyến không tác động dòng-thời gian của thiết bị chống dòng rò đặt ở

phía nguồn (mạch phía trên) phải nằm trên đặc tuyến tác động dòng-thời

gian của thiết bị chống dòng rò đặt ở phía tải (mạch phía dưới).

Dòng tác động định mức của thiết bị chống dòng rò đặt ở phía nguồn phải

lớn dòng tác động định mức của thiết bị chống dòng rò đặt ở phía tải.

2.2.3. Ví dụ lựa chọn CB

2.2.3.1. Cho một mạng điện hạ áp như hình 2.19



Hình 2.19. Sơ đồ mạng điện phân phối hạ áp với hai máy biến áp làm việc song song.

Giả sử lựa chọn thiết bị bảo vệ là những sản phẩm của Merlin Gerin. Có thể thấy

rằng hai đường dẫn từ mạng trung áp vào máy biến áp được bảo vệ bởi cầu chì,ngõ ra

của hai biến áp được lắp đặt hai CB ở A và B. Hệ thống tiếp điểm ở C làm nhiệm vụ

đóng lại cho hai máy biến áp làm việc song hoặc ngắt ra cho chúng làm việc độc lập.

2.2.3.2. Các bước tiến hành lựa chọn CB

Bước 1: Xác định dòng làm việc của ngõ ra mạng hạ áp.

Với dung lượng 1600 kVA, điện áp 410v thì dòng làm việc bình thường

tương ứng sẽ là: 1,600,000 / (410 x 3 )= 2253 A.

Những thiết bị với dòng định mức 2500A được lựa chọn lắp đặt tại ngõ ra

MBA.

Mỗi máy biến áp có dòng ngắn mạch là 36kA. Khi hệ thống được đóng kín

thì dòng ngắn mạch chảy qua thiết bị ở A và B ( nếu bỏ qua trở kháng thanh

cái ) là 2 x 36 = 72 kA hiệu dụng.

Với trở kháng đã cho trước của cáp, dòng ngắn mạch chảy qua CB đặt tại F và

G khoảng 50kA.



Bước 2: Chọn dung lượng cắt của CB.

Khả năng cắt yêu cầu đối với các thiết bị phải được xác định tùy theo giá trị

dòng ngắn mạch tại những điểm lắp đặt khác nhau.

CB ở D và E phải có khả năng cắt lớn hơn 72 kA, trong khi CB ở A , B và C

có khả năng cắt lớn hơn 36kA. CB ở F và G phải có khả năng cắt lớn hơn

50kA.

Bước 3: Bảo vệ chọn lọc giữa các CB.

a. Sự chọn lọc giữa 2 CB ở F và D (1).

Tại F: In = 185A; Isc = 50kA. Một CB với dòng định mức 250-A là phù

hợp, ví dụ NS 250H ( khả năng cắt 70kA, điện áp làm việc 415V)Tại D: In

= 700A; Isc = 72kA. Một CB với dòng định mức 800A sẽ được lắp đặt vào

đây, ví dụ NS 800 hoặc NT 08 L1 ( khả năng cắt 150 kA, điện áp làm việc

415V )sự chọn lọc về cơ chế tác động:

Thiết bị ở F sẽ giới hạn ( dòng lớn nhất có thể đi qua là 22 kApeak trước khi

dòng ngắn mạch đạt giá trị 50kArms), và CB đó sẽ tạo ra khoảng cách về

thời gian tác động để phân biệt với CB ở D.

b. Sự chọn lọc giữa CB ở G và E (1’).

Tương tự như sự phân biệt của 2 CB ở D và F ta có được sự chọn lựa CB ở

G và E như sau:

Tại G: In = 330A; Isc = 50kA. CB với dòng giới hạn 400A sẽ được chọn. ví

dụ loại NS 400H ( khả năng cắt 70kA, điện áp định mức 415V )

Tại E: In = 750 A; Isc = 72kA

Cũng như CB ( giới hạn dòng ) được sử dụng ở D. Nhưng dòng giới hạn của

NS 400H nhỏ hơn rất nhiều so với NS 250H, vì vậy việc kết hợp này sẽ

không mang đến sự chọn lọc tuyệt đối. Để đạt được sự chọn lọc đó, một sự

lựa chọn CB phải được tiến hành, ví dụ NW 10H2 ( In = 1000A, khả năng

cắt 100kA, điện áp 415V, Icw = 85 kArms/1s).

Khi dòng Icw đạt 85kA nhỏ hơn khả năng cắt (100kA), thiết bị này sẽ lập tức

tự động bảo vệ ở ngưỡng dòng đỉnh là 170 kApeak.

Với dòng Isc=72 kArms, dòng đỉnh nhỏ nhất ở (E) là 72x2.3=165 kApeak. Bên

cạnh đó, vấn đề ngắn mạch ở G, dòng ngắn mạch cực đại Isc là 50kA, sẽ

được giới hạn ở 30 kApeak.



c. Sự chọn lọc giữa CB E và C (2).

Sự chọn lọc sẽ không cần thiết nếu cả hai ngõ ra cùng hoạt động ( sự ngắt

tiếp điểm (C) sẽ không phá vỡ sự truyền năng lượng qua CB A và B ).

Ngược lại, nó sẽ là cần thiết nếu như một ngõ ra không hoạt động ( B ) Khi

Isc = 36 kA, sự chọn lựa CB ở C sẽ theo tiêu chuẩn chọn lọc về thời gian với

CB ở E và cũng như với CB ở D vốn được giới hạn dòng, ví dụ một CB NW

25 H1 ( In = 2500 A, khả năng cắt 65kA, Uđm 415V, Icw 65 kA/1s).

d. Nguyên nhân của việc lựa chọn này.

Khi Icw của thiết bị bằng với khả năng cắt, nó sẽ không sử dụng chế độ tự

động bảo vệ ngay lập tức, mà sẽ sử dụng chế độ chọn lọc về thời gian tác

động. Và chế độ short- time đặt ở 0,2 s band ( trong khi chế độ short – time

của CB E được đặt ở 0,1s band ).

e. Chọn lọc giữa CB ở D và C.

Giải pháp lựa chọn cho sự chọn lọc giữa E và C cũng thích hợp cho việc áp

dụng chọn lọc giữa D và C.

f. Chọn lọc giữa CB ở C và B hoặc CB C và A (3 3’).

Việc lựa chọn CB ở A và B sẽ không áp dụng chế độ bảo vệ nhả ngay lập

tức. Ở đây chọn lọc theo thời gian sẽ được áp dụng tùy thuộc khả năng cắt,

với A và B: chế độ nhả tức thời sẽ được đặt ở vị trí “Off”. Chế độ short –

time đặt ở 0,3 s band (trong khi chế độ này của CB C sẽ đặt ở 0,2 s band).

2.3. CÔNG TẮC TƠ

2.3.1. Khái quát

Công tắc tơ là một loại khí cụ điện đóng cắt hạ áp dùng để khống chế tự động và

điều khiển từ xa các thiết bị điện có điện áp 500V và dòng điện 600A với sự hỗ trợ của

nút ấn.



Công tắc tơ có 2 trạng thái: đóng và cắt, có số lần đóng cắt lớn, tần số đóng cắt cao

có thể tới 1500 lần /giờ.

Công tắc tơ có thể chia thành nhiều loại:

- Theo nguyên lý truyền động có công tắc tơ: điện từ, khí ép, thủy lực (thông

dụng là kiểu điện từ).

- Theo nguyên lý dòng điện có công tắc tơ: một chiều, xoay chiều.

Trong giáo trình này, chủ yếu trình bày công tắc tơ kiểu điện từ.

2.3.2. Cấu tạo, phân loại

2.3.2.1. Cấu tạo

Hình 2.20: Hình dáng ngoài của công tắc tơ





- Mạch từ: là các lõi thép có hình dạng EI hoặc chữ UI. Nó gồm những lá tôn

silic, có chiều dầy 0,35mm hoặc 0,5mm ghép lại để tránh tổn hao dòng điện xoáy.

Mạch từ thường chia làm hai phần, một phần được kẹp chặt cố định (phần tĩnh), phần

còn lại là nắp (phần động) được nối với hệ thống tiếp điểm qua hệ thống tay đòn.

- Cuộn dây: cuộn dây có điện trở rất bé so với điện kháng. Dòng điện trong cuộn

dây phụ thuộc vào khe hở không khí giữa nắp và lõi thép cố định. Vì vậy, không được

phép cho điện vào cuộn dây khi nắp mở. Cuộn dây có thể làm việc tin cậy (hút phần

ứng) khi điện áp cung cấp cho nó nằm trong phạm vi (85-100)% Uđm .

a. Hệ thống tiếp điểm:

Theo khả năng dòng tải:

Tiếp điểm chính: chỉ có ở công tắc tơ chính, 100% là tiếp điểm thường mở,

làm việc ở mạch động lực, vì thế dòng điện đi qua rất lớn (10 2250)A.

Tiếp điểm phụ: có cả thường đóng và thường mở, dòng điện đi qua các tiếp

điểm này nhỏ chỉ từ 1A đến khoảng 10A, làm việc ở mạch điều khiển.

Theo nhiệm vụ làm việc:

Tiếp điểm thường đóng và tiếp điểm thường mở: (xem phần rơ le).

b. Cơ cấu truyền động: phải có kết cấu sao cho giảm được thời gian thao tác đóng

ngắt tiếp điểm, nâng cao lực ép tiếp điểm và giảm được tiếng va dập.

2.3.2.2. Phân lọai

+ Theo nguyên lý truyền động có: công tắc tơ kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu thuỷ

lực. Thường gặp công tắc tơ kiểu điện từ. Công tắc tơ kiểu điện từ có hai lọai:

- Công tắc tơ chính: có 3 tiếp điểm chính còn lại là tiếp điểm phụ.

- Công tắc tơ phụ: Chỉ có tiếp điểm phụ (không có tiếp điểm chính).

+ Theo dạng dòng điện ta có: công tắc tơ điện một chiều, công tắc tơ điện xoay

chiều

+ Theo kết cấu ta có: công tắc tơ dùng ở nơi hạn chế chiều cao (ở bảng điện gầm

xe) và ở nơi hạn chế chiều rộng (buồng tàu điện).

2.3.3. Các yêu cầu cơ bản

+ Điện áp định mức: Uđm là điện áp mạch điện tương ứng với tiếp điểm chính phải

đóng cắt. Điện áp định mức có: 110V, 220V, 440V DC và 127V, 220V, 380V và

500V AC. Cuộn dây hút có thể làm việc bình thường ở điện áp giới hạn (85% -105%)

điện áp định mức của cuộn dây.



+ Dòng điện định mức: là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính. Thời gian

công tắc tơ ở trạng thái đóng không quá 8 giờ. Dòng điện định mức công tắc tơ hạ áp

thông dụng có các cấp : 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600A (nếu công tắc

tơ đặt trong tủ hoặc làm việc dài hạn dòng điện cho phép thấp hơn Iđm từ (10- 15)% vì

làm mát kém.

+ Khả năng cắt đóng: là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính khi cắt và khi

đóng (4 - 7)Iđm động cơ rô to lồng sóc và 10•Iđm đối với phụ tải điện cảm.

+ Tuổi thọ công tắc tơ: được tính bằng số lần đóng cắt, sau số lần đóng cắt đó công

tắc tơ không dùng được nữa.

- Độ bền cơ: số lần đóng cắt không tải (10 - 20) triệu lần thao tác.

- Độ bền điện: số lần đóng cắt tiếp điểm có tải 1 triệu lần.

+ Tần số thao tác: số lần đóng cắt công tắc tơ trong một giờ có các cấp: 30, 100,

150, 300, 600, 1200 - 1500 lần / giờ.

+ Tính ổ định lực điện động: nghĩa là tiếp điểm chính của nó cho phép dòng điện

lớn nhất đi qua mà không bị lực điện động làm tách rời tiếp điểm (dòng điện thử = 10•

Iđm).

+ Tính ổ định nhiệt: nghĩa là khi có dòng ngắn mạch chạy qua trong một thời gian

cho phép, các tiếp điểm không bị cháy hoặc bị dính lại.

2.3.4. Ký hiệu

2.3.4.1. Cuộn dây

2.3.4.2. Tiếp điểm chính

Thường được ký hiệu bởi 1 ký số: Các ký số đó là: 1 - 2; 3 - 4; 5 - 6.

Trong công tắc tơ chính, 3 tiếp điểm đầu tiên bên tay trái luôn luôn là tiếp điểm chính,

những tiếp điểm còn lại là tiếp điểm phụ.

2.3.4.3. Tiếp điểm phụ

Thường được ký hiệu bởi 2 ký số:



+ Ký số thứ nhất: Chỉ vị trí tiếp điểm (số thứ tự, đánh từ trái sang).

+ Ký số thứ hai: Chỉ vai trò tiếp điểm:

+ 1 - 2 (NC): Thường đóng.

+ 3 - 4 (NO): Thường mở.

2.3.5. Các đại lượng cơ bản

Điện áp định mức (điện áp đặt vào đầu tiếp điểm chính): đó là điện áp định mức

của tải (mạch động lực).

Điện áp định mức của cuộn dây (điện áp đặt vào 2 đầu cuộn dây): đó là điện áp làm

việc định mức của cuộn dây công tắc tơ, nó được thể hiện ngay trên công tắc tơ. Giá trị

điện áp này có thể giống và cũng có thể khác giá trị điện áp trên tiếp điểm chính.

Dòng điện định mức: là giá trị dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm

việc lâu dài mà không phá hủy tiếp điềm. Các cấp dòng định mức thông dụng của

công tắc tơ như sau: (10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 300, 600) Ampe.

Khả năng đóng cắt: là giá trị dòng điện lớn nhất cho phép đi qua tiếp điểm chính

khi đóng hoặc cắt công tắc tơ.

Tuổi thọ của công tắc tơ: là số lần đóng cắt tối đa mà sau đó công tắc tơ không làm

việc được nữa, thường tuổi thọ công tắc tơ do độ bền cơ khí, độ bền điện quyết định.

Tần số thao tác: là số lần đóng cắt trong một giờ. Tần số thao tác bị hạn chế bởi sự

phát nóng của các tiếp điểm chính do hồ quang sinh ra. Các cấp tần số thao tác thông

dụng: (30, 100, 120, 150, 300, 600, 1200, 1500) lần.

2.3.6. Nguyên lý làm việc

Sự làm việc của công tắc tơ điện từ dựa trên nguyên tắc lực điện từ, khi ta cung cấp

một điện áp U = (85 100)% Uđm vào cuộn dây, nó sẽ sinh ra từ trường, từ trường này

sẽ tạo ra lực từ có lực lớn hơn lực kéo lò xo của hệ thống truyền động. Nó sẽ hút lõi sắt

phần động để khép kín mạch từ. Hệ thống tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thái. Nếu như ở

điều kiện bình thường (khi cuộn dây chưa có điện), tiếp điểm là đóng thì khi cho điện

vào cuộn dây, tiếp điểm sẽ hở ra. Ngược lại, nếu như ở điều kiện bình thường (khi



cuộn dây chưa có điện), tiếp điểm là hở thì khi cho điện vào cuộn dây, tiếp điểm sẽ

đóng lại.

Hình 2.23. Quá trình chuyển động hệ thống tiếp điểm của

công tắc tơ trước và sau khi có điện

2.3.7. Các chế độ vận hành của công tắc tơ (theo tiêu chuẩn IEC-158-1)

2.3.7.1. Các ký hiệu AC1; AC2; AC3; AC4

Theo tiêu chuẩn IEC 158-1 (IEC: International Electrotechnical Commission), khi

thiết kế hay lựa chọn công tắc tơ theo chế độ làm việc, ta chú ý đến các ký hiệu AC

ghi trên công tắc tơ. Ý nghĩa của các ký hiệu và phạm vi sử dụng công tắc tơ được

trình bày tóm tắt như sau:

- Ký hiệu AC1:

Qui định giá trị dòng định mức qua các tiếp điểm chính của công tăc tơ, khi

công tắc tơ được lựa chọn để đóng cắt các loại phụ tải xoay chiều (tải AC) có

hệ số công suất không nhỏ hơn 0,95 (> 0,95).

- Ký hiệu AC2:

Công tắc tơ khi được chọn lựa theo trạng thái này, dùng để khởi động phanh

nhấp nhả (plugging), phanh ngược (reverse current breaking) cho động cơ

không đồng bộ rô to dây quấn.

Khi các tiếp điểm công tắc tơ đóng kín mạch, hình thành dòng điện khởi động,

giá trị dòng điện này bằng khoảng 2,5 lần dòng điện định mức của động cơ.

- Ký hiệu AC3:

Công tắc tơ khi được chọn lựa theo trạng thái này, dùng để đóng ngắt động cơ

không đồng bộ rô to lồng sóc trong suốt các quá trình vận hành thông thường.



Khi các tiếp điểm công tắc tơ đóng kín mạch, hình thành dòng điện khởi động,

giá trị dòng điện này bằng khoảng 5 đến 7 lần dòng điện định mức của động cơ.

- Ký hiệu AC4:

Công tắc tơ khi được chọn lựa theo trạng thái này, dùng để khởi động, phanh

nhấp nhả, phanh ngược... động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc.

2.3.7.2. Các ký hiệu DC1; DC2; DC3; DC4; DC5

Theo tiêu chuẩn IEC 158-1, khi sử dụng các công tắc tơ để đóng cắt các phụ tải

một chiều (tải DC), các công tắc tơ được phân thành 5 chế độ hoạt động công tắc tơ

dùng trong trường hợp này là công tắc tơ một chiều, điện áp cung cấp vào cuộn dây là

loại điện áp một chiều).

- Ký hiệu DC1:

Các công tắc tơ mang ký hiệu này dùng đóng cắt cho tất cả các loại phụ tải một

chiều (tải DC) có thời hằng (T = L /R) nhỏ hơn hay bằng 1ms.

- Ký hiệu DC2:

Các công tắc tơ mang ký hiệu này được sử dụng để ngắt mạch cho động cơ

một chiều kích từ song song khi đang vận hành, hằng số thời gian của mạch tải

khoảng 7,5 ms.

Khi các tiếp điểm đóng kín mạch hình thành dòng điện khởi động, dòng điện

này có giá trị khoảng 2,5 lần dòng định mức của động cơ.

- Ký hiệu DC3:

Các công tắc tơ mang ký hiệu này được sử dụng trong các trường hợp: Khởi

động, phanh nhấp nhả hay phanh ngược các động cơ một chiều kích từ song

song. Thời hằng của mạch tải nhỏ hơn 2ms.

Khi các tiếp điểm đóng kín mạch hình thành dòng điện khởi động, dòng điện

này có giá trị khoảng 2,5 lần dòng định mức của động cơ.



- Ký hiệu DC4:

Các công tắc tơ mang ký hiệu này được sử dụng đóng ngắt mạch phụ tải là động

cơ một chiều kích từ nối tiếp khi động cơ đang vận hành bình thường. Thời hằng của

mạch phụ tải khoảng 10ms.

Khi các tiếp điểm đóng kín mạch hình thành dòng điện khởi động, dòng điện này

có giá trị khoảng 2,5 lần dòng định mức của động cơ.

- Ký hiệu DC5:

Các công tắc tơ mang ký hiệu này được sử dụng khởi động, phanh ngược, đảo

chiều quay động cơ một chiều kích từ nối tiếp. Thời hằng của mạch phụ tải nhỏ

hơn hay bằng 7,5ms.

Khi các tiếp điểm đóng kín mạch hình thành dòng điện đỉnh có giá trị khoảng

2,5 lần dòng định mức của động cơ.

2.3.8. Cách lựa chọn

Dựa vào dòng điện định mức của tải và căn cứ vào tính chất của phụ tải làm việc

gián đoạn hay liên tục và căn cứ vào dãy dòng điện, điện áp định mức của công tắc tơ

từ đó ta lựa chọn công tắc tơ cho thích hợp.

UCTT = Ulưới ; ICTT Iđm

2.3.9. Đặc tính kỹ thuật và phạm vi ứng dụng

Công tắc tơ có nhiều loại và rất đa dạng nhưng thường sử dụng là công tắc tơ điện

xoay chiều thường dùng ở tần số công nghiệp (50Hz), công tắc tơ có số lượng tiếp

điểm chính (15) tiếp điểm nhưng thông dụng hơn cả là công tắc tơ có kết cấu 3 cực.

+ Dòng điện định mức của các tiếp điểm chính là dòng điện dùng trong chế độ

làm việc gián đoạn - liên tục với chu kỳ 8 giờ, thời gian đóng cắt rất bé. Thời

gian đóng (0,08 0,1s), thơi gian nhả (0,03 0,04s)

+ Phạm vi ứng dụng: tuỳ theo giá trị dòng điện mà công tắc tơ phải làm việc

trong lúc bình thường hay khi cắt mà người ta dùng các cở khác nhau, phạm vi

sử dụng phụ thuộc vào loại hộ tiêu thụ cần được kiểm tra: động cơ rô to lồng

sóc hay rôto dây quấn. Những điều kiện thực hiện đóng mở, quá trình khởi

động nặng, nhẹ, đảo chiều và hãm vv...



Tóm lại công tắc tơ có phạm vi sử dụng đa dạng, sử dụng với dòng điện xoay chiều,

một chiều, sử dụng với động cơ có hệ số cos cao cho đến các loại động cơ có cos

nhỏ. Động cơ rô to lồng sóc cho đến động cơ rô to dây quấn.

2.3.10. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng

2.3.10.1. Hiện tượng hư hỏng tiếp điểm

Nguyên nhân:

- Chọn không đúng công suất khí cụ điện: chẳng hạn dòng điện định mức, điện

áp và tần số thao tác của khí cụ điện không đúng với thực tế v.v…

- Lực ép trên các tiếp điểm không đủ.

- Giá đỡ tiếp điểm không bằng phẳng, cong, vênh (nhất là đối với loại tiếp điểm

bắc cầu) hoặc lắp ghép lệch.

- Bề mặt tiếp điểm bị ôxy hóa do xâm thực của môi trường làm việc (có hóa

chất, ẩm ướt vv…)

- Do hậu quả của việc xuất hiện dòng điện ngắn mạch một pha với ‘’đất’’ hoặc

dòng ngắn mạch hai pha ở phía sau công tắc tơ, khởi động từ vv…

2.3.10.2. Hiện tượng hư hỏng cuộn dây (cuộn hút)

Nguyên nhân:

- Ngắn mạch cục bộ giữa các vòng dây do cách điện xấu.

- Ngắn mạch giữa các dây dẫn ra do chất lượng cách điện xấu hoặc ngắn mạch

giữa dây dẫn và các vòng dây quấn do đặt giao nhau mà không có lót cách

điện.

- Đứt dây quấn.

- Điện áp tăng cao quá điện áp định mức của cuộn dây.

- Cách điện của cuộn dây bị phá hỏng do bị va đập cơ khí.

- Cách điện của cuộn dây bị phá hủy do cuộn dây bị quá nóng hoặc vì tính toán

các thông số quấn lại sai hoặc điện áp cuộn dây bị nâng cao quá, hoặc lỏi

thép hút không hoàn toàn, hoặc điều chỉnh không đúng hành trình lõi thép.

- Do nước ê mun xi, do muối, dầu, khí hóa chất…của môi trường âm thực làm

chọc thủng cách điện vòng dây.

2.3.11. Sửa chữa khí cụ điện điều khiển

Biện pháp sửa chữa:



Lựa chọn khí cụ điện cho đúng công suất dòng điện, điện áp và các chế độ

làm việc tương ứng.

Kiểm tra và sửa chữa nắn thẳng, phẳng giá đỡ tiếp điểm, điều chỉnh sao cho

trùng khớp hoàn toàn các tiếp điểm động và tĩnh của công tắc tơ.

Kiểm tra lại lò xo của tiếp điểm động xem có bị méo, biến dạng hay đặt lệch

tâm khỏi chốt giữ. Phải điều chỉnh đúng lực ép tiếp điểm (có thể dùng lực kế

để kiểm tra).

Thay thế bằng tiếp điểm mới khi kiểm tra thấy tiếp điểm bị quá mòn hoặc bị

rỗ cháy hỏng nặng. Đặc biệt trong điều kiện làm việc có đảo chiều hay hảm

ngược, các tiếp điểm thường hư hỏng và màI mòn rất nhanh đặc biệt là tiếp

điểm động.

Kiểm tra và loại trừ các nguyên nhân bên ngoài gây hư hỏng cuộn dây và

quấn lại cuộn dây theo mẫu hoặc tính toán lại cuộn dây đúng điện áp và công

suất tiêu thụ yêu cầu.

Khi quấn lại cuộn dây, cần làm đúng công nghệ và kỹ thuật quấn dây, vì đó là

một yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của cuộn dây.



Chương 3

THIẾT KẾ BỘ KHỐNG CHẾ ĐIỆN NGUỒN

3.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG

3.2. SƠ ĐỒ MẠCH CỦA HỆ THỐNG

3.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Khi điện lưới có thì dòng sẽ chạy từ CB(Circuit Breaker) S1 qua tiếp điểm thường

đóng của contactor1 sang cuộn dây của contactor2 làm cho các tiếp điểm chính của

contactor2 đóng, lúc này tải có điện. Đồng thời có dòng chạy qua tiếp điểm thường

đóng của contactor3 sang cuộn dây của contactor4 làm cho các tiếp điểm chính của

contactor4 đóng.



Khi điện lưới cúp, thì ta chạy máy phát điện dự phòng. Ta đóng CB S2, dòng sẽ

chạy qua công tắc thường đóng của contactor4 qua cuộn dây contactor3 làm cho các

tiếp điểm chính của contactor3 đóng, lúc này tải có điện. Đồng thời khi contactor3

đóng thì dòng cũng chạy qua tiếp điểm thường đóng của contactor2 qua cuộn dây của

contactor1 làm cho các tiếp điểm chính của contactor1 đóng, tiếp điểm phụ thường hở

sẽ đóng và tiếp điểm phụ thường đóng sẽ hở.

Giả sữ khi đang chạy máy phát điện mà điện lưới đột ngột có điện trở lại thì ta thấy

dòng không có chạy qua công tắc thường đóng của contactor1 vì do các tiếp điểm

chính của contactor1 đang đóng nên công tắc thường đóng của contactor1 sẽ hở, do đó

không có dòng chạy qua cuộn dây của contactor2 nên các tiếp điểm chính của

contactor2 sẽ hở.

Điều này chứng tỏ hệ thống đã khống chế được nguồn điện lưới xâm nhập vào tải.

Sau khi có điện lưới ta tắt máy phát (tắt S2), không có dòng chạy vào cuộn dây của

contactor3 nên các tiếp điểm chính của contactor3 sẽ hở. Lúc này điện lưới sẽ xâm

nhập vào tải thông qua công tắc thường đóng của contactor1 và cuộn dây của

contactor2.

Khi đang sử dụng hệ thống điện lưới, nếu người nhà không biết mà mở hệ thống

máy phát điện dự phòng, thì lúc này không có dòng chạy qua công tắc thường đóng

của contactor4 nên cũng không có dòng chạy qua cuộn dây của contactor3, do đó các

tiếp điểm chính của contactor3 sẽ hở.

Điều này chứng tỏ hệ thống đã khống chế được nguồn điện máy phát xâm nhập vào tải.

3.4. ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG

Thông thường ta thấy khi điện lưới cúp thì phải chạy máy phát điện. Như vậy giữa

nguồn điện lưới và nguồn điện từ máy phát phải thông qua cầu dao đảo nên cần 4 sợi

dây tải điện. 2 sợi cho điện lưới kéo từ CB tổng đến cầu dao đảo, 2 sợi từ chỗ đặt máy

phát điện kéo tới cầu dao đảo.

Với việc lắp đặt như vậy thì ta phải đặt máy phát điện ở gần cầu dao đảo nhất để đỡ

tốn dây tải điện và tránh sụt áp. Bây giờ nếu ta muốn đặt máy phát điện ở một chỗ nào

tùy chúng ta thích (như ở phía sau nhà hay đặt trên sân thượng chẳng hạn) thì bắt buộc

chúng ta phải kéo 2 sợi dây tải từ máy phát điện đến cầu dao đảo, điều này sẽ gây khó

khăn trong thi công, mất mỹ quan và không an tòan.



Chính những điều này mà tôi thiết kế ra hệ thống khống chế điện nguồn với ứng

dụng như sau:

Hệ thống này thay thế cầu dao đảo (không dùng cầu dao đảo). Chúng ta có

thể đặt máy phát điện dự phòng tùy ý mà không cần kéo dây từ máy phát

điện đến cầu dao đảo, chúng ta có thể cắm trực tiếp vào ổ cắm của thiết bị

tải gần hệ thống máy phát điện nhất.

Hệ thống này rất an tòan khi có 2 nguồn điện cùng lúc.

Hệ thống này rất gọn nhẹ, không cồng kềnh, phức tạp và giá thành rẽ.



Chương 4

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

4.1. KẾT LUẬN

4.1.1. Ưu điểm của đề tài

Hệ thống này rất thuận tiện cho việc đặt máy phát điện dự phòng ở nơi chủ nhà

cần đặt như để tạo sự thống thóang, an tòan và ít ồn ào nhất.

Đối với những hộ gia đình cần dùng nguồn điện dự phòng để sinh họat hay để

kinh doanh sản xuất nhỏ thì hệ thống này sẽ đáp ứng rất hiệu quả.

Hệ thống đã hoàn thành đáp ứng được yêu cầu đặt ra với kích thước nhỏ gọn,

có thể đặt vừa trong một tủ âm dân dụng.

4.1.2. Nhược điểm của đề tài

Hệ thống này có một nhược điểm là khi ta bật hai CB của nguồn điện lưới và

nguồn điện máy phát cùng lúc thì tải sẽ bị chập.

4.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Kết hợp với tủ ATS(Automatic Transfer Switch) để tạo thành hệ thống tự động

chuyển đổi nguồn điện tối ưu.

Kết hợp với một số nguồn điện dự phòng như: điện gió, năng lượng điện mặt

trời hay hệ thống bình ăcquy để tạo thành một nguồn năng lượng dự phòng có

chất lượng cao.

Khắc phục nhược điểm nêu trên để hệ thống hòan thiện hơn.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Công Thành, Vẽ điện – điện tử, ĐHSPKT Tp.HCM.

[2] Lưu Văn Quang, Thực tập Truyền động điện, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật

Tp.HCM.

[3] Nguyễn Văn Nhờ, Cơ sở truyền động điện, NXB ĐHQG TpHCM năm 2003.

[4] Tô Hữu Phúc, Truyền động điện, NXB KHKT Đại học Bách khoa Tp.HCM.

[5] Nguyễn Xuân Phú, Khí cụ thiết bị điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật.

[6] Nguyễn Chu Hùng, Tôn Thất Cảnh Hưng, Kỹ thuật điện I, NXB Đại Học Quốc

Gia.

[7] Phan Thị Thanh Bình và các tác giả khác, Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu

chuẩn quốc tế IEC, Hà Nội: Khoa Học Kỹ Thuật.

[8] Trần Bách, Lưới điện & Hệ thống điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật.

[9] Nguồn Internet.

Documents

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG - thuvienso.bvu.edu.vnthuvienso.bvu.edu.vn/bitstream/TVDHBRVT/14581/1/Phan-Thanh-Tuan.pdf · Báo cáo nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT