Giáo trình Khí cụ điện (Nghề: Điện công nghiệp) – CĐ Công nghiệp và Thương mại

pdf

93

4.4 (
7 lượt)

932 MB

Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu

Đang xem trước 10 trên tổng 93 trang, để tải xuống xem không thiếu hãy nhấn vào bên trên

Chủ đề tương quan

Tài liệu tương tự

Nội dung

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI

GIÁO TRÌNH

Khí cụ điện
NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số:

/QĐ – CĐ CN&TM ngày tháng
năm 2018 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại)

Vĩnh Phúc, năm 2018
1

MỤC LỤC
Trang

Giới thiệu mô đun
Bài mở đầu
Bài 1. Khí cụ điện đóng cắt
1. Cầu dao
2. Các loại công tắc và nút điều khiển.
3. Dao cách ly.
4. Máy cắt điện
5. Áp-tô-mát.
Bài 2. Khí cụ điện bảo vệ
1. Nam châm điện.
2. Rơle điện từ.
3. Rơle nhiệt.
4. Cầu chì.
5. Thiết bị chống rò.
6. Biến áp đo lường.
Bài 3. Khí cụ điện điều khiển
1. Công tắc tơ.
2. Khởi động từ.
3. Rơle trung gian và rơle tốc độ.
4. Rơle thời gian.
5. Bộ khống chế.
Các thuật ngữ chuyên môn
Tài liệu tham khảo

3
5
23
23
27
33
36
41
47
47
51
55
60
66
71
75
75
79
80
83
86
92
93

2

MÔN ĐUN: KHÍ CỤ ĐIỆN
Mã mô đun: MHCC16010021
Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun:
Mô đun này học sau các môn học: An toàn lao động; Mạch điện, có thể học
song song với môn học Vật liệu điện.
Nội dung môn học này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản và
những kỹ 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.
Sau khi học xong mô đun này, học viên có năng lực:
– Nhận dạng và phân loại được khí cụ điện.
– Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện.
– Sử dụng thành thạo các loại khí cụ điện.
– Tính, chọn được các loại khí cụ điện.
– Tháo lắp được các loại khí cụ điện.
– Sửa chữa được các loại khí cụ điện.
Nội dung chính của môn học/mô đun: Nội dung tổng quát và phân bố thời gian :
Thời gian (giờ)
Tổng
Lý
Thực
Kiểm
Số
số thuyết hành, thí
tra
Tên các bài trong mô đun
TT
nghiệm,
thảo luận,
bài tập
1 Bài mở đầu
4
3
1
2 Bài 1. Khí cụ điện đóng cắt
16
5
10
1
1. Cầu dao
2
1
1
2. Các loại công tắc và nút điều khiển.
2
1
1
3. Dao cách ly.
4
1
3
4. Máy cắt điện
4
1
3
5. Áp-tô-mát.
3
1
2
* Kiểm tra
1
1
3 Bài 2. Khí cụ điện bảo vệ
12
4
8
1. Nam châm điện.
2
1
1
2. Rơle điện từ.
2
1
1
3. Rơle nhiệt.
3
1
2
4. Cầu chì.
1
1
5. Thiết bị chống rò.
3
1
2
6. Biến áp đo lường.
1
1
4 Bài 3. Khí cụ điện điều khiển
13
3
9
1
3

Số
TT

Tên các bài trong mô đun

1. Công tắc tơ.
2. Khởi động từ.
3. Rơle trung gian và rơle tốc độ.
4. Rơle thời gian.
5. Bộ khống chế.
* Kiểm tra
Cộng:

Thời gian (giờ)
Tổng
Lý
Thực
Kiểm
số thuyết hành, thí
tra
nghiệm,
thảo luận,
bài tập
3
1
2
1
1
4
1
3
2
2
2
1
1
1
1
45
15
28
2

4

BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN
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. 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. Làm cơ sở để nắm vững
cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của từng loại khí cụ điện để không ngừng
nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm điện năng trong sử dụng.
Nội dung môn học này nhằm trang bị cho học viên 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:
– Nêu được khái niệm, công dụng của các loại khí cụ điện
– Hiểu được cách tiếp xúc điện, cách tạo hồ quang điện và dập tắt hồ quang điện.
– Rèn luyện tính nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công việc.
Nội dung chính:
1.1. Khái niệm
1.1.1. 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.
1.1.2. Các yêu cầu cơ bản đối với 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
định mức. Nói cách khác dòng điện qua vật dẫn không được vượt quá trị số cho
phép vì nếu không sẽ làm nóng khí cụ điện và nhanh hỏng.
+ Khí cụ điện ổn định nhiệt và ổn định điện động. Vật liệu phải chịu nóng
tốt và có cường độ cơ khí cao vì khi quá tải hay ngắn mạch, dòng điện lớn có thể
làm khí cụ điện hư hỏng hoặc biến dạng.
+ Vật liệu cách điện phải tốt để khi xẩy ra quá điện áp trong phạm vi cho
phép khí cụ điện không bị chọc thủng.
+ Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc được chính xác, an toàn song phải gọn
nhẹ, rẻ tiền, dễ gia công, dễ lắp ráp, kiểm tra và sữa chữa.
+ Ngoài ra khí cụ điện phải làm việc ổn định ở các điều kiện và môi trường
yêu cầu.
1.2. Sự phát nóng của khí cụ điện.
1.2.1. Khái niệm.
Dòng điện chạy trong vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên (theo định luật JunLenxơ). Nếu nhiệt độ vợt quá giá trị cho phép, khí cụ điện sẽ nhanh hỏng, vật liệu
cách điện sẽ nhanh hoá già và độ bền cơ khí sẽ giảm đi nhanh chóng. Nhiệt độ
cho phép của các bộ phận trong khí cụ điện được cho trong bảng sau:(bảng 1.1)
5

Bảng 1-1:
Cấp cách Nhiệt độ
điện
cho phép
(0C)

Các vật liệu cách điện chủ yếu

110

Vật liệu không bọc cách điện hay để xa vật cách điện.

75

Dây nối tiếp xúc cố định.

75

Tiếp xúc hình ngón của đồng và hợp kim đồng.

110

Tiếp xúc trượt của đồng và hợp kim đồng.

120

Tiếp xúc má bạc.

110

Vật không dẫn điện không bọc cách điện.

Y

90

Giấy, vải sợi, lụa, phíp, cao su, gỗ và các vật liệu tương
tự, không tẩm nhựa. Các loại nhựa như: nhựa polietilen,
nhựa polistirol, vinyl clorua, anilin…

A

105

Giấy, vải sợi, lụa tẩm dầu, cao su nhân tạo, nhựa
polieste, các loại sơn cách điện có dầu làm khô.

E

120

Nhựa tráng polivinylphocman, poliamit, eboxi. Giấy ép
hoặc vải có tẩm nha phenolfocmandehit (gọi chung là
bakelit giấy). Nhựa melaminfocmandehit có chất độn
xenlulo. Vải có tẩm poliamit. Nhựa poliamit, nhựa
phênol – phurol có độn xenlulo.

B

130

Nhựa polieste, amiăng, mica, thủy tinh có chất độn. Sơn
cách điện có dầu làm khô, dùng ở các bộ phận không
tiếp xúc với không khí. Sơn cách điện alkit, sơn cách
điện từ nhựa phenol. Các loại sản phẩm mica (micanit,
mica màng mỏng). Nhựa phênol-phurol có chất độn
khoáng. Nhựa eboxi, sợi thủy tinh, nhựa melamin
focmandehit, amiăng, mica,hoặc thủy tinh có chất độn.

F

155

Sợi amiăng, sợi thủy tinh không có chất kết dính.

H

180

Xilicon, sợi thủy tinh, mica có chất kết dính.

C

Trên 180

Mica không có chất kết dính, thủy tinh, sứ.
Politetraflotilen, polimonoclortrifloetilen.

Tùy theo chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác nhau. Có ba chế độ
làm việc: làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn và làm việc ngắn hạn lặp lại.

6

1.2.2. Chế độ ngắn hạn lặp lại:
Ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại thường dùng hệ số thông dòng điện ĐL%.
Theo định nghĩa:
Đ L% 

t lv
t
100  lv 100
t lv  t ng
T

Trong đó:
– tlv là thời gian làm việc.
– tng là thời gian nghỉ.
– T chu kỳ làm việc.
Độ chênh nhiệt  (còn gọi là độ tăng nhiệt) là hiệu nhiệt độ khí cụ điện và môi
trường xung quanh:      0
Trong đó:
–  : nhiệt độ khí cụ điện.
–  o: nhiệt độ môi trường xung quanh.
o
o
Các nước miền ôn đới quy định  o = 35 C. ở Việt Nam quy định  o = 40 C
Sự phát nóng do tổn hao nhiệt quyết định. Đối với KCĐ một chiều đó là tổn
hao đồng, đối với KCĐ xoay chiều đó là tổn hao đồng và sắt. Ngoài ra còn có tổn
hao phụ. Nguồn phát nóng chính ở KCĐ là: dây dẫn có dòng điện chạy qua, lõi
thép có từ thông biến thiên theo thời gian. Cầu chì, chống sét và một số KCĐ khác
có thể phát nóng do hồ quang. Ngoài ra còn phát nóng do tổn thất dòng điện xoáy.
Bên cạnh quá trình phát nóng có quá trình tỏa nhiệt theo ba hình thức: truyền
nhiệt, bức xạ và đối lưu.
1.2.3. Phát nóng của vật thể đồng chất ở chế độ làm việc dài hạn.
t
tođ

0

o

t1

t  t1

t

Hình 1-1. Đường đặc tính phát nóng theo thời gian của khí cụ
điện ở chế độ dài hạn.

Chế độ làm việc dài hạn là chế độ khí cụ làm việc trong thời gian t > t 1, t1 là
thời gian phát nóng của khí cụ điện từ nhiệt độ môi trường xung quanh đến nhiệt
độ ổn định (hình 1-1) với phụ tải không đổi hay thay đổi ít. Khi đó độ chênh lệch
nhiệt độ đạt tới trị số nhất định 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
7

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.
Nhiệt lượng tiêu tốn trong khoảng thời gian dt theo định luật Jun-Lenxơ:
Pdt  I 2 Rdt, Ws
Với:
P – công suất tác dụng, W.
I – giá trị dòng điện hiệu dụng, A.
R – điện trở vật dẫn, W
* Phương trình cân bằng nhiệt là:
Pdt  CMd  S .dt

Trong đó:
CMd  : phần tích lũy đốt nóng vật dẫn.
aS  dt: phần toả ra môi trường xung quanh.
C: tỉ nhiệt vật dẫn.
M: khối lượng vật dẫn, kg.
 : độ chênh nhiệt độ (0C) so với môi trường xung quanh.
 : hệ số toả nhiệt W/m2, oC
S: diện tích toả nhiệt của vật dẫn, m2.
1.3. Tiếp xúc điện
Theo cách hiểu thông thường, chỗ tiếp xúc điện là nơi gặp gỡ chung của hai
hay nhiều vật dẫn để dòng điện đi từ vật dẫn này sang vật dẫn khác. Bề mặt tiếp
xúc giữa các vật dẫn gọi là bề mặt tiếp xúc điện.
Tiếp xúc điện là một phần rất quan trọng của khí cụ điện. Trong thời gian hoạt
động đóng mở, chỗ tiếp xúc sẽ phát nóng cao, mài mòn lớn do va đập và ma sát,
đặc biệt sự hoạt động có tính chất hủy hoại của hồ quang.
Tiếp xúc điện phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
– Thực hiện tiếp xúc chắc chắn, đảm bảo.
– Sức bền cơ khí cao.
– Không phát nóng quá giá trị cho phép đối với dòng điện định mức.
– Ổn định nhiệt và điện động khi có dòng ngắn mạch đi qua.
– Chịu được tác dụng của môi trường xung quanh, ở nhiệt độ cao ít bị oxy
hoá.
Có ba loại tiếp xúc:
– Tiếp xúc cố định: hai vật tiếp xúc không rời nhau bằng bulông, đinh tán.
– Tiếp xúc đóng mở: tiếp điểm của các khí cụ điện đóng mở mạch điện.
– Tiếp xúc trượt: Chổi than trượt trên cổ góp, vành trượt của máy điện.
Lực ép lên mặt tiếp xúc có thể là bulông hay lò xo.
Theo bề mặt tiếp xúc có ba dạng:
– Tiếp xúc điểm (giữa hai mặt cầu, mặt cầu – mặt phẳng, hình nón – mặt
phẳng).
– Tiếp xúc đường (giữa hình trụ – mặt phẳng).
– Tiếp xúc mặt (mặt phẳng – mặt phẳng).
Bề mặt tiếp xúc theo dạng nào cũng có mặt phẳng lồi lõm rất nhỏ mà mắt
thường không thể thấy được. Tiếp xúc giữa hai vật dẫn không thực hiện được trên
8

toàn bộ bề mặt mà chỉ có một vài điểm tiếp xúc thôi. Đó chính là các đỉnh có bề
mặt cực bé để dẫn dòng điện đi qua.
Muốn tiếp xúc tốt phải làm sạch mối tiếp xúc. Sau một thời gian nhất định,
bất kỳ một bề mặt nào đã được làm sạch trong không khí cũng đều bị phủ một lớp
oxy. ở những mối tiếp xúc bằng vàng hay bằng bạc, lớp oxy này chậm phát triển.
Thông thường, bề mặt tiếp xúc được làm sạch bằng giấy nhám mịn và sau đó
lau lại bằng vải. Nếu bề mặt tiếp điểm có dính mỡ hoặc dầu phải làm sạch bằng
axêtôn.
1.3.1. Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm:
Có hai vật tiếp xúc nhau, diện tích tiếp xúc S, điện trở suất  chiều dài l như
(hình 1-2,a). Lúc đó điện trở hai vật dẫn tính bằng:
Rl  

l
S
R()
S

I

Vật dẫn 1

Vật dẫn 2

l/2

l/2

1
2

F(N)

a – Hình dạng và kích thước

b – Đường đặc tính quan hệ điện trở tiếp
xúc với lực ép lên tiếp điểm

Hình 1-2. Cách tính điện trở tiếp xúc
Đường 1 – khi lực ép tăng
Đường 2 – khi lực ép giảm

Khi dòng điện đi qua hai vật dẫn đó, điện trở tổng R sẽ lớn hơn R1 vì hai mặt
vật dẫn dù có được làm sạch đến thế nào cũng đều xuất hiện lớp oxy làm tăng
điện trở. nếu gọi Rtx là điện trở tiếp xúc của hai vật dẫn thì Rtx được tính:
Rtx  R  R1 

k
Fm

Trong đó:
+ k – hệ số phụ thuộc vào r và s (với s là ứng suất biến dạng của vật liệu hay
còn gọi là hệ số chống dập nát) đồng thời trạng thái mặt tiếp xúc.
+ m – phụ thuộc vào dạng tiếp điểm và số lượng điểm tiếp xúc.
+ F- Lực ép lên tiếp điểm.

9

Bảng 1-2: ứng suất của vật liệu

Bảng 1-3: Trị số tham khảo k

Bảng 1-4: Trị số tham khảo m

1.3.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc:
a. Vật liệu làm tiếp điểm:
Nếu vật liệu mềm thì dù áp suất có bé điện trở tiếp xúc cũng bé. Nói một cách
khác, nếu khả năng chống dập nát được đặc trưng bằng S bé thì R tx cũng bé. Do
đó thường dùng vật liệu mềm để làm tiếp điểm hoặc dùng kim loại cứng mạ ngoài
bằng kim loại mềm như: đồng thau mạ thiếc, thép mạ thiếc. Từ đó cũng đã phát
triển tiếp điểm lưỡng kim loại: tiếp điểm loại cứng tiếp xúc với kim loại lỏng như
thủy ngân.
b. Lực ép lên tiếp điểm F:
10

Source: https://suanha.org
Category : Thợ Điện