Giáo trình Khí cụ điện (Phần 1)

Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 1 Chương I : khái niệm về khí cụ điện Đ 1-1 khái niệm I. Khái niệm về khí cụ điện Khí cụ điện là những thiết bị điện dùng để đóng , cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất. Ngoài ra nó còn được dùng để kiểm tra và điều chỉnh các quá trình không điện khác. Khí cụ điện được dùng rộng rãi ở các nhà máy phát điện , các trạm biến áp, trong các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp , lâm nghiệp , thuỷ lợi, giao thông vận tải và quốc phòng.... ở nước ta khí cụ điện hầu hết được nhập từ nhiều nước khác nhau nên quy cách không thống nhất, việc bảo quản và sử dụng có nhiều thiếu sót nên hư hỏng khá nhiều, dẫn đến gây thiệt hại về kinh tế. Do đó nâng cao chất lượng sử dụng , kỹ thuật bảo dưỡng , bảo quản và kỹ thuật sửa chữa khí cụ điện là nhiệm vụ quan trọng hiện nay. II. Sự phát nóng của khí cụ điện 1. Quá trình phát nóng và nguội lạnh của khí cụ điện Dòng điện chạy trong vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên. Nừu nhiệt độ vượt quá giá trị cho phép , khí cụ điện sẽ chóng hỏng, vật liệu cách điện chóng già hoá và cường độ cơ khí của kim loại giảm đi nhanh chóng Để đảm bảo cho các khí cụ điện làm việc bình thường thì nhiệt độ lớn nhất của khí cụ điện không được vượt quá nhiẹt độ lớn nhất cho phép Nhiệt độ lớn nhất cho phép của các bộ phận trong khí cụ điện tham khảo theo bảng 1-1 Bảng 1-1 Các bộ phận của khí cụ điện Nhiệt độ cho phép, 0C Vật liệu không bọc cách điện hay để xa vật cách điện 110 Dây nối tiếp xúc cố định 75 Tiếp xúc hình nón của đồng và hợp kim đồng 75 Tiếp xúc trượt của đồng và hợp kim đồng 110 Tiếp xúc mạ bạc 120 Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 2 Vật dẫn không bọc cách điện 110 Vật liệu dẫn điện có bọc cách điện : - Cách điện cấp Y ( gồm vải sợi, giấy, tơ, lụa, không tẩm cách điện ). - Cách điện cấp A ( Vải sợi, giấy , tơ , lụa , có thấm tẩm cách điện ) - Cách điện cấp E ( bọc lớp hợp chất tổng hợp và một số vật liệu khác có thể làm việc ổn định ở nhiệt độ này ) - Cách điện cấp B ( vật liệu trên cơ sở mi ca, amian,sợi thuỷ tinh có thấm tẩm để chịu nhiệt độ tương ứng ) - Cách điện cấp F ( vật liệu trên cơ sở mi ca, amian,sợi thuỷ tinh có thấm tẩm tốt hơn để chịu nhiệt độ cao hơn cấp B ) - Cách điện cấp H ( vật liệu trên cơ sở mi ca, amian,sợi thuỷ tinh và tổng hợp silíc ) - Cách điện cấp C ( vật liệu trên cơ sở mi ca, silíc, sứ.... ) 90 105 120 130 155 180 Trên 180 Tuỳ theo chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác nhau. Có 3 chế độ làm việc : Làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn và làm việc ngắn hạn lặp lại. Sự phát nóng do tổn hao nhiệt quyết định. Đối với khí cụ điện một chiều đó là tổn hao đồng, đối với khí cụ điện xoay chiều là tổn hao đồng và sắt. Ngoài ra còn tổn hao phụ. Nguồn phát nóng chính ở khí cụ điện 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 khí cụ khác có thể phát nóng do hồ quang. Ngoài ra còn có thể phát nóng do tổn thất dòng điện xoáy. Các loại tổn hao này đều biến thành nhiệt làm khí cụ điện nóng lên ta nói khí cụ điện bị phát nóng. Khi nhiệt độ của khí cụ điện cao hơn nhiệt đọ môi trường nó bắt đầu toả nhiệt ra ngoài môi trường theo ba hình thức : Truyền nhiệt, bức xạ và đối lưu. Chênh lệch nhiệt càng lớn thì nhiệt lượng truyền ra môi trường càng nhiều . Khi nhiệt lượng do năng lượng tổn hao trong khí cụ điện sinh ra trong một đơn vị thời gian bằng nhiệt lượng toả ra môi trường trong cùng thời Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 3 gian đó thì nhiệt độ của khí cụ điện không tăng lên nữa mà đạt tới giá trị nhiệt độ ổn định . Kết thúc quá trình phát nóng của khí cụ điện ( đoạn OA ) Hình 1-1 : Đường đặc tính phát nóng và nguội lạnh của khí cụ điện Thời gian t nóng gọi là thời gian đốt nóng thường từ vài chục phút đến vài giờ Khi cắt thiết bị ra khỏi nguồn điện , nguồn phát nhiệt mất đi nó bắt đầu giảm nhiệt độ cho đến khi bằng nhiệt độ 0của môi trường. Đó là quá trình nguội lạnh của khí cụ điện ( đoạn BC ). Thời gian t nguội là thời gian nguội lạnh của khí cụ điện. 2. Các chế độ làm việc của khí cụ điện Khoảng các giữa hai lần đóng điện và cắt điện của khí cụ điện gọi là thời gian làm việc tđ . Tuỳ theo tương quan giữa thời gian làm việc , thời gian phát nóng và nguội lạnh , người ta chia ra 3 chế độ làm việc: a. Chế độ làm việc dài hạn: Là chế độ làm việc có thời gian đóng điện tđ lớn hơn thời gian phát nóng t nóng . Như vậy trong mỗi chu kỳ làm việc khí cụ điện đều bị gia nhiệt đến nhiệt độ ổn định ( Hình 1- 2 ). Hình 1-2 : Đường đặc tính phát nóng và nguội lạnh của khí cụ điện ở chế độ làm việc dài hạn Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 4 b. Chế độ làm việc ngắn hạn : Là chế độ làm việc có thời gian làm việc ( tđ ) nhỏ hơn thời gian phát nóng ( t nóng ), tđ < t nóng . Nhưng thời gian cắt điện lại dài hơn thời gian nguội lạnh ( tc > t nguội ). Như vậy trong mỗi chu kỳ làm việc khí cụ điện không bao giờ đạt tới nhiệt độ ổn định và sau đó lại nguội lạnh đến nhiệt độ môi trường ( Hình 1- 3a )rồi mới bắt đầu chu kỳ làm việc mới. Ví dụ các khí cụ điện trong mạch khởi động , mở máy các động cơ điện, cuận dây đóng và cắt máy ngắt. Hình 1-3: a) Đường đặc tính trong chế độ làm việc ngắn hạn b) Đường đặc tính trong chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại c. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại : Là chế độ làm việc có thời gian đóng điện ( tđ ) nhỏ hơn thời gian phát nóng( t nóng ) và thời gian cắt điện ( t c) nhỏ hơn thời gian nguội lạnh ( t nguội ) , t c < t nguội. Như vậy trong mỗi chu kỳ làm việc khí cụ điện chưa kịp nguội tới nhiệt độ môi trường lại bắt đầu một chu kỳ làm việc mới. Ví dụ các khí cụ điện trong các cầu trục làn việc ở chế độ này . III. Tiếp xúc điện 1 -Khái quát : Theo cách hiểu thông thường , chỗ tiếp xúc điện là nơi gặp gỡ chung của hai hay nhiều vật dẫn để dòng điẹn 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 huỷ hoại của hồ quang. Tiếp xúc điện phải thoả mãn các yêu cầu sau: Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 5 - Thực hiện tiếp xúc chắc chắn , đảm bảo. - Sức bền cơ khí cao. - Không phát nóng quá nhiệt độ cho phép đối với dòng điện định mức. - ổn định nhiệt và ổn định lực điện động khi có dòng ngắn mạch cực đại 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 chặt không rời nhau bằng đinh tán, bu lông. - Tiếp xúc đóng mở: Tiếp điểm của các khí cụ đóng cắt 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 với mặt phẳng, hình nón với mặt phẳng). - Tiếp xúc đường ( giữa hình trụ với mặt phẳng ). - Tiếp xúc mặt ( giữa mặt phẳng với mặt phẳng ). 2-Bề mặt tiếp xúc: Hình 1- 4 : Hình dạng bề mặt tiếp xúc giữa hai mặt dẫn điện Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 6 Bề mặt tiếp xúc thường có dạng lồi lõm ly ty mà mắt thường không thể thấy được. Tiếp xúc giữa hai vật dẫn không thực hiện được trên toàn bộ bề mặt mà chỉ có một vài điểm tiếp xúc mà thôi. Đó chính là các đỉnh có bề mặt cực bé để dẫn dòng điện đi qua. Khi vật liệu rắn , dưới tác dụng của lực ép F thì vật tiếp xúc nhiều nhất ở 3 điểm và các đỉnh sẽ biến dạng đàn hồi. Nếu lực F lớn các đỉnh sẽ biến dạng dẻo và những điểm tiếp xúc trở thành những bề mặt tiếp xúc đồng thời tạo nên những điểm tiếp xúc mới. Nếu gọi : - S là tổng diện tích tiếp xúc thực tế. -  là ứng suất biến dạng của vật liệu ( còn gọi là hệ số chống dập nát ). Thì ta có :  F s  Trị số của  cho ở bảng 1- 2 Bảng 1- 2 Vật liệu tiếp xúc , N/ mm2 Vanadi V 3650 Niken N 2210 Môlipđen Mo 1660 Nhôm Al 883 Platin Pt 765 Đồng cứng Cu 510 Đồng mềm 382 Bạc Ag 304 Graphit 129,5 Thiếc Sn 44,2 Chì Pb 22,6 Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 7 Ví dụ : Xác định S của hai thanh góp phân phối bằng nhôm được ép một lực F = 7000 N , biết diện tích tiếp xúc biểu kiến Sbk = 40 x 40 = 1600 mm 2. Giải : áp dụng công thức : Al F S   Tra bảng Al= 883 N/ mm 2 . Ta có: 294,7 883 7000 mmS  Tính theo phần trăm sẽ là : bkS%5,0 1600 10094,7   Cũng từ tính toán trên nếu dùng thanh đồng cứng thì kết quả là 0,86%, tức là thực hiện tiếp xúc tốt hơn. Muốn tiếp xúc tốt phải làm sạch mối tiếp xúc. Sau một thời gian nhất định, bất kỳ một bề mặt tiếp xúc nào đã được làm sạch trong không khí cũng đều bị bọc một lớp ôxyt. ở những mối tiếp xúc bằng vàng hay bạc , lớp này tạo thành chậm. Thông thường bề mặt tiếp xúc được đánh bóng bằng giấy ráo mịn, sau đó lau bằng vải, bông hay dạ, ma sát mạnh cho đến khi toàn bộ bề mặt được độ thấm nước ( bề mặt khô biểu hiện không hoàn toàn sạch ). Mỡ và dầu phải được rửa sạch bằng axêtôn hay têtra clorua cacbon. Trong thực tế nếu nói diện tích tiếp xúc S ta hiểu là diện tích tiếp xúc biểu kiến Sbk. 3- Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm: Có hai vật dẫn tiếp xúc nhau, diện tích tiếp xúc S, điện trở suất , có chiều dài là l ( hình 1- 5 ). Hình 1- 5 : Cách tính điện trở tiếp xúc a- Hình dạng và kích thước b- Đường đặc tính quan hệ điện trở tiếp xúc với lực ép lên tiếp điểm: 1- khi lực ép tăng 2- khi lực ép giảm Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 8 Lúc đó điện trở hai vật dẫn ( hình 1- 5a ) tính theo công thức: S l R 1 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 thế nào cũng đều xuất hiện lớp ôxyt làm tăng điện trở. Nếu gọi Rtx là điện trở tiếp xúc của hai vật dẫn thì Rtx được tính theo công thức : mtx F k RRR  1 Trong đó : - k là hệ số phụ thuộc vào  và  , đồng thời vào trạng thái mặt tiếp xúc. - m là hệ số phụ thuộc vào dạng tiếp điểm và số lượng điểm tiếp xúc. - F là lực ép lên tiếp điểm. Trị số m và k tham khảo theo bảng 1- 3 và 1- 4 Bảng 1- 3 Vật liệu tiếp xúc Trị số k, .N Đồng- đồng ( 0,08- 0,14 ). 10-2 Đồng - đồng mạ thiếc ( 0,07- 0,1 ). 10-2 Đồng - đồng loại dễ bị o xy hoá 0,740. 10-2 Đồng - đồng tiếp xúc dạng ngón 0,280. 10-2 Đồng - đồng tiếp xúc kiểu chổi 0,100. 10-2 Bạc- bạc 0,060. 10-2 Nhôm- nhôm 0,127. 10-2 Nhôm - đồng thau 1,850. 10-2 Nhôm - đồng 0,380. 10-2 Đồng thau- đồng 0,980. 10-2 Đồng thau- đồng thau 0,670. 10-2 Sắt – sắt 7,600. 10-2 Sắt - đồng thau 3,040. 10-2 Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 9 Sắt - đồng 3,100. 10-2 Sắt – nhôm 4,400. 10-2 Bảng 1- 4 Hình thức tiếp xúc m Mặt phẳng – mặt phẳng 1 Mặt cầu – mặt cầu 0,5 Mặt cầu – mặt phẳng 0,5 Chổi – mặt phẳng 1 Tiếp xúc nhiều điểm 0,7 – 1,0 Tiếp xúc đường 0,7 – 0,8 Tiếp xúc đỉnh nhọn – mắt phẳng 0,5 4- Một số yếu tố chính ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc: * Vật liệu làm tiếp điểm: Nếu vật liệu mềm thì dù áp suất có bé điện trở tiếp xúc cũng bé. Nói cách khác, nếu khả năng chống dập nát được đặc trưng bằng  bé thì Rtx 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 hay mạ cadimi. Từ đó cũng phát triển tiếp điểm lưỡng kim loại : tiếp điểm kim loại cứng tiếp xúc với kim loại lỏng như thuỷ ngân. * Lực ép tiếp điểm F càng lớn thì điện trở tiếp điểm càng bé, có thể thấy rõ trên hình 1- 5 b. * Hình dạng tiếp điểm có ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc, vì hệ số m khác nhau nên mtx F k R  cũng khác nhau ( bảng 1- 4). * Nhiệt độ tiếp điểm: Theo kết quả thí nghiệm : ở nhiệt độ không quá cao ( thường 2000C ), khi nhiệt độ tiếp điểm tăng, thì điện trở tiếp xúc cũng tăng. Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 10 * Diện tích tiếp xúc có ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc. * Mật độ dòng điện : Diện tích tiếp xúc được xác dịnh tuỳ theo mật độ dòng điện cho phép. Mật độ dòng điện cho phép được xác định theo công thức : S I Icp  Mật độ dòng điện càng lớn thì nhiệt độ tiếp xúc càng tăng và do đó điện trở tiếp xúc tăng. Đối với mật độ dòng điện đã cho trước, muốn giảm phát nóng tiếp điểm thì vật liệu phải có điện trở suất nhỏ, đồng thời phải có khả năng toả nhiệt cao qua mặt ngoài. Do đó những vật dẫn có bề mặt xù xì kay những vật dẫn được quét sơn sẽ toả nhiệt có hiệu quả hơn. Có thể kiểm tra nhiệt độ tiếp xúc bằng sự biến màu của sơn. Như vậy , muốn giảm điện trở tiếp xúc có thể tăng lực èp, tăng số tiếp điểm tiếp xúc, chọn vật dẫn có điện trở suất bé và hệ số truyền nhiệt lớn, tăng diện tích truyền nhiệt và chọn tiếp điểm có dạng toả nhiệt dễ nhất. 5- Sự ăn mòn kim loại làm tiếp điểm Xung quanh điểm tiếp xúc có nhiều hốc nhỏ ly ti , hơi nước đọng lại . các chất có hoạt tính hoá học lớn thấm vào gây phản ứng hoá học tạo nên màng mỏng giòn, dễ bị bóc khi va chạm , do vậy mặt tiếp xúc bị mòn dần. Đó là hiện tượng ăn mòn kim loại. Điện trở suất của màng mỏng rất lớn so với điện trở suất của kim loại làm vật dẫn, do đó điện trở tiếp xúc tăng khi hình thành màng mỏng. Sự oxy hoá làm cho điện trở tiếp xúc tăng lên đặc biệt ở nhiệt độ lớn hơn 700C. Đồng bị oxy hoá mạnh, thí nghiệm thấy ở nhiệt độ 1000Csau 1 giờ điện trở tiếp xúc tăng khoảng 50 lần. Nếu đốt nóng và làm nguội liên tục cũng làm tăng tốc độ oxy hoá. Ngoài ra , mỗi kim loại có một điện thế hoá học nhất định, do đó nếu hai kim loại tiếp xúc nhau sẽ có hiệu điện thế giữa chúngvà tạo điều kiện thuận lợi cho oxy hoá. Hơn nữa nếu hơi nước đọng trên bề mặt tiếp xúc có chất điện phân thì do có hiệu điện thế nên sé có dòng điện chạy qua giữa chúng, kim loại có độ hoà tan lớn sé bị ăn mòn trước. Kim loại nào có điện thế hoá học càng âm ( Mn,Al,Mg ) thì độ hoà tan càng lớn nên càng chóng hỏng. Sau đây là một số vật liệu kim loại có điẹn thế hoá học (V ) với trị âm tăng dần: Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 11 Ag Cu H Sn Ni Co Cd + 0,8 + 0,345 0 - 0,14 - 0,2 - 0,25 - 0,4 Fe Cr Zn Mn Al Mg - 0,44 - 0,56 - 0,76 - 1,1 - 1,34 - 1,87 Để giảm bớt điện trở tiếp xúc thường mạ điện. Lớp kim loại bao phủ có tác dụng bảo vện kim loại chính. Thường mạ với vật liệu sau : - Tiếp điểm đồng thau, đồng mạ thiếc hay mạ bạc. Mạ thiếc không tốt bằng mạ bạc vì khi có dòng điện cao đi qua ( lúc ngắn mạch ) thiếc chảy và bắn ra xung quanh. - Nhôm mạ kẽm - Sắt mạ cadimi, kẽm. Mạ niken ít bị oxy hoá , không chảy băn ra ngoài. Đồng thời để bảo vệ tốt bề mặt kim loại, kim loại mạ phải có điện thế hoá học gần bằng điện thế hoá học của kim loại làm tiếp điểm, tăng lực ép F và giảm bớt khe hở, giảm bớt độ ăn mòn. 6- Sự làm việc của tiếp điểm khi ngắn mạch Khi quá tải và đặc biệt khi ngắn mạch nhiệt độ chỗ tiếp xúc của tiếp điểm rất cao làm giảm tính đàn hồi và cường độ cơ khí của tiếp điểm. Nhiệt độ cho phép khi ngắn mạch đối với đồng , đồng thau là 200 – 3000C , còn đối với nhôm là 150 – 2000C. Ta phân biệt ba trường hợp sau: - Tiếp điểm đang ở vị trí đóng bị ngắn mạch : Tiếp điểm sẽ bị hàn dính và nóng chảy. Kinh nghiệm cho thấy lực ép lên tiếp diểm ( F ) càng lớn thì dòng điện đẻ làm tiếp điẻm nóng chảy và hàn dính càng lớn. Thường F = 200 – 500N. Do đó , tiếp điểm cần phải có lực giữ tốt. - Tiếp điểm đang trong quá trình đóng bị ngắn mạch : lúc đó sẽ sinh ra lực điện động kéo rời tiếp điểm ra xa, song do chấn động nên dễ sinh hiện tượng hàn dính. Thật vậy, giả thiết hai tiếp điểm trong quá trình đóng vừa mới có một điểm tiếp xúc đã bị ngắn mạch nên dòng điện đi qua điểm này rất lớn. Như vậy dòng điện có giá trị rất lớn đi từ một tiết diện lớn ( tiết diện của vật tiếp xúc ) đến tiết diện bé ( tiết diện của điểm tiếp xúc ) biểu diễn trên hình 1- 6. Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 12 Hình 1-6 : Hình dạng dòng điện ( a ) và lực điện động ( b ) ở điểm tiếp xúc của tiếp điểm khi ngắn mạch. Kết quả là giữa các tiếp điểm sẽ phát sinh lực điện động f đẩy tiếp điểm ra xa. Lực này do sự tác động tương hỗ giữa dòng điện I và từ trường riêng sinh ra bởi dòng điện đó. Lực điện động có tác dụng ngược lại với lực ép các tiếp điểm vào nhau của lò xo mên tạo thành chấn động dễ sinh hiện tượng hàn dính. Lực điện động f được tính như sau : N d D If ),ln(10 27   Trong đó : D - đường kính vật tiếp xúc. D - đường kính điểm tiếp xúc, ( xem như tiết diện tròn bé) Rõ ràng nếu dòng điện I càng lớn thì f( tăng tỷ lệ với I 2) sẽ càng lớn. - Tiếp điểm trong quá trình mở bị ngắn mạch : Trường hợp này sẽ phát sinh hồ quang làm nóng chảy tiếp điểm và mài mòn mặt tiếp xúc. 7- Cấu tạo của tiếp xúc điện * Tiếp xúc cố định ( hình 1-7 ): ở đây ta chú ý tới tiếp xúc cố định dùng các bu lông thép để ghép, những bu lông này thực tế không dẫn điện khi ngắn mạch . Lúc đó vật dẫn không phải là thép sẽ phát nóng và dãn nở nhiều hơn vật liệu bu lông thép nên những bu lông này chịu ứng suất khá lớn. Nhưng đến khi phát Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 13 nóng giảm hay bị nguội lạnh thì mối tiếp xúc sẽ yếu. Để tránh hiện tượng này nên đệm thêm vòng đệm lò so dưới đai ốc. Hình 1-7 : Hình dạng của một số tiếp xúc cố định * Tiếp xúc đóng mở và tiếp xúc trượt - Đối với rơ le thường dùng bạc, Platin tán hoặc hàn vào giá tiếp điểm. Tiếp điểm rơle thường dung hình thức tiếp xúc điểm. - Tiếp điểm của các khí cụ có dòng điện trung bình và lớn như : bộ khống chế, công tắc tơ, khí cụ điện cao áp.Thường tiếp điểm làm việc mắc song songvới tiếp điểm hồ quang. Khi tiếp điểm đang ở vị trí đóng, dòng điện sẽ đi qua tiếp điểm làm việc. Khi mở hoặc đóng , hồ quang phát sing sẽ cháy trên tiếp điểm hồ quang. Tiếp điểm hồ quang được chế tạo bằng kim loại tốt. Như vậy tiếp điểm làm việc luôn được bảo vệ tốt không bị hồ quang phá hoại bề mặt tiếp xúc. Tiếp điểm thường có nhiều dạng khác nhau: Hình ngón, bắc cầu,chổi, cắm. + Tiếp điểm hình ngón : Dùng nhiều ở công tắc tơ, khi đóng tiếp điểm động vừa lăn và trượt trên tiếp điểm tĩnh và tự làm tróc lớp oxyt trên bề mặt tiếp điểm. + Tiếp điểm bắc cầu : Dùng như ở rơ le + Tiếp điểm chổi : Có dạng hình chổi gồm những lá đồng mỏng từ 0,1 – 0,2 mm xếp lại trượt trên tiếp điểm tĩnh. + Tiếp điểm kẹp ( cắm ): Dùng ở cầu dao, cầu chì, dao cách ly + Tiếp điểm đối diện ( còn gọi là tiếp điểm đầu ) : Dùng ở máy cắt diện cao áp Hình dạng của một số tiếp xúc đóng mở vẽ trên hình 1- 8. Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 14 Hình 1-8 : Dạng của một số tiếp xúc đóng mở: a) Tiếp điểm ngón; b) Tiếp điểm bắc cầu; c) Tiếp điểm cắm ( kẹp ) d) Tiếp điểm đối diện; e) Tiếp điểm lưỡi; h) Tiếp điểm thuỷ ngân 8- Một số yêu cấu dối với vật liệu làm tiếp điểm Những vật liệu làm tiếp điểm phải thoả mãn các điều kiện sau : - Có độ bền cơ khí cao - Dẫn diện và truyền nhiệt tốt - Chống ăn mòn và mài mòn tốt - Nhiệt độ bốc hơi và nóng chảy cao - Rẻ và dễ gia công cơ khí Đồng và thép được dùng rộng rãi để làn các tiếp điểm cố định. Đồng có điện trở suất bé và có đủ sức bền cơ khí, được dùng trong mạch có dòng điện lớn. Thép chỉ dùng ở điện áp cao và công suất bé, về sức bền cơ khí thì lớn hơn đồng, song điện trở suất lại lớn và đặc biệt phát sinh tổn thất lớn đối với dòng điện xoay chiều. Đối với tiếp xúc đóng mở mạch điện có dòng điện bé, tiếp điểm thường làm bằng bạc, đồng, platin, vonfram, molipđen, niken và hạn hữu mới dùng Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 15 vàng. bạc có tính dẫn điện và truyền nhiệt tốt và lớp oxyt của nó dẫn điện. Platin ( bạch kim ) không có lớp oxyt, điện trở tiếp xúc bé. Vonfram có nhiệt độ nóng chảy cao và chống mài mòn tốt đồng thời có độ cứng lớn. Trường hợp dòng điện vừa và lớn thường dùng đồng, đồng thauvà những kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao. Khi dòng điện lớn, dùng hợp kim gốm, có độ mài mòn bé, độ cứng lớn song có nhược điểm là tính dẫn điện giảm, do đó để tăng khả năng dẫn điện , người ta chế tạo thành những tấm mỏng dán hoặc hàn vào bề mặt tiếp xúc. Hợp kim gốm thường dùng : bạc- vonfram, bạc – molipđen, bạc – niken, đồng – vonfram, đồng molipđen. IV. Hồ quang điện và các phương pháp dập tắt hồ quang 1- Quá trình hình thành hồ quang Khi đóng cắt dòng điện ở chỗ tiếp xúc xuất hiện phóng điện hồ quang, ta gọi là hồ quang điện.Hình 1- 9a vẽ mạch điện dùng cầu dao CD để đóng cắt. Lúc cầu dao đang đóng , trong mạch có dòng điện I, còn điện áp nguồn đặt vào tảI là U, điện áp đặt vào hai cực A,B của cầu dao bằng không ( bỏ qua điện trở tiếp xúc của tiếp điểm ). Khi cắt điện, hai đầu tiếp xúc A’, B’ rời nhau ra. Lúc đó dòng điện trong mạch giảm nhanh, điện trở chỗ tiếp xúc trở thành rất lớn và toàn bộ điện áp U coi như đặt vào hai cực AB ( hình 1- 9b ). Điện trường khe hở giữa hai tiếp điểm sẽ là : d U E  Lúc vừa mở tiếp điểm , khoảng cách d rất nhỏ, nên điện trường E rất lớn. Đồng thời , do dòng điện I vẫn còn ngay ở lúc tiếp điểm chưa rời hẳn, nên nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc tăng lên. Kết quả là không khí ở khe hở bị ion hoá mạnh ( ion hoá do điện trường và do nhiệt ), làm cho khối khí trở thành dẫn điện tốt và xuất hiện hiện tượng phóng điện hồ quang giữa hai đầu tiếp xúc A’ và B’. Hình 1- 9 : Hình thành điện trường ở chỗ tiếp xúc Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 16 Như vậy, điện áp U càng cao hoặc dòng điện I càng lớn, hồ quang càng dễ phát sinh và càng mạnh, vì thế , đóng cắt điện áp cao, dòng điện lớn, hồ quang sinh ra rất mạnh. 2- Tác hại của hồ quang - Kéo dài thời gian đóng cắt - Làm hỏng mặt tiếp xúc - Gây ngắn mạch giữa các pha - Gây hoả hoạn và tai nạn - Khi hồ quang phóng chập chờn, dễ xảy ra hiện tượng cảm ứng, làm điện áp cục bộ trên các thiết bị điện tăng cao, dẫn tới quá điện áp. 3- Các phương pháp dập hồ quang Để dập tắt hồ quang, ta dùng những biện pháp sau : - Tăng độ dài hồ quang - Dùng từ trường để tạo lực thổi hồ quang chuyển động nhanh - Dùng dòng khí hay dầu để thổi dập tắt hồ quang - Dùng khe hở hẹp để hồ quang cọ sát vào vách của khe hẹp này - Tạo thành chân không ở khu vực hồ quang - Chia hồ quang thành nhiều hồ quang ngắn nhờ các vách ngăn - Cho hồ quang tiếp xúc với một chất cách điện làm nguội V. Lực điện động Lực điện động là lực sinh ra khi một vật dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường . Lực đó tác dụng lên vật dẫn và có xu hướng làm thay đổi hình dáng vật dẫn để từ thông xuyên qua mạch vòng vật dẫn có giá trị cực đại. Trong hệ thống gồm vài vật dẫn mang dòng điện, bất kỳ một vật dẫn nào trong chúng cũng có thể được coi là đặt trong từ trường tạo nên bởi các dòng điện chạy trong các vật dẫn khác. Do đó, giữa các vật dẫn mang dòng điện , luôn luôn có từ thông tổng tương hỗ móc vòng, kết quả luôn luôn có các lực cơ học ( được gọi là lực điện động ). Tương tự như vậy cũng có các lực điện động sinh ra giữa vật dẫn mang dòng điện và khối sắt từ. Chiều của lực điện động được xác định bằng quy tắc bàn tay trái hặc bằng nguyên tắc chung như sau : lực tác dụng lên vật dẫn mang dòng điện có xu hướng làm biến đổi hình dáng mạch vòng dòng điện sao cho từ thông móc vòng qua nó tăng lên. Trong điều kiện làm việc bình thường, các lực điện động đều nhỏ và không gây nên biến dạng các chi tiết mang dòng điện của các khí cụ điện. Tuy nhiên khi có ngắn mạch, các lực này trở nên rất lớn có thể gây nên biến dạng hay Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 17 phá hỏng chi tiết và thậm chí cả khí cụ điện. Vì vậy khi thiết kế khí cụ điện cần tiến hành tính toán lực điện động để trong quá trình làm việc khí cụ điện không bị phá hỏng khi có dòng ngắn mạch chạy qua.  Đ 1-2 Công dụng và phân loại khí cụ điện 1-Phân loại theo công dụng của khí cụ điện - Khí cụ điện dùng để đóng cắt lưới điện, mạch điện để đổi nối kết dây của hệ thống điện. Nhóm này gồm : áp tô mát, cầu dao, máy ngắt... - Khí cụ điện dùng để mở máy, điều chỉnh tốc độ , điều chỉnh điện áp và dòng điện. Ví dụ : công tắc tơ, khởi động từ, bộ khống chế, biến trở, điện trở... - Khí cụ điện dùng để duy trì các tham số điện ở giá trị không đổi. Ví dụ : thiết bị tự động điều chỉnh điện áp, dòng điện, tần số , tốc độ , nhiệt độ... - Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện , máy điện. Ví dụ : rơ le, áp tô mát, cầu chì... - Khí cụ điện đo lường. Ví dụ : máy biến dòng , máy biến điện áp đo lường. 2-Phân theo điện áp - Khí cụ điện cao áp : Được chế tạo dùng ở điện áp 1000V trở lên - Khí cụ điện hạ áp : Được chế tạo dùng ở điện áp dưới 1000V 3-Phân theo dòng điện : Khí cụ điện dùng trong mạch điện một chiều và xoay chiều 4-Phân theo nguyên lý làm việc : có các loại điện từ, cảm ứng, nhiệt,có tiếp điểm và không có tiếp điểm. 5-Phân theo điều kiện làm việc và dạng bảo vệ, gồm có : khí cụ điện làm việc ở vùng nhiệt đới, ở vùng có nhiều rung động, vùng mỏ có khí nổ, ở môi trường có hoá chất ăn mòn, hoá học, loại để hở, loại bọc kín... Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 18 Chương II : khí cụ đóng cắt  Đ 2-1 khí cụ đóng cắt bằng tay I. Cầu dao 1- Phân loại và cấu tạo a. Phân loại: Theo kết cấu người ta chia cầu dao làm loại 1 cực, 2 cực, 3 cực hoặc 4 cực. Người ta cũng chia cầu dao ra loại có tay nắm ở giữa hay tay nắm ở bên . Ngoài ra còn có cầu dao một ngả và cầu dao hai ngả. Theo điện áp định mức : 250V và 500V Theo dòng điện định mức : 5,25,30,60,75,100,150,200,300,400,600,1000A Theo vật liệu cách điện , có các loại đế sứ , đế nhựa bakêlit, đế đá. Theo điều kiện bảo vệ, có loại không có hộp và loại có hộp che chắn ( nắp nhựa, nắp gang, nắp sắt ). Theo yêu cầu sử dụng, người ta chế tạo cầu dao có cầu chì bảo vệ và loại không có cầu chì bảo vệ. b. Cấu tạo : Phần chính của cầu dao là lưỡi dao và phần kẹp lưỡi được làm bằng hợp kim của đồng. Bộ phận nối dây cũng được làm bằng hợp kim của đồng. Đế của cầu dao thường được làm bằng sứ. 2. Nguyên lý làm việc Khi thao tác trên cầu dao nhờ vào lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi, mạch điện được đóng hoặc ngắt. Trong quá trình ngắt mạch thường xảy ra hồ quang điện tại điểm tiếp xúc giữa lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi. Khi thao tác phải kéo lưỡi dao thật nhanh để dập tắt hồ quang. Hình 2- 1 Cầu dao có lưỡi dao phụ 1- lưỡi dao chính; 2- tiếp xúc tĩnh ( ngàm ); 3- lưỡi dao phụ; 4- lò xo bật nhanh ; Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 19 Do tốc độ kéo bằng tay không thể nhanh được nên người ta chế tạo loại cầu dao có lưỡi dao phụ ( hình 2- 1 ). Lúc dẫn điện lưỡi dao phụ cùng với lưỡi dao chính được kẹp chặt trong ngàm tĩnh. Khi ngắt điện lưỡi dao chính ngắt ra trước, khi lực lò xo đủ lớn nó sẽ kéo lưỡi dao phụ bật ra rất nhanh khỏi ngàm tĩnh làm ngắt mạch điện. Do đó hồ quang được kéo dài nhanh và bị dập tắt trong một thời gian ngắn . 3- Các hư hỏng thường gặp và phương pháp sửa chữa Những hư hỏng thông thường ở cầu dao là : Lưỡi dao tiết xúc không tốt với đầu ( ngàm ) tĩnh; ốc bắt bị lỏng; tình trạng lưỡi dao không bình thường; lò xo của lưỡi dao phụ bị tuột hoặc không đủ lực găng Nguyên nhân của lưỡi dao tiếp xúc không tốt là: - Ngàm tiếp xúc quá rộng nên lực ép vào lưỡi dao không đủ mạnh, diện tích tiếp xúc nhỏ, điện trở tiếp xúc lớn. - Mặt tiếp xúc bị bẩn làm tăng điện trở tiếp xúc. Ta biết khi đóng cắt ở mặt tiếp xúc có hồ quang tạo thành một lớp gỉ, hoặc nhám sù sì mặt tiếp xúc. Với các cầu dao để lâu không dùng, bảo quản không tốt, cũng dễ bị gỉ đầu tiếp xúc. Cách sửa chữa: - Khi lưỡi dao tiếp xúc không tốt, điện trở tiếp xúc lớn, dòng điện sẽ đốt nóng và có thể làm cháy mặt tiếp xúc. Do đó, lưỡi dao động và ngàm tĩnh phải được giữ gìn sạch sẽ, tiếp xúc tốt với nhau. Khi mặt tiếp xúc bị bẩn phải lau sạch và nếu cần thì đánh sạch muội than và vết cháy. Nếu mặt tiếp xúc bị rỗ thì phải dũa lại cho phẳng và đánh bằng giấy ráp mịn hạt, sau đó điều chỉnh lại ngàm cho tiếp xúc tốt. Không được bôi dầu mỡ để làm sạch mặt tiếp xúc, vì sau đó có hồ quang phát sinh lúc đóng cắt dễ làm cháy mặt tiếp xúc. - Trường hợp lưỡi dao bị cháy nhiều thì phải thay thế. Vật liệu để chế tạo lưỡi dao là các thanh đồng kỹ thuật điện. Kích thước của lưỡi dao phải theo đúng các kích thước cũ - Các ốc vít bắt không chặt và không đúng quy định sẽ ảnh hưởng rất xấu đến chất lượng của cầu dao. ốc bắt dây lỏng dễ gây mất điện từng pha cầu dao, hoặc gây chạm chập, quá nhiệt ở chỗ tiếp xúc làm cháy dây hoặc cực bắt dây. ốc vít bắt lưỡi dao động với nhau và với bản lề không chặt dễ làm xộc xệch và dẫn đến tình trạng làm các cực không đóng đồng thời . Một hư hỏng thường gặp là bản lề bị mài mòn trong quá trình làm việc. Để khắc phục tình trạng này ta có thể lau sạch các bản lề bằng xăng hoặc rượu, rồi phủ một lớp vadơlin kỹ thuật. - Dòng điện qua chỗ tiếp xúc ở bản lề có thể đốt nóng nó, nếu chỗ tiếp xúc ở bản lề bị gỉ bẩn hoặc không đủ lực ép. Khi bản lề bị gỉ cần thay bản lề mới, hoặc nếu còn dùng được thì phải đánh sạch gỉ, bôi vadơlin và bắt chặt lại . Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 20 4. Giới thiệu một số cầu dao thường sử dụng trong trạm bơm. Cầu dao trong các trạm bơm thông thường là khí cụ điện hạ áp thao tác bằng tay để đóng cắt mạch điện điện áp đến 500V và dòng điện đến 1000A. Thông thường cầu dao được bố trí đi cùng với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch. Cầu dao thường được dùng để đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ và khi làm việc không cần thao tác đóng ngắt nhiều lần. Nếu điện áp cao hơn hoặc mạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao thường chỉ làm nhiệm vụ đóng ngắt không tải II. Aptômát áptômát là khí cụ đóng cắt chính trong mạng điện hạ áp, vừa làm nhiệm vụ thao tác ( đóng và cắt ), vừa làm nhiệm vụ bảo vệ ( quá tải, ngắn mạch, điện áp thấp... ). 1- Phân loại và cấu tạo a. Phân loại - Theo kết cấu , người ta chia áptômát ra ba loại : một cực, hai cực, ba cực, và bốn cực. - Theo thời gian thao tác, người ta chia áptômát ra loại tác động không tức thời và loại tác động tức thời ( nhanh ). - Theo công dụng của bảo vệ, người ta chia áptômát ra các loại áptômát cực đại theo dòng điện, áptômát cực tiểu theo điện áp, áptômát bảo vệ dòng điện rò (áptômát chống giật ). b. Cấu tạo Hình dáng và cấu tạo của một áptômát ba pha thông thường như hình2-12. Hình 2-12 Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 21 * Tiếp điểm : Tiếp điểm của áptômát thường được chế tạo có hai cấp ( chính và hồ quang ), hoặc ba cấp ( chính, phụ, hồ quang ). Khi đóng mạch , tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính. Tiếp điểm của áptômát thường làm bằng hợp kim gốm chịu được hồ quang như Ag- Wo; Cu- Wo; Ni..... Hình 2- 13 trình bày hệ thống tiếp điểm trong một kiểu áptômát : 2,3 là các tiếp điểm chính; 4 là các tiếp điểm phụ; 5 là các tiếp điểm hồ quang. Hình 2-13 * Hộp dập hồ quang Để áp tô mát dập được hồ quang trong tất cả chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là : Kiểu nửa kín và kiểu hở. Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của áptômát và có lỗ thoát khí. Kiểu này có dòng điện giới hạn cắt không quá 50 KA. Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50 KA hoặc điện áp lớn hơn 1000V ( cao áp ) Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 22 Trong buồng dập hồ quang thông dụng , người ta dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn, để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang. Hình dạng và kết cấu hộp dập hồ quang được trình bày trên hình 2- 12, 6 là hộp dập hồ quang. Cùng một thiết bị dập hồ quang, khi làm việc ở mạch điện xoay chiều điện áp đến 500 V, có thể dập tắt được hồ quang của dòng điện đến 40 KA; nhưng khi làm việc ở mạch điện một chiều điện áp đến 440 V, chỉ có thể cắt đựơc dòng điện đến 20 KA. * Cơ cấu truyền động cắt áptômát Truyền động cắt áptômát thường có hai cách : bằng tay và bằng cơ điện ( điện từ, động cơ điện ). Điều khiển bằng tay được thực hiện với các áptômát có dòng điện định mức không lớn hơn 600 A. Điều khiển bằng điện từ ( nam châm điện ) được ứng dụng ở các áptômát có dòng điện lớn hơn ( đến 1000 A ). Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta còn dùng một tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy. Ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén. Hình 2-14 trình bày cơ cấu điều khiển các áptômát bằng nam châm điện có nhả khớp tự do. Hình 2- 14 Khi đóng bình thường ( không có sự cố ), các tay đòn 2 và 3 được nối cứng vì tâm xoay 0 nằm thấp dưới đường nối hai điểm 01 và 02. Giá đỡ 5 làm cho hai đòn này không tự gập lại được. Ta nói điểm 0 ở vị trí chết. Khi có sự cố, phần ứng 6 của nam châm điện 7 bị hút đập vào hệ thống tay đòn 2,3 làm cho điểm 0 thoát khỏi vị trí chết. điểm 0 sẽ cao hơn đường nối 0102. Lúc này tay đòn 2,3 không được nối cứng nữa. Các tiếp điểm sẽ nhanh chóng mở ra dưới tác dụng của lò xo kéo tiếp điểm ( H.2- 13,b ) Muốn đóng lại áptômát , ta phải kéo tay cầm 4 xuống phía dưới như hình 2- 13,c, sau đó mới đóng vào được. * Móc bảo vệ Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 23 áptômát tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ – gọi là móc bảo vệ. Nó sẽ tác động cắt áptômát khi có sự cố quá dòng điện ( quá tải hay ngắn mạch ) hoặc sụt áp. - Móc bảo vệ quá dòng điện ( còn gọi là bảo vệ dòng điện cực đại ) để bảo vệ mạch điện khỏi bị quá tải và ngắn mạch. Người ta thường dùng hệ thống điện từ hoặc rơ le nhiệt làm móc bảo vệ đặt bên trong áptômát + Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch điện cần bảo vệ. Cuộn dây này có ít vòng dây và có tiết diện lớn để chịu được dòng điện phụ tải. Khi dòng điện vượt quá trị số cho phép thì phần ứng bị hút làm nhả chốt gây cắt áptômát. + Móc kiểu rơ le nhiệt có cấu tạo tương tự như rơ le nhiệt . Nó có phần tử đốt nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính. Khi có quá tải xảy ra ,thanh kim loại kép bị đốt nóng sẽ bị cong đi làm nhả chốt hãm , gây cắt áptômát. Thường người ta dùng cả móc điện từ và móc kiểu rơ le nhiệt lắp trong áptômát. - Móc bảo vệ sụt áp ( còn gọi là bảo vệ điện áp thấp ) cũng thường dùng kiểu điện từ . Cuộn dây điện áp thấp được mắc song song với mạch điện chính. Cuộn dây này có tiết diện dây nhỏ và số vòng nhiều để chịu được điện áp nguồn. 2- Nguyên lý hoạt động a- áptômát bảo vệ dòng điện cực đại Hình 2- 15: Sơ đồ nguyên lý áptômát dòng điện cực đại 1,6- lò xo; 4- phần ứng; 2,3- móc; 5- nam châm điện; Sơ đồ nguyên lý áptômát dòng điện cực đại được vẽ trên hình 2- 15. Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 24 ở trạng thái làm việc bình thường sau khi đóng áptômát, áptômát được giữ ở trạng ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 ăn khớp với móc 3. Dòng điện chạy vào cuộn dây của nam châm điện 5 có trị số nhỏ nên lực điện từ không thắng nổi sức cản lò xo 6 ,do đó nam châm điện không đủ sức hút phần ứng 4 và áptômát vẫn đóng. Khi có ngắn mạch xảy ra trong mạch điện, dòng điện chạy qua nam châm điện có trị số lớn sẽ sinh ra lực hút điện từ . Lực điện từ này lớn hơn lực cản của lò xo 6 , do đó nam châm điện 5 sẽ hút phàn ứng 4 làm nhả móc 3. Móc 2 được thả tự do, lò xo 1 sẽ kéo tiếp điểm của áptômát bật ra, loại sự cố ra khỏi lưới điện. b- áptômát bảo vệ điện áp thấp ( kém áp ) Hình 2- 16: Sơ đồ nguyên lý áptômát bảo vệ điện áp thấp 1,6- lò xo; 4- phần ứng; 2,3- móc; 5- nam châm điện; Sơ đồ nguyên lý áptômát bảo vệ điện áp thấp được vẽ trên hình 2- 16. ở trạng thái làm việc bình thường sau khi đóng áptômát, áptômát được giữ ở trạng ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 ăn khớp với móc 3. Khi điện áp nguồn có giá trị định mức, nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 giữ chặt móc hãm 2,3. Mạch điện làm việc bình thường. Khi điện áp nguồn giảm thấp quá trị số chỉnh định, nam châm điện không đủ sức giữ phần ứng ở vị trí hút. Dưới sức căng của lò xo 6 sẽ kéo móc 3 bật khỏi móc 2. Móc 2 được tự do , dưới sức căng của lò xo 1 hệ thống tiếp điểm của áptômát được mở ra làm ngắt mạch điện. 6 3 2 4 5 Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 25 3- Các hư hỏng thông thường và phương pháp sửa chữa áp tômát Các áptômát thường hư hỏng ở hệ thống tiếp điểm bị cháy rỗ, hỏng lò xo và các chi tiết cơ khí, hỏng cuận dây . Để sửa chữa các tiếp điểm ta tiến hành lau,đánh sạch bề mặt tiếp xúc hoặc tẩy nhẹ các vết cháy rỗ. Nếu tiếp điểm bị hỏng nặng phải thay thế mới. Kích thước của tiếp điểm mới thay thế phải giống như tiếp điểm cũ. Nếu lò xo của bộ phận cơ khí bị hỏng phải thay thế mới hoặc căng lại lò xo. Các chi tiết dập định hình bị hỏng phải thay thế mới. Cuận dây bảo vệ bị hỏng phải cuân lại cuận dây khác. Đường kính dây cuân, số vòng và kích thước cuận dây mới cần đảm báo đúng như cuận dây cũ thay thế. Các ốc vít bắt đầu dây phải chặt, nếu chờn hoặc mất long đen thì phải thay thế ngay. 4- Giới thiệu một số áptômát thường sử dụng Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 26 Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 27 Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 28 Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 29 III. Công các loại công tắc Công tắc là một loại khí cụ đóng ngắt dòng điện bằng tay kiểu hộp, dùng để đóng ngắt mạch điện có công suất bé, có điện áp một chiều đến 440V, và điện áp xoay chiều đến 500V. Công tắc hộp thường được dùng làm cầu dao tổng cho các máy công cụ, dùng đóng mở trực tiếp cho các động cơ điện có công suất bé hoặc dùng để đổi nối , khống chế trong các mạch điện tự động. Có khi dùng để thay đổi chiều quay động cơ điện, hoặc đổi cách đấu cuận dây stato động cơ từ hình sao sang hình tam giác. Công tắc hộp làm việc chắc chắn hơn cầu dao , dập tắt hồ quang nhanh hơn vì thao tác nhanh và dứt khoát hơn cầu dao. Ký hiệu trên sơ đồ điện của một vài loại công tắc được trình bày trên hình 2- 2. Hình 2- 2 : a- Công tắc hành trình b- Công tắc ba pha c- Công tắc ba pha hai ngả Theo hình dạng bên ngoài người ta chia ra : - Loại hở - Loại bảo vệ - Loại kín Theo công dụng người ta chia ra : - Công tắc đóng ngắt trực tiếp - Công tắc chuyển mạch ( hay công tắc vạn năng ) Công tắc vạn năng dùng để đóng ngắt, chuyển đổi mạch điện các cuộn dây hút của công tắc tơ, khởi động từ,... chuyển đổi các mạch điện ở các dụng cụ đo lường.... Nó thường được dùng trên các mạch điện điều khiển có điện áp đến 440V một chiều và đến 500V xoay chiều, 50 Hz. - Công tắc hành trình Công tắc hành trình dùng để đóng, ngắt ở mạch điều khiển trong truyền động điện tự động hoá, tuỳ thuộc cữ gạt ở các cơ cấu chuyển động cơ khí nhằm a. b. c Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 30 tự động điều khiển hành trình làm việc hay tự động ngắt điện ở cuối hành trình để đảm bảo an toàn. 1- Công tắc 1 ngả và hai ngả Công tắc 1 ngả và hai ngả là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt dòng điện hoặc đổi nối mạch điện bằng tay, trong các mạng điện có công suất bé. Công tắc 1 cực Công tắc đảo chiều 2- Công tắc kiểu hộp ( hình 2- 3 ) Hình 2- 3 : Cấu tạo công tắc hộp a- Hình dạng chung b- Mặt cắt ( vị trí đóng ) c- Mặt cắt ( vị trí ngắt ) d- Kiểu bảo vệ e- kiểu kín Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 31 Phần chính là các tiếp điểm tĩnh 3 gắn trên các vành nhựa bakêlít cách điện 2 có đầu vặn vít chìa ra khỏi hộp. Các tiếp điểm động 4 gắn trên cùng trục và cách điện với trục, nằm trên các mặt phẳng khác nhau tương ứng với các vành 2 . Khi quay trục đến vị trí thích hợp , sẽ có một số tiếp điểm động đến tiếp xúc với một số tiếp điểm tĩnh , còn một số khác rời khỏi tiếp điểm tĩnh. Chuyển dịch tiếp điểm động nhờ cơ cấu cơ khí có núm vặn 5 . Ngoài ra còn có lò xo phản kháng đặt trong vỏ 1 để tạo nên sức bật nhanh làm cho hồ quang được dập tắt nhanh chóng. Hình 2- 3,d,e là hình dạng cấu tạo công tắc hộp kiểu bảo vệ và kiểu kín. Hình dạng cấu tạo công tắc hộp của Việt Nam, Liên Xô, Đức... đều tương tự như các hình vẽ trên , chỉ khác nhau ít nhiều ở hình dạng kết cấu bên ngoài như hộp trụ tròn hay hộp trụ vuông ; vỏ hộp bằng nhựa cách điện hay bằng sắt ; núm vặn hay tay gạt... 3- Công tắc vạn năng (hình 2- 4 ) Hình 2- 4 : Công tắc vạn năng a- hình dạng chung b- mặt cắt ngang 1- tiếp điểm tĩnh 2- tiếp điểm động 3- vành cách điện 4- trục nhỏ Gồm các đoạn riêng rẽ cách điện với nhau và lắp trên cùng một trục có tiết diện vuông. Các tiếp điểm 1 và 2 sẽ đóng và mở nhờ xoay vành cách điện 3 lồng trên trục 4 khi ta vặn công tắc. Tay gạt công tắc vạn năng có thể có một số vị trí chuyển đổi, trong đó các tiếp điểm của các đoạn sẽ đóng hoặc ngắt theo yêu cầu. Công tắc vạn năng được chế tạo theo kiểu tay gạt có các vị trí cố định hoặc có lò xo phản hồi về vị trí ban đầu ( vị trí không ). Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 32 4- Tính chọn công tắc và nút ấn. Công tắc và nút ấn thường được lựa chọn theo điều kiện điện áp định mức, dòng điện định mức và kiểu loại. Điều kiện lựa chọn là : Uđm tb  Uđm mạng I đm tb  I tt Trong đó: Uđm tb - Điện áp định mức của công tắc hoặc nút ấn Uđm mạng- Điện áp định mức của mạng điện Iđm tb – Dòng điện định mức của công tắc hoặc nút ấn I tt – Dòng điện tính toán của mạng điện 5- Sửa chữa công tắc và nút ấn Nội dung chủ yếu khi sửa chữa công tắc và nút ấn là thay thế các chi tiết bị mài mòn. Bộ phận hay hỏng nhất là lò xo tạo ra lực đóng cắt . Khi lò xo kém đàn hồi thì phải thay thế cái mới. Các tiếp điểm tĩnh đặt trong rãnh được vòng đệm bằng phíp ép chặt. Khi các tiếp điểm này bị các vết bẩn cháy do hồ quang hoặc muội phíp phải tháo ra và lau sạch lại đảm bảo tiếp điểm tiếp xúc tốt. Nếu tiếp điểm bị cháy, hỏng thì phải gia công cái mới theo đúng kích thước cũ để thay thế. Vòng dập hồ quang bằng phíp nếu bị mài mòn quá mức hoặc hư hỏng thì thay cái mới. Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 33 Đ 2-2 khí cụ đóng cắt điện từ I. Công tắc tơ Công tắc tơ là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt từ xa tự động hoặc bằng nút ấn các mạch điện động lực có phụ tải điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A. Công tắc tơ có hai vị trí : đóng- cắt , được chế tạo có số lần đóng – cắt lớn, tần số đóng có thể lên tới 1500 lần trong một giờ. Công tắc tơ hạ áp thường dùng kiểu không khí, được phân ra nhiều loại như sau: - Theo nguyên lý truyền động, ta có công tắc tơ kiểu điện từ ( truyền động bằng lực hút điện từ ), kiểu hơi ép, kiểu thuỷ lực. Thông thường ta gặp công tắc tơ kiểu điện từ. - Theo dạng dòng điện ta có công tắc tơ điện một chiều và cống tắc tơ điện xoay chiều. - Theo kết cấu , người ta phân ra công tắc tơ dùng ở nơi hạn chế chiều cao ( ví dụ ở bảng điện gầm xe ) và công tắc tơ dùng ở nơi hạn chế chiều rộng ( ví dụ buồng tàu điện ngầm ). 1- Cấu tạo Công tắc tơ điện từ có các bộ phận chính như sau : cơ cấu điện từ ( nam châm điện ), hệ thống dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm ( tiếp điểm chính và phụ). a- Nam châm điện : gồm có 3 thành phần - Mạch từ ( lõi sắt ) : Là các lõi thép có hình dạng EI, UI. Nó gồm những lá thép tôn silic, có chiều dầy 0,35mm hoặc 0,5 mm, ghép lại để tránh tổn hao dòng điện xoáy. Mạch từ được chia làm hai phần , một phần được kẹp chặt cố định ( phần tĩnh ), phần còn lại là nắp ( còn gọi là phần ứng hay phần động ) được nối với hệ thống tiếp điểm qua hệ thống tay đòn. - Cuộn dây hút : cuộn dây quấn trên lõi thép dùng để tạo ra lực hút điện từ. Các cuộn dây của phần lớn các công tắc tơ được tính toán sao cho được phép đóng ngắt tới 600 lần trong một giờ, ứng với hệ số thông điện bằng 40%. Cuộn dây có thể làm việc tin cậy ( hút phần ứng ) khi điện áp cung cấp cho nó nằm trong phạm vi 85- 110% Uđm. Nếu ta gọi tỷ số giữa điện áp nhả và điện áp hút của cuộn dây là hệ số trở về, thì hệ số này có thể đạt tới ( 0,6- 0,7 ). Điều đó có nghĩa là khi điện áp cuộn dây sụt xuống còn 60 – 70% trị số điện áp hút thì nắp bị nhả và ngắt mạch điện. - Cơ cấu truyền động : phải có kết cấu sao cho giảm được thời gian thao tác đóng ngắt tiếp điểm, nâng cao lực ép các tiếp điểm và giảm được tiếng kêu va đập. Cơ cấu truyền động thường dùng lực lò xo. Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 34 Các sơ đồ cơ cấu truyền động của các công tắc tơ điện xoay chiều như hình 4- 1. Hình 4- 1. Các sơ đồ cơ cấu truyền động của các công tắc tơ điện xoay chiều. + Nắp chuyển động xoay quanh bản lề, tiếp điểm chuyển động thẳng có tay đòn truyền chuyển động ( H. 4- 1, a ). + Nắp và tiếp điểm chuyển động theo hai phương vuông góc nhau ( H. 4- 1, b ). + Nắp chuyển động thẳng, tiếp điểm chuyển động xoay quanh bản lề ( H. 4- 1, c ). + Nắp và tiếp điểm đều chuyển động xoay quanh một bản lề có một hệ thống tay đòn chung ( H. 4- 1, d ), trường hợp này lực ép trên tiếp điểm lớn. b- Hệ thống dập hồ quang. Khi công tắc tơ chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy, mòn dần. Hệ thống dập hồ quang thường gồm nhiều vách ngăn làm bằng kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là ở các tiếp điểm chính của công tắc tơ. c- Hệ thống tiếp điểm Hệ thống tiếp điểm liên hệ với mạch từ di động qua bộ phận liên động cơ khí. Các tiếp điểm của công tắc tơ được chia thành hai loại : - Tiếp điểm chính cho dòng điện của phụ tải chạy qua. Nó là loại tiếp điểm thường mở. Khi cuộn dây chưa có điện tiếp điểm nay ở trạng thái mở, khi cuộn dây có điện tiếp điểm này đóng lại. Tiếp điểm này có khả năng cho dòng điện lớn đi qua ( từ 10A đến vài nghìn ampe ). - Tiếp điểm phụ : có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A , được lắp ở các mạch điều khiển, tín hiệu, bảo vệ.Nó được chia thành Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 35 hai loại : tiếp điểm phụ thường mở và tiếp điểm phụ thường đóng. Tiếp điểm phụ thường mở có trạng thái đóng, mở giống như tiếp điểm chính. Tiếp điểm phụ thường đóng có trạng thái đóng, mở ngược với tiếp điểm chính. 2- Nguyên lý hoạt động Hình 4- 2. Sơ đồ cấu tạo của công tắc tơ xoay chiều. 1- cuộn dây; 5- tay đòn ; 2- mạch từ tĩnh 6- tiếp điểm thường mở; 3- nắp động; 7- tiếp điểm thường đóng; 4- Vòng ngắn mạch; - Khi chưa cấp điện vào cuộn dây thì lõi thép động vẫn ở vị trí tách khỏi lõi thép tĩnh. Tiếp điểm thường mở vẫn mở và tiếp điểm thường đóng vẫn đóng. 2 1 3 5 7 6 4 Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 36 - Khi cung cấp điện cho cuộn dây có giá trị định mức sẽ sinh ra từ thông chạy trong mạch từ, tạo ra lực hút điện từ hút lõi thép động về phía lõi thép tĩnh ( lực điện từ thắng lực cản lò xo ). Công tắc tơ được giữ ở trạng thái đóng. Lúc này nhờ vào bộ phận liên động về cơ khí giữa lõi thép đông và hệ thống tiếp điểm động làm cho tiếp điểm chính đóng lại cung cấp điện cho phụ tải. hệ thống tiếp điểm phụ cũng chuyển đổi trạng thái : tiếp điểm thường đóng mở ra và tiếp điểm thường mở đóng lại. - Khi ngừng cung cấp điện cho cuộn dây thì công tắc tơ ở trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu. Nguyên lý làm việc của công tắc tơ điện một chiều kiểu điện từ cũng tương tự như trên, thường chỉ khác ở hình dáng kết cấu truyền động của mạch từ tới tiếp điểm. 3- Các hư hỏng thường gặp và phương pháp sửa chữa. Công tắc tơ thường hư hỏng ở hệ thống các tiếp điểm, hư hỏng cuộn dây, hư hỏng bề mặt tiếp xúc giữa lõi thép động và lõi thép tĩnh và hư hỏng các chi tiết cách điện khác. Công việc sửa chữa tiếp điểm chủ yếu là phục hồi lại mặt tiếp xúc bị mài mòn. Nếu mức độ mài mòn hoặc rỗ ít thì phải đánh sạch tương tự như sửa chữa cầu dao. Nếu tiếp điểm bị mài mòn hoặc rỗ nhiều cần thay thế tiếp điểm mới. Tiếp điểm mới thay thế phái có kích thước và vật liệu giống như tiếp điểm cũ. Khi lực ép tiếp điểm không đủ cần thay thế lò xo khác. Khi công tắc tơ phát ra tiếng kêu ta phải kiểm tra cẩn thận lực ép ở tất cả các mối ghép, điều chỉnh sự tiếp giáp giữa lõi thép động và lõi thép tĩnh. Để kiểm tra tiếp giáp của lõi thép, ta dùng một tờ giấy trắng, mỏng, mịn đặt vào giữa rồi dùng tay đóng công tắc tơ. Căn cứ vào vết in của lõi thép trên mặt giấy để xác định mức độ tiếp giáp giữa hai lõi thép. Để công tắc tơ làm việc êm , bề mặt tiếp giáp phải có trên 70% diện tích mặt lõi thép tính toán. Nếu mức độ tiếp giáp ít hơn , hoặc tiếp giáp có khe hở giữa hai lõi thép, phải điều chỉnh lại vị trí lõi thép hoặc cạo sạch mặt tiếp giáp . Các chi tiết cách điện bị hư hỏng phải thay thế. Hộp dập hồ quang bị hỏng phải sửa chữa lại. Cuộn dây bị hư hỏng bị hỏng rất khó sửa chữa, nên thay bằng cuộn dây khác. Đường kính dây quấn, số vòng và kích thước cuộn dây mới cần đảm bảo đúng như cuộn dây cũ thay thế. 4- Tính chọn công tắc tơ Các công tắc tơ được lựa chọn theo điều kiện điện áp điện áp định mức, dòng điện định mức, kiểu loại. Điều kiện lựa chọn cơ bản là : Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 37 Uđm ctt  Uđm mạng I đm ctt  I tt Trong đó: Uđm ctt - Điện áp định mức của công tắc tơ được ghi trong lý lịch máy hoặc trên nhãn máy Uđm mạng - Điện áp định mức của mạng điện nơi công tắc tơ được lắp đặt Iđm ctt – Dòng điện định mức của các tiếp điểm chính của công tắc tơ được ghi trong lý lịch máy hoặc trên nhãn máy. I tt – Dòng điện tính toán của phụ tải. II. Khởi động từ 1- Cấu tạo Khởi động từ gồm có công tắc tơ và rơ le nhiệt là khí cụ đóng cắt và bảo vệ quá tải cho các động cơ có công suất không lớn lắm. Nó gồm có công tắc tơ làm nhiệm vụ đóng cắt và rơ le nhiệt làm nhiệm vụ bảo vệ quá tải. Có hai loại khởi động từ là : khởi động từ đơn gồm có một công tắc tơ và một rơ le nhiệt ; khởi động từ kép gồm có hai công tắc tơ và một rơ le nhiệt. 2- Nguyên lý : Mạch điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha quay một chiều dùng khởi động từ đơn. Đ CC1 CD RN K1 D 5 3 K RN K2 M K4 ĐĐ Đx K3 CC2 Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 38 Hình 4- 3. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha quay một chiều dùng khởi động từ đơn. a- khởi động Đóng cầu dao CD, ấn nút bấm M, cuộn dây công tắc tơ K có điện sẽ đóng các tiếp điểm chính K1 ở mạch động lực, đưa điện xoay chiều 3 pha vào động cơ và động cơ bắt đầu được khởi động . Đồng thời : - Tiếp điểm phụ K2 đóng lại để tự duy trì điện cho cuận dây của công tắc tơ K. - Tiếp điểm phụ K4 đóng lại, đèn đỏ ĐĐ sáng báo động cơ đã vận hành. b- Bảo vệ mạch *. Bảo vệ ngắn mạch - Nếu trong quá trình vận hành mà có sự cố ngắn mạch đoạn cáp từ cầu dao xuống động cơ hoặc ngắn mạch bên trong động cơ thì cầu chì CC1 sẽ tác động cắt điện vào động cơ. Động cơ được dừng lại. - Nếu có sự cố ngắn mạch ở mạch điều khiển thì cầu chì CC2 sẽ tác động cắt điện mạch điều khiển. Động cơ dừng vận hành. *. Bảo vệ quá tải Nếu trong quá trình vận hành mà động cơ bị quá tải, dòng điện chạy đến động cơ tăng lên. Khi tới trị số chỉnh định của rơ le nhiệt RN ,sau một khoảng thời gian rơ le sẽ tác động mở tiếp điểm RN1 ,cắt điện cuộn dây công tắc tơ K. Các tiếp điểm chính K1 ở mạch động lực mở ra. Động cơ ngừng vận hành. c- Dừng máy ấn nút D, cuận dây công tắc tơ K bị mất điện sẽ mở các tiếp điểm chính K1 ở mạch động lực, cắt dừng động cơ. Đồng thời tiếp điểm phụ K3 đóng lại, đèn xanh ĐX sáng báo động cơ ngừng vận hành. 3- Hư hỏng và nguyên nhân gây hư hỏng khởi động từ Các hư hỏng và phương pháp sửa chữa khởi động từ bao gồm các hư hỏng và phương pháp sửa chữa công tắc tơ và rơ le nhiệt (Đ 4-1, Đ 3-3 ). Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 39 Đ 2-3 khí cụ đóng cắt cao áp Máy cắt điện còn gọi là máy ngắt điện là thiết bị đóng cắt điện chủ yếu trong mạch điện cao áp, để đóng và cắt mạch điện có dòng điện tải hoặc dòng điện ngắn mạch. Do điện áp cao và dòng điện lớn , nên khi cắt mạch hồ quang sinh ra rất mạnh. Mật độ dòng điện hồ quang rất lớn ( hàng nghìn am pe trên một xăngtimét vuông ), nên nhiệt độ hồ quang rất cao, có thể lên tới 10.0000C. Cấu tạo của máy ngắt điện phải đảm bảo chịu được và dập tắt được hồ quang. Các máy cắt hiện đại có thể truyền động bằng tay ( điều khiển tại chỗ ), điều khiển từ xa hoặc đóng cắt tự động khi mạch điện xuất hiện tình trạng làm việc không bình thường hay sự cố. Để đóng máy cắt, giữ máy cắt ở vị trí đóng và cắt máy cắt người ta phải dùng bộ truyền động. Có rất nhiều bộ truyền động, ví dụ bộ truyền động bằng tay,bộ truyền động điện từ, bộ truyền động khí nén, bộ truyền động lò xo... Căn cứ vào cấu tạo và môi trường dập hồ quang, máy cắt điện được chia ra: - Máy cắt điện dầu, trong đó, hồ quang được dập tắt bằng dầu. Dầu thường dùng là dầu biến áp. Nếu dầu vừa dùng để dập hồ quang, vừa làm nhiệm vụ cách điện, thì máy cắt thuộc loại máy cắt điện nhiều dầu. Trường hợp dầu chỉ dùng để dập hồ quang, ta có máy cắt điện ít dầu. - Máy cắt điện không khí, trong đó, hồ quang được dập tắt bằng một luồng không khí mạnh thổi qua. - Máy cắt điện chân không, trong đó, các tiếp điểm sẽ cắt dòng điện trong môi trường chân không, không có điều kiện để ion hoá và tạo ra hồ quang. Căn cứ vào môi trường làm việc, máy cắt được phân thành loại lắp đặt trong nhà và loại lắp đặt ngoài trời. Loại lắp đặt ngoài trời vì bị tác động mạnh của môi trường mưa, bụi, bẩn nên có khoảng cách phóng điện bề mặt bên ngoài lớn hơn nhiều so với loại lắp đặt trong nhà. Hiện nay, máy cắt điện dầu được dùng tương đối phổ biến từ loại điện áp thấp tới loại điện áp cao, do đặc điểm là cấu tạo không phức tạp , vận hành thuận tiện. Tuy nhiên các máy cắt điện áp 110 KV trở lên, rất cồng kềnh và nặng nề. Ngoài ra , do chứa dầu dễ gây hoả hoạn, nên phạm vi sử dụng bị hạn chế. Từ điện áp 35 KV trở lên được thay thế bởi máy cắt không khí. ưu điểm của máy cắt không khí là do không chứa dầu , nên kích thước gọn nhẹ , không sợ hoả hoạn. Tuy nhiên, máy cắt không khí đòi hỏi có hệ thống khí nén đủ chắcchắn để đóng và cắt, nên ở các trạm dùng ít máy cắt, việc bố trí máy cắt không khí sẽ không thích hợp. Các máy cắt chân không hiện nay được sử dụng khá phổ biến vì có những ưu điểm như kích thước nhỏ, gọn, không gây ra cháy, nổ, tuổi thọ cao khi cắt dòng điện định mức, gần như không cần bảo dưỡng định kỳ. Nó được dùng Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 40 khá rộng rãi ở lưới điện trung áp, với dòng điện định mức đến 3000 A, chủ yếu dùng lắp đặt trong nhà. I. Máy cắt dầu 1- Cấu tạo Máy cắt điện nhiều dầu chứa một lượng dầu đủ lớn để vừa làm nhiệm vụ cách điện , vừa để dập hồ quang. Các máy cắt điện áp 3- 20 KV là loại máy cắt một thùng dầu ( ba pha chung một thùng dầu ), còn từ điện áp 35 Kv trở lên là loại ba thùng ( Mỗi pha một thùng dầu riêng ). Các bộ phận của máy cắt gồm đầu vào, sứ ra, hệ thống tiếp điểm, ngăn dập hồ quang được đặt trong thùng chứa đầy dầu biến áp, còn bộ phận truyền động đặt ở ngoài thùng. Dầu vừa dùng để cách điện giữa các pha với nhau, giữa pha với vỏ, vừa dùng để dập tắt hồ quang và cách điện giữa các đầu tiếp xúc của mỗi tiếp điểm khi chúng ở vị trí cắt ( tức là các đầu tiếp xúc rời nhau ra ). Máy cắt nhiều dầu đơn giản ( điện áp đến 10 KV ) không có bộ phận dập hồ quang riêng như hình 2- 11. Hình 2- 11 : Cấu tạo máy cắt điện nhiều dầu đơn giản 1- thanh ngang mang tiếp điểm động ; 13- ống chỉ mức dầu ; 2- hơi dầu ; 14- tấm lót cách điện ; 3- đầu tiếp xúc tĩnh ; 15- dầu ; 4- ống tháo dầu ; 16- van tháo dầu; 5- ống thông khí ; 17- vỏ thùng; 6- khoang chứa khí ; 18- lò xo; Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 41 7- thanh truyền của bộ phận truyền động; 19- ổ đỡ; 8- trục quay; 20- thanh truyền; 9- sứ ra; 21- thanh truyền động; 10- nắp gang; 22- thanh ngang; 11- mũ ốc; 23- thanh cách điện; 12- vòng đệm; 2. Nguyên lý làm việc của máy cắt điện nhiều dầu Nó gồm có hệ thống tiếp điểm 1- 3, đóng cắt bằng hệ thống truyền động 7-8-20-21-19-22-23 và lò xo 18. Dầu đựng trong thùng 17, phía trong có lót tấm cách điện 14,và phía trên đậy kín bằng nắp gang 10. Dầu trong thùng được báo bằng ống chỉ thị mức dầu 13. Khi dầu quá nhiều có thể tháo bớt bằng ống 4, còn rút dầu trong thùng ra bằng van 16. Phía trên là khoang chứa khí 6, thông với ngoài bằng ống thông khí 5. Khi cắt máy cắt hồ quang sinh ra đốt nóng dầu, làm dầu sinh khí mãnh liệt ở chỗ tiếp xúc, tạo ra khí ( tới 70 % là hơi nước ), với áp suất đạt tới 100- 149N/cm2. Dầu bị xáo trộn mạnh , hồ quang bị làm nguội nhanh trong môi trường hơi nước, và bị hơi dầu và dầu thổi qua, nên dễ dàng bị dập tắt. Ưu điểm của máy cắt nhiều dầu là cấu tạo đơn giản , làm việc tin cậy, nhưng có khuyết điểm là kích thước cồng kềnh, và dễ gây ra cháy do chứa lượng dầu lớn. Ngoài ra, thời gian cắt cũng lớn. Để khắc phụ những nhược điểm này người ta chế tạo máy cắt ít dầu. 3. Tính chọn máy cắt Máy cắt điện được lựa chọn theo điều kiện điện áp định mức, dòng điện định mức và công suất cắt định mức ( S cắt  SN ; trong đó : S cắt là công suất cắt của máy cắt được cho trong lý lịch máy hoặc trên nhãn máy , còn SN là công suất ngắn mạch được tính trong quá trình tính ngắn mạch ), rồi được kiểm tra lại theo điều kiện ổn định lực điện động và ổn định nhiệt. 4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng Trong quá trình làm việc máy cắt thường có các hư hỏng sau : - Do tác động của nhiệt độ cao, bề mặt tiếp điểm xuất hiện các vết rỗ, các vết sước, các chỗ cháy gỉ..., lực ép tiếp điểm không đủ . - Buồng dập hồ quang bị hư hỏng cong, vênh ... - Các sứ đầu vào và đầu ra máy cắt bị sứt , mẻ, rạn ,nứt - Bộ phận truyền động bị hư hỏng. - Các mối lắp ghép bị hư hỏng dẫn tới máy ngắt bị dò dầu - Các bộ phận khác của máy cắt như lò xo, ốc vít, dây nối... bị hư hỏng . Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 42 II. Cầu dao cách ly Cầu dao cách ly làm nhiệm vụ đóng cắt mạch điện khi không có dòng điện. Công dụng chính là cách ly các bộ phận của mạch điện khỏi các phần có điện khi tiến hành sửa chữa, hoặc để đổi nối phương thức nối dây của sơ đồ. Cầu dao cách ly tạo ra một khoảng cách trông thấy khiến công nhân sửa chữa yên tâm làm việc. Cầu dao cách ly không có bộ phận dập hồ quang , nên không dùng để đóng cắt có phụ tải được. Trong điều kiện nhất định, dao cách ly có thể cho phép đóng cắt dòng điện không tải của máy biến áp có công suất nhỏ. Cầu dao cách ly có nhiều loại : theo số cực, có dao 1 cực và dao 3 cực; theo nơi đặt có dao đặt trong nhà và dao đặt ngoài trời; theo cấu tạo, có dao đặt ngang và dao đặt đứng; theo cách đóng tiếp điểm động có loại dao đầu cắm quay và loại lưỡi dao. 1ư Cấu tạo Hình 2- 9 : Dao cách ly ba cực 1- Tiếp điểm động ( lưỡi dao ); 2- Lò xo ép; 3- Sứ găng; 4- Tiếp điểm tĩnh; 5- Sứ đỡ ; 6- ốc nối đất; 7- Khung sắt; 8- Trục quay;9- Tay quay truyền động 2. Nguyên lý hoạt động Hình 2- 9 vẽ cấu tạo của cầu dao cách ly ba cực. Ba cực được lắp trên khung sắt 7 và nối với một trục quay chung 8. Tiếp điểm tĩnh 4 và động 1 đặt trên các sứ đỡ 5. Lưỡi dao được nối tới trục truyền động qua sứ găng truyền lực3. Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 43 Lò xo 2 để tạo lực ép sát giữa lưỡi dao 1 và đầu tiếp xúc tĩnh 4. Thao tác dao cách ly bằng sào cách điện hoặc bằng bộ truyền động nối đến tay quay 9. Đóng dao cách ly có thể thực hiện bằng động cơ, bằng tay hoặc bằng các loại trang bị khác Cỗu dao cách ly đặt ngoài trời có độ bền cơ và bền điện cao hơn loại đặt trong nhà. Cỗu dao cách ly được chế tạo với tất cả các cấp điện áp và dòng điện định mức tới 7000 A và cao hơn nữa 3. Tính chọn cầu dao cách ly Cỗu dao cách ly là khí cụ đóng cắt ở mạng điện áp cao nên các điều kiện chọn bao gồm : điều kiện điện áp định mức, dòng điện định mức, rồi được kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động và ổn định nhiệt. 4. Các hư hỏng và phương pháp sửa chữa Trước khi sửa chữa dao cách ly, cần xem xét cẩn thận bên ngoài, để thấy rõ những hư hỏng và khối lượng công tác sửa chữa. Thường phải kiểm tra cẩn thận bộ phận tiếp xúc, vì trên mặt tiếp xúc nếu có các vết nứt, hố lõm, vết rỗ có thể dẫn đến hư hỏng. Các vết rỗ hay hố lõm sửa bằng cách giũa mặt tiếp điểm. Nếu mặt tiếp điểm có một lớp gỉ, điện trở tiếp xúc tăng lên dễ làm nóng quá mức tiếp điểm. Khi đó tiếp điểm sẽ bị biến màu ( cũng có thể căn cứ vào hiện tượng biến màu để phát hiện tiếp điểm bị nóng quá mức ). Để chữa, ta dùng giấy ráp hạt mịn đánh sạch lớp gỉ, rồi bôi phủ một lớp vadơlin mỏng. Nếu lưỡi dao bị cong vênh ít, cầu dao bị va chạm vào cạnh tiếp điểm lúc đóng. Nếu bị cong vênh nhiều, thì sinh va đập vào đầu sứ đỡ tiếp điểm tĩnh. Để loại bỏ hư hỏng này, ta có thể nắn lại lưới dao bị cong vênh, thay đổi vị trí tương đối giữa tiếp điểm tĩnh và động, hoặc điều chỉnh lực găng bộ truyền động. Độ chặt của tiếp điểm được duy trì bởi các lò xo ép tiếp điểm. Kiểm tra tình trạng của lò xo bằng cách xem xét bên ngoài khó phát hiện ra các sai hỏng. Lò xo bị đốt nóng quá mức, thể hiện ở chỗ lò xo bị bién màu, sẽ bị giảm tính chất đàn hồi. Khi đó lực ép lò xo sẽ yếu đi. Lực ép lò xo tiếp điểm thường được kiểm tra bằng lực kế ( hình 2- 10 ). Trước khi kiểm tra , phải làm vệ sinh lau sạch dầu mỡ tiếp điểm. Trị số lực găng tiếp điểm phải đảm bảo theo quy định. Bảng 2- 1 cho lực găng tiếp điểm nhỏ nhất của một số loại cầu dao cách ly. Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 44 Hình 2- 10 : Kiểm tra lực ép lò xo tiếp điểm dao cách ly bằng lực kế 1- Tiếp điểm động; 2- Tiếp điểm tĩnh. Nếu trị số lực găng đo được nhỏ hơn quy định ở bảng 2- 1, thì phải điều chỉnh lò xo. Khe hở giữa các vòng lò xo khi đóng dao không được dưới 0,5 mm . Nếu điều chỉnh hết mức mà vẫn không đủ lực ép thì phải thay lò xo khác. Lực găng tiếp điểm nhỏ nhất của dao cách ly Bảng 2- 1 Dòng điện định mức của cầu dao ( A ) Lực găng ( N ) 400 100 600 200 1000 – 2000 400 3000 800 Độ khít ép sát của tiếp điểm kiểm tra bằng căn lá dày 0,01mm, rộng 10 mm. Luồn căn là vào khe giữa tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động và đo độ sâu của căn lá ăn vào khe. Nếu độ sâu này vượt quá 4- 5 mm thì phải điều chỉnh lại lưỡi dao động. Sau khi sửa chữa và điều chỉnh, đóng dao cách ly phải êm, không va chạm. Kiểm tra cẩn thận sự làm việc của bộ truyền động. Các khớp nối, bản lề của bộ truyền động được bôi trơn một lớp va dơlin kỹ thuật ( về mùa hè ) hoặc một lớp dầu mỡ chịu lạnh ( về mùa đông ). Giáo trình khí cụ điện Trường Cao đẳng nghề Nam Định 45 Sửa chữa xong, tiến hành đóng cắt thử dao cách ly ít nhất 20 lần và quan sát tình trạnghoạt động của các bộ phận. Nếu không có dấu hiệu gì cần phải hiệu chỉnh hay sửa chữa thêm , thì có thể sử dụng được.