Bài giảng kỹ thuật điện trong sản xuất vật liệu xây dựng

TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ 1
KHOA XÂY DỰNG – BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG

BÀI GIẢNG CHUNG
KỸ THUẬT ĐIỆN TRONG SẢN XUẤT VLXD

Hà nội 5.2013

[1]


LỜI MỞ ĐẦU
Trường cao đẳng xây dựng, tháng 5 năm 2013
“Kỹ thuật điện trong sản xuất VLXD” là môn học được xây dựng trên nền
tảng của các môn học Kỹ thuật điện, cung cấp điện, hệ thống điện... áp dụng cho
sinh viên khối ngành công nghệ kĩ thuật vật liệu xây dựng, môn học tập trung đi
sâu nghiên cứu các vấn đề liên quan đến hệ thống cung cấp, trang bị điện cho
các nhà xưởng công nghiệp.
Với chủ trương chung của Đảng ủy – Ban giám hiệu Nhà trường, việc dạy
và học cần đi sát với thực tiễn của ngành công nghệ kĩ thuật vật liệu xây dựng,
bộ môn máy xây dựng đã xây dựng thành công bài giảng chung cho môn học
“Kỹ thuật điện trong sản xuất VLXD”.
Bài giảng chung “Kỹ thuật điện trong sản xuất VLXD” nhằm giúp cho
giảng viên thống nhất nội dung, kiến thức giảng dạy bên cạnh đó chủ yếu nhằm
làm tư liệu học tập cho sinh viên, do thời lượng học tập trên lớp hạn chế, hy
vọng với sự sáng tạo và tư duy độc lập của sinh viên bài giảng chung này có thể
củng cố thêm kiến thức cần thiết.
Bài giảng chung “Kỹ thuật điện trong sản xuất VLXD” được soạn và in
lần đầu tiên nên không tránh khỏi những hạn chế, rất mong bạn đọc góp ý kiến
gửi về bộ mơn máy xây dựng để bài giảng ngày càng hoàn chỉnh hơn.
Thay mặt bộ mơn, nhóm biên soạn gồm Ths.Ks Lê Anh Đức, Ths.Ks

Nguyễn Trường Sinh trân trọng cảm ơn.

[2]


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG NHÀ
XƯỞNG SẢN XUẤT.
I. Tổng quan về hệ thống điện:
Ngày nay khi nói đến hệ thống năng lượng, thơng thường người ta thường
hình dung nó là hệ thơng điện, đó khơng phải là hiện tượng ngẫu nhiên mà nó
chính là bản chất của vấn đề. Lý do là ở chỗ năng lượng điện đã có ưu thế trong
sản xuất, khai thác và truyền tải, cho nên hầu như toàn bộ năng lượng đang khai
thác được trong tự nhiên người ta đều chuyển đổi nó thầnh điện năng trước khi
sử dụng nó. Từ đó hình thành một hệ thống điện nhằm truyền tải, phân phối và
cung cấp điện năng đến từng hộ sử dụng điện.
1. Một số đặc điểm của điện năng:
+ Dễ chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác (quang, nhiệt, cơ
năng…).
+ Dễ truyền tải và truyền tải với hiệu suất khá cao.
+ Khơng có sắn trong tự nhiên, đều được khai thác rồi chuyển hoá thành
điện năng. Ở nơi sử dụng điện năng lại dễ dàng chuyển thành các dạng năng
lượng khác. Ngày nay phần lớn năng lượng tự nhiên khác được khai thác ngay
tại chỗ rồi được đổi thành điện năng (Ví dụ Nhà máy nhiệt điện thường được
xây dựng tại nơi gần nguồn than; nhà máy thủy điện gần nguồn nước…). Đó
cũng chính là lý do xuất hiện hệ thống truyền tải, phân phối và cung cấp điện
năng mà chúng ta thường gọi là hệ thống điện.
+ Điện năng sản xuất ra, nói chung khơng tích trữ được. Vì vậy tại mọi
thời điểm ln ln phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất ra với
điện năng tiêu.
+ Quá trình về điện xảy ra rất nhanh.

+ Điện năng là nguồn năng luợng chính của các ngành: CN nặng, CN
nhẹ... và là điều kiện quan trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư.
2. Định nghĩa:
[3]


Hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất ra điện năng; khâu truyền tải;
phân phối và cung cấp điện năng đến tận các hộ dùng điện.
“Cơng trình điện” được hiểu là tổ hợp cơng trình xây dựng và vật kiến
trúc, trang thiết bị để phát điện, truyền tải và phân phối điện năng. Cơng trình
điện bao gồm các nhà máy, tổ máy phát điện, các trạm biến áp, các đường dây
dẫn điện và trang thiết bị đồng bộ kèm theo.

II. Nguồn điện:
Nguồn điện là thiết bị phát ra điện năng. Về nguyên lý, nguồn điện là thiết
bị biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng thành điện
năng.
1. Các dạng nguồn điện
TỶ LỆ NGUỒN PHÁT ĐIỆN NĂM 1997 (EVN)
Thủy điện Hịa Bình
(36,6%)

NĐ Than
(17,36%)
TBK Gas
(10,29%)

Diezel
(1,2%)

TBK Dầu
(4,96%)
Thủy điện khác
(23,26%)
[4]

NĐ Dầu
(5,26%)


2. Nhà máy thủy điện Hịa Bình

1

3
5
4

2
6

1. Hồ thượng lưu. 2. Hồ hạ lưu. 3.Đập ngăn
4. Đường ống dẫn nước áp lực. 5. Hợp bộ tuốc bin – Máy phát.
6. Cửa xả nước sau tuốc bin.

3. Ưu, nhược điểm của nhà máy thủy điện
3.1 Ưu điểm
- Công suất nhà máy tùy thuộc vào năng lực của nguồn nước, từ 1 vài
MW đến hàng trăm và hàng ngàn MW.
- Tính linh hoạt vận hành rất cao, trong một vài phút có thể huy động hết

công suất nhà máy.
- Số lượng người quản lý vận hành không nhiều, chất thải sạch,
- Kết hợp phát điện với điều tiết thủy lợi, phát triển giao thông, du lịch ...
3.2 Nhược điểm
[5]


- Phải ngăn sông tạo ra các hồ nước lớn trải rộng dọc theo lưu vực của
sơng chính và làm thay đổi căn bản tất cả hệ sinh thái trong vùng. Thay đổi tập
quán sinh họat, lao động và văn hóa của các quần cư trong lưu vực.
-Khai thác cơng suất phụ thuộc vào thủy chế của hồ chứa, thời tiết khí
hậu trong năm.
-Hoạt động của nhà máy phụ thuộc nhiều vào các ngành liên quan và thụ
động.
III. Mạng lưới điện
Điện năng sau khi sản xuất ra từ các nguồn phát sẽ được truyền tải - cung
cấp - phân phối tới các hộ tiêu thụ điện nhờ mạng lưới điện.
Hệ thống điện bao gồm toàn bộ các khâu phát điện - truyền tải - cung cấp
- phân phối đến các hộ tiêu thụ điện.
Mạng lưới điện bao gồm hai bộ phận chủ yếu: Đường dây tải điện và các
trạm biến áp khu vực.
Mạng điện xí nghiệp có một phạm vi nhỏ, chỉ bao gồm có trạm biến áp
và mạng phân phối điện đến các thiết bị dùng điện trong xí nghiệp.
Cấp điện áp định mức của mạng điện được chọn càng cao thì cơng suất
truyền tải và độ dài truyền tải càng lớn.
Cấp điện áp định mức càng cao thì vốn đầu tư xây dựng cũng như chi phí
vận hành và tính phức tạp của mạng điện cũng tăng theo.
Do đó ứng với một lượng cơng suất và khoảng cách truyền tải nhất định,
để chọn cấp điện áp định mức cho hợp lý ta phải giải quyết bài toán so sánh cả
về kinh tế và kỹ thuật.

IV. Hệ dẫn điện.
Hệ dẫn điện là tập hợp các dây dẫn điện, cáp điện với các kết cấu, chi tiết
kẹp, đỡ và bảo vệ liên quan tới chúng, được lắp đặt theo quy phạm. Hệ dẫn điện
được phân loại như sau:
1. Hệ dẫn điện hở là hệ dẫn điện lắp đặt trên bề mặt tường, trần nhà, vì
kèo và các phần kiến trúc khác của tồ nhà và cơng trình, trên cột điện... Đối
với hệ dẫn điện hở, áp dụng các phương pháp lắp đặt dây dẫn hoặc cáp điện
[6]


sau: trực tiếp trên mặt tường, trần nhà v.v. trên dây đỡ, dây treo, puli, vật cách
điện, trong ống, hộp, ống mềm kim loại, máng, trong gờ chân tường và thanh
ốp kỹ thuật điện, treo tự do v.v. Hệ dẫn điện hở có thể là cố định, di động hoặc
di chuyển được.
2. Hệ dẫn điện kín là hệ dẫn điện lắp đặt bên trong phần kiến trúc của
toà nhà và cơng trình (tường, nền, móng, trần ngăn), cũng như trên trần ngăn
làm sàn, trực tiếp bên dưới sàn có thể tháo ra được... Đối với hệ dẫn điện kín, áp
dụng các phương pháp sau để lắp đặt dây dẫn hoặc cáp điện: trong ống, ống mềm
kim loại, hộp, mương kín và các khoảng trống của kết cấu xây dựng, trong rãnh
trát vữa, cũng như trong khối liền của kết cấu xây dựng.
V. Phụ tải điện.
Dữ kiện tối quan trọng của bài toán thiết kế cung cấp điện là phụ tải điện.
Việc xác định chính xác giá trị phụ tải cho phép lựa chọn đúng thiết bị và sơ đồ
cung cấp điện, đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện.
Các nhân tố công suất, loại và vị trí của các thiết bị tiêu thụ cho phép xác
định cấu trúc sơ đồ và các tham số của các phần tử hệ thống cung cấp điện.
Thường trong dữ kiện bài tốn thiết kế cho biết cơng suất đặt của các thiết bị
tiêu thụ điện, tuy nhiên sự đốt nóng các phần tử và các thiết bị điện cịn phụ
thuộc cả vào chệ độ làm việc của các hộ dùng điệnn vì vậy cần phải xem xét phụ
tải theo cả dịng điện I, cơng suất tác dụng P, cơng suất phản kháng Q và cơng

suất tồn phần S.
Việc lựa chọn các thiết bị, các phần tử của hệ thống cung cấp điện được
thực hiện dựa trên kết quả tính toán phụ tải. Sai số của bài toán xác định phụ tải
có thể dẫn đến việc lựa chọn sơ đồ thiếu chính xác, dẫn đến giảm sút các chỉ tiêu
kinh tế, kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện. Nếu kết quả tính tốn lớn hơn so
với giá trị thực thì sẽ dẫn đến sự lãng phí vốn đầu tư, các thiết bị được lựa chọn
không làm việc hết công suất, dẫn đến hiệu quả thấp; Nếu kết quả tính tốn nhỏ
hơn giá trị thực, thì sẽ dẫn đến sự làm việc quá tải của các thiết bị, không sử
dụng hết khả năng của các thiết bị công nghệ, làm giảm năng suất, làm tăng tổn
thất điện năng và giảm tuổi thọ của các thiết bị điện. Như vậy bài toán xác định
[7]


phụ tải là giai đoạn tối quan trọng của quá trình thiết kế cung cấp điện. Tuy
nhiên, việc xác định chính xác giá trị phụ tải là khơng thể, vì có rất nhiều nhân
tố ảnh hưởng đến chệ độ tiêu thụ điện, trong dó có cả các nhân tố tác động ngẫu
nhiên. Nhìn chung sai số cho phép của bài toán này khoảng ± 10%.
Các tham số quan trọng tham gia trong q trình tính tốn phụ tải là:
- Cơng suất định mức là công suất thiết bị ứng với với các điều kiện
chuẩn do nhà máy chế tạo ghi trên hộ chiếu của thiết bị. Đối với động cơ điện,
cơng suất định mức ghi trên nhãn hiệu máy, chính là công suất cơ trên trục cơ.
Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, khi tính tốn, cơng suất
định mức được quy về chế độ làm việc dài hạn ứng với hệ số tiếp điện định mức
εn:
P’n = Pn

ε

Ở đây P’n là công suất định mức quy về chế độ làm việc dài hạn;

εn- hệ số tiếp điện định mức.
- Công suất tiêu thụ trung bình trong một khoảng thời gian xét t được
xác định từ biểu thức sau:
Ptb =

Ar
;
t

Ar - điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong khoảng thời gian t.
Cơng suất tiêu thụ trung bình đóng vai trị quan trọng trong việc phân tích
chế độ, xác định phụ tải tính tốn và tổn hao điện năng .
- Cơng suất cực đại là công suất lớn nhất xuất hiện trong khoảng thời
gian xét. Phân biệt hai loại công suất cực đại:
* Công suất cực đại ổn định (PM) là công suất tiêu thụ lớn nhất tác động
trong khoảng thời gian không dưới 30 phút. Đây là công suất để đánh giá chế độ
làm việc và chọn thiết bị điện theo điều kiện đốt nóng cho phép.
* Cơng suất cực đại đỉnh nhọn - Pđnh là công suất lớn nhất xuất hiện trong
khoảng thời gian ngắn (ví dụ như khi khởi động động cơ). Người ta căn cứ vào
giá trị phụ tải này để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động của động
cơ, chọn dây chảy và tính dịng điện khởi động của rơle bảo vệ. Ngồi trị số của
[8]


phụ tải đỉnh nhọn, người ta còn quan tâm đến số lần xuất hiện nó, nếu tần số
xuất hiện càng lớn thì mức độ ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của các
thiết bị dùng điện khác trong mạng điện sẽ càng cao.
- Cơng suất tính tốn là cơng suất giả định lâu dài không đổi, tương
đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất. Các thiết bị điện được
chọn theo công suất này sẽ đảm bảo được an toàn trong mọi trạng thái vận hành.

Trong thực tế cơng suất tính tốn thường được lấy bằng công suất cực đại ổn
định (Ptt=PM).
Đơn giản nhất, phụ tải điện là các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đổi
điện năng thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang
năng…
Tất cả các thiết bị điện được phân loại theo các đặc điểm vận hành và kỹ
thuật cơ bản sau: thiết bị sản xuất; điều khiển sản xuất; chế độ dùng điện; công
suất và điện áp; loại dòng điện; mức độ tin cậy cung cấp điện v.v.
1. Phân loại theo cấp điện áp.
Theo cấp điện áp tất cả các thiết bị điện được phân thành hai loại: thiết bị
hạ áp (có U≤1000 V) và thiết bị cao áp (U>1000 V).
2. Phân loại theo loại dòng điện.
- Thiết bị làm việc ở mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp (50 Hz);
- Thiết bị làm việc ở mạng điện tần số cao hoặc thấp;
- Thiết bị làm việc ở mạng điện một chiều.
3. Phân loại theo chế độ làm việc.
- Thiết bị làm việc với chế độ dài hạn: Các thiết bị này có phụ tải khơng
thay đổi hoặc ít thay đổi trong suốt thời gian làm việc như động cơ các máy
bơm, máy quạt v.v.
- Thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn: Các thiết bị chỉ làm việc trong
khoảng thời gian ngắn chưa đủ để nhiệt độ tăng lên đến giá trị xác lập, ví dụ như
máy cắt kim loại, máy trộn v.v.

[9]


- Thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: trong trường hợp này các
thiết bị làm việc theo chế độ luân phiên: đóng, cắt thời gian gian của tồn bộ chu
trình khơng vượt q 10 phút, ví dụ máy nâng hạ, máy hàn, thang máy v.v.
4. Phân loại theo dạng năng lượng biến đổi được phân thành các nhóm:

động lực, chiếu sáng, tạo nhiệt v.v.
5. Phân loại theo vị trí lắp đặt.
- Thiết bị điện lắp đặt cố định, di động.
- Thiết bị điện lắp đặt trong nhà, ngoài trời.
- Thiết bị điện lắp đặt ở những điều kiện đặc biệt như nóng, ẩm, bụi, có
hơi và khí ăn mịn, có khí và bụi nổ.
VI. Đặc điểm kỹ thuật của các thiết bị điện công nghiệp
1. Thiết bị động lực
Thiết bị động lực trong công nghiệp chiếm tỷ lệ rất lớn. Phụ thuộc vào
đặc điểm của các q trình cơng nghệ các động cơ điện có thể là động cơ điện
xoay chiều (không đồng bộ, hoặc động cơ đồng bộ), động cơ điện một chiều với
các gam công suất khác nhau. Điện áp định mức của các động cơ xoay chiều ba
pha chủ yếu là 0,38; 0,66; 3; 6 hoặc 10 kV. Gam công suất phổ biến là 0,1÷350;
1÷600; 100÷1000; 20÷1000 và trên 1000 kW. Các động cơ điện một chiều
thường sử dụng điện áp 220 hoặc 440 V cơng suất từ 0,3÷329 kW.
2. Thiết bị tạo nhiệt
Thiết bị tạo nhiệt chủ yếu là các lò điện và các cơ cấu chuyển đổi điện
năng thành nhiệt năng thường làm việc theo các nguyên lý: điện trở, cảm ứng,
hồ quang và nguyên lý hổn hợp.
Các lò nhiệt điện trở thường được cung cấp bởi mạng điện 380/220V tần
số cơng nghiệp 50Hz. Tồn tại loại lị điện một pha hoặc ba pha công suất từ vài
chục đến hàng ngàn kW. Hệ số công suất của các thiết bị này khá cao (sấp sỉ 1,
đối với lò gián tiếp và 0,7 ÷ 0,9 đối với lị trực tiếp).
Các lị điện cảm ứng được chế tạo có hoặc khơng có lõi thép. Loại lị cảm
ứng có lõi thép làm việc với tần số công nghiệp, điện áp 380/220 V hoặc cao
[10]


hơn, phụ thuộc vào cơng suất. Chúng có thể là thiết bị một, hai hoặc ba pha
công suất đến 2000 kVA. Hệ số công suất của các loại thiết bị này dao động

trong phạm vi rộng: cosϕ = 0,2 ÷ 0,8.
Các lị điện cảm ứng khơng lõi thép được chế tạo để làm việc với tần số
công nghiệp hoặc với tần số cao từ 500 Hz đến 40 Mz. Các thiết bị này được
cung cấp bởi mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp. Hệ số công suất của
thiết bị tương đối thấp (0,06 ÷ 0,25).
Các lị điện hồ quang, theo nguyên lý đốt nóng được phân thành các thiết
bị đốt nóng trực tiếp, gián tiếp hoặc hỗn hợp.
Ở lị hồ quang đốt nóng trực tiếp, kim loại được làm chảy bởi nhiệt năng
tao ra giữa điện cực với chính kim loại xử lý. Loại lò này được cung cấp bởi
mạng điện xoay chiều 6÷ 110 kV qua máy hạ áp. Hệ số cơng suất có giá trị trong
khoảng 0,8 ÷ 0,6.
Ở loại lị hồ quang đốt nóng gián tiếp, kim loại được làm chảy bởi nhiệt
năng sinh ra giữa các điện cực của thiết bị. Công suất của loại lị này khơng lớn
lắm. Lị được cung cấp bởi mạng điện tần số công nghiệp qua máy biến áp đặc
biệt.
Ở loại lị hổn hợp, kim loại được làm nóng bởi nhiệt năng sinh ra do dòng
điện đi qua chất liệu và cả do hồ quang. Lò hổn hợp được cung cấp bởi mạng
điện xoay chiều tần số công nghiệp qua máy hạ áp. Cơng suất lị cỡ vài tăm kW,
hệ số cơng suất 0,85 ÷ 0,92.
Thiết bị hàn điện làm việc với dòng điện xoay chiều hoặc dòng một chiều.
Thiết bị hàn điện xoay chiều được cung cấp bởi máy biến áp 380/220 V hoặc
cao hơn. Công suất của máy biến áp hàn dao động từ vài chục đến vài trăm
kVA. Hệ số công suất của các thiết bị này tương đối thấp (0,3 ÷ 0,35 đối với
máy hàn hồ quang và 0,4 ÷ 0,7 đối với máy hàn điểm). Các thiết bị hàn điện một
chiều được cung cấp bởi cơ cấu chỉnh lưu biến đổi dòng điện xoay chiều thành
dịng một chiều. Hệ số cơng suất của thiết bị này ở chế độ làm việc khoảng 0,7 ÷
0,8 và ở chế độ không tải là 0,4.
[11]

Các thiết bị chiếu sáng dùng trong công nghiệp chủ yếu là đèn sợi đốt và
đèn phóng điện. Các loại đèn công nghiệp đều là thiết bị một pha công suất 100
÷ 1000 W với điện áp 127 ÷ 220 V. Hệ số công suất của đèn sợi đốt là 1 và của
các đèn phóng điện là 0,6 ÷ 0,7, tuy nhiên hầu hết các đèn phóng điện đều được
mắc kèm theo các tụ bù nên hệ số công suất của mạng điện chiếu sáng thường
đạt đến giá trị 0,9 ÷ 0,96.
VII. Những yêu cầu cơ bản khi thiết kế cung cấp điện (CCĐ).
1. Độ tin cậy.
Sơ đồ phải đảm bảo tin cậy CCĐ theo yêu cầu của phụ tải, do đó phải căn
cứ vào hộ tiêu thụ (dưới đây) từ đó chọn sơ đồ nguồn CCĐ.
* Hộ loại I: phải có 2 nguồn CCĐ. sơ đồ phải đảm bảo cho hộ tiêu thụ
không được mất điện, hoặc chỉ được giãn đoạn trong 1 thời gian cắt đủ cho cacd
TB tự động đóng nguồn dự phịng.
* Hộ loại II: được CCĐ bằng 1 hoặc 2 nguồn. Việc lựa chọn số nguồn
CCĐ phải dựa trên sự thiệt hại kinh tế do ngừng CCĐ.
* Hộ loại III: chỉ cần 1 nguồn.
2. An toàn.
Sơ đồ CCĐ phải đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người vận hành trong mọi
trạng thái vận hành. Ngoài ra còn phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như đơn
giản, thuận tiện vận hành, có tính linh hoạt cao trong việc sử lý sự cố, có biện
pháp tự động hoá..
3. Kinh tế.
Sơ đồ phải là sự lựa chọn tối ưu, hợp lý nhất về vốn đầu tư và chi phí vận
hành.
VIII. Những tiêu chuẩn cơ bản của hệ thống cung cấp điện (CCĐ).
1. Tiêu chuẩn điện áp.
Điện áp đặt lên đầu cực thiết bị điện (TBĐ) so với điện áp định mức của
nó khơng được vượt q giới hạn cho phép. Quy định như sau:
- Đối với mạng cung cấp cho các thiết bị động lực: [∆U%] = ± 5%.
[12]

- Đối với mạng cung cấp cho các thiết bị chiếu sáng: [∆U%] = ± 2,5%.
Trong trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng đang ở trong tình trạng
sự cố thì độ lệch điện áp cho phép có thể tới - 10%Uđm.
2. Tiêu chuẩn tần số.
Độ lệch tần số cho phép được qui định là ± 0,5 Hz. Để đảm bảo tần số của
hệ thông điện được ổn định công suất tiêu thụ phải nhỏ hơn công suất của hệ
thống. Vậy ở phụ tải lớn khi phụ tải gia tăng thường phải đặt thêm thiết bị tự
động đóng thêm máy phát điện dự trữ hoặc thiết bị bảo vệ sa thải phụ tải theo
tần số.
3. An toàn cung cấp điện (CCĐ).
Hệ thống CCĐ phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị.
Muốn vậy phải chọn sơ đồ CCĐ hợp lý, rõ ràng mạch lạc để tránh nhầm lẫn
trong vận hành, các thiết bị điện phải được chọn đúng chủng loại, đúng công
suất.
4. Chỉ tiêu kinh tế cao.
Chỉ tiêu kinh tế chỉ được xét đến khi các chỉ tiêu kĩ thuật đã được đảm
bảo. Chỉ tiêu kinh tế được đánh giá qua: tổng số vốn đầu, chi phí vận hành và
thời gian thu hồi vốn đầu. Đánh giá chỉ tiêu kinh tế cần so sánh tỉ mỉ giữa các
phương án, từ đó mới rút ra được phương án tối ưu.

[13]


CHƯƠNG II. KHÍ CỤ ĐIỆN
I. Rơ le
Rơle nói chung thơng thường là thiết bị điều khiển, bảo vệ TB khi xảy ra
hiện tượng ngắn mạch hoặc quá tải… Trong thực tế ngành công nghiệp hiện nay
rơle là thiết bị điều khiển và bảo vệ tin cậy nên được dùng phổ biến và cũng hết

sức đa dạng về chủng loại và thương hiệu.
1.Rơ le điện từ
1. Mạch từ hình chữ U
2. Nắp từ động
3. Cuộn dây
4. Lò xo
5. Tiếp điểm tĩnh
6. Tiếp điểm động

Sơ đồ nguyên lý rơle điện từ

- Mạch từ là các lá thép kỹ thuật mỏng từ 0.35 - 0.5mm được ghép lại với
nhau để tránh dòng điện xốy, mạch từ được ghép hình chữ Ø, U, mạch từ được
chia ra làm hai phần: Phần được kẹp chặt đứng yên gọi là phần tĩnh; Phần được
nối với từ thơng tiếp điểm động qua hệ thống tay địn cách điện được gọi là phần
động (ứng).
- Cuộn dây có điện trở bé, dòng điện chạy trong cuộn dây phụ thuộc vào
khe hở lõi thép phần ứng và phần tĩnh.
- Khi có dịng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ. Phần ứng
được hút chặt lại với phần tĩnh. Tiếp điểm 6 đóng lại với tiếp điểm cố định 5.
2. Rơ le dòng điện và rơle điện áp
a. Rơle dòng điện
- Dùng để bảo vệ mạch điện bị quá tải hoặc ngắn mạch và điều khiển sự
làm việc của động cơ điện.
- Rơle dịng điện gồm có mạch từ 1 được cuốn cuộn dây dòng điện 2 có
nhiều đầu ra. Khi dịng điện chay qua cuộn dây 2 từ trường sẽ tác dụng một lực
[14]


từ lên nắp từ động làm bằng miếng sắt hình chữ Z. Nếu dòng điện vượt quá giá

trị chỉnh định lực từ thắng lực cản của lò xo 4, hút nắp từ động chữ Z quay và
đóng hoặc mở hệ thống tiếp điểm.

1. Mạch từ hình chữ C
2. Cuộn dây dịng điện
3. Nắp từ động hình chữ Z
4. Lị xo
Sơ đồ nguyên lý rơle dòng điện
- Rơ le dòng điện loại này dùng để bảo vệ dòng điện cực đại. Cuộn dây
rơle dòng mắc nối tiếp với mạch cần bảo vệ.
b. Rơle điện áp
- Dùng để bảo vệ các thiết bị điện khi điện áp của nó tăng hoặc hạ quá
mức quy định.

Rơle điện áp có cấu tạo và nguyên lý làm việc như rơle dòng

điện. Khác nhau là: Cuộn dịng điện của rơle dịng điện ít vịng, tiết diện dây to
được mắc nối tiếp với mạch điện, còn cuộn áp của rơle điện áp có số vịng nhiều
hơn, tiết diện dây nhỏ và được mắc song song với mạch điện của thiết bị cần bảo
vệ. Rơle điện áp có hai loại:
- Rơle điện áp cực đại: Phần ứng (phần quay) của loại rơle này lúc điện áp
bình thường đứng yên, khi điện áp tăng quá mức quy định lực điện từ thắng lực
cản, rơle tác động.
- Rơle điện áp cực tiểu: Ở điện áp bình thường phần ứng rơle chịu lực
điện từ tác dụng. Khi điện áp hạ xuống dưới mức điện áp quy định, lực cản
thắng phần ứng sẽ đóng hoặc mở các tiếp điểm.
3. Rơle tốc độ
- Rơle kiểm tra tốc độ thường được dùng để thay đổi chế độ làm việc của
động cơ ở một tốc độ nào đó. Khi tốc độ quay đạt một trị số cho trước nào đó,
rơle sẽ tác động đóng mở tiếp điểm của nó trong mạch điều khiển hoặc bảo vệ.

[15]


- Phần cảm là nam châm vĩnh cửu 2 được gắn đồng trục với trục quay 1
của động cơ hoặc trục quay nào đó nhận chuyển động từ động cơ.
- Phần ứng 3 gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau thành hình
trụ rỗng, trên đó có đặt các thanh dẫn ngắn mạch tương tự như rôto lồng sóc,
phần ứng được gắn với một tay gạt bằng nhựa 4 và có thể quay tự do.
- Khi phần ứng quay kéo theo tay gạt tác động vào lá thép đàn hồi để
đóng hay mở các tiếp điểm tùy theo chiều quay của phần ứng.

1. Trục rơle tốc độ
2. Nam châm vĩnh cửu
3. Phần ứng
4. Tay gạt nhựa

Sơ đồ nguyên lý rơle tốc độ
- Khi động cơ quay, trục 1 quay theo làm quay nam châm 2, sẽ tạo ra một
từ trường quay quét qua các thanh dẫn lồng sóc. Sức điện động cảm ứng xuất
hiện trong các thanh dẫn lồng sóc sẽ sinh ra dịng điện cảm ứng tạo ra mơ men
quay làm quay lồng sóc theo chiều quay của từ trường.
- Khi phần ứng 3 quay, tay gạt bằng nhựa 4 tùy theo hướng quay của trục
động cơ mà đóng hoặc mở hệ thống tiếp điểm.
- Khi tốc độ động cơ giảm xuống gần bằng 0. Mô men yếu đi tay gạt bằng
nhựa 4 không ấn lên các thanh lò xo nữa hệ thống tiếp điểm trở về vị trí ban đầu.
4. Rơle nhiệt
- Rơle nhiệt là phần tử dùng để bảo vệ các thiết bị điện (động cơ) khỏi bị quá
tải.
- Khi dòng điện phụ tải chạy qua phần tử đốt nóng1 tăng lên lớn hơn dịng
điện định mức, phần tử đốt nóng sẽ nóng lên và toả nhiệt ra môi trường xung

quanh. Thanh kim loại kép 2 (gồm 2 lá kim loại khác nhau có hệ số dãn nở khác
[16]


nhau, gắn chặt với nhau) sẽ cong lên và rời khỏi đầu trên của tay đòn 3. Dưới tác
dụng của lò xo 4 kéo tay đòn 3 quay làm tiếp điểm động 6 mở ra cắt điện khỏi
đối tượng cần bảo vệ.

1. Phần tử đốt nóng
2. Thanh kim loại kép
3. Tay đòn
4. Lò xo
5. Nút ấn phục hồi
6. Tiếp điểm động
7. Tiếp điểm tĩnh

Sơ đồ nguyên lý rơle nhiệt

- Sau khi sự cố đã được loại trừ muốn hệ thống tiếp điểm trở về vị trí ban
đầu ta ấn nút phục hồi 5.
5. Rơle thời gian
- Rơle thời gian là khí cụ điện hạ áp được sử dụng trong các mạch điều
khiển để trì hỗn (delay) thời gian tác động của các mạch điện.
5.1. Rơle thời gian kiểu điện từ
- Khi đóng hoặc cắt điện cuộn hút 4, từ thơng trong lõi từ biến thiên làm
xuất hiện trong lõi từ biến thiên làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong các
vòng ngắn mạch. Từ trường của dòng ngắn mạch chống lại sự biến thiên của từ
trường đã sinh ra nó do đó tốc độ biến thiên của từ thơng tạo bởi cuộn hút 4 bị
chậm lại. Kết quả, thời gian tác động của rơle cũng chậm lại.

[17]


1. Mạch từ chữ nhật dẹt
2.Vòng ngắn mạch
3. Mạch từ trụ
4. Cuộn dây
5. Nắp từ động
6. Lò xo nhả
7. Lò xo
8.Tiếp điểm động
9. Tiếp điểm tĩnh

Sơ đồ nguyên lý rơle thời gian

- Chỉnh định thời gian bằng cách: chỉnh độ căng của lò xo nhả 6, chỉnh
độ căng của lò xo 7 tạo ra lực tách nắp từ động 5 khỏi trụ từ 3, hoặc chỉnh khe
hở phụ qua tấm đệm phi từ tính giữa nắp từ động 5 và trụ 3.
II. Áp tơ mát (ATM)
- Áptơmát nói chung là thiết bị điều khiển và bảo vệ TB khi xảy ra hiện
tượng quá tải hoặc ngắn mạch.
- Áptômát là thiết bị đóng và tự động cắt khi xảy ra hiện tượng quá tải
hoặc ngắn mạch.
- Ngoài ra (riêng) một số Áptơmát 3 pha cịn có khả năng bảo vệ giảm
điện áp.

[18]


1. ATM kiểu dòng điện cực đại (DĐCĐ)

1. Cuộn dây
2. Nắp từ động
3,6. Lò xo
4. Cần mang nắp từ động
5. Đòn mang tiếp điểm động
Sơ đồ nguyên lý ATM kiểu DĐCĐ
- Sau khi đóng ATM bằng tay, ATM cấp điện cho mạch cần được bảo vệ.
Lúc này mấu của các chốt ở đầu cần 4 và địn 5 móc vào nhau để giữ tiếp điểm
động tỳ vào tiếp điểm tĩnh. Khi dòng điện vượt quá chỉ số chỉnh định của ATM
qua lực căng của lò xo 3, cuộn điện từ 1 nối tiếp với mạch động lực sẽ đủ lực,
thắng lực cản của lò xo 3 và hút nắp từ động 2 làm cần 4 quay nhả móc chốt. Lị
xo 6 kéo rời tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh để cắt mạch.
- ATM dòng điện cực đại được dùng để bảo vệ mạch điện khi quá tải và
khi ngắn mạch.
- Chỉnh dịng điện cực đại có thể bằng nhiều cách: Chỉnh lực căng của lò
xo 3 tăng theo dòng điện cực đại mà ATM phải cắt.
2. ATM kiểu dòng điện cực tiểu (DĐCT)

1. Cuộn điện từ
2. Nắp từ động
3. Lò xo
Sơ đồ nguyên lý ATM kiểu DĐCT
[19]


- Bình thường dịng điện làm việc lớn hơn dịng cắt tối thiểu (I > Icđ) và
cuộn điện từ 1 sinh đủ lực hút để hút nắp từ động 2 và tiếp điểm được đóng kín.
Khi I < Icđ, cuộn 1 khơng đủ từ lực sẽ bị lị xo 3 kéo nắp từ động 2 ra làm mở
tiếp điểm cắt điện vào mạch cần bảo vệ

3. ATM kiểu điện áp

1. Cuộn dây
2. Nắp từ động
3,6. Lò xo
4. Cần mang nắp từ động
5. Đòn mang tiếp điểm động
Sơ đồ nguyên lý ATM kiểu điện áp
- Sau khi đóng ATM bằng tay, cuộn hút 1 có đủ điện áp sẽ hút nắp từ
động 2 để chốt đầu cần 4 và đầu đòn 5 vào nhau, giữ cho các tiếp điểm thông
mạch. Khi điện áp nguồn giảm xuống dưới mức chỉnh định U < Ucđ , cuộn 1
khơng đủ địên áp sẽ có lực từ yếu, khơng đủ thắng lực kéo của lị xo 3 và nhả
nắp từ động 2. Chốt móc giữ đầu cần 4 và đầu đòn 5 bật ra làm lò xo 6 kéo rời
tiếp điểm động khỏi tiếp điểm tĩnh để cắt mạch.
- ATM điện áp thấp dùng để bảo vệ mạch điện khi điện áp tụt thấp hoặc
mất điện lưới.
4. Cầu dao chống giật ELCB
- ELCB là một cầu dao tự động (CB), ngoài mạch bảo vệ quá tải overload
(OL), còn kèm theo mạch bảo vệ chống dòng điện rò mạch chạm mát gây hỏa
hoạn, hoặc chống hiện tượng bị tử vong do con người vô ý chạm phải điện.
- Bộ phận cơ bản của mạch chống rò điện là một vịng xuyến mạch từ loại
sắt Ferrit có độ từ thẩm cao. Trên đó được quấn 2 cuộn dây có số vịng bằng
nhau, sao cho khi có dịng điện đi qua, thì từ thơng tổng của 2 từ thơng sinh ra
do bởi 2 dịng điện đi và về qua 2 cuộn dây này có trị số Φ = 0. Và một cuộn
[20]


cảm biến quấn nhiều vòng dây bé tiếp nhận dòng cảm ứng xuất hiện, cung cấp
vào cuộn dây rơle con để tác động mở
!

"

1. Mạch từ vòng xuyến
2. Cuộn dây

Sơ đồ nguyên lý cầu dao chống giật
chốt chặn, đẩy bật các tiếp điểm chính cắt mạch.
- Khi đóng ELCB cung cấp điện cho mạch tiêu thụ, nếu khơng có dịng
điện rị thì khơng có gì xảy ra. Nếu có sự rò điện (chạm mát) trên đường dây ở
mạch tiêu thụ thì do dịng điện đi trên đường dây pha và dịng điện về trên dây
trung tính N khơng bằng nhau, nên dòng điện tổng It = IP – IN > 0 (khoảng trên
250 mA). Vì vậy từ thơng tổng Φt của 2 cuộn dây sinh ra trong vòng xuyến sắt
Ferrit, làm phát sinh sức ứng điện động trong cuộn dây cảm ứng, tác động cuộn
dây rơle con hoạt động mở chốt chặn, đẩy bật các tiếp điểm chính nhả ra cắt
mạch chính.
- Ngày nay, các ELCB có thêm vi mạch để khuyếch đại dòng điện cung
cấp cho cuộn dây rơle con. Vì vậy nâng tính chính xác hơn, chỉ cần sai biệt dịng
rị điện i=15 mA thì ELCB đã hoạt động cắt mạch ngay, tránh cho người bị điện
giật không bị tử vong.
- Khi mắc ELCB nên mắc đúng dây pha vào cọc L, cịn dây trung tính vào
cọc N và sử dụng cho đúng điện áp có ghi trên ELCB, nếu khơng dễ hỏng vi
mạch bên trong nó. Nên sử dụng ELCB với dòng rò i = 30 mA thì thích hợp với
điều kiện của Việt Nam. Loại ELCB 3 pha chỉ áp dụng cho động cơ 3 pha mà
thôi.
[21]


- Khi lắp đặt ELCB tại cầu dao chính, nên chọn loại có dịng rị i > 250
mA để tránh sự ngắt mạch phiền toái do hiện tượng sét đánh từ xa. Nhưng vẫn

có tác động hiệu quả đối với dịng rị có thể gây hỏa hoạn.
5. Cơng tắc tơ - Khởi động từ
5.1. 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 lực có phụ tải, điện áp đến 500V, dịng điện đến
600A
- Theo ngun lý truyền động: có cơng tắc tơ kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu
thuỷ lực.
- Theo dòng điện: có cơng tắc tơ một chiều và cơng tắc tơ xoay chiều.
- Theo kết cấu: có cơng tắc tơ ở nơi hạn chế chiều cao.

#

&' (
)*
(+ ,

#

$

$
%&
,-

'-

Sơ đồ nguyên lý của công tắc tơ

1. Cuộn dây; 2. Mạch từ chữ E; 3. Nắp từ động; 4. Cần mang nắp từ

động
5. Lò xo; 6. Tiếp điểm động
- Điện áp định mức Uđm: Là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp
điểm chính phải đóng cắt 110V, 220V, 400V một chiều và 127V, 220V, 380V,
500V xoay chiều.
[22]


- Dòng điện định mức Iđm: Là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính
trong chế độ làm việc gián đoạn và lâu dài.

Dịng điện định mức của cơng tắc

tơ hạ áp: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600A
- Mạch từ: Là các lõi thép có hình dạng chữ ø, hoặc chữ II. Nó gồm các
lá thép kỹ thuật điện có chiều dầy 0.35 - 0.5 mm ghép lại với nhau để tránh tổn
hao dòng điện xốy.
- Các kí hiệu của cơng tắc tơ trên bản vẽ

K13
K1

K12

K14

- Phần được kẹp chặt cố định (phần tĩnh).
- Phần động được nối với với hệ thống tiếp điểm, qua hệ thống tay đòn
được gọi là phần ứng.
- Cuộn dây có điện trở bé, dịng điện chạy trong cuộn dây phụ thuộc vào

khe hở khơng khí giữa nắp và lõi thép cố định.
- Đối với công tắc tơ xoay chiều ở mặt gơng từ tính người ta cịn xẻ rãnh
và đặt vòng ngắn mạch để chống rung.
- Hệ thống tiếp điểm có cấu tạo khác nhau và được mạ bạc để tiếp xúc tốt.
- Cơng tắc tơ đóng cắt cho các thiết bị điện có dịng điện lớn ở mạch động
lực là tiếp điểm chính có bộ phận dập hồ quang.
- Ngồi ra ở cơng tắc tơ cịn bố trí thêm tiếp điểm thường đóng, thường
mở phụ để đóng cắt mạch điều khiển.
- Khi cuộn dây công tắc tơ có điện phần ứng của cơng tắc tơ hút chặt lại
với phần tĩnh. Các tiếp điểm chính và phụ của cơng tắc tơ đóng lại hoặc mở ra
ứng với từng vị trí của nó.
5.2. Khởi động từ
[23]


- Khởi động từ là một khí cụ điện kết hợp giữa công tắc tơ và rơle nhiệt để
điều khiển động cơ và bảo vệ quá tải cho động cơ.
- Khởi động từ đơn gồm một công tắc tơ kết hợp với một rơle nhiệt dùng
để điều khiển động cơ quay một chiều.
- Khởi động từ kép gồm hai công tắc tơ kết hợp với một rơle nhiệt dùng
để điều khiển động cơ quay hai chiều.
6. Cầu chì
- Là loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị điện và lưới điện khi bị sự cố
quá tải hoặc ngắn mạch

- Kí hiệu của cầu chì trên bản vẽ kỹ thuật

Cầu chì thơng thường

[24]

Cầu chì tự rơi 3 pha


CHƯƠNG III. CHỌN DÂY, CÁP VÀ KHÍ CỤ ĐIỆN BÊN TRONG
NHÀ XƯỞNG SẢN XUẤT.

I. Khái niệm chung
- Tiết diện dây dẫn và lõi cáp phải được lựa chọn nhằm đảm bảo sự làm
việc an toàn, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của mạng điện, trong đó
các yêu cầu kỹ thuật ảnh hưởng đến việc chọn tiết diện dây là:
1. Phát nóng do dịng điện làm việc lâu dài (dài hạn).
2. Phát nóng do dịng ngắn mạch (ngắn hạn).
3. Tổn thất điện áp trong dây dẫn và cáp trong trạng thái làm việc bình thường và
sự cố.
4. Độ bền cơ học của dây dẫn và an toàn.
5. Vầng quang điện.
- Với 5 điều kiện trên ta xác định được 5 tiết diện, tiết diện dây dẫn nào bé
nhất trong chúng sẽ là tiết diện cần lựa chọn thoả mãn điều kiện kỹ thuật. Tuy
nhiên có những điều kiện kỹ thuật thuộc phạm vi an tồn do đó dây dẫn sau khi
đã được lựa chọn theo các điều kiện khác vẫn cần phải chú ý đến điều kiện riêng
của từng loại dây dẫn, vị trí và mơi trường nơi sử dụng để có thể lựa chọn được
dơn giản và chính xác hơn.
Ví dụ:
+ Yếu tố vầng quang điện và độ bền cơ học chỉ được chú ý khi chọn tiết
diện dây dẫn trên khơng.
+ Điều kiện phát nóng do dòng ngắn mạch chỉ được chú ý khi chọn cáp.
+ Để đảm bảo độ bền cơ học người ta qui định tiết diện dây tối thiểu cho
từng loại dây ứng với cấp đường dây (vật liệu làm dây, loại hộ dùng điện, địa
hình mà dây đi qua…).

[25]