Giáo trình Khí cụ điện (Nghề: Lắp đặt thiết bị điện - Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ


GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: KHÍ CỤ ĐIỆN
NGHỀ: LẮP ĐẶT THIẾT BỊ ĐIỆN
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định số:205/QĐ-CĐDK ngày 1 tháng 3 năm 2022
của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)

Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022
(Lưu hành nội bộ)


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.


LỜI GIỚI THIỆU
Đất nước Việt Nam trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa, nền kinh tế
đang trên đà phát triển, việc sử dụng các thiết bị điện, khí cụ điện trong sản xuất cơng
nghiệp đóng vai trị vơ cùng quan trọng. Vì vậy, việc tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính tốn
lựa chọn rất cần thiết cho sinh viên học ngành Điện. Ngoài ra, việc cập nhật thêm các
kiến thức về công nghệ mới đang không ngừng cải tiến và nâng cao các thiết bị đện là vơ
cùng cần thiết.
Với một vai trị vơ cùng quan trọng như vậy và xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào
tạo, chương trình mơn học nghề Điện cơng nghiệp của Trường Cao đẳng Dầu khí. Chúng

tơi đã biên soạn cuốn giáo trình Khí cụ điện gồm 4 chương với những nội dung cơ bản
như sau:
Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện
Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển
Giáo trình Khí cụ điện được biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy của giáo
viên và là tại liệu học tập của sinh viên Trường Cao đẳng Dầu khí.
Do chun mơn và thời gian có hạn nên khơng tránh khởi những thiếu sót, vậy rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và bạn đọc để cuốn sách có
chất lượng cao hơn.
Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 06 năm 2022
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: Nguyễn Lê Cương
2. Lê Thị Thu Hường
3. Nguyễn Xuân Thịnh
4.


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT .................................................................. 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... 9
BÀI 1 : KHÁI NIỆM VÀ CƠNG DỤNG CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN................................ 5
1.1

Khái niệm về khí cụ điện : .................................. 6

1.2

Cơng dụng và phân loại khí cụ điện : ......................... 15

BÀI 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐĨNG CẮT ......................................................................... 17
2.1

Cầu dao : ............................................ 18

2.2

Các loại công tắc và nút ấn : ............................... 21

2.3

Dao cách ly ........................................... 27

2.4

Máy cắt điện .......................................... 30

2.5

Áp tơ mát (CB) ........................................ 33

BÀI 3: KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ ............................................................................... 40
3.1

Nam châm điện: ........................................ 41

3.2

Rơle dòng điện, role điện áp ............................ 43

3.3

Rơ le nhiệt: (Over Load OL) ............................... 50

3.4

Cầu chì: ............................................. 62

3.5

Thiết bị chống dịng rị:................................... 66

3.6

Biến áp đo lường: ....................................... 69

BÀI 4: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN....................................................................... 73
4.1

Contactor ............................................ 74

4.2

Khởi động từ: ...................................... 78

4.3

Rơle trung gian và rơ le tốc độ: ....................... 80

4.4

Rơle thời gian: ..................................... 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 89


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
U: Hiệu điện thế
I: Cường độ dòng điện
ΔUcp: Hiệu điện thế cho phép
Rtx: Điện trở tiếp xúc
ρ: là điện trở suất của vật dẫn làm tiếp điểm
F : Lực ép lên bề mặt tiếp xúc của tiếp điểm do bulong, đinh tán hoặc lò xo tạo
nên.
N : Số điểm tiếp xúc trên bề mặt tiếp xúc của tiếp điểm
δb : Ứng suất chống dập của vật liệu làm tiếp điểm.
a0 : Hệ số điện trở nhiệt
θ0 : Nhiệt độ ban đầu cảu tiếp điểm
θ: Nhiệt độ tiếp điểm tại thời điểm đang xét.
INA: Cường độ dòng điện định mức nút ấn
Itt: Cường độ dòng điện tính tốn
UNA: Hiệu điện thế định mức nút ấn
Utt: Hiệu điện thế tính tốn
UđmMC: Hiệu điện thế định mức máy cắt
UđmMạng: Hiệu điện thế định mức mạng
IđmMC: Cường độ dòng điện định mức máy cắt
Icb: Cường độ dòng điện cơ bản
INt: Cường độ dòng điện ngắn mạch tại thời điểm t.

Scđm: Công suất biểu kiến định mức máy cắt
SNt: Công suất cắt ngắn mạch lớn nhất
tbv: Là thời gian tác động của tín hiệu bảo vệ rơ le.
tmc: Là thời gian tác động của máy cắt
Idđm: Cường độ dòng điện ổn định động định mức
Ixk: Cường độ dòng điện xung kích
idđm: Cường độ dịng điện ổn định động định mức tức thời
ixk: Cường độ dịng điện xung kích tức thời
Inhđm: Cường độ dòng điện ổn định nhiệt định mức.
tnhđm: Thời gian ổn định nhiệt định mức.
I∞: Cường độ dòng điện ổn định nhiệt lâu dài
Ttd: Thời gian
IRI: Là dòng điện phụ tải mà rơ le cho phép liên tục chạy qua lớn nhất
NO : Normal Open, tiếp điểm phụ thường hở.


NC: Normal Close, tiếp điểm phụ thường đóng.
Itt là dịng điện tính tốn tương ứng với cơng suất Ptt của thiết bị tiêu thụ điện.
Ikđ la dòng điện khởi động lớn nhất của phụ tải động cơ điện:
Kmm là hệ số dòng điện khởi động.
Iđm là dòng điện định mức của động cơ điện.


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Cấu tạo của cầu dao .............................................................................19
Hình 2.2: Cấu tạo của má kẹp cầu dao. ..............................................................19
Hình 2.3. Cầu dao đá hai cực tay nắm ở giữa. ..................................................20
Hình 2.4. Cầu dao nối đất. ....................................................................................20
Hình 2.6. Cơng tắc ..................................................................................................22
Hình 2.8: cơng tắc hành trình kiểu nút ấn .........................................................23

Hình 2.9: Cơng tắc hành trình kiểu địn .............................................................24
Hình 2.10. Nút ấn ....................................................................................................26
Hình 2.11: Dao cách ly trong nhà .................................................................................28
Hình 2.12: Dao cách ly lắp đặt ngồi trời .....................................................................29
Hình 2.13 : Cấu tạo máy cắt nhiều dầu .........................................................................30
Hình 2.14: Máy cắt khí SF6 ..........................................................................................33
Hình 2.17: Máy cắt khơng khí ......................................................................................33
Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của CB dòng điện cực đại ..............36
Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của CB điện áp thấp .........................36
Hình 2.20: Một số loại CB thơng dụng ..............................................................37
Hình 3.1: Cấu tạo nam châm điên có nắp......................................................................41
Hình 3.2: Cấu tạo nam châm điên khơng nắp................................................................42
Hình 3.2: Phân tích lực hút của cuộn dây nam châm điện đối với vật liệu sắt từ ...........42
Hình 3.3:Nguyên lý cấu tạo của rơle điện từ .................................................................43
Hình 3.4: Cấu tạo rơle dịng điện ........................................................................44
Hình 3.5: Rơle dịng cực đại .................................................................................45
Hình 3.6: Rơle điện áp ...........................................................................................45
Hình 3.7: Rơ le điện áp ..........................................................................................46
Hình 3.8: Rơ le nhiệt ..............................................................................................51
Hình 3.9: Rơ le điện áp ..........................................................................................54
Hình 3.10: Đường đặc tính ampe-giây của động cơ (1) và rơle nhiệt kim loại kép
(2) ................................................................................................................................55
Hình
Hình
Hình
Hình

3.11:
3.12:
3.13:

3.14:

Các hình dạng của tấm kim loại kép. .......................................................57
Rơle nhiệt 3 pha bảo vệ động cơ. ...................................................57
Cấu tạo rơle nhiệt kim loại kép kiểu ‘đồng tiền’ ........................58
Rơle nhiệt kiểu kín (đặt bên trong động cơ) ................................59

Hình 3.15: Hộp rơle điều chỉnh nhiệt độ và rơle bảo vệ kiểm kim loại kép
dạng đũa (thanh). .....................................................................................................59
Hình 3.16: .Rơle nhiệt kim loại kép kiểu ống. .................................................60


Hình 3.17: Rơle điều chỉnh nhiệt độ khí nén ....................................................61
Hình 3.18: Đặc tính A -s của rơle nhiệt. .............................................................62
Hình 3.19: Hình ảnh rơ le nhiệt thực tế .............................................................62
Hình 3.20: Cấu tạo cầu chì loại vặn ....................................................................63
Hình 3.21: Cấu tạo cầu chì loại hộp ...................................................................63
Hình 3.22: Cấu tạo cầu chì loại kín có chất nhồi ............................................64
Hình 3.23: Hệ thống nhiều cầu chì ......................................................................66
Hình 3.24: Cầu dao chống giật một pha .............................................................67
Hình 3.24: Cầu dao chống giật ba pha ...............................................................68
Hình 3.25: Cầu dao chống giật thực tế ...............................................................68
Hình 4.1: Cấu tạo contactor ..................................................................................75
Hình 4.2: Nguyên lý hoạt động của contactor ..................................................76
Hình
Hình
Hình
Hình

4.4:

4.5:
4.6:
4.7:

Khởi động từ đơn hai nút nhấn ..........................................................79
Khởi động từ đảo chiều ba nút nhấn .................................................79
Một số khởi động từ .............................................................................80
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của rơle trung gian ......................81

Hình 4.8: Cấu tạo và nguyên lý làm việc Rơle thời gian kiểu khí nén .......86
Hình 4.9: Cấu tạo và ngun lý làm việc Rơle thời gian kiểu bán dẫn ......87


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Ký hiệu và xác xuất xảy ra các dạng ngắn mạch. .......................... 8
Bảng 3.1: Điện áp định mức và điện áp tác động của rơle ............................47
Bảng 3.2: Số liệu cuộn dây của rơle ...................................................................47
Bảng 3.3: Điện áp định mức và điện áp tác động của rơle ............................48
Bảng 3.4: Số liệu cuộn dây của rơle ...................................................................49
Bảng 3.5: Điện áp định mức và điện áp tác động của rơle ............................49
Bảng 3.6: Số liệu cuộn dây của rơle ...................................................................50
Bảng 3.7: Thiết bị chống rò của một số hãng ...................................................67


CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN: KHÍ CỤ ĐIỆN
1.

Tên mơ đun: Khí cụ điện

2.

Mã mô đun: ELEI53117

Thời gian thực hiện mô đun: 75 giờ; (Lý thuyết: 14 giờ; Thực hành: 58 giờ; kiểm tra:
3 giờ).
Số tín chỉ: 03
3.

Vị trí, tính chất của mơ đun:

-

Vị trí: Là mơ đun thuộc các mơ đun cơ sở của chương trình đào tạo. Mơn đun này
được dạy trước mơn học và mơ đun: an tồn lao động, mạch điện, có thể học song
song với mơn vật liệu điện.và sau khi hồn thành các mơn học chung ngành nghề.
- Tính chất: Mơn học này trang bị những kiến thức về cấu tạo và nguyên lý hoạt động
cuả các loại khí cụ điện thơng dụng, những kỹ năng sử dụng khí cụ điện trong mạch
thực tế..
4.
Mục tiêu mơ đun:
-

Về kiến thức:
+ Nhận dạng và phân loại được các loại khí cụ điện.
+ Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện thơng
dụng.
+ Biết được cách lắp được các khí cụ điện vào một số mạch điện cơ bản.
Về kỹ năng
+ Chọn được các khí cụ điện theo yêu cầu..
+ Lắp được các khí cụ điện vào một số mạch điện cơ bản

Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Rèn luyện tính chủ đơ ̣ng, tư duy khoa ho ̣c, nghiêm túc trong cơng việc.
5.
Nội dung mơ đun:
5.1. Chương trình khung:
Thời gian đào tạo (giờ)

TT

Mã MH/MĐ Tên mơn học, mơ đun

Tín
chỉ

Thực
Kiểm tra
hành,
Tổng
Lý
thí nghiệ
số thuyết m, thảo
luận, bài LT TH
tập

Các mơn học
chung/đại cương

14

285

120

150

10

5

1

COMP52001 Giáo dục chính trị

2

30

15

13

2

0

2

COMP51003 Pháp luật

1

15

9

5

1

0

I


3

COMP51007 Giáo dục thể chất

1

30

4

24

0

2

4

COMP52009

2

45

21

21

1

2

5

COMP52005 Tin học

2

45

15

29

0

1

6

FORL54002 Tiếng Anh

4

90

30

56

4

0

7

SAEN52001

An toàn vệ sinh lao
động

2

30

26

2

2

0

II

Các môn học, mô đun
đào tạo nghề bắt buộc

51

1260

323

880

22

35

II.1

Các mơn học, mơ đun
kỹ thuật cơ sở

12

240

112

116

8

4

An tồn điện

2

30

28

0

2

0

Giáo dục quốc phòng
và An ninh

8

ELET5201

9

ELEI52033 Mạch điện cơ bản

2

30

28

0

2

0

10

ELEI53132 Mạch điện

3

60

28

29

2

1

11

ELEC52166 Vẽ điện chun ngành

2

45

14

29

1

1

12

ELEI53117 Khí cụ điện

3

75

14

58

1

2

39

1020

211

764

14

31

II.2

Các mơn học, mô đun
chuyên môn nghề

13

ELEI53115 Đo lường điện

3

75

14

58

1

2

14

ELET55157 Trang bị điện 1

5

120

28

87

2

3

15

ELEI53150 Thực tập điện cơ bản 1

3

75

14

58

1

2

16

ELEC54125

Lắp đặt dây điện trong
nhà

4

90

28

58

2

2

17

ELEC55130

Lắp đặt thiết bị đo
lường điện

5

120

28

87

2

3

18

ELEC55128

Lắp đặt thiết bị điện
chiếu sáng

5

120

28

87

2

3

19

ELEC55129

Lắp đặt thiết bị điện
dân dụng

5

120

28

87

2

3

20

ELEC55126

Lắp đặt hệ thống điều
hòa khơng khí

5

120

28

87

2

3

21

ELEC54255 Thực tập sản xuất

4

180

15

155

0

10


Tổng cộng:
5.2.

65

1545

443

1030

32

40

Chương trình chi tiết mơ-đun:
Thời gian (giờ)
Nội dung tổng qt

Số TT

Tổng
số

Bài 1: Khái niệm và cơng dụng
của khí cụ điện
Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt

Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển
Cộng:

1
2
3
4

Thực hành,
Lý
thí nghiệm,
thuyết thảo luận,
bài tập

Kiểm tra
LT

TH

4

4

0

0

0

20
29
22
75

3
4
3
14

17
24
17
58

0
0
1
1

0
1
1
2

6. Điều kiện thực hiện mô đun
6.1. Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng học lý thuyết
6.2. Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu
6.3. Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu:
-

Giáo trình, giáo án

-

Phiếu học tập

6.4. Các điều kiện khác:
7. Nội dung và phương pháp, đánh giá:
7.1.

Nội dung:

-

Về kiến thức: bài 1 đến bài 4.

-

Về kỹ năng: bài 1 đến bài 4.

-

Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Nghiêm túc trong học tập.
+ Cẩn thận, nghiêm túc trong học tập và trong công việc
+ Rèn luyện tính kiên nhẫn, chính xác tỉ mỉ trong công việc.

7.2. Phương pháp đánh giá:
7.2.1. Kiểm tra thường xuyên:

Số lượng: 01 bài.
Cách thức thực hiện: thực hành trên máy tính.
7.2.2. Kiểm tra định kỳ:
Số lượng: 03 bài. Trong đó 01 bài lý thuyết, 02 bài thực hành.
Cách thức thực hiện: Thiết kế đề kiểm tra lý thuyết kèm đáp án theo đúng


biểu mẫu và
nội dung môn học ở mục III với tổng số lượng 03 bài, trong đó:
Nội dung kiến thức
Bài kiểm tra
Hình thức kiểm tra
Stt
1.

Bài kiểm tra số 1

Lý thuyết

Bài 1, Bài 2, Bài 3

2.

Bài kiểm tra số 2

Lý thuyết

Bài 4

3.

Bài kiểm tra số 3

Thực hành

Bài 1, bài 2, bài 3, bài 4

7.3. Thi kết thúc mơn học:
Hình thứ thi: Trắc nghiệm trên máy tính.
Thời gian thi: 60 phút – 90 phút.
8. Hướng dẫn thực hiện môn học:
8.1.
8.2.
-

Phạm vi áp dụng mơn học:
Chương trình mơn học này được áp dụng cho nghề Điện công nghiệp hệ
Cao đẳng
Hướng dẫn về phương pháp giảng dạy, học tập môn học:
Đối với giáo viên, giảng viên:
+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết với bài học. Giáo án được soạn
theo bài hoặc buổi dạy.
+
+

-

Tổ chức giảng dạy: theo lớp.
Thiết kế các phiếu học tập

Đối với người học:
+ Tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ
+ Hoàn thành các bài tập
+ Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập.
+ Tuân thủ qui định giờ giấc.

8.3. Những trọng tâm chương trình cần chú ý:
8.4. Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Xuân Phú, Khí cụ Điện Kết cấu, sử dụng và sửa chữa, NXB Khoa Học
và Kỹ Thuật, năm 2000.
[2] Lê Thị Thu Hường, Khí cụ điện, Lưu hành nội bộ Trường Cao Đẳng Dầu Khí


BÀI 1 : KHÁI NIỆM VÀ CƠNG DỤNG CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN
 GIỚI THIỆU BÀI 1:
Bài 1 là bài giới thiệu chung các loại khí cụ điện.
 MỤC TIÊU CỦA BÀI 1 LÀ:
+
+
+

Về kiến thức:
Phân loại được các loại khí cụ điện
Hiểu được cách tiếp xúc điện, cách tạo hồ quang điện và dập tắt hồ quang điện
Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
Rèn luyện tính nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công việc.

 PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1
-

Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn
đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập
bài 1 (cá nhân hoặc nhóm).

-

Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hồn thành
đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp
lại cho người dạy đúng thời gian quy định.

 ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1
-

Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Trang bị điện

-

Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác

-

Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham
khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.

-

Các điều kiện khác: Khơng có

 KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1
-

Nội dung:

 Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
 Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
 Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
-

Phương pháp:

Bài 1: Khái niệm và cơng dụng của khí cụ điện

Trang 5


 Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
 Kiểm tra định kỳ thực hành: khơng có
 NỘI DUNG BÀI 1
1.1
Khái niệm về khí cụ điện :
1.1.1 Khái niệm về khí cụ điện :
Khí cụ điện là những thiết bị điện làm các nhiệm vụ: đóng cắt, điều khiển, điều
chỉnh, bảo vệ, chuyển đổi, khống chế và kiểm tra mọi hoạt động của bệ thống lưới điện
và các loại máy điện. Ngoài ra thiết bị điện còn được sử dụng để kiểm tra, điều chỉnh và
biến đổi đo lường nhiều q trình khơng điện khác.
1.1.2 Sự phát nóng của khí cụ điện :

Tuỳ theo chế độ làm việc khác nhau mỗi khí cụ điện sẽ có chế độ phát nóng khác
nhau.
Trạng thái làm việc quá tải:
Quá tải là hiện tượng các thiết bị điện phát nóng q mức cho phép do
dịng điện tăng cao lâu dài quá giới hạn quy định, hoặc hệ thống làm mát
kém hiệu quả hoặc không hoạt động. Đối với máy điện quay, cần đặc biệt
a)

quan tâm tới hiện tượng quá nhiệt độ do ảnh hưởng của dòng điện thứ tự
nghịch xuất hiện trong các chế độ quá tải không đối xứng hoặc vận hành
khơng tồn pha.
Máy điện quay có cơng suất càng lớn khả năng chịu quá tải theo dòng
điện thứ tự nghịch càng thấp.
Trạng thái làm việc quá điện áp:
Trong chế độ làm việc bình thường, điện áp có thế dao động trong một
giới hạn cho phép:
b)

U  U dd  U cp

Mức dao động cho phép của điện áp ± ΔU cp phụ thuộc vào tiêu chuẩn
thiết kế và điều kiện vận hành cụ thể của từng lưới điện. Nếu điện áp vượt
qua giới hạn cho phép (cao hơn hoặc thấp hơn) chứng tỏ chế độ làm việc
không bình thường hoặc có sự cố trong lưới điện. Q điện áp kéo dài thườn g
do trục trặc hoặc hư hỏng ở các thiết bị điều chỉnh điện áp ở máy phát điện,
hoặc mạng truyền tải và phân phối hoặc do sa thải phụ tải gây nên.
Trạng thái làm việc ngắn mạch:
Ngắn mạch là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng
chạm chập giữa các pha khơng thuộc chế độ làm việc bình thường. Khi xảy
c)

ra ngắn mạch, tổng trở của hệ thống điện giảm, làm ch o dòng điện tăng lên

Bài 1: Khái niệm và cơng dụng của khí cụ điện

Trang 6


rất nhanh,điện áp giảm xuống. Nếu khơng nhanh chóng cơ lập điện ngắn
mạch thì hệ thống sẽ chuyển sang ngắn mạch duy trì (xác lập).
Từ lúc xảy ra ngắn mạch cho đến khi cắt nó ra, trong hệ thống điện xảy
ra q trình q độ làm thay đổi dịng và áp. Dịng điện trong q trình q
độ thường gồm 2 phần: chu kỳ và không chu kỳ. Trường hợp hệ thống có
đường truyền tải điện áp từ 330KV trở lên thì trong dịng ngắn mạch ngồi
thành phần tần số cơ bản cịn các thành phần sóng hài bậc cao. Nếu đường
dây có tụ bù dọc sẽ có thêm thành phần sóng hài bậc thấp.
-

Trong hệ thống có trung tính nối đất (hay 4 dây) chạm chập một

pha hay nhiều pha với đất (hay với dây trung tính) cũng được gọi là ngắn
mạch.
-

Trong hệ thống có trung tính cách ly hay nối đất qua thiết bị bù,

hiện tượng chạm chập một pha với đất được gọi là chạm đất. Dòng chạm đất
chủ yếu là do điện dung các pha với đất.
Ngắn mạch gián tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian, gồm
điện trở do hồ quang điện và điện trở của các phần tử khác trên đường đi của

dòng điện từ pha này đến pha khác hoặc từ pha đến đất.
Điện trở hồ quang điện thay đổi theo thời gian, thường rất phức tạp và
khó xác định chính xác.
Ngắn mạch trực tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian rất bé,
có thể bỏ qua (cịn được gọi là ngắn mạch kim loại).
Ngắn mạch đối xứng: là dạng ngắn mạch vẫn duy trì được hệ thống
dịng, áp 3 pha ở tình t rạng đối xứng.
Ngắn mạch khơng đối xứng: là dạng ngắn mạch là cho hệ thống dòng,
áp 3 pha mất đối xứng.
Không đối xứng ngang: khi sự cố xảy ra tại một điểm, mà tổng
trở các pha tại điểm đó như nhau.
Khơng đối xứng dọc: khi sự cố xảy ra mà tổng trở các pha tại
một điểm không như nhau.
Sự cố phức tạp: là hiện tượng xuất hiện nhiều dạng ngắn mạch không
đối xứng ngang, dọc trong hệ thống điện.
Ví dụ: đứt dây kèm theo chạm đất, chạm đất hai pha tại hai điểm khác
nhau trong hệ thống có trung tính cách ly.

Dạng ngắn mạch

Hình vẽ quy ước

Bài 1: Khái niệm và cơng dụng của khí cụ điện

Kí hiệu

Xác

xuất

xảy ra%
Trang 7


3 pha

N(3)

5

2 pha

N(2)

10

2 pha-đất

N ( 1 -1 )

20

1 pha

N(1)

65

Bảng 1.1: Ký hiệu và xác xuất xảy ra các dạng ngắn mạch .
Nguyên nhân và hậu quả của ngắn mạch:

a.
Nguyên nhân:
b.
-

Cách điện của các thiết bị già cỗi, hư hỏng.
Quá điện áp.
Các ngẫu nhiên khác, thao tác nhầm hoặc do được dự tính trước…
Hậu quả:
Phát nóng: dịng ngắn mạch rất lớn so với dịng định mức làm

cho các phần tử có dịng điện ngắn mạch đi qua nóng q mức cho phép dù
với một thời gian rất ngắn.
Tăng lực điện động: ứng lực điện từ giữa các dây dẫn có giá trị
lớn ở thời gian đầu của ngắn mạch có thể phá hỏng thiết bị.
Điện áp giảm và mất đối xứng: làm ảnh hưởng đến phụ tải, điện
áp giảm 30 đến 40% trong vịng một giây làm động cơ điện có thể ngừn g
quay, sản xuất đình trệ, có thể làm hỏng sản phẩm.
Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần do dịng thứ tự
khơng sinh ra khi ngắn mạch chạm đất.
Gây mất ổn định: khi không cá ch ly kịp thời phần tử bị ngắn
mạch, hệ thống có thể mất ổn định và tan rã, đây là hậu quả trầm trọng nhất.
-

1.1.3 Tiếp xúc điện :
a)
Khái niệm :
Là chỗ tiếp xúc của hai hay nhiều vật dẫn để truyền dẫn dòng điện đi từ vật này sang
vật khác. Bề mặt tiếp xúc giữa các vật dẫn được gọi là bề mặt tiếp xúc điện.
Tiếp xúc điện là phần rất quan trọng của khí cụ điện, trong q trình đóng cắt mạch

điện chỗ tiếp điểm đóng cắt bị phát nóng cao, bị mài mịn do va đập, do ma sát và đặc biệt
là sự hủy hoại của hồ quang điện.
b)

Phân loại tiếp xúc điện :

Bài 1: Khái niệm và cơng dụng của khí cụ điện

Trang 8




Tiếp xúc cố định : Khi hai vật dẫn tiếp xúc khơng rời nhau bằng bulong

hoiac85 đinh tán.Ví dụ như : Tiếp xúc của kẹp nối dây, tiếp xúc giữa dây dẫn và cốt bắt
dây ở sứ xuyên

Hình 1.1 : Tiếp xúc cố định


Tiếp xúc đóng mở : Là tiếp xúc giữa các tiếp điểm động và tĩnh của các loại

khí cụ điện đóng cắt mạch điện như : Tiếp xúc của tiếp điểm cầu dao, công tắc, aptomat,
máy cắt, …

Hình 1.2 : Tiếp xúc đóng mở

Tiếp xúc trượt : Là dạng tiếp xúc vật dẫn này trượt lên vật dẫn kia. Ví dụ
như : Chổi than trượt trên cổ góp của máy phát điện hoặc động cơ.



Hình 1.3 : Tiếp xúc trượt
Một số loại tiếp xúc thường gặp :

Tiếp điểm kiểu ngón

Tiếp điểm kiểu bắc cầu

Bài 1: Khái niệm và cơng dụng của khí cụ điện

Tiếp điểm kiểu thủy ngân

Trang 9


Tiếp điểm kiểu lỡi

Tiếp điểm kiểu vút má
Hình 1.4: Hình ảnh một số loại tiếp xúc

c)

Hình thức tiếp xúc :
Tiếp xúc điểm : Là hình thức tiếp xúc nhau ở diện tích rất nhỏ được xem là

một điểm. Ví dụ : Tiếp xúc giữa mặt cầu với mặt cầu, giữa mặt cầu với mặt phẳng trong
một số Rơle điện từ, ….
Tiếp xúc đường : Là hình thức các vật tiếp xúc nhau trên một đường thẳng

hoặc đường cong.
Tiếp xúc mặt : Là hình thức các vật tiếp xúc nhau trên nhiều điểm của mặt
phẳng hoặc mặt cong. Ví dụ : Tiếp xúc giữa tiếp điểm động và tĩnh của máy cắt, cầu dao,
aptomat,…
d)

Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản đối với tiếp xúc điện :
Thực hiện tiếp xúc phải đảm bảo chắc chắn, sức bền cơ khí phải cao.
-

Khơng được phát nóng q nhiệt độ cho phép khi dịng điện định mức chạy

-

Phải ổn định nhiệt và ổn định động khi có dịng điện ngắn mạch cực đại chạy

qua.
qua.
Điện trở tiếp xúc và các yếu tố ảnh hưởng tới điện trở tiếp xúc :
Điện trở tiếp xúc : Tại vị trí tiếp xúc của vật dẫn, điện trở tiếp xúc được xác
định theo công thức :

Rtx 
(1.1)
e)

2.

F .n
b  

ρ: là điện trở suất của vật dẫn làm tiếp điểm
F : Lực ép lên bề mặt tiếp xúc của tiếp điểm do bulong, đinh tán hoặc lò xo tạo nên.
N : Số điểm tiếp xúc trên bề mặt tiếp xúc của tiếp điểm
δb : Ứng suất chống dập của vật liệu làm tiếp điểm.
Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện

Trang 10


Các yếu tố ảnh hưởng tới điện trở tiếp xúc : Từ công thức (1.1) ta thấy điện trở tiếp
xúc phụ thuộc vào : điện trở suất của vật dẫn làm tiếp điểm ; Số điểm tiếp xúc; Lực ép lên
bề mặt tiếp xúc và Ứng suất chống dập của vật liệu làm tiếp điểm. Ngoài ra điện trở tiếp
xúc cịn phụ thuộc vào tình trạng của bề mặt tiếp xúc : Nếu bề mặt tiếp xúc bị bẩn, bị rỗ,
bị cháy thì điện trở tiếp xúc sẽ tăng lên, làm tổn thất điện áp, tổn thất công suất trên mạng
điện. Điện trở tiếp xúc còn phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ càng cao thì điện trở tiếp
xúc càng tăng.
2

𝑅𝑡𝑥 (𝜃 ) = 𝑅𝑡𝑥 (𝜃0 ). (1 + 𝑎0 . 𝜃) (Ω) (1.2)
3

Trong đó : a0 : Hệ số điện trở nhiệt
θ0 : Nhiệt độ ban đầu cảu tiếp điểm
θ: Nhiệt độ tiếp điểm tại thời điểm đang xét.
1.1.4 Hồ quang điện và các biện pháp dập tắt hồ quang:
Bản chất của hồ quang điện:
Bản chất của hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí
với mật độ dòng điện rất lớn ( tới khoảng 10 2 đến 10 3 A/mm 2 ) có nhiệt độ
rất cao (tới khoảng 5000 đến 6000 o C) và thường kèm theo hiện tượng phát

sáng
a)

b)

Nguyên nhân và tác hại của hồ quang điện:

a)

b)
Hình 1.5 : Mạch hồ quang điện
Khi các tiếp điểm 1 và 2 của khí cụ điện cịn liền nhau (hình 1.5 a )
trong mạch điện có dịng điện chạy qua. Vì điện trở tiếp xúc giữa hai tiếp
điểm 1 và 2 rất nhỏ. Khi các tiếp điểm này cắt ra ( hình 1.5 b) dịng điện
trong mạch điện bị cắt sẽ có hiện tượng quá điện áp và điện áp đặt giữa hai
đầu tiếp xúc với tiếp điểm 1 và 2 rất lớn. Lúc này mới bắt đầu cắt ra khoảng
cách giữa hai tiếp điểm còn rất nhỏ do đó dưới tác dụng của điện áp lớn
cường độ điện trường trong khoảng không gian giữa hai đầu tiếp điểm rất
lớn làm bật điện tử từ Ca tốt. Số điện tử càng nhiều chuyển động dướ i tác
dụng của điện trường làm ion hóa khơng khí gây hồ quang. Điện áp càng lớn
thì hồ quang sẽ càng lớn và càng khó dập tắt. Nếu hồ quang khơng bị dập t ắt
nó sẽ làm hư hỏng tiếp điểm.
Bài 1: Khái niệm và cơng dụng của khí cụ điện

Trang 11


Các biện pháp dập hồ quang:
Để tăng quá trình phản ion, người ta thường dùng các biện pháp dập
hồ quang sau: Kéo dài hồ quang, phân đoạn hồ quang, thổi hồ quang bằng

c)

từ, cho hồ quang tiếp xúc với bề mặt phản ion, thổi hồ quang bằng khí nén,
cho ồ quang cháy trong môi trường đặc biệt, nối điện trở shun cho hồ quang…
Chúng ta sẽ lần lượt xét các biện pháp trên.

Kéo dài hồ quang bằng cơ khí:

Hình 1.6 : Kéo dài hồ quang bằng cơ khí
Khoảng cách giữa các đầu tiếp xúc tăng nhanh, sẽ giảm nhanh chóng làm giảm mật
độ ion giữa hai đầu tiếp xúc, giảm điện trường khe hở, hồ quang bị kéo dài, dễ bị dập tắt.
Đồng thời, khơng khí bị hồ quang đốt nóng bốc lên, làm hồ quang đốt nóng bốc lên, làm
hồ quang bị thổi lên phía trên và cong đi. Lúc đó ở hai phần hồ quang sẽ xuất hiện tác dụng
tương hỗ giữa hai dòng điện ngược chiều. Lúc này có xu hướng đẩy hồ quang tách ra hai
bên, do đó dễ làm đứt hồ quang.
Ví dụ 1: Để tăng tốc độ tách khỏi đầu tiếp xúc, người ta dùng lực lị xo (Cầu dao có
lưỡi dao phụ, để tăng nhanh khoảng cách.)

Hình 1.6 : Minh họa kéo dài hồ quang bằng cơ khí
Khi cắt mạch lưỡi dao chính A rời ra trước, nhưng mạch điện vẫn liền, nhờ lưỡi dao
phụ 3 vẫn tiếp. Khi lò xo 4 đủ căng, lưỡi dao 3 bật khỏi tiếp xúc tĩnh 2 rất nhanh, nên hồ
quang sinh ra yếu, rất dễ bị dập tắt.
Ví dụ 2: Tăng khoảng cách người ta dùng tiếp điểm kiểu cầu.

Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện

Trang 12


Hình 1.7 : Minh họa kéo dài hồ quang bằng cơ khí

Khi cắt mạch, xuất hiện hai khe hở, nên điện trường ở khe hở giảm nhiều, hồ
quang sinh ra sẽ yếu đi và dễ dập tắt hơn.

Phân đoạn hồ quang:

Hình 1.8 : Phân đoạn hồ quang
Người ta đặt khe hở sinh hồ quang trong hộp bằng amiang, phía trong hộp có đặt
các tấm thép song song, tạo thành cách tử chia nhỏ hồ quang. Khi hồ quang sinh ra, các
tấm thép tạo ra lực hút điện từ, cùng với lực thổi của khơng khí và lực điện động, đẩy hồ
quang vào sau các tấm thép, nên hồ quang bị làm nguội và chia thành các đoạn nhỏ ngắt
quãng, nên dễ bị dập tắt
Dập hồ quang bằng phương pháp phân đoạn được sử dụng khá rộng rãi
ở các thiết bị điện áp. Ở các máy cắt điện áp cao (từ 110kV trở lên), biện
pháp phân đoạn hồ quang cũng đ ược sử dụng rộng rãi, từ hai đoạn (cho máy
cắt 330kV) đến 4 đoạn (cho máy cắt siêu cao áp).


Thổi hồ quang bằng từ:

Hình 1.9 : Thổi hồ quang bằng từ
Bài 1: Khái niệm và cơng dụng của khí cụ điện

Trang 13


Người ta đặt cuộn dây thổi từ cạnh khe hở của hai đầu tiếp xúc và nối tiếp với dòng
điện trong mạch. Từ trường của cuộn dây đã chỉ rõ trên hình vẽ dấu chấm trong lịng cuộn
dây chỉ chiều từ trường đi từ dưới lên, còn dấu + ở ngoài chỉ từ trường đi từ trên xuống.
Khi xuất hiện hồ quang, lực điện từ sẽ thổi hồ quang lên phía trên, nên sẽ bị kéo dài và thổi
tắt.

Nguyên lý dập hồ quang này được sử dụng rất rộng rãi ở các thiết bị
điện đóng cắt hạ áp cho mọi cỡ dòng điện, từ vài chục đến vài ngàn ampe.
Với dịng điện một chiều, vì hồ quang khó dập tắt hơn nên người ta còn dùng
cuộn thổi từ nối tiếp với dòng điện hồ qu ang để thổi hồ quang. Khi dòng
điện cắt càng lớn, lực điện động tác động lên hồ quang càng lớn (tỷ lệ với
bình phương dịng điện), hiệu ứng thổi hồ quang càng mạnh.

Phương pháp thổi bằng cách sinh khí

Luồng khí thổi

Hình 1.10 : Thổi hồ quang bằng cách sinh khí
Khe hở sinh hồ quang đặt trong hộp khá kín có khe hở để thốt khí. Hộp làm bằng
vật liệu dễ sinh khí, phíp, dầu cách điện. Khi hồ quang phát sinh, thành hộp bị đốt cháy
hoặc dầu bị phân tích sinh khí có áp suất lớn thốt ra ngồi tạo thành luồng khí thổi tắt hồ
quang.

Dập tắt hồ quang điện trong dầu biến áp:
Ở các thiết bị điện đóng cắt điện áp cao và dịng điện lớn, môi trường
cháy của hồ quang là dầu biến áp (như ở các máy cắt dầu, ít dầu, khá phổ
biến cho đến những năm cuối thế kỉ 20). Dầu biến áp có độ bền điện cao,
dẫn điện tốt. Khi hồ quang bị cháy trong dầu , dưới tác dụng của nhiệt lượn g
hồ quang, dầu ở khu vực hồ quang bị phân tích thành hỗn hợp khí hơi có độ
bền điện khá cao nên hồ quang dễ dập hơn. Người ta lợi dụng áp suất cao
của hỗn hợp khí hơi để thổi hồ quang. Tùy theo hướng thổi, ta có thổi dọc
và thổi ngang. Khi tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh nhưng vẫn chưa
giải phóng lỗ thổi của buồng dập, dầu bị hồ quang phân tích thành hỗn hợp
khí hơi, tạo nên áp suất cao trong buồng dập hồ quang. Khi tiếp điểm động
chuyển động ra khỏi buồng dập, lỗ thổi được giải phóng, áp suất khí hơi lớn
trong buồng dập sẽ thổi ngang qua các lỗ thổi

Bài 1: Khái niệm và cơng dụng của khí cụ điện

Trang 14


I
Dịng Hồ
Quang

Hình 1.11 : Dập tắt hồ quang điện trong dầu biến áp
1.2

Cơng dụng và phân loại khí cụ điện :
1.2.1 Cơng dụng của khí cụ điện :
Khí cụ điện là thiết bị dùng để đóng ngắt dịng điện, đồng thời bảo vệ, điều khiển và
chỉnh các mạch điện, lưới điện sao cho phù hợp với các loại máy điện trong q trình
sản xuất.

1.2.2 Phân loại khí cụ điện :
Để thuận lợi cho việc nghiên cứu, vận hành sử dụng và sử chữa thiết
bị điện người ta thường phân loại như sau:
a.
Phân loại theo công dụng:
Thiết bị điện khống chế: dùng để đóng cắt, điều chỉnh tốc độ
chiều quay của các máy phát điện, động cơ điện (như cầu dao, áp to mát,
công tắc tơ…).
Thiết bị điện bảo vệ: làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát
điện, lưới điện khi có quá tải, ngắn mạch, sụt áp… (như rơ le, cầu chì, máy
cắt,…).
Thiết bị điện tự động điều khiển từ xa: làm nhiệm vụ thu nhận

phân tích và khống chế sự hoạt động của các mạch điện như khởi động từ xa
Thiết bị điện hạn chế dòng ngắn mạch (như điện trở phụ, cuộn
kháng…).
Thiết bị điện làm nhiệm vụ duy trì ổn định các tham số điện (như
ổn áp, bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát,…)
Thiết bị điện làm nhiệm vụ đo lường (như máy biến dịng điện,
biến áp đo lường…).
b.
-

Phân theo tính chất dịng điện:
Thiết bị điện dùng trong mạch một chiều.
Thiết bị điện dùng trong mạch xoay chiều.

c.

Phân theo nguyên lí làm việc: Thiết bị điện loại điện từ, điện

động, cảm ứng, có tiếp điểm, khơng có tiếp điểm, …
d.
Phân theo điều kiện làm việc:
Bài 1: Khái niệm và cơng dụng của khí cụ điện

Trang 15




-

Thiết bị điện hạ áp có điện áp dưới 3kV.

-

Thiết bị điện trung áp có điện áp từ 3kV đến 36kV.
Thiết bị điện cao áp có điện từ 36kV đến nhỏ hơn 400kV.

-

Thiết bị điện siêu cao áp có đi ện áp từ 400kV trở lên.

TÓM TẮT NỘI DUNG BÀI 1:
1.1. Khái niệm về khí cụ điện.
1.2.

Cơng cụ và phân loại khí cụ điện.

 CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 1:
Câu 1
Khí cụ điện là thiết bị làm nhiệm vụ nào sau đây?
A
Đóng cắt, bảo vệ, khống chế
B
Đo lường
C
Chuyển đổi cơ năng thành điện năng
D
Tất cả các đáp án trên
Theo phương pháp phân loại theo cơng dụng thì thiết bị điện
Câu 2

khống chế là?
Dùng để đóng cắt, điều chỉnh tốc độ chiều quay của các máy phát
A
điện, động cơ điện
Làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát điện, lưới điện khi có
B
quá tải, ngắn mạch, sụt áp
Làm nhiệm vụ thu nhận phân tích và khống chế sự hoạt động của
C
các mạch điện như khởi động từ…
D
làm nhiệm vụ duy trì ổn định các tham số điện
Câu 3
Bản chất của hồ quang điện?
Là hiện tượng phóng điện trong chất khí với mật độ dịng điện rất
A
lớn
Là hiện tượng phóng điện trong chất rắn với mật độ dòng điện rất
B
lớn
C
Là hiện tượng phát sáng do nhiệt
D
Là hiện tượng phát nhiệt và ánh sáng
Câu 4
Khi có ngắn mạch xảy ra thì?
A
Điện áp tăng lên, dòng điện tăng lên
B
Điện áp giảm xuống, dòng điện giảm xuống

C
Điện áp giảm xuống, dòng điện tăng lên
D
Điện áp tăng lên, dòng điện giảm xuống
Câu 5
Bề mặt tiếp xúc khơng có dạng nào dưới đây?
A
Tiếp xúc điểm
B
Tiếp xúc đường
C
Tiếp xúc mặt
D
Tiếp xúc đầu

Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện

Trang 16