đề cương khí cụ điện

®¹i häc c«ng nghiÖp hµ néi
§Ò c¬ng m«n: KhÝ cô ®iÖn
Chương 1: Khái niệm chung về khí cụ điện
- Khí cụ điện đề cập ở đây là loại khí cụ điện làm nhiệm vụ: đóng cắt, điều khiển, điều
chỉnh, bảo vệ, chuyển đổi, khống chế và kiểm tra mọi hoạt động của hệ thống lưới điện
và máy điện.
- Khí cụ điện là một loại thiết bị đang được sử dụng rất phổ biến, nó có mặt trong hầu
hết các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế, từ các nhà máy điện, trạm biến áp, các nhà
máy nông công nghiệp…
- Khí cụ điện ở nước ta hiện nay được nhập ở rất nhiều nước, rất nhiều hãng khác
nhau và có đủ mọi thế hệ. Có cả các thiết bị đã được sử dụng 40 đến 50 năm nay, rất lạc
hậu và các thiết bị rất hiện đại mới nhập. Chính vì vậy các qui cách không thống nhất,
gây khó khăn cho vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa. Do quá nhiều chủng loại khí cụ
điện với các tiêu chuẩn khác nhau, nên trong sử dụng hiện nay nhiều khi không sử dụng
hết tính năng và công suất của thiết bị hoặc sử dụng không đúng gây hư hỏng thiết bị,
làm thiệt hại không nhỏ cho nên kinh tế. Chính vì vậy việc đào tạo nâng cao kiến thức
về khí cụ điện, đặc biệt là các thiết bị mới cho các cán bộ kỹ thuật quản lý và vận hành
thiết bị là một đòi hỏi rất cấp thiết. Giáo trình này trang bị những lý luận cơ bản, để hiểu
nguyên lý làm việc, đặc điểm cấu tạo các loại khí cụ điện thường dùng trong tự động
truyền động, trong hệ thống điện và trong lĩnh vực điều khiển máy điện… nhằm giúp
sinh viên các ngành điện khi ra trường có thể lựa chọn, vận hành, sửa chữa cải tiến khí
cụ điện hoặc một số bộ phận của khí cụ điện.
1.1. PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN:
1. Theo công dụng:
• Khí cụ điện khống chế: Dùng để đóng cắt, điều chỉnh tốc độ chiều quay của máy
phát điện, động cơ điện (như cầu dao, áptômát, công tắc tơ…).
• Khí cụ điện bảo vệ: Làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát, lưới điện khi
có sự cố quá tải, ngắn mạch, sụt áp…(như rơle, cầu chì, máy cắt…).
• Khí cụ điện 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…
• Khí cụ điện hạn chế dòng ngắn mạch như điện trở phụ, cuộn kháng…

• Khí cụ điện duy trì sự ổn định của các tham số điện (như ổn áp, bộ tự động điều
chỉnh điện áp máy phát).
2. Theo tính chất dòng điện:
• Khí cụ điện dùng trong mạch điện một chiều.
• Khí cụ điện dùng trong mạch điện xoay chiều.
3. Theo nguyên lý làm việc:
• Khí cụ điện điện từ, điện động, cảm ứng, có tiếp điểm, không có tiếp điểm…
4. Theo điện áp:
1
®¹i häc c«ng nghiÖp hµ néi
• Khí cụ điện hạ áp U < 1000V.
• Khí cụ điện cao áp U > 1000V.
1.2. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI KHÍ CỤ ĐIỆN:
• Phải đảm bảo sử dụng được lâu dài, đúng tuổi thọ thiết kế khi làm việc với các
thông số kỹ thuật định mức.
• Phải đảm bảo ổn định lực điện động và ổn định nhiệt độ khi làm việc bình
thường, đặc biệt khi sự cố trong giới hạn cho phép của dòng điện và điện áp.
• Vật liệu cách điện chịu được điện áp cho phép.
• Làm việc chính xác, an toàn, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ kiểm tra, sửa chữa.
• Làm việc ổn định ở điều kiện khí hậu môi trường mà khi thiết kế cho phép.
1.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI KHÍ CỤ ĐIỆN:
1.3.1. Sự phát nóng của khí cụ điện:
Ở trạng thái làm việc, trong các bộ phận của KCĐ như: mạch vòng dẫn điện,
mạch từ, các chi tiết bằng kim loại và cách điện đều có tổn hao năng lượng tác dụng và
biến thành nhiệt năng.
Một phần của nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ của KCĐ, còn 1 phần khác tỏa ra
môi trường xung quanh.
Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ của thiết bị không tăng lên nữa mà đạt trị số ổn
định, còn toàn bộ nhiệt năng tỏa ra môi trường xung quanh.
Nếu nhiệt độ của KCĐ tăng cao thì cách điện bị già hóa và độ bền cơ của các chi

tiết bị suy giảm.
Khi tăng nhiệt độ của vật liệu cách điện lên 8
o
C so với nhiệt độ cho phép ở chế
độ dài hạn thì tuổi thọ của cách điện giảm 50%.
Với vật liệu dẫn điện thông dụng nhất là Cu, nếu tăng nhiệt độ từ 100
o
C đến
250
o
C thì độ bền cơ giảm 40%, khi độ bền cơ của chúng giảm nên lực điện động trong
trường hợp ngắn mạch sẽ làm hư hỏng thiết bị.
Do vậy độ tin cậy của thiết bị phụ thuộc vào nhiệt độ phát nóng của chúng.
Trong tính toán phát nóng KCĐ thường dùng một số khái niệm như sau :
θ
o
: nhiệt độ phát nóng ban đầu, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường.
θ : nhiệt độ phát nóng
τ = θ - θ
o
: là độ chênh nhiệt so với nhiệt độ môi trường, ở vùng ôn đới cho
phép τ = 35
0
C, vùng nhiệt đới τ = 50
0
C. Sự phát nóng thiết bị điện còn tùy thuộc vào
chế độ làm việc. τ
ôđ
= θ
ôđ

- θ
o
: độ chênh nhiệt độ ổn định.
* Tuỳ theo chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác nhau: có ba chế độ làm
việc: Làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn, làm việc ngắn hạn lặp lại.
2
®¹i häc c«ng nghiÖp hµ néi
a. Làm việc dài hạn: là khí cụ điện làm việc với thời gian lâu bao nhiêu cũng được,
nhưng nhỏ hơn thời gian cần thiết để phát nóng đến nhiệt độ ổn định.
- Quá trình phát nóng: Khi có dòng điện I chạy trong vật dẫn sẽ gây ra tổn hao một
công suất P và trong thời gian dt sẽ gây ra một nhiệt lượng: Q = P.dt = RI
2
dt
Nhiệt lượng hao tổn này bao gồm hai phần:
 Đốt nóng vật dẫn Q
1
= G.C.dτ
 Tỏa ra môi trường xung quanh Q
2
= S α.τ.dt.
Ta có phương trình cân bằng nhiệt của quá trình phát nóng:
P.dt = G.C. dτ + S α.τ.dt.
Trong đó:
G : là khối lượng vật dẫn (g)
C : là tỉ nhiệt vật dẫn tỏa nhiệt ( J/g)
τ : là độ chênh nhiệt (0
0
C)
α : là hệ số tỏa nhiệt (W/cm
2

)
Ta có phương trình:
Giải phương trình vi phân trên với điều kiện tại t = 0 thì độ chênh nhiệt ban đầu là τ
0
, ta
được:
Đặt là hằng số thời gian phát nóng.

độ chênh nhiệt ổn định.
Ta có:
Khi t = 0 mà τ
0
= 0 thì:
3
τ
ατ
.
.
.
. CG
S
dt
d
CG
P
+=
t
GC
S
t

GC
S
ee
S
P
αα
τ
α
τ
−−
+








−=
0
1
.
α
.
.
S
CG
T
=

od
S
P
τ
α
=
.








−=
−
T
t
od
e1.
ττ
T
t
T
t
od
ee
−
−

+






−=
0
1
τττ
đại học công nghiệp hà nội

- Quỏ trỡnh lm ngui: Khi ngt dũng in (I = 0), quỏ trỡnh phỏt núng chm dt v quỏ
trỡnh ngui lnh bt u xy ra, ngha l P.dt = 0, ta cú phng trỡnh ngui lnh:
I
2
R.dt = 0
V : G.C. d + S + dt = 0
nờn cú:
Vi iu kin khi ngt dũng in chờnh lch nhit bng chờnh lch nhit n nh
Gii phng trỡnh vi phõn ta c biu thc th hin quỏ trỡnh ngui lnh:
b. Lm vic ngn hn: Ch lm vic ngn hn l ch lm vic ca thit b in
vi thi gian ngn nhit phỏt núng ca nú cha t ti giỏ tr n nh, sau ú


ọ
õ

0

0.632
ọõ
3
t[s]
1
2
0
T
A
B
Hỗnh: Phaùt noùng daỡi
haỷn
4
0
.
.
=+



S
CG
dt
d
T
t
od
e

=

.

đại học công nghiệp hà nội
ngng lm vic trong thi gian ln nhit ca nú h xung ti nhit mụi
trng.
Gi s lm vic di hn ng cong phỏt núng l ng 1
Ph ti lỳc ny l P
f
: P
f
= . S.
f

Sau thi gian t
lv
(thi gian lm vic ngn hn) chờnh nhit mi t ti tr
1
<
f
,
nờn thit b in lm vic non ti v cha li dng ht kh nng chu nhit

T ú ta thy rng cú th nõng ph ti lờn sau thi gian lm vic ngn hn t
lv

chờnh nhit va t ti tr s cho phộp
f
, ph ti lỳc ny l Pn: P
n
= . S.

max
ng cong phỏt núng trng hp ny l ng 2. im M trờn ng 2 tha món
phng trỡnh chờnh nhit ca quỏ trỡnh phỏt núng.
T cỏc biu thc trờn v gi K
p
= P
n
/P
f
l h s quỏ ti cụng sut ta cú :
Vỡ cụng sut t l vi bỡnh phng dũng in nờn :
K
I
: h s quỏ ti v dũng in.
Hỗnh: Phaùt noùng khi ngừn
haỷn

max

f

1
0
t[s]
t
lv
1
2
3
M

5
)1(
max
T
t
f
lv
e
=

T
t
ff
n
p
lv
e
P
P
K


===
1
1
max


T

t
p
f
n
I
lv
e
K
I
I
K


===
1
1
®¹i häc c«ng nghiÖp hµ néi
c. Làm việc ngắn hạn lặp lại: Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại là chế độ làm việc
của thiết bị điện trong một thời gian t
lv
mà nhiệt độ phát nóng chưa đạt tới bão hòa và
sau đó nghỉ một thời gian t
ng
mà nhiệt độ chưa giảm về nhiệt độ ban đầu rồi tiếp tục
làm việc và nghỉ xen kẽ.
Quá trình làm việc và nghỉ cứ lặp lại tuần hoàn như vậy theo chu kỳ với thời gian
t
ck
= t
lv

+ t
ng
. Sau thời gian đủ lớn, thiết bị đạt được chế độ tựa xác lập, ở đó trong thời
gian làm việc nhiệt độ đạt tới giá trị θ
max
= const và trong thời gian nghỉ, nhiệt độ hạ
xuống giá trị θ
min
= const.
- Quá trình phát nóng: Ta giả thiết tại thời điểm ban đầu độ chênh nhiệt độ của vật dẫn
là τ
0
sau thời gian làm việc t
lv
vật dẫn được đốt nóng đến độ chênh nhiệt là:

Sau thời gian nghỉ t
ng
vật dẫn nguội xuống nhiệt τ
max
độ:
Chu kì tiếp theo vật dẫn lại bị đốt nóng tới chênh nhiệt độ:
6
T
t
T
t
od
lvlv
ee

−−
+








−==
01
1
τττ
T
t
ng
e
−
=
12
ττ
T
t
T
t
od
lvlv
ee
−−

+








−=
23
1
τττ
t
ck
τ
t[s]
t
lv
t
ng
3
4
1
2
τ
max
τ
f
τ

’
max
τ
min
®¹i häc c«ng nghiÖp hµ néi
Sau một số chu kì nhiệt độ chênh lệch nhiệt độ đạt đến độ chênh nhiệt cực đại
τ
max
và độ chênh lệch nhiệt độ cực tiểu τ
min
không thay đổi, ta gọi là thời kì ổn định.
Tương tự như trên, ta viết:
Quá trình phát nóng :
Quá trình nguội lạnh :
Giải hai phương trình này ta được:
Hệ số công suất:

Hệ số quá tải dòng điện:
* Sự phát nóng do tổn hao quyết định. Đối với khí cụ điện là tổn hao đồng, tổn hao
sắt từ, tổn hao phụ.
* Nhiệt độ cho phép của các bộ phận khí cụ điện làm việc dài hạn, có thể tham khảo
trong bảng sau:
TT Các bộ phận trong KCĐ Nhiệt độ cho phép
1 Vật dẫn không bọc cách điện hay để xa vật cách điện 110
0
C
2 Dây nối mềm với tiếp điểm. 75
0
C
3 Tiếp điểm đồng và hợp kim đồng 75

0
C
4 Tiếp điểm trượt bằng đồng và hợp kim đồng
Tiếp điểm mạ bạc
110
0
C
5 Vật dẫn điện có bọc cách điện 120
0
C
6 Cách điện cấp 0
Cách điện cấp A
Cách điện cấp B
Cách điện cấp F, H, C
80
0
C
95
0
C
110
0
C
150
0
C
Trong tính toán phát nóng khí cụ điện thường dùng khái niệm độ chênh lệch nhiệt.
Độ chênh lệch nhiệt τ là hiệu số giữa nhiệt độ phát nóng θ và nhiệt độ môi trường xung
quanh θ
0

ở vùng ôn đới lấy bằng 35
0
C còn ở vùng nhiệt đới lấy bằng 50
0
C.
1.3.2. Tiếp xúc điện:
1.3.2.1. Khái quát: Tiếp xúc điện là chỗ gặp nhau của hai hay nhiều vật dẫn để dòng
điện đi từ vật dẫn này qua vật dẫn kia. Bề mặt tiếp xúc giữa các vật dẫn gọi là bề mặt
tiếp xúc điện.
* Tiếp xúc điện được chia làm 3 dạng chính:
7
T
t
ee
lv
T
t
od
lv
−
+








−=

−
minmax
1
τττ
T
t
e
lv
−
=
.
maxmin
ττ
T
tt
T
t
od
nglv
lv
e
e
+
−
−
−









−
=
1
1
max
τ
τ
T
t
T
t
cf
nl
p
lv
cx
e
e
K
−
−
−
−
==
1
1

τ
τ
T
t
T
t
f
nl
lv
cx
e
e
Kp
I
I
K
−
−
−
−
===
1
1
1
đại học công nghiệp hà nội
- Tip xỳc c nh: l hai vt dn tip xỳc cht cng vi nhau bng bu lụng, inh
vớt
- Tip xỳc úng m cú th lm cho dũng in chy hoc ngng chy t vt dn ny
sang vt dn kia.
- Tip xỳc trt: l vt dn ny cú th trt trờn b mt vt dn kia.

* Cỏc kiu tip xỳc trờn u tin hnh di cỏc hỡnh thc tip xỳc sau:
- Tip xỳc im: l hai vt dn ch tip xỳc vi nhau ch mt im hoc trờn mt
b mt vi ng kớnh rt hp. VD tip xỳc hỡnh cu - hỡnh cu, hỡnh cu - mt phng.
- Tip xỳc ng: l hai vt dn tip xỳc vi nhau theo mt ng thng hoc trờn
mt b mt rt hp. VD tip xỳc hỡnh tr - mt phng.
- Tip xỳc mt: l hai vt dn tip xỳc vi nhau theo mt b mt rng. VD tip xỳc
mt phng - mt phng.
1.3.2.2. in tr tip xỳc:
- in tr tip xỳc ca tip im bt k c tớnh theo kinh nghim sau:

)(=
m
tx
F
k
R
(1-1)
Trong ú k: h s ph thuc vt liu v tỡnh trng b mt tip im, cho bng
sau:
Vt liu tip im
k.10
-3
(.kg)
Tỡnh trng b mt tip im
ng - ng 0,08 0,14 Khụng b ụxuýt
ng - ng m thic 0,07 0,1 nt
ng m thic - ng m thic 0,07 Bụi du
ng - ng (tip im kiu kp) 0,38 Khụng b ụxuýt
ng - ng (tip im kiu chi) 0,1 nt
Nhụm - Nhụm 0,127 nt

2
1
a
l
Hỗnh : Tióỳp xuùc cuớa hai vỏỷt dỏựn
1
2
8
®¹i häc c«ng nghiÖp hµ néi
Nhôm - Đồng thau 1,85 nt
Đồng thau - Đồng thau 0,67 nt
Đồng thau - Đồng 0,388 nt
Sắt - Đồng thau 3,04 nt
Sắt - Đồng 3,1 nt
Bạc - Bạc 0,06 nt
m: hệ số điểm tiếp xúc và kiểu tiếp xúc, lấy theo bảng sau:
Hình thức tiếp xúc m
Mặt phẳng - mặt phẳng 1
Đỉnh nhọn - mặt phẳng 0,5
Hình cầu - mặt phẳng, hình cầu - hình cầu 0,5
Tiếp xúc đường 0,7
Ngoài công thức kinh nghiệm, ta còn dùng phương pháp giải tích để diễn giải rút
ra công thức tính điện trở tiếp xúc của tiếp điểm.
Với giả thiết điện trở tiếp xúc như một đĩa tròn mỏng, điện trở tiếp xúc phân bố
trong không gian theo êlípxôít và sử dụng lý thuyết tương tự giữa việc xác định điện
dung và điện trở, nhiều tác giả đã chứng minh công thức tính điện trở tiếp xúc của tiếp
điểm:
πσ
ρ
.

.
2
nF
R
tx
=
(1-2)
Trong đó: ρ - điện trở suất của vật dẫn (Ω.cm)
σ - hệ số chống dập nát
n - số điểm tiếp xúc
Rõ ràng điện trở tiếp xúc của tiếp điểm ảnh hưởng tới chất lượng của khí cụ
điện. Nếu điện trở tiếp xúc lớn làm cho tiếp điểm phát nóng, nếu phát nóng quá mức
cho phép sẽ làm tiếp điểm bị nóng chảy, thậm chí còn bị làm hàn dính. Như vậy điện trở
tiếp xúc có giá trị càng nhỏ càng tốt.
1.3.2.3. Những yếu tố ảnh hưởng tới điện trở tiếp xúc:
Điện trở tiếp xúc bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau:
a. Vật liệu làm tiếp điểm: Từ công thức (1-2) trên ta thấy rằng hệ số chống dập nát σ
của vật liệu làm tiếp điểm càng bé thì điện trở tiếp xúc bé. Vì vậy để điện trở tiếp xúc
nhỏ, ta nên chọn vật liệu mềm để làm tiếp điểm, nhưng thực tế cần phải kết hợp các yếu
tố khác như: độ bền cơ, khả năng chịu hồ quang vì vậy phải kết hợp một số vật liệu
khác để tăng các khả năng trên. VD đồng thau mạ thiếc hoặc mạ bạc
b. Lực ép tiếp điểm: Từ công thức (1-1) và (1-2) ta thấy răng lực ép tiếp điểm càng
lớn thì điện trở tiếp xúc càng nhỏ.
9
®¹i häc c«ng nghiÖp hµ néi

Đường 1 biểu diễn điện trở tiếp xúc giảm theo chiều lực tăng, nếu giảm lực nén lên
tiếp điểm điện trở tiếp xúc thay đổi theo đường 2.
Ta có thể giải thích như sau: Khi tăng lực nén lên bề mặt tiếp xúc thì không những
bề mặt bị biến dạng đàn hồi mà còn bị phá huỷ cục bộ. Khi ta giảm lực ép thì một số

điểm tiếp xúc vẫn còn giữ nguyên như khi lực nén lớn tác động. Tăng lực ép chỉ có tác
dụng giảm điện trở tiếp xúc R
tx
ở giai đoạn đầu điện trở lớn và trung bình. Khi lực ép đủ
lớn thì dù có tăng lực ép lên nữa thì điện trở tiếp xúc vẫn không thay đổi.
c. Hình dạng tiếp điểm: Cùng một lực ép nhưng kiểu tiếp xúc khác nhau thì R
tx
khác
nhau. Từ công thức trên ta thấy tiếp xúc mặt có R
tx
nhỏ nhất vì có hệ số m lớn nhất
d. Nhiệt độ của tiếp điểm: Nhiệt độ của tiếp điểm thay đổi sẽ làm R
tx
thay đổi theo
kết quả thí nghiệm với nhiệt độ nhỏ hơn 200
0
C có thể tính R
tx
qua công thức:

).
3
2
1(
)0(
θα
+=
txtx
RR
(1-3)

Trong đó: R
tx(0)
- điện trở tiếp xúc ở nhiệt độ 0
0
C.
α - hệ số nhiệt điện trở (Ω/
0
C).
θ - nhiệt độ tiếp điểm (
0
C).
e. Tình trạng bề mặt tiếp xúc: Bề mặt tiếp xúc bị bẩn bị oxy hoá có R
tx
lớn hơn nhiều
R
tx
của tiếp điểm sạch. Khi bị oxy hoá càng nhiều thì nhiệt độ phát nóng trên bề mặt tiếp
xúc càng cao.
1.3.2.4. Vật liệu làm tiếp điểm:
Để thoả mãn tốt các điều kiện khác nhau của tiếp điểm khí cụ điện thì vật liệu
làm tiếp điểm phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Có độ dẫn điện cao (giảm R
tx
).
F[kg]
100
200
300
400
0

5
10 15 20
25 30
R
tx
[10
6Ω
]
1
2
10
®¹i häc c«ng nghiÖp hµ néi
- Dẫn nhiệt tốt (giảm phát nóng cục bộ của những điểm tiếp xúc).
- Không bị oxy hoá (giảm R
tx
để tăng độ ổn định của tiếp điểm).
- Có độ bền cơ cao.
- Dễ gia công khi chế tạo và giá thành hạ.
Những vật liệu thường dùng gồm:
- Đồng kỹ thuật điện: đồng nguyên chất thu được bằng điện phân. Nhược điểm là
bị oxy hoá.
- Bạc: là vật liệu làm tiếp điểm rất tốt do có độ dẫn điện cao, chống mài mòn tốt,
khả năng chịu hồ quang tốt hơn đồng.
- Đồng thau: hợp kim của đồng và kẽm sử dụng làm tiếp điểm dập hồ quang.
- Các hợp kim đồng khác: hợp kim đồng với nhôm, đồng với Mangan, đồng với
Niken và các hợp kim đồng khác sử dụng làm tiếp điểm.
- Nhôm: có độ dẫn điện cao, rẻ nhưng dễ bị oxy hoá làm tăng điện trở suất, hàn
khó khăn và độ bền cơ kém.
- Vonfram và hợp kim vonfram: có độ mài mòn về điện tốt và chịu được hồ
quang, nhưng có điện trở tiếp xúc rất lớn.

- Vàng và platin: không bị oxy hoá do có điện trở tiếp xúc nhỏ và ổn định, được
sử dụng làm tiếp điểm hạ áp có dòng điện bé và quan trọng.
- Than và graphit: có điện trở tiếp xúc và điện trở suất lơn nhưng lại chịu được hồ
quang tốt. Thường dùng làm các tiếp điểm mà khi làm việc phải chịu tia lửa điện, đôi
khi làm tiếp điểm dập hồ quang.
1.3.2.5. Nguyên nhân hư hỏng tiếp điểm và biện pháp khắc phục:
a. Nguyên nhân hư hỏng:
- Ăn mòn kim loại: Trong thực tế chế tạo dù gia công như thế nào thì bề mặt tiếp
xúc tiếp điểm vẫn còn những chỗ nhỏ li ti. Khi vận hành hơi nước và các chất hoá học
có hoạt tính cao thấm vào và đọng lại trong những lỗ nhỏ này sẽ gây ra các phản ứng
hoá học tạo ra một lớp màng mỏng rất giòn. Khi va chạm trong quá trình đóng mở tiếp
điểm lớp màng mỏng này dễ bị bong ra, do đó bề mặt tiếp xúc bị mòn dần.
- Oxy hoá: Môi trường xung quanh làm bề mặt tiếp điểm bị oxy hoá tạo thành lớp
oxit mỏng trên bề mặt tiếp xúc, điện trở suất của lớp oxit này rất lớn nên làm tăng R
tx
dẫn đến gây phá hỏng tiếp điểm. Mức độ gia tăng R
tx
do bề mặt tiếp xúc bị oxy hoá còn
tuỳ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ 20-30
0
C có lớp oxit dày khoảng 2,5.10
-6
mm. Theo thí
nghiệm tiếp điểm đồng để ra ngoài trời sau một tháng R
tx
tăng 10%, ở nhiệt độ lớn hơn
70
0
C sự oxy hoá rất nhanh.
- Điện thế hoá học của vật liệu tiếp điểm: Hai kim loại có điện thế hoá học khác

nhau khi tiếp xúc sẽ tạo nên một cặp hiệu điện thế. Nếu bề mặt tiếp xúc có nước xâm
nhập và có dòng điện chạy qua, kim loại có điện thế hoá học âm hơn sẽ bị ăn mòn trước.
11
®¹i häc c«ng nghiƯp hµ néi
- Hư hỏng do điện: Trong q trình vận hành lâu ngày hoặc khơng được bảo quản
tốt lò xo tiếp điểm bị hoen rỉ yếu đi sẽ khơng đủ lực ép vào tiếp điểm. Khi có dòng điện
chạy qua, tiếp điểm sẽ bị phát nóng gây nóng chảy, thậm chí bị hàn dính vào nhau.
b. Các biện pháp khắc phục:
- Đối với những tiếp xúc cố định nên bơi một lớp mỡ chống rỉ hoặc qt lớp sơn
chống ẩm.
- Khi thiết kế chọn những vật liệu có điện thế hố học gần giống nhau.
- Nên sử dụng các vật liệu khơng bị oxy hố học gần giống nhau.
- Mạ điện các tiếp điểm.
- Thay lò xo tiếp điểm.
- Kiểm tra sửa chữa cải tiến thiết bị dập hồ quang, để rút ngắn thời gian dập hồ quang
nếu điều kiện cho phép.

1.4. CƠ CẤU ĐIỆN TỪ VÀ NAM CHÂM ĐIỆN.
1.4.1. Cơ cấu điện từ:
1.4.1.1. Khái niệm:
Cạc thiãút bë nhỉ råle, cäng tàõc tå, khåíi âäüng tỉì, ạptämạt âãưu cọ bäü pháûn lm
nhiãûm vủ biãún âäøi tỉì âiãûn nàng ra cå nàng. Bäü pháûn ny gäưm cọ: cün dáy v mảch tỉì
gi chung l cå cáúu âiãûn tỉì.
Mảch tỉì chia lm cạc pháưn chênh sau âáy :
 Thán mảch tỉì
 Nàõp mảch tỉì
 Khe håí khäng khê chênh δ.
Khi cho dng âiãûn chảy qua cün dáy thç trong cün dáy cọ tỉì thäng φ âi qua, tỉì thäng
ny cng chia lm 3 thnh pháưn :
Tỉì thäng chênh φ

δ
: l tỉì thäng âi qua khe håí khäng khê chênh, âọ cng l tỉì
thäng lm viãûc ca cå cáúu âiãûn tỉì .
Tỉì thäng tn φ
t
: l tỉì thäng âi ra ngoi khe håí khäng khê chênh.
Tỉì thäng r φ
r
: l tỉì thäng khẹp vng qua cün dáy l thnh pháưn khäng âi qua
khe håí khäng khê chênh m khẹp kên trong khäng gian giỉỵa li v thán mảch tỉì.
1.4.2.2. Phân loại:
- Phán theo tênh cháút ca ngưn âiãûn
 Cå cáúu âiãûn mäüt chiãưu.
12
3
1
i
Φ
r
Hçnh: Kãút cáúu mảch tỉì
1.Thán mảch tỉì; 2. Nàõp mảch tỉì ; 3. Cün dáy
Φ
δ
Φ
t
2
®¹i häc c«ng nghiƯp hµ néi
 Cå cáúu âiãûn tỉì xoay chiãưu.
- Theo cạch näúi cün dáy vo ngưn âiãûn
 Näúi näúi tiãúp.

 Näúi song song.
- Theo hçnh dảng mảch tỉì:
 Mảch tỉì hụt cháûp (thàóng).
 Mảch tỉì hụt xoay (quanh mäüt trủc hay mäüt cảnh), mảch tỉì hụt kiãøu pittäng.
1.4.2.3. Các định luật cơ bản của mạch từ:
1. Âënh lût Äm: Trong mäüt phán âoản ca mảch tỉì, tỉì ạp råi trãn nọ bàòng têch
giỉỵa tỉì thäng v tỉì tråí hồûc thỉång giỉỵa tỉì thäng v tỉì dáùn:
2. Âënh lût Kiãúckhäúp I: Trãn mi âiãøm ca mảch tỉì, täøng tỉì thäng vo bàòng
täøng tỉì thäng ra:
3. Âënh lût Kiãúckhäúp II: Trong mäüt mảch tỉì khẹp kên, täøng tỉì ạp ca cạc âoản
mảch bàòng täøng sỉïc tỉì âäüng:
4. Âënh lût bo ton dng âiãûn: Têch phán âỉåìng ca cỉåìng âäü tỉì trỉåìng theo
vng tỉì khẹp kên bàòng täøng s.t.â ca vng tỉì âọ:
Âënh lût ton dng âiãûn cọ thãø biãún âäøi nhỉ sau:
hồûc:
v âáy cng chênh l âënh lût Kiãúckhäúp II våïi mảch tỉì khẹp kên.
1.4.2. Nam châm điện.
1.4.2.1. Đại cương về nam châm điện:
Dng âiãûn chảy trong cün dáy s sinh ra tỉì trỉåìng. Váût liãûu sàõt tỉì âàût trong tỉì
trỉåìng ny s bë tỉì họa v cọ cỉûc tênh ngỉåüc lải våïi cỉûc tênh ca cün dáy, cho nãn s bë
hụt vãư phêa cün dáy
Nãúu âäøi chiãưu dng âiãûn trong cün dáy thç tỉì trỉåìng trong cün dáy cng âäøi
chiãưu v váût liãûu sàõt tỉì bë tỉì họa cọ cỉûc tênh ngỉåüc våïi cỉûc tênh cün dáy, cho nãn chiãưu
lỉûc hụt khäng âäøi.
Trong quạ trçnh lm viãûc nàõp mảch tỉì chuøn âäüng, khe håí khäng khê giỉỵa nàõp
v li thay âäøi nãn lỉûc hụt âiãûn tỉì cng thay âäøi.
1.4.2.2. Tính lực hút điện từ nam châm điện:
Lỉûc hụt âiãûn tỉì cu nam chám âiãûn mäüt chiãưu thỉåìng âỉåüc tênh theo 2 phỉång
phạp :
13

G
RU
φ
φ
µµ
==
.
0
1
=
∑
n
i
φ
∑∑
=
n
ii
n
i
FR
1
.
1
µ
φ
∫
∑
=
l

i
FdlH.
∫ ∫ ∫
∑
∫
====
l l l
i
l
FdR
S
dl
dl
S
SB
dlH
µ
φ
µ
φ
µ
.

.
.
∫
∑
∫
==
l

i
l
FdRdlH
µ
φ

N
S
Φ
δ
i
Φ
r
Φ
t
i
N
S
Nam chám âiãûn
đại học công nghiệp hà nội
1. Tờnh theo cọng thổùc maxwell:
Theo Maxell thỗ khi coù mọỹt vỏỷt dỏựn tổỡ trổồỡng thỗ vỏỷt dỏựn tổỡ seợ chởu mọỹt lổỷc taùc
duỷng:
Trong õoù:
: Veùc tồ tổỡ caớm ồớ khe hồớ KK bóử mỷt cổỷc tổỡ
: Veùc tồ phaùp tuyóỳn õồn vở ồớ bóử mỷt cổỷc tổỡ
S : dióỷn tờch bóử mỷt vỏỷt dỏựn.
à
0
= 1,25.10

-8
[H/cm] laỡ õọỹ tổỡ thỏứm cuớa khọng khờ.
Vỗ hóỷ sọỳ tổỡ dỏựn cuớa vỏỷt lióỷu sừt tổỡ lồùn hồn nhióửu cuớa khọng khờ (à >>à
0
) nón
xem nhổ cuỡng phổồng vaỡ
Vaỡ ta coù :
Khi khe hồớ khọng khờ beù, tổỡ trổồỡng coù thóứ xem nhổ phỏn bọỳ õóửu trón bóử mỷt cổỷc tổỡ B
= const, bón coi thỗ ta co ù:
B: õồn vở [Wb/cm
2
].
S: dióỷn tờch tổỡ thọng qua [cm
2
].
à
0
= 1,25.10
-8
[Wb/A.cm]
Nóỳu B tờnh theo Tesla thỗ :

Khi khe hồớ khọng khờ tổỡ thọng roỡ nhióửu :
Vồùi K
õc
= 3 ữ 5 laỡ hóỷ s õióửu chốnh.
2. Tờnh theo phổồng phaùp cỏn bũng nng lổồỹng:
Khi õoùng õióỷn vaỡo cuọỹn dỏy NC, ta coù phổồng trỗnh cỏn bũng õióỷn aùp :
Nhỏn 2 vóỳ cuớa phổồng trỗnh cho idt, ta coù :
Lỏỳy tờch phỏn hai vóỳ phổồng trỗnh trón ta coù:

Trong õoù ta coù:
: laỡ nng lổồỹng nguọửn cung cỏỳp.

: laỡ nng lổồỹng tióu hao trón õióỷn trồớ cuọỹn dỏy w.

: laỡ nng lổồỹng tờch luợy trong tổỡ trổồỡng.
2

i
2
2

1

i
1
i
0
b
a
c
d
1


0
14
( )
2
1 1

. . .
0 2
s
F B n B B n ds
à

=



ur ur r ur r
ẹ
B

n

( =0)n

r
2
( . ) .B n B B n
=
ur r ur r
2
0
1
.
2
S
F B n ds

à
=

ur r
ẹ
ds s

[ ]
NSBF .
2
1
2
0
à
=
[ ]
2
2
4 4F B S kg
S

= =
[ ]
2
/ .
1
4. .
1
d c
F B S kg

K

=
+
.
d
u R i
dt

= +
2
. .
d
uidt R i dt i dt
dt

= +
2
0 0 0
t t t
d
uidt i Rdt i dt
dt

= +

0
t
uidt

2
0
t
i
R dt



==

00
idW
dt
d
i
t
t
đại học công nghiệp hà nội
Tổỡ õọử thở ta thỏỳy quan hóỷ giổợa tổỡ thọng moùc voỡng vaỡ doỡng õióỷn i, coù tờnh phi tuyóỳn.
Tờnh lổỷc huùt õióỷn: Khi cung cỏỳp nng lổồỹng cho cồ cỏỳu õióỷn tổỡ thỗ nừp cuớa
maỷch tổỡ õổồỹc huùt vóử phờa loợi, khe hồớ khọng khờ ồớ giổợa nừp vaỡ loợi giaớm dỏửn.
ặẽng vồùi vở trờ ban õỏửu cuớa nừp maỷch tổỡ coù: =
1
; I = I
1
; =
1
ặẽng vồùi vở trờ cuọỳi coù: =
2
; I = I

2
; =
2
Nng lổồỹng tổỡ trổồỡng khi ồớ vở trờ õỏửu seợ laỡ:
:= dióỷn tờch oab
Vỏỷy nng lổồỹng lỏỳy thóm tổỡ ngoaỡi vaỡo õóứ nừp maỷch tổỡ chuyóứn õọỹng laỡ:
: = dióỷn tờch hỗnh thang abcd.
Theo õởnh luỏỷt cỏn bũng nng lổồỹng coù: W
t1
+ W
t
= W
t2
+ A
Trong õoù laỡ nng lổồỹng laỡm nừp chuyóứn õọỹng tổỡ vở trờ 1 õóỳn vở trờ 2.
A = W
t1
+ W

- W
t2
= dióỷn tờch tam giaùc cong oad.
Nóỳu giaớ thióỳt maỷch tổỡ chổa baợo hoỡa õổồỡng õỷc tờnh chố xeùt ồớ õoaỷn tuyóỳn
Ta coù:
Vỗ coù:
ỷt:
Daỷng vi phỏn :
Vỏỷy lổỷc huùt õióỷn tổỡ seợ laỡ:
Ta xeùt hai trổồỡng hồỹp sau:
a. Trổồỡng hồỹp khi I = const thỗ

Ta coù :
Coù : L = W
2
G
Trong õoù : G laỡ tổỡ dỏựn cuớa maỷch tổỡ.
W laỡ sọỳ voỡng cuớa cuọỹn dỏy.
Ta coù :
a. Trổồỡng hồỹp khi = const thỗ
Ta coù :
nón
15
1
1
0
t
W id


=

2
1
t
w id



=

1 2

1 2 2
1 2
2 1
; ;
2 2
( )
2
t t
t
I I
W W
I I
W



= =
+
=
.I L

=
1 2 2 1
1
( )
2
A I I

=
2 1 2 1

, I I I

= + = +
1 1
1
( )
2
A I I

=
1
( )
2
dA Id dI

=
1
( )
2
dA d dI
F I
d d d



= =
0
dI
d

=
5,1. [ ];
d
F I kg LI
d



= =
2
5,1.
dL
F I
d

=
( )

d
dG
WF
2
,.5
=
0
d
d


=

1 dI
[J/cm] = -5,1. . [ ]
2 d
dI
F kg
d


=
2
;I L W G
L

= =
.
2
m
W


=
2
2
5,1
. . [ ];
2
m
dG
F kg
G d

=
đại học công nghiệp hà nội
1.4.2.3. Nam chõm in xoay chiu v vũng chng rung:
Khi cung cỏỳp doỡng õióỷn xoay chióửu i = I
m
sin(wt) thỗ trong mach seợ xuỏỳt hióỷn :
Ta coù :
Ta thay :
suy ra :
ỷt laỡ thaỡnh phỏửn lổỷc huùt khọng õọứi theo thồỡi gian.
:laỡ thaỡnh phỏửn lổỷc thay õọứi theo thồỡi gian.
Ta coù: F
dt
= F
kd
+ F
bd
Vỏỷy lổỷc huùt õióỷn tổỡ bióỳn õọứi theo tỏửn sọỳ gỏỳp õọi tỏửn sọỳ cuớa nguọửn õióỷn (2w).
thồỡi õióứm B = 0 thỗ F
dt
= 0 lổỷc loỡ xo F
lx
> F
dt
thỗ nừp bở keùo nhaớ ra. nhổợng
thồỡi õióứm F
lx
< F

dt
thỗ nừp õổồỹc huùt vóử phờa loợi.
Nhổ vỏỷy trong mọỹt chu kyỡ nừp bở huùt nhaớ ra hai lỏửn nghộa laỡ nừp bở rung vồùi tỏửn sọỳ
100Hz nóỳu tỏửn sọỳ nguọửn õióỷn laỡ 50Hz.
óứ chọỳng hióỷn tổồỹng rung naỡy, ta phaới laỡm sao cho lổỷc huùt õióỷn tổỡ F
dt
ồớ moỹi thồỡi õióứm
phaới lồùn hồn lổỷc F
lx
.
Muọỳn F
dt
> F
lx
ngổồỡi ta taỷo ra 2 tổỡ thọng lóỷch pha trong maỷch tổỡ, bũng caùch õỷt
voỡng chọỳng rung thổồỡng bũng õọửng vaỡ coù mọỹt voỡng.
Nam chỏm õióỷn xoay chióửu
16
m
sin ; B=B sin
m
t t

=
( )
StBF
dt
.sin4
22

=
2
1 cos 2
sin
2
t
t



=
)2cos(.
2
4
2
4
22
t
SBSB
F
dt

=
2
0
2
m
F B S
=
0 0

.cos 2 (2 )
dt
F F F t f t

= =
0
.cos2
bd
F F t

=
đại học công nghiệp hà nội
Nguyón lờ laỡm vióỷc cuớa voỡng chọỳng rung :
Khi tổỡ thọng õi qua cổỷc tổỡ seợ chia laỡm hai thaỡnh phỏửn
1
vaỡ
2
.

1
laỡ thaỡnh phỏửn khọng õi qua phỏửn cổỷc tổỡ coù voỡng chọỳng rung,
2
õi qua phỏửn coù
voỡng chọỳng rung. Khi coù tổỡ thọng
2
bióỳn thión õi qua, trong voỡng chọỳng rung seợ xuỏỳt
hióỷn doỡng õióỷn caớm ổùng i
cổù
chaỷy kheùp maỷch trong voỡng.
Doỡng i

cổù
seợ sinh ra mọỹt tổỡ trổồỡng coù taùc duỷng chọỳng laỷi sổỷ bióỳn thión cuớa
2
nón
laỡm
2
chỏỷm pha so vồùi
1
mọỹt goùc (thc t gúc = 50
0
- 80
0
).
1.4. H QUANG IN.
1.4.1. Khái niệm chung về hồ quang điện:
Nam chỏm õióỷn xoay chióửu
Vũng ngn mch
17

2

1

đại học công nghiệp hà nội
+ Bản chất của hồ quang điện là hiện tợng phóng điện với mật độ dòng điện rất lớn
(tới 10
2
đến 10
3
A/cm

2
), có nhiệt độ rất cao (tới khoảng 5000 đến 6000
0
C) và điện áp rơi
trên cực âm rất bé (chỉ khoảng 10 đến 20V) và kèm theo hiện tợng phát sáng.
+ Hồ quang điện thực sự có ích khi sử dụng trong các lĩnh vực nh hàn điện, luyện
thép những lúc này cần duy trì cháy ổn định.
+ Trong các thiết bị điện nh: cầu chì, cầu dao, áp tô mátthì cần phải nhanh chóng
dập tắt.
1.4.2. Quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang.
1.4.2.1 Quá trình phát sinh hồ quang:
+ Hồ quang phát sinh là do môi trờng ở giữa các điện cực (các tiếp điểm) bị ion
hoá. Ion hoá có thể xảy ra bằng những con đờng khác nhau: dới tác dụng của ánh sáng,
nhiệt độ, điện trờng
a. Phát xạ electron do nhiệt:
Trong kim loại các điện cực bao giờ cũng tồn tại các điện tử tự do chuyển động
về mọi hớng ở giữa các mạng tinh thể, khi tiếp điểm bắt đầu mở, lực nén vào tiếp điểm
giảm dần, điện trở tiếp xúc tăng, dẫn đến mật độ dòng điện rất lớn làm nóng các điện
cực nhất là điện cực âm. Do đó động năng của các điện tử trên cực âm tăng, đến khi
công của điện tử vợt quá công thoát khỏi bề mặt kim loại cực âm.

b. Tự phát xạ electron:
Cũng có những trờng hợp nhiệt độ trên cực âm không đủ lớn để phát sinh phát xạ
eletron nhiệt nhng vẫn thấy vùng cực âm xuất hiện các điện tử. Hiện tợng này có thể giải
thích nh sau: khi tiếp điểm vừa mở khoảng cách giữa các tiếp điểm rất bé, đặc biệt
Vùng K Vùng AVùng thân
I
hq[
m]
K A

E [V]
E
K

U
A
U
Th
U
K
E
th
E
A
E
K
Hình: Đặc tính hồ quang điện
18
đại học công nghiệp hà nội
khoảng cách vùng cực âm lại càng bé hơn nữa nên cờng độ điện trờng rất lớn khoảng
hàng triệu vôn. Với các điện trờng lớn nh vậy sẽ làm bật các điện tử ra khỏi bề mặt
catốt.
c. Ion hoá do va chạm:
Sau khi tiếp điểm mở, do tác dụng của nhiệt độ cao hoặc của cờng độ điện trờng
cao, thờng cả hai làm phát sinh các điện cực tự do chuyển động từ cực âm sang cực d-
ơng. Dới tác động của điện trờng các điện tử chuyển động với tốc độ lớn, trên đờng
chuyển động chúng va chạm với các nguyên tử (phân tử) khí trung hoà làm bật các điện
tử tự do mới. Các điện tử này lại làm ion hoá các phần tử khí trung hoà khác. Do vậy mà
số lợng các phần tử mang điện tăng lên không ngừng, làm mật độ điện tích trong khoảng
không gian giữa các tiếp điểm rất lớn, đó là quá trình ion hoá do va chạm.

d. Ion hoá do nhiệt:
Nhiệt độ khí càng tăng thì tốc độ chuyển động của các phần tử khí càng tăng, số
lần va chạm càng tăng. Do va chạm của các nguyên tử và phân tử chuyển động nhanh
mà tạo thành những hạt trung hoà thì gọi là phân ly, còn tạo thành những hạt tích điện
thì gọi là ion hoá do nhiệt.
Tóm lại: hồ quang điện phát sinh là do tác dụng của nhiệt độ cao và cờng độ điện
trờng lớn sinh ra hiện tợng phát xạ điện tử nhiệt và tự phát xạ điện tử và tiếp theo là hai
quá trình ion hoá do va chạm và ion hoá do nhiệt.
1.4.2.2. Quá trình dập tắt hồ quang:
Sở dĩ quá trình hồ quang tắt là do quá trình phản ion xảy ra mạnh hơn quá trình
ion. Hai quá trình này xảy ra đồng thời cùng lúc, phản ion hoá gồm hai giai đoạn.
+ Hiện tợng tái hợp của những hạt điện tích điện âm và dơng thành những hạt trung
hoà.
+ Hiện tợng khuyếch tán các hạt điện tích điện tử trong vùng hồ quang cháy ra
không gian xung quanh.
a. Tái hợp:
Trong quá trình chuyển động các hạt mang điện là ion dơng và điện tử gặp các
hạt tích điện khác dấu là điện tử hoặc ion dơng để trở thành các hạt trung hoà. Quá trình
các ion tái hợp đợc biểu diễn bằng tốc độ tái hợp:

2
.)( n
dt
dn
th

=
Trong đó
th
dt

dn
)(
- tốc độ tái hợp các ion
- hệ số tái hợp;
n - mật độ ion và điện tử trong 1cm
3
thân hồ quang điện.
Dấu (-) có nghĩa là số ion và điện tử giảm dần theo thời gian trong quá trình tái hợp.
b. Khuyếch tán:
Chuyển động của các hạt điện tử từ chỗ có mật độ dòng điện cao đến chỗ mật độ
thấp gọi là khuyếch tán. Các điện tử và ion dơng không khuyếch tán theo dọc thân hồ
quang. Điện tử khuyếch tán nhanh hơn ion dơng. Quá trình khuyếch tán cũng đợc đặc tr-
ng bằng tốc độ. Các hạt khuyếch tán càng nhanh, hồ quang điện càng chóng tắt.
1.4.3. Các biện pháp và trang bị dập tắt hồ quang:
Các biện pháp và trang bị dập tắt hồ quang cần phải thoả mãn các yêu cầu: nhanh
chóng dập tắt hồ quang, hạn chế phạm vi cháy hồ quang đến nhỏ nhất có thể, tránh hiện
tợng quá điện áp khi hồ quang tắt.
Trong khí cụ điện thờng có các biện pháp và trang bị dập tắt hồ quang sau:
19
đại học công nghiệp hà nội
1.4.3.1 Các nguyên tắc dập tắt hồ quang:
+ Dùng năng lợng hồ quang sinh ra để tự dập.
+ Kéo dài hồ quang.
+ Chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn.
+ Mắc thêm điện trở song.
1.4.3.2 Các biện pháp và trang bị dập tắt hồ quang:
a. Kéo dài hồ quang bằng cơ khí:
Là biện pháp dập tắt hồ quang đơn giản nhất. Biện pháp này thờng áp dụng ở cầu
dao, rơle công suất nhỏ. Khi hồ quang bị kéo dài thì đờng kính thân hồ quang giảm, điện
trở hồ quang tăng, điều kiện phản ion mạnh mẽ, do đó hồ quang dễ tắt.

b. Dùng cuộn dây thổi từ kết hợp với buồng dập hồ quang:
Cuộn dây thổi từ là cuộn đồng có lõi thép mạch từ hở, cuộn dây này thờng mắc
nối tiếp với tiếp điểm chính của khí cụ điện. Dòng điện chạy trong dây tạo ra một từ tr-
ờng, tác dụng lên hồ quang để sinh ra một lực điện từ kéo dài hồ quang.
c. Dùng buồng dập hồ quang có khe hở quanh co:
Buồng đợc dùng bằng amiăng có hai nửa lồi lõm và ghép lại hợp thành những khe
hở quanh co khi đờng kính hồ quang lớn hơn bề rộng khe thì gọi là khe hẹp ngợc lại nếu
bề rộng khe lớn hơn đờng kính hồ quang thì gọi là khe rộng.
Trong lúc ngắt, dới tác dụng của lực điện động, hồ quang bị đẩy vào đờng khe
quanh co của buồng dập hồ quang. Nh vậy, hồ quang vừa tiếp giáp sát vào thành buồng
dập hồ quang vừa bị kéo dài trong khe quanh co, nên dễ bị dập tắt.
d. Phân chia hồ quang ra nhiều đoạn ngắn:
Trong buồng dập hồ quang ở phía trên ngời ta đặt thêm nhiều tấm thép non. Khi
hồ quang xuất hiện, do lực điện động hồ quang bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia
ra làm nhiều đoạn ngắn. Loại này thờng đợc dùng ở điện áp 220V một chiều và 500V
xoay chiều.

e. Tăng tốc độ chuyển động của cặp tiếp điểm:
Ngời ta bố trí các lá dao động, có một lá chính và một lá phụ hai lá này đợc nối
với nhau bằng một lò xo, lá dao phụ cắt nhanh do lò xo đàn hồi (lò xo sẽ làm tăng tốc độ
cắt dao phụ) khi kéo dao chính ra trớc.
f. Kết cấu tiếp điểm bắc cầu:
Một điểm cắt đợc chia ra làm hai tiếp điểm song song nhau, khi cắt mạch hồ
quang đợc phân chia làm hai đoạn và đồng thời do lực điện động ngọn lửa hồ quang sẽ
bị kéo dài ra làm tăng hiệu quả dập.
Chng 2: KH C IN BO V V PHN PHI
2.1. Cu chỡ:
20
đại học công nghiệp hà nội
2.1.1. Khỏi quỏt v cụng dng: L loi khớ c in dựng bo v thit b in v

li in khi b s c ngn mch. Nú thng c dựng bo v ng dõy dn, mỏy
bin ỏp, ng c in, thit b in, mch in iu khin, mch in thp sỏng v.v
Cỏửu chỗ coù õỷc õióứm laỡ õồn giaớn, kờch thổùồùc nhoớ, khaớ nng cừt lồùn vaỡ giaù thaỡnh
haỷ nón ngaỡy nay noù vỏựn õổồỹc sổớ duỷng rọỹng raới.
Caùc phỏửn tổớ cồ baớn cuớa cỏửu chỗ laỡ dỏy chaớy duỡng õóứ cừt maỷch õióỷn cỏửn baớo vóỷ
vaỡ thióỳt bở dỏỷp họử quang sau khi dỏy chaớy õổùt. Yóu cỏửu õọỳi vồùi cỏửu chỗ nhổ sau :
ỷc tuyóỳn ampe - giỏy cuớa cỏửu chỗ cỏửn phaới thỏỳp hồn õỷc tờnh ca thióỳt bở
baớo vóỷ.
Khi coù ngừn maỷch cỏửu chỗ phaới laỡm vióỷc coù choỹn loỹc theo trỗnh tổỷ.
ỷc tờnh cỏửu chỗ phaới ọứn õởnh
Cọng suỏỳt cuớa thióỳt bở baớo vóỷ caỡng tng, cỏửu chỗ phaới coù khaớ nng cừt cao
hồn.
Vióỷc thay thóỳ dỏy chaớy phaới dóự daỡng vaỡ tọỳn ờt thồỡi gian.
2.1.2. Cu to:
Gm cỏch in (v), dõy chy, cc tip in v thit b dp h quang vv


21
®¹i häc c«ng nghiÖp hµ néi

2.1.3. Nguyên lý làm việc:

Đặc tính cơ bản của cầu chì là sự phụ thuộc của thời gian chảy đứt với dòng điện
chạy qua (đặc tính ampe - giây). Để có tác dụng bảo vệ đường 1 (đường ampe – giây
của cầu chì) tại mọi điểm phải thấp hơn đường đặc tính của đối tượng bảo vệ (đường
2). Đường đặc tính thực tế của cầu chì được biểu thị bằng đường cong số 3. Trong
miền quá tải lớn (vùng B), cầu chì bảo vệ được đối tượng. Trong miền quá tải nhỏ
(vùng A), cầu chì không bảo vệ được đối tượng. Trong thực tế khi quá tải không lớn
22
2

3
I
dm
1
t
B
A
Hình: Đặc tính ampe - giây của cầu chì
I
gh
I
®¹i häc c«ng nghiÖp hµ néi
(1,5 – 2) I
dm
, sự phát nóng của cầu chì diễn ra chậm và phần lớn nhiệt lượng toả ra môi
trường xung quanh. Do đó cầu chì không bảo vệ được quá tải nhỏ. Trị số dòng điện mà
dây chảy cầu chì bị chảy đứt khi đạt tới nhiệt độ tới hạn, được gọi là dòng điện giới
hạn I
gh
.
2.1.4. Các loại cầu chì:
1. Loại hở: Loại này không có vỏ bọc kín, thường chỉ gồm dây chảy, dập tắt hồ
quang bằng không khí nên không an toàn. Loại này đi liền với cầu dao dùng cho mạch
điện có công suất nhỏ. Có các cỡ định mức sau: 5A, 10A, 15A, 30A.
2. Loại vặn: Dây chảy nối với nắp. Nắp có dạng răng vít để vặn chặn vào đế. Có
các cỡ định mức sau: 5A, 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 100A ở điện áp 500V.
3. Loại hộp (cầu chì hộp): Hộp và nắp đều làm bằng sứ cách điện và bắt chặt các
tiếp xúc bằng đồng. Tiếp xúc có kết cấu đơn hoặc kép. Có các cỡ định mức sau: 5A,
10A, 15A, 20A, 30A, 60A, 80A, 100A ở điện áp 500V.
4. Loại kín trong ống không có cát thạch anh: Vỏ làm bằng chất hữu cơ (một loại

xenlulô) có dạng hình ống mà ta thường gọi là cầu chì ống phíp. Dây chảy được đặt
trong ống kín bằng phíp, hai đầu có nắp bằng đồng, có răng vít để vặn chặt kín, dây
chảy được nối chặt với các cực tiếp xúc bằng các vòng đệm đồng. Quá trình dập hồ
quang như sau: Khi xẩy ra ngắn mạch, dây chảy đứt và phát sinh hồ quang. Dưới tác
dụng của nhiệt độ cao của hồ quang, vỏ xenlulô của ống bị đốt nóng sẽ bốc hơi (40%
H
2
, 50% CO
2
, 10% hơi nước), làm áp lực khí trong ống tăng lên rất lớn (40 ÷ 80 at) sẽ
dập tắt hồ quang.
5. Loại kín trong ống có cát thạch anh: Vỏ của cầu chì làm bằng sứ hoặc steatit, có
dạng là hình hộp chữ nhật. Trong vỏ có trụ tròn rỗng để đặt dây chảy, sau đó đổ đầy cát
thạch anh, dây chảy được hàn vào vòng đệm đồng và được bắt chặt vào phiến có cực
tiếp xúc.
2.1.5 Ký hiệu và cách tính chọn cầu chì:
1. Ký hiệu của cầu chì trên bản vẽ kỹ thuật:
Cầu chì thông thường Cầu chì tự rơi ba pha
23
®¹i häc c«ng nghiÖp hµ néi
2. Cách tính chọn cầu chì:
- Theo điều kiện làm việc bình thường: I
dm.cc
≥ I
tt

- Theo điều kiện mở máy:
Khi mở máy nhẹ:
5,2
.

mm
ccdm
I
I ≥
Khi mở máy nặng:
0,26,1
.
÷
≥
mm
ccdm
I
I
Trong đó I
mm
– dòng điện mở máy cực đại của động cơ.
Nếu một đường dây cung cấp cho nhiều động cơ thì điều kiện chọn dòng điện định
mức của cầu chì sẽ là:
∑
=
≥
n
i
dcilvccdm
ImI
1


α
∑

=
+
≥
n
i
mmdcilv
ccdm
IIm
I
1
.
.
Trong đó: m - hệ số đồng thời; n - số động cơ được cung cấp từ một đường dây;
I
mm
- dòng điện mở máy của động cơ có hiệu số (I
mm
- I
lv.dc
) lớn nhất. α: Hệ số mở máy
(mở máy nặng α = 1,6 ÷ 2,0, mở máy nhẹ α = 2,5).
VD: Một mạch điện như hình vẽ, ở dưới cầu chì 1 đấu một động cơ KĐB có P1=
30Kw, U = 380V, I = 76A, n = 740 v/p. Động cơ này luôn khởi động trong trạng thái đủ
tải và số lần khởi động cũng nhiều. Dưới cầu chì 2 đấu một động cơ kiểu dây quấn có
P2 = 100Kw, U = 380V, I = 240A, n = 960 v/p, nó cũng khởi động thường xuyên, điều
kiện mở máy nặng nề, nhưng dòng khởi động chỉ khống chế dưới 2.I. Dưới cầu chì 2
đấu một động cơ KĐB có P3 = 20Kw, U = 380V, I = 51A, n = 960 v/p, nó cũng khởi
động thường xuyên, khi khởi động trong trạng thái mang tải nhẹ. Tính chọn các cầu chì
của mạng điện trên.
Giải: Ở nhánh 1 nếu dòng điện khởi động lớn gấp 6 lần thì: I

kđ
= 76 * 6 = 456 (A)
Căn cứ vào tình hình khởi động của động cơ này chọn
24
1 2 3
CC
t
ĐC1
ĐC2
ĐC3
đại học công nghiệp hà nội

A
I
I
mm
ccdm
228
2
456
2
.
==
Chn cu chỡ 300A
nhỏnh 2: dũng khi ng I
k
= 2.I = 480A. Cn c vo tỡnh hỡnh khi ng,tuy
dũng in ch khng ch bng 2.I nhng thi gian khi ng tng i di, cụng sut
ln nờn chn:
A

I
I
mm
ccdm
300
6,1
480
6,1
.
==
Chn cu chỡ 300A.
nhỏnh 3: dũng khi ng I
k
= 51* 6 = 306A. Cn c vo iu kin khi ng
chn:
A
I
I
mm
ccdm
4,122
5,2
306
5,2
.
==
Chn cu chỡ 200A.
Trong mch tng: dũng khi ng ln nht l 480A, chn = 1,6

A

IIm
I
mm
n
i
dcilv
ccdm
3,379
6,1
7651480
1
.
.
=
++
=
+


=

Chn cu chỡ 400A.
Ngoi ra phi hp gia cu chỡ mch tng v mch nhỏnh, khi mch nhỏnh cú s
c thỡ ch lm t cu chỡ mch nhỏnh.Túm li dũng nh mc ca dõy chy ca cu chỡ
tng phi ln hn dũng nh mc ca dõy chy ca cu chỡ mch nhỏnh 2cp.
2.2. p tụ mỏt:
2.2.1 Khỏi nim chung v yờu cu:
- ptụmỏt l KC t ng ct mch in khi cú s c, dựng bo v cho mch
in khi cú s c quỏ ti, ngn mch, st ỏp, truyn cụng sut ngc.
- Ngoi ra cũn cũn dựng úng m cho mch in khụng thng xuyờn úng m.

- Yờu cu:
Ch lm vic nh mc ca ptụmỏt phi l ch lm vic di hn, ngha
l tr s dũng in nh mc chy qua ptụmỏt lõu bao lõu cng c. Mt khỏc,
mch dũng in ca ptụmỏt phi chu c dũng in ln (khi cú ngn mch)
lỳc cỏc tip im ca nú ó úng hay ang úng.
ptụmỏt phi ngt c tr s dũng in ngn mch ln, cú th n vi chc
kilụampe. Sau khi ngt dũng in ngn mch, ptụmỏt phi m bo vn lm
vic tt tr s dũng in nh mc.
nõng cao tớnh n nh nhit v in ng ca cỏc thit b in, hn ch s phỏ
hoi do dũng in ngn mch gõy ra, ptụmỏt phi cú thi gian ct bộ. th
hin yờu cu thao tỏc bo v cú chn lc, ptụmỏt cn phi cú kh nng iu
chnh tr s dũng in tỏc ng v thi gian tỏc ng.
2.2.2 Phõn loi:
Phỏn theo kóỳt cỏỳu
Loaỷi mọỹt cổỷc.
Loaỷi hai cổỷc.
25