bài giảng môn học khí cụ điện, chương 6 pdf

T
ra
n
g
28
/
1
0
3
Chương 6: CẦU
CH
Ì
I . KHÁI NIỆM VÀ YÊU CẦU.
Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bò và lưới
điện tránh sự cố ngắn mạch, thường dùng để bảo vệ cho đường dây
dẫn, máy biến áp,
động cơ điện, thiết bò điện, mạch điện điều khiển, mạch điện
thắp sáng.
Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt
lớn và giá thành hạ nên được ứng dụng rộng rãi.
Các tính chất và yêu cầu của cầu chì:
- Cầu chì có đặc tính làm việc ổn đònh, không tác động khi có dòng
điện mở máy và dòng điện đònh mức lâu dài đi qua.
- Đặc tính A-s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng bảo
vệ.
- Khi có sự cố ngắn mạch, cầu chì tác động phải có tính chọn lọc.
- Việc thay thế cầu chì bò cháy phải dễ dàng và tốn ít
thời gian. II . CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.
1. Cấu
tạo:
Cầu chì bao gồm các thành phần sau :

+ Phần tử ngắt mạch : đây chính là thành phần chính của cầu
chì, phần tử này phải có khả năng cảm nhận được giá trò hiệu dụng
của dòng điện qua nó.
Phần tử này có giá trò điện trở suất rất bé ( thường bằng bạc , đồng,
hay các vật
liệu dẫn có giá trò điện trở suất nhỏ lân cận với các giá trò nêu trên
). Hình dạng của phần tử có thể ở dạng là một dây (tiết diện tròn) ,
dạng băng mỏng .
+ Thân của cầu chì : thường bằng thủy tinh, ceramic (sứ gốm )
hay các vật liệu khác tương đương. Vật liệu tạo thành thân của cầu
chì phải đảm bảo được
hai tính chất
:
- Có độ bền cơ khí .
T
ra
n
g
29
/
1
0
3
- Có độ bền về điều kiện dẫn nhiệt , và chòu đựng được các sự
thay đổi nhiệt độ đột ngột mà không hư hỏng.
+ Vật liệu lấp đầy ( bao bọc quanh phần tử ngắt mạch trong thân
cầu chì )
: thường bằng vật liệu silicat ở dạng hạt, nó phải có khả năng hâp thu
được năng lượng sinh ra do hồ quang và phải đảm bảo tính cách điện
khi xảy ra hiện tượng ngắt mạch.

+ Các đầu nối : Các thành phần này dùng đònh vò cố đònh cầu chì
trên các thiết bò đóng ngắt mạch ; đồng thời phải đảm bảo tính tiếp xúc
điện tốt.
T
ra
n
g
30
/
1
0
3
2. Nguyên lý hoạt động:
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 ampe –
giây của cầu chì tại mọi điểm phải thấp hơn đặc tính của đối tượng cần
bảo vệ.
+ Đối với dòng điện đònh mức của cầu chì : năng lượng sinh ra do
hiệu ứng Joule khi có dòng điện đònh mức chạy qua sẽ tỏa ra môi
trường và không gây nên sự nóng chảy, sự cân bằng nhiệt sẽ được
thiết lập ở một giá trò mà không gây sự già hóa hay phá hỏng bất cứ
phần tử nào của cầu chì.
+ Đối với dòng điện ngắn mạch của cầu chì : sự cân bằng trên
cầu chì bò phá hủy, nhiệt năng trên cầu chì tăng cao và dẫn đến sự phá
hủy cầu chì.
Người ta phân thành hai giai đọan khi xảy ra sự phá hủy
cầu chí :


Quá trình tiền hồ quang (tBB
p
BB).


Quá trình sinh ra hồ quang (tBB
a
BB)
I
Do
ø
ø
ø
øng
đie
ä
ä
ä
än
Do
øøøø
n
g
p
đ
h
i
o
e
ûûûû

n
ä
ä
ä
ä
n
g
đo
a
ù
ùù
ù
n
t
BB
BB
BB
BB
0
B
BB
BB
BB
B
: thờøøøi điểåååm bắééét đầàààu
sựïïï
tie
h
à
à

h
à
à
n
o
à
àà
à
I
quang
p
Dòøøøng
tro
đ
n
ie
g
e
g
ä
ää
än
q
uáùùù
trìn
h
h
ồààà
cốááá.
t

BBBBBBBB
p
BBBBB
BBB
T
ra
n
g
31
/
1
0
3
: thờøøøi điểåååm chấááám dứùùùt
giai
đoạïïïn
ti
ềààà
n hồààà quang.
I
quang
t
B
B
B
B
B
B
B
B

t
B
B
B
B
B
B
B
B
: thờøøøi điểåååm chấááám
dứùùùt
qu
a
ù
ùù
ù
trình pha
ù
ù
ù
ùt sinh
ho
à
àà
à
t
(tp
Thờøøøi gian tiềàààn
hồààà
t t

t
(ta
Thờøøøi gian sinh
ho
àààà
quan
g
Thờøøøi gian t
o
a
q
øøøø
n
u
b
a
o
n
ääää
g
quáùùù
trình
Giản đồ thời gian của quá trình phát sinh hồ quang.
Quá trình tiền hồ quang : giả sử tại thời điểm tBB
0
BB
phát sinh sự quá dòng, trong khoảng thời gian tBB
p
BB làm
nóng chảy cầu chì và phát sinh ra hồ quang điện.

T
ra
n
g
32
/
1
0
3
L
y
ù
ù
ù
ù
T
h
u
ye
á
á
á
á
t
K
h
í
C
u
ï

ï
ï
ï
Đi
e
ä
ä
ä
ä
n
Tra
n
g
30
/
1
0
3
Khoảng thời gian này phụ thuộc vào giá trò dòng điện tạo nên do sự
cố và sự
cảm biến của cầu chì .
Quá trình phát sinh hồ quang : tại thời điểm tBB
p
BB hồ
quang sinh ra cho đến thời điểm tBB
t
BB mới dập tắt toàn bộ
hồ quang. Trong suốt quá trình này, năng lượng sinh ra do hồ quang
làm nóng chảy các chất làm đầy tại môi trường hồ quang sinh ra; điện
áp ở hai đầu cầu chì hồi phục lại, mạch điện được ngắt ra.

3. Phân loại, ký hiệu, công dụng:
Cầu chì dùng trong lưới điện hạ thế có nhiều hình dạng khác
nhau, trong sơ đồ nguyên lý ta thường ký hiệu cho cầu chì theo một
trong các dạng sau :
F
1
.
FUS
E
L
y
ù
ù
ù
ù
T
h
u
ye
á
á
á
á
t
K
h
í
C
u
ï

ï
ï
ï
Đi
e
ä
ä
ä
ä
n
Tra
n
g
31
/
1
0
3
Vỏûûû hộäääp chứùùùa
cầàààu c
h
ì
( Lọ
ï
ï
ï
ai 3
pha )
Cầàààu
chì

dạïïïng
ốáááng
Hộäääp chứùùùa
cầàààu chì đang
ởûûû vò
thế
á
á
á
mở
û
û
û
, (ca
à
à
à
à
u
chì cóùùù kèøøøm
theo
contact
đóùùùng mởûûû
mạïïïch).
PP
Hình dạng của cầu chì ống, và vỏ hộp (Cầu chì của SIEMENS)
L
y
ù
ù

ù
ù
T
h
u
ye
á
á
á
á
t
K
h
í
C
u
ï
ï
ï
ï
Đi
e
ä
ä
ä
ä
n
Tra
n
g

32
/
1
0
3
Cầu chì ở dạng ON Cầu chì ở dạng OFF Cầu chì ở vò thế
đạng thay thế
Sơ đồ mô tả cấu tạo bên trong một dạng cầu chì dùng kèm
theo contact đóng (ON) mở (OFF).
Cấu tạo bên trong một dạng cầu chì dùng kèm theo contact đóng (ON)
mở
(OFF). Dạng cầu chì trong hình 3.2 và 3.3 không thao tác lắp đặt giống
nhau.
L
y
ù
ù
ù
ù
T
h
u
ye
á
á
á
á
t
K
h

í
C
u
ï
ï
ï
ï
Đi
e
ä
ä
ä
ä
n
Tra
n
g
33
/
1
0
3
Hình dạng của đế dùng lắp đặt cầu chì (dạng xoay )
Cầu chì có thể được chia thành hai dạng cơ bản, tùy thuộc vào
nhiệm vụ :
+ Cầu chì lọai g : cầu chì dạng này có khả năng ngắt mạch, khi
có sự cố quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải.
+ Cầu chì lọai a : cầu chì dạng này chỉ có khả năng bảo vệ duy
nhất trạng thái ngắn mạch trên tải.
Muốn phân biệt nhiệm vụ làm việc của cầu chì, ta cần căn cứ

vào đặc tuyến Ampe - giây (là đường biểu diển mô tả mối quan hệ
giửa dòng điện qua
cầu chì và thời gian ngắt mạch của cầu chì).
Gọi IBB
cc
BB : giá trò dòng điện ngắn mạch ( cc : court
– circuit – Pháp văn) I
B B
s
B
B : giá trò dòng điện
quá tải ( s : surchage – Pháp văn).
Với cầu chì lọai g : khi có dòng IBB
cc
BB qua mạch nó
phải ngắt mạch tức thì, và khi có dòng IBB
s
BB qua mạch
cầu chì không ngắt mạch tức thì mà duy trì một khỏang thời gian
mới ngắt mạch (thời gian ngắt mạch và giá trò dòng IBB
s
B
B
tỉ lệ nghòch với nhau).
L
y
ù
ù
ù
ù

T
h
u
ye
á
á
á
á
t
K
h
í
C
u
ï
ï
ï
ï
Đi
e
ä
ä
ä
ä
n
Tra
n
g
34
/

1
0
3
Với cầu chì lọai a : nó cho phép dòng điện IBB
s
B
B
qua mạch trong thời gian dài, và khi có dòng ngắn mạch IBB
cc
BB
qua nó, nó không ngắt tức thì mà duy trì một khoảng thời gian mới
ngắt mạch ( thời gian ngắt mạch và giá trò dòng IBB
cc
BB tỉ
lệ nghòch với nhau ).
TRƯƠ
Ø
Ø
Ø
Ø
NG
ð
Ạ
I
H
Ọ
C C
Ơ
N
G

N
G
H
I
Ệ
P
T
P
H
CM
KH
O
A
ĐIE
Ä
Ä
Ä
Ä
N
Do đó nếu quan sát hai đặc tính Ampe - giây của hai lọai cầu chì
a và g;
ta nhận thấy đặc tính Ampe - giây của cầu chì lọai a nằm xa trục thời
gian ( trục tung ) và cao hơn đặc tính Ampe - giây của cầu chì lọai g.
t
ca
à
àà
à
u chì lo
ï

ï
ï
ïai
g
t
Vùøøøng bảûûûo vệäää quáùùù tảûûûi
điểåååm quáùùù
tảûûûi
cầ
àà
àu chì lo
ï
ï
ï
ïai a
đặëëëc tính Ampe
giâââây củûûûa cầàààu
chì
điểåååm ngắééén
mạïïïch
Icc
In
Is
I
quáùùù tảûûûi
đặëëëc tính
Ampèøøøre giâââây
củûûûa cầàààu chì
điểåååm ngắééén mạïïïch
Icc

In
I
Đặc tính ampère giây của các lọai cầu
chì
.
4. Các đặc tính điện của cầu chì:


Điện áp đònh mức là giá trò điện áp hiệu dụng xoay chiều
xuất hiện ở hai đầu cầu chì (khi cầu chì ngắt mạch), tần số của
nguồn điện trong phạm vi
48Hz đến 62Hz.


Dòng điện đònh mức là giá trò hiệu dụng của dòng điện xoay
chiều mà cầu chì có thể tải liên tục thường xuyên mà không làm
thay đổi đặc tính của
nó.


Dòng điện cắt cực tiểu là giá trò nhỏ nhất của dòng điện sự cố
mà dây chì có khả năng ngắt mạch. Khả năng cắt đònh mức là giá trò
cực đại của dòng điện ngắn mạch mà cầu chì có thể cắt.
Sau đây là các vò trí trên biểu đồ của các dòng điện
khác
nh
a
u
:
TRƯƠ

Ø
Ø
Ø
Ø
NG
ð
Ạ
I
H
Ọ
C C
Ơ
N
G
N
G
H
I
Ệ
P
T
P
H
CM
KH
O
A
ĐIE
Ä
Ä

Ä
Ä
N
Cáùùùc đặëëëc tính
củûûûa dòøøøng
điệäään
Dòøøøng
điệäään sửûûû
dụïïïng
Dòøøøng
điệäään ngắééén
mạïïïch
Ly
ù
ùù
ù
Thuyế
á
á
á
t Khí Cu
ï
ï
ï
ï
Đie
ä
ää
ä
n

Cáùùùc đặëëëc tính củûûûa
Trang 34/ 103
cầàààu
chì
Dòøøøng
điệäään
đònh
mư
ù
ùù
ù
c
Dòøøøng
điệäään
ca
é
é
é
ét cư
ï
ïï
ï
c
tie
å
å
å
åu
Dòøøøng
điệäään

ca
é
éé
é
t giớ
ùù
ùi
ha
ï
ïï
ï
n
Khảûûû
n
a
êêêê
ng
ca
é
éé
é
t đònh
m
ư
ù
ù
ù
ù
c
TRƯƠ

Ø
Ø
Ø
Ø
NG
ð
Ạ
I
H
Ọ
C C
Ơ
N
G
N
G
H
I
Ệ
P
T
P
H
CM
KH
O
A
ĐIE
Ä
Ä

Ä
Ä
N
Tra
n
g
35
/
1
0
3
Hình ảnh thực tế của cầu chì hãng Merlin Gerin.
TRệễ
ỉ
ỉ
ỉ
ỉ
NG


I
H

C C
ễ
N
G
N
G
H

I

P
T
P
H
CM
KH
O
A
ẹIE




N
Tra
n
g
36
/
1
0
3
Lyựựựự Thuyeỏỏỏỏt Khớ Cuùùùù ẹieọọọọn
TRƯƠ
Ø
Ø
Ø
Ø

NG
ð
Ạ
I
H
Ọ
C C
Ơ
N
G
N
G
H
I
Ệ
P
T
P
H
CM
KH
O
A
ĐIE
Ä
Ä
Ä
Ä
N
Tra

n
g
37
/
1
0
3
THÍ DỤ : Một lò nung dùng điện 3 pha có công suất 18KW cần bảo
vệ quá tải
và ngắn mạch bằng cầu chì. Nguồn điện 3 pha cung cấp là
230V/400V ; dòng điện ngắn mạch cho phép đối với máy biến áp
nguồn là 10KA (xem sơ đồ đơn
tuyến của hệ thống).
3
dây
F1
L
ò
nu
ng
1/ Chọn theo bảng sau cầu chì F1 dùng bảo vệ các sự cố nêu trên.
2/ Gán các giá trò dòng điện vào giản đồ dòng điện.
G
IA
Û
I
1./ Dòng điện đònh mức qua mỗi dây dẩn đến lò nung là :
I

P


18.000

25,98

26
A
U
.
3
400. 3
Khi chọn cầu chì F1, căn cứ vào giá trò dòng điện đònh mức,
điện áp nguồn, chức năng bảo vệ, tính chất phụ tải kích thước vỏ
hộp chứa cầu chì.

Dòng đònh mức là 26A.

Điện áp nguồn (điện áp dây) 400V.

Bảo vệ quá tải và ngắn mạch.

Phụ tải thuần trở (lò nung).
Tra bảng tiêu chuẩn, ta chọn lọai cầu chì sau cho F1:
Kích thước(Taille) (14 x51) , Code : gl 1432 mã số P 93393 ;
dòng đònh mức 32A
2./ Điền các giá trò dòng điện vào
b
a
û
ng

TRƯƠ
Ø
Ø
Ø
Ø
NG
ð
Ạ
I
H
Ọ
C C
Ơ
N
G
N
G
H
I
Ệ
P
T
P
H
CM
KH
O
A
ĐIE
Ä

Ä
Ä
Ä
N
Tra
n
g
38
/
1
0
3
LL
L
L
yy
y
y
TT
T
T
hh
h
h
uu
u
u
yy
y
y

ee
e
e
KK
KK
hh
h
h
Cáùùùc đặëëëc tính
c
u
ûûûû
a dòøøøng
đ
i
e
ääää
n
Cá
ù
ù
ù
c đặ
ë
ë
ë
c tính
c
u
û

û
û
û
a
Dòøøøng
đ
i
e
ääää
n
sửûûû
du
ïïïï
ng
32
A
26
A
1,6
x32
A
=
52
A
Dòøøøng
điệäään ngắééén
mạïïïch
100KA
ùùùù
cầàààu chì

áááát í Cụïïï
Điệäään
Dòøøøng
điệäään
đònh
mư
ù
ùù
ù
c
Dòøøøng
điệäään
ca
é
é
é
ét cư
ï
ïï
ï
c
tie
å
å
å
åu
Dòøøøng
điệäään
ca
é

éé
é
t giớ
ùù
ùi
ha
ï
ïï
ï
n
Khảûûû
n
a
êêêê
ng
ca
é
éé
é
t đònh
m
ư
ù
ù
ù
ù
c
TRƯƠ
Ø
Ø

Ø
Ø
NG
ð
Ạ
I
H
Ọ
C C
Ơ
N
G
N
G
H
I
Ệ
P
T
P
H
CM
KH
O
A
ĐIE
Ä
Ä
Ä
Ä

N
Tra
n
g
37
/
1
0
3
CÂU HỎI PHẦN
B
1- Nêu công dụng của cầu chì.
2- Cho biết cấu tạo của cầu chì gồm các thành phần nào ?
3- Cầu chì có mấy lọai. Chức năng của từng lọai cầu chì.
Bài tập 1 : Chọn cầu chì dùng để bảo vệ cho mạch gồm các thiết bò
sau :

10 bộ đèn. Mỗi bộ có công xuất sau : 40W UBB
đm
BB= 220V ; cos

= 0.8

10
quạt : Mỗi quạt có công suất 60W; UBB
đm
BB=220V ;
cos

=

0.9
Bài tập 2 : Chọn cầu chì dùng để bảo vệ cho động cơ 3 pha có thông
số sau :
PBB
đm
B
B=5HP; UBB
đm
BB=
380V
;
Cos

BB
đm
BB
= 0.8;
KBB
mm
BB= 3
Bài tập 3: Chọn cầu chì để bảo vệ cho mạch 2 động cơ 3 pha có thông
số sau:

Động cơ 1 :
PBB
đm
B
B = 5HP; UBB
đm
BB =380V;

Cos

BB
đm
BB
= 0.8; KBB
mm
BB = 4

Động cơ 2:
PBB
đm
B
B = 7.5HP; UBB
đm
BB=380V;
Cos

BB
đm
BB
= 0.85; KBB
mm
BB=5.
TRÖÔ
Ø
Ø
Ø
Ø
NG

ð
Ạ
I
H
Ọ
C C
Ô
N
G
N
G
H
I
Ệ
P
T
P
H
CM
KH
O
A
ÑIE
Ä
Ä
Ä
Ä
N
Tra
n

g
38
/
1
0
3