Nghiên cứu và thiết kế cho hệ thống bảo vệ tổng hợp cho động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha

Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
LỜI MỞ ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước điện năng có
vai trò rất quan trọng. Điện năng giúp chúng ta giảm đáng kể sức lao động của
con người trong các nhà máy, xưởng sản xuất, trong các cầu cảng… Điện năng
còn giúp chúng ta trong lĩnh vực chiếu sáng, thông tin, liên lạc…Để đạt được
tối đa các ứng dụng của điện năng và an toàn cho các thiết bị tiêu thụ điện thì
việc bảo vệ là hết sức quan trọng. Việc bảo vệ phải đảm bảo ngắt phần hư hỏng
ra khỏi lưới điện để không ảnh hưởng đến các thiết bị dùng điện khác hay phải
tách thiết bị ra khỏi lưới điện khi lưới điện gặp sự cố.
Trước kia, với các khí cụ điện các đặc tính bảo vệ đã được thỏa mãn.
Nhưng với cáckhí cụ điện thì việc bố trí tủ điện cồng kềnh, mất nhiều diện tích,
hơn nữa giá thành lại khá cao. Để khác phục những nhược điểm trên em xin
đưa ra một số phương pháp dùng các phần tử bảo vệ không tiếp điểm để thay
thế cho các khí cụ điện. Dùng các phần tử không tiếp điểm này đặc tính bảo vệ
của nó không khác gì so với các khí cụ điện, hơn nữa việc sử dụng các phần tử
không tiếp điểm này khiến cho các tủ điện trở nên gọn nhẹ đáng kể. Không
những thế dùng các phần tử không tiếp điểm còn đơn giản có thể tự chế tạo
được.
Khi nhận được đề tài: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống bảo vệ tổng
hợp cho động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha. Đề tài gồm có 4
chương:
Chương I: Các sự cố thường gặp
1
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
Chương II: Tìm hiểu biện pháp bảo vệ cổ điển
Chương III: Phương pháp bảo vệ dùng thiết bị bán dẫn
Chương IV: Tính chọn thiết bị
Ban đầu, khi nhận được đề tài em cảm thấy rất do dự, không biết khả

năng của mình có thể hoàn thành được đề tài hay không, nhưng sau một thời
gian học tập tại xưởng, được sự giúp đỡ của thầy Nguyễn Trương Huy và các
thầy cô giáo trong khoa, cùng với các bạn đến nay đồ án đồ án của em đã hoàn
thành. Mặc dù vậy vì thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót.
Em mong được các thầy cô giúp đỡ thêm để em có được những kiến thức bổ
ích để bước vào ngành khoa học đầy thú vị này!
Em xin cảm ơn!
Đại Học Sao Đỏ, ngày… tháng…. Năm 2014
Sinh viên
2
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
CHƯƠNG I: CÁC SỰ CỐ THƯỜNG GẶP
Trong quá trình vận hành, hệ thống truyền động điện có thể xuất hiện sự
cố và chế độ làm việc không bình thường của các phần tử.
Trong phần lớn các sự cố thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng
khá cao và điện áp giảm khá thấp. Các thiết bị có dòng tăng cao chạy qua có
thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị hư hỏng. Khi điệp áp giảm thấp các hộ
tiêu thụ không thể làm việc bình thường và tính ổn định của các máy móc làm
việc song song và của toàn bộ hệ thống bị giảm. Các chế độ làm việc không
bình thường làm cho áp, dòng, tần số lệch khỏi giới hạn cho phép và nếu kéo
dài tình trạng này có thể dẫn đến sự cố.
Như vậy, có thể nói sự cố làm rối loạn sự làm việc bình thường của hệ
thống truyền động điện nói chung và của các hộ tiêu thụ điện nói riêng. Còn
chế độ làm việc không bình thường có thể tạo ngay khi xuất hiện sự cố.
Muốn duy trì sự làm việc bình thường của hệ thống và của các hộ tiêu
thụ khi xuất hiện sự cố cần phát hiện càng nhanh cành tốt chỗ bị sự cố và cách
li nó khỏi phần tử không bị hư hỏng, nhờ vậy phần còn lại hoạt động như
thường và đồng thời giảm được mức độ hư hại của phần tử bị sự cố. Chỉ có
thiết bị tự động bảo vệ mới có thể thực hiện tốt yêu cầu trên.Các thiết bị bảo vệ

này theo dõi liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử của hệ
thống điện. Khi xuất hiên sự cố các phần tử bảo vệ phát hiện và cắt phần tử
hỏng ra khỏi lưới điện.Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường thiết
bị bảo vệ sẽ phát hiện và tùy thuộc vào yêu cầu có thể tác động để khôi phục lại
chế độ làm việc bình thường hoặc báo tin cho nhân viên trực tiếp.
3
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
Trong thực tế đối với hệ thống điện thường xảy ra các sự cố sau:
1.1. Sự cố ngắn mạch
1.1.1. Khái niệm sự cố ngắn mạch
Ngắn mạch là hiện tượng nguồn điện khép kín mạch tạo thành dòng điện
mà không đi qua phụ tải.
Ngắn mạch là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng
chạm
chập giữa các pha không thuộc chế độ làm việc bình thường.
- 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 điện 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. Theo thực nghiệm:
R= [Ω]
Trong đó: I - Dòng ngắn mạch [A]
4

Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
l - Chiều dài hồ quang điện [m]
Ngắn mạch trực tiếp là ngắn mạch qua một điện trở trung gian rất bé, có
thể bỏ qua (còn được gọi là ngắn mạch kim loại).
Ngắn mạch đối xứng là dạng ngắn mạch vẫn duy trì được hệ thống
dòng, áp 3
pha ở tình trạng đối xứng.
Ngắn mạch không đối xứng là dạng ngắn mạch làm 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.
- Không 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 đất.
Inm =
Trong đó:
5
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
Inm: Dòng điện ngắn mạch
U: Điện áp lưới điện
Znm: Điện trở ngắn mạch (Phụ thuộc vào tính chất tiếp xúc chỗ
ngắn mạch).

1.1.2. Điện trở ngắn mạch phụ thuộc vào
- Khoảng cách từ điểm ngắn mạch tới bảo vệ
- Phụ thuộc vào dây dẫn
- Phụ thuộc vào tính chất tiếp xúc tại vị trí ngắn mạch.
Nhưng dù phụ thuộc gì thì điện trở ngắn mạch cũng rất nhỏ do vậy dòng
điện ngắn mạch sẽ rất lớn.
1.1.3. Tác hại của sự cố ngắn mạch
- Gây lực điện động rất lớn.
- Phá hỏng dây từ điểm ngắn mạch tới nguồn.
- Phát nóng: Dòng ngắn mạch rất lớn so với dòng định mức làm cho các
phần tử có dòng ngắn mạch đi qua nóng quá 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 vòng một giây làm động cơ điện có thể ngừng quay,
sản xuất đình trệ, có thể làm hỏng sản phẩm.
6
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
- Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần do dòng thứ tự không
sinh ra khi
ngắn mạch chạm đất.
- Gây mất ổn định: Khi không cách 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.
1.1.4. Nguyên nhân dẫn đến ngắn mạch
Có nhiều nguyên nhân như: Già hóa cách điện do thao tác của người vận
hành, do đứt dây…Vì nguyên nhân gì thì cứ xảy ra sự cố ngắn mạch cần bảo vệ
hệ thống khi sự cố ngắn mạch còn chưa phát huy tác hại.
1.2. Sự cố quá tải

1.2.1. Khái niện quá tải
- Quá tải là hiện tượng thiết bị phải làm việc vượt quá khả năng về mặt
công xuất nhà chế tạo đã đặt. Qúa tải là sự cố khá phổ biến của động cơ không
đồng bộ 3 pha.
- Biểu hiện của sự cố quá tải:
+ Dòng điện làm việc lớn hơn dòng điện định mức, khi bị sự cố quá tải
dòng điện sẽ tăng lên vượt qua trị số dòng điện dịnh mức của động cơ làm
nóng đồng cơ.Tốc độ làm việc nhỏ hơn tốc độ định mức, nhiệt độ lớn hơn nhiệt
độ phát nóng cho phép của động cơ.
+ Sự cố quá tải được chia làm 2 loại:
Quá tải ngắn hạn là hiện tượng dòng điện làm việc lớn hơn dòng điện
định mức 2 đến 3 lần nhưng trong thời gian ngắn.
7
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
Quá tải dài hạn là hiện tượng dòng điện làm việc lớn hơn dòng điện định
mức 1,2 đến 1,4 lần trong thời gian dài. Quá tải dài hạn làm cho nhiệt độ động
cớ lớn hơn nhiệt độ cho phép.
1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến quá tải
Đối với quá tải ngắn hạn:
Khởi động động cơ
I
kđ
= (2 đến 5)I
đm
U
ư
= E
đ
+ I

ư
.r
ư
E
đ
= K
e n
Khi bắt đầu khởi động Eđ=0
Suy ra I
ư
= I
kđ
= U
ư
/ r
ư
Do vậy dòng khởi động rất lớn
Đối với quá tải dài hạn
+ Do lưới điện bị tụt
+ Mất điện một pha
1.2.3. Tác hại của sự cố quá tải.
- Quá tải ngắn hạn có thể gây hư hỏng cho thiết bị về mặt cơ khí.
- Quá tải dài hạn làm hỏng các cách điện, hỏng do nhiệt.
- Làm già hóa cuộn dây.
- Do vậy phải tìm cách bảo vệ để sự cố chưa kịp gây ra tác hại.
1.3. Sự cố mất pha, đảo pha
8
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
1.3.1. Khái niệm

Trong thực tế khi vận hành hệ thống điện ba pha đặt ra rất nhiều vấn đề.
Nguồn điện được nhà máy tạo ra là nguồn điện xoay chiều ba pha. Nguồn điện
này đến được nơi tiêu thụ cần qua dây dẫn truyền tải và các trạm biến áp.
Trong các thiết bị điện ba pha để tránh nhầm lẫn nhà chế tạo đã chỉ dẫn bằng
màu. Nhưng vì lí do nào đó khi sửa chữa hoặc lắp đặt dẫn đến thứ tự các pha bị
thay đổi. Điều này rất nguy hiểm cho phụ tải. Do vậy cần có các thiết bị bảo vệ
cho sự cố mất pha hay đảo pha.
Sự cố mất pha là sự cố mà lưới điện cung cấp ba pha không còn đủ ba
pha cung cấp cho phụ tải.
Điện ba pha là điện được định nghĩa là có ít nhất ba dây, điện áp giữa
hai dây luôn bằng nhau và lệch nhau 120 độ.
Đối với điện ba pha bốn dây thì có thêm dây trung tính, người ta có
thêm khái niệm điện áp pha tức là giữa 1 pha với trung tính. Điện áp pha của 3
pha cũng bằng nhau và cũng lệch nhau 120 độ.
Như vậy hệ thống điện 3 pha nào không thỏa mãn điều kiện trên thì bị
gọi là mất pha. Khi bị mất pha nào thì điện áp pha đó giảm đến một giá trị nào
đó hoặc về 0 và góc lệch pha cũng bị biến đổi.
1.3.2. Biểu hiện của sự cố mất pha.
Đối với các phụ tải ba pha sẽ dẫn đến tình trạng quá tải dài hạn do thiết
bị điện áp cung cấp bị sụt đi. Đối với các phụ tải một pha sẽ không làm việc
được nếu mất pha chính là pha cung cấp cho phụ tải.
9
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
1.3.3. Nguyên nhân dẫn đến sự cố mất pha.
- Đa số nguyên nhân mất pha là do hở mạch đứt dây, đứt chì, tiếp xúc
kém trong các khí cụ điện.
- Mất pha có thể do chạm đất mà rơ le chưa kịp bảo vệ hoặc từ chối bảo
vệ.
- Mất pha do hỏng máy biến áp.

- Mất pha có thể phân biệt mất pha nguồn máy biến áp, mất pha sơ cấp
máy biến áp, mất pha thứ cấp máy biến áp, mất pha do hệ thống, mất pha do
riêng một thiết bị.
1.3.4. Tác hại của sự cố mất pha.
Vì một sự cố nào đó gây nên hiện tượng mất pha đảo pha cho toàn hệ
thống điện, điện áp pha thay đổi góc pha thay đổi, hệ thống làm việc không
bình thường rất nguy hiểm cho toàn bộ hệ thống.
Khi mất pha điện áp 3 pha không bằng nhau, góc lệch pha cũng không
bằng nhau vì thế khi đưa động cơ vào nó sẽ ko tạo ra từ trường quay mà tạo ra
từ trường đập mạch. Vì thế động cơ không khởi động được, dòng điện sẽ tăng
cao ở các pha không bị mất, pha bị mất dòng điện bằng 0. Còn khi động cơ
đang hoạt động bị mất pha thì công suất của các pha còn lại sẽ tăng lên, pha bị
mất sẽ giảm xuống. Nếu động cơ lớn các pha còn lại sẽ làm việc ở chế độ quá
tải sẽ gây hại rất lớn cho hệ thống, gây hư hại cho thiết bị điện.
Khi thứ tự các pha bị thay đổi tức là các pha không lần lượt đạt cực đại
sau 120 độ nó làm thay đổi từ trường của động cơ, làm cho động cơ quay
10
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
ngược lại so với chiều ban đầu. Nếu trong các hệ thống mà động cơ chỉ quay
một chiều thì việc đảo chiều quay là vô cùng nguy hiểm nó có thể phá hỏng hệ
thống cơ khí và các thiết bị điện gây thiệt hại nặng.
Tình trạng mất pha, đảo pha là rất nguy hiểm người ta đã thiết kế nhiều
cách bảo vệ cho hề thống. Một trong nhưng cách đó là sử dụng rơ le nhệt với
nguyên lý dựa vào dòng tải và điện áp.
1.3.5. Bảo vệ đối với sự cố mất pha, đảo pha.
Yêu cầu đối với sự cố mất pha là khi xảy ra sự cố mất pha cần phải ngắt
ngay nguồn cũng cấp bị mất pha ra khỏi phụ tải, tránh những hiện tượng làm
khi không đủ pha dẫn đến các sự cố khác.
Khi bị đảo pha hệ thống phải dừng làm việc.

1.4. Sự cố cao – thấp điện áp
1.4.1. Khái niệm
Trong quá trình làm việc vì một hay nhiều nguyên nhân nào đó mà điện
áp cấp cho động cơ không được duy trì ổn định, tạo ra sự sai khác với điện áp
định mức.
Sự cố cao thấp điện áp là sự cố mà điện áp tăng quá 10% điện áp định
mức hoặc giảm quá 25% điện áp định mức.
1.4.2. Biểu hiện của sự cố cao – thấp điện áp.
Bằng trực quan quan sát ta thấy, tốc độ của động cơ tăng hay giảm hơn
so với bình thường, đối với các thiết bị khác công suất cũng tăng giảm bất
thường.
11
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
1.4.3. Tác hại của sự cố cao - thấp điện áp
Sự cố cao thấp điện áp sẽ gây ra tốc độ động cơ không đều. Đối với máy
sản xuất các chi tiết có chất lượng cao thì việc thay đổi tốc độ động cơ sẽ ảnh
hưởng tới chất lượng sản phẩm. Sự cố cao thấp điện áp còn gây phá hỏng vật
liệu cách điện và các khí cụ điện. Khi điện áp tăng, giảm quá mức cho phép sẽ
gây phát nóng trong các khí cụ điện và phá hủy lớp cách điện.
1.4.4. Nguyên nhân của sự cố cao - thấp điện áp.
Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố cao - thấp điện áp. Nhưng vì
nguyên nhân nào thì khi xảy ra sự cố cao - thấp điện áp cũng gây ra các hiện
tượng không mong muốn. Vì vậy cần phải bảo vệ cho động cơ và hệ thông điện
khi có sự cố cao – thấp điện áp xảy ra để nó không kịp gây tác hại.
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CỔ ĐIỂN
Đối với hệ thống điều khiển tự động bảo vệ truyền động điện có thể có
nhiều nguyên nhân dẫn đến các sự cố như: ngắn mạch, quá tải ngắn hạn, quá tải
dài hạn, điện áp cao – thấp… Các sự cố này khi xảy ra có thể phá hỏng động cơ
truyền động cũng như các khí cụ điện khác. Vì vậy việc bảo vệ cho các động

cơ nói riêng và toàn bộ lưới điện nói chung là rất cần thiết. Phương pháp bảo
vệ kinh điển là phương pháp dùng cầu chì, aptomat, các loại rơle, công tắc tơ
12
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
bảo vệ các loại sự cố có thể xảy ra. Khi có sự cố, các thiết bị này sẽ tác động để
tách động cơ truyền động và hệ thống ra khỏi lưới điện. Đảm bảo anh toàn cho
máy móc thiết bị cũng như bảo đảm an toàn cho con người.
Để giải quyết vấn đề chọn loại bảo vệ nào, tác động của bảo vệ là cắt
nhanh hay duy trì thời gian rồi cắt hoặc chỉ báo tín hiệu. Trong từng trường hợp
cụ thể cần phải tuân thủ đúng các quy định trong tiêu chuẩn của khí cụ điện và
quy phạm vận hành của hệ thống. Ta cần tìm hiểu một số phương pháp bảo vệ
cho sự cố ngắn mạch, quá tải, sự cố cao- thấp điện áp.
2.1. Phương pháp bảo vệ ngắn mạch
2.1.1. Bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì.
Cầu chì là khí cụ điện đơn giản nhất, kích thước nhỏ, khả năng đóng cắt
lớn.
a. Cấu tạo của cầu chì:
Cầu chì nói chung gồm ba bộ phận:
- Vỏ: Được dùng làm bằng vật liệu cách điện, chịu nhiệt và có nhiều
thành vách.
- Dây chảy: Được làm bằng kim loại (chì…) là bộ phận chính, tỏa nhiệt
và dẫn điện tốt.
- Hệ thống tiếp diểm: Dùng để nối dây chảy với mạch điện cần bảo vệ.
thường liên kết ốc vít hay kiểu cầu dao.
b. Trạng thái làm việc của cầu chì:
- Giai đoạn 1: Kể từ khi xảy ra sự cố cho đến khí nhiệt độ bằng nhiệt độ
nóng chảy.
- Giai đoạn 2: Dây chảy bắt đầu chảy.
- Giai đoạn 3: Hồ quang xuất hiện và dập tắt hồ quang.

Trạng thái làm việc nặng nề của dây chảy khi nó chuyển từ trạng thái 1
sang trạng thái 2. Để giảm trạng thái làm việc nặng nề cần:
13
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
+ Nếu dây chảy có tiết diện tròn thì ta sử dụng hiện tượng hiệu ứng
luyện kim
gắn với với dây chảy một giọt kim loại mà:
Ønckl< Øncdc
Trong đó:
Ø
nckl
: Nhiệt độ nóng chảy dọt kim loại.
Ø
ncdc
: Nhiệt độ nóng chảy dây chảy.
+ Nếu dây chảy có tiết diện chữ nhật ta cắt hẹp tiết diện nganh của dây
chảy, gây phát nóng cục bộ tại chỗ hẹp.
c. Đặc tính bảo vệ của dây chảy:
Là quan hệ giữa dòng điện và thời gian tác động của dây chảy. Đặc tính
A-S, cần phải phối hợp đặc tính A-S của dây chảy với đặc tính A-S cần bảo vệ.
d. Yêu cầu đối với cầu chì:
- Đặc tính A-s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính A-s của đối tượng bảo
vệ.
- Khí có ngắn mạch cầu chì phải làm việc có lựa chọn theo thứ tự.
- Cầu chì phải có đặc tính làm việc ổn định.
- Công suất của thiết bị càng tăng thì khả năng cắt của cầu chì phải càng
cao.
- Việc thay thế dây chảy phải đảm bảo đặc tính A-s như tính toán thiết
kế ban đầu.

Lựa chọn cầu chì phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Quan hệ giữa điên áp trên cầu chì và điện áp lưới
U
cc
>U
l
Trong đó:
U
cc
: Điện áp của cầu chì
U
l
: Điện áp lưới
+ Quan hệ giữa dòng điện dây chảy và dòng điện làm việc:
T
cc
= k.I
max
Trong đó:
I
cc
: Dòng điện cầu chì
K: Hệ số an toàn, phụ thuộc đặc tính của tải
I
max
: Dòng tải lớn nhất
+ Thời gian chảy ngắn nhất của dây chảy có thể đạt được nếu thỏa mãn
Trong đó:
I
nm

: Dòng ngắn mạch
14
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
I
cc
: Dòng điện dây chảy
Nhược điểm khi dùng cầu chì bảo vệ:
- Đặc tính bảo vệ của cầu chì sẽ thay đổi nếu thay dây chảy, có thể cầu
chì sẽ mất tác dụng bảo vệ nếu thay dây chảy không đúng.
- Đối với hệ truyền động ba pha, trường hợp ngắn mạch 1pha này bị cắt
dẫn đến chế độ công tác 2 pha. Vì vậy cần có thêm các biện pháp bảo vệ khác
để khắc phục nhược điểm này.
2.1.2. Bảo vệ bằng Aptomat
Để thay cho cầu chì thông thường người ta dùng aptomat. Aptomat có
đặc tính bảo vệ hoàn thiện hơn so với cầu chì, khi có sự cố aptomat sẽ cắt cả ba
pha tránh được chế độ công tác 2 pha.
Cấu tạo chung :
Hình 2.1: Cấu tạo áptomat
Chú thích:
1: Móc răng
15
1
5
3
2
6
4
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử

2: Nam châm điện
3: Lò xo
4: Phần ứng
5: Cần răng
6: Lò xo
Nguyên lý làm việc:
Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện aptomat được giữ ở trạng
thái đóng nhờ móc răng (1) ăn khớp với cần rang (5), cùng với tiếp điểm khởi
động. Khi mạch điện có sự cố, dòng điện qua nam châm điện (2) sẽ hút phần
ứng (4) xuống làm nhả móc rang (1), cần rang (5) được tự do, aptomat được
mớ ra dưới tác dụng của lực lò xo (6) mạch điện được ngắt ra khỏi lưới điện.
Aptomat có 3 yêu cầu:
- Chế độ làm việc định mức của aptomat phải là chế độ làm việc dài hạn.
Nghĩa là, trị số dòng điện định mức chạy trong aptomat lâu bao nhiêu cũng
được. Mặt khác dòng điện qua aptomat phải chịu dòng lớn (khi có ngắn mạch)
lúc tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng.
- Aptomat phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn (vài chục
KA). Sau khi ngắt dòng ngắn mạch, aptomat phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở
trị số dòng điện định mức.
- Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của thiết bị điện, hạn chế
sự phá hoại của dòng ngắn mạch gây ra aptomat phải có thời gian cắt nhỏ do
vậy phải kết hợp lực thao tác cơ học với dập hồ quang bên trong aptomat.
16
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
- Dựa theo tham số bảo vệ và dựa theo tính chất dòng điện bảo vệ mà
aptomat được chia làm những loại sau:
+ Aptomat một chiều
+ Aptomat xoay chiều
+ Aptomat dòng điện cực đại, cực tiểu

+ Aptomat công suất
+ Aptomat diện áp thấp
2.2. Bảo vệ quá tải ngắn hạn
2.2.1.Bảo vệ quá tải ngắn hạn bằng rơle dòng cực đại.
Rơle là phần tử tự động, tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu
đầu vào đạt một giá trị xác định.
Cấu tạo chung của rơle, được chia làm ba bộ phận:
- Cơ cấu thu: Thu thập tín hiệu, biến đổi tìn hiệu thành đại lượng cận
thiết để rơle tác động.
- Cơ cấu trung gian: Đại lượng đầu ra của cơ cấu thu được chuyển sang
cơ cấu trung gian. So sánh đại lượng cơ cấu thu với đại lượng mẫu và truyền
tín hiệu đến cơ cấu cuối.
- Cơ cấu chấp hành: Thực lệnh của cơ cấu trước đưa sang.
Phân loại rơle:
+ Dựa vào tham số bảo vệ:
Rơ le điện áp, rơ le dòng điện.rơ le nhiệt, rơ le công suất.
+ Dựa theo loại có tiếp điểm hay không có tiếp điểm:
Rơ le tiếp xúc, rơ le không tiếp xúc
+ Dựa vào nguyên lí làm việc:
17
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
Rơ le điện từ, làm việc dựa trên nguyên lí điện từ, được sử dụng nhiều
nhất vì kết cấu đơn giản và tính kinh tế cao.
Rơ le từ điện, dựa trên sự tác động tương hỗ của từ trường nam châm
vĩnh cửu với dòng điện chạy trong cuộn dây nằm ở phần động.
Rơ le điện động, dựa trên tác động tương hỗ giữa 2 dòng điện; Giữa một
dòng đặt trong từ trường được gọi là lực điện động làm phần quay.
Rơ le cảm ứng, tác dụng tương hỗ giữa từ trường của một cơ cấu điện từ
với dòng điện cảm ứng ở phần động do một từ trường khác tạo nên.

Rơ le nhiệt, làm việc trên nguyên lý sự giãn nở của kim loại dự trên tác
động của nhiệt độ.
Đặc tính cơ bản của rơ le:
Rơ le có đường đặc tính cơ bản là dặc tính vào- ra.
Đối với rơ le có tiếp xúc:
Quá trình tác động của rơ le:
O -> Xtác dộng : Y = 0
X = Xtác động : Ytăng = Ymax
X tăng, Y = Ymax
18
X
trở về
Y
max
X
X
tác động
Hình 2.2: Đặc tính cơ bản
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
Quá trình trở về của rơ le nhiệt
X > X tác động: giẳm dần xuống
X tác động, Y = Y max
X = X trở về , Y giảm về 0
Một vài tham số cơ bản của rơ le
+ Hệ số trở về của rơ le (hệ số nhả)
Ktv = knh
Gọi ktv =
Với từng loại role khác nhau thì hệ số trở về khác nhau
Với rơ le cực đại: ktv<1

Với ro le cực tiểu: ktv >1
+ Hệ số khuếch đại(hệ số điều khiển)
P
đk
= P
kđ
k
kđ
=
Trong đó:
P
đk
: Công suất điều khiển
P
tđ
: Công suất chấp hành
Với các loại rơ le khác nhau có hệ số điều khiển khác nhau, với rơ le này
được gọi là kđk, còn với rơ le khác lại gọi là k
kđ
19
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
+ Thời gian tác động của rơ le là khoảng thời gian từ khi có tín hiệu vào
cơ cấu thu cho đến khi cơ cấu chấp hành tác động.
Ttđ < 0,001s: Rơ le không có quán tính.
0,001s < Ttđ<0,05s: Rơ le tác động nhanh.
0,05s<Ttđ<0,15s: Rơ le tác động trung bình.
0,15s< Ttđ<1s: Rơ le tác động chậm.
Thời gian tác động do nhà chế tạo thiết kế.
Rơ le dòng điện cực đại là loại rơ le mà phần ứng của loại rơle này lúc

có điện áp bình thường thì đứng yên. Khi điện áp tăng quá mức quy định thì
lực điện động thắng lực cẳn rơ le tác động.
Rơ le dòng điện cực đại kiểu điện từ, được dùng để bảo vệ quá tải ngắn
hạn, ngắn mạch và bảo vệ những thiết bị có công suất lớn.
Cấu tạo:
1: Mạch từ
2: Cuộn dây
3: Trục
4: Nắp cực từ
5: Vít điều khiển nghiêng của nắp
6: Cơ cấu chấp hành
7: Lò xo nhả
8: Kim chỉnh định xoắn
20
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
Hình 2.3: Cấu tạo của rơ le
Nguyên lý làm việc:
Mạch từ C đặt ngược, mõm cực từ nhọn, cuộn dây 2 mắc nối tiếp vào
dòng điện, khi làm việc bình thường từ thông sinh ra lực từ hút điện từ nhỏ hơn
lực lò xo ≥ nắp cực từ không tác động, cơ cấu đang làm việc.
Khi có sự cố từ thông tăng ≥ lực điện từ lớn hơn lực lò xo ≥ nắp cực từ
quay, trục quay mở tiếp điểm làm việc.
Đặc điểm: Không được sử dụng ở những nơi không được va đập, rung
động, tránh gây tác động nhầm.
21
1
3
2
4

5
6
7
8
Đ
D
C
D
R
M
D
g




M
D
D
g
A
B
D
C
M
CD
A O
RM
1RM
Dg

Dg
Dg
3RM
ĐC
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
Hình 2.4: Sơ đồ đấu nối
Nguyên lý bảo vệ:
Ba rơ le dòng điện cực đại lắp trên ba pha cấp điện cho động cơ. Các
tiếp điểm của rơ le được mắc trong mạch điều khiển.khi có sự cố, dòng điện
cấp cho động cơ tăng lên, rơ le đạt tới giá trị hút sẽ tác đọng mở các tiếp điểm
trên mạch điều khiển. Các tiếp điểm mở sẽ ngắt nguồn cung cấp cho cuộn dây,
công tắc tơ, tiếp điểm trên mạch lực nhả động cơ được bảo vệ.
2.3. Bảo vệ quá tải dài hạn
2.3.1. Bảo vệ quá tải dài hạn dùng rơ le nhiệt
22
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
Rơ le nhiệt là khí cụ điện dựa trên nguyên lý sự dãn nở của kim loại
dươi tác dụng của nhiệt độ.
Dựa vào cấu tạo và chức năng rơ le nhiệt được chia làm 2 loại:
- Rơ le nhiệt bảo vệ: rơ le nhiệt bảo vệ quá tải và ngắn mạch có thời gian
- Dùng 2 tấm kim loại có hệ số giãn nở khác nhau (
Tấm 1 có hệ số giãn nở rất nhỏ gọi là thanh bị động
Tấm 2 có có hệ số giãn nở vì nhiệt lớn gọi là thanh chủ động
Bằng công nghệ ép chặt 2 tấm kim loại vào nhau gọi là một chi tiết. Gọi
là tấm kim loại kép.
Khi nhiệt độ tấm kim loại tăng nó bị cong về phía tấm kim loại có hệ số
giãn nở nhỏ hơn.
Nếu ngắn mạch không có thời gian thì rơ le nhiệt không bảo vệ được.

Đốt nóng trực tiếp: Dòng qua trực tiếp mức độ chính xác cao nhưng khi
dòng lớn thì thanh kim loại kép yêu cầu phải to.
Đốt nóng gián tiếp: Dòng qua điện trở nhiệt mức độ chính xác thấp
nhưng chỉ cần tấm kim loại kép nhỏ.
Đốt nóng hỗn hợp: Mắc song song điện trở và thanh kim loại kép, cách
này thì dẫn đến kết cấu của rơ le trở nên phức tạp.
2.3.2. Rơ le nhiệt dùng điều chỉnh nhiệt độ
Nó có tác dụng duy trì một nhiệt độ trong một thiết bị. Phần tử nhạy
cảm nhiệt tấm kim loại kép được đặt vào nơi cần duy trì nhiệt độ.
23
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
Rơ le nhiệt không tác động theo trị số dòng điện vì nó cso quán tính
nhiệt lớn. thường là vài phút hoặc vài dây do vậy nó không bảo vệ ngắn mạch
được, thường kết hợp rơ le nhiệt và cầu chì để bảo vệ ngắn mạch
Hình 2.5: Sơ đồ đấu nối rơ le nhiệt
2.3.3.Nguyên tắc bảo vệ
Khi xảy ra sự cố quá tải dài hạn, dòng điện tăng lên làm nóng thanh kim
loại kép và tác dụng vào tiếp điểm thường đóng của rơ le nhiệt mở ra. Tiếp
điểm thường đóng của của rơ le nhiệt mở ra cắt điện cho cuộn công tắc tơ Dg.
Công tắc tơ Dg mất điện sẽ mở tiếp điểm Dg trên mạch.
2.4. Bảo vệ không và cực tiểu
2.4.1. Các khái niệm
24
1
RN
1RN
A
B
C

O
Đ
D
C
D
D
g




M
D
Dg
2RN
2
RN
D
g
C
A
BA
2RN
ĐC
CD
Dg
Dg
A
M
1RN

D
Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện
tử
Bảo vệ không là bảo vệ mà nó tránh sự làm việc trở lại không mong
muốn của hệ thống khi lưới điện mất và sau đó có trở lại.
Để giải quyết vấn đề này người ta dùng rơ le điên áp cực tiểu.
Rơ le điện áp cực tiểu có cấu tạo gồm:
+ Cơ cấu thu tín hiệu.
+ Cơ cấu trung gian.
+ Cơ cấu chấp hành.
2.4.2. Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc của rơ le điện áp cực tiểu là ở điện áp bình thường,
phần ứng của rơ le chịu lực điện từ tác động.khi điện áp hạ dưới mức quy định,
lực cản của lò xo sẽ thắng lực điện từ. Lúc này phần ứng sẽ đóng hay mở các
tiếp điểm của rơ le. Rơ le thực hiện chức năng bảo vệ.
Rơ le điện áp cực tiểu có các tham số:
+ Hệ số trở vệ
+ Hệ số khuếch đại
+ Thời gian tác động
Rơ le điện áp cực tiểu thường được mắc trong các mạch điều khiển.Tiếp
điểm của rơ le điện áp cực tiểu sẽ đưa điện áp vào các cuộn dây của các rơ le
và các công tắc tơ trong mạch điều khiển.
25



1RN
3RM
2RM
1RM

KC
1
RA
A
2RN
O
RA