Slide bài giảng môn Khí Cụ Điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY ĐÔ
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÀI GIẢNG

KHÍ CỤ ĐIỆN

Biên soạn: Ths. Nguyễn Duy Ninh


Phần thứ nhất CƠ SỞ LÍ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN
 Chương mở đầu Khái niệm chung về KCĐ
 Chương 1
Hồ quang điện
 Chương 2
Tiếp xúc điện
 Chương 3
Phát nóng
 Chương 4
Lực điện động
 Chương 5
Cơ cấu điện từ và nam châm
điện


Phần thứ hai KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP
 Chương 6
Rơle
 Chương 8 Công tắc tơ-khởi động từ-cầu chìáptômát
Phần thứ ba KHÍ CỤ ĐIỆN TRUNG VÀ

CAO ÁP
 Chương 10
Dao ngắt
 Chương 11
Máy ngắt điện
 Chương 12
Thiết bị chống sét
 Chương 14
Biến áp đo lường


CHƯƠNG MỞ ĐẦU

LÝ THUYẾT CƠ SỞ


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN
Khí cụ điện (KCĐ) là thiết bị điện dùng để :
đóng cắt, điều khiển, kiểm tra, tự động điều
khiển, khống chế các đối tượng điện cũng như
không điện và bảo vệ chung trong trường hợp sự
cố.
Khí cụ điện có rất nhiều chủng loại với chức
năng, nguyên lý làm việc và kích cỡ khác nhau,
được dùng rộng rải trong mọi lĩnh vực của cuộc
sống.


KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN
Trong phạm vi của môn học khí cụ điện này,

chúng ta đề cập đến các vấn đề như sau : cơ
sở lý thuyết, nguyên lý làm việc, kết cấu và
đặc điểm của các loại KCĐ dùng trong
ngành điện và trong công nghiệp.


PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN
1.

Phân loại theo công dụng :
a.
Nhóm KCĐ khống chế : dùng để đóng
cắt, điều chỉnh tốc độ chiều quay của các
máy phát điện, động cơ điện (như cầu dao,
áp tô mát, công tắc tơ)
b.
Nhóm KCĐ bảo vệ : làm nhiệm vụ bảo vệ
các động cơ, máy phát điện, lưới điện khi
có quá tải, ngắn mạch, sụt áp, …( như
rơle, cầu chì, máy cắt, …)


PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN
c.

d.

e.

f.

Nhóm KCĐ 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
Nhóm KCĐ hạn chế dòng điện ngắn mạch
(như điện trở phụ, cuộn kháng,…)
Nhóm KCĐ làm nhiệm vụ duy trì ổn định
các tham số điện (như ổn áp, bộ tự động điều
chỉnh điện áp máy phát …)
Nhóm KCĐ làm nhiệm vụ đo lường (như
máy biến dòng điện, biến áp đo lường,…).


PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN
2.

Phân loại theo tính chất dòng điện :



Nhóm KCĐ dùng trong mạch điện một chiều



Nhóm KCĐ dùng trong mạch điện xoay chiều.


PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN
C.

D.

Phân loại theo nguyên lý làm việc :
Khí cụ điện được chia các nhóm với nguyên lý
điện cơ, điện từ, từ điện, điện động, nhiệt, có
tiếp xúc và không có tiếp xúc.
Phân loại theo điều kiện làm việc.
Loại làm việc vùng nhiệt đới khí hậu nómg
ẩm, loại làm việc ở vùng ôn đới , có loại chống
được khí cháy nổ, loại chịu rung động …


PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN
a.
b.

c.

d.

Phân loại theo cấp điện áp :
Khí cụ điện hạ áp có điện áp dưới 3 kV,
Khí cụ điện trung áp có điện áp từ 3 kV đến
36 kV
Khí cụ điện cao áp có điện áp từ 36 kV đến
nhỏ hơn 400 Kv.
Khí cụ đIện siêu cao áp có đIện áp từ 400 kV
trở lên.

CÁC YÊU CẦU KHÍ CỤ ĐIỆN
a.

b.

Phải đảm bảo sử dụng được lâu dài đúng tuổi thọ
thiết kế khi làm việc với các thông số kỹ thuật ở
định mức.
Thiết bị điện phải đảm bảo ổn định lực điện động
và ổn định động khi làm việc bình thường, đặc
biệt khi sự cố trong giới hạn cho phép của dòng
điện và điện áp.


CÁC YÊU CẦU KHÍ CỤ ĐIỆN
c.
d.

e.

Vật liệu cách điện chịu được quá áp cho phép.
Thiết bị điện phải đảm bảo làm việc tin cậy, chính
xác an toàn, gọn nhẹ, dễ lắp ráp, dễ kiểm tra sửa
chữa.
Ngoài ra còn yêu cầu phải làm việc ổn định ở
điều kiện khí hậu môi trường mà khi thiết kế cho
phép.

CHƯƠNG 1

HỒ QUANG ĐIỆN


KHÁI NIỆM CHUNG
B¶n chÊt cña hå quang ®iÖn lµ hiÖn t­îng
phãng ®iÖn trong chÊt khÝ víi mËt ®é dßng ®iÖn
rÊt lín ( tíi kho¶ng 102 ®Õn 103 A/mm2) cã nhiÖt
®é rÊt cao (tíi kho¶ng 5000 ®Õn 60000C ) vµ th­­
êng kÌm theo hiÖn t­îng ph¸t s¸ng.


KHI NIM CHUNG
Hồ quang điện có ích : Hồ quang điện thực
sự có ích khi được sử dụng trong các lĩnh vực như
hàn điện, luyện thép,...những lúc này hồ quang cần
được duy trì cháy ổn định.


KHI NIM CHUNG
Hồ quang điện có hại : Khi đóng cắt các thiết
bị điện như contắctơ, cầu dao, máy cắt,...hồ quang
sẽ xuất hiện giữa các cặp tiếp điểm.
Hồ quang cháy này lâu sau khi thiết bị điện đã
đóng cắt sẽ làm hư hại các tiếp điểm và bản thân
thiết bị điện.
Trong trường hợp này để đảm bảo độ làm việc
tin cậy của thiết bị điện yêu cầu phải tiến hành dập
tắt hồ quang càng nhanh càng tốt.

Vïng K

Vïng th©n

Vïng A

K
E
[V]

A

EK

UA

EK

UTh
Eth

EA

UK
Ihq[m]

H×nh : §Æc tÝnh hå quang ®iÖn

ĐẶC TÍNH HỒ QUANG ĐIỆN MỘT CHIỀU
Uhq
l

200
150

50mm

100

20

50
0

2

4

6

8

0 I
10 12

QU TRèNH PHT SINH H QUANG
Hồ quang điện phát sinh là do môi trường
giữa các điện cực (hoặc giữa các cặp tiếp điểm) bị
ion hóa (xuất hiện các hạt dẫn điện).
Ion hóa có thể xảy ra bằng các con đường
khác nhau duới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ,
điện trường mạnh,....
Trong thực tế quá trình phát sinh hồ quang
điện có những dạng ion hóa sau:


QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG
Trong thùc tÕ qu¸ tr×nh ph¸t sinh hå quang
®iÖn cã nh÷ng d¹ng ion hãa sau :

Qu¸ tr×nh ph¸t x¹ ®iÖn tö nhiÖt ;

Qu¸ tr×nh tù ph¸t x¹ ®iÖn tö ;

Qu¸ tr×nh ion hãa do va ch¹m;

Qu¸ tr×nh ion hãa do nhiÖt .


S PHT X IN T NHIT
Điện cực và tiếp điểm được chế tạo từ kim
loại, mà trong cấu trúc kim loại luôn luôn tồn tại các
điện tử tự do chuyển động về mọi hưướng trong quỹ
đạo của cấu trúc hạt nhân nguyên tử.

Khi tiếp điểm bắt đầu mở ra lực nén vào tiếp
điểm giảm dần khiến điện trở tiếp xúc tăng lên chỗ
tiếp xúc, dòng điện bị thắt lại dẫn đến mật độ dòng
điện tăng rất lớn làm nóng các điện cực (nhất là ở
cực âm có nhiều electron).


S PHT X IN T NHIT
Khi bị đốt nóng, động năng của các điện tử
tăng nhanh đến khi năng lượng nhận Wđn đưược lớn
hơn công thoát At liên kết hạt nhân thì điện tử sẽ
thoát ra khỏi bề mặt cực âm trở thành điện tự do.
Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ điện cực, vật
liệu làm điện cực .