Cung cấp điện Quyền Huy Ánh Chương 9

Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

CHƯƠNG 9

LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠNG PHÂN PHỐI CAO & HẠ ÁP
A. LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHÂN PHỐI CAO ÁP
9.1 Thiết bò đóng cắt
9.1.1 Máy cắt (CB)
Máy cắt điện là thiết bò được sử dụng trong mạng điện cao áp để đóng, cắt dòng điện phụ tải
và cắt dòng điện ngắn mạch. Đây là loại thiết bò đóng cắt làm việc tin cậy, đảm bảo an toàn
trong vận hành lưới điện. Song do giá thành cao nên máy cắt điện chỉ thường được dùng ở
những nơi quan trọng.


Liên quan đến sự vận hành của lưới điện, yêu cầu cơ bản của máy cắt là độ tin cậy
đặc biệt cao trong tất cả các chế độ vận hành có thể có.



Liên quan đến chế độ ngắn mạch, đối với hệ thống là chế độ nặng nề nhất, máy cắt
phải ngắt mạch trong thời gian ngắn nhất. Các máy cắt hiện đại cho phép cắt 10 lần
dòng điện ngắn mạch ở công suất đònh mức mà không cần kiểm tra hay sửa chữa.

Máy cắt có thể được vận hành bởi bộ truyền động bằng tay, điều khiển bằng điện hay thông
qua hệ thống điều khiển từ xa để đóng cắt mạng điện.
1. Cấu tạo
Nhằm chống lại tác động của môi trường, vỏ và nắp máy được làm bằng các loại thép không
gỉ và được bao phủ bằng một lớp sơn. Máy cắt còn được trang bò thêm một số chân, một số bộ
phận có thể điều chỉnh được.

Cấu tạo máy cắt bao gồm các thành phần chính như sau: đầu trên, buồng đóng cắt, đầu
dưới, cuộn hãm, lò xo nén, thanh nối, lò xo mở, thanh dòch chuyển và cơ cấu điều khiển.
2. Phân loại
Theo môi trường dập hồ quang máy cắt được phân thành: máy cắt chân không, máy cắt
không khí, máy cắt dầu, máy cắt điện từ, máy cắt SF6,…
Theo tốc độ cắt máy cắt được phân thành: máy cắt tốc độ nhanh, tốc độ vừa và tốc độ chậm
Theo vò trí lắp đặt máy cắt được phân thành: máy cắt ngoài trời, máy cắt trong nhà.
a. Máy cắt chân không
Đây là loại máy cắt mà khi ngắt mạch, các tiếp điểm mở ra dưới điều kiện chân không (áp
suất bằng 10-4pa). Do quá trình khuếch tán các điện tích trong chân không, hồ quang sinh ra
nhanh chóng bò dập tắt. Cấu tạo máy cắt chân không loại VBL, VD4 của hãng ABB (Thụy
Điển) được thể hiện ở Hình 9.1.
Cơ cấu bên trong của máy cắt chân không bao gồm: buồng dập hồ quang được đặt giữa hai
sứ cách điện, một tiếp điểm được đặt cố đònh bên trong ổ đỡ còn tiếp điểm kia chuyển động.
Ống kim loại cho phép tiếp điểm chuyển động và tạo ra độ kín giữa phần bên ngoài và phần
bên trong buồng dập hồ quang. Ngoài ra, máy cắt chân không còn có bộ phận tích trữ năng
lượng bằng lò xo, khí nén hay thuỷ lực và có cơ cấu điều khiển.
b. Máy cắt không khí
Đây là loại máy cắt sử dụng khí nén làm môi trường dập hồ quang, áp suất bình chứa từ 1
đến 5Mpa. Khi ngắt, không khí nén được đưa từ bình chứa vào buồng dập hồ quang. Hồ quang
ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

141


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

hình thành trong buồng dập hồ quang bò thổi bởi luồng khí nén ra bên ngoài. Cách điện giữa các
thành phần dẫn điện được thực hiện bằng cách điện rắn và không khí.

Hình 9.1. Cấu tạo máy cắt chân không

c. Máy cắt SF6
Đây là loại máy cắt có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự với máy cắt không khí,
nhưng có môi trường dập hồ quang là khí đặc biệt SF6. SF6 là loại khí trơ tinh khiết không màu,
không mùi, không dẫn điện, không bắt cháy, bền vững đến nhiệt độ 1800C, không có tác dụng
gây hại đối với kim loại và với các vật liệu kết cấu khác. Tuy nhiên, do tác động của hồ quang
ở nhiệt độ cao, sự phân huỷ SF6 với hơi kim loại có thể sản sinh tạp chất. Để loại bỏ tạp chất
này, thường sử dụng chất xúc tác là ôxíùt nhôm và để làm sạch bề mặt tiếp điểm thì máy cắt SF6
phải sử dụng thêm các tiếp điểm có tác động trượt.

a.Trạng thái đóng b. Trạng thái đang mở c. Trạng thái mở

Hình 9.2. Cấu tạo máy cắt khí SF6

Các loại máy cắt SF6 được chế tạo cho các trạm đóng cắt cao áp và trung áp. Loại máy cắt
của hãng ABB có điện áp đònh mức đến 36kV và dòng điện làm việc đònh mức đến 4000A,
dòng điện cắt ngắn mạch đònh mức đến 50kA và hệ số quá điện áp rất thấp. Các loại máy cắt
này thích hợp để đóng cắt động cơ, máy biến áp và nối shunt kháng điện.
ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

142

Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

d. Máy cắt dầu
Đây là loại máy cắt dùng dầu làm môi trường dập hồ quang. Hồ quang sinh ra giữa hai tiếp
điểm cháy trong dầu biến áp, dưới tác dụng của năng lượng do hồ quang sinh ra, dầu bò phân
huỷ hình thành khí và hơi để dập tắt hồ quang. Máy cắt dầu được phân thành máy cắt ít dầu và
máy cắt nhiều dầu:
+ Máy cắt ít dầu

Hình 9.3. Cấu tạo máy cắt ít dầu

Lớp cách điện ở giữa các thành phần dẫn điện với nhau và giữa chúng với đất được thực
hiện bằng cách điện rắn. Dầu ở đây chủ yếu làm nhiệm vụ dập hồ quang. Hiện nay, máy cắt ít
dầu được thay thế bằng máy cắt chân không và máy cắt khí SF6.
+ Máy cắt nhiều dầu

Hình 9.4. Cấu tạo máy cắt nhiều dầu

Lớp cách điện giữa các thành phần dẫn điện với nhau và giữa chúng với đất được thực hiện
bằng dầu biến áp. Đồng thời ở đây dầu cũng là môi trường dập hồ quang.
Khuyết điểm của máy cắt dầu là:


Hồ quang có thể gây cháy



Dầu gây ô nhiễm nên phải giữ kín

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

143


Giáo trình cung cấp điện



PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Độ bền cách điện của dầu bò giảm do bò carbon hoà bởi hồ quang nên phải đònh kỳ
thay dầu.

e. Máy cắt điện từ
Đây là loại máy cắt có buồng dập hồ quang theo kiểu rãnh hẹp. Sự dập hồ quang được thực
hiện bằng cách làm tăng điện trở hồ quang nhờ kéo dài và làm nguội nó nhanh chóng.
Trong các loại máy cắt nói trên, máy cắt chân không có các ưu điểm vượt trội so với các loại
máy cắt khác như sau:


Không cần có bất kỳ loại khí hay chất lỏng nào để phụ giúp dập tắt hồ quang, không
tạo ra ngọn lửa gây nguy hại vật liệu xung quanh



Tuổi thọ buồngï dập hồ quang cao và không đòi hỏi giám sát hay bảo trì



Khả năng đóng cắt lớn



Công suất truyền động nhỏ



Hoạt động không gây tiếng ồn

Vì các ưu điểm này mà máy cắt chân không ngày càng được phát triển. Nhược điểm chính
của máy cắt chân không là giá thành cao.
3. Các thông số kỹ thuật
Các thông số kỹ thuật chủ yếu của máy cắt là:


Điện áp đònh mức và dòng điện đònh mức



Tần số đònh mức



Dòng điện cắt ngắn mạch đònh mức



Điện áp làm việc cuộn đóng /cuộn cắt



Số tiếp điểm phụ



Dòng điện ổn đònh nhiệt và dòng điện ổn đònh động



Thời gian cắt và thời gian mở

9.1.2. Máy cắt tự đóng lại (ACR)
Máy cắt tự đóng lại là thiết bò bảo vệ quá dòng hay ngắn mạch rất tin cậy. Nó có thể cảm
nhận hiện tượng quá dòng điện, tự cắt mạch và sau đó tự đóng lại để nhanh chóng tái lập sự
cung cấp điện nếu là sự cố thoáng qua.
Nếu có sự cố vónh viễn, máy cắt tự đóng lại sẽ tự động khoá lại sau 2, 3, 4 lần đóng lại theo
sự cài đặt ban đầu của người vận hành. Máy cắt tự đóng lại có thể đóng cắt bằng tay nhờ sào
cách điện.
Hoạt động của máy cắt tự đóng lại được thực hiện nhờ bộ điều khiển lập trình cóù đặc tính
cắt theo số lần đặt trước và thời gian tự động đóng lại chính xác. Điều này cho phép phối hợp
chặt chẽ với các thiết bò bảo vệ khác trong hệ thống điện. Khi yêu cầu bảo vệ hệ thống điện
thay đổi, có thể dễ dàng chỉnh đònh các giá trò cài đặt cho chương trình.
1.Cấu tạo
Về cơ bản, các máy cắt tự đóng lại của các hãng đều có cấu tạo tương tự. Cấu tạo máy cắt tự
đóng lại loại Useries của hãng Nulec được thể hiện ở Hình 9.5.
Một chức năng rất quan trọng đối với ACR là chức năng điều khiển. Thường chức năng điều

khiển có ba mức truy cập cho người sử dụng:


Mức người vận hành cho phép thực hiện các thao tác cơ bản như: đóng cắt và hiển thò
các thông số điện áp, dòng điện, công suất …

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

144


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh



Mức kỹ thuật viên cho phép bảo vệ chương trình cài đặt bằng mật mã theo ý người sử
dụng



Mức kỹ sư cho phép truy cập qua máy tính

Hình 9.5. Cấu tạo máy cắt tự đóng lại

2. Phân loại
Máy cắt tự đóng lại có thể phân làm hai loại chính là:



ACR dầu sử dụng dầu làm môi trường dập hồ quang. Năng lượng hồ quang được hạn
chế khi giá trò dòng sự cố tăng.



ACR chân không sử dụng chân không làm môi trường dập nhanh chóng hồ quang ở
mức năng lượng thấp, kéo dài tuổi thọ của tiếp điểm và buồng cắt.

Các thông số chủ yếu của ACR cũng giống như của máy cắt. Tuy nhiên, nó còn có các thông
số chính của tủ điều khiển, đó là:
Chức năng và bộ phận cài đặt (chức năng bàn phím hay máy tính)


Đặc tuyến bảo vệ



Số lần đóng lại và khoảng thời gian đóng lại



Thời gian trở về



Các thông số đo lường và lưu trữ

9.1.3. Máy cắt phụ tải (LBS)

Máy cắt phụ tải là thiết bò đóng cắt chỉ có thể đóng cắt được dòng phụ tải nhưng không thể
cắt dòng ngắn mạch. Để cắt dòng ngắn mạch, cần kết hợp sử dụng thêm các cầu chì. Thường
hệ thống tiếp điểm của máy cắt phụ tải được đặt trong môi trường khí SF6 nhờ đó hồ quang bò
dập tắt nhanh chóng khi cắt có tải. Một số loại máy cắt phụ tải được trang bò thêm bộ phận tự
ngắt dòng điện khi có sự cố, nhưng máy cắt phụ tải không thể tự đóng lại sau khi cắt mạch. Máy
cắt phụ tải được vận hành đóng cắt bằng tay thông qua sào cách điện.
1. Cấu tạo
Cấu tạo máy cắt phụ tải là một thiết bò ba cực, được đặt trong bình kín làm bằng thép không
gỉ, bên trong thùng chứa đầy khí SF6 và chất khí này làm môi trường dập hồ quang khi ngắt
dòng điện có cường độ lớn. Ngoài ra, máy cắt phụ tải còn có thể được gắn thêm một số thiết bò
ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

145


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

khác như: thiết bò nối đất, thiết bò chống sét, bộ phận theo dõi áp suất khi SF6 để đảm bảo đóng
cắt an toàn.

Hình 9.6. Máy cắt phụ tải

2. Phân loại
Việc phân loại máy cắt phụ tải chủ yếu là dựa vào các thông số đònh mức như: điện áp đònh
mức, dòng điện đònh mức và dòng điện cắt đònh mức.
Các thông số chủ yếu của máy cắt phụ tải cũng tương tự như của máy cắt.

9.1.4. Dao cách ly (DS)
Dao cách ly là khí cụ điện dùng để cắt mạch khi không tải và thường được trang bò trong các
trạm cũng như trên các cột điện.
Nhiệm vụ chủ yếu của dao cách ly là khi mở sẽ tạo ra một khoảng cách hở trông thấy giữa
phần mang điện và phần cắt điện nhằm đảm bảo an toàn và tạo ra cảm giác an tâm cho nhân
viên sửa chữa khi làm việc trên lưới điện. Vì vậy, ở những nơi cần sửa chữa thường xuyên và
trong các trạm đóng cắt luôn đặt dao cách ly đi kèm với các thiết bò đóng cắt.
Thông thường, dao cách ly không có bộ phận dập hồ quang nên chỉ được sử dụng để đóng
cắt khi không có dòng điện chạy qua. Tuy nhiên, một số dao cách ly được trang bò thêm bộ phận
dập hồ quang, nhờ đó có thể cắt các dòng tải nhỏ.
1. Cấu tạo
Cấu tạo của dao cách ly bao gồm các thành phần chính như sau:


Bệ đỡ bằng kim loại để cố đònh dao cách ly trên cột và sứ cách điện để cách ly phần
dẫn điện với cột



Đầu nối để bắt dây



Các tiếp điểm và dao dẫn điện thực hiện chức năng đóng cắt



Bộ ngắt có tác dụng dập hồ quang (chỉ có ở một số loại dao cách ly)

2. Phân loại

Các loại dao cách ly được phân loại như sau:


Theo hướng di chuyển: dao cách ly di chuyển theo phương ngang và dao cách ly di
chuyển theo phương đứng



Theo công cụ thao tác đóng cắt: loại đóng cắt bằng sào cách điện và loại đóng cắt
bằng hệ thống liên động

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

146


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh



Theo kết cấu: dao cách ly không có bộ dập hồ quang và loại có bộ phận dập hồ
quang.



Theo số pha: dao cách ly 1 pha và dao cách ly 3 pha

Các thông số chính của dao cách ly bao gồm:


Điện áp đònh mức và dòng điện đònh mức



Tần số đònh mức



Dòng điện ổn đònh nhiệt và dòng điện ổn đònh động



Độ bền điện áp tăng cao ở tần số công nghiệp



Độ bền xung sét

Hình 9.7. Cấu tạo dao cách ly 3 pha

Hình 9.8. Cấu tạo dao cách ly 1 pha

9.1.5. Thiết bò cắt pha tạo khoảng cách (LTD)
Thiết bò cắt pha tạo khoảng cách là thiết bò đóng cắt một pha có dạng giống dao cách ly,
được dùng cắt riêng cho từng pha. LTD được gắn trực tiếp trên đường dây điện trung thế để khi
cắt tạo ra khoảng hở trông thấy trên đường dây, tạo cảm giác an toàn cho nhân viên sửa chữa

lưới điện. LTD chỉ được phép cắt không tải. Thao tác đóng cắt được thực hiện từ dưới đất thông
qua sào cách điện, LTD không tự cắt mạch khi có sự cố xảy ra.
ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

147


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

1. Cấu tạo
Cấu tạo của thiết bò cắt pha tạo khoảng cách bao gồm các thành phần chính như sau:


Thanh sứ đỡ với đầu nối để bắt dây ở hai đầu



Tiếp điểm và dao dẫn điện



Móc để cắt mạch bằng sào cách điện



Các má dập hồ quang đối với loại cho phép cắt dòng tải nhỏ

Hình 9.9. Cấu tạo dao cách ly 3 pha

2. Phân loại
Các thiết bò cắt pha tạo khoảng cách có cấu tạo và cách lắp đặt đơn giản nên việc phân loại
chủ yếu dựa vào các giá trò đònh mức như: dòng điện đònh mức, điện áp xung sét...
Ngoài ra có thể phân loại dựa theo khả năng cắt tải gồm: loại cắt dòng không tải và loại cắt
dòng có tải.
Các thông số chủ yếu của thiết bò cắt pha tạo khoảng cách cũng tương tự như dao cách ly.
9.2. Lựa chọn thiết bò đóng cắt mạng phân phối
9.2.1. Điều kiện chung để lựa chọn thiết bò
Trong điều kiện vận hành, các thiết bò điện có thể có một trong ba chế độ cơ bản sau: chế độ
làm việc lâu dài, chế độ quá tải hay chế độ ngắn mạch.
Ngoài ra còn có chế độ làm việc không đối xứng mà ở đây không xét.
Trong chế độ làm việc lâu dài, các thiết bò điện sẽ làm việc tin cậy nếu chúng được chọn
theo đúng điện áp và dòng điện đònh mức.
Trong chế độ quá tải, dòng điện qua thiết bò điện lớn hơn so với dòng điện đònh mức nhưng
nếu giá trò quy đổi của dòng điện này về các điều kiện đònh mức không vượt quá giới hạn cho
phép quy đònh bởi nhà chế tạo thì thiết bò vẫn làm việc an toàn.
Trong điều kiện ngắn mạch, các thiết bò điện không bò phá hỏng nếu quá trình lựa chọn
chúng có kiểm tra các điều kiện ổn đònh động và ổn đònh nhiệt. Dó nhiên, để hạn chế tác hại của
dòng ngắn mạch cần phải nhanh chóng cách ly sự cố ra khỏi mạng điện.
Đối với máy cắt điện, máy cắt phụ tải, cầu chì tự rơi, cầu chì cắt có tải còn thêm điều kiện
về khả năng cắt dòng ngắn mạch của chúng.
Ngoài ra, còn phải chú ý đến cách lắp đặt thiết bò điều kiện môi trường làm việc thực tế để
có các hiệu chỉnh cần thiết.
ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

148


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Khi thành lập sơ đồ thay thế để tính dòng điện ngắn mạch nhằm tìm ra các thiết bò điện cần
phải xác đònh điểm ngắn mạch tính toán ứng với tình trạng làm việc nguy hiểm nhất (phù hợp
với điều kiện thực tế).
Cuối cùng, việc lựa chọn thiết bò điện phải xem xét các yêu cầu hợp lý về kinh tế và kỹ
thuật.
1. Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài
a. Chọn theo điện áp đònh mức
Điện áp đònh mức m của thiết bò được ghi trên nhãn máy phù hợp với cấp cách điện của
nó. Mặt khác, khi thiết kế chế tạo các thiết bò điện đều có dự trữ độ bền về điện, nên cho phép
chúng làm việc lâu dài không hạn chế với điện áp làm việc cao hơn điện áp đònh mức (từ 10
 15)% và gọi là điện áp lâu dài cực đại của thiết bò điện.
Như vậy, trong điều kiện làm việc bình thường, việc chọn thiết bò điện phải thỏa mãn điều
kiện điện áp sau đây:
m + m  m mạng + Umạng

(9.1)

Ở đây: m là điện áp đònh mức của thiết bò điện, m là độ tăng điện áp cho phép của
thiết bò điện, m mạng là điện áp đònh mức của mạng điện nơi thiết bò điện làm việc, Umạng là
độ lệch điện áp có thể có của mạng điện so với điện áp đònh mức trong điều kiện vận hành.
Trò số độ tăng điện áp cho phép được quy đònh bởi nhà sản xuất.
b. Chọn theo dòng điện đònh mức
Dòng điện đònh mức của thiết bò điện Iđm là dòng điện đi qua thiết bò trong thời gian không

hạn chế với nhiệt độ môi trường xung quanh là đònh mức. Chọn thiết bò điện theo dòng đònh mức
sẽ đảm bảo cho các bộ phận của các thiết bò điện không bò đốt nóng nguy hiểm trong tình trạng
làm việc lâu dài đònh mức.
Điều kiện chọn thiết bò điện theo dòng điện đònh mức:
Iđmtb  Ilv max

(9.2)

Ở đây: Iđmtb là dòng điện đònh mức của thiết bò, Ilv max là dòng điện làm việc cực đại đi qua
thiết bò.
Dòng điện làm việc cực đại đi qua thiết bò điện được xác đònh như sau:


Dòng lúc cắt một trong hai đường dây làm việc song song, đường dây còn lại phải
gánh toàn bộ phụ tải.



Dòng điện đi qua thiết bò điện hay cáp/dây dẫn có xét đến khả năng quá tải cho phép
quy đònh bởi nhà sản xuất.

Do các thiết bò điện được chế tạo với nhiệt độ môi trường xung quanh đònh mức (xqđm) nên
nếu nhiệt độ môi trường xung quanh (xq) khác với nhiệt độ đònh mức thì phải hiệu chỉnh dòng
điện cho phép của thiết bò đó theo biểu thức như sau:
I’đm = Iđm
Ở đây:

xq

(

(

cp
cp





xq

)

xqđm

)

là nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế tại nơi lắp đặt thiết bò đóng cắt;

(9.3)
cp

là

nhiệt độ phát nóng cho phép của thiết bò đóng cắt; I’đm là dòng điện đònh mức của thiết bò quy đổi
về điều kiện lắp đặt thực tế; xqđm là nhiệt độ môi trường xung quanh đònh mức.

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

149


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

2 . Kiểm tra thiết bò theo điều kiện ổn đònh động và ổn đònh nhiệt
a. Kiểm tra ổn đònh lực điện động
Giữa các bộ phận mang điện có lực tác động tương hỗ gọi là lực điện động. Lực điện động
phụ thuộc nhiều yếu tố như: hình dáng, kích thước các vật mang dòng điện, khoảng cách giữa
chúng, tính chất môi trường và trò số dòng điện qua.
Trong điều kiện làm việc bình thường, do dòng điện làm việc nhỏ nên lực điện động không
gây tác hại. Nhưng khi có ngắn mạch, dòng điện rất lớn do đó lực điện động sẽ rất lớn có thể
gây nên biến dạng thanh dẫn, phá vỡ sứ cách điện, làm hư hỏng các cuộn dây… Vì vậy, khi thiết
kế lựa chọn các thiết bò điện và các bộ phận dẫn điện khác cần phải kiểm tra ổn đònh lực điện
động để đảm bảo an toàn cho thiết bò điện và các phần có dòng điện đi qua.
Khi kiểm tra ổn đònh động, cần xét đến dòng ngắn mạch có giá trò lớn nhất. Đối với mạng
phân phối thường là dòng ngắn mạch 3 pha.
Điều kiện kiểm tra ổn đònh động của thiết bò điện là:
imax  ixk

(9.4)

Ở đây : imax là trò số biên độ của dòng điện cực đại cho phép của thiết bò điện; ixk là trò số
biên độ của dòng điện ngắn mạch xung kích.
b. Kiểm tra ổn đònh nhiệt
Dưới tác dụng của dòng điện ngắn mạch, thiết bò điện bò nóng lên và khi nhiệt độ của thiết
bò điện vượt quá mức cho phép thì thiết bò điện sẽ hư hỏng hay tuổi thọ bò suy giảm. Vì vậy, cần

phải kiểm tra điều kiện ổn đònh nhiệt.
Đối với thiết bò điện, khả năng ổn đònh nhiệt được đặc trưng bởi dòng điện ổn đònh nhiệt đònh
mức Iđm nh và thời gian ổn đònh nhiệt đònh mức tđm nh (quy đònh bởi nhà chế tạo).
Kiểm tra điều kiện ổn đònh nhiệt của thiết bò theo biểu thức sau:
I2đmnh.tđmnh  BN
Hay:

I

2

đmnh.tđmnh

Iđmnh  I ôđ

2
ôđ qđ

(9.5)

 I t

(9.6)

t qđ

(9.7)

t đmnh

Ở đây: Iđmnh là dòng ổn đònh nhiệt đònh mức tương ứng với thời gian ổn đònh nhiệt đònh mức;
tđmnh thời gian ổn đònh nhiệt đònh mức; BN là xung lượng nhiệt đặc trưng cho lượng nhiệt tỏa ra
trên thiết bò điện trong thời gian xảy ra ngắn mạch; là dòng điện ngắn mạch ổn đònh (khi ngắn
mạch trong mạng phân phối, xa nguồn Iôđ = I (N3) ); tqđ là thời gian tác động quy đổi của dòng điện
ngắn mạch khi kiểm tra ổn đònh nhiệt của thiết bò điện. Thời gian này là tổng thời gian tác động
của bảo vệ chính với thời gian tác động toàn phần của máy cắt đó.
Một cách gần đúng, thời gian quy đổi tqđ phụ thuộc thời gian tồn tại ngắn mạch tN và tỷ số
I ''
”=
, nghóa là tqđ = (tN , ”). Quan hệ tqđ = (tN , ”), được trình bày ở Hình 9.10.
I ôđ
tqđ = tgtck = f(tN, ’’)
tN = tbv + tc
Ở đây: tbv là thời gian tác động của của rơle bảo vệ, tc là thời gian cắt của thiết bò đóng cắt,
I” là dòng điện ngắn mạch siêu quá độ.
Các đường cong tqđ = f(tN, ’’) chỉ vẽ với thời gian tồn tại ngắn mạch tN  5s. Nếu thời gian
tồn tại ngắn mạch tN  5s thì tqđ sẽ được tính như sau:
ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

150


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

tqđ( 5s) = tqđ(=5s) +( tN - 5)

(9.8)

Chú ý: Những trường hợp sau đây không cần kiểm tra điều kiện ổn đònh nhiệt:


Thiết bò điện có dòng điện đònh mức lớn hơn 1000A



Thiết bò điện được bảo vệ bằng cầu chì với bất kỳ dòng điện đònh mức nào



Máy cắt và dao cách ly thường thỏa mãn điều kiện ổn đònh nhiệt khi đã thỏa mãn
điều kiện ổn đònh động

a. Máy phát có bộ AVR

b. Máy phát không có bộ AVR

Hình 9.10. Quan hệ tqđ = (tN , ”)

9.2.2. Lựa chọn thiết bò đóng cắt

Các điều kiện chung để chọn và kiểm tra thiết bò đóng cắt loại trong nhà và loại ngoài trời
có điện áp cao hơn 1000V được trình bày cụ thể trong Bảng 9.1.
Bảng 9 .1. Điều kiện chung cho việc lựa chọn và kiểm tra khí cụ điện
TT

Thông số

Ký hiệu

Công thức kiểm tra

1

Điện áp đònh mức, kV

mtb

mtb  m mạng

2

Dòng điện đònh mức, A

Iđm tb

Iđm tb  IIv max

3

Tần số đònh mức, Hz

fđmtb

fđmtb = fđm mạng

4

Dòng điện cắt đònh mức, kA

ICđm

ICđm  I’’

5

Công suất cắt đònh mức, MVA

SCđm

SCđm  S’’

6

Dòng điện ổn đònh động, kA

imax

imax  ixk

7

Dòng điện ổn đònh nhiệt, kA

Iđmnh

I đmnh  I ôđ

t qđ
t đmnh

Ở đây:mtb là điện áp đònh mức của thiết bò; mmạng là điện áp đònh mức của mạng điện;
Ilvmax là dòng điện làm việc lớn nhất đi qua thiết bò cần kiểm tra; Iôđ, I’’ lần lượt là dòng điện
ngắn mạch ổn đònh và dòng điện ngắn mạch siêu quá độ, ixk là dòng điện xung kích:
ixk=Kxk 2 I " ; S’’ là công suất ngắn mạch: S’’= 3 .U tb .I '' ; tđmnh là thời gian ổn đònh nhiệt đònh
mức; tqđ là thời gian quy đổi. Lưu ý, khi ngắn mạch trong mạng phân phối, xa nguồn: Iôđ =I’’= I (N3)

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

151


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

1. Chọn máy cắt

Máy cắt được chọn và kiểm tra theo các điều kiện 1-2 -3 -4 -5 -6 -7, trình bày trong Bảng
9.1.
Ngoài những điều kiện trên, máy cắt còn được chọn và kiểm tra theo các điều kiện sau:


Loại máy cắt



Khoảng cách rò điện



Độ bền điện áp ở tần số công nghiệp: khô trong 1 phút, ướt trong 10 giây



Các điều kiện về số pha, thời gian cắt, thời gian mở, tiếp điểm phụ và các phụ kiện
được chọn theo yêu cầu sử dụng

2. Chọn máy cắt tự đóng lại

Máy cắt tự đóng lại (AVR) được chọn và kiểm tra theo các điều kiện 1-2 -3 -4 -5 -6 -7, trình
bày trong Bảng 9.1.
Ngoài ra, AVR còn được chọn theo các điều kiện sau:


Loại AVR



Các yêu cầu điều khiển đo lường và bảo vệ.



Khoảng cách rò điện



Độ bền điện áp ở tần số công nghiệp: khô trong 1 phút, ướt trong 10 giây



Số pha, khoảng thời gian đóng lại (lần 1; 2; 3…), thời gian trở về, đặc tuyến bảo vệ và
các phụ kiện được chọn theo yêu cầu sử dụng

3. Chọn và kiểm tra máy cắt phụ tải

Chọn và kiểm tra máy cắt phụ tải (LBS) loại trong nhà và loại ngoài trời theo các điều kiện
1 -2 - 5 - 6 - 7, trình bày trong Bảng 9.1.
Ngoài ra, LBS còn được chọn và kiểm tra theo các điều kiện sau:


Loại LBS



Khoảng cách rò điện



Độ bền điện áp ở tần số công nghiệp: khô trong 1 phút, ướt trong 10 giây



Dòng cắt máy biến thế không tải



Dòng cắt đường dây không tải

4. Chọn và kiểm tra dao cách ly

Chọn và kiểm tra dao cách ly (DS) theo các điều kiện 1 - 2 - 5 - 6 - 7, trình bày trong Bảng
9.1.
Ngoài các điều kiện trên, DS còn được chọn theo các điều kiện sau:


Loại DS



Khoảng cách rò điện



Độ bền điện áp ở tần số công nghiệp: khô trong 1 phút, ướt trong 10 giây



Số pha, các phụ kiện theo yêu cầu sử dụng

5. Chọn và kiểm tra cắt pha tạo khoảng cách

Chọn và kiểm tra cắt pha tạo khoảng cách (LTD) theo các điều kiện 1 - 2 - 5 - 6 - 7, trình
bày trong Bảng 9.1.
Ngoài ra, LTD còn được chọn theo các điều kiện sau:

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

152


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh



Loại LTD



Khoảng cách rò điện



Độ bền điện áp ở tần số công nghiệp: khô trong 1 phút, ướt trong 10 giây



Số pha, các phụ kiện chọn theo yêu cầu sửû dụng

9.3. Thiết bò bảo vệ
9.3.1. Cầu chì tự rơi (FCO)

Cầu chì tự rơi là loại cầu chì đơn giản và đảm bảo cách mạch chính xác, an toàn. Thường
cầu chì tự rơi được lắp về phía sơ cấp của trạm biến áp công suất nhỏ với mục đích để bảo vệ
các sự cố như quá tải phía thứ cấp hay ngắn mạch trong các cuộn dây máy biến áp.
1. Cấu tạo

Hình 9.11. Cầu chì tự rơi FCO

Cấu tạo của cầu chì tự rơi bao gồm:


Ống cầu chì được giữ chặt với tiếp điểm trên bằng một cái chốt. Chốt này được mạ
bạc và làm nhô lên để đảm bảo sự tiếp xúc tốt cho tiếp điểm, nhờ đó điện trở tiếp
xúc giữa ống chì và tiếp điểm giảm đến một giá trò tối thiểu



Dây chảy được kéo căng khi lắp ráp nên khi dây chảy đứt thì ống cầu chì tự rơi xuống



Hệ thống lò xo búng có tốc độ cao giúp ngắt mạch điện nhanh chóng khi xuất hiện sự
cố và tạo ra độ an toàn cao

2. Phân loại

Việc phân loại FCO chủ yếu dựa vào điện áp đònh mức, dòng điện tải đònh mức, khả năng
cắt dòng ngắn mạch và đặc tuyến bảo vệ của dây chảy. Hiện nay, tuỳ theo đặc tuyến bảo vệ,
FCO được chia làm nhiều loại dựa trên tỷ số tác động (k):
 Loại tác động nhanh
:k=6  8



Loại tác động trung bình



Loại tác động chậm

: k = 7  11
: k = 10  13



Loại tác động rất chậm

: k = 20



Loại tác động đặc biệt chậm

: k = 32

Các thông số chủ yếu của FCO bao gồm:


Điện áp đònh mứcvà dòng điện đònh mức



Tần số đònh mức

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

153


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh



Dòng điện cắt đònh mức



Tỷ số tác động

3. Điều kiện lựa chọn cầu chì tự rơi

+ Điện áp đònh mức

UFCO ≥ Un

(9.9)

Ở đây: UFCO, Un lần lượt là điện áp dây đònh mức của cầu chì; điện áp đònh mức của mạng

điện.
+ Dòng điện đònh mức IFCO
I FCO  1,4I b

I FCO 

Ic
6

(9.10)
(9.11)

Ở đây: IFCO, Ib, Ic lần lượt là dòng đònh mức của dây chảy cầu chì; dòng đònh mức sơ cấp của
biến áp; dòng ngắn mạch phía sơ cấp khi có ngắn mạch trên đầu cuộn thứ cấp.
+ Dòng cắt ngắn mạch cực đại
ICFCO ≥ IN

(9.12)

Ở đây: ICFCO, IN lần lượt là dòng cắt ngắn mạch cực đại của cầu chì; dòng ngắn mạch ba pha
phía cao áp khi xuất hiện ngắn mạch ở ngõ ra cầu chì.
Ngoài ra, FCO còn được chọn và kiểm tra theo các điều kiện sau:


Khoảng cách rò điện



Độ bền điện áp ở tần số công nghiệp: khô trong 1 phút, ướt trong 10 giây



Khả năng cắt tải (đối với loại FCO), các phụ kiện được chọn theo yêu cầu sử dụng

9.3.2. Cầu chì cắt có tải (LBFCO)

Cầu chì cắt có tải là thiết bò một pha lắp về phía sơ cấp của trạm biến áp. Nó có chức năng
bảo vệ chống sự cố phía thứ cấp tương tự như cầu chì tự rơi nhưng cầu chì cắt có tải có thể cắt
dòng tải nhỏ.

Hình 9.12. Cầu chì cắt có tải LBFCO

1. Cấu tạo

Về bản chất thì cấu tạo LBFCO gần giống cầu trì tự rơi, nhưng LBFCO được trang bò thêm
má dập hồ quang. Trong quá trình đóng cắt dòng tải nhỏ, hồ quang sinh ra được má dập hồ
quang dập tắt.
ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

154


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

2. Phân loại

Việc phân loại và các thông số chủ yếu của LBFCO tương tự như của FCO.
9.3.3. Thiết bò chống sét (LA – Lightning Arrester)

Cấu tạo thiết bò chống sét lan truyền gồm một chồng đóa MOV với hai điện cực ở hai đầu.
Toàn bộ các đóa được bọc RCO epoxy gia cứng bằng sợi thuỷ tinh. Sau khi được gia nhiệt để
thành một khối vững chắc về mặt cơ học để có thể chòu đựng các ứng suất cơ, điện trong các
môi trường khắt khe.
Trong điều kiện làm việc bình thường, điện áp trên thiết bò chống sét lan truyền là điện áp
pha của lưới điện. Khi xuất hiện quá điện áp do sét, thiết bò chống sét lan truyền lập tức giới
hạn quá điện áp ở mức bảo vệ cần thiết để không gây nguy hiểm cho các thiết bò điện trên lưới
phân phối bằng cách giảm thấp nội trở để dẫn dòng xung sét xuống đất. Khi tình trạng quá áp
đã qua, thiết bò chống sét lan truyền quay về tình trạng như trước và chỉ dẫn dòng rò rất nhỏ.
Các thông số chủ yếu của thiết bò chống sét lan truyền bao gồm:


Điện áp đònh mức



Điện áp vận hành cực đại (MCOV)



Tần số đònh mức



Dòng xung sét dạng sóng 8/20s và dạng sóùng 4/10s



Khả năng chòu dòng ngắn mạch 0.2 s



Điện áp dư ứng với xung sét chuẩn

Hình 9.13. Thiết bò chống sét van

Thiết bò chống sét lan truyền trên mạng phân phối thường được trang bò trên các đường dây
trên không đi vào trạm điện và được lựa chọn theo các điều kiện như sau:
 Xác đònh điện áp pha đònh mức của mạng điện:
U
Up  n
(9.13)
3
 Xác đònh điện áp vận hành cực đại của hệ thống Um:
(9.14)
U m  U n  U
Với U là độ giao động điện áp cho phép của mạng điện.
 Xác đònh hệ số chạm đất Ke:
Hệ thống ba pha ba dây, nối đất có tổng trở nhỏ Ke = 1,4.
 Xác đònh giá trò quá điện áp tạm thời UTOV :
ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

155

Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

U TOV  K e 




Um

3

Xác đònh điện áp cực đại vận hành liên tục UMCOV:
U
U MCOV  m
3
Điều kiện lựa chọn chống sét van:
+ Điện áp đònh mức chống sét van
: U nLA  U p .
+ Điện áp làm việc liên tục lớn nhất

: U MCOV  LA  U MCOV .

+ Quá điện áp tạm thời

: U TOV  LA  U TOV .

+ Dòng phóng điện đònh mức

: IS dạng sóng 8/20μs.

(9.15)

(9.16)

Đối với thiết bò chống sét trên mạng phân phối trung áp, dòng tản xung sét đònh mức thường
là 3, 5, 10, 20 và 40kA dạng sóng 8/20 s (dạng sóng xung do sét lan truyền) và dạng sóng
4/10 s (xung do đóng cắt đường dây).
9.4. Thiết bò biến đổi dòng áp
9.4.1. Máy biến dòng

Máy biến dòng (CT – Current Transformer) là máy biến đo lường được sử dụng để cung cấp
dòng có giá trò được giảm xuống tương thích với các dòng danh đònh của cơ cấu đo, rơle bảo vệ
và các thiết bò đo lường khác. Máy biến dòng có cuộn thử được cách ly với phía sơ cấp cao áp
nên có thể nối đất thứ cấp với mục đích an toàn.
Hầu hết các máy biến dòng đều có dòng đầy tải phía thứ cấp là 5A. Đây chính là giá trò
dòng chỉ thò đầy khung của các thiết bò đo dòng, đo công suất và rơle bảo vệ. Ngoài ra cũng có
loại máy biến dòng được chế tạo với dòng đầy tải phía thứ cấp là 1A, được sử dụng cho các thiết
bò chuyên dùng.
Các thông số chủ yếu của máy biến dòng điện bao gồm:


Tỷ số biến dòng: đây là tỷ số giữa dòng sơ cấp và dòng thứ cấp (50/5, 60/5, 75/5,
120/5, 150/5, 200/5, …)



Cực tính: cuộn sơ và thứ cấp



Cấp chính xác (1%, 2%, 3%, …)



Tải phía thứ cấp (0.1, 0.2, 1.0, 2.0, 4.0, 8…)

1.Đầu cực trung áp, 2. Cuộn sơ cấp, 3. Mạch từ, 4. Cuộn dây thứ cấp,
5. Keo epoxy, 6. Đầu cực thứ cấp, 7. Đế, 8. Vỏ che, 9. Bản tên
a. Biến dòng (CT)
b. Biến điện áp (VT)

Hình 9.14. Cấu tạo máy biến điện đo lường

Máy biến dòng điện chọn theo các điều kiện sau:
ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

156


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Máy biến dòng được chọn theo điện áp, dòng điện phụ tải phía thứ cấp, cấp chính xác, kiểu
loại. Máy biến dòng được kiểm tra theo các điều kiện ổn đònh lực điện động và ổn đònh nhiệt
khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua. Cụ thể :

+ Điện áp đònh mức : U đm .BI  U đm .mạng

(9.17)

+ Dòng điện sơ cấp đònh mức : I 1đmBI  I lv max

(9.18)

+ Phụ tải đònh mức ở phía thứ cấp : S2 đmBI  S 2 tt

(9.19)

Ở đây : S2đm.BI là phụ tải đònh mức của cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng điện, tính bằng
VA; Stt là phụ tải tính toán của cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng trong tình trạng làm việc
bình thường, tính bằng VA.
S2 đmBI  I 22 đm .Z 2 đm

(9.20)

Ở đây: I2đm là dòng điện đònh mức của cuộn dây thứ cấp BI; Z2đm là điện trở cho phép toàn
phần của mạch ngoài, xác đònh như sau:
z 2 đm   rdc  rdd  rtx

Ở đây:

r

dc

(9.21)

là tổng điện trở các cuộn dây của dụng cụ đo và rơle; rdd là điện trở dây dẫn

nối từ thứ cấp của BI đến các dụng cụ đo; rtx là điện trở của các chỗ tiếp xúc (thường lấy bằng
0,05  0,1 ).
Tiết diện bé nhất của dây dẫn:
l tt
rdd

(9.22)

Với:  là điện trở suất của dây dẫn,

đối với đồng CU  0,0175m/mm2 và nhôm

Fmin  

 AL  0,0283 m/mm2; ltt là chiều dài tính toán của dây dẫn từ nơi đặt máy biến dòng điện đến
các dụng cụ đo và được xác đònh tuỳ theo sơ đồ nối dây. Cụ thể như sau:

+ Với sơ đồ hình sao hoàn toàn ltt = l
+ Với sơ đồ hình sao không hoàn toàn l tt  3.l
+ Khi dùng một máy biến dòng ltt = 2l
Ở đây: l là chiều dài dây dẫn nối từ máy biến dòng điện đến các dụng cụ đo. Để đảm bảo độ
bền cơ học, người ta qui đònh tiết diện bé nhất của mạch thứ cấp máy biến dòng là 2,5mm2 đối
với dây dẫn nhôm và 1,5mm2 đối với dây dẫn đồng.
Khi cần chọn máy biến dòng điện, căn cứ vào vò trí đặt, điện áp đònh mức của mạng điện,
dòng điện làm việc lớn nhất, cấp chính xác cần thiết, chọn một máy biến dòng. Sau đó, dựa vào
sơ đồ nối dây và các dụng cụ đo mắc vào thứ cấp của máy biến dòng đểø kiểm tra xem phụ tải
thứ cấp có vượt quá phụ tải thứ cấp đònh mức không, cuối cùng kiểm tra ổn đònh động và ổn

đònh nhiệt khi có dòng điện ngắn mạch qua.
Lực điện động của máy biến dòng điện được đặc trưng bởi hệ số ổn đònh lực điện động kđ :
i xk
(9.23)
kđ 
2I 1đmBI
Hệ số này do nhà máy chế tạo quy đònh.
Lực cho phép tác dụng lên đầu sứ của máy biến dòng được cung cấp bởi nhà chế tạo. Lực
này phải được kiểm tra thoả mãn lực tác dụng lên đầu sứ của máy biến dòng khi có ngắn mạch,
tức là:
ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

157


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Fcp  Ftt  0,88.10 2 i xk

2

l
kG
a

(9.24)

Ở đây: a là khoảng cách giữa các pha, cm; l là khoảng cách từ máy biến dòng điện đến sứ đỡ
gần nhất, cm.
Ổn đònh nhiệt của máy biến dòng điện được đặc trưng bởi hệ số ổn đònh nhiệt kôđn và được
kiểm tra như sau:
k ôđn 

I ôđ t gt

(9.25)

I1đmBI t đmnh

9.4.2. Máy biến điện áp

Máy biến điện áp có nhiệm vụ biến đổi điện áp từ trò số cao xuống trò số thấp phục vụ cho
đo lường, bảo vệ rơle và tự động hoá. Điện áp thứ cấp của máy biến điện áp được chuẩn hoá là
100V hay 100 / 3V với mọi cấp điện áp đònh mức sơ cấp.
Nguyên lý làm việc của máy biến điện áp cũng tương tự như máy biến áp điện lực thông
thường, chỉ khác là công suất của nó rất nhỏ chỉ hàng chục đến hàng trăm VA. Đồng thời tổng
trở mạch ngoài của thứ cấp máy biến điện áp rất lớn, do đó có thể xem như máy biến điện áp
thường xuyên làm việc không tải.
Máy biến điện áp thường được chế tạo thành loại một pha, ba pha, ba pha năm trụ, cấp điện
áp 6, 10, 22, 110, 220 kV v.v…, có loại có dầu và loại khô. Để kiểm tra cách điện của mạng 6 –
10 kV, thường dùng máy biến áp đo lường ba pha năm trụ với cách nối dây Y / Y0 /  . Phía thứ
cấp của máy biến điện áp có hai cuộn dây quấn đấu sao và tam giác hở. Khi xảy ra ngắn mạch
không đối xứng (một pha, hai pha), ở hai đầu dây quấn tam giác hở xuất hiện điện áp. Nhờ đó
có thể kiểm tra được tình trạng cách điện của mạng.

a. Biến dòng (CT)

b. Biến điện áp (VT)

Hình 9.15. Máy biến điện đo lường

Máy biến áp đo lường được chọn theo điện áp (sơ cấp), cấp chính xác, phụ tải thứ cấp và
kiểu loại.
Máy biến áp đo lường được bảo vệ bằng cầu chì (trừ loạivới U  110 kV) , nên không cần
kiểm tra nó theo điều kiện ngắn mạch (tức là theo điều kiện ổn đònh động và ổn đònh nhiệt).
Tùy theo nhiệm vụ thiết kế mà chọn sơ đồ nối dây cho phù hợp. Căn cứ vào vò trí đặt máy
biến điện áp trên lưới điện, cấp chính xác theo yêu cầu để chọn máy biến điện áp đo lường. Sau
đó, cần kiểm tra điều kiện công suất thứ cấp không được vượt quá công suất đònh mức.
Phụ tải thứ cấp máy biến điện áp được xác đònh như sau:
ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

158


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

S2 tt 

 P    Q 
2

2

dc

dc

(9.26)

Ở đây:  Pdc   Sdc . cos  dc là tổng công suất tác dụng của các dụng cụ nối vào thứ cấp;

Q

dc

  Sdc . sin  dc là tổng công suất phản kháng của các dụng cụ nối vào mạch thứ cấp.

Điều kiện kiểm tra:
S2 tt  S 2 đm

(9.27)

Với S2đm là công suất đònh mức của máy biến điện áp.
Tiết diện dây dẫn từ máy biến điện áp đến các dụng cụ phải chọn sao cho tổn thất điện áp
trong mạng không lớn hơn 0,5% điện áp đònh mức. Theo điều kiện độ bền cơ học thì tiết diện
này không được bé hơn 1,5mm2 đối với dây đồng và 2,5mm2 đối với dây nhôm.
Các điều kiện chọn máy biến áp đo lường bao gồm:
+ Điện áp đònh mức

: U 1đm  U đmmạng

(9.28)

+ Phụ tải một pha (VA) : S2 đmfa  S2 ttfa

(9.29)

+ Sai số

(9.30)

: % ≤ cp%

B. LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHÂN PHỐI HẠ ÁP
9.5 Máy cắt hạ áp

Máy cắt hạ áp (CB - Circuit Breaker) là loại khí cụ điện điều khiển bằng tay nhưng có
khả năng tự động cắt mạch khi mạng điện bò ngắn mạch, quá tải hoặc sụt áp v.v… Hiện nay, máy
cắt hạ áp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện hạ áp thuộc lónh vực công nghiệp, dân
dụng… và đang được thay thế dần cầu chì.
1. Cấu tạo

Cấu tạo của CB gồm các thành phần chính như sau:


Vỏ của CB có chức năng đảm bảo an toàn cho người khi sử dụng và thao tác đóng cắt
trên CB.



Cơ cấu đóng ngắt đảm bảo tất cả các cực của CB được đóng ngắt cùng một lúc và
chính xác.



Cơ cấu ngắt điện từ có bộ phận cơ bản là cuộn dây.Cuộn dây có một lõi sắt cố đònh
và lõi chuyển động. Nếu dòng điện vượt quá một giá trò xác đònh trước, cuộn dây sinh
ra một lực điện từ đủ mạnh để thắng lực giữ của lò xo và hút phần ứng. Cơ cấu đóng
ngắt lúc đó được tác động bằng một cần đóng ngắt làm tiếp điểm của CB nhanh chóng
mở ra.



Cơ cấu nhiệt bảo vệ quá tải bằng thanh lưỡng kim. Độ cong của nó phụ thuộc vào
cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua. Sau khi cong đến một mức độ
xác đònh (hay nhiệt độ nhất đònh) thanh lưỡng kim sẽ tác động tới cơ cấu đóng cắt.



Tiếp điểm gồm có tiếp điểâm hồ quang, tiếp điểm động, tiếp điểm tónh. Do yêu cầu
tiếp điểm phải có điện trở tiếp xúc nhỏ và vật liệu làm tiếp điểm phải chòu nhiệt khi
ngắn mạch nên đòi hỏi tiếp điểm phải làm bằng chất liệu đặc biệt.



Hệ thống dập hồ quang gồm hai phần: ngăn dẫn hồ quang và buồng dập hồ quang. Hồ
quang khi vừa phát sinh ngay lập tức bò dồn vào buồng dập hồ quang qua ngăn dẫn hồ

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

159


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

quang. Quá trình dập tắt hồ quang xảy ra trong buồng dập hồ quang theo nguyên tắc
hạn chế dòng điện.
1
Đầu vào.
Đầu ra.
Cơ cấu đóng ngắt: tác động để
10
đóng hoặc mở tiếp điểm.
4. Vận hành đóng ngắt bằng tay:
3
sử dụng như cầu dao.
5. Cơ cấu ngắt điện từ.
6. Cơ cấu nhiệt bảo vệ bằng
thanh lưỡng kim nhiệt.
4
7. Tiếp điểm: gồm có tiếp điểm hồ
quang, tiếp điểm động, tiếp điểm tónh.
8. Hệ thống dập hồ quang.
9. Khoá ráp: dùng để lắp đặt CB
5
lên thanh cái.
10. Phụ kiện bổ xung: gồm chụp đầu nối,
khoá móc, nắp chụp vít v.v…

1.
2.
3.

2

6
7
7
Hệ
7
8

9

Hình 9.16. Cấu tạo của CB
2. Phân loại CB
a. Loại MCB (Miniature Circuit Breakers) thường được sử dụng trong công nghiệp thương
mại, thiết bò trong nhà và trong dân dụng. Do đó, MCB có kích thước cũng như dòng đònh mức
nhỏ, nên nó phù hợp cho việc bảo vệ cáp, bảo vệ thiết bò chiếu sáng, mạch nung (lò sưởi, bàn ủi)
cũng như điều khiển và bảo vệ các động cơ có công suất nhỏ.

Các thông số đặc trưng của MCB là:


Số cực: 1P, 1P+N, 2P, 3P và 4P;



Dòng điện đònh mức: 6 -63A;



Điện áp đònh mức: 220 - 415VAC, 60 -110VDC;



Khả năng cắt dòng ngắn mạch: 3, 4.5, 6, 10 và 15kA;



Lắp trên thanh ray;



Tiêu chuẩn áp dụng: IEC 60898.

b. MCCB (Moulded Case Circuit Breakers), về cơ bản cũng giống như MCB nhưng có một số
khác biệt sau:


Số cực 3P, 4P.



MCCB có các giá trò đònh mức cao hơn nên nó thường được đặt các hệ thống phân
phối điện gần nguồn hơn MCB. Các giá trò điện áp đònh mức cao hơn có thể lên đến
1000VAC hay 1200VDC;



Dòng đònh mức: l00A có thể đến 1000A, hay lớn hơn;



Khả năng ngắt dòng ngắn mạch: từ 25kA đến 35kA hay lớn hơn;



Lắp cố đònh trong tủ điện



Tiêu chuẩn áp dụng: IEC 947-2.

c. ACB (Air Circuit Breaker) là loại máy cắt không khí hạ áp với các đặc tính cơ bản như

sau:


Số cực: 3P, 4P;



ACB thường lắp đặt ở tủ đóng-cắt tổng của nhà máy, công trình;

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

160


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh



Giá trò dòng đònh mức lớn hơn 1000A có thể lên đến 3000A hay lớn hơn;



Khả năng ngắt dòng ngắn mạch: từ 35 đến 50kA hay hơn nữa;



Lắp đặt trong ngăn tủ loại đẩy kéo;



Tiêu chuẩn áp dụng: IEC 947-2.

3. Chức năng của CB

Máy cắt hạ thế, với vai trò của một thiết bò đóng cắt, có các chức năng cơ bản như sau:


Bảo vệ điện: chống dòng quá tải, dòng ngắn mạch và hư hỏng cách điện;



Cách ly an toàn;



Điều khiển: điều khiển vận hành, cắt khẩn cấp, dừng khẩn cấp và cắt vì lý do bảo
dưỡng cơ học;



Bảo vệ chống quá áp và chống thấp áp, đi kèm với rơle quá áp và thấp áp;



Bảo vệ phát hiện dòng rò, đi kèm với thiết bò phát hiện dòng rò;



Bảo vệ chống chạm đất, đi kèm

4. Thông số của CB

Các thông số chính của CB bao gồm:
a. Số cực: 1P, 1P+N, 2P, 3P và 4P;
b. Điện áp đònh mức (Ue);
c. Điện áp cách điện (Ui);
d. Điện áp thử nghiệm xung (Uimp);
e. Điện áp làm việc cực đại (UBmax);
f. Điện áp làm việc cực tiểu (UBmin);

g. Dòng điện đònh mức (In);
h. Dòng tác động của cơ cấu nhiệt (Ir=Kr.In)
i. Dòng tác động của cơ cấu từ (Im)
j. Dòng cắt ngắn mạch đònh mức (Icu)
k. Dòng cắt ngắn mạch thao tác (Ics)
l. Tần số làm việc;
m. Loại đặc tuyến ngắt dòng: B, C, D, K, Z và MA;
n. Dòng rò đònh mức (In), nếu có chức năng chống dòng rò.
5. Đặc tính ngắt dòng

Chức năng quan trọng nhất của CB là bảo vệ hệ thống điện ví dụ như cáp và dây dẫn chống
lại hiện tượng phát nóng do quá tải hay ngắn mạch, vì vậy CB phải nhảy chính xác trong giới
hạn nhiệt độ cách điện của dây dẫn. Trong một số trường hợp ứng dụng nhất đònh nên có CB đặc
thù để bảo vệ thiết bò bán dẫn, mô tơ, biến áp …
Đường cong đặc tính ngắt dòng bao gồm hai phần: thời gian nghòch và cắt tức thời. Đặc tính
thời gian nghòch là hàm số của nhiệt sinh ra bằng bình phương của cường độ dòng điện nhân với
thời gian, có nghóa là dòng điện càng lớn thì thời gian cần thiết để ngắt càng nhỏ (Hình 9.17).
CB được thiết kế nhiều đặc tính ngắt dòng khác nhau đáp ứng nhiều hệ tiêu chuẩn khác nhau
(Bảng 9.2).

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

161


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Bảng 9.2 Đặc tính ngắt của CB
Tiêu chuẩn

Đặc tuyến

Mứùc
tác động

B

3-5In

C

5-10In

IEC 898
DIN VDE 0641/A4
BS3871 Phần 1

D
MA

12In

K
Z

10-14In

2,4-3,6In

L

3,5-5,25In

U

6-12In

Loại 1

2,7-4In

Loại 2

3-5In

Loại 3

5-10In

Loại 4

10-14In

DIN VDE 0660
DIN VDE 0641/T3
OEVE – SN 52
CEE 19 II

BS 3871 Phần 1

10-14In

Ứng dụng
Bảo vệ thống điện dân dụng nói chung.
Bảo vệ hệ thống nơi tải có tính cảm kháng cao như máy biến
áp và đèn cao áp cảm ứng.
Ứng dụng trong công nghiệp (tương tự như loại 4 trong hệ tiêu
chuẩn BS).
Bảo vệ bộ khởi động động cơ và các thiết bò chuyên dụng
(không bảo vệ quá tải).
Bảo vệ môtơ và máy biến áp.
Bảo vệ mạch bán dẫn và mạch điện tử.
Bảo vệ hệ thống điện dân dụng nói chung (có thể thay thế
một phần bằng loại B).
Bảo vệ hệ thống điện dân dụng nói chung (chỉ dùng thông
dụng ở các nước như Pháp, Bỉ, o, Ý).
Bảo vệ hệ thống lắp đặt và thiết bò có đặc tính là khi đóng
ngắt ít có hiện tượng tăng dòng đột ngột.
Bảo vệ hệ thống dây và thiết bò gia dụng nói chung (tương tự
loại B).
Bảo vệ hệ thống điện nơi phụ tải cảm ứng cao như đèn cao
áp, đèn huỳnh quang và biến áp (tương tự loại C).
Chủ yếu bảo vệ trong hệ thông công nghiệp chẳng hạn như
thiết bò hàn, môtơ, máy X-quang v.v…, tuy nhiên người ta
không chỉ ra giới hạn đóng cắt trên (tương tự như loại D).

a. Cơ cấu bảo vệ kiểu từ nhiệt

b. Cơ cấu bảo vệ kiểu điện tử
Hình 9.17 Đặc tính ngắt dòng của CB

6. Phối hợp bảo vệ

Các CB trong mạng phân phối hạ áp phải tác động khi xuất hiện trạng thái bất thường một
cách có chọn lọc. Điều này có nghóa là khi xảy ra một sự cố ở bất kỳ một điểm nào của hệ thống,
sự cố đó phải được loại trừ bởi CB đặt ngay phía trước điểm sự cố, còn các CB khác không tác
động. Chọn lọc của bảo vệ có thể là tuyệt đối hoặc từng phần và được dựa trên nguyên lý mức
dòng, thời gian trễ hoặc phối hợp cả hai. Bảng 9.3 trình bày một số phương pháp chính thường
được sử dụng để thiết lập tính chọn lọc giữa các CB.

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

162


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Bảng 9.3. Các phương pháp sử dụng để thiết lập tính chọn lọc
1. Chọn lọc theo mức dòng: dựa trên việc chọn lọc
ngưỡng dòng tác động của các rơle, từ rơle cuối
nguồn đến đầu nguồn theo bậc. Tính chọn lọc có
thể là tuyệt đối hay từng phần.

2. Chọn lọc theo thời gian trễ kiểu bậc thang: dựa

trên sự chênh lệch về thời gian tác động sao cho
CB gần nguồn có thời gian tác động lớn và càng
xa nguồn thì càng nhỏ. CB A ở phía trên có thể sử
dụng độ trễ đủ để đạt được tính chọn lọc tuyệt đối
khi phối hợp với CB B.

3. Chọn lọc hỗn hợp: một bộ làm trễ thời gian
kiểu cơ học góp phần cải thiện đặc tính của chọn
lọc theo tác động dòng.
Chọn lọc là tuyệt đối nếu ISCB < IrmA (giá trò tức
thời).
CB ở phía trước có thể sử dụng hai ngưỡng tác
động:
- Giá trò trễ IrmA hoặc bộ tạo trễ kiểu điện tử SD
(Short Delay);
- Giá trò tức thời Irm A chuẩn

Bò trễ

4. Lựa chọn dựa trên mức năng lượng hồ quang:
cho phép chọn lọc tuyệt đối giữa hai CB có cùng
dòng sự cố. Điều này đạt được nhờ sử dụng CB
hạn chế dòng và tác động CB nhờ cảm ứng áp suất
trong buồng hồ quang của CB. Mức áp suất không
khí bò nóng lên tùy thuộc vào mức năng lượng của
hồ quang.

Tức thời

Đặc tuyến tác động

tức thời kiểu từ
(truyền thống)
Đặc tuyến tác động
tức thời kiểu từ nhờ
áp suất

7. Điều kiện lựa chọn CB

CB hạ áp thường được lựa chọn theo các điều kiện như sau:


Các đặc tính điện của lưới điện mà CB được đặt vào:
+ Điện áp đònh mức
Ue + Ue  m mạng + Umạng

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

(9.31)

163


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Ở đây: Ue là điện áp đònh mức của CB, Ue là độ tăng điện áp cho phép của CB, m mạng là
điện áp đònh mức của mạng điện nơi thiết bò và CB được lắp đặt, Umạng là độ lệch điện áp có

thể có của mạng so với điện áp đònh mức trong điều kiện vận hành.
+ Dòng điện đònh mức:
Kr In  Ilv max

(9.32)

Ở đây: In là dòng điện đònh mức của CB, Ilv max là dòng điện làm việc lâu dài cực đại của phụ
tải, Kr là hệ số hiệu chỉnh (Kr = 0,8÷1 đối với cơ cấu nhả nhiệt, Kr=0,4÷1 đối với cơ cấu nhả điện
tử).
+ Tần số:
fn  fmạng


(9.33)

Khả năng cắt dòng ngắn mạch:
Icu (hoặc Icn)  I 3N

(9.34)

Ở đây: Icu là dòng cắt ngắn mạch đònh mức đối với CB công nghiệp và Icn là dòng cắt ngắn
mạch đònh mức đối với CB dân dụng.


Đặc tuyến ngắt dòng: phù hợp với thiết bò được bảo vệ



Môi trường sử dụng:nhiệt độ xung quanh, lắp đặt trong/ngoài tủ, các điều kiện khí hậu



Các yêu cầu khai thác: tính chọn lọc, các yêu cầu như điều khiển từ xa, các công tắc tơ
phụ, các cuộn dây tác động phụ, có đưa thêm vào hệ thống mạng tín hiệu nội bộ
(thông tin, điều khiển và chỉ thò…)

9.6 Cầu chì hạ áp

Hình 9.18. Cầu chì HRC

Cầu chì là thiết bò bảo vệ bằng cách chảy một hoặc nhiều dây chảy để ngắt mạch và cắt
dòng nếu dòng vượt quá giá trò cài đặt trong khoảng thời gian cho phép.
Các thành phần chính của cầu chì HRC là: vỏ cầu chì kèm các đầu nối, dây chảy cầu chì, vật
liệu dập hồ quang (thường là cát thạch anh), đế cầu chì kèm ngàm kẹp, niêm chì báo tình trạng
cầu chì và tay kẹp cầu chì cho phép thay nóng cầu chì khi hư hỏng.
Tiêu chuẩn áp dụng của cầu chì hạ áp có điện áp đến 1000VAC và 1500V DC là tiêu chuẩn
IEC 60269, cụ thể:
 Tiêu chuẩn IEC 60269-1: Qui đònh chung
 Tiêu chuẩn IEC 60269-2: Qui đònh cho cầu chì công nghiệp
 Tiêu chuẩn IEC 60269-3: Qui đònh cho cầu chì dân dụng
Các mã hiệu và phạm vi ứng dụng của cầu chì hạ áp theo tiêu chuẩn IEC 60269 bao gồm:

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

164


Giáo trình cung cấp điện

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Bảng 9.4. Mã hiệu và phạm vi ứng dụng của cầu chì hạ áp
Mã hiệu
gG
gM
aM
aR
gTr
gR, gS
gL, gF, gI

Phạm vi áp dụng
Cầu chì phổ dụng bảo vệ dây/cáp
Cầu chì phổ dụng bảo vệ động cơ
Cầu chì chỉ bảo vệ ngắn mạch động cơ
Cầu chì bảo vệ thiết bò bán dẫn
Cầu chì bảo vệ máy biến áp
Cầu chì bảo vệ thiết bò bán dẫn và dây dẫn
Cầu chì thay thế cầu chì gG để bảo vệ dây dẫn

Loại cầu chì được sử dụng để chống quá tải và ngắn mạch trong mạng hạ áp dân dụng có đặc
tính gG phù hợp với IEC 60269-3. Loại này có hai dòng qui ước được tiêu chuẩn hoá gồm:
 Dòng không nóng chảy Inf: đây là giá trò dòng mà cầu chì có thể chòu được mà không
bò nóng chảy trong thời gian qui đònh. Ví dụ: cầu chì có dòng đònh mức 32A chòu được
dòng 40A (1,25In) mà không nóng chảy trong khoảng thời gian nhỏ hơn 1h (Bảng 4.2).
 Dòng nóng chảy If: đây là giá trò dòng gây ra hiện tượng nóng chảy cầu chì trước khi
kết thúc khoảng thời gian qui đònh. Ví dụ: cầu chì có dòng đònh mức 32A khi chòu
dòng 52,1A (1,6In) phải nóng chảy trong khoảng thời gian nhỏ hơn 1h (Bảng 4.2).

Các thí nghiệm tiêu chuẩn của IEC 269-1 yêu cầu đặc tính cầu chì nằm giữa hai đường cong
giới hạn cho cầu chì được xem xét (Hình 9.18). Từ đặc tính miền chảy và không chảy của cầu chì
nhận thấy cầu chì không thích hợp để bảo vệ chống quá tải ở mức thấp. Do đó cần sử dụng dây
dẫn có tiết diện lớn hơn nhằm tránh hậu quả quá tải kéo dài (trong trường hợp xấu nhất quá tải
60% trong 1h).
Trong mạng hạ áp công nghiệp, loại cầu chì có đặc tính gM (bảo vệ động cơ khi khởi động
lẫn khi ngắn mạch nhưng không bảo vệ quá tải) và loại cầu chì có đặc tính aM kết hợp với rơ le
nhiệt bảo vệ chống quá tải có mức quá tải <4In. Đặc tính của hai loại cầu chì này phù hợp với
IEC 60269-1 và IEC 60269-2.
Đặc trưng cho loại cầu chì gM và aM là: dòng đònh mức của dây chì và vỏ cầu chì In và đặc
tuyến I/t (Ich -characteristic). Mã cầu chì loại gM được thể hiện như sau: InMIch với In chỉ đặc tính
nhiệt ở tải thường và Ich liên quan đến đặc tính ngắn hạn (khởi động). Hình 9.19 trình bày vùng
nóng chảy tiêu chuẩn hoá cho cầu chì aM, với lưu ý rằng đặc tuyến để thí nghiệm các cầu chì aM
được cho giá trò từ 4In trở đi và các cầu chì theo IEC 60269 được dùng phải có đặc tuyến nằm
trong vùng tô mờ.
Bảng 9.5. Dòng chảy và không chảy của cầu chì
Loại
gG
gM

(*)

Ich cho cầu
chì gM

Dòng đònh mức (*)
In (A)

In ≤ 4A
4

16 63 160 400
Dòng qui ước
không chảy Inf (A)

1,5In
1,5In
1,25In
1,25In
1,25In
1,25In

Dòng qui ước
chảy If (A)

2,1In
1,9In
1,6In
1,6In
1,6In
1,6In

Thời gian
qui ước (h)

1
1

1
2
3
4

Đặc tính bảo vệ điển hình của một số cầu chì hạ áp, trình bày ở Hình 9.20.

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

www.quyenhuyanh.com

165