BÀI GIẢNG KHÍ CỤ ĐIỆN (IUH)

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA ĐIỆN

BÀI GIẢNG KHÍ CỤ ĐIỆN

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT
CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN


PHÂN LOẠI VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN
Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng cắt, điều khiển,
điều chỉnh và bảo vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện,…
,dùng để kiểm tra và điều chỉnh các quá trình không điện
khác .

Khí cụ điện sử dụng rộng rãi ớ các nhà máy phát điện ,trạm
biến áp ,trong xí nghiệp công nghiệp ,nông nghiệp , lâm
nghiệp , giao thông vận tải....
VD: công tắc , cầu chì , cầu dao , rơ le …
2


PHÂN LOẠI
Phân loại theo công dụng : gồm 5 loại
Khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện của lưới điện (cầu
dao, công tắc…)
Khí cụ điện dùng để mở máy, điều chỉnh tốc độ , điều chỉnh
điện áp, dòng điện (công tắc tơ , khởi động từ,...)
Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện, máy điện (cầu chì , …)
Khí cụ điện dùng để duy trì tham số điện ở giá trị không đổi

(ổn áp hay thiết bị tự động điều chỉnh điện áp, dòng điện, tần
số , tốc độ , nhiệt độ…)
Khí cụ điện đo lường (VOM , volt kế, ampe kế…)

3


PHÂN LOẠI
Phân loại theo điện áp :
 Khí cụ điện cao thế: Uđm ≥ 1000V
 Khí cụ điện trung thế : 600V ≤ Uđm <1000V
 Khí cụ điện hạ thế: Uđm < 600V
Phân loại theo dòng điện: gồm 2 loại
 Khí cụ điện 1 chiều
 Khí cụ điện xoay chiều


PHÂN LOẠI
Phân loại theo nguyên lý làm việc
Khí cụ điện làm việc theo nguyên lý điện từ
Khí cụ điện làm việc theo nguyên lý từ điện
Khí cụ điện làm việc theo nguyên lý cảm ứng
Khí cụ điện làm việc theo nguyên lý điện động
Khí cụ điện làm việc theo nguyên lý điện nhiệt
Khí cụ điện có tiếp điểm
Khí cụ điện ko có tiếp điểm


PHÂN LOẠI
Phân loại theo điều kiện làm việc và dạng bảo vệ:

Khí cụ điện làm việc ở vùng nhiệt đới
Khí cụ điện làm việc ở vùng có nhiều rung động
Khí cụ điện làm việc ở vùng mỏ có khí nổ
Khí cụ điện làm việc ở môi trường có chất ăn mòn hoá học...


LỰC ĐIỆN ĐỘNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
 Khi lưới điện xảy ra sự cố ngắn mạch, dòng điện sự cố tăng
rất nhiều lần so với dòng định mức. Dưới tác dụng của từ
trường, các dòng điện này gây ra lực điện động làm biến
dạng dây dẫn và cách điện nâng đỡ chúng
 Khí cụ điện phải chịu lực tác động phát sinh khi có dòng
điện ngắn mạch chạy qua là một tiêu chuẩn không thể thiếu

của khí cụ điện gọi là tính ổn định lực điện động .


CỘNG HƯỞNG CƠ KHÍ
 Khi tần số của thành phần biến thiên của lực gần bằng với
tần số riêng của dao động cơ khí sẽ sinh ra hiện tượng cộng
hưởng và có khả năng phá hỏng khí cụ điện .
 Vì vậy khi thiết kế khí cụ điện nên chọn tần số riêng của các
dao động cơ khí lớn hơn gấp đôi tần số của lực.


KHÁI NIỆM VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN
Chỗ tiếp giáp giữa hai vật dẫn điện để cho dòng điện
chạy từ vật dẫn này sang vật dẫn kia gọi là tiếp xúc điện.

Bề mặt chỗ tiếp giáp của các vật dẫn điện gọi là bề

mặt tiếp xúc điện.


PHÂN LOẠI TIẾP XÚC ĐIỆN
 Tiếp xúc cố định : là loại tiếp xúc không tháo lắp giữa 2

vật dẫn, được liên kết bằng bulông, đinh vit, đinh rivê,...

 Tiếp xúc đóng mở : là tiếp xúc có thể làm cho dòng
điện chạy hoặc ngừng chạy từ vật này sang vật khác (như

các tiếp điểm trong thiết bị đóng cắt).
 Tiếp xúc trượt : là vật dẫn điện này có thể trượt trên bề

mặt của vật dẫn điện kia (ví dụ như chổi than trượt trên
vành góp máy điện).


CÁC YÊU VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN
 Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo.
 Mối nối nơi tiếp xúc phải có độ bền cơ khí cao.
 Mối nối không được phát nóng quá gía trị cho phép.
 Ổn định nhiệt và ổn định động khi có dòng điện cực đại đi
qua.
 Chịu được tác đông của môi trường (nhiệt độ, chất hoá
học...)


CÁC YÊU VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN
 Vật liệu dùng làm tiếp điểm có các yêu cầu:

 Điện dẫn và nhiệt dẫn cao.

 Độ bền chổng rỉ trong không khí và trong các khí khác.
 Độ bền chống tạo lớp màng có điện trở suất cao.
Độ cứng cao để giảm hao mòn ở các bộ phận đóng ngắt.
 Độ bền chịu hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy).
 Đơn giản gia công, giá thành hạ.
Một số vật liệu làm tiếp điểm: Đồng, Bạc, Nhôm, Vonfram...


NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC
Ăn mòn kim loại
Thực tế dù gia công thế nào thì bề mặt tiếp xúc tiếp điểm
vẫn còn những lỗ nhỏ li ti.
Khi vận hành hơi nước và các chất có hoạt tính hóa học cao

thấm và đọng lại trong những lỗ nhỏ đó sẽ gây ra các phản
ứng hóa học tạo ra một lớp màng mỏng rất giòn.
Khi va chạm trong quá trình đóng mở tiếp điểm, lớp màng
này dễ bị bong ra. Do đó bề mặt tiếp xúc sẽ bị mòn dần, hiện
tượng này gọi là hiện tượng ăn mòn kim loại


NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC
 Oxy hóa
 Môi trường xung quanh làm bề mặt tiếp xúc bị oxy hóa

tạo thành lớp oxit mỏng trên bề mặt tiếp xúc, điện trở suất
của lớp oxit rất lớn nên làm tăng Rtx dẫn đến gây phát nóng
tiếp điểm.

NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC
Hư hỏng do điện
 Thiết bị điện vận hành lâu ngày hoặc không được bảo quản
thì lò xo tiếp điểm sẽ bị hoen rỉ và yếu đi không đủ lực ép vào
tiếp điểm.
 Khi có dòng điện chạy qua, tiếp điểm dễ bị phát nóng gây
nóng chảy, thậm chí hàn dính vào nhau. Nếu lực ép tiếp điểm
quá yếu có thể phát sinh tia lửa làm cháy tiếp điểm.

 Ngoài ra, tiếp điểm bị bẩn, rỉ sẽ tăng điện trở tiếp xúc, gây
phát nóng dẫn đến hao mòn nhanh tiếp điểm.


NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC
Cách khắc phục hư hỏng
 Tiếp xúc cố định : nên bôi một lớp mỡ chống rỉ hoặc quét

sơn chống ẩm, khi thiết kế nên chọn vật liệu có điện thế hóa
học giống nhau hoặc gần bằng nhau cho từng cặp.
 Nên sử dụng vật liệu không bị oxy hóa làm tiếp điểm.
 Mạ điện các tiếp điểm: với tiếp điểm đồng, đồng thau
thường được mạ thiếc, mạ bạc, mạ kẽm còn tiếp điểm thép
thường được mạ cađini, kẽm,...


NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC
Cách khắc phục hư hỏng
 Thay lò xo tiếp điểm: những lò xo đã rỉ, đã yếu làm giảm

lực ép sẽ làm tăng điện trở tiếp xúc, cần lau sạch tiếp điểm
bằng vải mềm và thay thế lò xo nén khi lực nén còn quá yếu.
 Kiểm tra sửa chữa cải tiến thiết bị dập hồ quang để rút
ngắn thời gian dập hồ quang.


PHÁT NÓNG KHÍ CỤ ĐIỆN
 Ở trạng thái làm việc, trong các bộ phận của TBĐ như :
mạch vòng dẫn điện, mạch từ, các chi tiết bằng kim loại và

cách điện đều có tổn hao năng lượng tác dụng và biến thành
nhiệt năng.
 Một phần của nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ của TBĐ,
còn 1 phần khác tỏa ra môi trường xung quanh.
 Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ của thiết bị không tăng
lên nữa mà đạt trị số ổn định, còn toàn bộ nhiệt năng tỏa ra
môi trường xung quanh.


PHÁT NÓNG KHÍ CỤ ĐIỆN
 Nếu nhiệt độ của thiết bị điện tăng cao thì cách điện

bị già hóa và độ bền cơ của các chi tiết bị suy giảm.
 Khi tăng nhiệt độ của vật liệu cách điện lên 8oC so
với nhiệt độ cho phép ở chế độ dài hạn thì tuổi thọ của
cách điện giảm 50%.


PHÁT NÓNG KHÍ CỤ ĐIỆN



Vật liệu dẫn điện thông dụng nhất là Cu, nếu tăng nhiệt

độ từ 100oC đến 250oC thì độ bền cơ giảm 40%, do độ bền
cơ của chúng giảm nên lực điện động trong trường hợp
ngắn mạch sẽ làm hư hỏng thiết bị.

 Do vậy độ tin cậy của thiết bị phụ thuộc vào nhiệt độ
phát nóng của chúng.


ỔN ĐỊNH LỰC ĐIỆN ĐỘNG
 Độ bền điện động của thiết bị điện được cho dưới dạng
dòng ngắn mạch xung kích.
 Khi chọn thiết bị điện đóng cắt, phải kiểm tra xem dòng
ngắn mạch đi qua thiết bị đó, có bé hơn dòng xung kích
cho phép hay không, nếu không đạt phải chọn thiết bị có
dòng xung kích lớn hơn.


CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI KCĐ
Đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số kỹ thuật định
mức.

Ổn định nhiệt và ổn định lực điện động.
An toàn, chính xác , dễ gia công lắp ráp và dễ sữa chữa.
Vật liệu cách điện phải ko bị hư hỏng khi xảy ra sự cố.
Làm việc ổn định ở các điều kiện khí hậu và môi trường
yêu cầu.

HỒ QUANG ĐIỆN
Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất
khí với mật độ dòng điện rất lớn ( tới khoảng 102 đến 103

A/mm2) có nhiệt độ rất cao (tới khoảng 5000 đến 60000C )
và thường kèm theo hiện tượng phát sáng.
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.


HỒ QUANG ĐIỆN
Hồ quang điện có hại : Khi đóng cắt các thiết bị điện
như contactor, cầu dao, máy cắt,...hồ quang sẽ xuất hiện
giữa các cặp tiếp điểm.


Hồ quang cháy lâu sau khi thiết bị điện đã đóng cắt sẽ

làm hư hại các tiếp điểm và thiết bị điện.



Để đảm bảo độ làm việc tin cậy của thiết bị điện cần

tiến hành dập tắt hồ quang càng nhanh càng tốt.


QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG ĐIỆN



Hồ quang điện phát sinh là do môi trường giữa các

điện cực (giữa các cặp tiếp điểm) bị ion hóa.


Ion hóa có thể xảy ra bằng các con đường khác nhau

như dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường
mạnh,....



Hồ quang điện sẽ bị dập tắt khi môi trường giữa các

điện cực không còn dẫn điện.