BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Báo cáo môn học

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê

CHƯƠNG I: PHÂN LOẠI CÁC BẢO VỆ
Trong việc cung cấp điện, hệ thống công nghiệp tiêu biểu sẽ được bảo vệ bằng
các máy cắt (CB) kết hợp với các rơ-le chống chạm đất hoặc quá dòng và các cầu chì,
có khả năng chọn lọc và cách ly phẩn tử sự cố của hệ thống.
1.1.

Cầu chì:

Hình 1.1: Một dạng cầu chì
Cầu chì là một phần tử hay thiết bị bảo vệ mạch điện bằng cách làm đứt mạch
điện. Cầu chì được sử dụng nhằm phòng tránh các hiện tượng quá tải trên đường dây
gây cháy, nổ, bảo vệ các mạch quá dòng, quá tải và đảm bảo việc bảo vệ các mạch.
Cầu chì thực hiện theo nguyên lý tự chảy hoặc uốn cong để tách ra khỏi mạch
điện khi cường độ dòng điện trong mạch tăng đột biến. Để làm được điều này, điện
trở của chất liệu làm dây cầu chì cần có nhiệt độ nóng chảy, kích thước và thành phần
thích hợp.
Cầu chì dùng để bảo vệ mạch điện và các thiết bị điện trong mạng phân phối
công nghiệp đơn giản nhất. Thông dụng nhất là các cầu chì dùng trong gia dụng có
các định mức dòng điên khác nhau tương ứng với dòng điện liên tục làm việc cho
phép. Các cầu chì này được mắc nối tiếp với tải tiêu thụ và mang dòng điện tải. Nếu
dòng điện tải qua cầu chì vượt định mức cầu chì hay có chạm trong đường dây dẫn
hoặc vật dùng điện thì cầu chì sẽ nóng chảy đứt và cách ly phần tử chạm khỏi mạch
điện.

Thực hiện: Nhóm 1

Page 3

Báo cáo môn học

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê

Cầu chì là phần bảo vệ quá dòng điện và cầu chì bị nóng chảy do nhiệt quá dòng
mặc định đặt qua nó. Đối với cầu chì làm việc ở mạng lưới 600V, cầu chì còn được
gọi là cầu chì công suất.
Theo tiêu chuẩn người ta phân biệt cầu chì cho mạng điện thế cao từ 2kV – 20kV
thành 2 loại: cầu chì rơi (FCO) và cầu chì công suất.
1.1.1. Phân loại cầu chì:


Phân theo môi trường hoạt động:

- Cầu chì cao áp
- Cầu chì hạ áp
- Cầu chì nhiệt.


Phân theo cấu tạo:

- Cầu chì loại hở
- Cầu chì loại vặn
- Cầu chì loại hộp
- Cầu chì ống.


Phân theo đặc điểm trực quan:

- Cầu chì sứ
- Cầu chì ống
- Cầu chì hộp
- Cầu chì nổ
- Cầu chì tự rơi.


Phân theo số lần sử dụng:

Hình 1.2: cầu chì MEM
Thực hiện: Nhóm 1

Page 4


Báo cáo môn học

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê

Có loại cầu chì dùng một lần rồi bỏ, loại khác có thể thay dây chì mới để
tiếp tục sử dụng và có loại có thể tự nối lại mạch điện sau khi ngắt mà không
cần con người nhờ cấu tạo bằng chất dẻo.

Hình 1.3: Hộp cầu chì MEM (30A & 15A)

Hình 1.4: Hộp cầu chì Wylex

Hình 1.5: Dây chì bán tại Anh

Hình 1.6: Cầu chì cao thế 115 kV
Thực hiện: Nhóm 1

Page 5


Báo cáo môn học
1.1.2.

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê
Cầu chì tự rơi (FCO) và cầu chì cao thế ở mạng phân

phối:
- Cầu chì tự rơi (FCO) là thiết bị kết hợp cầu dao và cầu chì. Đây là thiết
bị chuyên dùng để bảo vệ máy biến áp ở cấp điện áp từ 35kV trở xuống, được
gọi là cầu chì tự rơi. Dây chì được chế tạo từ thiếc, bạc, chì, đồng, nhôm hay
hợp kim để cho ra đặc tính chảy thời gian. Khi nổ chì, cầu chì thường treo
nghiêng theo mặt phẳng ngang một góc dao tự rơi xuống lưỡi dao mở ra hoàn
toàn cách li máy biến áp với nguồn điện.
- Cầu chì cao thế (CCCT): Được lắp nối tiếp sau cầu dao cao thế. Đây là
thiết bị bảo vệ đơn giản trong mạch điện. CCCT chủ yếu dùng để bảo vệ ngắn
mạch, thường dùng ở lưới trung áp 35 kV trở xuống (ở cấp điện áp 110kV không
dùng cầu chì).
Vật liệu

Dòng điện định mức (A)

Đường kính dây
chảy (mm)

Chì

Đồng

Nhôm

0.2

0.5

8

2

0.3

1.2

12

6

0.4

1.5

14

10

0.5

1.8

16

14

0.6

2.6

21

18

0.7

3.2

28

18

0.8

4.3

36

20

1.0

6.0

48

32

1.2

6.0

48

32

Thực hiện: Nhóm 1

Page 6


Báo cáo môn học

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê

1.4

11.5

81

50

1.6

14

100

60

1.8

17

120

70

2.0

20

145

80

2.2

25

175

97

2.4

30

-

115

2.6

35

-

125

Dưới đây là một số số liệu liên quan đến cầu chì:
Bảng tính sẵn dòng điện định mức của dây chảy cầu chì
Bảng tính sẵn dòng điện định mức của dây chảy cầu chì cho máy biến áp
phân phối hạ thế:

TT

Công
suất
MBA
(kVA)

6kV
Dòng
điện
định
mức
(A)

10kV

15kV

24kV

35kV

Chủng Dòng Chủng Dòng Chủng Dòng Chủng Dòng Chủng
loại
điện
loại
điện
loại
điện
loại
điện
loại

dây
định
dây
định
dây
định
dây
định
dây
dẫn
mức
dẫn
mức
dẫn
mức
dẫn
mức
dẫn
(A)
(A)
(A)
(A)

1

30

2,89

6k

1,73

3k

1,16

2k

0,79

2k

0,5

1k

2

50

4,82

8k

2,98

6k

1,93

3k

1,31

2k

0,83

2k

3

75

7,23

12k

4,34

6k

2,89

6k

1,97

3k

1,24

2k

4

100

9,63

15k

5,78

8k

3,85

6k

2,63

6k

1,65

3k

5

160

15,41

25k

9,25

12k

6,17

10k

4,20

6k

2,64

6k

Thực hiện: Nhóm 1

Page 7


Báo cáo môn học

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê

6

200

19,27

25k

11,56

15k

7,71

10k

5,25

8k

3,3

6k

7

250

24,08

30k

14,45

20k

9,63

15k

6,57

10K

4,13

6k

8

320

30,83

40k

18,50

25k

12,33

20k

8,41

12k

5,28

8k

9

400

38,54

50k

23,12

30k

15,41

25k

10,51

15k

6,61

10k

10

560

53,95

80k

32,37

50k

21,58

30k

14,71

25k

9,25

15k

11

630

60,69

100k

36,42

65k

24,28

40k

16,55

30k

10,4

20k

12

1000

96,34

-

57,80

80k

38,54

65k

26,27

40k

16,52

25k

13

1600

154,14

-

92,49

-

61,66

100k

42,04

65k

26,42

40k

FCO có thể làm việc như một dao cách li thao tác được, cho phép người
vận hành mở mạch bằng tay. Khi cắt dòng điện tải lớn, FCO được chế tạo bộ
phận cơ đặc biệt để phân tán hồ quang tạo ra lúc ngắt mạch.
1.1.3. Các loại dây chì:
Cầu chì được thiết kế cho nhiều áp dụng khác nhau với đặc tính làm việc
khác nhau đáp ứng cho yêu cầu bình thường hoặc đặc biệt.
1.1.3.1.

Cầu chì ngắt dòng zero (0):

Loại cầu chì này khó tìm thấy thông tin trên internet, được mô tả như
bộ phận ngắt dòng qua 0, vì loại này phải chờ dòng 0 qua trước khi thực
hiện ngắt hoàn toàn.
Loại này thông dụng và tiện lợi cho việc dùng đối với máy biến áp
(MBA) sơ cấp phân phối. bảo vệ phát tuyến, bảo vệ động cơ, bảo vệ tải
công nghiệp.

Thực hiện: Nhóm 1

Page 8


Báo cáo môn học

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê

Hình 1.7:Đặc tính cầu chì dòng cắt zero
1- Dòng điện làm việc lúc bình thường;
2- Thời điểm bất đầu sự cố;
3- Điểm nóng chảy cầu chì;
4- Thời gian cầu chì chảy;
5- Thời gian hồ quang;
6- Thời gian tổng đứt cầu chì;
7- Ngắt mạch.
Cầu chì dùng trong mạng phân phối thường là 1 trong 2 loại: loại thổi
và loại đầy kín.
Loại thổi có lỗ để thoát hơi hồ quang. Còn cầu chì loại đầy kín hồ
quang bên trong được dập tắt qua vật liệu làm đầy kín, chẳng hạn như vật
dạng hột, lỏng hay rắn. Nhà chế tạo thường dùng một trong những nguyên
tắc trên để kéo dài và làm nguội hồ quang để ngắt dòng điện an toàn.
Năng lượng tạo bởi áp suất hồ quang sẽ làm rơi ống giữ dây chì mà
mắt thường có thể dễ dàng nhìn thấy khi cầu chì đã tác động. Ưu điểm lớn
nhất của cầu chì là giá thành rất hợp lí và dễ dàng thay thế. Loại này được
chế tạo với các giá trị định mức khác nhau và dễ dàng phối hợp với các bộ
phận bảo vệ khác.
Ngoài ra còn có cầu chì dầu và cầu chì chân không.
1.1.3.2.

Thực hiện: Nhóm 1

Cầu chị hạng chế dòng:

Page 9


Báo cáo môn học

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê
Khi đến giới hạn dòng điện cho trước, cầu chì loại này sẽ nóng chảy

đột ngột tạo điện thế hồ quang cao để giảm biên độ dòng điện. Về cơ bản
cầu chì loại này khác với cầu chì ngắt dòng zero vì nguyên tắc của nó là để
hạn dòng han chỉ hạn chế năng lượng được thực hiện bằng việc tạo điện
trở cao trong mạch điện.
Khi cầu chì tác động, dòng điện sẽ xuống 0 lúc điện thế tiến tới 0, do
đó hạn chế dòng điện cực đại tại trị số gọi là dòng điện đứt.
Cầu chì hạn chế dòng cơ bản được chia thành 3 loại:
- Cầu chì khả năng cắt cao HRC (High rupturing capacity fuse - HRC
fuse)
- Cầu chì phổ thông
- Cầu chì loại tầm rộng.
Loại thứ nhất rất hiệu quả ở dòng điện sự cố lớn nhưng không có khả
năng đứt ở dòng điện thấp nên phải được kết hợp với phần tử khác để cắt
dòng điện thấp.
Loại thứ 2 theo tiêu chuẩn ANSI (American National Standards
Institute) – Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kì, là loại này có thể ngắt dòng
điện mà làm cầu chì tác động trong một giờ đồng hồ hay ngắn hơn.

Loại thứ 3 được thiết kế để ngắt bất kì dòng nào là dây chì chảy dưới
điều kiện dây chì bình thường.
Phương pháp tốt nhất để tính hiêu quả của cầu chì hạn chế dòng là
tính hệ số I2.t. Thành phần thứ nhất làm năng lượng nóng chảy I2.t có thể
được xác định bằng tính toán và thành phần thứ 2 xảy ra khi hồ quang bắt
đầu và tiếp tục tới lúc ngắt dòng điện hoàn toàn. Thành phần sau được xác
định bằng thực nghiệm.
Cầu chì cần phải đáp ứng được yêu cầu:
Thực hiện: Nhóm 1

Page 10


Báo cáo môn học

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê
1. Dập tắt được hồ quang
2. Chịu được điện thế định mức khi dây chì đứt
3. Dễ dàng phối hợp với các cầu chì khác trong mạng bảo vệ.
1.1.3.3.

Cầu chì đặc biệt:

Đơn giản là để đáp ứng trong các trường hợp đặc biệt:
- Bảo vệ tụ điện khi đóng ngắt tụ sẽ có dòng nhảy tần số cao.
- Dùng 2 cầu chì làm việc song song nhau. Trong thực thế thường
không dùng cách này, cũng không đảm bảo 2 cầu chì này cùng đặc tính
bảo vệ  Kiểu này thường dùng trong các mạng tăng tải.
- Tạo cảm ứng dòng điện từ các dòng điện tử có mạch tích hợp, đặc
tính ngắt thanh cái và mạch điều khiển chức năng như cầu chì bình thường.

1.4. Đặc tính thời gian – dòng điện (T- C) (Time – Circuit) của cầu chì:
Một trong những cầu chì công suất kí hiệu “E” có đặc tính thanh cái cho ở
bảng sau:
Dòng điện đường dây

Thời gian nóng chảy chì

Dòng liên tục

100A và thấp hơn

300s

200 – 400% định mức

Trên 100A

600s

220 – 264% định mức

Cầu chì công suất có các giá trị định mức: 0.5, 1.2, 3.5, 7.0, 10, 15, 20, 30,
40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 300 và 400A.
Bảng điện thế định mức cực đại:
Điện thế làm việc định mức

Điện thế cực đại định mức

(kV)

(kV)

2.4*

2.75*

4.8*

5.30*

Thực hiện: Nhóm 1

Page 11


Báo cáo môn học

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê
7.2

8.25

13.8*

15*

14.4

15.5

23

25.8

34.5

38

46

48.3

69

72.5

92

-

115

121

138

145

161

169

Ghi chú: * chỉ dùng trong nhà.
Cầu chì được dùng là nơi mà phí tổn của máy cắt và các phụ kiện không
kinh tế - tốn kém, có yếu tố liên quan liên quan đến việc chọn lực cầu chì hơn
các thiết bị khác. Ví dụ như chống dao động tần số, thu hồi vốn đầu tư nhanh.
Những loại E được dùng nhiều trong các trường hợp:
- Bảo vệ MBA đo lường
- Bảo vệ MBA động lực
- Bảo vệ tụ điện
- Bảo vệ phát tuyến.
Cầu chì công suất có thể đặt trong nhà hoặc ngoài trời và loại thổi hay loại
hạn chế dòng. Tùy thuộc vào vị trí và giá trị định mức và lựa chọn cho thích hợp.
Loại thổi được đặt ngoài trời nơi có phòng rộng. Loại hạn chế dòng thường được
dùng trong nhà.
Thực hiện: Nhóm 1

Page 12


Báo cáo môn học

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê

Cầu chì dòng điện là loại E, tức là trị số định mức phải bằng hoặc lớn hơn
dòng tải liên tục cực đại. Quá tải xảy ra trong khoảng thời gian chảy cầu chì có
thể làm cầu chì biến đổi đặc tính. Vậy, khi lựa chọn cầu chì thì cần quan tâm đến
thời gian quá tải, chẳng hạn như dòng điện khởi động của động cơ lớn. Dòng
điện trì hoãn nhảy vọt của máy biến áp có thể chịu được 12 lần dòng sơ cấp là ít
nhất trong khoảng 0,1s.

Ở dạng phân phối cầu chì thường dùng để bảo vệ các phát tuyến, nhất là
có chiều dài tương đối ngắn và phụ tải nhỏ.
Dây chì mang phân phối có 2 loại kí hiệu là K và T. Sự khác nhau của
chúng là thời gian nóng chảy chì tương đối, và được đánh giá bằng tỷ số tốc độ
nóng chảy.
Tỷ số tốc độ nóng chảy =

𝒅ò𝒏𝒈 đ𝒊ệ𝒏 𝒍à𝒎 𝒅â𝒚 𝒄𝒉ì 𝒄𝒉ả𝒚 ở 𝟎,𝟏𝒔
𝒅ò𝒏𝒈 đ𝒊ệ𝒏 𝒍à𝒎 𝒅â𝒚 𝒄𝒉ì 𝒄𝒉ả𝒚 ở 𝟑𝟎𝟎 𝒉𝒂𝒚 𝟔𝟎𝟎𝒔

Ghi chú: - Thời gian 300s đối với cầu chì định mức ≤ 100A
- Thời gian 600s đối với cầu chì định mức 140A và 200A.
1.2. Các máy cắt trong mạng điện công nghiệp (CB):
Các cầu chì HCR bải vệ hiệu quả một số bộ phận trong hệ thống ĐCN. Nhưng
đối với một số hệ thống vệ thay cầu chì bị hỏng sẽ không thuận tiện trong những khu
vực này, khi đó ta dùng máy cắt bảo vệ (CB - Circuit Breaker) thay thế để ngắt dòng
điện sự cố có thể có mà không làm ảnh hưởng đến hệ thống và có thể cắt nhiều lần.
Ngoài việc ngắt sự cố, CB còn nhanh chóng các khí bị ion hóa ra khỏi các tiếp
điểm của thiết bị ngắt để ngăn ngừa hồ quang. Đối với các CB, các tiếp điểm được
chế tạo nối kết và cả buồng chứa phải chịu được các lực cơ học do các từ trường sinh
ra khi gặp sự cố quá dòng cao.
Một số loại máy cắt thường được sử dụng trong hệ thống điện công nghiệp như
ACB (Air Circuit Breaker), MCBs (Miniature Circuit Bkeaker), MCCBs (Moulded
Case Circuit Breaker), RCCB (Residual Current Circuit Breaker),…
Thực hiện: Nhóm 1

Page 13


Báo cáo môn học

GVHD: ThS. Biện Văn Khuê

Trong máy cắt công nghiệp có trang bị bộ phận bảo vệ dòng điện chống quá tải
và ngắn mạch, chúng có đặc tính cụ thể như sau:
- Máy cắt có khả năng đóng an toàn với bất kì dòng tải nào hay dòng ngắn mạch
là việc trong khả năng của mình.
- Máy cắt mở an toàn bất kì dòng điện qua nó tới giá trị lớn bằng công suất cắt.
- Máy cắt có thể tải dòng điện liên tục bằng với dòng định mức của máy cắt.

Thực hiện: Nhóm 1

Page 14