Giáo trình Khí cụ điện (Nghề: CNKT Điện - Điện tử) - CĐ Kinh tế Kỹ thuật TP.HCM

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC/MƠ ĐUN: KHÍ CỤ ĐIỆN
NGÀNH/NGHỀ: CNKT ĐIỆN- ĐIỆN TỬ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020
i


ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC/MƠ ĐUN: KHÍ CỤ ĐIỆN
NGÀNH/NGHỀ: CNKT ĐIỆN- ĐIỆN TỬ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
THÔNG TIN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
Họ tên: NGUYỄN THỊ HỒNG LOAN
Học vị: Th.s KỸ THUẬT ĐIỆN
Đơn vị: KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
Email:
TRƯỞNG KHOA

TỔ TRƯỞNG

CHỦ NHIỆM

BỘ MÔN

ĐỀ TÀI

HIỆU TRƯỞNG
DUYỆT

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020
ii


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

iii


LỜI GIỚI THIỆU
Sự phát triển của các ngành công nghiệp đã tạo ra nhiều chủng loại các máy công
nghiệp, thiết bị điện đa dạng, các khí cụ điện được sử dụng để điều khiển, bảo vệ các
máy công nghiệp, các thiết bị điện và mạng điện cung cấp cũng phát triển. Việc lựa
chọn, lắp đặt, thay thế, kiểm tra, bảo dưỡng khí cụ điện là yêu cầu quan trọng đặt ra đối
người nhân viên bảo dưỡng, lắp đặt, vận hành máy cơng nghiệp, mạng điện nhà máy,
tịa nhà.

Giáo trình “Khí Cụ Điện” được biên soạn nhằm đáp ứng một phần yêu cầu trên,
cho sinh viên chuyên ngành CNKT Điện - Điện tử đang học tại trường Cao Đẳng Kinh
Tế – Kỹ Thuật Tp.HCM
Giáo trình “Khí Cụ Điện” được biên soạn thành 4 chương với nội dung sau:
Chương 1: cơ sở lý thuyết về khí cụ điện
Chương 2: khi cụ diện dong cắt bằng tay.
Chương 3: khi cụ diện bảo vệ.
Chương 4: khí cụ điện điều khiển.
Cuối mỗi chương có câu hỏi ôn tập và bài tập, nhằm củng cố lại các kiến thức đã
học và vận dụng kiến thức để làm những bài tập ứng dụng thực tiễn.
Với thời gian ngắn biên soạn cuốn giáo trình này chắc chắn cịn nhiều thiếu sót.
Tác giả chân thành cảm ơn sự đóng góp ý kiến của đồng nghiệp và độc giả.
TP. HCM Tháng

năm 2020

Tham gia biên soạn

iv


MỤC LỤC
Tựa ......................................................................................................................... Trang
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN .....................................................................................................iii
LỜI GIỚI THIỆU.................................................................................................................... iv
MỤC LỤC ................................................................................................................................. v
GIÁO TRÌNH HỌC PHẦN .................................................................................................... ix
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN....................................................... 1
1.1. Khái niệm về khí cụ điện ............................................................................................................1
1.2. Tiếp xúc điện ................................................................................................................................1

1.3. Sự phát nóng của khí cụ điện .....................................................................................................4
1.4. Các u cầu và tiêu chuẩn về khí cụ điện ..................................................................................6
1.4.1. Các yêu cầu cơ bản về khí cụ điện ......................................................................................6
1.4.2. Tiêu chuẩn về khí cụ điện ....................................................................................................7

CHƯƠNG 2: KHI CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT............................................................................. 8
2.1. Cầu dao ........................................................................................................................................8
2.1.1. Cấu tạo ..................................................................................................................................8
2.1.2. Phân loại ................................................................................................................................9
2.1.3. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................................................11
2.1.4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng ......................................................................11
2.1.5. Sửa chữa cầu dao................................................................................................................12
2.2. Nút ấn ..........................................................................................................................................12
2.2.1. Khái quát và công dụng .....................................................................................................12
2.2.2. Phân loại và cấu tạo ...........................................................................................................13
2.2.3. Thông số kỹ thuật và đặc điểm sử dụng ...........................................................................14
2.2.4. Sửa chữa nút nhấn điều khiển...........................................................................................14
2.3. Công tắc......................................................................................................................................15
2.3.1. Khái quát và công dụng .....................................................................................................15
2.3.2. Phân loại và cấu tạo ...........................................................................................................15
2.4. Bộ khống chế ..............................................................................................................................18
2.4.1. Công dụng và Phân loại .....................................................................................................18
2.4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bộ khống chế hình trống .............................................18
2.4.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bộ khống chế hình cam................................................20
2.4.4. Các thông số kỹ thuật của bộ khống chế ..........................................................................21
2.4.5. Chọn bộ khống chế .............................................................................................................21
v


2.4.6. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng ......................................................................22

2.4.7. Sửa chữa bộ khống chế ......................................................................................................22
2.5 Công tắc hành trình ...................................................................................................................22
2.5.1 Khái niệm ............................................................................................................................22
2.5.2. Cấu tạo của cơng tắc hành trình .......................................................................................22
Ổ cắm/chân cắm: Là nơi chứa các đầu vít của tiếp điểm để kết nối với các tiếp điểm với hệ thống
dây điện ..........................................................................................................................................23
2.5.3. Nguyên lí hoạt động của cơng tắc hành trình ..................................................................23
2.5.4. Phân loại cơng tắc hành trình ...........................................................................................24
2.5.5. Ứng dụng của cơng tắc hành trình ...................................................................................24

CHƯƠNG 3: KHÍ CỤ BẢO VỆ ............................................................................................ 25
3.1. Cầu chì ........................................................................................................................................25
3.1.1 Ký hiệu: ................................................................................................................................25
3.1.2. Cấu tạo ................................................................................................................................25
3.1.3. Nguyên lý hoạt động và phân loại .....................................................................................26
3.1.4. Phân loại cầu chì ................................................................................................................27
3.1.5. Tính chọn cầu chì ...............................................................................................................28
3.2 . Aptomat (CB - Circuit Breaker) .................................................................................................29
3.2.1. Ký hiệu: ..............................................................................................................................29
3.2.2. Cấu tạo ................................................................................................................................29
3.2.3. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................................................31
3.2.4. Phân loại CB .......................................................................................................................32
3.3. Rơ le chống giật (Thiết bị chống dòng điện rò- Residual Current Circuit Breaker) .................34
3.3.1. Ký hiệu ...............................................................................................................................34
3.3.2. Khái niệm ............................................................................................................................35
3.3.3. Cấu tạo ................................................................................................................................35
3.3.4. Nguyên lý hoạt động và phân loại ....................................................................................36
3.3.5. Tính chọn thiết bị chống rò ...............................................................................................37
3.4. Role nhiệt ...................................................................................................................................38
3.4.1.Ký hiệu .................................................................................................................................38

3.4.2. Cấu tạo ................................................................................................................................38
3.4.3. Nguyên lý hoạt động và phân loại .....................................................................................39
3.4.4. Tính chọn lựa rơ-le nhiệt ...................................................................................................40
3.5. Rơle dịng điện ............................................................................................................................41
3.5.1. Phân loại, cấu tạo ...............................................................................................................41
vi


3.5.2. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................................................42
3.5.3. Thông số kỹ thuật của rơle dòng điện ..............................................................................43
3.6. Rơ le điện áp ...............................................................................................................................43
3.6.1. Phân loại, cấu tạo ...............................................................................................................43
3.6.2. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................................................44
3.6.3. Thông số kỹ thuật của rơle điện áp...................................................................................44
3.7. Rơle tốc độ ..................................................................................................................................44
3.7.1. Khái quát, phân loại rơle tốc độ........................................................................................44
3.7.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động rơle tốc độ kiểu cảm ứng .............................................45
3.7.3. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng ......................................................................46

CHƯƠNG 4 :

KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN .................................................................. 47

4.1. Contactor ...................................................................................................................................47
4.1.1. Ký hiệu: ...............................................................................................................................47
4.1.2. Cấu tạo ................................................................................................................................47
4.1.3. Phân loại ..............................................................................................................................49
4.1.4. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................................................50
4.1.5. Các thông số kỹ thuật.........................................................................................................51
4.2. . Role trung gian (Relay control) ................................................................................................51

4.2.1. Ký hiệu: ...............................................................................................................................51
4.2.2. Khái niệm phân loại ...........................................................................................................52
4.2.3. Cấu tạo của rơ le trung gian ..............................................................................................52
4.2.4. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................................................53
4.2.5. Công dụng của rơle trung gian .........................................................................................53
4.3. Rơ le thời gian (Timing relay) ..................................................................................................55
4.3.1. Ký hiệu ................................................................................................................................55
4.3.2. Khái niệm ............................................................................................................................55
4.3.3. Nguyên lý hoạt động: .........................................................................................................55
4.3.4. Thông số kỹ thuật ...............................................................................................................57
4.4. Lắp đặt và vận hành mạch sử dụng các khí điện cơ bản ......................................................58
4.4.1. Lắp đặt và vận hành mạch khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha ..........58
a. Mạch khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha .......................................................58
b. Mạch khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha điều khiển 2 vị trí ..........................59
c. Mạch khởi động trực tiếp động cơ bơm nước ..........................................................................61
4.4.2. Lắp đặt, vận hành mạch đảo chiều quay động cơ. ..........................................................63
a. Mạch đảo chiều gián tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha ........................................................63
vii


b. Mạch đảo chiều quay trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha ............................................65
4.4.3. Mạch điện điều khiển 3 động cơ hoạt động tuần tự sử dụng nút nhấn .........................67
4.4.4. Mạch điều khiển 3 động cơ điện hoạt động tuần tự sử dụng rơ le thời gian.................69

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 72
PHỤ LỤC ................................................................................................................................ 73

viii

GIÁO TRÌNH HỌC PHẦN
Tên học phần: Khí cụ điện
Mã học phần: MH 3102215
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của học phần:
-

Vị trí: Học ở học kỳ: 1

-

Tính chất: Nội dung học phần cung cấp cho sinh viên những kiến thức, kỹ năng

về khí cụ điện đóng cắt, khí cụ điện bảo vệ, khí cụ điện đo lường, khí cụ điện điều khiển.
-

Ý nghĩa và vai trị của học phần: Đáp ứng cho người học giải quyết công việc

trong lĩnh vực lắp đặt tủ điện điều khiển và động lực trong công nghiệp và dân dụng.
Mục tiêu của học phần:
-

Kiến thức:

 Trình bày dược các định nghĩa, các định luật cơ bản, vật liệu dẫn từ liên quan đến
nguyên lý hoạt động của khí cụ điện.
 Phân tích được cấu tạo, nguyên lý làm việc các loại khí cụ điện cơ bản.
 Nêu được công dụng của các loại khí cụ điện trong cơng nghiệp và dân dụng.
 Phân loại được các loại khí cụ điện dùng trong công nghiệp và dân dụng.
-

Kỹ năng:

 Đọc được các thông số kỹ thuật của các khí cụ điện thường dùng trong hệ thống
điện.
 Lựa chọn được các khí cụ điện dùng trong sơ đồ trang bị điện.
 Thiết kế được mạch cơ bản có dùng các khí cụ điện.
 Lắp đặt và vận hành được mạch khí cụ điện cơ bản.
-

Năng lực tự chủ và trách nhiệm:

 Bố trí nơi làm việc khoa học, tổ chức làm việc nhóm hợp lí.
Rèn luyện thái độ làm việc nghiêm túc, chủ động, tích cực.

ix


ii


Chương 1: Cơ sở lý thuyết về khí cụ điện

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN
Giới thiệu: “Chương 1: Cơ sở lý thuyết về khí cụ điện” đề cập một số yêu cầu cơ
bản về khí cụ điện, lực điện động sinh ra trong khí cụ điện, sự phát nóng khi khí cụ điện
làm việc và các vật liệu trọng yếu để làm khí cụ điện.
Mục tiêu: Trình bày dược các định nghĩa, các định luật cơ bản, vật liệu dẫn từ vật liệu
dẫn từ liên quan đến nguyên lý hoạt động của khí cụ điện. Phân loại được các khí cụ
điện trong cơng nghiệp và dân dụng.
Nội dung chính:

1.1. Khái niệm về khí cụ điện
Khí cụ điện là những thiết bị điện dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh và
bảo vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất… Khí cụ điện còn
dùng để kiểm tra, điều chỉnh các quá trình khơng điện. Khí cụ điện sử dụng rộng rãi
trong dân dụng, trong các cơng ty, xí nghiệp, trong nhà máy phát điện, trạm biến áp,
trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thơng vận tải và quốc phịng…
1.2. 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.
Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điện:
-

Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo

-

Mối nối tiếp xúc phải có độ bền cơ khí cao

-

Mối nối khơng được phát nóng quá giá trị cho phép

-

Ổn định nhiệt và ổn định động khi có dịng điện cực đại đi qua

-

Chịu được tác động của mội trường (nhiệt độ, chất hóa học….)

Để đảm bảo các yêu cầu trên, vật liệu dùng làm tiếp điểm có các yêu cầu:
-

Điện dẫn và nhiệt dẫn cao.

-

Độ bền chống rỉ trong khơng khí và trong các khí khác.

-

Độ bền chống tạo lớp màng có điện trở suất cao.

-

Độ cứng bé để giảm lực nén.

-

Độ cứng cao để giảm hao mịn ở các bộ phận đóng ngắt.

-

Độ bền chịu hồ quang cao ( nhiệt độ nóng chảy).

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
1

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về khí cụ điện

-

Đơn giản gia công, giá thành hạ.

Một số vật liệu thường được dùng làm tiếp điểm là đồng, bạc, nhôm, Von-fram…
Phân loại tiếp xúc điện:
Tiếp xúc cố định: Các tiếp điểm được nối cố định với các chi tiết dẫn dòng điện
như là: thanh cái, cáp điện, chỗ nối khí cụ vào mạch. Trong quá trình sử dụng, cả hai
tiếp điểm được gắn chặt vào nhau nhờ các bu-lơng, hàn nóng hay hàn nguội.

Hình 1.1 Tiếp xúc cố định
Tiếp xúc đóng mở : Là tiếp xúc để đóng ngắt mạch điện. Trong trường hợp này
phát sinh hồ quang điện, cần xác định khoảng cách giữa tiếp điểm tĩnh và động dựa vào
dòng điện định mức, điện áp định mức và chế độ làm việc của khí cụ điện.

Hình 1.2 Tiếp xúc đóng mở
Tiếp xúc trượt: Là tiếp xúc ở cổ góp và vành trượt, tiếp xúc này cũng dễ sinh ra
hồ quang điện.

Hình 1.3 Tiếp xúc trượt
Hình thức tiếp xúc:
Tiếp xúc điểm: Là hình thức các vật dẫn tiếp xúc nhau ở diện tích rất nhỏ được
xem là một điểm. Ví dụ: Tiếp xúc giữa mặt cầu với mặt cầu, tiếp xúc giữa mặt cầu với
mặt phẳng.

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
2

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về khí cụ điện

Tiếp xúc đường: Là hình thức các vật dẫn tiếp xúc nhau trên đường thẳng hoặc
đường cong.
Tiếp xúc mặt: Là các hình thức vật dẫn tiếp xúc nhau trên nhiều điểm của mặt
phẳng hoặc mặt cong. Ví dụ: tiếp xúc giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh của máy
cắt, cầu dao, aptomat…
Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm kiểu bất kì tính theo cơng thức:

K: hệ số phụ thuộc vật liệu và tình trạng bề mặt tiếp điểm
F: lực ép vào tiếp điểm (kg)
m: hệ số phụ thuộc số điểm tiếp xúc và kiểu tiếp xúc với :
Tiếp xúc mặt m = 1
Tiếp xúc đường m = 0,7
Tiếp xúc điểm m = 0,5
Ngồi ra cơng thức sau được xác định theo kinh nghiệm:

 : điện trở suất của vật dẫn (.cm).
n: số điểm tiếp xúc.
F: lực nén (kg).
d là ứng suất chống dập của vật liệu làm tiếp điểm (kg/cm2).
Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm ảnh hưởng đến chất lượng của thiết bị điện, điện
trở tiếp xúc lớn làm cho tiếp điểm phát nóng.
Nếu phát nóng quá mức cho phép thì tiếp điểm sẽ bị nóng chảy, thậm chí bị hàn
dính.
Trong các tiếp điểm thiết bị điện mong muốn điện trở tiếp xúc có giá trị càng nhỏ
càng tốt, nhưng do thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến Rtx nên không thể giảm Rtx
cực nhỏ được như mong muốn.
Các yếu tố ảnh hưởng điện trở tiếp xúc:

-

Vật liệu làm tiếp điểm

-

Lực ép tiếp điểm

-

Hình dạng của tiếp điểm

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
3


Chương 1: Cơ sở lý thuyết về khí cụ điện

-

Nhiệt độ của tiếp điểm

-

Tình trạng bề mặt tiếp xúc

-

Mật độ dịng điện

u cầu của vật liệu dùng làm tiếp điểm:
-

Có độ dẫn điện cao (giảm Rtx và chính là điện trở của tiếp điểm).

-

Dẫn nhiệt tốt (giảm phát nóng cục bộ của những điểm tiếp xúc).

-

Khơng bị oxy hóa (giảm Rtx để tăng độ ổn định của tiếp điểm).

-

Có độ kết tinh và nóng chảy cao (giảm độ mài mịn về điện và giảm sự nóng

chảy hàn dính tiếp điểm đồng thời tăng tuổi thọ tiếp điểm).
-

Có độ bền cơ cao (giảm độ mài mịn cơ khí giữ ngun dạng bề mặt tiếp xúc

và tăng tuổi thọ của tiếp điểm).
-

Có đủ độ dẻo (để giảm điện trở tiếp xúc).

-

Dễ gia cơng khi chế tạo, giá thành rẻ.

1.3. Sự phát nóng của khí cụ điện
Khi khí cụ điện làm việc lâu dài trong các mạch dẫn điện, nhiệt độ của khí cụ
điện tăng lên gây tổn thất điện năng dưới dạng nhiệt năng và đốt nóng các bộ phận dẫn
điện và cách điện của khí cụ. Vì vậy, khí cụ điện làm việc được trong mọi chế độ khi
nhiệt độ của các bộ phận phải không quá những giá trị cho phép làm việc an toàn lâu
dài.
Bảng1.1 Nhiệt độ cho phép của một số vật liệu
Vật liệu làm khí cụ điện
- Vật liệu không bọc cách điện hoặc để xa chất cách điện.
- Dây nối ở dạng tiếp xúc cố định.
- Vật liệu có tiếp xúc dạng hình ngón.
- Tiếp xúc trượt của Cu và hợp kim Cu.
- Tiếp xúc má bạc.
- Vật không dẫn điện và không bọc cách điện.
Vật liệu cách điện
- Vải sợi, giấy không tẩm cách điện.
- Vải sợi, giấy có tẩm cách điện.
- Hợp chất tổng hợp.
- Mica, sợi thủy tinh.
- Mica, sợi thủy tinh có tẩm cách điện

Cấp cách nhiệt
Y
A
E
B
F

Nhiệt độ cho phép

(oC)
110
75
75
110
120
110
Nhiệt độ cho phép
(oC)
90
105
120
130
155

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
4


Chương 1: Cơ sở lý thuyết về khí cụ điện

- Chất tổng hợp Silic.
- Sứ cách điện.

H
C

180
> 180
t

Tổn thất điện năng trong khí cụ điện được tính theo:

Q   i 2 .R.t
0

Q : điện năng tổn thất
i : dòng điện trong mạch
R : điện trở của khí cụ
t : thời gian có dịng điện chạy qua
Đối với dây dẫn đồng chất:

R

o (1   . ñm ).l
s

o : điện trở suất của vật liệu ở 0oC
l : chiều dài dây dẫn
 : hệ số nhiệt độ của điện trở
đm : nhiệt độ cho phép ở chế độ định mức
s : tiết diện có dịng điện chạy qua
Tùy theo khí cụ điện tạo nên từ các vật liệu khác nhau, kích thước khác nhau,
hình dạng khác nhau sẽ phát sinh tổn thất khác nhau
Tùy theo chế độ làm việc khác nhau, mỗi khí cụ điện sẽ có sự phát nóng khác
nhau.
Khi khí cụ điện làm việc lâu dài, nhiệt độ trong khí cụ cụ bắt đầu tăng và đến
nhiệt độ ổn định thì khơng tăng nữa, lúc này sẽ tỏa nhiệt ra mơi trường xung quanh.

Hình 1.4 Chế độ làm việc lâu dài của khí cụ điện

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
5


Chương 1: Cơ sở lý thuyết về khí cụ điện

Hình 1.5 Chế độ làm việc ngắn hạn của khí cụ điện
Chế độ làm việc ngắn hạn của khí cụ là chế độ khi đóng điện nhiệt độ của nó
khơng đạt tới nhiệt độ ổn định, sau khi phát nóng ngắn hạn, khí cụ được ngắt, nhiệt độ
của nó sụt xuống tới mức không so sánh được với môi trường xung quanh.
Nhiệt độ của khí cụ điện tăng lên trong khoảng thời gian khí cụ làm việc, nhiệt
độ giảm xuống trong khoảng thời gian khí cụ nghỉ, nhiệt độ giảm chưa đạt đến giá trị
ban đầu thì khí cụ điện làm việc lặp lại. Sau khoảng thời gian, nhiệt độ tăng lên lớn nhất
gần bằng nhiệt độ giảm nhỏ nhất thì khí cụ điện đạt được chế độ dừng

Hình 1.6 Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại của khí cụ điện
1.4. Các yêu cầu và tiêu chuẩn về khí cụ điện
1.4.1. Các yêu cầu cơ bản về khí cụ điện
Khí cụ điện được chế tạo phải sử dụng lâu dài, để đáp ứng được yêu cầu này
khi sử dụng khí cụ điện cần chú ý các thông số kỹ thuật của khí cụ điện:
-

Điện áp định mức của khí cụ điện phải lớn hơn điện áp của lưới điện (Uđmkcđ

> Uđmn)
-

Dịng điện định mức của khí cụ điện phải lớn hơn dòng điện cung cấp cho

phụ tải hay thiết bị ( Idmkcđ > Ipt ).

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
6


Chương 1: Cơ sở lý thuyết về khí cụ điện

-

Khí cụ điện phải ổn định nhiệt, ổn định lực điện động. Vật liệu sử dụng để

chế tạo khí cụ điện có đặc tính cơ tốt, chịu nhiệt cao, khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch
khí điện tác động mà không hư hỏng hay biến dạng…
-

Vật liệu cách điện tốt, khí cụ điện làm việc chính xác, an tồn, gọn nhẹ, dễ

gia công, rẽ tiền, dễ lắp đặt, kiểm tra, vận hành, sửa chữa…
1.4.2. Tiêu chuẩn về khí cụ điện
Tiêu chuẩn nhà nước TCVN 3725 – 82 khí cụ điện, điện áp đến 1000V áp dụng
cho các khí cụ điện làm việc ở điện áp đến 1000V như: máy cắt tự động và không tự
động, cầu dao cách ly, công tắc tơ, khởi động từ, rơle, cầu chảy, điện trở, biến trở và các
khí cụ khác.
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp kiểm tra các thông số điện, sự phát nóng,
độ mịn, các kích thước, lực, khối lượng, lắp ráp, tính lắp lẫn và xem xét phía ngồi khí
cụ.
CÂU HỎI
1. 1. Trình bày một số yêu cầu cơ bản về khí cụ điện? Tại sao phải đảm bảo những u
cầu đó?

1.2. Sự phát nóng bên trong khí cụ điện gây tác hại gì? Cho biết giải pháp khắc phục?
1.3. Khi đóng hay cắt mạch điện trên một số tiếp điểm của khí cụ điện xảy ra hiện
tượng? Hiện tượng đó có gây tác hại gì khơng? Tại sao?
1.4. Các tác nhân nào gây ra mài mòn tiếp điểm? Giải pháp khắc phục?

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
7


Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt

CHƯƠNG 2: KHI CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT
Giới thiệu: “Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt bằng tay” gồm có các khí cụ điện sử
dụng phổ biến trong gia dụng và công nghiệp: cầu dao, công tắc chuyển mạch , nút ấn...
Nội dung đề cập đến lý thuyết kết cấu, đặc tính sử dụng, lựa chọn, kiểm tra, bảo dưỡng
các khí cụ điều khiển bằng tay.
Mục tiêu: Phân tích được cấu tạo, nguyên lý làm việc các loại khí cụ điện đóng cắt. Đọc
được các thơng số kỹ thuật của các khí cụ điện đóng cắt và bảo vệ thường dùng trong
hệ thống điện; Lựa chọn được các khí cụ điện đóng cắt dùng trong sơ đồ điện.
Nội dung chính:
2.1. Cầu dao
2.1.1. Cấu tạo
Cầu dao là một loại thiết bị khí cụ điện dùng để đóng cắt dịng điện, chuyển mạch
bằng tay đơn giản nhất, được sử dụng trong các mạch điện có điện áp nguồn cung cấp
đến 220 V điện một chiều và 380 V điện xoay chiều. Cầu dao thường dùng để đóng cắt
mạch điện có cơng suất nhỏ, khi làm việc cầu dao khơng phải thao tác đóng cắt điện
nhiều lần.
Cầu dao mắc trên mạch điện cao áp hoặc mạch điện có cơng suất trung bình và
lớn thì cầu dao chỉ được phép đóng cắt khi khơng tải; trong trường hợp này cầu dao làm
nhiệm vụ cách ly. Trong mạng điện gia dụng, văn phịng, phân xưởng, cơng ty xí nghiệp

cầu dao ngồi nhiệm vụ đóng cắt mạch điện người ta cịn kết hợp với cầu chì để bảo vệ
mạch điện khi có sự cố ngắn mạch.
Cấu tạo của cầu dao gồm có lưỡi dao1 và 3, hàm dao 2, lị xo 4, đế nắm, vỏ bên
ngoài.
Lưỡi dao làm bằng vật liệu có tính chất dẫn điện tốt, ít bị ơxy hóa, ít mài mòn
chịu nhiệt độ cao, thường sử dụng đồng và hợp kim của đồng để làm lưỡi dao. Đối với
cầu dao có cơng suất trung bình và lớn ngồi lưỡi dao chính cịn có lưỡi dao phụ 1 là
lưỡi dao chính, 3 là lưỡi dao phụ nhằm đóng cắt dứt khoát, nhanh để hạn chế hồ quang.
Hàm dao 2 là hàm dao cũng chế tạo từ đồng và hợp kim của đồng nhưng phải có
đặc tính cơ và độ đàn hồi tốt.

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
8


Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt

Đế cầu dao là bộ phận định vị hàm dao và lưỡi dao làm bằng sành, sứ hay nhựa
tổng hợp . . . Tay nắm là bộ phận liên kết với một đầu của lưỡi dao để tác động đóng mở
làm bằng gỗ, nhựa, sành, sứ... Vỏ bên ngoài ngăn chặn tác nhân bên ngoài tác động vào
cầu dao.- Ngoài ra nếu cầu dao có u cầu bảo vệ ngắn mạch phía sau lưỡi dao được lắp
qua cầu chì trước khi cung cấp điện cho phụ tải.

Hình 2.1: Cấu tạo cầu dao
Để đóng ngắt hai mạch điện khác nhau dùng cầu dao hai ngã (cầu dao đảo hay
cầu dao đổi nối). Cầu dao đảo khác cầu dao thường là ở chỗ có hai hệ thống tiếp điểm
tĩnh 1 và tĩnh 2 mắc vào hai mạch điện khác nhau, việc đổi nối được thực hiện bằng cách
thay đổi trạng thái tiếp xúc giữa lưỡi dao 3 và các tiếp điểm tĩnh khi quay tay cần 4
quanh trục 5.

Hình 2.2: Cấu tạo cầu dao hai ngã (đảo)
2.1.2. Phân loại

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
9


Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt

Hình 2.3: Hình dạng cầu dao một pha, cầu dao ba pha
Theo kết cấu gồm có cầu dao 1 cực, 2 cực, 3 cực, 4 cực; cầu dao có tay nắm giữa
hay ở bên; ngồi ra cịn có cầu dao một ngã, cầu dao 2 ngã.
Theo điện áp định mức có loại 250 V và 500 V.
Theo dịng điện định mức có các loại 15 A, 20 A, 25 A, 30 A, 40 A, 60 A, 75A,
100 A, 150 A, 200 A, 350 A, 600 A, 1000 A.
Theo vật liệu của đế cách điện có loại bằng sứ, nhựa, bakelit, đế đá.
Theo điều kiện bảo vệ có loại khơng có hộp và có hộp bảo vệ.
Theo yêu cầu sử dụng có loại có cầu chì và loại khơng có cầu chì bảo vệ.

Hình 2.4 : Cầu dao đảo ba pha

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
10


Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt

Hình 2.5: Cầu dao có tay nắm ở bên
2.1.3. Nguyên lý hoạt động
Cầu dao dùng để đóng cắt mạch điện, chuyển mạch bằng tay đơn giản nhất, được

sử dụng trong các mạch điện có điện áp nguồn cung cấp đến 220V điện một chiều và
380V điện xoay chiều.
Cầu dao thường dùng để đóng cắt mạch điện có cơng suất nhỏ, khi làm việc cầu
dao khơng phải thao tác đóng cắt điện nhiều lần.
Cầu dao mắc trên mạch điện cao áp hoặc mạch điện có cơng suất trung bình và
lớn thì cầu dao chỉ được phép đóng cắt khi khơng tải; trong trường hợp này cầu dao làm
nhiệm vụ cách ly.
Trong mạng điện gia dụng, văn phịng, phân xưởng, cơng ty xí nghiệp cầu dao
ngồi nhiệm vụ đóng cắt mạch điện người ta cịn kết hợp với cầu chì để bảo vệ mạch
điện khi có sự cố ngắn mạch.
Thông số kỹ thuật:
-

Điện áp mà nhà sản xuất ghi trên cầu dao khi sử dụng phải chọn Uđmcd > Uđmn.

-

Uđmcd: điện áp định mức của cầu dao, (V).

-

Uđmn: điện áp định mức của nguồn, (V).

-

Dòng điện định mức do nhà chế tạo ghi trên cầu dao khi chọn cầu dao thì

Iđmcd > Ipt
-

Iđmcd : dịng điện định mức của cầu dao, (A).

-

Ipt: dòng điện định mức của phụ tải, (A).

2.1.4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng
Những hư hỏng thông thường ở cầu dao là lưỡi dao 1 tiếp xúc không tốt với đầu
(ngàm) tĩnh 2, ốc bắt bị lỏng, tình trạng lưỡi dao khơng bình thường, lị xo của lưỡi dao

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
11


Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt

phụ bị tuột hoặc không đủ lực căng. Lưỡi dao không tiếp xúc tốt với ngàm dao là do
ngàm tĩnh 2 quá rộng nên lực ép vào lưỡi dao khơng đủ mạnh, diện tích tiếp xúc nhỏ,
điện áp tiếp xúc lớn.
Mặt tiếp xúc bị bẩn làm tăng điện trở tiếp xúc nguyên nhân là do khi đóng cắt, ở
bề mặt tiếp xúc có hồ quang tạo thành một lớp gỉ, hoặc làm bề mặt tiếp xúc sù sì. Khi
lưỡi dao khơng tiếp xúc tốt với hàm dao, điện trở tiếp xúc lớn, dòng điện sẽ đốt nóng có
thể làm cháy bề mặt tiếp xúc. Do đó lưỡi dao và hàm dao phải được giữ gìn sạch sẽ, tiếp
xúc tốt với nhau.
2.1.5. Sửa chữa cầu dao
Khi sử dụng lắp đặt cầu dao trên mạng điện hoặc cho thiết bị điện cần phải chú ý
hai thông số dòng điện và điện áp định mức của cầu dao.
Hạn chế đóng cắt khi sử dụng cầu dao, khi lắp đặt trên mạng điện có cơng suất
trung bình và lớn thì cầu dao chỉ đóng cắt khi khơng tải.
Các ốc vít bắt khơng chặt hoặc khơng đúng qui định sẽ ảnh hưởng rất xấu đến

chất lượng của cầu dao, ốc vít bắt điện lỏng dễ gây mất điện ở các pha của cầu dao, hoặc
gây chạm chập, quá nhiệt ở chỗ tiếp xúc làm cháy dây hoặc cực bắt dây.
Ốc vít bắt các lưỡi dao động với nhau và với bản lề không chặt dễ gây xộc xệch
và dẫn đến tình trạng các cực đóng khơng đồng thời. Nếu cầu dao để lâu mới dùng,
muốn làm sạch màn oxýt ta thực hiện đóng cắt cầu dao hai ba lần.
Khi mặt tiếp xúc bị bẩn phải lau sạch, nếu cần thì đánh sạch mụi than và vết cháy.
Nếu mặt tiếp xúc bị rỗ thì phải giũa lại cho phẳng rồi dùng giấy nhám mịn đánh sạch.
Không được bôi dầu để làm sạch bề mặt tiếp xúc vì sau đó khi đóng cắt thì hồ quang
xuất hiện làm cháy mặt tiếp xúc.
Khơng có điện qua cầu dao có thể tiếp xúc khơng tốt hay đứt cầu chì, tìm ngun
nhân và sửa chữa. Lưỡi dao và hàm dao bị biến dạng do sự cố quá tải hay ngắn mạch có
thể thay thế từng bộ phận hay mua mới.
2.2. Nút ấn
2.2.1. Khái quát và công dụng
Nút nhấn hay là nút điều khiển là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt từ xa các
thiết bị điện từ khác nhau, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điều

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
12


Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt

khiển tín hiệu, liên động, bảo vệ… Nút nhấn dùng trong mạch điện một chiều điện áp
đến 440 V và trong mạch điện xoay chiều điện áp đến 500 V.
Nút nhấn là loại khí cụ điện kết hợp với một số thiết bị khí cụ điện khác như
công-tắc- tơ, khởi động từ, rơ le trung gian, rơ le thời gian… đóng hay cắt mạch điện từ
xa, để khởi động, dừng, đảo chiều quay động cơ điện, chuyển đổi, liên động mạch điều
khiển tín hiệu.
Nút nhấn thường đặt trên các bảng điện điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn.

Nút nhấn thường được chế tạo để làm việc trong môi trường không ẩm ướt, khơng có
hơi hóa chất và bụi. Nút nhấn có độ bền tới 100.000 lần đóng cắt khơng tải và 200.000
đóng cắt có tải.
2.2.2. Phân loại và cấu tạo
Theo hình dạng bên ngoài nút nhấn được phân thành loại hở, loại kín, loại chống
nước, chống bụi, chống nổ…
Theo chức năng có loại nút nhấn đơn, nút nhấn kép, loại nút nhấn thường hở, nút
nhấn thường đóng…
Theo yêu cầu điều khiển chia ra loại 1 nút nhấn, 2 nút nhấn và 3 nút nhấn.
Theo kết cấu bên trong có loại nút nhấn có đèn và nút nhấn khơng có đèn.

Hình 2.6 Một số loại nút nhấn
Vật liệu để chế tạo tiếp điểm là bạc, đồng và hợp kim của đồng.
Tiếp điểm cố định gắn trên kết cấu của nút nhấn gọi là tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm
liên kết với bộ phận tác động gọi là tiếp điểm động.
Đế và vỏ của nút nhấn chế tạo bằng nhựa tổng hợp hay kim loại, tùy thuộc vào
chức năng bảo vệ, nút nhấn kiểu bảo vệ nó được đặt trong một vỏ nhựa hay vỏ sắt có
hình hộp; nút nhấn bảo vệ chống nước được đặt trong một vỏ kín khít để tránh khỏi nước
loạt vào; nút nhấn kiểu bảo vệ chống bụi, nước được đặt trong một vỏ cacbua đúc khít
kín để chóng ẩm và bụi lọt vào; nút nhấn kiểu chống nổ được dùng trong các hầm lị mỏ
KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HÓA
13


Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt

than hoặc nơi có khí nổ lẫn khơng khí và cấu tạo của loại này đặc biệt khít kín để khơng
lọt được tia lửa ra ngồi, đặc biệt vững chắc để khơng bị phá vỡ khi nổ.
Lò xo phản liên kết với cần tiếp điểm động.
Khi ấn nút đối với nút nhấn thường hở thì tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm

tĩnh (đóng mạch); nút nhấn thường đóng thì tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh (hở
mạch).
2.2.3. Thông số kỹ thuật và đặc điểm sử dụng
Khi sử dụng nút nhấn cần chú ý thơng số điện áp và dịng điện chạy qua nút nhấn
phù hợp thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.
Trên mạch điện có gắn thiết bị bảo vệ quá tải và ngắn mạch nhằm bảo vệ công
tắc và thiết bị điện.
Chú ý tiếp điểm của nút nhấn cho dòng điện bé đi qua do đó khơng lắp nút nhấn
trên mạch điện có cơng suất trung bình và cơng suất lớn, chỉ lắp trên mạch điện điều
khiển.
2.2.4. Sửa chữa nút nhấn điều khiển
Khi lắp đặt nút điều khiển trên mạng điện hoặc cho thiết bị điện cần phải chú ý
hai thơng số dịng điện và điện áp định mức của nút điều khiển.
Chỉ đóng cắt khi sử dụng nút điều khiển trên mạch điều khiển.
Các ốc vít bắt khơng chặt hoặc không đúng qui định sẽ ảnh hưởng rất xấu đến
chất lượng của nút điều khiển, ốc vít bắt điện lỏng dễ gây mất điện hoặc gây chạm chập,
quá nhiệt ở chỗ tiếp xúc làm cháy dây.
Khi mặt tiếp xúc của các tiếp điểm của nút điều khiển bị bẩn phải lau sạch, nếu
cần thì đánh sạch mụi than và vết cháy. Nếu mặt tiếp xúc bị rỗ thì phải giũa lại cho
phẳng rồi dùng giấy nhám mịn đánh sạch. Không được bôi dầu để làm sạch bề mặt tiếp
xúc vì sau đó khi đóng cắt thì hồ quang xuất hiện làm cháy mặt tiếp xúc.
Khơng có điện qua nút điều khiển có thể tiếp xúc khơng tốt hay đứt cầu chì, tìm
nguyên nhân và sửa chữa. Tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh bị biến dạng do sự cố quá
tải hay ngắn mạch có thể thay thế từng bộ phận hay mua mới.

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
14


Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt

2.3. Cơng tắc
2.3.1. Khái qt và cơng dụng
Cơng tắc là thiết bị khí cụ điện đóng cắt mạch điện bằng tay kiểu hộp, dùng để
đóng cắt mạch điện có cơng suất bé (thường dịng điện đóng cắt cho các cơng tắc đến
khoảng 10 A) có điện áp một chiều đến 440 V, và điện áp xoay chiều 500V. Trong hệ
thống điện sinh hoạt công tắc thường sử dụng để đóng cắt mạch điện cho mạch điện,
đèn, quạt, động cơ công suất nhỏ …
Trong công nghiệp công tắc hiện diện trên mạng điện chiếu sáng và trong mạch
điện máy công cụ (máy tiện, máy phay, máy bào, máy mài…). Trong mạch điều khiển
để đóng cắt cuộn dây công tắc tơ, hoặc khống chế trong mạch điện tác động như cơng
tắc hành trình.
Cơng tắc hộp thường dùng làm cầu dao tổng cho các máy công cụ, dùng đóng
mở trực tiếp các động cơ cơng suất bé, hoặc dùng để đổi nối, khống chế trong các mạch
điện tự động, có thể dùng để đảo chiều quay động cơ, đấu đổi nối Y/.
Công tắc hộp làm việc chắc chắn hơn cầu dao, dập tắt hồ quang nhanh hơn vì
thao tác nhanh và dứt khốt hơn cầu dao.
2.3.2. Phân loại và cấu tạo
Theo hình dạng bên ngồi có các loại cơng tắc loại hở, loại bảo vệ, loại kín…
Theo kiểu tác động có loại bật, bấm, giật, xoay … Loại tác động trực tiếp
(những công tắc sử dụng ở mạng điện gia đình) cơng tắc 2 chấu, 3 chấu , 4 chấu …
Theo công dụng công tắc chia ra các loại gồm cơng tắc dùng để đóng ngắt trực
tiếp mạch điện; công tắc vạn năng dùng để chuyển mạch các mạch điều khiển, mạch đo
lường; cơng tắc hành trình và cuối hành trình.
Bộ phận làm tiếp điểm sử dụng vật liệu dẫn điện tốt, ít bị oxy hóa, ít mài mòn,
chịu nhiệt, thường sử dụng đồng và hợp kim của đồng thau (Cu + 30  40 Zn) hay hồng
đồng (Cu + 5  15 thiếc) có hai loại tiếp điểm là tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh. Tiếp
điểm tĩnh gắn trên đế công tắc, tiếp điểm động liên kết với bộ phận tác động.
Bộ phận tác động bằng sứ, nhựa tổng hợp hay bằng kim loại, bộ phận này liên
kết với lò xo phản khi tác động có thể đóng hay cắt mạch điện.

Vỏ hay đế của công tắc bằng sứ, nhựa tổng hợp hoặc bằng kim loại.

KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỢNG HĨA
15