Giáo trình Khí cụ điện (Nghề: Điện công nghiệp) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: KHÍ CỤ ĐIỆN
NGHỀ ĐÀO TẠO: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG

LƯU HÀNH NỘI BỘ
NĂM 2017

1


LỜI NĨI ĐẦU
Mơn học Khí cụ điện là mơn học bắt buộc trong chương trình đào tạo Cao đẳng
nghề và Trung cấp nghề điện cơng nghiệp. Tài liệu “Khí cụ điện ” được biên soạn
theo nội dung của chương trình chi tiết mơn “Khí cụ điện” đào tạo trình độ Cao đẳng
nghề và Trung cấp nghề điện công nghiệp tại Trường Cao đẳng Lào Cai, tài liệu này
nhằm cung cấp những kiến thức về khái niệm, cấu tạo, nguyên lý, cách lựa chọn và
cách sửa chữa, bảo dưỡng những sai hỏng thường gặp của các khí cụ điện thường
dùng trong hệ thống điện và điều khiển máy điện.
Nội dung của tài liệu gồm :
Bài mở đầu : Khái niệm về khí cụ điện
Chương 1: Khí cụ điện đóng cắt
Chương 2: Khí cụ điện bảo vệ
Chương 3: Khí cụ điện điều khiển
Các bài tập ứng dụng các khí cụ điện trong các hệ thống
Mặc dù đã cố gắng trong quá trình biên soạn, nhưng chắc chắn tài liệu không
tránh khỏi những khiếm khuyết . Tác giả rất mong nhận được góp ý trân thành của
bạn đọc để tài liệu được hoàn thiện hơn.

2


MỤC LỤC
Bài mở đầu: Khái niệm và công cụ của khí cụ điện

19

Mục tiêu
19
1. Khái niệm về khí cụ điện ....................................................................................................... 19
1.1. Khái niệm về khí cụ điện ..................................................................................................... 19
Khí cụ điện là thiết bị điện dùng để đóng cắt, điều khiển và bảo vệ trong các mạch điện,
động cơ điện và máy điện…. ......................................................................................................... 19
1.2. Sự phát nóng của khí cụ điện .............................................................................................. 19
1.3. Tiếp xúc điện ...................................................................................................................... 21
1.4. Hồ quang và các phương pháp dập tắt hồ quang điện ........................................................ 22
1.5. Lực điện động..................................................................................................................... 24
2. Công dụng và phân loại các khí cụ điện ................................................................................. 24
2.1. Cơng dụng .......................................................................................................................... 24
2.2. Phân loại ............................................................................................................................ 25
Chương 1 : Khí cụ điện đóng cắt
27
1.1. Cầu dao .............................................................................................................................. 27
1.1.1 Cấu tạo ............................................................................................................................. 27
1.1.2 Nguyên lý hoạt động ......................................................................................................... 28
1.1.3 Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng ....................................................................... 28
1.1.5 Các bước sửa chữa cầu dao ............................................................................................. 29
Bước 1: ..................................................................................................................................... 29

1.2. Các loại công tắc và nút điều khiên ..................................................................................... 30
1.2.1. Công tắc .......................................................................................................................... 30
1.2.2. Công tắc hộp ................................................................................................................... 31
1.2.3. Công tắc vạn năng .......................................................................................................... 32
1.2.4. Cơng tắc hành trình. Tính chọn công tắc và nút điều khiển ............................................. 32
Các thông số định mức của công tắc ......................................................................................... 33
1.2.5. Nút điều khiển.................................................................................................................. 33
1.2.6. Sửa chữa công tắc và nút điều khiển ................................................................................ 34
1.3. Dao cách ly......................................................................................................................... 38

3


1.3.1. Cấu tạo ............................................................................................................................ 38
1.3.2. Nguyên lý làm việc ........................................................................................................... 38
1.3.3. Phân loại ......................................................................................................................... 39
1.4. Máy cắt điện ....................................................................................................................... 39
1.4.1. Cấu tạo máy cắt điện ....................................................................................................... 39
1.4.2. Nguyên lý làm việc ........................................................................................................... 40
1.4.3. Giới thiệu một số loại máy cắt điện .................................................................................. 41
1.5. Áp tô mát ............................................................................................................................ 42
1.5.1. Cấu tạo ............................................................................................................................ 42
1.5.2. Nguyên lý làm việc ........................................................................................................... 42
1.5.3. Tính chọn Áp tơ mát ......................................................................................................... 43
Chương 2: Khí cụ điện bảo vệ
44
1. Nam châm điện ...................................................................................................................... 44
1.1 . Cấu tạo .............................................................................................................................. 44
1.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................................................... 45
1.3. phân loại............................................................................................................................. 45

1.4.ứng dụng của một nam châm điện ...................................................................................... 47
1.5. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng và phương pháp sửa chữa ................................ 47
2. Rơ le điện từ .......................................................................................................................... 48
2.1. Khái niệm ........................................................................................................................... 48
2.2.Cấu tạo ................................................................................................................................ 48
2.3. Nguyên lý làm việc:............................................................................................................. 49
2.4. Ứng dụng ............................................................................................................................ 49
2.5. Rơ le dòng điện .................................................................................................................. 49
2.6. Rơ le điện áp: ..................................................................................................................... 50
3. Rơle nhiệt .............................................................................................................................. 50
3.1.Cấu tạo ................................................................................................................................ 50
3.2. Nguyên lý làm việc .............................................................................................................. 51
3.3. Hư hỏng và nguyên nhân gây hư hỏng ................................................................................ 51
3.4. Các bước sửa chữa rơ le nhiệt ........................................................................................... 52
4. Cầu chì .................................................................................................................................. 53
4.1.Cấu tạo ................................................................................................................................ 53
4.2. Nguyên lý làm việc .............................................................................................................. 53

4


4.3. Tính chọn cầu chì ............................................................................................................... 54
4.4.Hư hỏng và ngun nhân gây hư hỏng ................................................................................. 54
4.5.Sửa chữa cầu chì ................................................................................................................. 55
5. Thiết bị chống rò điện............................................................................................................ 55
5.1. Khái niệm ........................................................................................................................... 55
5.2. Thiết bị chống rò điện 1 pha ............................................................................................... 55
5.2.1. Cấu tạo ............................................................................................................................ 55
5.2.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................................................ 55
5.3. Thiết bị chống dò điện 3 pha............................................................................................... 56

6. Biến áp đo lường ................................................................................................................... 58
6.1. Máy biến dòng điện ............................................................................................................ 58
6.1.1. Khái niệm ........................................................................................................................ 58
6.2. Máy biến điện áp ................................................................................................................ 59
Chương 3 : Khí cụ điện điều khiển
62
1. Cơng tắc tơ ............................................................................................................................ 63
1.1. Khái niệm ........................................................................................................................... 63
1.2. Cấu tạo............................................................................................................................... 63
1.3. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng ......................................................................... 64
1.4. Các bước sửa chữa ............................................................................................................. 64
2. Khởi động từ ......................................................................................................................... 65
2.1 Khái niệm ............................................................................................................................ 65
2.2. Cấu tạo............................................................................................................................... 66
Bộ phận của Khởi động từ gồm: ................................................................................................ 66
2.3. Lựa chọn và lắp đặt Khởi động từ ...................................................................................... 67
2.4. Ứng dụng........................................................................................................................... 67
3. Rơ le trung gian và rơ le tốc độ.............................................................................................. 68
3.1. Rơ le trung gian .................................................................................................................. 68
3.2. Rơle tốc độ ......................................................................................................................... 69
4. Rơle thời gian ........................................................................................................................ 70
4.1. Khái niệm ........................................................................................................................... 70
4.2. Rơ le thời gian kiểu điện từ ................................................................................................ 70
4.3.Rơ le thời gian kiểu khí nén : ............................................................................................... 71
4.3.3. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng,biện pháp sửa chữa ....................................... 72

5


6. Bộ khống chế ......................................................................................................................... 72

6.1. Công dụng và phân loại ...................................................................................................... 72
6.1. 1. Công dụng ...................................................................................................................... 72
6.1.2. Phân loại ......................................................................................................................... 73
6.2.Cấu tạo và ngun lý bộ khơng chế hình trống ..................................................................... 73
6.3.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bộ khống chế hình cam ...................................................... 74
6.4. Các thơng số kỹ thuật của bộ khống chế ............................................................................. 74
6.4. Tính tốn lựa chọn .............................................................................................................. 75
6.5. Hư hỏng , các nguyên nhân gây hư hỏng và biện pháp khắc phục ....................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO

78

6


CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: Khí cụ điện
Mã mơn học: MH09
I. VỊ TRÍ VÀ TÍNH CHẤT MƠN HỌC:
 Vị trí:
Mơn học này được học sau khi hồn thành các môn học : Kỹ thuật điện và Vẽ
điện. Là môn học cơ sở bắt buộc để trang bị các kiến thức cần thiết phục vụ cho các
mơn tiếp theo.
 Tính chất:
Là môn học kỹ thuật cơ sở, thuộc các môn học mô đun chuyên môn. Trang bị cho
người học những kiến thức cơ bản của ngành Điện công nghiệp, về tồn bộ trang thiết
bị làm nhiệm vụ truyền dẫn, đóng ngắt, điều khiển và bảo vệ các mạch điện, máy
điện, động cơ điện...
Môn học này giúp sinh viên ngành Điện công nghiệp hiểu rõ những kiến thức
khoa học cơ bản, những cơ sở tốn học, các phương trình vật lý toán để lý giải các

hiện tượng vật lý xảy ra trong hầu hết các khí cụ điện và thiết bị điện. Việc ứng dụng,
vận dụng kiến thức này để hiểu sâu sắc các ý nghĩa của các thông số kỹ thuật trong
các khí cụ mà nhà sản xuất chế tạo đang có mặt trên thị trường.
Đồng thời mơn học cũng trình bày các cấu tạo cụ thể, các nguyên lý hoạt động,
các tham số kỹ thuật cần thiết chủ yếu của các loại khí cụ điện hiện được dùng trên
mạng cung cấp điện để ứng dụng, tính tốn lựa chọn, kiểm tra các khí cụ điện trong
hệ thống điện cơng nghiệp và dân dụng.
II. MỤC TIÊU MÔN HỌC:
 Kiến thức :
Hiểu và giải thích được các hiện tượng vật lý liên quan đến khí cụ điện như: mạch
từ, lực từ, phát nóng, lực điện động, tiếp xúc điện và hồ quang điện.
Hiểu và phân biệt về công dụng, cấu tạo cụ thể, các nguyên lý hoạt động, các tham
số kỹ thuật cần thiết chủ yếu của các loại khí cụ điện đóng cắt, khí cụ điện bảo vệ và
khí cụ điện điều khiển thông dụng hiện nay.
 Về kỹ năng :
Khả năng kiểm tra, tính tốn và lập luận giải quyết các vấn đề kỹ thuật khi gặp sự
cố hỏng hóc, khi tính tốn lựa chọn và điều chỉnh các khí cụ điện trong hệ thống điện
cơng nghiệp, dân dụng.

7


Đọc và hiểu được các tài liệu kỹ thuật, các thuật ngữ bằng tiếng Anh dùng cho hệ
thống điện và khí cụ điện. Đọc hiểu catalogue và xác định được các thơng số kỹ thuật
của khí cụ điện trong lưới điện hạ áp, trung và cao áp thông dụng. Vận dụng lựa chọn
hiệu quả.
Tính tốn nhanh các thơng số kỹ thuật mạch điện, điều kiện để xác định và lựa
chọn khí cụ điện phù hợp, áp dụng hiệu quả cho nhu cầu thiết kế xây dựng hệ thống
cung cấp, điều khiển bảo vệ thiết bị và xử lý các tình huống kỹ thuật.
Có khả năng làm việc trong các nhóm để thảo luận và giải quyết các vấn đề liên

quan đến khí cụ điện. Tự tìm kiếm tài liệu, tự nghiên cứu và trình bày các nội dung
chuyên ngành về khí cụ điện.
 Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
Khả năng chuyển tải các kỹ năng, kiến thức và thái độ vào các tình huống trong
làm việc. có sáng kiến trong q trình thực hiện nhiệm vụ được giao.
Có khả năng tự định hướng, làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết
cơng việc, vấn đề phức tạp trong điều kiện làm việc thay đổi. Tự học tập, tích lũy kiến
thức, kinh nghiệm để nâng cao trình độ chun mơn.
Có khả năng phán đốn được những sự cố thường gặp về các vấn đề chuyên môn,
và một số vấn đề phức tạp về mặt kỹ thuật. Khả năng đánh giá và cải tiến các hoạt
động chuyên môn ở quy mơ trung bình.
Có đạo đức, lương tâm nghề nghiệp, có ý thức kỷ luật và tác phong cơng nghiệp.
Đảm bảo an toàn và tiết kiệm trong học tập
III. NỘI DUNG MÔN HỌC:
1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian :
Thời gian (giờ)
Số
TT

1.

Tổng số

Lý
thuyết

Bài mở đầu

4

4

1. Khái niệm về khí cụ điện.

2

2

2. Cơng dụng và phân loại khí cụ điện.

2

2

Chương 1 : Khí cụ điện đóng cắt

12

8

Tên chương, mục

TH,T
L,BT,
TN

Kiểm
tra

4

8


2.

3.

1. Cầu dao

2

1

1

2. Các loại công tắc và nút điều khiển

2

1

1

3. Dao cách ly.

2

1

1

4. Máy cắt điện

2

2

5. Áp-tô-mát.

4

3

1

Chương 2 : Khí cụ điện bảo vệ

16

9

7

1. Nam châm điện.

2

1

1

2. Rơle điện từ.

2

1

1

3. Rơle nhiệt.

4

3

1

4. Cầu chì.

4

2

2

5. Thiết bị chống rị.

2

1

1

6. Biến áp đo lường.

2

1

1

Chương 3 : Khí cụ điện điều khiển

13

8

4

1. Công-tắc-tơ.

4

2

2

2. Khởi động từ.

4

2

2

3. Rơle trung gian và rơle tốc độ.

2

2

4. Rơle thời gian

2

2

Kiểm tra

1

Cộng:

45

1

1
29

15

1

9


2. Nội dung chi tiết
Bài mở đầu: Khái niệm và cơng dụng của khí cụ điện

Thời gian: 4 giờ

Mục tiêu:
- Hiểu và giải thích được các hiện tượng vật lý liên quan đến khí cụ điện như: phát
nóng, lực điện động, tiếp xúc điện, hồ quang điện và cách dập tắt hồ quang điện.
- Mô tả được khái niệm, cách phân loại của các loại khí cụ điện và trình bày được tính
năng, tác dụng của khí cụ điện trong hệ thống điện công nghiệp và dân dụng.
- Rèn luyện tính nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện cơng việc.
Nội dung:
1.

Khái niệm về khí cụ điện.
1.2. Sự phát nóng của khí cụ điện
1.3. Tiếp xúc điện
1.4. Hồ quang và các phương pháp dập tắt hồ quang.
1.5. Lực điện động
1.6. Cơng dụng của khí cụ điện.

2. Cơng dụng và phân loại khí cụ điện.

2.1. Cơng dụng của khí cụ điện.
2.2. Phân loại khí cụ điện.

10


Chương 1 : Khí cụ điện đóng cắt

Thời gian: 12 giờ

Mục tiêu:
- Hiểu và giải thích được cơng dụng, cấu tạo cụ thể, các nguyên lý hoạt động, các
tham số kỹ thuật cần thiết chủ yếu của các loại khí cụ điện đóng cắt thường dùng
trong cơng nghiệp.
- Sử dụng được thành thạo các loại khí cụ điện đóng cắt nói trên, đảm bảo an tồn cho
người và các thiết bị theo TCVN.
- Khả năng phân tích, giải thích và lập luận giải quyết các vấn đề kỹ thuật khi tính
tốn lựa chọn, các khí cụ điện đóng cắt trong hệ thống điện cơng nghiệp.
- Tháo lắp, phán đốn và sửa chữa được hư hỏng các loại khí cụ điện đóng cắt đạt các
thơng số kỹ thuật và đảm bảo an tồn.
- Kỹ năng làm việc nhóm, giao tiếp và khả năng đọc hiểu các tài liệu kỹ thuật bằng
tiếng Anh
- Rèn luyện tác phong làm việc khoa học, tính nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong học
tập và trong thực hiện công việc.
Nội dung:
1. Cầu dao.
1.1. Cấu tạo.
1.2. Nguyên lý hoạt động.
1.3. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.
1.4. Sửa chữa cầu dao.

2. Các loại công tắc và nút điều khiển.
2.1. Công tắc.
2.2. Công tắc hộp.
2.3. Công tắc vạn năng.
2.4. Cơng tắc hành trình.Tính chọn cơng tắc và nút điều khiển.
2.5. Nút điều khiển.
2.6. Sửa chữa công tắc và nút điều khiển.
3. Dao cách ly.

11


3.1. Cấu tạo.
3.2. Nguyên lý hoạt động.
3.3. Phân loại dao cách ly.
3.4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.
3.5. Sửa chữa dao cách ly.
4. Máy cắt điện
4.1. Cấu tạo máy điện.
4.2. Nguyên lý hoạt động.
4.3. Giới thiệu một số máy cắt điện.
5. Áp-tô-mát.
5.1. Cấu tạo.
5.2. Nguyên lý hoạt động.
5.3. Tính chọn áp-tơ-mát.

12


Chương 2 : Khí cụ điện bảo vệ

Thời gian: 16 giờ

Mục tiêu:
- Hiểu và giải thích được cơng dụng, cấu tạo cụ thể, các nguyên lý hoạt động, các
tham số kỹ thuật cần thiết chủ yếu của các loại khí cụ điện bảo vệ thường dùng trong
công nghiệp.
- Sử dụng được thành thạo các loại khí cụ điện bảo vệ nói trên, đảm bảo an tồn cho
người và các thiết bị theo TCVN.
- Khả năng phân tích, giải thích và lập luận giải quyết các vấn đề kỹ thuật khi tính
tốn lựa chọn, các khí cụ điện bảo vệ trong hệ thống điện cơng nghiệp.
- Tháo lắp, phán đốn và sửa chữa được hư hỏng các loại khí cụ điện bảo vệ đạt các
thông số kỹ thuật và đảm bảo an tồn.
- Kỹ năng làm việc nhóm, giao tiếp và khả năng đọc hiểu các tài liệu kỹ thuật bằng
tiếng Anh
- Rèn luyện tác phong làm việc khoa học, tính nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong học
tập và trong thực hiện công việc.
Nội dung:
1. Nam châm điện.
1.1. Cấu tạo.
1.2. Nguyên lý hoạt động và phân loại.
1.3. Phân loại nam châm điện
1.4. ứng dụng nam châm điện.
1.5. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.
1.6. Sửa chữa nam châm điện.
2. Rơle điện từ.
2.1. Khái niệm.
2.2. Cấu tạo
2.3. Nguyên lý hoạt động.
2.4. Ứng dụng rơle điện từ.

2.4. Rơle dòng điện.
2.5. Rơle điện áp.

13


3. Rơle nhiệt.
3.1. Cấu tạo.
3.2. Nguyên lý hoạt động
3.3. Tính chọn rơle nhiệt.
3.4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.
3.5. Sửa chữa rơle nhiệt.
4. Cầu chì.
4.1. Cấu tạo.
4.2. Nguyên lý hoạt động và phân loại.
4.3. Tính chọn cầu chì.
4.4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.
4.5. Sửa chữa cầu chì.
5. Thiết bị chống rị.
5.1. Khái niệm
5.2. Thiết bị chống rò 1 pha
5.3. Thiết bị chống rò 3 pha
5.4. Hư hỏng, các nguyên nhân gây hư hỏng và biện pháp
khắc phục
5.5. Giới thiệu một số thiết bị chống rò thường sử dụng.
6. Biến áp đo lường.
6.1. Biến điện áp (BU).
6.2. Biến dòng điện (BI).

14

Chương 3: Khí cụ điện điều khiển

Thời gian: 13 giờ

Mục tiêu:
- Hiểu và giải thích được cơng dụng, cấu tạo cụ thể, các nguyên lý hoạt động, các
tham số kỹ thuật cần thiết chủ yếu của các loại khí cụ điện điều khiển thường dùng
trong công nghiệp.
- Sử dụng được thành thạo các loại khí cụ điện điều khiển nói trên, đảm bảo an toàn
cho người và các thiết bị theo TCVN.
- Khả năng phân tích, giải thích và lập luận giải quyết các vấn đề kỹ thuật khi tính
tốn lựa chọn, các khí cụ điện điều khiển trong hệ thống điện cơng nghiệp.
- Tháo lắp, phán đốn và sửa chữa được hư hỏng các loại khí cụ điện điều khiển đạt
các thông số kỹ thuật và đảm bảo an tồn.
- Kỹ năng làm việc nhóm, giao tiếp và khả năng đọc hiểu các tài liệu kỹ thuật bằng
tiếng Anh
- Rèn luyện tác phong làm việc khoa học, tính nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong học
tập và trong thực hiện công việc.
Nội dung:
1. Công-tắc-tơ.
1.1. Khái niệm.
1.2. Cấu tạo
1.3. Nguyên lý hoạt động.
1.4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.
1.5. Sửa chữa khí cụ điện điều khiển.
2. Khởi động từ.
2.1. Khái niệm.
2.2. Cấu tạo

2.3. Độ bền điện và bền cơ của các tiếp điểm.
2.4. Lựa chọn và lắp đặt.
2.5. Đặc tính kỹ thuật và ứng dụng.
3.

Rơle trung gian và rơle tốc độ.
3.1. Rơle trung gian.

15


3.2. Rơle tốc độ.
3.3. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.
4. Rơle thời gian.
4.1. Khái niệm
4.2. Rơle thời gian kiểu điện từ .
4.3. Rơle thời gian kiểu khí nén .
4.4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.
IV. ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN MƠN HỌC:
1.Phịng học chun mơn hóa, nhà xưởng:
+ Phịng học chun mơn trang bị điện 1.
+ Video, và các bản vẽ, tranh mô tả thiết bị
2. Trang thiết bị, máy móc:
+ Bộ đồ nghề điện, cơ khí cầm tay.
+ Máy cắt bê-tơng, máy mài cầm tay, máy mài hai đá, khoan điện để bàn, khoan
điện cầm tay, máy nén khí.
+ VOM, M, Tera, Ampare kìm.
+ Tủ sấy điều khiển được nhiệt độ.
+ Bộ mơ hình dàn trải các loại khí cụ điện hoạt động được (dùng cho học về cấu
tạo và nguyên lý hoạt động).

+ Các loại khí cụ điện như trên (vật thực, hoạt động được)
3. Học liệu, dụng cụ nguyên vật liệu:
+ Bảng gắn các loại khí cụ điện.
+ Dây dẫn điện.
+ Đầu cốt các cỡ.
+ Các trạm nối dây.
+ Giấy, ghen cách điện, sứ, thuỷ tinh... cách điện các loại.
+ Chì hàn, nhựa thơng, giấy nhám các loại...
+ Hóa chất dùng để tẩm sấy máy biến áp (chất keo đóng rắn, vẹc-ni cánh điện)
4. Các điều kiện khác:

16


- Yêu cầu về giáo viên giảng dạy theo Thông tư 08/2017/TT-BLĐTBXH ban
hành ngày 10 tháng 03 năm 2017 của Bộ Trưởng Bộ Lao động Thương binh và Xã
hội quy định chuẩn về chuyên môn, nghiệp vụ của nhà giáo giáo dục nghề nghiệp.
- Đề cương, giáo án, bài giảng môn học.
- Hệ thống câu hỏi, bài tập.
V. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ:
1. Nội dung:
- Kiến thức:
+ Trình bày được công dụng, cấu tạo, nguyên lý, phạm vi sử dụng của các loại
khí cụ điện đã học.
+Tính chọn khí cụ điện theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể.
+ Phân tích, so sánh về tính năng của từng loại khí cụ điện.
- Kỹ năng:
+ Lắp đặt, sử dụng các khí cụ điện.
+ Tháo lắp, kiểm tra thơng số của các khí cụ điện.
+ Xác định các hư hỏng, nguyên nhân gây ra hư hỏng.

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Có ý thức tổ chức thực hiện, nghiêm túc trong cơng việc được giao
+ Có trách nhiệm bảo quản, sử dụng hợp lí thiết bị.
2.Phương pháp:
- Kiểm tra lý thuyết với các nội dung đã học có liên hệ với thực tiễn
- Thực hành: Kiểm tra và đánh giá các bài thảo luận của các nhóm qua các bài
tập ứng dụng
- Đánh giá trong quá trình học:
+ Câu hỏi truy vấn
+ Kiểm tra: Viết
+ Thảo luận theo nhóm
- Đánh giá cuối môn học: Kiểm tra (thi): Vấn đáp hoặc viết
- Thang điểm 10.
VI. HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN MÔN HỌC:
1.Phạm vi áp dụng môn học:

17


- Chương trình mơn học này được sử dụng để giảng dạy cho trình độ Cao đẳng
Điện cơng nghiệp.
2.Hướng dẫn về phương pháp giảng dạy , học tập môn học:
* Đối với giáo viên, giảng viên
- Trước khi giảng dạy, giáo viên cần căn cứ vào nội dung của từng bài học để
chuẩn bị đầy đủ các điều kiện cần thiết nhằm đảm bảo chất lượng giảng dạy.
- Nên áp dụng phương pháp đàm thoại để học sinh ghi nhớ kỹ hơn.
- Nên bố trí thời gian giải bài tập, nhận dạng các loại khí cụ điện, thao tác lắp đặt,
vận hành, hướng dẫn và sửa sai tại chổ cho học sinh.
- Cần lưu ý kỹ về các đặc tính kỹ thuật và cơng dung của từng nhóm khí cụ điện.
* Đối với người học:

- Chú ý lắng nghe trong giờ học, nghiêm túc thực hiện bài tập.
- Rèn luyện thành thạo kỹ năng tháo, lắp, sửa chữa các loại khí cụ điện.
- Có ý thức tổ chức kỷ luật tốt,đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị.
3.Những trọng tâm cần chú ý:
- Công dụng, nguyên lý của từng loại khí cụ điện.
- Tính cơ bản và phạm vi ứng dụng của từng loại khí cụ điện.
- Tính chọn một số khí cụ điện phổ thơng (cầu dao, cầu chì, CB...) trong trường
hợp đơn giản.
- Lắp đặt, vận hành các khí cụ điện phổ thơng (cầu dao, cầu chì, CB...).
4.Tài liệu cần tham khảo:
[1] Nguyễn Xn Phú, Khí cụ Điện Kết cấu, sử dụng và sửa chữa, NXB Khoa
Học và Kỹ Thuật, năm 2000.
[2] Nguyễn Xuân Phú, Vật liệu điện, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật,2000.
[3] Nguyễn Xuân Phú, Cung cấp điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật , 2004
[4] K.B. Raina, s.k.bhattcharya (Phạm Văn Niên dịch), Thiết kế điện và dự toán
giá thành, NXB Khoa và Học Kỹ Thuật, 1996
[5] Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Khí cụ điện, NXB KHKT, 2000

18


Bài mở đầu: Khái niệm và cơng cụ của khí cụ điện
Mục tiêu
- Hiểu và giải thích được các hiện tượng vật lý liên quan đến khí cụ điện như:
phát nóng, lực điện động, tiếp xúc điện, hồ quang điện và cách dập tắt hồ quang điện.
- Mô tả được khái niệm, cách phân loại của các loại khí cụ điện và trình bày
được tính năng, tác dụng của khí cụ điện trong hệ thống điện công nghiệp và dân
dụng.
- Rèn luyện tính nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện cơng việc.
1. Khái niệm về khí cụ điện

1.1. Khái niệm về khí cụ điện
Khí cụ điện là thiết bị điện dùng để đóng cắt, điều khiển và bảo vệ trong các mạch
điện, động cơ điện và máy điện….
Khí cụ điện làm việc trong các mạch dẫn điện, nhiệt độ của khí cụ điện ảnh hưởng
đến độ bền của khí cụ điện và gây tổn thất điện năng . Vì vậy việc chọn lựa khí cụ điện đảm
bảo các thông số kỹ thuật làm việc được trong mọi chế độ đảm bảo độ bền điện và an toàn
là yêu cầu quan trọng .
1.2. Sự phát nóng của khí cụ điện
* Sự phát nóng của khí cụ điện
Ở trạng thái làm việc, trong các bộ phận của khí cụ điện như mạch vòng dẫn
điện, mạch từ, các chi tiết bằng kim loại và cách điện đều có tổn hao năng lượng và
biến thành nhiệt năng. Một phần nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ của khí cụ điện,
cịn một phần khác tỏa ra bên ngoài. Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ của thiết bị
không tăng lên nữa mà đạt trị số ổn định. Toàn bộ năng lương tổn hao ở dạng nhiệt
cân bằng với nhiệt năng tỏa ra mơi trường xung quanh.
Nếu nhiệt độ của khí cụ điện tăng cao thì cách điện bị già hóa và độ bền cơ khí
của chi tiết bị suy giảm. Khi tăng nhiệt độ của vật liệu cách điện lên 80C so với nhiệt
độ cho phép ở chế độ dài hạn thì tuổi thọ của cách điện giảm 50%. Với vật liệu dẫn
điện thông dụng nhất là đồng (Cu), nếu tăng nhiệt độ từ 1000C đến 2500C 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. Vì vậy độ tin cậy của thiết bị phụ thuộc vào nhiệt độ
phát nóng của chúng.
Trong tính tốn phát nóng khí cụ điện thường dùng một số khái niệm như sau :
o : nhiệt độ phát nóng ban đầu, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường.

19


 : nhiệt độ phát nóng
 =  - o : là độ chênh nhiệt so với nhiệt độ môi trường , ở vùng ôn đới cho

phép  = 350C, vùng nhiệt đới  = 500C. Sự phát nóng thiết bị điện cịn tùy thuộc vào
chế độ làm việc.
ơđ = ôđ - o : độ chênh nhiệt độ ổn định.
Trong khí cụ điện có các dạng tổn hao năng lượng chính sau :
- Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện,
- Tổn hao trong các chi tiết bằng vật liệu sắt từ
- Tổn hao điện môi.
Nhiệt độ cho phép của các bộ phận trong khí cụ điện và vật liệu cách điện cho trong
bảng 1.1 và bảng 1.2:
Bảng 1.1. Nhiệt độ cho phép của các vật liệu chế tạo khí cụ điện làm việc dài hạn
Nhiệt độ cho phép (oC)

Vật liệu làm khí cụ điện
Vật liệu khơng bọc cách điện hoặc để xa nhất cách điện

110

Dây nối ở dạng tiếp xúc cố định.

75

Vật liệu có tiếp xúc dạng hình ngón

75

Tiếp xúc trượt của Đồng và hợp kim Đồng

110

Tiếp xúc má bạc.

120

Vật không dẫn điện và không bọc cách điện.

110

Bảng 1.2. Nhiệt độ cho phép của các vật liệu chế tạo khí cụ điện làm việc ngắn
hạn
Cấp cách nhiệt

Nhiệt độ cho phép (oC)

Vải sợi, giấy không tẩm cách điện

Y

90

Vải sợi, giấy có tẩm cách điện

A

105

Hợp chất tổng hợp

E

120

Mica, sợi thuỷ tinh

B

130

Vật liệu cách điện

20


Mica, sợi thuỷ tinh có tẩm cách điện

F

155

Chất tổng hợp Silic

H

180

Sứ cách điện

C

>180

1.3. Tiếp xúc điện
1.3.1. Khái niệm
Tiếp xúc điện là nơi mà dòng điện đi từ vật dẫn này sang vật dẫn khác. Bề mặt
tiếp xúc của hai vật dẫn được gọi là tiếp xúc điện.
* Các yêu cầu cơ bản của 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 khơng được phát nóng q gía trị cho phép.
- Ổn định nhiệt và ổn định động khi có dịng điện cực đại đi qua.
- Chịu được tác đông của môi trường (nhiệt độ, chất hoá 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 nhỏ 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).
- Đơn giản khi gia công, giá thành hạ.
* Một số vật liều dùng làm tiếp điểm: Đồng, Bạc, Nhôm, Vonfram...
1.3.2. 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 q trình sử dụng, cả hai tiếp điểm
được gắn chặt vào nhau nhờ các bu lơng, hàn nóng hay nguội.
* 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 tiếp điểm động dựa vào dòng
điện định mức, điện áp định mức và chế độ làm việc của khí cụ điện.

21

* Tiếp xúc trượt
Là tiếp xúc ở cổ góp và vành trượt, tiếp xúc này cũng dễ sinh ra hồ quang
điện.
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc
- Vật liệu làm tiếp điểm: vật liệu mềm tiếp xúc tốt.
- Kim loại làm tiếp điểm không bị ôxy hóa.
- Lực ép tiếp điểm càng lớn thì sẽ tạo nên nhiều tiếp điểm tiếp xúc.
- Nhiệt độ tiếp điểm càng cao thì điện trở tiếp xúc càng lớn.
- Diện tích tiếp xúc.
1.4. Hồ quang và các phương pháp dập tắt hồ quang điện
1.4.1. Khái niệm
Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện với mật độ dịng điện rất lớn (từ 104 đến
108 A/cm2), có nhiệt độ rất cao (từ khoảng 50000C đến 60000C), điện áp rơi trên cực
âm rất nhỏ (từ 10 đến 20V) và kèm theo hiện tượng phát sáng. Tuy điện áp rơi trên
các cực âm nhỏ nhưng vùng cực âm rất ngắn nên cường độ điện trường rất lớn (105
đến 106V/cm), còn thân hồ quang chiếm hầu hết chiều dài hồ quang nên cường độ điện
trường nhỏ( 10- 50 V/cm).
Hồ quang điện có ích: Hồ quang điện có ích khi sử dụng trong các lĩnh vực như
hàn điện, luyện thép ..những lúc này cần duy trì cháy ổn định .
Hồ quang điện có hại : Trong các khí cụ điện dùng để đóng ngắt, bảo vệ mạch
điện (cầu dao, cầu chì, rơle...) khi chuyển mạch sẽ phát sinh hiện tượng phóng điện.
Nếu dịng điện ngắt dưới 0,1A và điện áp tại các tiếp điểm từ 250V - 300V thì các
tiếp điểm sẽ phóng điện âm ỉ. Trường hợp dòng điện và điện áp cao hơn trị số trong
bảng sau sẽ sinh ra hồ quang điện.
Bảng 1.3.Vật liệu làm tiếp điểm ,điện áp ,dòng điện giới hạn sinh ra hồ quang
Vật liệu làm tiếp điểm

U(V)

I(A)

Platin

17

0,9

Vàng

15

0,38

Bạc

12

0,4

22


17

0.9

Đồng

12,3

0,43

Than

18 – 22

0,03

Vonfram

1.4.2. Tính chất cơ bản của phóng điện hồ quang điện
Phóng điện hồ quang chỉ xảy ra khi các dịng điện có trị số lớn.
Nhiệt độ trung tâm hồ quang rất lớn, trong các khí cụ điện có thể đạt từ
60000K đến 800000K.
Mật độ dòng điện tại Catốt lớn từ 104 đến 105A/cm2.
Sụt áp ở Catốt chỉ còn từ 10V đến 20V và thực tế lúc này Catôt khơng phụ
thuộc vào dịng điện.
1.4.3. Q trình phát sinh và dập tắt hồ quang
điện
1.4.3.1. Quá trình phát sinh hồ quang điện
Các khí cụ điện khi có dịng điện nhỏ, ban đầu khoảng cách giữa chúng nhỏ.
Khi điện áp đặt vào khí cụ điện có trị số nhất định, vì vậy trong khoảng khơng gian
này sẽ sinh ra điện trường có cường độ rất lớn (3.107V/cm) có thể làm bật điện tử
Catôt gọi là phát xạ tự động điện tử hay gọi là phát xạ nguội điện tử. Số điện tử càng
nhiều, chuyển động dưới tác dụng của điện trường làm ion hố khơng khí gây hồ
quang điện.
Các khí cụ điện khi có dịng điện lớn, q trình phát sinh hồ quang phức tạp
hơn. Lúc đầu mở tiếp điểm, lực ép giữa chúng có trị số nhỏ nên số tiếp điểm tiếp xúc

để dịng điện đi qua ít. Mật độ dịng điện tăng đáng kể đến hàng chục nghìn A/cm2.
Do đó tại các tiếp điểm sự phát nóng sẽ tăng đến mức làm cho ở đó kim loại được
kéo căng ra trở thành các chất lỏng và nối liền hai tiếp điểm này, nhiệt độ của các
chất lỏng tiếp tục tăng, lúc đó cầu chất lỏng bốc hơi và trong khơng gian giữa hai tiếp
điểm xuất hiện hồ quang điện. Vì q trình phát nóng của cầu thực hiện rất nhanh nên
sự bốc hơi mang tính chất nổ. Khi cầu chất lỏng cắt kéo theo sự mài mòn tiếp điểm,
điều này rất quan trọng khi ngắt dòng điện quá lớn hay q trình đóng mở xảy ra
thường xun.

23


*. Quá trình dập tắt hồ quang điện
- Hạ nhiệt độ hồ quang.
- Kéo dài hồ quang.
- Chia hồ quang thành nhiều đoạn nhỏ.
- Dùng năng lượng bên ngoài hoặc chính nó để thổi tắt hồ quang.
- Mắc điện trở Shunt để tiêu thụ năng lượng hồ quang
* Thiết bị để dập tắt hồ quang.
- Hạ nhiệt độ hồ quang bằng cách dùng hơi khí hoặc dầu làm nguội, dùng vách
ngăn để hồ quang cọ xát.
- Kéo dài hồ quang là biện pháp dập tắt hồ quang đơn giản nhất. Biện pháp này
thường áp dụng ở cầu dao, rơ le cơng suất nhỏ. Khi hồ quang bị kéo dài thì đường
kính thân hồ quang giảm, điện trở hồ quang tăng, điều kiện phản ion mạnh mẽ do đó
hồ quang dễ tắt
- Chia hồ quang thành nhiều cột nhỏ và kéo dài hồ quang bằng cách dùng vách
ngăn chia thành nhiều phần nhỏ và thổi khí dập tắt.
- Dùng năng lượng bên ngồi hoặc chính nó để thổi tắt hồ quang, năng lượng
của nó tạo áp suất để thổi tắt hồ quang.
- Mắc điện trở Shunt để tiêu thụ năng lượng hồ quang (dùng điện trở mắc song

song với hai tiếp điểm sinh hồ quang).
1.5. Lực điện động
Lực điện động chính là lực tác dụng của điện trường và từ trường. Lực điện
động trong khí cụ điện được tạo ra từ dòng điện lớn, dòng điện ngắn mạch .
Khả năng chịu lực tác động phát sinh khi có dịng điện ngắn mạch chạy qua là
một tiêu chuẩn không thể thiếu của khí cụ điện, gọi là tính ổn định điện động.
Trong 1 mạch vịng có sự tác động của lưc điện động làm biến dạng mạch vòng.
Ở chế độ xác lập Iđm không lớn nên F = k.I2 bé nên khi ngắn mạch Inm >> Iđm. Do đó
F tăng lên làm cho thiết bị nhanh hỏng hơn.
2. Công dụng và phân loại các khí cụ điện
2.1. Cơng dụng
Khí cụ điện là những thiết bị điện, cơ cấu điện dùng để điều khiển các quá trình
sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối năng lượng điện và các dạng năng lượng
khác.

24


2.2. Phân loại
* Nhóm khí cụ điện phân phối năng lượng điện áp cao
Dao cách ly, máy ngắt dầu (nhiều dầu và ít dầu), máy ngắt khơng khí, máy ngắt
tự sản khí, máy ngắt chân khơng cầu chì (cầu chì), dao ngắn mạch, điện kháng, biến
dòng, biến điện áp …
* Nhóm khí cụ điện phân phối năng lượng điện áp thấp
Máy ngắt tự động, máy ngắt bằng tay, các bộ đổi nối (cầu dao, cơng tắc), cầu
chì …
* Nhóm khí cụ điện điều khiển
Công tắc tơ, khởi động từ, các bộ khống chế và điều khiển, nút ấn, công tắc
hành trình , các bộ điện trở điều chỉnh và mở máy, các bộ khuếch đại điện tử, khuếch
đại từ, tự áp…

* Nhóm các rơle bảo vệ
Rơle dịng điện, rơle điện áp, rơle công suất, rơle tổng trở, rơle thời gian
* Nhóm khí cụ điện dùng trong sinh hoạt và chiếu sáng
Cơng tắc, ổ cắm, phích cắm, bàn là, bếp điện…(Vật liệu tiêu thụ điện )
* Phân loại theo công dụng
- Đóng ngắt mạch điện của lưới điện : cầu dao, áptômát, công tắc…
- Mở máy, điều chỉnh tốc độ , điều chỉnh điện áp, dịng điện: cơng tắc tơ, khởi
động từ, bộ khống chế…
- Bảo vệ lưới điện, máy điện: cầu chì , áptơmát …
- Duy trì tham số điện ở giá trị không đổi: ổn áp, thiết bị tự động điều chỉnh
điện áp, dòng điện, tần số, tốc độ, nhiệt độ…
- Đo lường : Von kế , Oat kế, Ampe kế…
* Phân loại theo điện áp
- Khí cụ điện cao thế: Uđm ≥ 100KV
- Khí cụ điện trung thế : 1000V ≤ Uđm <100KV.
- Khí cụ điện hạ thế: Uđm < 1000V.
* Phân loại theo dịng điện
- Khí cụ điện 1 chiều.
- Khí cụ điện xoay chiều.
* Phân loại theo nguyên lý làm việc
- Khí cụ điện nguyên lý điện từ.

25