BÀI GIẢNG MƠN HỌC : KHÍ CỤ ĐIỆN CHUN NGHÀNH : ĐIỆN TÀU THUỶ - ĐIỆN TỰ ĐỘNG CN Mở đầu I.Giới thiệu mơn học: Mục đích, u cầu: Trình bày sở lý thuyết khí cụ điện, giới thiệu cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính khí cụ điện thông dụng sử dụng hệ thống điện tàu thủy nói riêng cơng nghiệp nói chung Học sinh sau kết thúc môn học nắm kiến thức khí cụ điện, có khả tính tốn lựa chọn, sử dụng, bảo dưỡng sửa chữa khí cụ điện Nội dung chương trình: Tồn chương trình chia làm phần lớn: + Phần I: Trình bày sở lý thuyết khí cụ điện Đây phần quan trọng chương trình Tồn lý thuyết sở để xây dựng, tính tốn thiết kế khí cụ điện đề cập đến phần sau + Phần II: Trình bày nguyên lý cấu tạo, hoạt động khí cụ điện hạ áp – khí cụ thường gặp tàu thuỷ nghành cơng nghiệp Trình bày sơ lược kết cấu nguyên lý hoạt động khí cụ cao áp; Mặc dù tàu thuỷ gặp khí cụ loại này, xong với mong muốn trang bị cho kỹ sư điện kiến thức tổng thể loại thiết bị điện phổ biến hệ thống điện lý thuyết loại khí cụ cần thiết Trình bày nguyên lý lắp đặt, kiểm tra bảo dưỡng, sửa chữa hiệu chỉnh khí cụ điện II.Tài liệu tham khảo: Khí cụ điện NXBKHKT 2004 Phạm văn Chới – Bùi tín Hữu – Nguyễn tiến Tơn Khí cụ điện – Lý thuyết kết cấu, tính tốn lựa chọn sử dụng NXB KHKT 2001 Tô Đằng – Nguyễn Xuân Phú 3.Các tài liệu hãng sưu tầm http://www.ebook.edu.vn Phần I: LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN 1.1 Khái niệm, phân loại 1.1.1 Khái niệm: Khí cụ điện (KCĐ ) thiết bị dùng để đóng ngắt, điều khiển, kiểm tra, tự động điều chỉnh, khống chế đối tượng điện không điện bảo vệ chúng trường hợp cố Khí cụ điện có nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lý làm việc kích thước khác nhau, dùng rộng rãi lĩnh vực sống 1.1.2 Phân loại: Khí cụ điện thường phân loại theo chức năng, theo nguyên lý môi trường làm việc, theo điện áp a Theo chức KCĐ chia thành nhóm sau: 1) Nhóm khí cụ đóng cắt: Chức nhóm KC đóng cắt tay tự động mạch điện Thuộc nhóm có: Cầu dao , áptơmát, máy cắt, dao cách ly, chuyển đổi nguồn … 2) Nhóm KC hạn chế dòng điện, điện áp: Chức nhóm hạn chế dòng điện, điện áp mạch khơng q cao Thuộc nhóm gồm có: Kháng điện, van chống sét … 3) Nhóm KC khởi động, điều khiển: Nhóm gồm khởi động, khống chế, công tắc tơ, khởi động từ … 4) Nhóm KC kiểm tra theo dõi: Nhóm có chức kiểm tra, theo dõi làm việc đối tượng biến đổi tín hiệu khơng điện thành tín hiệu điện Thuộc nhóm : Các rơle, cảm biến … 5) Nhóm KC tự động Đ/C , khống chế trì chế độ làm việc, tham số đối tượng : Các ổn định điện áp, ổn định tốc độ, ổn định nhiệt độ … 6) Nhóm KC biến đổi dòng điện , điện áp cho dụng cụ đo: Các máy biến áp đo lường, biến dòng đo lường … b.Theo nguyên lý làm việc KCĐ chia thành: 1) KCĐ làm việc theo nguyên lý điện từ 2) KCĐ làm việc theo nguyên lý cảm ứng nhiệt 3) KCĐ có tiếp điểm 4) KCĐ khơng có tiếp điểm c.Theo nguồn điện KCĐ chia thành : 1) KCĐ chiều 2) KCĐ xoay chiều 3) KCĐ hạ áp (Có điện áp 1000 V) d Theo điều kiện môi trường, điều kiện bảo vệ KCĐ chia thành: 1) KCĐ làm việc nhà, KCĐ làm việc trời 2) KCĐ làm việc môi trường dễ cháy, dễ nổ 3) KCĐ có vỏ kín, vỏ hở, vỏ bảo vệ … - - 1.2 Yêu cầu khí cụ điện 1.2.1 Những yêu cầu KCĐ: Các KCĐ cần thoả mãn yêu cầu sau: Phải đảm bảo làm việc lâu dài với thơng số kỹ thuật định mức Nói cách khác dòng điện qua phần dẫn điện khơng vượt q giá trị cho phép thời gian lâu mà không gây hư hỏng cho KC KCĐ phải có khả ổn định nhiệt ổn định điện động Vật liệu phải có khả chịu nóng tốt cường độ khí cao xảy ngắn mạch tải dòng điện lớn gây hư hỏng cho khí cụ Vật liệu cách điện phải tốt để xảy áp phạm vi cho phép cách điện không bị chọc thủng KCĐ phải đảm bảo làm việc xác an tồn, xong phải gọn nhẹ, rẻ tiền, dễ gia công lắp đặt, kiểm tra sửa chữa Ngoài KCĐ phải làm việc ổn định điều kiện khí hậu, mơi trường khác 1.2.2 Những yêu cầu KCĐ tàu thuỷ: Trên tàu thuỷ điều kiện làm việc khác so với bờ, KCĐ phải có khả làm việc ổn định điều kiện khắc nghiệt cần phải thoả mãn yêu cầu sau: Chịu rung lắc với biên độ cực đại lên tới 0, mm tần số tới 35 Hz Điện áp dao động khoảng 80% - 110% Uđm Mơi trường có nước, độ ẩm cao, có dầu, muối o o Dải nhiệt độ thay đổi phạm vi rộng từ – 50 C đến + 50 C Số lần đóng cắt lớn lên đến 300lần / Chương 2: CƠ CẤU ĐIỆN TỪ VÀ NAM CHÂM ĐIỆN 2.1 Khái niệm chung 2.1.1 Khái niệm : Nam châm điện loại cấu điện từ biến đổi điện thành khí cụ điện, sử dụng rộng rãi rơle điện từ, cơngtắctơ, thiết bị đóng cắt, thiết bị bảo vệ … Hình dáng kết cấu nam châm điện đa dạng, tuỳ thuộc vào chức mục đích sử dụng NCĐ có hai phận mạch từ (phần từ ) cuộn dây (phần điện ) Nếu cuộn dây mắc nối tiếp với phụ tải ta có cuộn dòng điện, cuộn dây mắc song song với phụ tải ta có cuộn điện áp Hình 2-1 2.1.2 Mạch từ định luật mạch từ: Tuỳ thuộc vào dòng điện chạy cuộn dây ta có nam châm điện xoay chiều hay chiều Nam châm điện xoay chiều có mạch từ ghép từ thép KTĐ mỏng, cách điện lẫn để giảm tổn hao Nam châm điện chiều , mạch từ có cấu tạo dạng khối Các tham số mạch từ bao gồm: - Sức từ động (S.T.ĐS) F = i.w [ampe-vòng] , tính theo trị biên độ trị hiệu dụng - Từ thông φm [ Wb] - Trị biên độ B = - Từ cảm (Mật độ từ thông ) Φ m diện ống từ m - Cường độ từ trường H = F S [ A/m ] ; Trong l [m] chiều dài mạch từ l µ= - Hệ số từ thẩm vật liệu từ: không) -7 µ = µ0 = 4.π 10 [ H/ m] - Từ trở mạch từ: R = µ [ T = Wb/m ] ; Trong đó: S [ m ] tiết B [ H/m ] ; H l µ S Với khơng khí (Chân -1 [H ] - Từ dẫn mạch từ (Nghịch đảo với từ trở ) : G = S = µ Rµ l [ H ] Các định luật mạch từ bao gồm: Định luật Ôm, định luật kiếc khốp I, II định luật tồn dòng điện Định luật Ơm: Trong phân đoạn mạch từ, từ áp rơi tích từ thơng từ trở thương từ thông từ dẫn Φ (2- 1) U µ = Φ.Rµ = G Định luật kiếc khốp 1: Trên điểm mạch từ, tổng từ thông vào tổng từ thông ra: ∑Φ i (2 – ) =0 Định luật kiếc khốp 2: Trong đoạn mạch từ khép kín, tổng từ áp đoạn mạch tổng sức từ động: n n 1 ∑Φ i Rµi = ∑ Fi (2 – ) Định luật tồn dòng điện: Tích phân đường cường từ trường theo vòng từ khép kín tổng S.T.Đ vòng từ đó: ∫ H dl = ∑ F l i Định luật toàn dòng điện biến đổi sau: (2–4) hoặc: ∫ H dl = ∫ Φ.dRµ l =∑ Fi (2–5) l Đây định luật kiếc khốp với mạch từ khép kín Đặc tính vật liệu từ đường cong từ hóa ( Hình 2-2) Đây quan hệ phi tuyến phức tạp, biểu diễn dạng hàm giải tích Mặt khác từ thơng khép kín qua khơng khí có nhiều thành phần, nên việc xác định xác từ dẫn khe hở khơng khí khơng đơn giản Vì việc tính tốn mạch từ trở nên phức tạp Hình 2-2 2.1.3 Từ dẫn khe hở khơng khí : Với mạch từ có từ cảm nằm vùng tuyến tính đường cong từ hố , độ từ thẩm µ lớn nên từ trở mạch từ bé, bỏ qua Do độ xác tốn phụ thuộc vào tính từ dẫn khe hở khơng khí Cơng thức tổng qt để tính từ dẫn khe hở khơng khí dựa vào định luật Ơm cho mạch từ sau: Φδ G = (2-6 ) δ U µδ : Uµδ - từ áp rơi khe hở khơng khí δ ; Φδ - từ thơng qua khe hở khơng khí Nếu khe hở khơng khí hai cực từ tương đối bé so với kích thước cực từ (hình 2-3 ) Hình 2-3 coi tiết diện từ thơng tiết diện cực từ thì: S Gδ = Φδ ) [H] = µ0 = B.S H δ U µδ ( 2-7 δ Trong trường hợp ta bỏ qua từ dẫn từ thông tản, từ thơng bao bọc xung quanh khe hở khơng khí δ Sai số từ dẫn G δ lớn khe hở δ lớn Công thức (2-7) sử dụng để tính từ dẫn khe hở khơng khí từ trường khi: Cực từ hình trụ: S = πd / ; δ/d ≤ 0.2 ; Cực từ hình chữ nhật: S = a.b ; a/δ , b/δ ≤ ; Trong thực tế khe hở khơng khí thường có trị số lớn hình dạng cực từ tương đối phức tạp, việc tính tốn từ dẫn khe hở khơng khí phức tạp Có ba phương pháp để tính từ dẫn khe hở khơng khí sau: Phương pháp phân chia từ trường (còn gọi phương pháp Roster) ; Phương pháp dùng công thức kinh nghiệm; Phương pháp đồ thị a) Phương pháp phân chia từ trường: Trong phương pháp từ trường khe hở khơng khí chia thành từ trường thành phần có dạng hình học đơn giản, sau tính từ dẫn từ trường thành phần cuối tổng hợp kết lại để tìm từ dẫn tổng khe hở khơng khí Cơng thức sở để tính từ dẫn hình đơn giản dựa vào phép biến đổi sau: Gδ = µ0 Stb δ Stb δ = µ0 tb δ tb2 = µ0 V ( 2-8 ) δ tb2 tb t: Stb - mặt cắt trung bình hình, vng góc với đường sức từ δtb - độ dài trung bình đường sức từ hình V - thể tích hình b) Phương pháp tính từ dẫn biểu thức kinh nghiệm: Dựa vào số liệu thực nghiệm mơ hình hóa lý thuyết tương tự, tác giả đưa cơng thức giải tích, tính tốn từ dẫn dạng khe khí mạch từ thường gặp cho thành bảng (Bảng 1-3 ) TT Cực từ Từ dẫn π d G = µo ( với : 4δ 2Ro d x1 + 0,96d + = 6,0 π d 0,69 δ + 0,63 c ∆ ≥ 0; x = 1,0 δ )  ab  G=µ  x + 0,58(a + b)  o ∆  2Ro  δ với : = 6,0 ≥ 0; x = 1,0 G = µo ( π d 1,51.d + 0,48d.δ x.d + + 4δ 2,4d + δ 0,22δ + 0,4x vi : x = (1 ữ 2) G = ( o δ d a2 0,14a + 0,58a + + x.a ) δ + 0,17 0,4x ln(105 ) δ+ a δ với : x = (1 ÷ 2)δ kδ kδ (a + )(b + ) π π G= µ với : c δ o δ c < 1,0; k = 1,0 với : π d d ≥ 1,0; k = 0,307 0,157d G = µo () 4δ sin α− sin α + 0,75d c) Phương pháp tính từ dẫn cách vẽ từ trường: Hình 2-10 Phương pháp dùng để xác định từ dẫn khe khí mà cực từ có dạng phức tạp khó xác định phương pháp khác Trước tiên ta dựng mặt đẳng mà mặt mặt cuối mặt bao bề mặt cực từ, đường sức cắt đường đẳng góc vng Từ trường hai cực từ chia thành Sau lắp đặt bảng điện , tủ điện , thiết bị tự động , thiết bị điều khiển cần tiến hành kiểm tra Việc kiểm tra dùng đồng hồ vạn , chuông hay thiét bị gọi dò mạch Trước kiểm tra cần tháo tách cáp liên hệ với bên để hở mạch liên hệ bên bảng tạo thành mạch vòng đèn thử Sơ đồ lắp phải xác , việc lắp kí hiệu thực tế phải phù hợp Khi kiểm tra cần ý đến cụm tiếp điểm thiết bị : Tiếp điểm thường đóng thường mở rơle Vị trí tiếp điểm phải tương ứng với sơ đồ tình trạng khơng có điện thiết bị rơle Cần ý thiết bị làm việc tiếp điểm chuyển mạch Sau kiểm tra việc lắp cần đo điện trở cách điện phần dẫn điện với vỏ , mạch điều khiển , tín hiệu , đo lường bảo vệ mêga ôm mét nêu Cần lưu ý cách điện mạch điện áp dòng điện thiết bị khơng chịu điện áp cao thiết bị đo cần tách trước đo đầu tụ điện dụng cụ bán dẫn cần đấu tắt trước đo Sau kiểm tra việc lắp đặt bảng thiết bị ,ta chuyển sang kiểm tra hệ thống cáp phần khác Khi kiểm tra lắp ráp thấy chỗ chưa thật phạm vi cho phép với sơ đồ thiết kế cần ghi vào sơ đồ Cần trao cho người sử dụng số liệu , tài liệu , văn thử nghiệm 11.2.2 Bảo quản , bảo dưỡng , kiểm tra , hiệu chỉnh sửa chữa khí cụ điện : a)Áp tơmát khí cụ điện khác tủ điện : *)Đối với áptômát hoạt động thiết bị vận hành liên tục , hàng tháng nên tiến hành bảo dưỡng với nội dung sau : - Kiểm tra làm tiếp điểm , hộp dập hồ quang - Kiểm tra làm chi tiết cách điện giẻ tẩm xăng dầu rửa giẻ khô Không nên dùng vật cứng để làm - Kiểm tra làm tiếp điểm phụ , tiếp điểm điều khiển có - Kiểm tra làm mạch điều khiển , mạch tín hiệu mạch tự động - Kiểm tra làm , siết chặt bulông đai ốc đường dây dẫn điện đến sứ cơlê thích hợp , tránh dùng kìm vặn - Thử đóng áptơmát hệ thống mạch tự động hay nút bấm điều khiển từ xa - Kiểm tra làm cấu đóng nắp tự động (nếu có ), đồng thời kiểm tra khoảng thời gian lúc mở đóng lặp lại - Kiểm tra hành trình tiếp điểm động - Kiểm tra phận truyền động kiểm tra áp lực lòxo - Ngồi cần làm thêm yêu cầu riêng cho loại *)Bảo dưỡng sửa chữa định kỳ hàng năm : Thực nội dung bảo dưỡng hàng tháng đồng thời tiến hành thêm nội dung sau : - Thay chi tiết hư hỏng - Tháo làm dập tắt hồ quang Đo kiểm tra điện trở cuộn dây trì , cuộn dây đóng cuộn dây cắt ( có ) - Thực kiểm tra cách điện cầu dao - Lắp phận tháo để kiểm tra theo thứ tự ngược lại - Kiểm tra hành trình tiếp điểm động - Điều chỉnh điện khí - Xem xét kiểm tra lực lo xo theo ca ta lô ( lực kế ) - Ngồi u cầu phải làm thêm yêu cầu riêng cho loại *) Tủ đặt khí cụ tủ điều khiển gồm khí cụ điện định kỳ tháng nên tiến hành với nội dung sau : - Làm phận thiết bị khí cụ ngồi bảng - Tất phận cách điện khí cụ phải lau giẻ tẩm xăng ( Hoặc dầu rửa ), sau lau giẻ khô, không dùng vật cứng để lau - Xiết bulông cờlê đồng thời xem xét bulông có bị phát nóng q mức cho phép hay khơng - Làm , kiểm tra tất cầu dao , cầu chì , khí cụ điều khiển , khí cụ đo lường khí cụ bảo vệ , dây dẫn điện - Kiểm tra vành đai tiếp đất , dây nối đến vành đai , làm xiết chặt dây nối tiếp đất - Những phần tiếp xúc cầu dao phải làm , phải kiẻm tra cấu thao tác , hình dạng lưỡi , lò xo - Kiểm tra trạng thái mở cửa tủ có số khí cụ nằm tủ có hệ thống liên động cho phép làm việc cửa đóng Cần ý việc thực thao tác tiến hành cắt điện kiểm tra trạng thái cắt cách chắn b)Rơle điều khiển bảo vệ : *) Kiểm tra chung : Để rơle phát huy nhiệm vụ có cố bất thường yêu cầu phải bảo dưỡng kiểm tra thường xuyên rơle Để tìm nguyên nhân loại trừ khả hư hỏng rơle , đồng thời trì thơng số theo quy định thiết phải bảo dưỡng tốt , tăng cường kiểm tra thử tác động rơ le vận hành Tuỳ thuộc loại rơle mà kiểm tra có tính chất phức tạp khác Bảo dưỡng rơle thực phòng thí nghiệm chỗ làm việc ; Việc thử , kiểm tra phòng thí nghiệm thực trước đưa vào vận hành sau thời gian vận hành định Kiểm nghiệm rơle phòng thí nghiệm có ưu điểm cho phép xác định tất đặc tính nhờ sử dụng số thiết bị kiểm tra có độ xác cao Thử nghiệm chỗ thực nhờ số thiết bị đo lường xách tay có độ xác thấp thiết bị phòng thí nghiệm Tuy việc thử có ưu điểm thử với sơ đồ cụ thể , thử cần loại khỏi vòng làm việc sơ cấp cần theo dõi hoạt động khí cụ có tín hiệu bảo vệ Khi đưa vào làm việc hay sau thời gian cải tạo sửa chữa , ngừng làm việc cần tiến hành kiểm tra trạng thái cách diện cách đo điện trở cách điện thử với diện áp xoay chiều tăng cao Việc kiểm tra điều chỉnh rơle cần tiến hành theo ba bước sau : - Bắt đầu xem xét rơle việc quan sát bên ngồi , vỏ , kính , cặp chì ngun vẹn hay khơng Khi mở nắp cần ý chất lượng đệm ngăn bụi vào rơle Tiến hành quan sát bên lau bụi , phoi , mạt kim loại bút lông nhỏ hay khăn lau sạch, tiến hành kiểm tra độ tiếp điểm ( làm tiếp điểm cần ) , sơn cách điện chống ăn mòn tốt Kiểm tra chất lượng mối hàn nhìn thấy , kiểm tra bắt chặt vít êcu tuốcnơvít cờlê Chú ý quan sát lòxo , sửa chữa chỗ bị cong vênh lò xo Hệ thống động rơle phải chuyển dịch tự , không sát , không vênh Khi quay xê dịch hệ thống phải cảm thấy có mơmen lò xo chống lại Lò xo phải làm cho hệ thống quay vị trí ban đầu sau dùng tay xê dịch khỏi vị trí cân Kiểm tra việc đặt vị trí vít tì giới hạn hệ thống động rơle Kiểm tra làm việc phận hiệu chỉnh đồng hồ đo lường , đếm thời gian rơle thời gian phải lam cho rơle tác động tất vị trí đặt Tiến hành điều chỉnh tiếp điểm rơle thời gian xem xét phải tuân theo hướng dẫn đặc biệt - Giai đoạn hiệu chỉnh thứ hai kiểm tra phần tử riêng biệt thiết bị rơle Kiểm tra nguyên vẹn đo điện trở cách điện cuộn dây Đối với rơle nhiều cuộn dây , cần xác định đầu cực tính cuộn dây , hệ số biến đổi điện áp biến áp phụ v.v - Giai đoạn thứ ba điều chỉnh rơle để đảm bảo điều kiện chuyển mạch tiếp điểm 11.3 Một vài tượng hư hỏng thông thường cách khắc phục 11.3.1 Những ngun nhân chung : Các khí cụ điện nói chung thường bị hư hỏng nguyên nhân sau : - Việc điều khiển tự động truyền động điện hầu hết máy công cụ thực theo hàm thời gian hay hàm hành trình , làm cho khí cụ phải đóng ngắt nhiều điều kiện nặng nề thường xuyên xuất trình độ - Tần số đóng ngắt khí cụ lớn làm chấn động mau hỏng cấu điện từ mối ghép - Mơi trường xung quanh có bụi , nhiều chất ăn mòn làm ảnh hưởng tới tuổi thọ khí cụ Kinh nghiệm thực tế cho thấy dạng cố hay xảy cháy hỏng tiếp điểm , hư hỏng cuộn dây , thường gặp công tắc tơ khởi động từ , rơle trung gian 11.3.2 Hư hỏng tiếp điểm : *) Nguyên nhân : - Lựa chọn khơng cơng suất khí cụ điện : Về dòng điện định mức , tần số thao tác cho phép khí cụ khơng với thực tế - Lực ép lên tiếp điểm không đủ - Giá đỡ tiếp điểm không phẳng , cong vênh v.v lắp ghép lệch - Bề mặt tiếp điểm bị xy hố xâm thực mơi trường làm việc ( Có hố chất , ẩm ướt ) - Do hậu việc xuất dòng ngắn mạch pha với đất hai pha với phía sau cơng tắc tơ hay khởi động từ *) Biện pháp sửa chữa : - Lựa chọn khí cụ cho cơng suất , dòng điện , điện áp ché độ làm việc tương ứng - Kiểm tra , nắn thẳng độ phẳng giá đỡ tiếp điểm , điều chỉnh độ trùng khít tiếp điểm động tiếp điểm tĩnh - Kiểm tra lại lò xo tiếp điểm động có bị méo , biến dạng hay bị lệch khỏi cốt giữ hay không Phải điều chỉnh lực ép lên tiếp điểm kiểm tra lực kế - Thay tiếp điểm dự phòng ttiếp điểm bị mòn , cháy hỏng Trong điều kiện làm việc có đảo chiều hãm ngược , tiếp điểm nhanh chóng bị mài mòn , hư hỏng nên 2,3 tháng phải thay ,tiếp điểm động hay hỏng tiếp điểm tĩnh 11.3.3 Hư hỏng cuộn dây : *) Nguyên nhân : - Ngắn mạch cục vòng dây cách điện xấu ; - Ngắn mạch dây dẫn cách điện xấu ngắn mạch dây dẫn vòng dây quấn cn dây đặt giao khơng có lớp lót cách điện - Đứt dây quấn - Điện áp tăng cao so với điện áp định mức cuộn dây - Cách điện cuộn dây bị phá hỏng va đập khí - Cách điện cuộn dây bị phá huỷ cuộn dây bị q nóng tính tốn sai thơng số quấn lại cuộn dây , lõi thép không hút hồn tồn , điều chỉnh khơng hành trình lõi thép - Do nước , dầu ,hơi muối , hoá chất v.v moi trường xâm thực làm thủng cách điện vòng dây *) Biện pháp sửa chữa : - Kiểm tra loại trừ ngun nhân bên ngồi gây hư hỏng cuộn dây quấn lại cuộn theo mẫu , tính tốn lại cuộn dây theo điện áp , công suất tiêu thụ yêu cầu - Khi quấn lại cuộn dây , cần dảm bảo công nghệ sửa chữa kỹ thuật yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền tuổi thọ cuộn dây 11.3.4 Về tượng hư hỏng cầu chì ống cầu dao đóng ngắt tay : Nguyên nhân hư hỏng thường dây chảy sai quy cách , cháy đứt , khơng khí bên ống tăng nhanh chóng gây áp lực đẩy hồ quang thành ống làm cháy ống phíp , làm hỏng cách điện đế nhựa cách điện đế đá cầu dao Việc sử dụng kỹ thuật cần thiết , chẳng hạn phải vặn chặt nắp cầu chì ống , đóng mở dứt khốt cầu dao v.v 11.4 Tính tốn sửa chữa khí cụ điện 11.4.1 Tính tốn cuộn dây khí cụ điện : a)Tính tốn cuộn dây chiều : Những số liệu dây quấn cuộn dây với chế độ làm việc dài hạn phải tính tốn cho phát nóng phần cách điện khơng vượt q giá trị cho phép Khi làm việc dài hạn , công suất cho phép lớn cuộn dây Nmax xác định diện tích bề mặt điều kiện truyền nhiệt Sự phụ thuộc biểu diễn phương trình sau : ’ ’’ Nmax = k Skk.τkk + k Skl.τkl : Skk - Diện tích bề mặt ngồi khơng khí Skl - Diện tích bề mặt tiếp xúc với kim loại τkk ,τkl - Độ tăng nhiệt độ bề mặt Skk , Skl ’ ’’ o k , k - Hệ số toả nhiệt ứng với C Các cuộn dây quấn dây dẫn cách điện êmay dây bọc sợi , o vinyl có nhiệt độ phát nóng cho phép gần giống ( 105 – 110 C ) Từ cơng thức viết : N = k1.Skk + k2.Skl ’ ’’ Ở : k1 = k τkk k2 = k τk l – hệ số toả nhiệt cực đại ứng với τkk vàτkl đơn vị diện tích Nhiệt độ cuộn dây có trị số lớn lớp cuộn dây giảm dần đến bề mặt hay Bề dày cuộn dây lớn chênh lệch nhiệt độ lớn Để tính tốn ta dùng bảng để xác định k1 k2 với ba loại sau : Loại I : Những cuộn dây đặt tự lõi , sơn tẩm cách điện quấn ống lót cactơng cách điện loại khơng có cốt ( sườn) Loại II : Cuộn dây quấn sát lõi , sơn tẩm cách điện Loại III : Các cuộn dây quấn xếp chồng ống lót cáctơng cách diện khơng nhúng tẩm , sơn bề mặt Chiều dầy cuộn dây : a= Loại Hệ số II k1 k2 Dng − Dtr Chiều dày cuộn dây a (mm) 10 -17 17- 25 25 -35 0,125 0.115 0,10 0,075 0.065 0,06 II 0,135 0,190 0,114 0,068 k1 k2 k1 k2 III 0,125 0,77 0,104 0,059 0,105 0,145 0,091 0,054 Biết cơng suất cuộn dây tính sức từ động số liệu cuộn dây : FM = N S  ltb  [ Ampe vòng ] với : S – diện tích cửa sổ [mm ] ltb – chiều dài trung bình vòng dây [mm] ϕ - hệ số lấp đầy ρ - điện trở suất vật liệu làm dây [ Ωcm ] Biết s.t.đ tìm tiết diện dây dẫn số vòng cuộn dây ứng với điện áp U : F = M U W = R U ρ.l W tb U q W = ρ.l tb q với : q – tiết diện dây dẫn không kể lớp cách điện Vậy : FM ρ.ltb q= U Đường kính dây dẫn số vòng : d = q ≈ 1,13 q ;  S.ϕ W = q cd cd với : ϕcd – hệ số lấp đầy dây dẫn có cách điện qcd – tiết diện dây dẫn có cách điện ϕ= W q S ϕcd = W qcd S nên ta lấy : ϕcd = ϕ qcd = 0,5 ÷ 0,6 q b)Tính tốn gần cuộn dây xoay chiều xác định hệ số lấp đầy : Để tính tốn công suất số liệu quấn dây cuộn dây xoay chiều , ngồi kích thước cần phải biết đặc điểm mạch từ Độ bão hòa , tổn hao thép , độ cảm ứng dòng điện cuộn dây phụ thuộc vào tiết diện cấu trúc mạch từ Ta tính tốn gần cuộn dây sử dụng cực đại thể tích : Từ cơng thức : U ≈ E = 4,44.W.f.Bm.Qm : B –là cường độ từ cảm [ T = Wb/m ] Q – tiết diện lõi thép [m ] B tính Gauxơ ; Q tính cm : -8 E = 4,44.W.f.Bm.Qm.10 Nếu sử dụng tốt mạch từ khí cụ điện xoay chiều với cuộn dây điện áp cường độ từ cảm Bm = ( ÷ 11).10 [ Gauxơ] cuộn dây với tần số lưới 50Hz viết : -8 E = 4,44.50.W ( ÷ 11).10 Qm 10 -2 = ( 1,6 ÷ 2,5 ).10 W.Qm W gọi : ' 102 W = = = (40 ÷ 60) (1,6 ÷ 2,5).Qm E Qm cách gần ta lấy : 50 ' W = Qm Cuộn dây làm việc điện áp U cần có số vòng : W = W’.U ( vòng ) Sau q trình tính tốn giống cuộn dây chiều : Diện tích cửa sổ : S=  Dng − Dtr   h     đường kính dây tiết diện dây : ϕ.S q= W ; d = 1.13.q Căn vào bảng kích thước dây dẫn để lựa chọn dây dãn cho phù hợp Hệ số lấp đầy ϕ định nghĩa : W ϕ = q S Trong trường hợp có vòng dây diện tích cửa sổ : S2 =d 1vg với dcd cd đường kính dây dẫn cách điện Như hệ số lấp đầy lý thuyết : π d d 2 = ϕlt   = 0,785  4.dc d  d cd   Trên thực tế dây dẫn trường hợp quấn thực sát vòng tồn khe hở diện tích sử dụng cửa sổ thực tế đạt 80 % ÷ 90% nên :  d 2 ϕth = 0,785.    d cd  d 2 (0,8 ÷ 0,9) = (0,63 ÷   cd  0,74).  d Phụ thuộc vào lớp cách điện mà giá trị ϕlt ϕth khác Trên hình vẽ cho ta quan hệ d với ϕlt ϕth 11.4.2 Tính tốn lại cuộn dây khí cụ điện : Khi tính tốn lại cuộn dây khí cụ điện phải đảm bảo giữ nguyên thể tích cuộn dây đồng thời vào điều kiện ban đầu : - Từ thơng giữ ngun s.t.đ FM = I.W không đổi - Các ống dây có hình dạng khơng đổi có diện tích cửa sổ không đổi Tổn hao nhiệt cuộn dây không 2đổi : R1I t1 = R2I t2 = const - Hệ số lấp đầy ϕcđ cửa sổ không đổi : ϕcd = w1.q1cd w2 q2 cd = S S a)Tính tốn lại cuộn dây theo giá trị điện áp khác dòng điện khác : *)Theo điện áp khác : Đối với cuộn dây chiều ta có : U1 = R1.I1  U I R2 U I R = U = R I mà = ρ.ltb R1  R = ρ.ltb qw 1 w2 Vậy : U2 = I w2 2 q1 π=.d U1 q2 U1 hay q = q U U2 q= từ điều kiện ban đầu ta có : I1.w1 = I2.w2 nên : q1 U1 I1.w1.q2 mà : R1 w1.q2 R = w q q 2 d = d U1 U2 nên : q1cd w =w từ điều kiện ta có : ≈w U2 q 2cd U1 Đối với cuộn dây dùng nguồn xoay chiều sđđ ứng với vòng dây tính biểu thức : Ew = 4,44.f.φmax Khi tính tốn lại cuộn dây đại lượng Ew vẫnUkhơng w thay đổi nênUta có : U1 = Ew w1  = ⇒w =w U = Ew  w2  U w2 U từ điều kiện ta có : w1.q1cđ = w2.q2cđ w1 = q2cd 2c d cách gần ta có : w2 q1cd *) Theo dòng điện khác : Từ điều kiện ta có : Do : d 2cd = d w1 w2 =d d w1 w2 1cd 1cd ≈ d1 U1 U2 I1.w1 = I2.w2 Thay vào công thức : w2 = w1 I1 q2cd I2 w1 I q1cd = w2 = I1 Vậy : q2cd = q1cd I1 I 2c d = d1cd I2 I1 d b) Tính tốn lại cuộn dây với hệ số thông điện khác (TĐ%): Một số cuộn dây cho phép làm việc với TĐ% định ; song cần tính tốn lại cuộn dây để làm việc với hệ số thông điện TĐ% khác trước Viẹc tính tốn phải dựa sở điều kiện tổn hao nhiệt lượng hai trường hợp phải không thay đổi tức : 2 R1.I t1 = R2I t2 RI Từ ta có : 1 Do : t =R I2 t2 2 tck 2t ck R1I TĐ1 = R2I TĐ2 t1,t2 thời gian làm việc ứng với TĐ1, TĐ2 chu kỳ tck *) Đối với cuộn dây chiều : Từ biểu thức ta có : R R2 = I TD 2 I 21 TD1 (*) mặt khác điện áp đưa vào cuộn dây khơng đổi nên U1 = U2 : I R =I R ; 1 2 R1 = R2 I2 I1 Thay vào giản ước ta có : R2 TD2 R1 = TD1 từ ta có : R w1.q2 nên TD1 w1 q2 = TD2 = w2 q1 R w2 q1 Từ điều kiện cuối ta có : w1 q2cd = w2 q1cd Nên viết : TD TD2 = q q 2cd d d 2 q1c d q1 = 2cd 2 d1cd d1 cách gần : d4 TD TD2 = d hay d = d TD TD *)Đối với cuộn dây xoay chiều : Khi điện áp vào cuộn dây không đổi ta có stđ ứng với vòng dây cuộn dây không đổi : Ew = 4,44.φmax = const Do : U1 = Ew w1 U2 = Ew.w2 Suy : w1 = w2 Từ điều kiện : FM = I1w1 = I2w2 I1 = I2 thay vào biểu thức (*) ta : hay : R1 TD2 = R2 TD1 R q d TD 1 = = 2= d TD R2 q TD2 d = d1 TD1 Như dòng xoay chiều , giảm TD% cho phép quấn lại cuộn dây với đường kính nhỏ 11.5 Tính tốn bảo vệ cầu chì , áptơmát Để bảo vệ thiết bị điện không bị phá hỏng tải hay ngắn mạch ta dùng cầu chì áptơmát Muốn phát huy vai trò nhiệm vụ khí cụ điện bảo vệ tốt cần phải tính tốn cho phù hợp thơng số cầu chì áptơmát Dòng điện định mức cầu chì dòng điện tác động áptơmát tính sau : 1.Xác định dòng điện tính tốn Itt tương ứng với cơng suất Ptt tất trang thiết bị điện tiêu thụ điện nhóm ( dòng điện pha ) : Itt = Ptt 3U cos với : Ptt - Là tổng công suất thiết bị điện tiêu thụ dòng ba pha có nhóm U – Điện áp lưới ( điện áp dây ) cosϕ - Hệ số cơng suất nhóm 2.Xác định dòng điện lớn ( Dòng điện khởi động lớn ) Đối với động : Ikđ =Knm.Iđm : Iđm – dòng điện định mức động điện Knm – Bội số dòng điện khởi động ( Thường lấy với động KĐB rotor lồng sóc = ÷8 động KĐB rotor dây quấn = với động chiều = 1,7) Đối với nhiều động nhóm không đồng thời khởi động : Ikđ =ΣIđm + (Knm -1)Iđmmax : ΣIđm – tổng dòng điện định mức tất động Iđmmax – dòng điện định mức động có cơng suất lớn đồng thời có hệ số khởi động lớn 3.Xác định dòng điện tác động áptơmát : - Rơle nhiệt điều chỉnh với dòng điện dòng tính tốn ; - Rơ le điện từ tác động nhanh tức thời điều chỉnh dòng tác động : Itđ ≥ 1,2 Ikđ Hoặc Itđ ≥ 1,2 Ikđ Itt = Ikđ 4.Xác định dòng điện định mức cầu chì : Dòng điện định mức cầu chì thỏa mãn điều kiện sau : Icc ≥ Itt Icc ≥ Ikđ/c Trong c = 2,5 động có thời gian khởi động ngắn ( từ đến 10 giây ) khởi động nhẹ nhàng sau thời gian dài khởi động trở lại C = 1,6 đến động khởi động thời gian dài ( đến 40 giây ) sau thời gian ngắn lại khởi động trở lại Chương 12 : CÁC KHÍ CỤ HẠ ÁP KHÁC 10.1.Thiết bị ổn áp xoay chiều 12.1.1.Khái niệm chung : Các ổn áp xoay chiều thiết bị điện tự động trì đại lượng điện áp xoay chiều đầu khơng đổi đầu vào thay đổi phạm vi định Mỗi thiết bị điện chế tạo để làm việc với giá trị điện áp định gọi điện áp định mức Trong thực tế lưới điện cung cấp bị biến động tron phạm vi cho phép ( từ 0,85 đến 1,1U đm) Nếu thiết bị điện làm việc điện áp khơng ổn định , đặc tính thiết bị không ổn định theo , tuổi thọ bị giảm , ổn áp xoay chiều đảm bảo cung cấp điện áp ổn định cho thiết bị hoạt động Chất lượng ổn áp đánh giá hệ số ổn định độ méo dạng sóng đầu Hệ số ổn định ổn áp : K od = ∆U R ∆UV U V ∆U R : = UR UV UR ∆UV : UV , UR điện áp định mức đầu vào , đầu ∆UV ,∆UR độ dao động điện áp đù vào , đầu Nếu điện áp đm đầu vào , đầu hệ số ổn định : K od ∆UR = ∆U V kođ nhỏ độ ổn định tốt Chất lượng ổn áp đánh giá độ méo điện áp đầu so với điện áp đầu vào hình sin , điện áp bị méo ( khơng sin) ngồi thành phần sóng c ( bậc1) , có sóng hài bậc cao , ảnh hưởng đến chế độ làm việc thiết bị gây nhiễu cho lưới điện Có nhiều kiểu ổn áp xoay chiều với nguyên lý làm việc khác Chúng thường phân làm hai nhóm : Nhóm ổn áp thơng số ( khơng có điều khiển ) nhóm ổn áp bù ( có điều khiển ) 12.1.2 Ổn áp sắt từ : Nguyên lý làm việc loại ổn áp sau : Gồm hai cuộn kháng nối tiếp , cuộn tuyến tính , cuộn phi tuyến Điện áp đặt vào hai cuộn điện áp lấy cuộn phi tuyến nên ổn định ( hình 12 – 1TL1) Nhược điểm sơ đồ điện áp lấy thấp điện áp vào dòng từ hóa lớn cuộn kháng làm việc trạng thái bão hòa để khắc phục , cuộn kháng bão hòa quấn kiểu biến áp tự ngẫu , có tụ nối song song có thêm cuộn bù , quấn ngược cực tính chung lõi với cuộn tuyến tính ( hình 12 – 2TL1) trị số tụ điện chọn cho tạo thành mạch cộng hưởng LC với sóng bậc để lọc độ méo sóng nên gọi ổn áp sắt từ cộng hưởng Tải ổn áp tải trở ,nếu tải có tính kháng lớn , điểm làm việc không thiết kế khơng đảm bảo điều kiện bão hòa ban đầu L2 12.1.3 Ổn áp kiểu supvolter( Biến áp tự ngẫu ): a) Ổn áp kiểu Supvolter nhảy cấp : Nguyên lý làm việc loại trình bày hình 12 -3TL1 Nó gồm chuyển mạch đấu với biến áp tự ngẫu , có nhiều nấc đầu vào Khi điện áp thay đổi cấu so sánh lấy tín hiệu từ điện áp so sánh với điện áp mẫu ( chuẩn ) cấp tín hiệu cho điều khiển Bộ điều khiển có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu so sánh điều khiển chuyển mạch để chọn nấc điện áp thích hợp cho điện áp gần điện áp định mức Đặc điểm loại ổn áp kiểu điện áp nhảy cấp cỡ 2% Uđm , dạng sóng hình sin Bộ chuyển mạch làm việc tải nên chế độ làm việc nặng nề ( Hồ quang lớn ) Ổn áp kiểu tự ngẫu kết hợp với bán dẫn : ... NCĐ có hai phận mạch từ (phần từ ) cu n dây (phần điện ) Nếu cu n dây mắc nối tiếp với phụ tải ta có cu n dòng điện, cu n dây mắc song song với phụ tải ta có cu n điện áp Hình 2-1 2.1.2 Mạch... lượng : Khi đóng điện vào cu n dây ta có phương trình cân điện áp: u = i.R + dψ dt (2-41) Nhân hai vế phương trình với idt ta được: u.i.dt = i R.dt + i.dψ Trong đó: u.i.dt lượng nguồn cung cấp... nhận thấy điện áp nguồn khơng đổi từ thơng Φm khơng đổi; mạch từ chiều s.t.đ cu n dây ( I.w) khơng đổi dòng chảy cu n dây phụ thuộc vào điện trở Ở mạch từ xoay chiều tổn hao lượng lõi thép vòng