Bài giảng Khí cụ điện - Phần II: Khí cụ điện hạ áp - Chương 5: Thiết bị bảo vệ - Nguyễn Văn Ánh

KHÍ CỤ ĐIỆN TS.NGUYỄN VĂN ÁNH BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ, VIỆN ĐIỆN C3 - 106, TEL. 3869 2511 EMAIL:ANH.NGUYENVAN1@HUST.EDU.VN PHẦN II KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP Chương 5: Thiết bị bảo vệ • 5.1 Khái niệm chung • 5.2 Đặc tính bảo vệ thiết bị • 5.3 Cầu dao • 5.4 Cầu chì • 5.5 Áp tô mát • 5.6 Tính chọn thiết bị bảo vệ  Khi thiết kế mạng điện, các kỹ sư cần phải đảm bảo tất cả các thiết bị điện hoạt động trong mạng điện đều được bảo vệ khỏi sự cố như quá tải hoặc ngắn mạch. 5.1 Khái niệm chung  Hệ thống máy cắt hạ áp, bảo vệ điện cho một tòa nhà ở một sân bay ở Wasington, Mỹ  Việc thiết kế hệ thống bảo vệ và các thiết bị tự động bảo vệ sử dụng trong mạch điện phải đáp ứng các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế. Có chức năng đóng cắt khẩn cấp Đóng cắt để bảo dưỡng cơ khí Đóng cắt được Điều khiểnBảo vệ mạch điện khỏi Cách ly Dòng điện quá tải Dòng điện ngắn mạch Tạo ra khoảng cách cách ly nhìn thấy được Có chỉ thị cách ly băng cơ khí  Khi sự cố điện xảy ra, dòng điện chảy qua thiết bị điện thường lớn hơn giá trị định mức. Tùy thuộc vào độ lớn dòng điện, mà thời gian làm việc cho phép đối với thiết bị là ngắn hay dài. 5.2 Đặc tính bảo vệ thiết bị 1 3 2 I (A) Ia ta t(s) Đặc tính thiết bị cần bảo vệ Đặc tính thiết bị bảo vệ lý tưởng Đặc tính thiết bị bảo vệ thực tế  Là KCĐ dùng để đóng cắt bằng tay, không thường xuyên mạch điện một chiều hoặc xoay chiều đến điện áp 660V 5.3 Cầu Dao Vật liệu cách điện Tiếp điểm Má dao Giá đỡ  Cầu dao cách ly (isolator hay disconnector):dùng để đóng cắt dòng điện không tải, mục đích của nó là tạo ra khoảng cách cách ly an toàn dễ nhìn thấy cho người sử dụng Cầu dao cách ly Ký hiệu trong sơ đồ thiết kế điện  Cầu dao cắt tải (load breaking switch):dùng để đóng hoặc cắt dòng điện tải ở chế độ thông thường không có sự cố và nó không có chức năng bảo vệ mạch Cầu dao cắt tải Ký hiệu trong sơ đồ thiết kế điện • Để vừa đóng cắt và vừa bảo vệ mạch điện khi có sự cố xảy ra trong mạch, người ta có thể kết hợp cầu dao đi kèm với cầu chì  là một thiết bị bảo vệ, nó tự động cắt mạch điện khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch. 5.4 Cầu Chì (Fuse) Dây chảy Vỏ cách điện Tiếp điểm Ký hiệu trong sơ đồ thiết kế điệnCầu chì  Thiết kế cầu chì công suất lớn có buồng dập hồ quang Tiếp điểm Tiếp điểm Chỉ thị Nắp Ceramic Dây chảy Mối hàn Cát Silica Dây chỉ thị Nắp  Dây chảy là bộ phận quan trọng nhất, việc thiết kế dây chảy sẽ ảnh hưởng mang tính quyết định đến đặc tính bảo vệ tải của thiết bị này Dây chảy và đặc tính bảo vệ Vùng giới hạn Do nhiệt nóng chảy của dây chảy lớn (đồng: 10800C và bạc 9600C), nên thiết kế này chỉ cắt được dòng ngắn mạch. Tiếp điểm Tiếp điểm Chỉ thị Nắp Ceramic Dây chảy Mối hàn Cát Silica Dây chỉ thị Nắp Hiệu ứng M, cắt dòng quá tải Vùng giới hạn Mối hàn Dây chảy mới Dây chảy với sự cố quá tải Dây chảy với sự cố ngắn mạch • Dây chảy phản ứng khác nhau với từng trường hợp quá tải và ngắn mạch  Tải chỉ được bảo vệ ở vùng B với dòng quá tải lớn hoặc ngắn mạch. Trong khi đó, mặc dù có quá tải xảy ra ở vùng A, nhưng cầu chì không bảo vệ được tải. Đặc tính bảo vệ của cầu chì Đặc tính bảo vệ tải Đặc tính thực tế của cầu chì A B Đặc tính lý thuyết của cầu chì I (A) Ia ItđIđm ta t(s)  Theo tiêu chuẩn IEC 60269 quy định về đặc tính của cầu chì thông qua ký hiệu gồm hai chữ số:  Nếu chữ số đầu tiên là ‘a’, thì cầu chì chỉ bảo vệ ngắn mạch; Nếu chữ số đầu tiên là ‘g’, thì cầu chì bảo vệ cả quá tải lẫn ngắn mạch  Chữ số thứ 2 thể hiện đặc điểm của tải, ví dụ M: Động cơ hay G: bảo vệ đường dây cáp  là thiết bị dùng để đóng cắt mạch điện tự động hoặc bằng tay trong trường hợp sự cố cũng như bình thường 5.5 Áp tô mát (Circuit breaker) Rơ le dòng dò Cuận dây điện áp thấp Cuận dây đóng cắt từ xa Có thể thêm Có thể thêm áp tô mát điện tử Điều kiện nếu cóCác chức năng Cách ly Điều khiển Bảo vệ Điều khiển từ xa Chỉ thị và đo lường Quá tải Ngắn mạch Hở mạch Điện áp thấp Hoạt động Khóa khẩn cấp Tháo ra để bảo dưỡng cơ khí • Sơ đồ cấu tạo • Phần tử đóng cắt mạch • Hệ thống khóa • Các phần tử tác động • Tiếp điểm đầu nối vào ra Đặc tính làm việc Phần tử tác động nhiệt Phần tử tác động từ • Bảo vệ quá tải: Được thực hiện bởi phần tử tác động nhiệt (Ir) • Bảo vệ ngắn mạch: Được thực hiện bởi phần tử tác động từ (Im) • Đặc tính bảo vệ của áp tô mát:gồm hai vùng, bảo vệ quá tải và bảo vệ ngắn mạch Vùng bảo vệ quá tải Vùng bảo vệ ngắn mạch t(s) I(A)Ir Im • khi tính chọn áp tô mát để bảo vệ thiết bị điện, hai yếu tố quan trọng nhất đó là dòng tác động quá tải (Ir), và dòng tác động ngắn mạch (Im) • Đặc tính bảo vệ của áp tô mát có thể điều chỉnh được 5.6 Tính toán và lựa chọn áp tô mát 5.6 Tính toán và lựa chọn áp tô mát 5.6 Tính toán và lựa chọn áp tô mát Inm = Ikđ =