BÀI 3: KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ

3.1. Nam châm điện

3.1.1. Cấu tạo.

Nam châm điện gồm 2 phần: 1 là cuộn day tạo từ trường và lõi dẫn (khuếch đại) 2 là nguồn điện

˗                Cuộn dây: Một dây dẫn điện với vài vòng đến nhiều vòng quấn quanh lõi sắt từ

˗                Nguồn điện: Một dòng điện với vài volt đến 220v hoặc hơn

3.1.2. Nguyên lý hoạt động và phân loại

Nguyên lý hoạt động

Dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường vật liệu sắt từ đặt trong từ trường sẽ bị từ hoá và có cực tính ngược lại với cực tính của cuộn dây, cho nên sẽ bị hút về phía cuộn dây

Nếu đổi chiều dòng điện trong cuộn dây thì từ trường trong cuộn dây cũng đổi chiều và vật liệu sắt từ bị từ hoá có cực tính ngược với cực tính của cuộn dây, cho nên chiều lực hút không đổi.

Phân loại

Phân loại theo nguồn điện.

˗                Cơ cấu điện từ một chiều

˗                Cơ cấu điện từ xoay chiều

Theo cách nối cuộn dây vào nguồn điện

˗                Nối nối tiếp

˗                Nối song song

Theo hình dạng mạch từ

˗                Mạch từ hút chập

Mạch từ hút xoáy (quay một trục hay một cạnh ) hút kiểu bít tong

3.1.3. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.

˗                Điện chập chờn

˗                Sử dụng không bảo dưỡng

˗                Sự rung do ngắn mạch trong nam châm xoay chiều

3.1.4. Sửa chữa nam châm điện.

˗                Thay đổi từ trường nam châm dựa vào điều khiển dòng điện qua cuộn dây

˗                Gắn vòng chống rung đối với nam châm điện xoay chiều nhằm ổn định nhiệt và ổn đinh điện động

3.2. Rơle điện từ

3.2.1. Cấu tạo

Xét hình 3.2 biểu diền rơ le điện từ có lõi sắt từ gồm: phần cốđịnh 1, phần nắp chuyển động 2, cuộn dây kích thích 3, lò xo 4, tiếp điểm cố định 5, tiếp điểm động 6 đặt ở phần nắp chuyển động 2, cuộn kích thích 3 được cung cấp một dòng điện.

Khi cho dòng điện i đi vào cuộn dây của nam châm thì thì nắp sẽ chịu một lực hút F. Lực hút đặt vào nắp:                                                          

với:      d - Khe hở

i- Dòng điện

K- hệ số tỷ lệ

Vậy lực hút điện từ tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện và tỷ lệ nghịch với bình phương khe hở.

3.2.2. Nguyên lý làm việc

Lò xo 4 sinh ra lực phản kháng thắng lực F trên nắp sẽ giữ nguyên không chuyển động cho đến lúc dòng điện vượt quá giá trị dòng điện tác động I_tđ khi đó dòng điện đủ lớn sinh ra lực hút điện từ sẽ lớn thắng lực phản kháng của lò xo. Nắp bắt đầu chuyển động và bị hút thẳng vào má cực của phần lõi cố định.

Do nắp chuyển động nên chiều dài khe hở không khí giảm do đó lực F càng tăng luôn luôn thắng lực lò xo cho đến lúc nắp bị hút hoàn toàn về má cực. Kết quả là tiếp điểm 6 và 5 tiếp xúc nhau và đóng mạnh điều khiển.

Khi dòng điện trong cuộn dây 3 giảm đến giá trị I_tv< I_tđ  (I_tv dòng điện trở về) lực lò xo thắng lực hút điện từ,  nắp sẽ đưa về vị trí ban đầu mở tiếp điểm và cắt mạch điện điều khiển.

Tỷ số                      gọi là hệ số trở về

Đối với rơ le tiểu K_tv>1

Rơle làm việc càng chính xác khi K_tv càng gần giá trị 1.

Tỷ số giữa công suất điều khiển P_đk của rơle và công suất cần thiết để rơ le tác động P_tđ gọi là hệ số điều khiển K_đk.

Rơle càng nhạy K_đk càng lớn.

Khoảng thời gian từ lúc dòng điện i bắt đầu lơn hơn I_tđ đến lúc chấm dứt sự hoạt động của rơle gọi là thời gian tác động t_tđ.

Rơ le điện từ phân ra hai loại :

˗                Rơle một chiều thì   nên   (U: Điện áp đặt vào cuộn dây).

˗                Rơle xoay chiều: F = 0 (tần số 2f ) khi I = 0, giá trị trung bình của lực hút điện từ sẽ là:  nếu cuộn dây đặt song song với nguồn điện áp U thì :

.

Nam châm điện xoay chiều khi lực F = 0 lò xo kéo nắp ra, do vậy rơ le loại này khi làm việc có rung động gây ra tiếng kêu, để hạn chế người ta sử dụng vòng ngắn mạch

3.2.3. Ứng dụng rơle điện từ.

Rơ le là một loại khí cụ điện đóng cắt tự động mà tín hiệu đầu ra nhảy cấp điện khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.

Rơ le điện từ có đặc điểm sau :

˗                Công suất điều khiển P_đk từ vài w đến hàng nghìn w.

˗                Công suất tác động P_tđ từ vài phần w đến hàng trăm w.

˗                Hệ số điều khiển K_đk = (5420)

˗                Thời gian tác động t_tđ= (2420) ms.

Nhược điểm của rơ le điện từ

P_td (công suất tác động) tương đối lớn.

Độ nhậy thấp.

Hệ số điều khiển K_đk nhỏ.

Hiện nay có xu hướng cải tiến ứng dụng vật liệu sắt từ mới sản xuất các loại rơ le để tăng K_đk

3.2.4. Rơ le dòng điện

˗                Công dụng: Rơ le dòng điện dùng để bảo vệ mạch điện như dòng điện trong mạch vượt quá giá trị nào đó đã được chỉnh định trong rơ le. Nói cách khác dùng để bảo vệ ngắn mạch hay quá tải lớn đột ngột cho mạng điện.

˗                Cấu tạo :

Hình 3-3 : Nguyên lý cấu tạo của rơle dòng điện cực đại

1.            Mạch từ

2.            Cuộn dây có nhiều đầu ra

3.            Nắp từ động có hình chữ Z

4.            Lò xo xoắn

*Nguyên lý làm việc :

       Ở chế độ làm việc bình thường (lưới điện, phụ tải) không có sự cố thì rơle làm việc ở trạng thái như hình vẽ.

Khi xảy ra sự xố ngắn mạnh hoặc quá tải lớn sức từ động do cuộn dây số 2 sinh ra F = I.W đủ lớn hút nắp thép số 3 thắng sức cản của lò xo 4 làm cho nắp thép số 3 quay ( theo chiều kim đồng hồ) qua bộ phận cơ khí mở tiếp điểm cắt điện cho phụ tải.

*Muốn chỉnh định rơ le thì chỉnh định theo hai cách:

˗                Chuyển nối hai cuộn dây từ nối tiếp (khi dòng điện tác động nhỏ) song song (khi dòng điện lớn gấp đôi) đây là phương pháp chỉnh thể

˗                Chỉnh sức căng của lò xo xoắn 4 đây là phương pháp chỉnh tính

3.2.5.   Rơ le điện áp

˗                Công dụng: Rơle điện áp dùng để các thiết bị điện khi điện áp đặt vào thiết bị tăng quá hoặc giảm  quá mức qui định

˗                Cấu tạo: Hình 3-4 trình bầy nguyên lý cấu tạo của rơ le điện áp.

Cấu tạo :

1- lõi thép

2- cuộn dây

3- lá sắt non

4- tiếp điểm động

5- tiếp điểm tĩnh

6- lò xo phản kháng                                   

Hình 3-4 : Nguyên lý cấu tạo của Rơ le điện áp

*Nguyên lý làm việc :

Ở chế độ làm việc bình thường rơ le làm việc ở trạng thái đúng như hình vẽ.

Khi xảy ra sự cố, điện áp lưới giảm quá trị số cho phép (U_­lưới < U_{dm rơle} ) lúc này dòng điện  đi qua cuộn dây sẽ giảm và lực từ tác dụng lên lá sắt nên chữ Z giảm và nhỏ hơn sức căng của lò xo 6 dưới tác dụng của sức căng lò so kéo lá thép hình chữ Z quay theo chiều ngược kim đồng hồ mở tiếp điểm cắt điện ở mạch ngoài loại phụ tải ra khỏi lưới điện.

Khi lưới điện ổn định rơ le trở về trạng thái làm việc như ban đầu.

3.3. Rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt là một khí cụ điện, để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với công tắc tơ. Nó được dùng ở điện áp xoay chiều đến 500V, tần số 50 Hz, loại mới I_đm đến 150A, lưới điện một chiều điện áp tới 440V.

Rơ le nhiệt không tác động tức thời theo trị số dòng điện vì có quán tính nhiệt lớn phải cần thời gian để phát nóng. Thời gian làm việc từ vài giây đến vài phút, do vậy nó không thể bảo vệ ngắn mạch được.

3.3.1. Cấu tạo

Trên hình 3-5 nguyên lý cấu tạo của rơ le nhiệt:

1- Phần tử đốt nóng

2- Thanh lưỡng kim

3- Đòn xoay

4- Tiếp điểm thường đóng

5- Nút phục hồi      

6- Lò xo

7- Thanh kéo cách điện 

3.3.2. Nguyên lý làm việc và phân loại

Nguyên lý làm việc

Nguyên lý chung của rơ le nhiệt dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt của dòng điện.

Nguyên lý tác dụng của loại rơ le này là dựa trên sự khác nhau về hệ số giãn nở dài của hai kim loại khi bị đốt nóng. Do đó phần tử cơ bản của rơ le này là phiến kim loại kép (bi mê tan) cấu tạo từ hai tấm kim loại.

Bình thường thanh lưỡng kim 2  loại ở hai trạng thái như hình 3-11 a, tiếp điểm thường đóng 4 vẫn đóng, đối tượng được bảo vệ làm việc bình thường khi đối tượng cần được bảo vệ bị quá tải nhỏ lâu dài, phần tử đốt nóng 1 sẽ bị cong lên và toả nhiệt ra xung quanh.

Thanh lưỡng kim 2 bị nóng sẽ cong lên trên, rời khỏi đầu trên của đòn xoay 3. Lò xo 6 sẽ kéo đòn xoay 3 quay ngược chiều kim đồng hồ, đầu dưới đòn xoay sẽ quay sang phải và sẽ kéo thanh kéo cách điện 7, tiếp điểm thường đóng 4 mở ra cắt  điện mạch điều khiển đối tượng được bảo vệ. nên tiếp điểm không tự động đóng lại được.

Muốn rơ le hoàn toàn trở về trạng thái ban đầu phải ấn nút phục hồi 5.

Khi sự cố quá tải được giải quyết, thanh lưỡng kim nguội và cong xuống nhưng chỉ tỳ vào đầu trên của đòn xoay 3 hình 3-11b.

Phân loại

˗                Theo kết cấu: Rơ le nhiệt kiểu hở và kiểu kín.

˗                Theo phương pháp đốt nóng: Rơ le nhiệt có phân tử đốt nóng trực tiếp, gián tiếp và hỗn hợp.

˗                Theo yêu cầu sử dụng: Rơ le nhiệt 1 cực, 2cực

3.3.2.   Tính chọn rơle nhiệt

Trong thực tế cách lựa chọn phù hợp dòng điện định mức của rơ le nhiệt bằng dòng điện định mức của động cơ điện cần bảo vệ và rơ le tác động ở giá trị        I_tđ=(1,241,3) I_đm.

3.3.3.   Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.

-                Thanh đốt nóng bị hỏng

-                Cuộn hút.

3.3.4.   Sửa chữa rơle nhiệt.

Nguyên nhân chủ yếu là thanh kim loại phát nóng