GIÁO TRÌNH KHÍ CỤ ĐIỆN

Giới thiệu về môn học
Vị trí, ý nghĩa, vai trò môn học:
Hiện nay ở nớc ta hầu hết các hoạt động của xã hội đều gắn với việc sử
dụng điện năng. Điện năng không những đợc sử dụng ở thành phố mà còn đợc đa
về nông thôn, miền núi hoặc nhờ các trạm phát điện địa phơng.
Cùng với sự phát triển của điện năng các khí cụ điện đợc sử dụng ngày càng
tăng lên không ngừng. Chất lợng của các khí cụ điện cũng không ngừng đợc cải
tiến và nâng cao cùng với sự phát triển của công nghệ mới. Vì vậy đòi hỏi ngời
công nhân làm việc trong các ngành, nghề và đặc biệt trong nghề điện phải hiểu
rõ về cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật và ứng dụng của từng loại khí
cụ điện nắm đợc các hiện tợng, nguyên nhân h hỏng và cách sữa chữa các khí cụ
điện, để không ngừng nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm điện năng trong sử
dụng.
Nội dung môn học này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản
và những kỹ năng cần thiết về cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật và
ứng dụng, nắm đợc các hiện tợng, nguyên nhân h hỏng và cách sữa chữa một số
khí cụ điện cơ bản nhằm ứng dụng có hiệu quả trong ngành nghề của mình.
Mục tiêu của môn học:
Sau khi hoàn tất môn học này, học viên có năng lực:
Nhận dạng và phân loại khí cụ điện.
Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện.
Sử dụng thành thạo các loại khí cụ điện.
Tính chọn các loại khí cụ điện.
Tháo lắp các loại khí cụ điện.
chữa các loại khí cụ điện.
Mục tiêu thực hiện của môn học:
Học xong môn học này, học viên có năng lực:
Nhận dạng và phân loại khí cụ điện theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện theo nội
dung bài đã học.
Sử dụng thành thạo các loại khí cụ điện đúng qui định kỹ thuật.
Tính chọn các loại khí cụ điện đạt yêu cầu kỹ thuật.
Tháo lắp các loại khí cụ điện đạt yêu cầu kỹ thuật.
chữa các loại khí cụ điện đạt các thông số kỹ thuật ban đầu.
Nội dung chính của môn học:
Để thực hiện mục tiêu bài học này, nội dung bao gồm:
Khái niệm về khí cụ điện.
Khí cụ điện đóng cắt.
Khí cụ điện bảo vệ.
Khí cụ điện điều khiển.
5
Sơ đồ quan hệ theo trình tự học nghề

Ghi chú:
Môn học khí cụ điện học sau các môn học An toàn lao động; Kỹ thuật điện.
Môn học khí cụ điện là môn học cơ bản và bắt buộc. Mọi học viên phải học và đạt kết quả chấp nhận đợc đối với các bài kiểm tra đánh giá và thi kết thúc nh đ đặt raã
trong chơng trình đào tạo.
Những học viên qua kiểm tra và thi mà không đạt phải thu xếp cho học lại những phần cha đạt ngay và phải đạt điểm chuẩn mới đợc phép học tiếp các mô đun/ môn
học tiếp theo.
Học viên, khi chuyển trờng, chuyển ngành, nếu đ học ở một cơ sở đào tạo khác rồi thì phải xuất trình giấy chứng nhận; Trong một số trã ờng hợp có thể vẫn phải qua
sát hạch lại.
PHáP LUậT - 02
THể CHấT - 03
Q. phòNG - 04
TIN HọC - 05
ANH VĂN - 06
khí cụ đIện - 14
vật liệu đIện -13
kỹ thuật đIện - 08
kỹ thuật nguội - 12
vẽ kt cơ khí- 10
t-h trang bị đIện 1 - 22
đIện tử ứng dụng - 23
k-thuật cảm biến - 24
kỹ thuật số - 25
trang bị đIện 1 - 21
q -dây máy đIện -18
cung cấp đIện 1 - 19
máy đIện -17
trang bị đện 2 - 26
Plc cơ bản -27
Thực tập sản suất
ĐầU VàO
Các môn học chung
đo lờng đIện 1 - 16
vẽ đIện - 11
thiết bị đIện gd - 15
đIện tử cơ bản - 09
kt lắp đặt đIện - 20
Một mô-đun bổ trợ
6
Các hình thức học tập chính trong môn học
Hoạt động 1: Học trên lớp:
Khái niệm về khí cụ điện.
Khí cụ điện đóng cắt.
Khí cụ điện bảo vệ.
Khí cụ điện điều khiển.
Hoạt động 2: Thực hành tại xởng điện:
- Lắp đặt, sử dụng các khí cụ điện.
- Tính chọn khí cụ điện.
- Tháo lắp, kiểm tra thông số của các khí cụ điện.
- Xác định các h hỏng, nguyên nhân gây ra h hỏng.
- Sửa chữa/thay thế các bộ phận bị h hỏng của các khí cụ điện.
Hoạt động 3: Tham quan thực tế:
- Tham quan về các loại khí cụ điện đóng cắt, bảo vệ và điều khiển trong x-
ởng trờng.
7
Yêu cầu về đánh giá hoàn thành môn học
Về kiến thức:
- Các loại khí cụ điện đóng cắt, bảo vệ, đo lờng . dùng trong mạng hạ thế và
trong doanh nghiệp công nghiệp.
Về kỹ năng:
- Lựa chọn, sử dụng đúng chức năng các loại khí cụ điện hạ thế.
- Tháo lắp, sửa chữa đợc một số h hỏng ở các loại khí cụ điện thông dụng.
Về thái độ:
Bài kiểm tra 1: 30 phút; Kiểm tra viết. Đánh giá kết quả tiếp thu về bài
Khí cụ điện đóng cắt, bài Khí cụ điện bảo vệ.
Bài kiểm tra 2: 30 phút; Kiểm tra viết. Đánh giá kết quả tiếp thu về bài
Khí cụ điện điều khiển.
BàI kiểm tra 3: (Thực hành): 60 phút; Tiến hành thờng xuyên trong các
buổi thực hành. Nội dung trọng tâm phải đánh giá đợc kỹ năng của học viên về :
- Lắp đặt, sử dụng các khí cụ điện.
- Tính chọn khí cụ điện.
- Tháo lắp, kiểm tra thông số của các khí cụ điện.
- Xác định các h hỏng, nguyên nhân gây ra h hỏng. Học viên phải phát hiện
đợc từ hai đến ba sai lỗi và sửa chữa/thay thế các bộ phận bị h hỏng của các khí
cụ điện.
Bài kiểm tra 4: Kiểm tra kết thúc môn học; 90 phút: Gồm 2
phần:
- Lý thuyết: Kiểm tra viết; Đánh giá kết quả tiếp thu của cả môn học bao
gồm tất cả các ý trọng tâm.
- Thực hành: Nhằm đánh giá các kỹ năng của học viên về lắp ráp/lắp đặt,
phát hiện sai lỗi và sửa chữa các loại khí cụ điện trong các trờng hợp xác định.
Bài kiểm tra này có thể thực hiện tại xởng, giáo viên giao cho học viên các
loại khí cụ điện hoặc mạch điện có lỗi. Học viên tìm nguyên nhân gây ra lỗi, xác
định và sửa chữa lỗi.
Hoặc giáo viên giao cho học viên thiết bị của doanh nghiệp (hoặc đến
doanh nghiệp) để bảo dỡng, sửa chữa. Qua việc sửa chữa thực tế giáo viên đánh
giá trình độ của học viên.
8
Bài 1
khái niệm về khí cụ điện
M bài: CIE 01 14 01ã
Giới thiệu:
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp điện năng các thiết bị điện
dân dụng, điện công nghiệp cũng nh các khí cụ điện đợc sử dụng ngày càng tăng
lên không ngừng. Chất lợng của các khí cụ điện cũng không ngừng đợc cải tiến và
nâng cao cùng với sự phát triển của công nghệ mới. Vì vậy đòi hỏi ngời công nhân
làm việc trong các ngành, nghề và đặc biệt trong các nghề điện phải hiểu rõ về
các yêu cầu, nắm vững cơ sở lý thuyết khí cụ điện. Làm cơ sở để nắm vững cấu
tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của từng loại khí cụ điện để không ngừng
nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm điện năng trong sử dụng.
Nội dung môn học này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản
và cần thiết về cơ sở lý thuyết khí cụ điện nhằm ứng dụng có hiệu quả trong ngành
nghề của mình.
Mục tiêu thực hiện:
Học xong bài học này, học viên có năng lực:
Nhận dạng khí cụ điện trong xởng sản xuất, trong thiết bị, đạt chính xác
90%.
Giải thích tính năng, tác dụng của khí cụ điện trong mạch điện, thiết bị
điện, chính xác 100% trong mọi trờng hợp.
Phân loại khí cụ điện chính xác 90% trong mọi trờng hợp.
9
Nội dung chính
1. Khái niệm về khí cụ Điện:
1.1. Khái niệm về khí cụ Điện:
Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo
vệ các lới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất. Ngoài ra nó còn
đợc dùng để kiểm tra và điều chỉnh các quá trình không điện khác.
a. Các yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điện:
Khí cụ điện phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Khí cụ điện phải đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số kỹ thuật ở định
mức. Nói cách khác dòng điện qua vật dẫn không đợc vợt quá trị số cho phép vì
nếu không sẽ làm nóng khí cụ điện và chóng hỏng.
+ Khí cụ điện ổn định nhiệt và ổn định điện động. Vật liệu phải chịu nóng tốt
và có cờng độ cơ khí cao vì khi quá tải hay ngắn mạch, dòng điện lớn có thể làm
khí cụ điện h hỏng hoặc biến dạng.
+ Vật liệu cách điện phải tốt để khi xẩy ra quá điện áp trong phạm vi cho
phép khí cụ điện không bị chọc thủng.
+ Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc đợc chính xác, an toàn song phải gọn
nhẹ, rẻ tiền, dễ gia công, dễ lắp ráp, kiểm tra và sữa chữa.
+ Ngoài ra khí cụ điện phải làm việc ổn định ở các điều kiện và môi trờng
yêu cầu.
b. Sự phát nóng của khí cụ điện:
Dòng điện chạy trong vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên (theo định luật Jun-
Lenxơ). Nếu nhiệt độ vợt quá giá trị cho phép, khí cụ điện sẽ chóng hỏng, vật liệu
cách điện sẽ chóng hoá già và độ bền cơ khí sẽ giảm đi nhanh chóng. Nhiệt độ
cho phép của các bộ phận trong khí cụ điện đợc cho trong bảng sau:(bảng 1.1)
Bảng 1-1: Nhiệt độ cho phép của các bộ phận trong khí cụ điện và các cấp
chịu nhiệt của vật liệu cách điện.
Cấp
cách
điện
Nhiệt độ
cho phép
(
0
C)
Các vật liệu cách điện chủ yếu
110 Vật liệu không bọc cách điện hay để xa vật cách điện.
75 Dây nối tiếp xúc cố định.
75 Tiếp xúc hình ngón của đồng và hợp kim đồng.
110 Tiếp xúc trợt của đồng và hợp kim đồng.
120 Tiếp xúc má bạc.
10
110 Vật không dẫn điện, không bọc cách điện.
Y 90 Giấy, vải sợi, lụa, phíp, cao su, gỗ và các vật liệu tơng tự,
không tẩm nhựa. Các loại nhựa nh: nhựa polietilen, nhựa
polistirol, vinyl clorua, anilin .
A 105 Giấy, vải sợi, lụa tẩm dầu, cao su nhân tạo, nhựa polieste, các
loại sơn cách điện có dầu làm khô.
E 120 Nhựa tráng polivinylphocman, poliamit, eboxi. Giấy ép hoặc
vải có tẩm nha phenolfocmandehit (gọi chung là bakelit giấy).
Nhựa melaminfocmandehit có chất độn xenlulo. Vải có tẩm
poliamit. Nhựa poliamit, nhựa phênol - phurol có độn xenlulo.
B 130 Nhựa polieste, amiăng, mica, thủy tinhcó chất độn. Sơn cách
điện có dầu làm khô, dùng ở cả bộ phận không tiếp xúc với
không khí. Sơn cách điện alkit, sơn cách điện từ nhựa phenol.
Các loại sản phẩm mica (micanit, mica màng mỏng). Nhựa
phênol-phurol có chất độn khoáng. Nhựa eboxi, sợi thủy tinh,
nhựa melamin focmandehit, amiăng, mica,hoặc thủy tinh có
chất độn.
F 155 Sợi amiăng, sợi thủy tinh không có chất kết dính
H 180 Xilicon, sợi thủy tinh, mica có chất kết dính
C Trên 180 Mica không có chất kết dính, thủy tinh, sứ. Politetraflotilen,
polimonoclortrifloetilen.
Tuỳ theo chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác nhau. Có ba chế độ
làm việc: làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn và làm việc ngắn hạn lặp lại.
Chế độ ngắn hạn lặp lại:
ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại thờng dùng hệ số thông dòng điện ĐL%.
Theo định nghĩa:
100100%
T
t
tt
t
L
lv
nglv
lv
=
+
=
Trong đó:
- t
lv
là thời gian làm việc.
- t
ng
là thời gian nghỉ.
- T chu kỳ làm việc.
Độ chênh nhiệt

(còn gọi là độ tăng nhiệt) là hiệu nhiệt độ khí cụ điện và
môi trờng xung quanh:

0

=

11
Trong đó:
-

: nhiệt độ khí cụ điện.
-

o
: nhiệt độ môi trờng xung quanh.
Các nớc miền ôn đới quy định
0
= 35
0
C. ở Việt Nam quy định
0
= 40
0
C
Sự phát nóng do tổn hao nhiệt quyết định. Đối với khí cụ điện một chiều đó là
tổn hao đồng, đối với khí cụ điện xoay chiều đó là tổn hao đồng và sắt. Ngoài ra
còn có tổn hao phụ. Nguồn phát nóng chính ở khí cụ điện là: dây dẫn có dòng điện
chạy qua, lõi thép có từ thông biến thiên theo thời gian. Cầu chì, chống sét và một
số khí cụ điện khác có thể phát nóng do hồ quang. Ngoài ra còn phát nóng do tổn
thất dòng điện xoáy. Bên cạnh quá trình phát nóng có quá trình toả nhiệt theo ba
hình thức: truyền nhiệt, bức xạ và đối lu.
Phát nóng của vật thể đồng chất ở chế độ làm việc dài hạn:
Chế độ làm việc dài hạn là chế độ khí cụ làm việc trong thời gian t > t
1
, t
1
là
thời gian phát nóng của khí cụ điện từ nhiệt độ môi trờng xung quanh đến nhiệt độ
ổn định (hình 1-1) với phụ tải không đổi hay thay đổi ít. Khi đó độ chênh lệch nhiệt
độ đạt tới trị số nhất định
ôđ
.
Một vật dẫn đồng chất, tiết diện đều đặn có nhiệt độ ban đầu là nhiệt độ môi
trờng xung quanh. Giả thiết dòng điện có giá trị không đổi bắt đầu qua vật dẫn: Từ
lúc này vật dẫn tiêu tốn năng lợng điện để chuyển thành nhiệt năng làm nóng vật
dẫn. Lúc đầu, nhiệt năng tỏa ra môi trờng xung quanh ít mà chủ yếu tích lũy trong
vật dẫn, nhiệt độ vật dẫn bắt đầu tăng dần lên và sau một thời gian đạt tới giá trị
ổn định
ôđ

và giữ ở giá trị này. Nh vậy là nhiệt độ vật dẫn tăng nhanh theo thời
gian đến một lúc nào đó chậm dần và đi đến ổn định.
Nhiệt lợng tiêu tốn trong khoảng thời gian dt theo định luật Jun-Lenxơ:
dtdt
RIP
2
=
, W
s
Hình 1-1. Đường đặc tính phát nóng theo thời gian
của khí cụ điện ở chế độ dài hạn.
t
t
ođ
t
1
t > t
1
o
t
0
12
Với:
P: Công suất tác dụng, W.
I : Giá trị dòng điện hiệu dụng, A.
R : Điện trở vật dẫn,
Phơng trình cân bằng nhiệt là:
dtSCMdP
dt
.

+=
Trong đó:
CMd

: Phần tích lũy đốt nóng vật dẫn

S

dt: Phần tỏa ra môi trờng xung quanh.
C: Tỉ nhiệt vật dẫn.
M: Khối lợng vật dẫn, kg.

: Độ chênh nhiệt độ (
0
C) so với môI trờng xung quanh.

: Hệ số tỏa nhiệt W/m
2
,
o
C
S: Diện tích tỏa nhiệt của vật dẫn, m
2
.
c. Các trạng thái làm việc của khí cụ điện:
+ Trạng thái làm việc bình thờng:
Là các khí cụ điện cũng nh các thiết bị điện làm việc với các đại lợng thông
số không vợt quá trị số định mức nh các đại lợng về dòng điện, điện áp, công suất
vv .
Đại lợng định mức là những trị số của các thông số mà thiết bị điện đợc sử
dụng hết khả năng của chúng đồng thời đảm bảo làm việc lâu dài.
+ Trạng thái làm việc không bình thờng:
Là khi một trong các đại lợng đó vợt quá trị số cho phép gọi là làm việc trong
trạng thái không bình thờng.
Ví dụ:
Quá dòng điện: dòng điện vợt quá trị số định mức nh, quá tải, ngắn mạch,
khi đó các tổn hao trong dây quấn và lõi thép vợt quá mức bình thờng làm nhiệt độ
tăng cao gây h hỏng khí cụ điện.
Quá điện áp: điện áp vợt quá trị số định mức nh trong trờng hợp quá điện áp
do sét. Khi đó điện trờng trong vật liệu cách điện tăng cao có thể xẩy ra phóng
điện gây h hỏng cách điện.
Các loại ngắn mạch: ngắn mạch 3 pha, ngắn mạch 2 pha, ngắn mạch 1 pha,
ngắn mạch 2 pha chạm đất. Khi có ngắn mạch dòng điện rất lớn, đây là trờng hợp
sự cố của mạch điện nên cần thiết phải có thiết bị bảo vệ.
13
c. Tiếp xúc điện:
Khái niệm:
Theo cách hiểu thông thờng, chỗ tiếp xúc điện là nơi gặp gỡ chung của hai
hay nhiều vật dẫn để dòng điện đi từ vật dẫn này sang vật dẫn khác. Bề mặt tiếp
xúc giữa các vật dẫn gọi là bề mặt tiếp xúc điện.
Tiếp xúc điện là một phần rất quan trọng của khí cụ điện. Trong thời gian
hoạt động đóng mở, chỗ tiếp xúc sẽ phát nóng cao, mài mòn lớn do va đập và ma
sát, đặc biệt sự hoạt động có tính chất hủy hoại của hồ quang.
Tiếp xúc điện phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Thực hiện tiếp xúc chắc chắn, đảm bảo.
- Sức bền cơ khí cao.
- Không phát nóng quá giá trị cho phép đối với dòng điện định mức.
- ổn định nhiệt và điện động khi có dòng ngắn mạch đi qua.
- Chịu đợc tác dụng của môi trờng xung quanh, ở nhiệt độ cao ít bị oxy hoá.
Có ba loại tiếp xúc:
- Tiếp xúc cố định: hai vật tiếp xúc không rời nhau bằng bulông, đinh tán.
- Tiếp xúc đóng mở: tiếp điểm của các khí cụ điện đóng mở mạch điện.
- Tiếp xúc trợt: Chổi than trợt trên cổ góp, vành trợt của máy điện.
Lực ép lên mặt tiếp xúc có thể là bulông hay lò xo.
Theo bề mặt tiếp xúc có ba dạng:
- Tiếp xúc điểm (giữa hai mặt cầu, mặt cầu - mặt phẳng, hình nón - mặt phẳng).
- Tiếp xúc đờng (giữa hình trụ - mặt phẳng).
- Tiếp xúc mặt (mặt phẳng - mặt phẳng).
Bề mặt tiếp xúc theo dạng nào cũng có mặt phẳng lồi lõm rất nhỏ mà mắt th-
ờng không thể thấy đợc. Tiếp xúc giữa hai vật dẫn không thực hiện đợc trên toàn
bộ bề mặt mà chỉ có một vài điểm tiếp xúc thôi. Đó chính là các đỉnh có bề mặt
cực bé để dẫn dòng điện đi qua.
Muốn tiếp xúc tốt phải làm sạch mối tiếp xúc. Sau một thời gian nhất định,
bất kỳ một bề mặt nào đã đợc làm sạch trong không khí cũng đều bị phủ một lớp
oxy. ở những mối tiếp xúc bằng vàng hay bằng bạc, lớp oxy này chậm phát triển.
Thông thờng, bề mặt tiếp xúc đợc làm sạch bằng giấy nhám mịn và sau đó
lau lại bằng vải. Nếu bề mặt tiếp điểm có dính mỡ hoặc dầu phải làm sạch bằng
axêtôn.
Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm:
Có hai vật tiếp xúc nhau, diện tích tiếp xúc S, điện trở suất chiều dài l nh
(hình 1-2,a). Lúc đó điện trở hai vật dẫn tính bằng:
14

Xem chi tiết: GIÁO TRÌNH KHÍ CỤ ĐIỆN