Khí cụ điện là gì

Khí cụ điện là thiết bị dùng để đóng cắt, bảo vệ, điều khiển và tinh chỉnh, kiểm soát và điều chỉnh những lưới điện, mạch điện, những loại máy điện và những máy trong quy trình sản xuất. Để hiểu rõ chi tiết cụ thể hơn về Khái niệm Khí cụ điện, phân loại thế nào, Hôm nay, Điện Phan Khang mời những bạn cùng khám phá yếu tố này nhé .

A. KHÁI NIỆM KHÍ CỤ ĐIỆN

1. Khái niệm Khí cụ điện là gì?

Khí cụ điện là thiết bị dùng để đóng cắt, bảo vệ, tinh chỉnh và điều khiển, kiểm soát và điều chỉnh những lưới điện, mạch điện, những loại máy điện và những máy trong quy trình sản xuất .
Khí cụ điện thao tác vĩnh viễn trong những mạch dẫn điện, nhiệt độ của khí cụ điện tăng lên gây tổn thất điện năng dưới dạng nhiệt năng và đốt nóng những bộ phận dẫn điện và cách điện của khí cụ. Vì vậy khí cụ điện thao tác được trong mọi chính sách khi nhiệt độ của những bộ phận phải không quá những giá trị được cho phép thao tác bảo đảm an toàn vĩnh viễn .

Mời những bạn cùng tìm đọc sách KHÍ CỤ ĐIỆN – của Phạm Văn Chới, Bùi Hữu Tín, Nguyễn Tiến Tôn biên soạn, do Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật phát hành .

2. Đặc điểm của Khí cụ điện

2.1. Sự phát nóng của khí cụ điện 

Vật liệu làm khí cụ điện	Nhiệt độ được cho phép ( oC )
Vật liệu không bọc cách điện hoặc để xa nhất cách điện .	110
Dây nối ở dạng tiếp xúc cố định và thắt chặt .	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

Vật liệu cách điện	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
Mica, sợi thuỷ tinh có tẩm cách điện.	F	135
Chất tổng hợp Silic.	H	180
Sứ cách điện.	C	>180

Tùy theo chính sách thao tác khác nhau, mỗi khí cụ điện sẽ có sự phát nóng khác nhau :
A. Chế độ thao tác lâu bền hơn của khí cụ điện
Khí cụ điện thao tác vĩnh viễn, nhiệt độ trong khí cụ điện mở màn tăng và đến nhiệt độ không thay đổi thì không tăng nũa, lúc này sẽ tỏa nhiệt ra thiên nhiên và môi trường xung quanh .
B. Chế độ thao tác thời gian ngắn của khí cụ điện
Chế độ thao tác thời gian ngắn của khí cụ điện là chính sách khi đóng điện nhiệt độ của nó không đạt tới nhiệt độ không thay đổi, sau khi phát nóng thời gian ngắn, khí cụ được ngắt nhiệt độ của nó sụt xuống tới mức không so sánh được với môi trường tự nhiên xung quanh .
C. Chế độ thao tác thời gian ngắn lặp lại của khí cụ điện
Nhiệt độ của khí cụ điện tăng lên trong khoảng chừng thời hạn khí cụ thao tác, nhiệt độ giảm xuống trong khoảng chừng thời hạn khí cụ nghỉ, nhiệt độ giảm chưa đạt đến giá trị khởi đầu thì khí cụ điện thao tác lặp lại. Sau khoảng chừng thời hạn, nhiệt độ tăng lên lớn nhất gần bằng nhiệt độ giảm nhỏ nhất thì khí cụ điện đạt được chính sách dừng .

2.2. Tiếp xúc điện

2.2.1. Khái niệm Tiếp xúc điện

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 nhu yếu cơ bản của tiếp xúc điện :

• Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo.
• Mối nơi tiếp xúc phải có độ bền cơ khí cao.
• Mối nối không được phát nóng quá giá trị cho phép.
• Ổn định nhiệt và ổn định động khi có dòng điện cực đại đi qua.
• Chịu được tác động của môi trường (nhiệt độ, chất hoá học…)

Để bảo vệ những nhu yếu trên, vật tư dùng làm tiếp điểm có những nhu yếu :

• Điện dẫn và nhiệt dẫn cao.
• Độ bền chổng rỉ trong không khí và trong các khí khác.
• Độ bền chống tạo lớp màng có điện trở suất cao.
• Độ cứng bé để giảm lực nén.
• Độ cứng cao để giảm hao mòn ở các bộ phận đóng ngắt.
• Độ bền chịu hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy).
• Đơn giản gia công, giá thành hạ.

Một số vật liều hay dùng làm tiếp điểm : Đồng, Bạc, Nhôm, Vonfram …

2.2.2. Phân loại Tiếp xúc điện

Dựa vào cấu trúc tiếp điểm, có những loại tiếp xúc điện sau :
a ) Tiếp xúc cố định và thắt chặt
Các tiếp điểm được nối cố định và thắt chặt với những cụ thể dẫn dòng điện như thể : thanh cái, cáp điện, chỗ nối khí cụ vào mạch. Trong quy trình sử dụng, cả hai tiếp điểm được gắn chặt vào nhau nhờ những bu – lông, hàn nóng hay nguội .
b ) 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 động dựa vào dòng điện định mức, điện áp định mức và chế độ làm việc của khí cụ điện.

c ) Tiếp xúc trượt
Là loại tiếp xúc ở cổ góp và vành trượt, tiếp xúc này cũng dễ sinh ra hồ quang điện .

2.2.3. 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 oxy 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.

Thông thường dùng kim loại tổng hợp để làm tiếp điểm .

3. Nguyên nhân gây hư hỏng Khí cụ điện và cách khắc phục

3.1. Nguyên nhân gây ra sự hư hỏng của Khí cụ điện

3.1.1. Ăn mòn kim loại Khí cụ điện

Trong trong thực tiễn sản xuất dù gia công thế nào thì mặt phẳng tiếp xúc tiếp điểm vẫn còn những lỗ nhỏ li ti, chỉ hoàn toàn có thể nhìn thấy khi soi bởi những thiết chuyên sử dụng như kính hiển vi .
Trong quy trình quản lý và vận hành, hơi nước và những chất có hoạt tính hóa học cao hoàn toàn có thể thấm vào và đọng lại trong những lỗ nhỏ đó, sẽ gây ra những phản ứng hóa học tạo ra một lớp màng mỏng mảnh rất giòn .
Khi va chạm trong quy trình đóng, lớp màng này dễ bị bong ra. Do đó mặt phẳng tiếp xúc sẽ bị mòn dần, hiện tượng kỳ lạ này gọi là hiện tượng kỳ lạ ăn mòn sắt kẽm kim loại .

3.1.2. Oxy hóa Khí cụ điện

Môi trường xung quanh làm mặt phẳng tiếp xúc bị oxy hóa tạo thành lớp oxit mỏng dính trên mặt phẳng tiếp xúc, điện trở suất của lớp oxit rất lớn nên làm tăng Rtx dẫn đến gây phát nóng tiếp điểm .
Mức độ ngày càng tăng Rtx do mặt phẳng tiếp xúc bị oxy hóa còn tùy nhiệt độ. Ở 20 – 30 oC có lớp oxít dày khoảng chừng 25.10 – 6 mm

3.1.3. Điện thế hóa kim loại Khí cụ điện

Mỗi chất có một điện thế hóa học nhất định. Lấy H làm gốc có điện thế âm ( – ) thì ta có bảng một số ít sắt kẽm kim loại có điện thế hóa học như bảng sau :
Hai sắt kẽm kim loại có điện thế hóa học khác nhau, khi tiếp xúc sẽ tạo nên một cặp hiệu điện thế hóa học, giữa chúng có một hiệu điện thế .
Nếu mặt phẳng tiếp xúc có nước xâm nhập sẽ có dòng điện chạy qua, và sắt kẽm kim loại có điện thế học âm hơn sẽ bị ăn mòn trước làm nhanh hỏng tiếp điểm .

3.1.4. Hư hỏng do nguồn điện

Thiết bị điện quản lý và vận hành lâu ngày hoặc không được dữ gìn và bảo vệ tốt, lò xo tiếp điểm bị hoen rỉ yếu đi sẽ không đủ lực ép vào tiếp điểm .
Khi có dòng điện chạy qua, tiếp điểm dễ bị phát nóng gây nóng chảy, thậm chí còn hàn dính vào nhau. Nếu lực ép tiếp điểm quá yếu hoàn toàn có thể phát sinh tia lửa làm cháy tiếp điểm .
Ngoài ra, tiếp điểm bị bám bẩn, bị dơ, rỉ sẽ tăng điện trở tiếp xúc, gây phát nóng dẫn đến hao mòn nhanh tiếp điểm .

3.2. Cách khắc phục hư hỏng Khí cụ điện

• Đối với những tiếp xúc cố định: nên bôi một lớp mỡ chống rỉ hoặc quét sơn chống ẩm.
• Khi thiết kế, ta nên chọn những vật liệu: có điện thế hóa học giống nhau hoặc gần bằng nhau cho từng cặp.
• Nên sử dụng các vật liệu không bị oxy hóa làm tiếp điểm.
• Mạ điện các tiếp điểm: với tiếp điểm đồng, đồng thau thường được mạ thiếc, mạ bạc, mạ kẽm còn tiếp điểm thép thường được mạ cađini, kẽm,…
• Thay lò xo tiếp điểm: những lò xo đã rỉ, đã yếu làm giảm lực ép sẽ làm tăng điện trở tiếp xúc, cần lau sạch tiếp điểm bằng vải mềm và thay thế lò xo nén khi lực nén còn quá yếu.
• Kiểm tra sửa chữa cải tiến: cải tiến thiết bị dập hồ quang để rút ngắn thời gian dập hồ quang nếu điều kiện cho phép.

4. Hồ quang và các phương pháp dập tắt hồ quang

4.1. Khái niệm Hồ quang điện

Trong những khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện ( cầu dao, contactor, rơle … ) khi chuyển mạch sẽ phát sinh hiện tượng kỳ lạ phóng điện. Nếu dòng điện ngắt dưới 0,1 A và điện áp tại những tiếp điểm khoảng chừng 250V đến 300V thì những 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 .

Vật liệu làm tiếp điểm	U (đơn vị tính là V)	I (đơn vị tính là A)
Platin	17	0.9
Vàng	15	0.38
Bạc	12	0.4
Vonfram	17	0.9
Đồng	12.3	0.43
Than	18 – 22	0.03

4.2. Tính chất cơ bản của phóng điện hồ quang

• Phóng điện hồ quang chỉ xảy ra khi các dòng điện có trị số lớn.
• Nhiệt độ trung tâm hồ quang rất lớn và trong các khí cụ có thể đến 6.000K đến 800.000K.
• Mật độ dòng điện tại Catốt lớn (104 đến 105)A/cm2.
• Sụt áp ở Catốt bằng 10V đến 20V và thực tế không phụ thuộc vào dòng điện.

4.3. Quá trình phát sinh và dập hồ quang

4.3.1. Quá trình phát sinh hồ quang điện

Đối với tiếp điểm có dòng điện nhỏ, khởi đầu khoảng cách giữa chúng nhỏ khi điện áp đặt có trị số nhất định, thế cho nên trong khoảng chừng khoảng trống này sẽ sinh ra điện trường có cường độ rất lớn ( 3.107 V / cm ) hoàn toàn có thể làm bật điện tử từ Catốt gọi là phát xạ tự động điện tử ( gọi là phát xạ nguội điện tử ). Số điện tử càng nhiều, hoạt động dưới tính năng của điện trường làm ion hóa không khí gây hồ quang điện .
Đối với tiếp điểm có dòng điện lớn, quy 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 dòng điện đi qua ít. Mật độ dòng điện tăng đáng kể đến hàng chục nghìn A / cm2, do đó tại những tiếp điểm sự phát nóng sẽ tăng đến mức làm cho ở đó, giọt sắt kẽm kim loại được kéo căng ra trở thành cầu chất lỏng và thông suốt hai tiếp điểm này, nhiệt độ của cầu chất lỏng liên tục tăng, lúc đó cầu chất lỏng bốc hơi và trong khoảng trống giữa hai tiếp điểm Open hồ quang điện .
Vì quy trình phát nóng của cầu triển khai rất nhanh nên sự bốc hới 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 quy trình đóng mở xảy ra liên tục .

4.3.2. Quá trình dập tắt hồ quang điện

Điều kiện dập tắt hồ quang là quy trình ngược lại với quy trình phát sinh hồ quang :

• 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.
• 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 lương bên ngoài 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).

5. Lực điện động

• Lực điện động chính là lực tác dụng của điện trường và từ trường.
• Lực điện động trong KCĐ (được tạo ra từ dòng điện lớn, dòng điện ngắn mạch).

B. CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN

1. Công dụng của Khí cụ điện

Khí cụ điện là những thiết bị điện, cơ cấu tổ chức điện dùng để điều khiển và tinh chỉnh những quy trình sản xuất, đổi khác, truyền tải, phân phối nguồn năng lượng điện và những dạng nguồn năng lượng khác .

2. Phân loại Khí cụ điện

Các loại Khí cụ điện hãng Schneider Electric
Khái niệm tinh chỉnh và điều khiển theo nghĩa rộng gồm có : kiểm soát và điều chỉnh bằng tay tự động hóa, kiểm tra và bảo vệ .
Theo nghành sử dụng, những khí cụ điện được chia thành 5 nhóm, trong mỗi nhóm lại có rất nhiều chủng loại khác nhau. Các nhóm đó là :

1. Nhóm khí cụ điện phân phối năng lượng điện áp cao, gồm : Dao cách ly, máy ngắt dầu (nhiều dầu và ít dầu), máy ngắt không khí, máy ngắt tự sản khí, máy ngắt chân không, dao ngắn mạch, điện kháng, biến dòng, biến điện áp …
2. Nhóm khí cụ điện phân phối năng lượng điện áp  thấp, gồm : Máy ngắt tự động, máy ngắt bằng tay, các bộ cầu dao, công tắc, cầu chì …
3. 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, …
4. Nhóm các rơle bảo vệ : Rơle dòng điện, rơle điện áp, rơle công suất, rơle tổng trở, rơle thời gian, …
5. Nhóm khí cụ điện dùng trong sinh hoạt và chiếu sáng: công tắc, ổ cắm, phích cắm, bàn là, bếp điện…

2.1. Phân loại Khí cụ điện theo công dụng

• Đóng ngắt mạch điện của lưới điện : cầu dao, MCCB khối, MCB tép, dao cắt tải, …
• Mở máy, điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh điện áp, dòng điện: công tắc tơ, khởi động từ, bộ khống chế…
• Bảo vệ lưới điện, máy điện: cầu chì, Aptomat
• 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 : đồng hồ đo điện đa năng, đồng hồ VOM, volt kế, ampe kế…

2.2. Phân loại Khí cục điện theo điện áp

• Khí cụ điện cao thế: Uđm ≥100KV
• Khí cụ điện trung thế : 1000V≤ Uđm
• Khí cụ điện hạ thế: Uđm

2.3. Phân loại Khí cụ điện theo dòng điện

• Khí cụ điện phục vụ cho dòng điện 1 chiều.
• Khí cụ điện sử dụng cho dòng điền xoay chiều.

2.4. Phân loại Khí cụ điện theo nguyên lý làm việc

• Khí cụ điện nguyên lý điện từ.
• Khí cụ điện nguyên lý từ điện.
• Khí cụ điện nguyên lý cảm ứng.
• Khí cụ điện nguyên lý điện động.
• Khí cụ điện nguyên lý điện nhiệt.
• Khí cụ điện có tiếp điểm.
• Khí cụ điện không có tiếp điểm.

2.5. Phân loại Khí cụ điện theo điều kiện làm việc và dạng bảo vệ

• Khí cụ điện làm việc ở vùng nhiệt đới.
• Khí cụ điện làm việc ở vùng có nhiều rung động.
• Khí cụ điện làm việc ở vùng mỏ có khí nổ.
• Khí cụ điện làm việc ở môi trường có chất ăn mòn hoá học…

Bài viết về Khí cụ điện trên hy vọng chia sẽ được chút ít kiến thức cơ bản Dựa trên giáo trình “Khí cụ điện” của Tác giả: Phạm Văn Chới, Bùi Hữu Tín, Nguyễn Tiến Tôn – Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật.

Công ty TNHH Điện Phan Khang

Nhà phân phối chính thức thiết bị điện Schneider Electric