Bài giảng Khí cụ điện - Chương 5: Thiết bị bảo vệ

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 =