1. Khái niệm Máy cắt hạ áp (còn gọi là aptomat hay máy ngắt không khí tự động), là khí cụ điện tự động cắt mạch điện khi có sự cố: quá tải, ...
1. Khái niệm
Máy cắt hạ áp (còn gọi là aptomat hay máy ngắt không khí tự động), là khí cụ điện tự động cắt mạch điện khi có sự cố: quá tải, ngắn mạch, điện áp thấp, công suất ngược… Trong các mạch điện hạ áp có điện áp định mức đến 660V xoay chiều và 330V một chiều, có dòng điện định mức tới 6000A.
Những máy cắt hạ áp hiện đại có thể cắt dòng điện tới 300 kA. Đôi khi máy cắt hạ áp cũng được dùng để đóng, cắt không thường xuyên các mạch điện ở chế độ bình thường.
2. Yêu cầu
Chế độ làm việc định mức của máy cắt hạ áp phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là trị số dòng điện định mức chảy qua máy cắt lâu bao nhiêu cũng được. Mặt khác tiếp điểm chính của nó phải chịu được dòng điện ngắn mạch lớn khi các tiếp điểm có thể đã đóng hay đang đóng.
Máy cắt hạ áp phải ngắt được dòng điện ngắn mạch lớn, có thể đến vài chục kA. Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, máy cắt hạ áp phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức.
Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự ngắn mạch do dòng điện ngắn mạch gây ra, máy cắt hạ áp phải có thời gian cắt bé.
Để giảm kích thƣớc lắp đặt của thiết bị và an toàn trong vận hành cần phải hạn chế vùng cháy hồ quang. Muốn vậy thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong máy cắt hạ áp.
Để thực hiện yêu cầu thao tác có chọn lọc, máy cắt hạ áp cần phải có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động.
Những thông số cơ bản của máy cắt hạ áp gồm: Dòng điện định mức Iđm, điện áp định mức Uđm, dòng điện ngắt giới hạn và thời gian tác động.
Thời gian tác động của máy cắt hạ áp là một thông số quan trọng. Thời gian này được tính từ lúc xảy ra sự cố đến khi ngắn mạch điện bị ngắt hoàn toàn.
t = t0 + t1 + t2 (1.1)
Trong đó:
- t0 là thời gian tính từ lúc xảy ra ngắn mạch đến khi dòng điện đạt tới trị số tác động I = Itđ. Thời gian t0 phụ thuộc vào giá trị của dòng điện khởi động, và tốc đọ tăng của dòng điện di/dt phụ thuộc vào thông số mạch ngắt.
- t1 là thời gian từ khi I = Itd đến khi tiếp điểm máy cắt bắt đầu chuyển động, thời gian này phụ thuộc vào các phần tử bảo vệ, cơ cấu ngắt, kết cấu của tiếp điểm, trọng lượng phần động. Nếu t1 > 0.01s thì máy ngắt có thời gian tác động bình thường. Đối với máy cắt tác động nhanh, thời gian t1 = 0.002 ÷ 0.008s
- t2 là thời gian cháy của hồ quang (phụ thuộc bộ phận dập hồ quang và trị dòng điện ngắt và biện pháp dập hồ quang).
Phân loại
a, Phân theo kết cấu
- Loại một cực
- Loại hai cực
- Loại ba cực
b, Theo thời gian tác động
- Tác động tức thời (nhanh)
- Tác động không tức thời
c, Theo công cụ bảo vệ
- Dòng cực đại
+Dòng cực tiểu
+Áptômát điện áp thấp
+Áptômát dòng điện cực tiểu
+Áptômát bảo vệ công suất ngƣợc
+Áptômát vạn năng (chế tạo chế tạo cho mạch có dòng điện lớn các thông số bảo vệ có thể chỉnh định được) loại này không có vỏ và lắp đặt trong các trạm biến áp lớn.
+Áptômát định hình: bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt, bảo vệ quá điện áp bằng rơle điện từ, đặt trong vỏ nhựa.
4. Nguyên lý làm việc của Aptomat
Nguyên lý làm việc của aptomát tác động theo mức dòng
+ Loại dòng cực tiểu:
Nguyên lý làm việc: Aptomat loại này tự động ngắt mạch khi dòng điện trong mạch nhỏ hơn dòng điện chỉnh định Icđ. Khi I < Icđ, lực điện từ của nam châm điện 1 không đủ sức giữ nắp 2 nên lực kéo của lò xo 3 sẽ kéo tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh, mạch điện bị ngắt. Aptomat dòng cực tiểu dùng để bảo vệ máy phát khỏi chuyển sang chế độ động cơ khi nhiều máy phát làm việc song song.
+ Loại dòng cực đại:
Nguyên lý làm việc: Aptomat loại này tự động ngắt mạch khi dòng điện vượt quá trị số dòng chỉnh định Icđ. Khi I > Icđ, lực điện từ của nam châm điện 1 thắng lực cản lò xo 3, nắp 2 bị kéo làm mấu giữa thanh 4 và đòn 5 bật ra, lò xo ngắt 6 kéo tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh, mạch điện bị ngắt. Aptomat dòng cực đại dùng bảo vệ mạch điện khi bị quá tải hoặc ngắn mạch.
Nguyên lý tác động của Aptomat theo điện áp
+ Loại thấp áp:
Nguyên lí làm việc: Aptomat loại này tự động ngắt mạch khi điện áp U giảm xuống dưới mức chỉnh định Ucđ. Nếu U < Ucđ. Lực điện từ của nam châm điện 1 có cuộn dây mắc song song với lƣới giảm yếu hơn lực kéo của lò xo 3 nên mấu giữa thanh 4 và đòn 5 bật ra, lò xo 6 kéo tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh, mạch điện bị cắt. Aptomat điện áp thấp dùng để bảo vệ mạch điện khi điện áp sụt quá thấp hay khi mất điện áp bảo vệ thấp áp ở UTA ≤ 85 Uđm
+ Aptomat dòng điện ngược (cho mạch một chiều)
Thuận: Φ∑ = Φáp + Φdòng
Ngược: Φ∑ = Φáp – Φdòng
Nguyên lý làm việc: Aptomat trong trường hợp này tự động cắt mạch điện khi hƣớng truyền dòng điện thay đổi (khi dòng điện thay đổi chiều). Nếu năng lượng truyền thuận chiều, từ thông của cuộn dây dòng điện và cuộn dây điện áp của nam châm điện 1 cùng chiều với nhau, lực điện từ lớn hơn lực lò xo 3, aptomat đóng. Khi chiều dòng điện thay đổi (công suất truyền ngược), lực điện từ của nam châm điện tỷ lệ với bình phương hiệu hai từ thông do dòng điện và điện áp sinh ra, do đó lực điện từ giảm đi rất nhiều, không thắng nổi lực kéo lò xo 3, mấu giữa thanh 4 và đòn 5 bật ra, lò xo ngắt 6 kéo tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh, mạch điện bị ngắt.
