CẦU CHÌ
KHÁI QUÁT
Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện tránh sự cố ngắn mạch, thường dùng để bảo vệ cho đường dây dẫn, máy biến áp, động CƯ điện, thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thắp sáng.
Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé. khả năng cắt lớn và giá thành hạ nên được ứng dụng rộng rãi.
Các tính chất và yêu cầu cùa cầu chì:
+ Cầu chì có đặc tính làm việc ổn định, không tác động khi có dòng điện mở máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua.
+ Đặc tính A-s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng bảo vê.
+ Khi có sự cố ngắn mạch, cầu chì tác động phải có tính chọn lọc.
+ Việc thay thế cầu chì bị cháy phải dễ dàng và tốn ít thời gian.
CẤU TẠO
4.2.1.Cấu tạo
Cầu chì gồm có những thành phần sau :
+ Phần tử ngắt mạch : đây chính là thành phần chính của cầu chì, phần tử này phải có khả năng cảm nhận được giá trị hiệu dụng của dòng điện qua nó. Phần tử này có giá trị điện trở suất rất bé ( thường bàng bạc, đồng, hay các vật liệu dẫn có giá trị điện trở suất nhỏ lân cận với các giá trị nêu trên ..). Hình dạng của phần tử có thể ở dạng là một dây (tiết diện tròn). dạng băng mỏng .
+ Thân của cầu chì : thường bằng thủy tinh, ceramic (sứ gốm ) hay các vật liệu khác tương đương. Vật liệu tạo thành thân của cầu chì phải đảm bảo được hai tính chất
❖ Có độ bền cơ khí.
❖ Có độ bền về điều kiện dẫn nhiệt. và chịu dựng được các sự thay đổi nhiệt độ đột ngột mà không hư hỏng.
Vật liệu lấp đầy ( bao bọc quanh phần tử ngắt mạch trong thân cầu chì ) : thường ba vật liệu silicat ở dạng hạt, nó phải có khả năng hấp thu được năng lượng sinh ra do hồ quang và phải đảm bảo tính cách điện khi xảy ra hiện tượng ngắt mạch.
Các đầu nối: Các thành phần này dùng định vị cố định cầu chì trên các thiết bị đóng ngắt mạch ; đồng thời phải đảm bảo tính tiếp xúc diện tốt.
4.2.2.Nguyên lý hoạt động
Đặc tính cơ bản của cầu chì là sự phụ thuộc của thời gian chảy đứt với dòng diện chạy qua (đặc tính ampe – giây). Để có tác dụng bảo vệ, đường ampe – giây của cầu chì tại mọi điểm phải thấp hơn đặc linh cùa đối tượng cần bảo vệ.
Đối với dòng diện định mức của cầu chì : năng lượng sinh ra do hiệu ứng Joule khi có dòng diện định mức chạy qua sẽ tỏa ra môi trường và không gây nên sự nóng chảy, sự cân bằng nhiệt sẽ được thiết lập ở một giá trị mà không gây sự già hóa hay phá hỏng bất cứ phần tử nào của cầu chì.
Đối với dòng điện ngắn mạch của cầu chì : sự cân bằng trên cầu chì bị phá hủy, nhiệt năng trên cầu chì tăng cao và dẫn đến sự phá hủy cầu chì.
Người ta phân thành hai giai đọan khi xảy ra sự phá hủy cầu chì:
• Quá trình tiền hồ quang (tBBpBB).
• Quá trình sinh ra hồ quang (tBBaBB)
Giản đồ thời gian của quá trình phát sinh hồ quang.
Quá trình tiền hồ quang : giả sử tại thời điểm t0 phát sinh sự quá dòng, trong khoảng thời gian tp làm nóng chảy cầu chì và phát sinh ra hồ quang điện. Khoảng thời gian này phụ thuộc vào giá trị dòng điện tạo nên do sự cố và sự cảm biến của cầu chì.
Quá trình phát sinh hồ quang : tại thời điểm tp hồ quang sinh ra cho đến thời điểm tt mới dập tắt toàn bộ hồ quang. Trong suốt quá trình này, năng lượng sinh ra do hồ quang làm nóng chảy các chất làm đầy tại môi trường hồ quang sinh ra; điện áp ở hai đầu cầu chì hồi phục lại, mạch điện được ngắt ra.
4.3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CẦU CHÌ
4.3.1 Phân loại, ký hiệu, công dụng:
Cầu chì dùng trong lưới điện hạ thế có nhiều hình dạng khác nhau, trong sơ đồ nguyên tắc ta thường ký hiệu cho cầu chì theo một trong những dạng sau :
Sơ đồ mô tả cấu tạo bên trong một dạng cầu chì dùng kèm theo contact đóng (ON) mở (OFF).
Cầu chì có thể được chia thành hai dạng cơ bàn, tùy thuộc vào nhiệm vụ :
+ Cầu chì lọai g : cầu chì dạng này có khả năng ngắt mạch, khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải.
+ Cầu chì lọai a ; cầu chì dạng này chỉ có khả năng bảo vệ duy nhất trạng thái ngắn mạch trên tải.
Muốn phân biệt nhiệm vụ làm việc của cầu chì, ta cần căn cứ vào đặc tuyên Ampe – giây (là đường biểu diễn mô tả mối quan hệ giữa dòng điện qua cầu chì và thời gian ngắt mạch của cầu chì).
Gọi Icc : giá trị dòng điện ngắn mạch ( cc : court Circuit – Pháp văn)
Is : giá trị dòng điện quá tải ( s : surcharge Pháp vãn).
+ Với cầu chì lọai g : khi có dòng Icc qua mạch nó phải ngắt mạch tức thì và khi có dòng I, qua mạch cầu chì không ngắt mạch tức thì mà duy trì một khoảng thời gian mới ngắt mạch (thời gian ngắt mạch và giá trị dòng Is, tỉ lệ nghịch với nhau).
+ Với cẩu chì lọai a : cho phép dòng điện 1. qua mạch trong (hơi gian dài, và khi có dòng ngắn mạch Itt qua nó, nó không ngắt tức thì mà duy trì một khoảng thời gian mới ngắt mạch ( thời gian ngắt mạch và giá trị dòng Icc tỉ lệ nghịch với nhau ).
Do đó nếu quan sát hai đặc tính Ampe – giây của hai lọai cầu chì a và g; ta nhận thấy đặc tính Ampe – giây cùa cầu chì lọai a nằm xa trục thời gian ( trục tung ) và cao hơn đặc tính Ampe – giây của cầu chì lọai g.
Các đặc tính điện của cầu chì:
Điện áp định mức là giá trị điện áp hiệu dụng xoay chiều xuất hiện ở h. đầu cầu chì (khi cầu chì ngắt mạch), lần số của nguồn điện trong phạm vi 48Hz đè 62Hz.
Dòng diện định mức là giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều mà cả chỉ có thể tải liên tục thường xuyên mà không làm thay đổi đặc tính cùa nó.
Dòng điện cắt cực tiểu là giá trị nhỏ nhất của dòng điện sự cố mà dày cl có khả năng ngắt mạch. Khả năng cắt định mức là giá trị cực đại của dòng điện ngắn mạch mà cầu chì có thể cắt.
Sau đây là các vị trí trên biểu d6 cùa các dòng điện khác nhau:
4.4 CÁCH CHỌN CÂU CHÌ
Cầu chì là một khí cụ diện dùng để bảọ vệ mạch điện khi quá tài hay khi ngắn mạch. Thời gian cắt của cầu chì phụ thuộc nhiều vào vật liệu làm dây chảy
Dây chảy được làm bằng hợp kim chi với thiếc, kẽm, nhôm, đồng, bạc….có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp, điện trở suất tương đối lớn.Do vậy, loại dây chảy này thường chế tạo có tiết diện lớn và thích hợp với điện áp < 500V. Đối với diện áp cao không thể dùng dây chay có tiết diện lớn được vì lúc nóng chảy hơi kim loại tỏa ra lớn, khó khăn cho việc dập tắt hồ quang
Cầu chì được dùng nhiều cho mạng điện dưới 1000 V. Ở các thiết bị điện 10-35kv cầu chì được dùng để bào vệ cho mạng hình tia. các máy biến áp có công suất bé .
Cầu chì được chọn theo điện áp định mức, dòng điện định mức và dòng điện cắt định mức ( hay công xuất cắt định mức).Ngoài ra, cần chú ý vị trí đặt cầu chì( trong hay ngoài trời).
Khi có nhiều đường dây mắc tiếp nối đuôi nhau nhau, để bảo vệ tinh tinh lọc thi dòng điện định mức của cầu chì phía trước phải lớn hơn dòng diện định mức cùa cầu chì phía sau, tối thiểu là một cấp ( tinh từ nguồn đến hộ tiêu thụ ) .
4.4.1 Theo điều kiện làm việc bình thường
Là dòng điện làm việc cùa động cơ .
Ở đây :
b : Là hệ số mang tải của động cơ, nó là tỉ số giữa công xuất động cơ tiêu thụ với công
suất định mức cùa nó .
φ: Hiệu suất của động cơ ứng vởi công suất tiêu thụ của nó .
Pđmđc – Công xuất định mức cùa động cơ .
4.4.2 Theo điều kiện mở máy
Ở đây Imm là dòng điện mở máy cực đại của động cơ .
• Nếu một đường dây cung cấp cho nhiều động cơ ,thì điều kiện chọn dòng diện định mức cùa cầu chi sẽ là :
Thí Dụ : Một lò nung dùng điện 3 pha có công suất 18KW cần bảo vệ quá tải và ngắn mạch bằng cầu chì. Nguồn điện 3 pha cung cấp là 230V/400V ; dòng điện ngắn
mạch cho phép dối với máy biến áp nguồn là 10KA (xem sơ đồ đơn tuyên của hệ thống).
I/ Chọn theo bảng sau cầu chì F1 dùng bảo vệ các sự cố nêu trên
2/ Gán các giá trị dòng điện vào giản đồ dòng diện.
Bài giải
1 / Dòng điện định mức qua mỗi dây dẫn đến lò nung là :
Khi chọn cầu chì F1, căn cứ vào giá trị dòng điện định mức, điện áp nguồn, chức năng bảo vệ, tính chất phụ tải, kích thước vỏ hộp chứa cầu chì.
+ Dòng định mức là 26A.
+ Điện áp nguồn (điện áp dây) 400V.
+ Bảo vộ quá tải và ngắn mạch,
+ Phụ tải thuần trở (lò nung).
Tra băng tiêu chuẩn, ta chọn lọai cầu chì sau cho
2/ Điền các giá trị dòng điện vào bảng
1) Nêu công dụng của cầu chì.
2) Cho biết cấu tạo của cầu chì gồm các thành phần nào ?
3) Cầu chì có mấy lọai. Chức năng của từng lọai cầu chì.
4) Bài tập 1 : Chọn cầu chì dùng để bảo vệ cho mạch gồm các thiết bị sau :
+ 10 bộ đèn. Mỗi bộ có công xuất sau : 40W Udm= 220V ; cosφ = 0.55
+ 10 quạt: Mỗi quạt có công suất 60W; Udm=220V ; cosφ = 0.9
5) Bài tập 2 : Chọn cầu chi dùng để bảo vệ cho động cơ 3 pha có thông số sau :
Pđm = 5HP: Uđm=38OV; Cosφđm = 0.8; Kmm= 3
6) Bài tập 3: Chọn cầu chì để bảo vệ cho mạch 2 động cơ 3 pha có thông số sau:
+ Động cơ 1 : Pđm = 5HP: Uđm =380V; Cosφ đm = 0.8; Kmm = 4
+ Động cơ 2: Pđm= 7.5HP; Uđm=38OV; Cosφ đm = 0.85; Kmm = 5.
