CB (CIRCUIT BREAKER)

Chương 3:

CB (CIRCUIT BREAKER)

3.1 KHÁI QUÁT

> CB (CB được viết tắt từ danh từ Circuit Breaker- tiếng Anh), tên khác như : Disjonteur (tiếng Pháp) hay Áptômát (theo Liên Xô). CB là khí cụ điện dùng đóng ngắt mạch điện (một pha. ba pha), có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp … mạch điện.
> Chọn CB phải thỏa ba yêu cầu sau:
+ Chế độ làm việc ở định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn. nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua CB lâu tùy ý. Mặt khác, mạch dòng điện của CB phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng.
+ CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn. có thể vài chục KA. Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch. CB 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 diện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, CB phải có thời gian cắt bé. Muốn vậy thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong CB.

3.2 CẤU TẠO

3.2.1 Cấu tạo chi tiết:

❖ Tiếp điểm
> CB thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang), hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang).
> Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang.
> Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính.
❖ Hộp dập hồ quang
> Để CB dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc cùa lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín và kiểu hở.
> Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của CB và có lỗ thoát khí. Kiểu này có dòng điện giới hạn cắt không quá 50KA. Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn 1000V(cao áp).
> Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người la dùng những tấm thép xốp thành lưới ngăn, để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang.
❖ Cơ cấu truyền động cắt CB
> Truyền động cắt CB thường có hai cách : bằng tay và bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện).
> Điều khiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mức không lớn hơn 600A. Điều khiển bàng điên lừ (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có dòng điện lớn hơn (đến 1000A).
> Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy. Ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén.
❖ Móc bào vệ
> CB tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ – gọi là móc bảo vệ, sẽ tác động khi mạch điện có sự cố quá dòng điện (quá tải hay ngắn mạch) và sụt áp.

+  Móc bảo vệ quá dòng điện (còn gọi là bảo vệ dòng điện cực đại) để bảo vệ thiết bị điện không bị quá tải và ngắn mạch, đường thời gian -dòng điện của móc bào vệ phải nằm dưới đường đặc tính cúa đối tượng cần bảo vệ. Người ta thường dùng hệ thống điện từ và rơle nhiệt làm móc bảo vệ, đặt bên trong CB.
+ Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch chính, cuộn dây này được quấn tiết diện lớn chịu dòng tải và ít vòng. Khi dòng điện vượt quá ưị số cho phép thì phần ứng bị hút và móc sê dập vào khớp rơi tự do. làm tiếp điểm của CB mở ra. Điều chỉnh vít để thay đổi lực kháng của lò xo, ta có thể điều chỉnh được trị số dòng điện tác động. Để giữ thời gian trong bảo vộ quá tải kiểu điện từ, người ta thêm một cơ cấu giữ thời gian (ví dụ bánh xe răng như trong cơ cấu đồng hồ).
+ Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản hơn cà, có kết cấu tương tự như rơle nhiệt có phần tử phát nóng dâu nối tiếp vđi mạch diện chính. tấm kim loại kẹp dàn nở làm nhả khdp rơi tự do đổ mở tiếp điểm của CB khi có quá tải. Kiểu này có thiếu sốt lù quán tính nhiệt lớn nên không ngắt nhanh được dòng điện tăng vọt khi có ngán mạch, do độ chỉ bảo vệ được dòng điện quá tải.
Vì vậy người ta thường sử dụng tổng hợp cả móc kiểu điện từ và móc kiểu rơle nhiệt trong một CB. Loại này được dùng ở CB có dòng điện định mức đến 600A.
+ Móc bào vệ sụt áp (còn gọi là bảo vệ điện áp tháp) cùng thường dùng kiểu điện từ. Cuộn dây mắc song song với mạch điện chính, cuộn dây này được quấn nhiều vòng với dây tiết diện nhỏ chịu điện áp nguồn .

3.2.2 Nguyên lý hoạt động
> Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại và CB điện áp tháp được trình bày trên hình bên.
> Ở trạng thái bình thường sau khi đóng diện. CB được giữ ô trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm với tiếp điểm động.

Bật CB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút.
> Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 Iớn  hơn lực lò xo 6 làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bị ngắt.

Bật CB ở trạng thái ON, với điện áp định mức nam châm điện 11 và phần ứng 10 hút lại với nhau.
> Khi sụt áp quá mức, nam châm điện 11 sê nhả phần ứng 10, lò xo 9 kéo móc 8 bật lên, móc 7 thả tự do, thả lỏng, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm cùa CB được mở ra, mạch điện bị ngắt.
3.2.3 Phân loại, ký hiệu, công dụng:
> Theo kết câu, người ta chia CB ra ba loại: một cực, hai cực và ba cực.
> Theo thời gian thao tác, người ta chia CB ra loại tác động không tức thời và loại tác động tức thời (nhanh).
> Tùy theo công dụng bảo vệ, người ta chia CB ra các loại: CB cực đại theo dòng điện, CB cực tiểu theo điện áp, CB dòng điện ngược v.v…
3.3 ĐIỀU KIỆN LỰA CHỌN CB
Việc lựa chọn CB, chủ yếu dựa vào :
+ Dòng điện tính toán đi trong mạch.
+ Dòng điện quá tải.
+ Khi CB thao tác phải có tính chọn lọc.
Ngoài ra lựa chọn CB còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải là CB không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tài công nghệ.
Yêu cầu chung là dòng điện định mức của móc bảo vệ Icb không được bé hơn dòng điện tính toán Itt của mạch.
Tùy theo đặc tính và điều kiện làm việc cụ thể cùa phụ tải, người ta hướng dẫn lựa chọn dòng điện định mức của móc bảo vệ bầng 125%, 150% hay lớn hơn nửa so với dòng điện tính toán mạch.
Sau đây là một số hình ảnh của CB hãng Merlin Gerin

 

CÂU Hỏi CHƯƠNG 3
❖ CB (CIRCUIT BREAKER)

1) Cho biết công dụng, câu tạo, các lọai CB
2) Hãy nêu nguyên lý họat động của các lọai CB
3) Cách chọn CB
4) Bài tập 1: chọn CB dùng để đóng cắt cho mạch gồm các thiết bị sau :
+ 10 bộ đèn. Mỗi bộ có công suất sau : 40W; Uđm=220V; CosΦ = 0.8
+ 10 quạt. Mỗi quạt có công suất 60 W;          Uđm=220V; CosΦ  = 0.9
5) Bài tập 2: Chọn CB dùng để đóng cắt cho động cơ ba pha có thông số sau:
Pđm.= 5HP; Uđm= 38OV; CosΦ = 0.8;Kmm = 3
6) Bài tập 3 : Chọn CB để đóng cắt cho mạch 2 dộng cơ 3 pha có thông số sau:
+ Động cơ 1 :Pđm = 5HP;     Uđm = 380 V;   CosΦ đm = 0.8;    Kmm = 4
+ Động cơ 2: Pđm = 7.5HP;   Uđm = 38OV;   CosΦ đm = 0.85;  Kmm = 5
❖ CÔNG TÁC TƠ:
1) Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của contactor.
2) Phân biệt các loại tiếp điểm có trong contactor.
3) Cho biết các chế độ làm việc của cotactor xoay chiều.

4) Cho biết các chế độ làm việc của cotactor xoay chiều.
5) Bài tập 1: Chọn contactor theo tải là động cơ KĐB 3 pha rotor lồng sóc 10HP, 220V, cosΦ = 0.75,  η=0.8, kmm = 4, vận hành dừng động cơ bình thường.
6) Bài tập 2: Một lò nung có công suất 5KW, 1 pha 220V. η=0.8, chọn contaclor để đóng ngắt cho tải trên.