Bảo vệ điện chập cháy nổ khi sử dụng các thiết bị – Siêu thị PCCC

Các loại cầu chì bảo vệ điện chập cháy nổ dùng trong thiết bị điện áp đến 1000V

Các thông số định mức của cầu chì bảo vệ điện chập cháy nổ

– Điện áp định mức của cầu chì là điện áp ghi trên vỏ cầu chì thích hợp với điện áp lớn nhất của mạng cho phép đặt loại cầu chì đó.
– Cường độ dòng điện định mức của cầu chì là cường độ ghi trên vỏ cầu chì bằng cường độ dòng điện lớn nhất của các giá trị dòng điện định mức chạy trong dây chảy dùng để đặt vào cầu chì.
– Dòng điện định mức của dây chảy là giá trị dòng điện lớn nhất để nó làm việc lâu dài. Nếu vượt quá dòng điện đó dây chảy sẽ đứt Bảo vệ điện chập cháy nổ . Giá trị dòng điện định mức của cầu chì thường lớn hơn hoặc bằng giá trị dòng điện định mức của dây chảy.

– Dòng điện giới hạn của dây chảy cầu chì I∞ là dòng điện khi đó dây chảy nóng chảy sau một khoảng thời gian lớn để đạt được nhiệt độ xác định của nó. Thời gian đó thường bằng 1-2 giờ. Dòng điện giới hạn I∞ lớn hơn dòng điện định mức.
Dòng điện giới hạn ngắt ở điện áp thường cho trước Igh điện áp. Đó là giá trị dòng điện ngắn mạch lớn nhất của mạng khi đó đảm bảo sự làm việc tin cậy của cầu chì, có nghĩa là cung lửa được dập tắt không gây ra hỏng hóc vỏ cầu chì.

Vật liệu làm dây chảy bảo vệ điện chập cháy nổ

Dây chảy cầu chì thường chế tạo từ đồng, bạc, thiếc, chì, kẽm, nhôm và hợp kim của chúng. Dây chảy bằng các kim loại đó có điện trở suất lớn và độ dẫn điện nhỏ.
Việc sử dụng dây chảy bằng đồng, bạc sẽ tăng khả năng đứt của cầu chì. Như vậy tăng dòng điện giới hạn ngắt mạch Igh ngắt bảo vệ điện chập cháy nổ .
– Dây chảy có hiệu ứng luyện kim. Dây chảy có khả năng đứt lớn làm bằng kim loại khó chảy là điều kiện cần thiết để sử dụng dây chảy và thường gọi là dây chảy hiệu ứng luyện kim. Đối với loại này ở giữa dây chảy hàn một hòn bi bằng kim loại dễ chảy. Bản chất hiệu ứng luyện kim là trong dung dịch của dây chảy có nhiều kim loại khó chảy hơn (đồng, bạc) ở trong môi trường dễ chảy (thiếc, hợp kim thiếc với kađimi…) cộng thêm sự khuếch tán của đồng, bạc được tăng lên do sự tăng nhiệt độ. Dây chảy này có tính năng bảo vệ bảo vệ điện chập cháy nổ chống dòng điện quá tải và bị cháy khi tỉ số I∞ /Iđm.dccc nhỏ và nhiệt độ không cao lắm (nhỏ hơn khoảng hai, ba lần nhiệt độ nóng chảy của kim loại chính). Kích thước hòn bi (dung dịch kim loại) ảnh hưởng đến sự làm việc của dây chảy. Khi hòn bi quá nhỏ thì hiệu ứng luyện kim nhỏ, khi quá lớn sự mất nhiệt từ dây chảy vào vị trí hòn bi giảm nhiệt độ dây chảy giảm xuống và hòn bi không nóng chảy hiệu ứng luyện kim loại yếu đi. Đường kính hòn bi ở giữa dây đồng có đường kính từ 0,25 – 0,6 mm đến 1 – 2 mm.
– Cấu tạo của dây chảy bảo vệ điện chập cháy nổ . Chiều dài và hình dạng của dây chảy ảnh hưởng rất lớn đến tính năng bảo vê của nó. Tăng chiều dài thì dòng điện giới hạn tăng. Đối với các cầu chì thì điện áp từ 120- 150V, chiều dài tốt nhất là 70mm. Khi chiều dài nhỏ sẽ giảm khả năng đứt của cầu chì. Để khối lượng kim loại nóng chảy và tăng khả năng đứt khi ngắn mạch, đối với các giá trị I∞ như nhau dây chảy làm theo kiểu có nhiều nhánh song song để tăng khả năng đứt của cầu chì và giảm thời gian dập tắt cung lửa.
Một số loại cầu chì dây chảy có từ hai đến bốn điểm thắt nhỏ. Ở điểm thắt đó điện trở của nó lớn mật độ dòng điện tăng lên và lượng nhiệt tỏa ra nhiều hơn so với những chỗ rộng. Khi ngắt mạch chỗ thắt của dây chảy bị đốt nóng rất nhanh đến nhiệt độ nóng chảy và dây chảy hầu hết bị đứt ở những chỗ thắt. Khi quá tải dây chảy bị đốt nóng chậm hơn khi ngắn mạch, nhờ sự làm lạnh tốt ở những chỗ bề mặt lớn của dây chảy nên dây chảy thường bị đứt ở một chỗ.
Khi vận hành không cho phép sử dụng dây chảy không đúng tiêu chuẩn với cường độ dòng điện giới hạn và cường độ dòng điện định mức của chúng, tính năng bảo vệ không phải là một giá trị xác định. Những dây chảy không đúng quy định có thể gây đốt nóng cục bộ, hỏng đui, làm thay đổi khả năng đứt của cầu chì và dẫn đến hỏng hóc và cháy thiết bị.

Cấu tạo của cầu chì bảo vệ điện chập cháy nổ

Gồm một dây chảy làm bằng kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp (chì, đồng, nhôm, kém) đặt trong vỏ kín được giữ chặt bằng các tiếp xúc để dập tia lửa khi dòng điện chảy qua dây chảy vượt quá giá trị cho phép bảo vệ điện chập cháy nổ.
– Cầu chì có thể chia thành các loại sau: hở, kín, ren xoáy 1 cực.
+ Loại hở:
Có cấu tạo đơn giản đó là một hay nhiều sợi dây kim loại đặt song song hở, loại này không có thiết bị dập tia lửa. Khi dây chảy nóng chảy tạo thành cung lửa hở và những hạt kim loại nóng sáng, những khí ion hóa bắn vào môi trường xung quanh rất nguy hiểm cho người vận hành có thể gây cháy đối với nhà và các thiết bị có nguy hiểm cháy nổ. Vì thế không cho phép sử dụng loại cầu chì hở ở những nơi nguy hiểm.
+ Loại cầu chì kín:
Loại cầu chì này có ống bằng sợi, bảo vệ điện chập cháy nổ trong ống có chất độn bằng cát thạch anh dùng trong các thiết bị điện xoay chiều, một chiều điện áp 220, 500V, dòng điện định mức từ 6- 1000A. Các cầu chì này thường đặt trong các thiết bị phân phối (bảng phân phối, tủ phân phối… ) khi cháy, dây chảy đồng thời xuất hiện cung lửa, ống sẽ bị cháy sém. Loại khí mang nhiệt giải phóng ra sẽ khử ion cung lửa và tạo thành trong cầu chì áp suất lớn, áp suất này tỉ lệ thuận với năng lượng thoát ra trong cung lửa và tỉ lệ nghịch với thể tích bên trong của cầu chì có thể đạt tới 150 Kpa để dập tắt cung lửa.
Khi dòng điện ngắn mạch được ngắt nhờ sự khử ion năng lượng của cung lửa trong ống kín, điện trở tăng nhanh và lớn bắt buộc dòng điện ngắn mạch trong mạch giảm đến giá trị 0 sớm hơn đạt đến giá trị xung đối với mạch xoay chiều và giá trị xác định với mạch một chiều.
Loại cầu chì này chỉ dùng dây chảy bằng kẽm vì nhiệt độ trong ống không vượt quá nhiệt độ nóng chảy của kẽm (4000C). Loại cầu chì này có nhiều hạn chế: khả năng đứt kém, đối với các thiết bị công nghiệp ngày nay tính năng bảo vệ không ổn định, vì điện trở tiếp xúc của dây chảy với cực của đui phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc ở bu lông không đảm bảo tin cậy (cháy vỏ), đắt tiền.
Loại cầu chì này dây chảy đặt trong ống kín, ống được nhồi chặt chất độn hạt mịn cách điện (cát thạch anh). Các khí nóng và khí ion hóa được tạo thành sau khi dây chảy cháy sẽ lọt vào vùng không gian giữa các hạt cát và tiếp xúc với bề mặt của các hạt hên cạch và bị khử ion. Những hạt kim loại bắn vào sâu chất độn hạt mịn và ngưng tụ trên bề mặt của nó. Cát thạch anh hấp thụ làm lạnh, áp suất khí trong ống giảm nhanh ở thời gian dây chảy bốc hơi. Ngoài ra để tránh sự cháy vỏ cầu chì khi quá tải lâu dài mà dây chảy không đứt người ta sử dụng kim loại có hiệu ứng kim loại cao. Cầu chì có chất độn bằng cát thạch anh là loại có giới hạn dòng điện. Thời gian dập tắt cung lửa ngắn vì dòng điện không kịp đạt tới giá trị lớn như khi ngắn mạch trong thiết bị không trang bị cầu chì.

Các bộ ngắt tự động bảo vệ điện chập cháy nổ (Atômát)

Để bảo vệ các lưới điện chống quá tải bảo vệ điện chập cháy nổ và ngắn mạch người ta dùng atômát. Các atômát có thể dùng để ngắt mạch và chuyển mạch sự cố của lưới. Vì vậy chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện của các quá trình công nghệ có nguy hiểm cháy, nổ. Atômát có loại tác động chậm, nhanh, loại atômát tác động chậm có kiểu tác động nhả bằng điện từ, tác động nhả bằng nhiệt và phối hợp tác động nhả bằng nhiệt và điện từ.

Các thông số định mức của atômát bảo vệ điện chập cháy nổ

– Điện áp định mức là điện áp tương ứng với điện áp định mức lớn nhất của lưới cho phép sử dụng atômát đó bảo vệ điện chập cháy nổ .
– Cường độ dòng điện định mức – cường độ dòng điện lớn nhất tính cho phần dẫn điện và tiếp xúc của atômát bằng giá trị lớn nhất những giá trị định mức của bộ phận nhả.
– Cường độ dòng điện định mức của bộ phận nhả – cường độ dòng điện định mức nhả điện từ Iđmđt, nhả nhiệt Iđm nhiệt hay định mức phối hợp Iđm phối hợp cường độ dòng điện lớn nhất tính toán cho bộ phận nhả của atômát làm việc liên tục không gây tác động ngắt mạch.

– Cường độ dòng điện định mức đặt của bộ phận nhả bằng nhiệt là cường độ điều chỉnh bộ nhả bằng nhiệt và khi đó bộ phận nhả không tác động, ví dụ:
Đối với atômát có điều chỉnh dòng điện đặt:
Iđm đặt nhiệt = (0,6÷1) đm bộ nhả bằng nhiệt
Đối với atômát không điều chỉnh tác động:
Iđm đặt nhiệt = Iđm bộ nhả nhiệt
Cường độ dòng điện tác động của bộ nhả:
Itđ điện từ, Itđ nhiệt – cường độ dòng điện nhỏ nhất khi đó bộ phận nhả của atômát tác động, ví dụ:
Itđ điện từ = (7÷15) Iđm điện từ
Đối với các atômát có bộ phận nhả điện từ hay phối hợp:
Itđ nhiệt = (1,25÷ 1,45) Iđm nhiệt
Đối với các atômát có bộ phận nhả bằng nhiệt không điều chỉnh dòng điện đặt:
Itđ nhiệt = (1,25÷ 1,33) Iđm đặt nhiệt
Đối với atômát có bộ phận nhả bằng nhiệt có điều chỉnh dòng điện đặt.
Cường độ dòng điện giới hạn ở giá trị điện áp cho trước Igh atômát – giá trị dòng điện ngắn mạch lớn nhất của lưới, khi đó đảm bảo atômát làm việc tin cậy.

Những đặc tính bảo vệ của atômát bảo vệ điện chập cháy nổ

– Toàn bộ thời gian ngắt mạch của atômát xác định theo công thức:
          t ngắt = tr + tc
t ngắt – toàn bộ thời gian ngắt
t_r – thời gian ngắt mạch riêng (ví dụ đối với các bộ phận nhả bằng nhiệt = cần đốt nóng+ nhả cơ cấu .
Ở đây: t_{cần đốt nóng} – thời gian cần thiết để đốt nóng thanh lưỡng kim đến nhiệt độ tác động. t_{nhả cơ cấu} – thời gian cần thiết để nhả cơ cấu).
– tc thời gian cháy cung lửa.
Đặc tính bảo vệ của atômát xác định sự phụ thuộc thời gian ngắt mạch toàn bộ vào tỷ số dòng điện chạy trong bộ phận nhả và dòng điện định mức của bộ phận nhả.
Tính năng bảo vệ của atômát cho phép xác định độ tin cậy bảo vệ của các phần tử của thiết bị điện chống dòng điện quá tải, ngắn mạch.
Để xác định độ tin cậy của atômát bảo vệ điện chập cháy nổ cũng như khi bảo vệ bằng cầu chì cần phải so sánh tính năng bảo vệ của atômát với tính năng quá tải cho phép của phần tử cần bảo vệ, tức là tính năng nhiệt của nó, giữa các tính năng đó cần phải có sự thích hợp để khi ngắt mạch dòng điện do quá tải nhiệt độ của phần tử bảo vệ đến gần giới hạn cho phép
Điều kiện an toàn và độ tin cậy bảo vệ phần tử của thiết bị điện bằng atômát: ngắt ≤ đốt nóng.

Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của atômát tác động chậm:

Cấu tạo gồm: vỏ, tiếp xúc động, tĩnh, buồng dập hồ quang, cơ cấu điều khiển, cơ cấu nhả tự do và bộ phận nhà.
Vỏ atômát làm bằng nhựa, sứ, thép dùng để bắt trực tiếp các bộ phận của atômát. Vỏ bọc kín các bộ phận đảm bảo an toàn cho người vận hành khi atômát tác động.
Cơ cấu điều khiển bảo vệ điện chập cháy nổ được đảm bảo đóng ngắt nhanh các tiếp xúc với vận tốc không đổi và không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của nút ấn, cần gạt. Cơ cấu điều khiển có thể là một cần gạt hay nút ấn để thao tác đóng mở theo vị trí đã xác định của bộ ngắt tự động. Bộ phận cơ bản đảm bảo cho atômát tác động ở chế độ không bình thường là bộ phận nhả. Trong atômát thường sử dụng bộ phận dòng điện cực đại, bộ phận này tác động khi dòng điện vượt quá dòng điện đặt. Trong thực tế ta thường gặp atômát dòng điện cực đại có bộ phận nhà bằng điện từ hay nhiệt hoặc phối hợp cả điện từ và nhiệt.

Atômát có bộ phận nhả bằng điện từ (hình 2.11)
Ở vị trí làm việc atômát kín mạch nhờ chốt hãm (4) và cần gạt (3), cần thao tác (10). Lò xo (7) giữ vai trò đóng mạch. Ở chế độ bình thường, lõi thép (8) và móc hãm (4) có xu hướng kéo lõi thép ở vị trí cân bằng. Khi trong mạch bảo vệ xuất hiện dòng điện lớn (ngắn mạch, quá tải ) lõi thép (8) bị lõi thép (9) kéo xuống, chốt hãm (4) nhả ra quay theo trục (5) và tay gạt (3) nhả ra khỏi vị trí tiếp xúc sau đó dưới tác dụng của lò xo (2), và trọng lượng riêng của lưỡi dao (1) atômát ngắt mạch. Vị trí của chốt hãm (4) được xác định ở điểm giữ (6) sau khi ngắt mạch. Trong các thiết bị điện lực thường xuất hiện dòng điện lớn hơn dòng điện định mức trong thời gian ngắn nhưng không nguy hiểm cho thiết bị điện (ví dụ dòng điện khởi động của động cơ) để tránh ngắt mạch khi khởi động, bộ phận nhả dòng điện này lớn hơn dòng điện quá tải trong thời gian ngắn, atômát bảo vệ được động cơ chống quá tải không lớn hơn dòng điện tác động của bộ phận nhả. Khi dòng điện tác động có giá trị lớn hơn dòng điện định mức thì atômát chỉ bảo vệ chống ngắn mạch cho động cơ
Đa số các atômát có bộ phận nhả dòng điện cực đại không duy trì thời gian và ngắt mạch tức thời. Một số atômát có bộ phận nhả dòng điện cực đại duy trì thời gian tức là bộ phận đó tạo thành một khoảng thời gian giữa sự tác động của dòng điện lên atômát và mômen ngắt mạch. Để duy trì thời gian người ta dùng cơ cấu hãm dầu hay hãm hơi, bộ giảm tốc điện từ… Một số nhược điểm của atômát (hình 2) là thiếu cơ cấu nhả tự do, tự động ngắt atômát khi ngắn mạch và trong trường hợp này do một nguyên nhân nào đó tiếp xúc động (1) giữa tay thao tác một thời gian lâu ở vị trí đóng mạch. Cơ cấu nhả tự do được thực hiện ở dạng tay gạt dễ gãy. Các atômát không có cơ cấu nhả tự do không cho phép dùng bảo vệ các thiết bị điện của các xi nghiệp nguy hiểm cháy, nổ.

Các atômát có bộ phận nhả bằng nhiệt (rơle nhiệt).

Công dụng dùng bảo vệ quá tải cho động cơ, bà. Cấu tạo như hình vẽ 2.12.
Nguyên tắc làm việc, dòng điện của động cơ chạy qua phân tử đốt nóng (3) đặt gần thanh kim loại (4) gồm 2 lá có hệ số dãn nở nhiệt khác nhau gắn chặt với nhau. Một đầu thanh kim loại đội vào cần quay (2), lò xo (5) găng chặt. Dưới tác dụng nhiệt do phần tử đốt nóng (3) phát ra, lá kim loại dưới có hệ số dãn nở lớn hơn thanh trên nên bị uốn cong lên phía trên, nhờ lực kéo của lò xo (5) cần quay (2) bị bật và quay theo chiều kim đồng hồ tiếp điểm (7) trở về vị trí ngắt. Muốn tiếp điểm (7) ở vị trí đóng mạch ta ấn nút (8). Dòng điện tác động của bộ ngắt bằng nhiệt được chỉ định bằng cách thay đổi lực kéo của lò xo (5). Đối với rơle nhiệt có những đặc điểm sau: cường độ dòng điện lớn nhiệt độ của thanh kim loại càng tăng nhanh nó uốn cong và tác động ngắt mạch bảo vệ điện chập cháy nổ. Vì vậy, rơle nhiệt bảo vệ cho động cơ chống dòng điện quá tải và phụ thuộc vào dòng điện duy trì thời gian.