Giáo trình Khí cụ điện (Phần 1)

Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 1
Chương I : khái niệm về khí cụ điện 
 Đ 1-1 khái niệm 
I. Khái niệm về khí cụ điện 
Khí cụ điện là những thiết bị điện dùng để đóng , cắt, điều khiển, điều 
chỉnh và bảo vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất. 
Ngoài ra nó còn được dùng để kiểm tra và điều chỉnh các quá trình không điện 
khác. 
Khí cụ điện được dùng rộng rãi ở các nhà máy phát điện , các trạm biến 
áp, trong các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp , lâm nghiệp , thuỷ lợi, giao 
thông vận tải và quốc phòng.... 
ở nước ta khí cụ điện hầu hết được nhập từ nhiều nước khác nhau nên quy 
cách không thống nhất, việc bảo quản và sử dụng có nhiều thiếu sót nên hư hỏng 
khá nhiều, dẫn đến gây thiệt hại về kinh tế. Do đó nâng cao chất lượng sử dụng , 
kỹ thuật bảo dưỡng , bảo quản và kỹ thuật sửa chữa khí cụ điện là nhiệm vụ quan 
trọng hiện nay. 
II. Sự phát nóng của khí cụ điện 
1. Quá trình phát nóng và nguội lạnh của khí cụ điện 
Dòng điện chạy trong vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên. Nừu nhiệt độ vượt 
quá giá trị cho phép , khí cụ điện sẽ chóng hỏng, vật liệu cách điện chóng già 
hoá và cường độ cơ khí của kim loại giảm đi nhanh chóng 
 Để đảm bảo cho các khí cụ điện làm việc bình thường thì nhiệt độ lớn nhất 
của khí cụ điện không được vượt quá nhiẹt độ lớn nhất cho phép 
 Nhiệt độ lớn nhất cho phép của các bộ phận trong khí cụ điện tham khảo 
theo bảng 1-1 
 Bảng 1-1 
Các bộ phận của khí cụ điện Nhiệt độ cho phép, 0C 
Vật liệu không bọc cách điện hay để xa vật cách điện 110 
Dây nối tiếp xúc cố định 75 
Tiếp xúc hình nón của đồng và hợp kim đồng 75 
Tiếp xúc trượt của đồng và hợp kim đồng 110 
Tiếp xúc mạ bạc 120 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 2
Vật dẫn không bọc cách điện 110 
Vật liệu dẫn điện có bọc cách điện : 
- Cách điện cấp Y ( gồm vải sợi, giấy, tơ, lụa, 
không tẩm cách điện ). 
- Cách điện cấp A ( Vải sợi, giấy , tơ , lụa , có thấm 
tẩm cách điện ) 
- Cách điện cấp E ( bọc lớp hợp chất tổng hợp và 
một số vật liệu khác có thể làm việc ổn định ở nhiệt độ 
này ) 
- Cách điện cấp B ( vật liệu trên cơ sở mi ca, 
amian,sợi thuỷ tinh có thấm tẩm để chịu nhiệt độ tương 
ứng ) 
- Cách điện cấp F ( vật liệu trên cơ sở mi ca, 
amian,sợi thuỷ tinh có thấm tẩm tốt hơn để chịu nhiệt 
độ cao hơn cấp B ) 
- Cách điện cấp H ( vật liệu trên cơ sở mi ca, 
amian,sợi thuỷ tinh và tổng hợp silíc ) 
- Cách điện cấp C ( vật liệu trên cơ sở mi ca, silíc, 
sứ.... ) 
90 
105 
120 
130 
155 
180 
Trên 180 
Tuỳ theo chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác nhau. Có 3 chế 
độ làm việc : Làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn và làm việc ngắn hạn lặp lại. 
 Sự phát nóng do tổn hao nhiệt quyết định. Đối với khí cụ điện một chiều 
đó là tổn hao đồng, đối với khí cụ điện xoay chiều là tổn hao đồng và sắt. Ngoài 
ra còn tổn hao phụ. Nguồn phát nóng chính ở khí cụ điện là : dây dẫn có dòng 
điện chạy qua, lõi thép có từ thông biến thiên theo thời gian . cầu chì, chống sét 
và một số khí cụ khác có thể phát nóng do hồ quang. Ngoài ra còn có thể phát 
nóng do tổn thất dòng điện xoáy. 
 Các loại tổn hao này đều biến thành nhiệt làm khí cụ điện nóng lên ta nói 
khí cụ điện bị phát nóng. Khi nhiệt độ của khí cụ điện cao hơn nhiệt đọ môi 
trường nó bắt đầu toả nhiệt ra ngoài môi trường theo ba hình thức : Truyền nhiệt, 
bức xạ và đối lưu. Chênh lệch nhiệt càng lớn thì nhiệt lượng truyền ra môi trường 
càng nhiều . Khi nhiệt lượng do năng lượng tổn hao trong khí cụ điện sinh ra 
trong một đơn vị thời gian bằng nhiệt lượng toả ra môi trường trong cùng thời 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 3
gian đó thì nhiệt độ của khí cụ điện không tăng lên nữa mà đạt tới giá trị nhiệt độ 
ổn định . Kết thúc quá trình phát nóng của khí cụ điện ( đoạn OA ) 
Hình 1-1 : Đường đặc tính phát nóng và nguội lạnh của khí cụ điện 
 Thời gian t nóng gọi là thời gian đốt nóng thường từ vài chục phút đến vài 
giờ 
 Khi cắt thiết bị ra khỏi nguồn điện , nguồn phát nhiệt mất đi nó bắt đầu 
giảm nhiệt độ cho đến khi bằng nhiệt độ 0của môi trường. Đó là quá trình nguội 
lạnh của khí cụ điện ( đoạn BC ). Thời gian t nguội là thời gian nguội lạnh của khí 
cụ điện. 
2. Các chế độ làm việc của khí cụ điện 
Khoảng các giữa hai lần đóng điện và cắt điện của khí cụ điện gọi là thời 
gian làm việc tđ . Tuỳ theo tương quan giữa thời gian làm việc , thời gian phát 
nóng và nguội lạnh , người ta chia ra 3 chế độ làm việc: 
a. Chế độ làm việc dài hạn: Là chế độ làm việc có thời gian đóng điện tđ lớn 
hơn thời gian phát nóng t nóng . Như vậy trong mỗi chu kỳ làm việc khí cụ điện 
đều bị gia nhiệt đến nhiệt độ ổn định ( Hình 1- 2 ). 
Hình 1-2 : Đường đặc tính phát nóng và nguội lạnh của khí cụ điện ở chế độ làm 
việc dài hạn 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 4
b. Chế độ làm việc ngắn hạn : 
Là chế độ làm việc có thời gian làm việc ( tđ ) nhỏ hơn thời gian phát nóng 
( t nóng ), tđ < t nóng . Nhưng thời gian cắt điện lại dài hơn thời gian nguội lạnh 
( tc > t nguội ). Như vậy trong mỗi chu kỳ làm việc khí cụ điện không bao giờ đạt 
tới nhiệt độ ổn định và sau đó lại nguội lạnh đến nhiệt độ môi trường ( Hình 1- 
3a )rồi mới bắt đầu chu kỳ làm việc mới. Ví dụ các khí cụ điện trong mạch khởi 
động , mở máy các động cơ điện, cuận dây đóng và cắt máy ngắt. 
 Hình 1-3: a) Đường đặc tính trong chế độ làm việc ngắn hạn 
 b) Đường đặc tính trong chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại 
c. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại : 
 Là chế độ làm việc có thời gian đóng điện ( tđ ) nhỏ hơn thời gian phát 
nóng( t nóng ) và thời gian cắt điện ( t c) nhỏ hơn thời gian nguội lạnh ( t nguội ) , t c 
< t nguội. Như vậy trong mỗi chu kỳ làm việc khí cụ điện chưa kịp nguội tới nhiệt 
độ môi trường lại bắt đầu một chu kỳ làm việc mới. Ví dụ các khí cụ điện trong 
các cầu trục làn việc ở chế độ này . 
III. Tiếp xúc điện 
1 -Khái quát : 
Theo cách hiểu thông thường , chỗ tiếp xúc điện là nơi gặp gỡ chung của 
hai hay nhiều vật dẫn để dòng điẹn đi từ vật dẫn này sang vật dẫn khác. Bề mặt 
tiếp xúc giữa các vật dẫn gọi là bề mặt tiếp xúc điện. 
 Tiếp xúc điện là một phần rất quan trọng của khí cụ điện. Trong thời gian 
hoạt động đóng mở, chỗ tiếp xúc sẽ phát nóng cao, mài mòn lớn do va đập và ma 
sát, đặc biệt sự hoạt động có tính chất huỷ hoại của hồ quang. 
 Tiếp xúc điện phải thoả mãn các yêu cầu sau: 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 5
- Thực hiện tiếp xúc chắc chắn , đảm bảo. 
- Sức bền cơ khí cao. 
- Không phát nóng quá nhiệt độ cho phép đối với dòng điện định mức. 
- ổn định nhiệt và ổn định lực điện động khi có dòng ngắn mạch cực đại 
đi qua. 
- Chịu được tác dụng của môi trường xung quanh, ở nhiệt độ cao ít bị oxy 
hoá . 
Có ba loại tiếp xúc: 
- Tiếp xúc cố định: Hai vật tiếp xúc chặt không rời nhau bằng đinh tán, bu 
lông. 
- Tiếp xúc đóng mở: Tiếp điểm của các khí cụ đóng cắt mạch điện. 
- Tiếp xúc trượt: Chổi than trượt trên cổ góp, vành trượt của máy điện 
Lực ép lên mặt tiếp xúc có thể là bulông hay lò xo. 
 Theo bề mặt tiếp xúc có ba dạng: 
- Tiếp xúc điểm ( giữa hai mặt cầu, mặt cầu với mặt phẳng, hình nón với 
mặt phẳng). 
- Tiếp xúc đường ( giữa hình trụ với mặt phẳng ). 
- Tiếp xúc mặt ( giữa mặt phẳng với mặt phẳng ). 
2-Bề mặt tiếp xúc: 
Hình 1- 4 : Hình dạng bề mặt tiếp xúc giữa hai mặt dẫn điện 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 6
 Bề mặt tiếp xúc thường có dạng lồi lõm ly ty mà mắt thường không thể 
thấy được. Tiếp xúc giữa hai vật dẫn không thực hiện được trên toàn bộ bề mặt 
mà chỉ có một vài điểm tiếp xúc mà thôi. Đó chính là các đỉnh có bề mặt cực bé 
để dẫn dòng điện đi qua. Khi vật liệu rắn , dưới tác dụng của lực ép F thì vật tiếp 
xúc nhiều nhất ở 3 điểm và các đỉnh sẽ biến dạng đàn hồi. Nếu lực F lớn các 
đỉnh sẽ biến dạng dẻo và những điểm tiếp xúc trở thành những bề mặt tiếp xúc 
đồng thời tạo nên những điểm tiếp xúc mới. 
 Nếu gọi : 
 - S là tổng diện tích tiếp xúc thực tế. 
-  là ứng suất biến dạng của vật liệu ( còn gọi là hệ số chống dập nát ). 
Thì ta có : 

F
s 
Trị số của  cho ở bảng 1- 2 
 Bảng 1- 2 
Vật liệu tiếp xúc , N/ mm2 
Vanadi V 3650 
Niken N 2210 
Môlipđen Mo 1660 
Nhôm Al 883 
Platin Pt 765 
Đồng cứng Cu 510 
Đồng mềm 382 
Bạc Ag 304 
Graphit 129,5 
Thiếc Sn 44,2 
Chì Pb 22,6 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 7
Ví dụ : Xác định S của hai thanh góp phân phối bằng nhôm được ép một 
lực F = 7000 N , biết diện tích tiếp xúc biểu kiến Sbk = 40 x 40 = 1600 mm
2. 
Giải : áp dụng công thức : 
Al
F
S

Tra bảng Al= 883 N/ mm
2 . Ta có: 294,7
883
7000
mmS 
Tính theo phần trăm sẽ là : bkS%5,0
1600
10094,7

Cũng từ tính toán trên nếu dùng thanh đồng cứng thì kết quả là 0,86%, tức 
là thực hiện tiếp xúc tốt hơn. 
Muốn tiếp xúc tốt phải làm sạch mối tiếp xúc. Sau một thời gian nhất 
định, bất kỳ một bề mặt tiếp xúc nào đã được làm sạch trong không khí cũng đều 
bị bọc một lớp ôxyt. ở những mối tiếp xúc bằng vàng hay bạc , lớp này tạo thành 
chậm. Thông thường bề mặt tiếp xúc được đánh bóng bằng giấy ráo mịn, sau đó 
lau bằng vải, bông hay dạ, ma sát mạnh cho đến khi toàn bộ bề mặt được độ 
thấm nước ( bề mặt khô biểu hiện không hoàn toàn sạch ). Mỡ và dầu phải được 
rửa sạch bằng axêtôn hay têtra clorua cacbon. 
Trong thực tế nếu nói diện tích tiếp xúc S ta hiểu là diện tích tiếp xúc biểu 
kiến Sbk. 
3- Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm: 
Có hai vật dẫn tiếp xúc nhau, diện tích tiếp xúc S, điện trở suất , có chiều 
dài là l ( hình 1- 5 ). 
 Hình 1- 5 : Cách tính điện trở tiếp xúc 
a- Hình dạng và kích thước 
b- Đường đặc tính quan hệ điện trở tiếp xúc với lực ép lên tiếp 
điểm: 
1- khi lực ép tăng 
2- khi lực ép giảm 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 8
Lúc đó điện trở hai vật dẫn ( hình 1- 5a ) tính theo công thức: 
S
l
R 1 
Khi dòng điện đi qua hai vật dẫn đó ,điện trở tổng R sẽ lớn hơn R1 vì hai 
mặt vật dẫn dù có được làm sạch thế nào cũng đều xuất hiện lớp ôxyt làm tăng 
điện trở. Nếu gọi Rtx là điện trở tiếp xúc của hai vật dẫn thì Rtx được tính theo 
công thức : 
mtx F
k
RRR 1 
Trong đó : 
- k là hệ số phụ thuộc vào  và , đồng thời vào trạng thái mặt tiếp xúc. 
- m là hệ số phụ thuộc vào dạng tiếp điểm và số lượng điểm tiếp xúc. 
- F là lực ép lên tiếp điểm. 
Trị số m và k tham khảo theo bảng 1- 3 và 1- 4 
 Bảng 1- 3 
Vật liệu tiếp xúc Trị số k, .N 
Đồng- đồng ( 0,08- 0,14 ). 10-2 
Đồng - đồng mạ thiếc ( 0,07- 0,1 ). 10-2 
Đồng - đồng loại dễ bị o xy hoá 0,740. 10-2 
Đồng - đồng tiếp xúc dạng ngón 0,280. 10-2 
Đồng - đồng tiếp xúc kiểu chổi 0,100. 10-2 
Bạc- bạc 0,060. 10-2 
Nhôm- nhôm 0,127. 10-2 
Nhôm - đồng thau 1,850. 10-2 
Nhôm - đồng 0,380. 10-2 
Đồng thau- đồng 0,980. 10-2 
Đồng thau- đồng thau 0,670. 10-2 
Sắt – sắt 7,600. 10-2 
Sắt - đồng thau 3,040. 10-2 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 9
Sắt - đồng 3,100. 10-2 
Sắt – nhôm 4,400. 10-2 
 Bảng 1- 4 
Hình thức tiếp xúc m 
Mặt phẳng – mặt phẳng 1 
Mặt cầu – mặt cầu 0,5 
Mặt cầu – mặt phẳng 0,5 
Chổi – mặt phẳng 1 
Tiếp xúc nhiều điểm 0,7 – 1,0 
Tiếp xúc đường 0,7 – 0,8 
Tiếp xúc đỉnh nhọn – mắt phẳng 0,5 
4- Một số yếu tố chính ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc: 
* Vật liệu làm tiếp điểm: 
 Nếu vật liệu mềm thì dù áp suất có bé điện trở tiếp xúc cũng bé. Nói cách 
khác, nếu khả năng chống dập nát được đặc trưng bằng  bé thì Rtx cũng bé . Do 
đó thường dùng vật liệu mềm để làm tiếp điểm hoặc dùng kim loại cứng mạ 
ngoài bằng kim loại mềm như : đồng thau mạ thiếc, thép mạ thiếc hay mạ cadimi. 
Từ đó cũng phát triển tiếp điểm lưỡng kim loại : tiếp điểm kim loại cứng tiếp xúc 
với kim loại lỏng như thuỷ ngân. 
* Lực ép tiếp điểm F càng lớn thì điện trở tiếp điểm càng bé, có thể thấy rõ trên 
hình 1- 5 b. 
* Hình dạng tiếp điểm có ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc, vì hệ số m khác nhau 
nên 
mtx F
k
R 
cũng khác nhau ( bảng 1- 4). 
* Nhiệt độ tiếp điểm: 
Theo kết quả thí nghiệm : ở nhiệt độ không quá cao ( thường 2000C ), khi 
nhiệt độ tiếp điểm tăng, thì điện trở tiếp xúc cũng tăng. 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 10
* Diện tích tiếp xúc có ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc. 
* Mật độ dòng điện : 
Diện tích tiếp xúc được xác dịnh tuỳ theo mật độ dòng điện cho phép. Mật 
độ dòng điện cho phép được xác định theo công thức : 
S
I
Icp 
 Mật độ dòng điện càng lớn thì nhiệt độ tiếp xúc càng tăng và do đó điện 
trở tiếp xúc tăng. 
Đối với mật độ dòng điện đã cho trước, muốn giảm phát nóng tiếp điểm 
thì vật liệu phải có điện trở suất nhỏ, đồng thời phải có khả năng toả nhiệt cao 
qua mặt ngoài. Do đó những vật dẫn có bề mặt xù xì kay những vật dẫn được 
quét sơn sẽ toả nhiệt có hiệu quả hơn. Có thể kiểm tra nhiệt độ tiếp xúc bằng sự 
biến màu của sơn. 
Như vậy , muốn giảm điện trở tiếp xúc có thể tăng lực èp, tăng số tiếp 
điểm tiếp xúc, chọn vật dẫn có điện trở suất bé và hệ số truyền nhiệt lớn, tăng 
diện tích truyền nhiệt và chọn tiếp điểm có dạng toả nhiệt dễ nhất. 
5- Sự ăn mòn kim loại làm tiếp điểm 
 Xung quanh điểm tiếp xúc có nhiều hốc nhỏ ly ti , hơi nước đọng lại . các 
chất có hoạt tính hoá học lớn thấm vào gây phản ứng hoá học tạo nên màng 
mỏng giòn, dễ bị bóc khi va chạm , do vậy mặt tiếp xúc bị mòn dần. Đó là hiện 
tượng ăn mòn kim loại. 
 Điện trở suất của màng mỏng rất lớn so với điện trở suất của kim loại làm 
vật dẫn, do đó điện trở tiếp xúc tăng khi hình thành màng mỏng. 
 Sự oxy hoá làm cho điện trở tiếp xúc tăng lên đặc biệt ở nhiệt độ lớn hơn 
700C. Đồng bị oxy hoá mạnh, thí nghiệm thấy ở nhiệt độ 1000Csau 1 giờ điện trở 
tiếp xúc tăng khoảng 50 lần. 
 Nếu đốt nóng và làm nguội liên tục cũng làm tăng tốc độ oxy hoá. 
Ngoài ra , mỗi kim loại có một điện thế hoá học nhất định, do đó nếu hai 
kim loại tiếp xúc nhau sẽ có hiệu điện thế giữa chúngvà tạo điều kiện thuận lợi 
cho oxy hoá. Hơn nữa nếu hơi nước đọng trên bề mặt tiếp xúc có chất điện phân 
thì do có hiệu điện thế nên sé có dòng điện chạy qua giữa chúng, kim loại có độ 
hoà tan lớn sé bị ăn mòn trước. Kim loại nào có điện thế hoá học càng âm ( 
Mn,Al,Mg ) thì độ hoà tan càng lớn nên càng chóng hỏng. 
Sau đây là một số vật liệu kim loại có điẹn thế hoá học (V ) với trị âm tăng 
dần: 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 11
Ag Cu H Sn Ni Co Cd 
+ 0,8 + 0,345 0 - 0,14 - 0,2 - 0,25 - 0,4 
Fe Cr Zn Mn Al Mg 
- 0,44 - 0,56 - 0,76 - 1,1 - 1,34 - 1,87 
Để giảm bớt điện trở tiếp xúc thường mạ điện. Lớp kim loại bao phủ có 
tác dụng bảo vện kim loại chính. Thường mạ với vật liệu sau : 
- Tiếp điểm đồng thau, đồng mạ thiếc hay mạ bạc. Mạ thiếc không tốt bằng 
mạ bạc vì khi có dòng điện cao đi qua ( lúc ngắn mạch ) thiếc chảy và bắn ra 
xung quanh. 
- Nhôm mạ kẽm 
- Sắt mạ cadimi, kẽm. Mạ niken ít bị oxy hoá , không chảy băn ra ngoài. 
Đồng thời để bảo vệ tốt bề mặt kim loại, kim loại mạ phải có điện thế hoá 
học gần bằng điện thế hoá học của kim loại làm tiếp điểm, tăng lự ...  mới thay thế phái có kích thước và vật liệu giống như tiếp điểm cũ. 
 Khi lực ép tiếp điểm không đủ cần thay thế lò xo khác. 
 Khi công tắc tơ phát ra tiếng kêu ta phải kiểm tra cẩn thận lực ép ở tất cả 
các mối ghép, điều chỉnh sự tiếp giáp giữa lõi thép động và lõi thép tĩnh. Để 
kiểm tra tiếp giáp của lõi thép, ta dùng một tờ giấy trắng, mỏng, mịn đặt vào 
giữa rồi dùng tay đóng công tắc tơ. Căn cứ vào vết in của lõi thép trên mặt giấy 
để xác định mức độ tiếp giáp giữa hai lõi thép. Để công tắc tơ làm việc êm , bề 
mặt tiếp giáp phải có trên 70% diện tích mặt lõi thép tính toán. Nếu mức độ tiếp 
giáp ít hơn , hoặc tiếp giáp có khe hở giữa hai lõi thép, phải điều chỉnh lại vị trí 
lõi thép hoặc cạo sạch mặt tiếp giáp . 
 Các chi tiết cách điện bị hư hỏng phải thay thế. Hộp dập hồ quang bị 
hỏng phải sửa chữa lại. 
 Cuộn dây bị hư hỏng bị hỏng rất khó sửa chữa, nên thay bằng cuộn dây 
khác. Đường kính dây quấn, số vòng và kích thước cuộn dây mới cần đảm bảo 
đúng như cuộn dây cũ thay thế. 
4- Tính chọn công tắc tơ 
 Các công tắc tơ được lựa chọn theo điều kiện điện áp điện áp định mức, 
dòng điện định mức, kiểu loại. 
 Điều kiện lựa chọn cơ bản là : 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 37
 Uđm ctt Uđm mạng 
 I đm ctt I tt 
Trong đó: 
Uđm ctt - Điện áp định mức của công tắc tơ được ghi trong lý lịch 
máy hoặc trên nhãn máy 
Uđm mạng - Điện áp định mức của mạng điện nơi công tắc tơ được 
lắp đặt 
Iđm ctt – Dòng điện định mức của các tiếp điểm chính của công 
tắc tơ được ghi trong lý lịch máy hoặc trên nhãn máy. 
 I tt – Dòng điện tính toán của phụ tải. 
II. Khởi động từ 
1- Cấu tạo 
 Khởi động từ gồm có công tắc tơ và rơ le nhiệt là khí cụ đóng cắt và bảo 
vệ quá tải cho các động cơ có công suất không lớn lắm. Nó gồm có công tắc tơ 
làm nhiệm vụ đóng cắt và rơ le nhiệt làm nhiệm vụ bảo vệ quá tải. Có hai loại 
khởi động từ là : khởi động từ đơn gồm có một công tắc tơ và một rơ le nhiệt ; 
khởi động từ kép gồm có hai công tắc tơ và một rơ le nhiệt. 
2- Nguyên lý : Mạch điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha quay một chiều 
dùng khởi động từ đơn. 
 Đ 
CC1 
CD 
RN 
K1 
D 
5 3 
K 
RN 
K2 
M 
K4 
ĐĐ 
Đx 
K3 
CC2 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 38
Hình 4- 3. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha quay một chiều 
dùng khởi động từ đơn. 
a- khởi động 
 Đóng cầu dao CD, ấn nút bấm M, cuộn dây công tắc tơ K có điện sẽ đóng 
các tiếp điểm chính K1 ở mạch động lực, đưa điện xoay chiều 3 pha vào động cơ 
và động cơ bắt đầu được khởi động . Đồng thời : 
- Tiếp điểm phụ K2 đóng lại để tự duy trì điện cho cuận dây của công tắc 
tơ K. 
- Tiếp điểm phụ K4 đóng lại, đèn đỏ ĐĐ sáng báo động cơ đã vận hành. 
b- Bảo vệ mạch 
*. Bảo vệ ngắn mạch 
 - Nếu trong quá trình vận hành mà có sự cố ngắn mạch đoạn cáp từ cầu 
dao xuống động cơ hoặc ngắn mạch bên trong động cơ thì cầu chì CC1 sẽ tác 
động cắt điện vào động cơ. Động cơ được dừng lại. 
 - Nếu có sự cố ngắn mạch ở mạch điều khiển thì cầu chì CC2 sẽ tác động 
cắt điện mạch điều khiển. Động cơ dừng vận hành. 
*. Bảo vệ quá tải 
 Nếu trong quá trình vận hành mà động cơ bị quá tải, dòng điện chạy đến 
động cơ tăng lên. Khi tới trị số chỉnh định của rơ le nhiệt RN ,sau một khoảng 
thời gian rơ le sẽ tác động mở tiếp điểm RN1 ,cắt điện cuộn dây công tắc tơ K. 
Các tiếp điểm chính K1 ở mạch động lực mở ra. Động cơ ngừng vận hành. 
c- Dừng máy 
 ấn nút D, cuận dây công tắc tơ K bị mất điện sẽ mở các tiếp điểm chính K1 
ở mạch động lực, cắt dừng động cơ. Đồng thời tiếp điểm phụ K3 đóng lại, đèn 
xanh ĐX sáng báo động cơ ngừng vận hành. 
3- Hư hỏng và nguyên nhân gây hư hỏng khởi động từ 
 Các hư hỏng và phương pháp sửa chữa khởi động từ bao gồm các hư hỏng 
và phương pháp sửa chữa công tắc tơ và rơ le nhiệt (Đ 4-1, Đ 3-3 ). 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 39
Đ 2-3 khí cụ đóng cắt cao áp 
 Máy cắt điện còn gọi là máy ngắt điện là thiết bị đóng cắt điện chủ yếu 
trong mạch điện cao áp, để đóng và cắt mạch điện có dòng điện tải hoặc dòng 
điện ngắn mạch. Do điện áp cao và dòng điện lớn , nên khi cắt mạch hồ quang 
sinh ra rất mạnh. Mật độ dòng điện hồ quang rất lớn ( hàng nghìn am pe trên 
một xăngtimét vuông ), nên nhiệt độ hồ quang rất cao, có thể lên tới 10.0000C. 
Cấu tạo của máy ngắt điện phải đảm bảo chịu được và dập tắt được hồ quang. 
 Các máy cắt hiện đại có thể truyền động bằng tay ( điều khiển tại chỗ ), 
điều khiển từ xa hoặc đóng cắt tự động khi mạch điện xuất hiện tình trạng làm 
việc không bình thường hay sự cố. 
 Để đóng máy cắt, giữ máy cắt ở vị trí đóng và cắt máy cắt người ta phải 
dùng bộ truyền động. Có rất nhiều bộ truyền động, ví dụ bộ truyền động bằng 
tay,bộ truyền động điện từ, bộ truyền động khí nén, bộ truyền động lò xo... 
 Căn cứ vào cấu tạo và môi trường dập hồ quang, máy cắt điện được chia 
ra: 
- Máy cắt điện dầu, trong đó, hồ quang được dập tắt bằng dầu. Dầu 
thường dùng là dầu biến áp. Nếu dầu vừa dùng để dập hồ quang, vừa làm nhiệm 
vụ cách điện, thì máy cắt thuộc loại máy cắt điện nhiều dầu. Trường hợp dầu chỉ 
dùng để dập hồ quang, ta có máy cắt điện ít dầu. 
- Máy cắt điện không khí, trong đó, hồ quang được dập tắt bằng một 
luồng không khí mạnh thổi qua. 
- Máy cắt điện chân không, trong đó, các tiếp điểm sẽ cắt dòng điện 
trong môi trường chân không, không có điều kiện để ion hoá và tạo ra hồ quang. 
 Căn cứ vào môi trường làm việc, máy cắt được phân thành loại lắp đặt 
trong nhà và loại lắp đặt ngoài trời. Loại lắp đặt ngoài trời vì bị tác động mạnh 
của môi trường mưa, bụi, bẩn nên có khoảng cách phóng điện bề mặt bên ngoài 
lớn hơn nhiều so với loại lắp đặt trong nhà. 
Hiện nay, máy cắt điện dầu được dùng tương đối phổ biến từ loại điện áp 
thấp tới loại điện áp cao, do đặc điểm là cấu tạo không phức tạp , vận hành thuận 
tiện. Tuy nhiên các máy cắt điện áp 110 KV trở lên, rất cồng kềnh và nặng nề. 
Ngoài ra , do chứa dầu dễ gây hoả hoạn, nên phạm vi sử dụng bị hạn chế. Từ 
điện áp 35 KV trở lên được thay thế bởi máy cắt không khí. ưu điểm của máy cắt 
không khí là do không chứa dầu , nên kích thước gọn nhẹ , không sợ hoả hoạn. 
Tuy nhiên, máy cắt không khí đòi hỏi có hệ thống khí nén đủ chắcchắn để đóng 
và cắt, nên ở các trạm dùng ít máy cắt, việc bố trí máy cắt không khí sẽ không 
thích hợp. Các máy cắt chân không hiện nay được sử dụng khá phổ biến vì có 
những ưu điểm như kích thước nhỏ, gọn, không gây ra cháy, nổ, tuổi thọ cao khi 
cắt dòng điện định mức, gần như không cần bảo dưỡng định kỳ. Nó được dùng 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 40
khá rộng rãi ở lưới điện trung áp, với dòng điện định mức đến 3000 A, chủ yếu 
dùng lắp đặt trong nhà. 
I. Máy cắt dầu 
1- Cấu tạo 
 Máy cắt điện nhiều dầu chứa một lượng dầu đủ lớn để vừa làm nhiệm vụ 
cách điện , vừa để dập hồ quang. Các máy cắt điện áp 3- 20 KV là loại máy cắt 
một thùng dầu ( ba pha chung một thùng dầu ), còn từ điện áp 35 Kv trở lên là 
loại ba thùng ( Mỗi pha một thùng dầu riêng ). Các bộ phận của máy cắt gồm 
đầu vào, sứ ra, hệ thống tiếp điểm, ngăn dập hồ quang được đặt trong thùng chứa 
đầy dầu biến áp, còn bộ phận truyền động đặt ở ngoài thùng. Dầu vừa dùng để 
cách điện giữa các pha với nhau, giữa pha với vỏ, vừa dùng để dập tắt hồ quang 
và cách điện giữa các đầu tiếp xúc của mỗi tiếp điểm khi chúng ở vị trí cắt ( tức 
là các đầu tiếp xúc rời nhau ra ). 
 Máy cắt nhiều dầu đơn giản ( điện áp đến 10 KV ) không có bộ phận dập 
hồ quang riêng như hình 2- 11. 
Hình 2- 11 : Cấu tạo máy cắt điện nhiều dầu đơn giản 
1- thanh ngang mang tiếp điểm động ; 13- ống chỉ mức dầu ; 
 2- hơi dầu ; 14- tấm lót cách điện ; 
3- đầu tiếp xúc tĩnh ; 15- dầu ; 
 4- ống tháo dầu ; 16- van tháo dầu; 
 5- ống thông khí ; 17- vỏ thùng; 
 6- khoang chứa khí ; 18- lò xo; 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 41
 7- thanh truyền của bộ phận truyền động; 19- ổ đỡ; 
 8- trục quay; 20- thanh truyền; 
 9- sứ ra; 21- thanh truyền động; 
 10- nắp gang; 22- thanh ngang; 
 11- mũ ốc; 23- thanh cách điện; 
 12- vòng đệm; 
2. Nguyên lý làm việc của máy cắt điện nhiều dầu 
 Nó gồm có hệ thống tiếp điểm 1- 3, đóng cắt bằng hệ thống truyền động 
7-8-20-21-19-22-23 và lò xo 18. Dầu đựng trong thùng 17, phía trong có lót tấm 
cách điện 14,và phía trên đậy kín bằng nắp gang 10. Dầu trong thùng được báo 
bằng ống chỉ thị mức dầu 13. Khi dầu quá nhiều có thể tháo bớt bằng ống 4, còn 
rút dầu trong thùng ra bằng van 16. Phía trên là khoang chứa khí 6, thông với 
ngoài bằng ống thông khí 5. 
 Khi cắt máy cắt hồ quang sinh ra đốt nóng dầu, làm dầu sinh khí mãnh liệt 
ở chỗ tiếp xúc, tạo ra khí ( tới 70 % là hơi nước ), với áp suất đạt tới 100- 
149N/cm2. Dầu bị xáo trộn mạnh , hồ quang bị làm nguội nhanh trong môi 
trường hơi nước, và bị hơi dầu và dầu thổi qua, nên dễ dàng bị dập tắt. 
 Ưu điểm của máy cắt nhiều dầu là cấu tạo đơn giản , làm việc tin cậy, 
nhưng có khuyết điểm là kích thước cồng kềnh, và dễ gây ra cháy do chứa lượng 
dầu lớn. Ngoài ra, thời gian cắt cũng lớn. Để khắc phụ những nhược điểm này 
người ta chế tạo máy cắt ít dầu. 
3. Tính chọn máy cắt 
 Máy cắt điện được lựa chọn theo điều kiện điện áp định mức, dòng điện 
định mức và công suất cắt định mức ( S cắt SN ; trong đó : S cắt là công suất cắt 
của máy cắt được cho trong lý lịch máy hoặc trên nhãn máy , còn SN là công 
suất ngắn mạch được tính trong quá trình tính ngắn mạch ), rồi được kiểm tra lại 
theo điều kiện ổn định lực điện động và ổn định nhiệt. 
4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng 
Trong quá trình làm việc máy cắt thường có các hư hỏng sau : 
- Do tác động của nhiệt độ cao, bề mặt tiếp điểm xuất hiện các vết rỗ, các 
vết sước, các chỗ cháy gỉ..., lực ép tiếp điểm không đủ . 
- Buồng dập hồ quang bị hư hỏng cong, vênh ... 
- Các sứ đầu vào và đầu ra máy cắt bị sứt , mẻ, rạn ,nứt 
- Bộ phận truyền động bị hư hỏng. 
- Các mối lắp ghép bị hư hỏng dẫn tới máy ngắt bị dò dầu 
- Các bộ phận khác của máy cắt như lò xo, ốc vít, dây nối... bị hư hỏng . 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 42
II. Cầu dao cách ly 
Cầu dao cách ly làm nhiệm vụ đóng cắt mạch điện khi không có dòng 
điện. Công dụng chính là cách ly các bộ phận của mạch điện khỏi các phần có 
điện khi tiến hành sửa chữa, hoặc để đổi nối phương thức nối dây của sơ đồ. Cầu 
dao cách ly tạo ra một khoảng cách trông thấy khiến công nhân sửa chữa yên 
tâm làm việc. 
Cầu dao cách ly không có bộ phận dập hồ quang , nên không dùng để 
đóng cắt có phụ tải được. Trong điều kiện nhất định, dao cách ly có thể cho phép 
đóng cắt dòng điện không tải của máy biến áp có công suất nhỏ. 
Cầu dao cách ly có nhiều loại : theo số cực, có dao 1 cực và dao 3 cực; 
theo nơi đặt có dao đặt trong nhà và dao đặt ngoài trời; theo cấu tạo, có dao đặt 
ngang và dao đặt đứng; theo cách đóng tiếp điểm động có loại dao đầu cắm quay 
và loại lưỡi dao. 
1ư Cấu tạo 
Hình 2- 9 : Dao cách ly ba cực 
1- Tiếp điểm động ( lưỡi dao ); 2- Lò xo ép; 3- Sứ găng; 
4- Tiếp điểm tĩnh; 5- Sứ đỡ ; 6- ốc nối đất; 7- Khung sắt; 
 8- Trục quay;9- Tay quay truyền động 
2. Nguyên lý hoạt động 
Hình 2- 9 vẽ cấu tạo của cầu dao cách ly ba cực. Ba cực được lắp trên 
khung sắt 7 và nối với một trục quay chung 8. Tiếp điểm tĩnh 4 và động 1 đặt 
trên các sứ đỡ 5. Lưỡi dao được nối tới trục truyền động qua sứ găng truyền lực3. 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 43
Lò xo 2 để tạo lực ép sát giữa lưỡi dao 1 và đầu tiếp xúc tĩnh 4. Thao tác dao 
cách ly bằng sào cách điện hoặc bằng bộ truyền động nối đến tay quay 9. Đóng 
dao cách ly có thể thực hiện bằng động cơ, bằng tay hoặc bằng các loại trang bị 
khác 
Cỗu dao cách ly đặt ngoài trời có độ bền cơ và bền điện cao hơn loại đặt 
trong nhà. 
Cỗu dao cách ly được chế tạo với tất cả các cấp điện áp và dòng điện định 
mức tới 7000 A và cao hơn nữa 
3. Tính chọn cầu dao cách ly 
 Cỗu dao cách ly là khí cụ đóng cắt ở mạng điện áp cao nên các điều kiện 
chọn bao gồm : điều kiện điện áp định mức, dòng điện định mức, rồi được kiểm 
tra theo điều kiện ổn định lực điện động và ổn định nhiệt. 
4. Các hư hỏng và phương pháp sửa chữa 
 Trước khi sửa chữa dao cách ly, cần xem xét cẩn thận bên ngoài, để thấy 
rõ những hư hỏng và khối lượng công tác sửa chữa. Thường phải kiểm tra cẩn 
thận bộ phận tiếp xúc, vì trên mặt tiếp xúc nếu có các vết nứt, hố lõm, vết rỗ có 
thể dẫn đến hư hỏng. Các vết rỗ hay hố lõm sửa bằng cách giũa mặt tiếp điểm. 
 Nếu mặt tiếp điểm có một lớp gỉ, điện trở tiếp xúc tăng lên dễ làm nóng 
quá mức tiếp điểm. Khi đó tiếp điểm sẽ bị biến màu ( cũng có thể căn cứ vào 
hiện tượng biến màu để phát hiện tiếp điểm bị nóng quá mức ). Để chữa, ta dùng 
giấy ráp hạt mịn đánh sạch lớp gỉ, rồi bôi phủ một lớp vadơlin mỏng. 
 Nếu lưỡi dao bị cong vênh ít, cầu dao bị va chạm vào cạnh tiếp điểm lúc 
đóng. Nếu bị cong vênh nhiều, thì sinh va đập vào đầu sứ đỡ tiếp điểm tĩnh. Để 
loại bỏ hư hỏng này, ta có thể nắn lại lưới dao bị cong vênh, thay đổi vị trí tương 
đối giữa tiếp điểm tĩnh và động, hoặc điều chỉnh lực găng bộ truyền động. 
 Độ chặt của tiếp điểm được duy trì bởi các lò xo ép tiếp điểm. Kiểm tra 
tình trạng của lò xo bằng cách xem xét bên ngoài khó phát hiện ra các sai hỏng. 
Lò xo bị đốt nóng quá mức, thể hiện ở chỗ lò xo bị bién màu, sẽ bị giảm tính 
chất đàn hồi. Khi đó lực ép lò xo sẽ yếu đi. 
 Lực ép lò xo tiếp điểm thường được kiểm tra bằng lực kế ( hình 2- 10 ). 
Trước khi kiểm tra , phải làm vệ sinh lau sạch dầu mỡ tiếp điểm. Trị số lực găng 
tiếp điểm phải đảm bảo theo quy định. Bảng 2- 1 cho lực găng tiếp điểm nhỏ 
nhất của một số loại cầu dao cách ly. 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 44
Hình 2- 10 : Kiểm tra lực ép lò xo tiếp điểm dao cách ly bằng lực kế 
1- Tiếp điểm động; 2- Tiếp điểm tĩnh. 
 Nếu trị số lực găng đo được nhỏ hơn quy định ở bảng 2- 1, thì phải điều 
chỉnh lò xo. Khe hở giữa các vòng lò xo khi đóng dao không được dưới 0,5 mm . 
Nếu điều chỉnh hết mức mà vẫn không đủ lực ép thì phải thay lò xo khác. 
Lực găng tiếp điểm nhỏ nhất của dao cách ly 
 Bảng 2- 1 
Dòng điện định mức của cầu dao ( A ) Lực găng ( N ) 
 400 100 
 600 200 
1000 – 2000 400 
 3000 800 
 Độ khít ép sát của tiếp điểm kiểm tra bằng căn lá dày 0,01mm, rộng 10 
mm. Luồn căn là vào khe giữa tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động và đo độ sâu của 
căn lá ăn vào khe. Nếu độ sâu này vượt quá 4- 5 mm thì phải điều chỉnh lại lưỡi 
dao động. 
 Sau khi sửa chữa và điều chỉnh, đóng dao cách ly phải êm, không va 
chạm. 
 Kiểm tra cẩn thận sự làm việc của bộ truyền động. Các khớp nối, bản lề 
của bộ truyền động được bôi trơn một lớp va dơlin kỹ thuật ( về mùa hè ) hoặc 
một lớp dầu mỡ chịu lạnh ( về mùa đông ). 
Giáo trình khí cụ điện 
 Trường Cao đẳng nghề Nam Định 45
 Sửa chữa xong, tiến hành đóng cắt thử dao cách ly ít nhất 20 lần và quan 
sát tình trạnghoạt động của các bộ phận. Nếu không có dấu hiệu gì cần phải hiệu 
chỉnh hay sửa chữa thêm , thì có thể sử dụng được.