Tổng quan về thiết bị điện

1/ Trạng thái làm việc của thiêt bị điện

Trong hệ thống điện, ngoài các thiết bị nguồn điện để phát điện và các thiết bị tiêu thụ điện, còn có các thiết bị dùng để chuyển tải điện năng (dây dẫn, thanh góp, máy biến áp…). Các thiết bị đóng cắt (máy cắt điện, cầu dao…), các thiết bị bảo vệ (cầu chì, chông sét….), các trang bị bảo vệ như rơle, tự động, đo lường v.v… ta gọi chung là thiết bị điện.

Khi các thiết bị làm việc ở trạng thái bình thường, các đại lượng đặt vào đó (điện áp, dòng điện, công suất v.v…) không vượt quá trị số định mức, do đó, thiết bị làm việc được lâu dài, nhiệt độ không vượt quá trị sô” cho phép, cách điện được đảm bảo.

Nếu một trong các đại lượng đó vượt quá trị sô” cho phép, thiết bị sẽ ở trạng thái làm việc không bình thường. Các trạng thái thường gặp là:

Trạng thái quá tải: Đây là trạng thái dòng điện (có thể cả công suất) của thiết bị vượt quá trị sô” định mức. Ta biết tổn hao trong cuộn dây tỉ lệ với bình phương dòng điện, nên khi bị quá tải, tổn hao trong thiết bị vượt quá mức bình thường, làm nhiệt độ cuộn dây tăng cao, cách điện mau bị già cỗi. Trường hợp quá tải nặng, nhiệt độ quá cao có thể gây ra cháy hỏng cách điện, làm hỏng thiết bị, và có thể dẫn tới hỏa hoạn.

Trạng thái quá điện áp: Đây là trạng thái điện áp đặt vào thiết bị cao quá định mức.

2.1/ Có hai loại quá điện áp

• Quá điện áp thiên nhiên do sét đánh vào thiết bị hoặc do sét đánh ở gần, sóng sét cảm ứng vào mạng điện, truyền trên đường dây dẫn vào thiết bị
• Quá điện áp nội bộ (còn là quá điện áp thao tác) do việc đóng cắt mạng điện hoặc điều chỉnh sai lệch trị sô” trong vận hành gây ra, làm điện áp đặt vào thiết bị tăng cao. Khi bị quá điện áp, cường độ điện trường đặt vào cách điện tăng lên, có thể xảy ra hiện tượng chọc thủng làm hỏng cách điện. Mặt khác, quá điện áp dễ dẫn đến quá tải, và tổn hao trong thép (tỉ lệ với bình phương điện áp) cũng tăng lên, làm nhiệt độ thiết bị tăng cao.

Ngoài trạng thái không bình thường, các thiết bị điện còn có thể xảy ra ngắn mạch. Ngắn mạch là trạng thái hai dây dẫn có điện thế (đối với đất) khác nhau, bị nối đất bởi một vật dẫn có điện trở đủ nhỏ so với điện trở toàn mạch.

Trong mạng điện ba pha trung tính trực tiếp nối đất, như mạng 110 kV trở lên, hoặc mạng điện hạ áp, có bốn dạng ngắn mạch chính sau (hình bên dưới).

• Ngắn mạch ba pha, hay còn gọi là ngắn mạch đối xứng, kí hiệu N(3) là trường hợp ba pha bị nốitắt.
• Ngắn mạch hai pha, kí hiệu là N(2), là trường hợp hai pha AB, AC hoặc BC bị nối tắt.
• Ngắn mạch một pha, kí hiệu là N(l), là trường hợp một pha bị nối tắt xuống đất.

Ở mạng điện ba pha trung tính không nối đấttrực tiếp chỉ có hai dạng ngắn mạch là ngắn mạch ba pha và hai pha, gọi chung là ngắn mạnh giữa các pha.

Các dạng ngắn mạch hai pha, một pha hay hai pha nối đất gọi là ngắn mạch không đốì xứng.

Khi xảy ra ngắn mạch, điện trở đoạn nối tắt coi như bằng không, nên dòng điện ngắn mạch (kí hiệu là I_N) rất lớn, thường lớn hơn nhiều lần dòng điện định mức. Dòng điện này chạy từ các nguồn đến điểm ngắn mạch, nên hệ thống càng nhiều nguồn, hoặc điểm ngắn mạch càng gần nguồn, dòng điện càng lớn. Mặt khác, điện áp ở chỗ ngắn mạch coi như bằng không (vì tổng trở đoạn dây nối tắt bằng không) điện áp trên cực các máy phát cũng giảm nhiều, nên hệ thông không thể làm việc bình thường. Vì thế, ngắn mạch là trạng thái sự cố của mạng điện, cần bố trí các thiêt bị bảo vệ; để tự động cắt dòng điện ngắn mạch, loại bỏ phần mạng điện bị ngắn mạch ra khỏi hệ thống, để tránh làm hư hỏng thiết bị và để phần còn lại làm việc bình thường.

2/ Công dụng và phân loại thiết bị điện