Bài 9: Thiết bị điện trong hệ thống điện gia đình | Công Nghệ 12 (Công Nghệ Điện - Điện Tử) | Phần Một. Công Nghệ Điện - Chương III. Hệ Thống Điện Trong Gia Đình - Lớp 12 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 43)

Sau khi học xong bài này, em sẽ:

• Trình bày được chức năng và thông số kĩ thuật của một số thiết bị điện phổ biến được sử dụng trong hệ thống điện trong gia đình.

• Xác định thông số kĩ thuật cho thiết bị đóng cắt, bảo vệ, truyền dẫn điện trong hệ thống điện.

Hình 9.1

Quan sát Hình 9.1 và cho biết thiết bị nào có trong hệ thống điện gia đình?

I. CHỨC NĂNG VÀ THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỆN 

Khám phá

Khi lắp đặt và sử dụng các thiết bị tiêu tụ điện có công suất lớn (như bếp từ, bình nóng lạnh, điều hoà nhiệt độ) trong mạng điện gia đình, chúng ta cần quan tâm những vấn đề gì?

Các thiết bị điện được sử dụng phổ biến trong mạng điện gia đình gồm: công tơ điện, aptomat, cầu dao, ổ cắm, công tắc và dây dẫn điện. Chức năng và các thông số chủ yếu của các thiết bị được mô tả như sau.

(Trang 44)

1. Công tơ điện

a) Chức năng

Công tơ điện là dụng cụ đo lường điện năng tiêu thụ của mạng điện. Mạng điện gia đình thường sử dụng nguồn điện một pha do vậy, công tơ điện cũng sử dụng loại một pha.

Hình 9.2. Công tơ điện

b) Thông số kĩ thuật

- Điện áp định mức là giá trị điện áp theo thiết kế để công tơ hoạt động tin cậy. Công tơ một pha có điện áp định mức 220 V.

- Dòng điện định mức là giá trị dòng điện theo thiết kế để công tơ điện hoạt động tin cậy.

- Dòng điện quá tải cho phép là dòng quá tải có thể đi qua công tơ mà vẫn đảm bảo hoạt động chính xác. Ví dụ, thông số dòng điện được ghi 5(20) A nghĩa là dòng điện định mức của công tơ là 5 A và dòng điện cho phép quá tải tối đa của công tơ là 20 A, tương đương 400%.

- Cấp chính xác là mức sai số của công tơ trong quá trình đo lượng điện năng tiêu thụ của tải. Công tơ điện sử dụng trong hệ thống điện gia đình có ba cấp chính xác là cấp 2 sai số 2%, cấp 1 sai số 1% và cấp 0,5 sai số 0,5%.

Luyện tập

Quan sát Hình 9.2 và cho biết ý nghĩa các giá trị thông số kĩ thuật cơ bản của công tơ.

2. Cầu dao điện

a) Chức năng

Cầu dao điện là thiết bị có chức năng đóng – cắt điện bằng tay. Trong thực tế, người ta thường mắc thêm cầu chì để bảo vệ mạch điện và các thiết bị khi quá tải, ngắn mạch. 

b) Thông số kĩ thuật

- Điện áp định mức là giá trị điện áp tối đa mà cầu dao có thể chịu đựng.

- Dòng điện định mức là giá trị dòng điện tối đa mà cầu dao có thể chịu được trong điều kiện làm việc bình thường, thường có giá trị từ 6 A đến 60 A. Khi dòng điện chạy qua cầu dao lớn hơn dòng điện định mức sẽ làm dây chảy trong cầu dao nóng lên và đứt, gây hở mạch và ngắt điện.

Hình 9.3. Cầu dao điện

Luyện tập

Quan sát hình 9.3 và cho biết ý nghĩa giá trị các thông số kĩ thuật ghi trên cầu dao.

3. Aptomat

a) Chức năng

Aptomat là thiết bị có chức năng đóng – cắt điện và tự động cắt điện để bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch điện.

b) Thông số kĩ thuật

- Điện áp định mức là giá trị điện áp để aptomat có thể hoạt động bình thường.

- Dòng điện định mức là giá trị dòng điện để aptomat có thể hoạt động bình thường.

(Trang 45)

- Dòng ngắn mạch: là giá trị dòng điện ngắn mạch lớn nhất mà aptomat có thể cắt trong một giây mà không bị phá huỷ.

Hình 9.4. Aptomat

Luyện tập

Quan sát hình 9.4 và cho biết ý nghĩa các giá trị thông số kĩ thuật ghi trên aptomat.

4. Ổ cắm cố định và ổ cắm kéo dài 

a) Chức năng

- Ổ cắm cố định là thiết bị lấy điện, có chức năng kết nối nguồn điện với các thiết bị tiêu thụ điện. Ô cắm điện cố định được gắn cố định tại một vị trí theo thiết kế.

- Ổ cắm nối dài là thiết bị lấy điện, có chức năng kết nối với ổ cắm cố định để di chuyển ổ lấy điện tới vị trí thuận lợi cho tải tiêu thụ điện.

b) Thông số kĩ thuật

- Điện áp định mức là giá trị điện áp tối đa mà ổ cắm có thể chịu đựng, thường có giá trị lớn hơn hoặc bằng điện áp định mức của thiết bị tiêu thụ điện.

- Dòng điện định mức là giá trị dòng điện tối đa mà ổ cắm có thể chịu đựng.

Hình 9.5. Ổ cắm điện kéo dài

Luyện tập

Quan sát Hình 9.5, cho biết chức năng và ý nghĩa các thông số kĩ thuật ghi trên đó.

5. Công tắc điện 

a) Chức năng

Công tắc điện có chức năng đóng – cắt điện cho các đồ dùng điện, thiết bị điện công suất nhỏ.

b) Thông số kĩ thuật

- Điện áp định mức là giá trị điện áp tối đa mà công tắc có thể chịu đựng.

- Dòng điện định mức là giá trị dòng điện tối đa mà công tắc có thể chịu đựng.

a) Mặt trước; b) Mặt sau

Hình 9.6. Công tắc điện

Luyện tập

Hãy so sánh chức năng của công tắc điện và cầu dao điện.

(Trang 46)

6. Dây dẫn điện 

a) Chức năng của dây dẫn điện

Cáp điện có chức năng kết nối các thiết bị trong mạng điện và dẫn điện từ nguồn tới tải tiêu thụ.

b) Thông số kĩ thuật của dây dẫn điện

- Điện áp định mức là điện áp mà dây dẫn điện được thiết kế để hoạt động tin cậy, ổn định, không gây nguy hiểm đến tuổi thọ của dây dẫn. Điện áp định mức của dây dẫn điện trong gia đình có giá trị 220 V.

- Tiết diện dây dẫn là diện tích mặt cắt ngang của lõi dây điện. Tiết diện dây dẫn càng lớn thì dòng điện cho phép trên dây càng lớn. Người dùng có thể tra cứu bảng tiết diện dây và dòng điện để xác định dòng điện định mức ứng với mỗi tiết diện dây.

Luyện tập

1. Trên vỏ một dây dẫn điện có ghi: Cu – 220 V – 1,0 mm². Em hãy cho biết ý nghĩa thông tin đó.

2. Một công tơ điện có thông số kĩ thuật 220 V, 10(40) A, cấp 2. Hãy cho biết ý nghĩa thông số đó.

3. So sánh chức năng của cầu dao và aptomat. Hiện nay thiết bị nào được sử dụng nhiều hơn?

Vận dụng

Hãy tìm hiểu các thông số kĩ thuật của một số thiết bị điện trong gia đình em.

II. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CHO CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN

Khám phá

Quan sát Hình 9.7 và cho biết loại aptomat nào thường được sử dụng trong hệ thống điện gia đình.

Hình 9.7. Aptomat

(Trang 47)

1. Công suất tiêu thụ của hệ thống điện gia đình

Để xác định thông số cho các thiết bị điện, ta phải xác định được công suất tiêu thụ của hệ thống điện cũng như công suất tiêu thụ của từng nhánh. Khi tính toán công suất tiêu thụ phải xét đến các yếu tố sau:

Khả năng phát triển thêm nhu cầu sử dụng điện trong gia đình. Ví dụ, sau này lắp thêm điều hòa, bình nóng lạnh,...

- Các tải trong hệ thống điện thường không sử dụng đồng thời.

- Các tải không làm việc hết công suất định mức.

Công suất tiêu thụ của hệ thống điện như sau:

Trong đó, P_i là công suất tiêu thụ của tải thành phần trong hệ thống điện, n là số lượng tải trong hệ thống điện.

Từ công thức: P = U × I × cosφ

Ta tính được dòng điện đi qua dây dẫn như sau:

Trong đó:

U là điện áp lưới điện một pha có trị số 220 V.

P là công suất tiêu thụ của hệ thống điện (được tính ở trên).

Cosφ là hệ số công suất.

Hệ số công suất của tải có động cơ thường có giá trị là 0,8; đối với tải khác ta chọn giá trị hệ số công suất là 1,0. Ví dụ: hệ số công suất của tủ lạnh là 0,8; hệ số công suất của bóng điện là 1,0.

2. Thông số kĩ thuật của thiết bị điện

a) Thông số kĩ thuật dây dẫn

Thông số kĩ thuật của dây dẫn cần xác định là tiết diện của dây dẫn. Mối liên hệ giữa dòng điện chạy qua dây dẫn và tiết diện của dây dẫn được tính như sau:

Trong đó:

S là tiết diện của dây dẫn, tính bằng mm².

I là dòng điện chạy qua dây dẫn (được tính ở trên).

J là mật độ dòng điện cho phép.

Mật độ dòng điện cho phép phụ thuộc vào loại vật liệu dẫn điện. Hiện nay, dây dẫn sử dụng trong gia đình có hai loại là lõi đồng và lõi nhôm. Giá trị mật độ dòng điện cho phép có giá trị từ 4A/mm² đến 8A/mm². Việc lựa chọn giá trị này còn phụ thuộc vào kinh nghiệm thiết kế, số lượng dây dẫn trong mỗi đường ống, kinh phí đầu tư. Khi lựa chọn

(Trang 48)

mật độ dòng điện cho phép lớn, có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của dây dẫn cũng như tổn hao công suất do dây dẫn gây ra.

Sau khi xác định được tiết diện S của dây dẫn, ta có thể lựa chọn loại dây dẫn trên thị trường có trị số tiết diện lớn hơn so với giá trị tính toán được.

Ví dụ: Một điều hòa có công suất tiêu thụ là 2 000W, hệ số cosφ = 0,8. Thông số dây dẫn cho thiết bị đó như sau:

Dòng điện chạy qua dây dẫn là:

Nếu như dẫn lõi bằng đồng có mật độ dòng là 6 A/mm², tiết diện của dây là:

Ta có thể lựa chọn dây dẫn lõi đồng có tiết diện 2,5 mm² đang có trên thị trường.

Hiện nay trên thị trường có các loại tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn sau: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 6,0 (mm²).

b) Thông số kĩ thuật của thiết bị đóng, cắt, bảo vệ

Hiện nay, trong hệ thống điện gia đình, aptomat là thiết bị đóng, cắt, bảo vệ được sử dụng phổ biến. Để sử dụng thiết bị bảo vệ có hiệu quả, phải chọn đúng loại thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Thiết bị bảo vệ phải có tác động khi có sự cố ngắn mạch.

- Thiết bị bảo vệ phải có tính "chọn lọc", tức là tác động nhanh, kịp thời, tách phần mạch điện bị sự cố mà không làm ảnh hưởng tới mạng điện chung.

Thông số kĩ thuật cần xác định cho aptomat là dòng điện định mức. Dòng điện định mức của aptomat cho tải được tính theo công thức:

I_đm = I × h_at

Trong đó:

I là dòng điện chạy qua dây dẫn được tính ở phần trên.

h_at là hệ số an toàn. Hệ số an toàn đối với tải không có động cơ là 1,2 còn đối với tải có động cơ là 2,0 đến 2,5.

Lựa chọn aptomat trên thị trường cho các tải thường có giá trị dòng điện định mức lớn hơn giá trị mà ta tính được.

Ví dụ: Tính thông số kĩ thuật aptomat sử dụng cho bình nước nóng có công suất định mức 2 200 W.

Bình nước nóng là tải không có động cơ nên hệ số cosφ= 1,0. Ta tính được dòng điện là 10 A. Dòng điện định mức của aptomat là 12 A. Ta có thể chọn aptomat loại có dòng điện định mức là 16 A.

(Trang 49)

Lựa chọn thông số kĩ thuật của aptomat trên thị trường cho các tải tiêu thụ có thể tham khảo trong Bảng 9.2.

Bảng 9.2. Một số loại aptomat dùng trong hệ thống điện gia đình có trên thị trường

Ví dụ: Lựa chọn aptomat và dây dẫn cho máy bơm nước có công suất 850 W, hệ số cosφ = 0,8.

Dòng điện chạy qua dây dẫn: .

Chọn dây dẫn bằng đồng với mật độ dòng là 5 A/mm², tiết diện của dây là:

.

Ta có thể lựa chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện là 1 mm²

- Dòng điện định mức của aptomat cho máy bơm nước: I_đm = I × h_at

Máy bơm là thiết bị có động cơ nên h_at = 2.

Thay số: I_đm = 4,83 × 2 = 9,66 (A)

Chọn aptomat đang có trên thị trường có dòng định mức là 10 A, loại MCB1P/10A hoặc MCCB1P/10A.

Luyện tập

1. Hãy xác định tiết diện của dây dẫn và thiết bị bảo vệ cho bếp từ có công suất 2 000 W. Biết mật độ dòng J = 6 A/mm².

2. Hãy xác định tiết diện của dây dẫn dùng cho ổ cắm trong gia đình có công suất tối đa là 3 500 W. Biết mật độ dòng J = 4 A/mm².

Vận dụng

Hãy kiểm tra dây dẫn và thiết bị đóng cắt cho các tải trong hệ thống điện của gia đình đã phù hợp chưa? Nếu chưa, em hãy nêu phương án thay thế.