Khí Cụ Điện Là Gì? Tìm Hiểu Về Công Dụng Và Phân Loại Của Khí Cụ Điện

Khí cụ điện là gì? Trong hệ thống mạch điện tại các gia đình, nhà máy, xí nghiệp hay công xưởng khí cụ điện luôn nắm giữ một vai trò vô cùng quan trọng. Vậy khí cụ điện có công dụng gì và được phân loại như thế nào. Hãy cùng công ty nhà thông minh AiSmarthome tìm hiểu nhé.

Khí cụ điện là gì? 

Khí cụ điện là thiết bị dùng để đóng cắt, bảo vệ, điều khiển và điều chỉnh dòng điện trong các hệ thống điện. Đảm bảo sự an toàn, ổn định và hiệu quả cho các mạch điện, lưới điện và thiết bị điện trong quá trình vận hành. Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi trong gia đình, công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác, với nhiều chủng loại, nguyên lý hoạt động và kích thước khác nhau.

Đặc điểm của khí cụ điện

Khí cụ điện ngày càng được sử dụng rộng rãi, hỗ trợ trong việc đóng ngắt, điều khiển, kiểm tra, tự động điều chỉnh và kiểm soát cả các đối tượng điện lẫn phi điện khi xảy ra sự cố. So với các dòng sản phẩm truyền thống, thiết bị này có những đặc điểm như: 

Sự phát nóng của khí cụ điện

Dòng điện chạy qua khí cụ điện là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phát nóng. Nếu nhiệt độ vượt quá mức cho phép, khí cụ có thể bị cháy hỏng, làm giảm độ bền cơ khí, ảnh hưởng đến tuổi thọ của vật liệu kim loại và cách điện. Sự phát nóng của khí cụ điện phụ thuộc vào chế độ làm việc, môi trường và thời gian hoạt động. Có ba chế độ làm việc chính:

Chế độ làm việc lâu dài:

• Khi khí cụ hoạt động liên tục, nhiệt độ tăng dần đến một mức ổn định rồi duy trì mà không tiếp tục tăng nữa.
• Lượng nhiệt sinh ra cân bằng với lượng nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh.

Chế độ làm việc ngắn hạn:

• Khí cụ chỉ hoạt động trong thời gian ngắn, nhiệt độ chưa kịp đạt đến mức ổn định.
• Khi ngừng hoạt động, nhiệt độ nhanh chóng giảm xuống gần bằng nhiệt độ môi trường.

Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại:

• Nhiệt độ tăng trong thời gian làm việc và giảm xuống trong thời gian nghỉ.
• Nếu thời gian nghỉ đủ dài, nhiệt độ có thể trở về mức ban đầu.
• Nếu thời gian nghỉ ngắn, nhiệt độ chưa kịp giảm hết và tiếp tục tăng dần qua các chu kỳ, đến khi đạt trạng thái cân bằng giữa nhiệt độ cao nhất và thấp nhất.

Việc kiểm soát sự phát nóng của khí cụ điện rất quan trọng để đảm bảo an toàn, độ bền và hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.

Tiếp xúc điện

Tiếp xúc điện là nơi gặp gỡ chung của hai hay nhiều vật dẫn, cho phép dòng điện đi qua từ vật dẫn này sang vật dẫn khác. Bề mặt tiếp xúc giữa các vật dẫn được gọi là bề mặt tiếp xúc điện. Để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sử dụng thì cần phải có: 

• Vị trí tiếp xúc phải đảm bảo độ chắc chắn và ổn định.
• Mối nối cần có độ bền cao, không bị quá nhiệt vượt quá mức cho phép.
• Phải chịu được tác động của môi trường và đảm bảo không bị nóng quá mức khi hoạt động với dòng điện định mức.
• Vật liệu làm tiếp điểm phải có độ bền cao, chống ăn mòn trong không khí cũng như trong các môi trường khí khác.

Công dụng của khí cụ điện

Khí cụ điện được sử dụng để đóng cắt lưới điện, cung cấp nguồn, điều khiển và cách ly các phần của mạch điện khi cần thiết. Ngoài ra, chúng còn có chức năng bảo vệ lưới điện, máy điện khỏi các sự cố như quá tải, ngắn mạch hay rò rỉ điện, đảm bảo an toàn cho hệ thống và người sử dụng. Bên cạnh đó, khí cụ điện cũng được dùng trong đo lường các thông số điện như điện áp, dòng điện, công suất để giám sát và điều chỉnh hoạt động của hệ thống điện một cách hiệu quả.

Các cách phân loại khí cụ điện 

Khí cụ điện được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau như nguyên lý làm việc, chức năng, hoặc lĩnh vực sử dụng. Việc phân loại này giúp dễ dàng lựa chọn thiết bị phù hợp với yêu cầu thực tế trong hệ thống điện. Dưới đây là 5 nhóm chính của khí cụ điện:

Phân loại theo nguyên lý làm việc

Dựa trên nguyên lý hoạt động, khí cụ điện được chia thành 7 loại sau:

• Khí cụ điện nguyên lý điện từ 
• Khí cụ điện nguyên lý từ điện 
• Khí cụ điện nguyên lý cảm ứng
• Khí cụ điện điện động 
• Khí cụ điện điện nhiệt.
• Khí cụ điện tiếp điểm
• Khí cụ không tiếp điểm

Phân loại theo điều kiện làm việc và dạng bảo vệ

Ngoài cách phân loại theo nguyên lý làm việc, khí cụ điện còn được chia theo môi trường hoạt động và các biện pháp bảo vệ phù hợp. Việc phân loại này giúp đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định, an toàn trong các điều kiện đặc thù. Cụ thể, khí cụ điện được phân thành các loại sau:

• Khí cụ điện nhiệt đới được thiết kế để chịu được độ ẩm cao, nhiệt độ khắc nghiệt.
• Khí cụ làm việc ở vùng có rung động lớn có cấu trúc chắc chắn để chống rung lắc, thường dùng trong các phương tiện giao thông hoặc nhà máy cơ khí.
• Khí cụ làm việc ở vùng mỏ có thể chống cháy nổ, an toàn trong môi trường có khí dễ cháy như hầm mỏ.
• Khí cụ làm việc trong môi trường ăn mòn hóa họ được trang bị lớp bảo vệ đặc biệt chống lại sự ăn mòn của axit, bazơ hoặc các hóa chất độc hại.

Phân loại theo công dụng 

Dựa trên chức năng sử dụng, khí cụ điện được chia thành 5 nhóm chính, giúp người dùng lựa chọn thiết bị phù hợp với từng nhu cầu

• Đóng cắt mạch điện trong lưới điện: Bao gồm các thiết bị như cầu dao, dao cắt tải, MCCB khối, MCB tép,… dùng để kết nối hoặc ngắt mạch điện theo yêu cầu.
• Khởi động và điều chỉnh thiết bị điện: Gồm các khí cụ như khởi động từ, công tắc tơ, bộ khống chế, giúp mở máy, kiểm soát tốc độ, điện áp và dòng điện của hệ thống.
• Bảo vệ hệ thống điện và thiết bị: Các khí cụ như aptomat, cầu chì có chức năng ngăn ngừa sự cố quá tải, ngắn mạch, bảo vệ lưới điện và máy móc.
• Ổn định thông số điện: Gồm các thiết bị tự động điều chỉnh điện áp, ổn áp, bộ điều chỉnh dòng điện, nhiệt độ, tần số, tốc độ,… đảm bảo duy trì giá trị điện phù hợp.
• Đo lường các thông số điện: Bao gồm các thiết bị như đồng hồ VOM, đồng hồ đo điện đa năng, vôn kế, ampe kế,… giúp kiểm tra và giám sát tình trạng hoạt động của hệ thống điện.

Phân loại theo điện áp

Dựa trên mức điện áp hoạt động, khí cụ điện được chia thành các nhóm khác nhau để phù hợp với từng hệ thống điện từ hạ thế đến cao thế. 

• Khí cụ điện cao thế: Dành cho hệ thống có điện áp định mức từ 100 kV trở lên, thường được sử dụng trong truyền tải và phân phối điện cao áp.
• Khí cụ điện trung thế: Hoạt động trong khoảng 1 kV đến dưới 100 kV, phổ biến trong các trạm biến áp và lưới điện trung thế.
• Khí cụ điện hạ thế: Có điện áp định mức dưới 1000 V, được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện dân dụng và công nghiệp.

Phân loại theo dòng điện

Để phù hợp với dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều thì khí cụ điện cũng chia làm hai loại đáp ứng nhu cầu cho từng dòng điện cụ thể:

• Khí cụ điện một chiều (DC): Hoạt động với dòng điện một chiều, thường thấy trong hệ thống ắc quy, năng lượng mặt trời, hoặc các thiết bị điện tử.
• Khí cụ điện xoay chiều (AC): Sử dụng trong hệ thống điện xoay chiều, phổ biến trong lưới điện dân dụng, công nghiệp và các nhà máy sản xuất.

Một số loại khí cụ điện phổ biến nhất hiện nay 

Hiện nay, thị trường có rất nhiều loại khí cụ điện với mẫu mã và tính năng đa dạng, khiến khách hàng gặp không ít khó khăn trong việc lựa chọn sản phẩm phù hợp. Để đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả, an toàn và bền bỉ, người dùng cần cân nhắc kỹ về nhu cầu sử dụng, chất lượng sản phẩm cũng như thương hiệu uy tín. Dưới đây là một loại khí cụ điện phổ biến nhất hiện nay mà bạn có thể tham khảo.

Aptomat – Cầu dao tự động

Aptomat là thiết bị chuyên dụng giúp bảo vệ mạch điện khỏi tình trạng quá tải và sụt áp. Ngoài ra, nó còn có khả năng phát hiện lỗi trong mạch và tự động đóng ngắt, giảm thiểu tối đa nguy cơ sự cố. Hiện nay, aptomat được sử dụng rộng rãi trong cả công trình dân dụng và công nghiệp. Với khả năng chịu tải cao và độ bền vượt trội, thiết bị này giúp hạn chế nguy cơ chập cháy, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

Điện trở – Biến trở

Điện trở và biến trở là các khí cụ điện dùng để điều chỉnh điện áp hoặc cường độ dòng điện trong mạch theo nhu cầu sử dụng. Chúng có nhiều loại khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong cả công nghiệp lẫn điện dân dụng. Tuy nhiên, khi thay thế, người dùng cần lưu ý đến giá trị điện trở và công suất để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và an toàn.

Biến dòng, biến áp đo lường

Đồng hồ đo điện xoay chiều thường có thang đo giới hạn là 5A. Khi cần đo dòng điện xoay chiều lớn hơn giá trị này, người dùng phải sử dụng biến dòng để mở rộng phạm vi đo. Biến dòng giúp chia nhỏ dòng điện lớn thành một dòng điện thứ cấp có giá trị thấp, thuận tiện cho việc đo đạc và giám sát.

Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng, người dùng cần lưu ý không để cuộn dây thứ cấp của biến dòng bị hở mạch. Điều này rất quan trọng vì cuộn dây thứ cấp có số vòng rất lớn, và khi hở mạch, nó sẽ tạo ra một từ trường rất mạnh, gây nguy cơ hư hỏng cho biến dòng và các thiết bị điện khác.

Hư hỏng biến dòng không chỉ ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo mà còn có thể gây ra sự cố nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hoạt động của các máy điện trong quá trình sản xuất. Vì vậy, việc kiểm tra và bảo trì định kỳ biến dòng là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong vận hành.

Cầu chì điện

Cầu chì điện là một loại khí cụ điện có chức năng bảo vệ thiết bị và mạng lưới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch hoặc quá tải. Cầu chì hoạt động dựa trên nguyên lý nóng chảy hoặc uốn cong để ngắt kết nối với mạch điện khi cường độ dòng điện vượt quá mức cho phép. Khi dòng điện tăng đột biến, dây cầu chì sẽ nóng lên và chảy ra, ngắt mạch để bảo vệ hệ thống điện. Vì vậy, vật liệu làm dây cầu chì cần có điện trở phù hợp, nhiệt độ nóng chảy ổn định, cũng như kích thước và thành phần đảm bảo an toàn cho quá trình bảo vệ.

Công tắc tơ

Công tắc tơ là một loại khí cụ điện hạ áp, được sử dụng để đóng/ ngắt mạch điện động lực từ xa bằng tay hoặc tự động thông qua các cơ chế như nam châm điện, khí nén hoặc thủy lực. Thiết bị này bao gồm 8 bộ phận chính, gồm: nam châm điện, cuộn dây, lõi thép, lò xo phản lực, tiếp điểm di động, tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm động lực và nguồn điều khiển.

Khi cấp nguồn điều khiển vào hai đầu cuộn dây của công tắc tơ với mức điện áp bằng điện áp định mức, thiết bị sẽ chuyển sang trạng thái hoạt động. Lõi từ kết hợp với hệ thống tiếp điểm sẽ tác động lên mạch điện: tiếp điểm chính đóng lại, cho phép dòng điện đi qua, trong khi tiếp điểm phụ thay đổi trạng thái – nếu đang đóng sẽ mở ra và ngược lại.

Rơle nhiệt

Rơle nhiệt là một loại khí cụ điện chuyên dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi tình trạng quá tải. Thiết bị này thường được sử dụng kết hợp với công tắc tơ để tạo thành bộ bảo vệ hoàn chỉnh cho hệ thống điện. Rơle nhiệt có khả năng hoạt động trong mạch điện xoay chiều có điện áp lên đến 500V, tần số 50Hz.

Nguyên nhân gây hư hỏng khí cụ điện và cách khắc phục

Nguyên nhân

Trong quá trình sử dụng, khí cụ điện có thể gặp phải các sự cố làm giảm hiệu suất hoạt động hoặc thậm chí gây hỏng hóc. Việc hiểu rõ nguyên nhân gây hỏng khí cụ điện sẽ giúp người sử dụng có thể phòng ngừa, bảo dưỡng và thay thế kịp thời, giúp kéo dài tuổi thọ của các thiết bị điện. Dưới đây là một số nguyên nhân phổ biến dẫn đến hỏng hóc khí cụ điện mà bạn cần lưu ý.

Hư hỏng do nguồn điện

Sau một thời gian dài sử dụng, nếu thiết bị điện không được bảo dưỡng đúng cách, lò xo tiếp điểm có thể bị hoen rỉ, làm giảm lực ép lên tiếp điểm. Khi dòng điện đi qua, tiếp điểm không được ép chặt sẽ bị phát nóng, dẫn đến hiện tượng nóng chảy hoặc dính chặt vào nhau, tạo ra tia lửa điện, làm cháy tiếp điểm và gây hư hỏng thiết bị. Ngoài ra, nếu bề mặt tiếp điểm bị bám bẩn, điện trở tiếp xúc sẽ tăng lên, khiến tiếp điểm phát nóng nhanh hơn, dẫn đến hao mòn nhanh chóng, làm giảm tuổi thọ và hiệu suất hoạt động của thiết bị.

Ăn mòn kim loại 

Trong thực tế, bề mặt của các tiếp điểm kim loại không hoàn toàn nhẵn mà tồn tại vô số lỗ nhỏ li ti, chỉ có thể quan sát được dưới kính hiển vi. Khi thiết bị hoạt động, hơi nước trong không khí cùng các hợp chất có tính ăn mòn cao có thể len lỏi vào những lỗ nhỏ này và gây ra các phản ứng hóa học. Những phản ứng này hình thành một lớp màng mỏng trên bề mặt kim loại, tuy nhiên, lớp màng này thường giòn và dễ bong tróc.

Trong quá trình đóng/ngắt tiếp điểm, lực tác động giữa các bề mặt kim loại khiến lớp màng bị vỡ ra, làm lộ phần kim loại bên dưới. Khi chu trình này lặp đi lặp lại, bề mặt tiếp điểm dần bị ăn mòn, dẫn đến suy giảm khả năng dẫn điện và ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của thiết bị. 

Ăn mòn điện hoá 

Mỗi kim loại đều có một điện thế riêng trong môi trường nhất định, được gọi là điện thế điện hóa. Khi hai kim loại có điện thế khác nhau tiếp xúc với nhau trong điều kiện có hơi nước hoặc dung dịch điện ly xâm nhập, một dòng điện nhỏ có thể được hình thành giữa chúng. Đây chính là hiện tượng ăn mòn điện hóa. Trong quá trình này, kim loại có điện thế thấp hơn sẽ đóng vai trò như cực âm và bị oxy hóa, nghĩa là nó mất electron và bị ăn mòn trước. Ngược lại, kim loại có điện thế cao hơn đóng vai trò như cực dương và ít bị tác động hơn.

Hiện tượng này thường xảy ra trong môi trường ẩm ướt, đặc biệt là khi có sự hiện diện của các ion trong nước, chẳng hạn như muối hoặc axit. Đây cũng chính là nguyên nhân dẫn đến sự xuống cấp của các cấu trúc kim loại hỗn hợp trong công trình xây dựng, thiết bị điện, tàu thuyền hay đường ống kim loại. 

Oxi hoá 

Trong quá trình sử dụng, bề mặt kim loại của các tiếp điểm có thể bị tác động bởi các yếu tố môi trường như oxy, độ ẩm, nhiệt độ cao và các chất hóa học trong không khí. Những tác động này khiến kim loại phản ứng với oxy, tạo thành một lớp oxit mỏng trên bề mặt tiếp xúc. Lớp oxit này thường có điện trở suất rất lớn, dẫn đến sự gia tăng điện trở tiếp xúc.

Khi dòng điện đi qua tiếp điểm, điện trở cao làm tăng sự phát nhiệt, có thể dẫn đến hiện tượng quá nhiệt tại tiếp điểm. Nếu tình trạng này kéo dài, nó không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất dẫn điện mà còn có thể gây hỏng hóc, làm giảm tuổi thọ thiết bị và thậm chí gây nguy cơ cháy nổ trong hệ thống điện.

Cách khắc phục

Để giảm thiểu tình trạng hư hỏng khí cụ điện, có thể áp dụng các phương pháp sau:

• Đối với các tiếp điểm cố định, có thể phủ mỡ chống rỉ hoặc sơn chống ẩm nhằm hạn chế tác động của môi trường, tránh sự xâm nhập của hơi nước và các chất gây ăn mòn.
• Các tiếp điểm bằng đồng hoặc đồng thau có thể được mạ thiếc, mạ bạc hoặc mạ kẽm để hạn chế quá trình oxy hóa. Với tiếp điểm bằng thép, thường áp dụng phương pháp mạ kẽm hoặc cadimi để tăng khả năng chống ăn mòn.

• Thường xuyên kiểm tra tình trạng linh kiện để có thể thay mới kịp thời. Vệ sinh bề mặt tiếp điểm, đồng thời kiểm tra lực ép của lò xo nén, thay mới nếu lực nén không còn đảm bảo để duy trì kết nối ổn định.
• Bảo dưỡng định kỳ giúp phát hiện và khắc phục sớm các hư hỏng. Bên cạnh đó cải tiến thiết bị dập hồ quang để giảm thời gian tắt hồ quang, hạn chế nguy cơ cháy nổ và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Các thiết bị bảo vệ điện đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho con người và tài sản trong gia đình. Đây là những thiết bị không thể thiếu, giúp hạn chế rủi ro về điện và bảo vệ hệ thống điện trong nhà. Ngoài ra bạn cũng có thể tham khảo thêm những thiết bị sau luôn bảo vệ mạng điện của gia đình bạn an toàn qua bài viết này nhé. [Top 7] Thiết bị bảo vệ mạng điện phổ biến nhất hiện nay.

Trên đây là những thông tin về khí cụ điện là gì, từ khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cho đến cách đấu nối và ứng dụng thực tế. Hy vọng bài viết này của nhà thông minh AiSmarthome sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về thiết bị quan trọng này và cách sử dụng hiệu quả trong hệ thống điều khiển. Nếu đang còn gặp khó khăn trong quá trình lựa chọn các thiết bị thì nhanh tay liên hệ qua hotline 0396999918 cho công ty nhà thông minh AiSmartHome để được tư vấn và hỗ trợ nhé!