Thiết Bị Đóng Cắt

Khởi động từ (KĐT) là một loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng–ngắt, đảo chiều và bảo vệ quá tải.

Khởi động từ có một Contactor (CTT) gọi là khởi động từ đơn thường để đóng- ngắt động cơ điện. Khởi động từ có hai contactor gọi là khởi động từ kép dùng để thay đổi chiều quay của động cơ gọi là khởi động từ đảo chiều. Muốn bảo vệ ngắn mạch phải lắp thêm cầu chì.

Khởi động từ được cấu tạo từ 02 khí cụ điện: Công tắc tơ xoay chiều và rơle nhiệt nên kết cấu khởi động từ rất đa dạng và phong phú.

Khởi động từ thường được phân chia theo:

Điện áp định mức của cuộn dây hút: 36V, 127V, 220V, 380V, 500V.

– Kết cấu bảo vệ chống các tác động bởi môi trường xung quanh: hở, bảo vệ, chống bụi, nước, nổ…

– Khả năng làm biến đổi chiều quay động cơ điện: không đảo chiều quay và đảo chiều quay.

– Số lượng và loại tiếp điểm: thường mở, thường đóng.

Sơ đồ nguyên lý thiết bị chống dòng rò (Chống giật)

Mục đích chống giật được sử dụng tại độ nhậy 30mA ( thực ra vẫn giật nhẹ). Nếu dùng tốt nhất là 10mA nhưng giá rất đắt tiển và không ai nhập về VN hết. Khi lắp thiết bị chống dòng rò trược tiếp cho phụ tải thì thường có dòng rò là 30mA, đối với mạch điện tông cho một khu vực, hay 1 tầng của nhà, hay một căn hộ thì tùy thuộc vào mức độ nên lắp thiết bị có dòng rò 100-200-300mA… Nghĩa là lắp theo phân cấp, càng gần phụ tải thì lắp thiết bị chống dòng rò càng bé.

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại khởi động từ của nhiều nhãn hiệu sản xuất. Nhưng để lựa chọn 1 sản phẩm này thì bắt buộc phải có 2 thông như sau:

  • Điện áp cuộn hút là bao nhiêu (thông dụng nhất là 220VAC)
  • Công suất của khởi động từ (thông dụng nhất là 400VAC là bao nhiêu kw hoặc bao nhiêu amper

CB Khởi Động Động Cơ hay còn được gọi là Aptomat Motor Starter (CB Motor) là loại thiết bị dùng để khởi động hay bảo vệ chuyên dụng cho động cơ

Với tính năng được tích hợp relay nhiệt bảo vệ quá tải, ngắn mach và bảo vệ mất pha nhỏ gọn nên được sử dụng rất rộng rãi cho trong hệ thống điều khiển công nghiệp.

Cu to CB Khi ng ng C_zps9qrdasoy

Đầu tiên là thông số Ir = dòng định mức CỦA TẢI

  • Ir = x In (Với In là dòng định mức CỦA MCCB ví dụ như 100A, 150A, 200A, 250A, 300A, 1000A…)
    Ví Dụ: MCCB có dòng định mức In=1000A trong khi đó dòng tải tối đa của tải chỉ có 500A. Vậy ta có thể thay đổi từ 1000A xuống 500A bằng cài đặt Ir = 0,5xIn =0,5×1000 = 500A
  • Tại sao ta không dùng luôn MCCB có dòng định mức 1000A? Do họ đã tính toán đến việc mở rộng tải sau này, chẳng hạn dòng tải tăng từ 1000A đến 1800A ta chỉ việc điều chỉnh dòng cài đặt Ir = 0,9xIn =0,9×2000 = 1800A, vì vậy sẽ đơn giản hơn khi ta phải thay mới một MCCB khác và các phụ kiện đi kèm đồng thời chi phí cũng giảm đi rất nhiều.

Tr (s):

  • Ta sẽ đi phân tích vùng bảo vệ quá tải từ VD trên:

– Ir = 1000A, tr = 1 Sec (tại 6Ir). Tức khi ta bơm dòng 6Ir = 6000 A thì MCCB sẽ cắt quá tải với thời gian 1s.

– Nếu ta bơm dòng 5Ir mà vẫn cài đặt tr = 1 Sec thì thời gian cắt quá tải thực tế là bao nhiêu? Lúc này phải xem đường đặc tính trong catalog , ta dóng giá trị 5Ir lên đường đặc tính tr = 1s thì sẽ ra thời gian cắt quá tải cần tìm.

Để tránh tình trạng quá tải trong các thiết bị điện, người ta thường sử dụng relay nhiệt. Nhưng cách sử dụng, đấu nối, nó hoạt động như thế nào? Chúng ta hãy cùng làm rõ những vấn đề này thông qua bài viết sau đây.

1. Relay nhiệt là gì?

Relay nhiệt là một loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với contactor (khởi động từ). Relay nhiệt có chức năng tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt của các thanh kim loại.

Hình 1. Hình ảnh một số relay nhiệt của một số hãng sản xuất.

Trong công nghiệp, relay nhiệt được lắp kèm với contactor. Do relay nhiệt cần phải có quá trình khoảng vài giây đến vài phút mới tác động. Vì vậy, không thể sử dụng relay nhiệt để bảo vệ ngắn mạch cho động cơ và thiết bị được.

Hình 2. Relay nhiệt được lắp kèm với contactor để bảo vệ quá tải.

2. Cấu tạo

Hình 3. Mô tả cấu tạo relay nhiệt.

Có thể nói relay nhiệt có cấu tạo không quá phức tạp và cách sử dụng cũng rất đơn giản.

  1. Đòn bẩy.
  2. Tiếp điểm thường đóng.
  3. Tiếp điểm thường mở.
  4. Vít chỉnh dòng điện tác động.
  5. Thanh lưỡng kim.
  6. Dây đốt nóng.
  7. Cần gạt.
  8. Nút phục hồi.

Kí hiệu của relay nhiệt:

Hình 4. Kí hiệu của relay nhiệt.

3. Nguyên lí hoạt động

Hình 5. Nguyên lí hoạt động của relay nhiệt.

  • Relay nhiệt hoạt động dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của dòng điện.
  • Phần tử cơ bản rơle nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm hệ số giãn nở bé (thường dùng invar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn nở lớn (thường là đồng thau hay thép crom – niken, như đồng thau giãn nở gấp 20 lần invar). Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn.
  • Khi đốt nóng do dòng điện, phiến kim loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh. Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.

Hình 6. Khi xảy ra hiện tượng quá tải.

4. Phân loại

– Theo kết cấu relay nhiệt chia thành hai loại: Kiểu hở và kiểu kín.

– Theo yêu cầu sử dụng: Loại một cực và hai cực.

– Theo phương thức đốt nóng:

  • Đốt nóng trực tiếp: Dòng điện đi qua trực tiếp tấm kim loại kép. Loại này có cấu tạo đơn giản, nhưng khi thay đổi dòng điện định mức phải thay đổi tấm kim loại kép, loại này không tiện dụng.
  • Đốt nóng gián tiếp: Dòng điện đi qua phần tử đốt nóng độc lập, nhiệt lượng toả ra gián tiếp làm tấm kim loại cong lên. Loại này có ưu điểm là muốn thay đổi dòng điện định mức ta chỉ cần thay đổi phần tử đốt nóng. Nhược diểm của loại này là khi có quá tải lớn, phần tử đốt nóng có thể đạt đến nhiệt độ khá cao nhưng vì không khí truyển nhiệt kém, nên tấm kim loại chưa kịp tác độc mà phần tử đốt nóng đã bị cháy đứt.
  • Đốt nóng hỗn hợp: Loại này tương đối tốt vì vừa đốt trực tiếp vừa đốt gián tiếp. Nó có tính ổn định nhiệt tương đối cao và có thể làm việc ở bội số quá tải lớn.

5. Ý nghĩa của những ký hiệu relay nhiệt

Hình 7. Relay nhiệt hãng Schneider.

Bạn có thể dễ dàng nhìn trên ký hiệu rơ le nhiệt đó là: NO, NC và COM.

  • COM (common): là chân chung, nó luôn được kết nối với 1 trong 2 chân còn lại. Còn việc nó kết nối chung với chân nào thì phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của Relay.
  • NC (Normally Closed): Nghĩa là bình thường nó đóng. Nghĩa là khi Relay ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này.
  • NO (Normally Open): Khi Relay ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này.

Kết nối COM và NC khi bạn muốn có dòng điện cần điều khiển khi Relay ở trạng thái OFF. Và khi Relay ON thì dòng này bị ngắt.

Ngược lại thì nối COM và NO.

6. Chọn relay nhiệt cho mạch điều khiển động cơ

Hình 8. Đặc tính Ampe – giây (A-s).

Đặc tính cơ bản của relay nhiệt là quan hệ giữa dòng điện phụ tải chạy qua và thời gian tác động của nó (gọi là đặc tính thời gian – dòng điện, A – s). Mặt khác, để đảm bảo yêu cầu giữ được tuổi thọ lâu dài của thiết bị theo đíng số liệu kỹ thuật đã cho của nhà sản xuất, các đối tượng bảo vệ cũng cần đặc tính thời gian dòng điện.

Lựa chọn đúng relay là sao cho đường đặc tính A – s của relay gần sát đường đặc tính A – s của đối tượng cần bảo vệ. Nếu chọn thấp quá sẽ không tận dụng được công suất của động cơ điện, chọn cao quá sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị cần bảo vệ.

Trong thực tế, cách lựa chọn phù hợp là chọn dòng điện định mức của Rơle nhiệt bằng dòng điện định mức của động cơ điện cần bảo vệ, relay sẽ tác động ở giá trị (1,2 ÷ 1,3).Iđm. Bên cạnh, chế độ làm việc của phụ tải và nhiệt độ môi trường xung quanh phải được xem xét.

Trần Lê Mân

MCB (Miniature Circuit Bkeaker)

MCB là gì? Ứng dụng của MCB?

MCB (Miniature Circuit Breaker) là thiết bị sử dụng và lắp đặt rất phổ biến ở các công trình công nghiệp lẫn công trình dân dụng. Ngày càng có nhiều gia đình lựa chọn thiết bị MCB. Vậy MCB là gì? Cấu tạo và ứng dụng của MCB ra sao? Chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về MCB qua bài viết sau nhé!

1. MCB là gì?

MCB (Miniature Circuit Breaker) là cầu dao tự động dạng tép (còn gọi là CB tép), MCB hầu như chỉ được mọi người dùng với những thiết bị có dòng điện thấp (không quá 100A) và dòng công suất nhỏ.

MCB là thiết bị dùng để bảo vệ thiết bị điện khi quá tải hoặc ngắn mạch, tương tự như một chiếc công tắc đóng ngắt tự động khi có sự cố về mạch điện xảy ra, thiết bị này sẽ ngắt điện tự động để bảo vệ cho người dùng an toàn và máy móc được không gây hư hỏng.

Hình 1. Các loại MCB loại Acti 9 iC60 của hãng Schneider.

2. Cấu tạo của MCB

MCB được cấu tạo bởi các bộ phận:

  • Tiếp điểm
  • Hộp dập hồ quang
  • Cơ cấu truyền động cắt MCB
  • Móc bảo vệ

Hình 2. Các thành phần cấu thành MCB.

a) Tiếp điểm:

  • MCB thường có cấu tạo hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc 3 tiếp điểm (tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ, hồ quang).
  • Hoạt động của tiếp điểm như sau: khi đóng mạch tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm chính. Còn khi ngắt mạch tiếp điểm chính mở trước, tiếp điểm phụ mở sau và cuối cùng là hồ quang điện.

b) Hộp dập hồ quang:

  • Có 2 kiểu thiết bị dập hồ quang là: hồ quang kiểu nửa kín và hồ quang kiểu hở.
  • Đặc điểm của 2 loại khác nhau: kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của MCB và có lỗ thoát khí. Kiểu hở được dùng với điện áp lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn 1000V (cao áp). Buồng dập hồ quang có nhiều tấm thép xếp thành lưới ngăn thành nhiều đoạn khác nhau để tạo thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang.

c) Cơ cấu truyền động cắt MCB:

  • Có 2 cách truyền động cắt MCB (bằng tay và bằng cơ điện).
  • Đối với truyền động cắt điều khiển bằng tay được thực hiện với các MCB có dòng điện định mức không lớn.
  • Còn đối với loại điều khiển bằng cơ điện ở các MCB có dòng điện lớn hơn.

d) Móc bảo vệ:

  • Móc bảo vệ có tác dụng để bảo vệ thiết bị điện không bị quá tải và ngắn mạch.
  • Có 2 loại móc bảo vệ: móc kiểu điện từ và móc kiểu relay nhiệt.

3. Nguyên lý hoạt động chung

a) MCB dòng điện cực đại

Hình 3. Sơ đồ nguyên lý của MCB dòng điện cực đại.

Khi đóng điện, dòng điện cực đại sẽ ở trạng thái bình thường, MCB giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc (2) khớp và móc (3) khớp cụm vào 1 cụm tiếp điểm cộng.

Bật MCB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện (5) và phần ứng (4) không hút.

Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện (5) lớn hơn lực lò xo (6) làm cho nam châm điện (5) sẽ hút phần ứng (4) xuống làm bật nhả móc (3), móc (5) được thả tự do, lò xo (1) được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của MCB được mở ra, mạch điện bị ngắt.

b) MCB điện áp thấp

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý của MCB điện áp thấp.

Khi bật MCB ở trạng thái ON thì điện áp định mức của nam châm điện (11) và phần ứng (10) hút lại với nhau.

Khi sụt áp quá mức, nam châm điện (11) sẽ nhả phần ứng (10), lò xo (9) kéo móc (8) bật lên, móc (7) thả tự do, thả lỏng, lò xo (1) được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của MCB được mở ra, mạch điện bị ngắt.

4. Các thông số quan trọng

Ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu các thông số quan trọng để ta biết và chọn đúng MCB, phù hợp với yêu cầu đặt ra và điều kiện kinh tế của bản thân.

a) Một số khái niệm

  • In: 2, 3, 6, 10, 16, 20, 25, …là các chỉ số dòng định mức đi kèm với các máy biến áp điện lực với công suất tương ứng.
  • Characteristic cover (đường cong chọn lọc của CB) là thông số quan trọng nhất cho việc chọn CB nằm ở vị trí nào cho hệ thống điện.
  • Ics là thông số có ý nghĩa tương tự như Icu nhưng các thiết bị dòng Ics sẽ có khả năng chịu trong 3 giây. Thông số của Ics còn cho thấy khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố của thiết bị và điều này hoàn toàn phụ thuộc vào từng hãng sản xuất.
  • Ir là dòng điều chỉnh bảo vệ quá tải. Bạn có CB 100A mà tải của bạn chỉ cần 65A vậy bạn phải chỉnh CB xuống cho phù hợp với tải như vậy dòng chỉnh định Ir = (hệ số) x In; (hệ số thường thấy từ 0.8 – 1) hoặc (0.5 – 1).
  • Iinst là giá trị dòng điện ngắt mạch tức thời, công dụng bảo vệ sự cố ngắn mạch với biên độ dòng ngắn mạch rất lớn.
  • Icu (Ultimated current) là khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất của tiếp điểm CB trên một đơn. Hay nói cách khác, Icu là một dòng điện cực đại đi qua tiếp điểm của CB trong vòng 1 giây mà không làm hỏng tiếp điểm này.

Ví dụ: Icu = 10kA thì tiếp điểm CB sẽ chịu đựng được dòng điện 10kA trong thời gian 1 giây. Thông số này cho biết độ bền tiếp điểm của CB. Ngoài thông số này thông số Ics cũng có tính chất tương tự. Nói như thế tức là giá thành CB sẽ phụ thuộc vào Icu này.

  • Mechanical/electrical endurance: Số lần đóng ngắt cơ khí cho phép.

Ví dụ bạn ngắt MCB rồi bật MCB lên lại thì gọi là 1 lần đóng ngắt. MCB thông thường cũng quy định số lần này. Các MCB có quy định là từ 7500 đến 10000 lần, MCCB thì hơn 10000 lần tùy theo hãng.

b) Xem xét Datasheet của một MCB điển hình

Hình 5. Trích Datasheet của một MCB hãng Schneider.

Mình sẽ lấy ví dụ một MCB của hãng Schneider, có mã thiết bị là A9F90382 – iC60L – miniature circuit breaker – 3P – 12.5A – MA.

Từ datasheet của thiết bị, ta cần nắm những thông số quan trọng như:

  • Loại thiết bị.
  • Tên mã sản phẩm.
  • Số cực.
  • Dòng điện định mức.
  • Loại AC hay DC.
  • Mã đường cong.
  • Dòng cắt.
  • Tiêu chuẩn thiết bị (IEC/EN).
  • Tần số hoạt động.
  • Dòng cắt định mức lớn nhất.
  • Điện áp hoạt động.
  • Kích thước (dài, rộng, sâu) của thiết bị.

Thông số iC60LMA khoanh tròn trên MCB được giải thích như sau:

Có ba đường cong đặc tính tải (được sử dụng phổ biến) có sẵn là B, C & D:

Hình 6. Các loại đặc tính tải

  • Đường đặc tính loại Z nói rằng rằng dòng ngắn mạch của thiết bị nằm trong khoảng 3-5 lần dòng định mức.
  • Đường đặc tính loại B nói rằng rằng dòng ngắn mạch của thiết bị nằm trong khoảng 4-7 lần dòng định mức.
  • Đường đặc tính loại C cho thấy dòng ngắn mạch nằm trong khoảng 7-10 hoặc 9-14 lần dòng định mức.
  • Đường đặc tính loại D nói rằng rằng dòng ngắn mạch của thiết bị nằm khoảng là 10-20 lần dòng định mức.

Do vậy hãy cẩn trọng nhìn rõ thông số này khi chọn mua MCB. Đối với tải thuần trở (tải chiếu sáng bình thường) nó là đường đặc tính B. Đối với tải có cảm(như bơm, động cơ…) nó là đường đặc tính C và đối với tải có cảm kháng cao hoặc tải có tính dung kháng nó là đường đặc tính loại D.

Chữ số tiếp là hiển thị dòng điện định mức của MCB, đơn vị là Ampe. Hình trên chỉ số nó là 60A. Dòng định mức của MCB rất quan trọng và nó cần tính chính xác.

Hình 7. Bảng chọn dòng ngắn mạch của iC60

Đường cong đặc tính tải kiểu iC60N/H/L dựa vào tiêu chuẩn IEC 60947-2(tiêu chuẩn thiết bị dành cho nhà máy). Nhiệt độ tham chiếu của đường cong là 50(oC). Khi chọn thiết bị, ta xem dòng sự cố tối đa bao nhiêu lần định mức để ta có thể dựa vào bảng số liệu chọn thiết bị cho chính xác.

Hình 8. Đường cong đặc tính của MCB

5. Phân biệt MCB và MCCB

Hình 9. So sánh giữa MCB và MCCB.

a) Giống Nhau:

Đều là các khí cụ điện dùng trong đóng cách các mạch điện. Có một số nguyên tắc hoạt động chung như chống quá tải, chống ngắn mạch, chống dòng rò… Tính an toàn và cách điện đạt tiêu chuẩn IEC947 quốc tế.

b) Khác Nhau:

 

MCB

MCCB

MCB (Miniature Circuit Breaker): Áp tô mát loại nhỏ. Đây là dạng CB thu gọn (CB Tép) chủ yếu dùng trong gia dụng, mạch điều khiển.

MCCB (Moulded case circuit breakers): Áp tô mát kiểu khối. Đây là dạng CB tiêu chuẩn (CB Khối) chủ yếu dùng trong công nghiệp, mạch động lực.

MCB: dòng điện không vượt quá 100A, điện áp dưới 100V.

MCCB: dòng điện có thể lên tới 1.000A, điện áp dưới 1.000V.

Không điều chỉnh được dòng Ir.

Có thể điều chỉnh được dòng Ir.

Dòng định mức tối đa là 125A.

Dòng định mức tối đa là 1600A.

Dòng cắt  ngắn mạch tối đa thiết bị là 25kA.

Dòng cắt  ngắn mạch tối đa thiết bị là 150kA.

Không có khả năng mở rộng, kết nối thiết bị khác.

Có khả năng mở rộng, kết nối thiết bị khác.

Ứng dụng: Điện dân dụng, 1 số tủ điện phân phối ánh sáng, ổ cắm…

Ứng dụng: Trong điện công nghiệp, các tủ điện tổng, các nhà máy xí nghiệp lớn…

6. Lựa chọn MCB

Có nhiều cách lựa chọn MCB, MCCB. Tuy nhiên, dù cách nào thì chúng cũng phải thỏa mãn điều kiện sau:

lb n z và lscb > lsc

Trong đó:

Ví dụ: Tính chọn MCB cho mạch khởi động trực tiếp động cơ 3 pha có công suất 7,5 kW. Biết điện áp 380/400V. Có hệ số công suất là 0,8. Thiết bị của hãng Schneider.

Dòng điện định mức của động cơ là:

Ta sẽ chọn dòng thiết bị của MCB vào khoảng (1 – 1,4).Iđm.

Dòng điện định mức của MCB cần chọn:

 Imcb = 1,2.14,24 = 17,09A. Ta tra bảng chọn dòng điện lớn hơn 17,09A ta sẽ chọn 20A với mã MCB là A9F93320.

Hình 10. Chọn MCB loại A9F93320

7. Ứng dụng

MCB ngày càng được sử dụng rất phổ biến ở các công trình công nghiệp lẫn công trình dân dụng. MCB được lắp đặt ở gia đình, công trình lớn: khách sạn, nhà hàng và các căn hộ chung cư…giúp bảo vệ an toàn cho người sử dụng.

MCCB (Moulded Case Circuit Breaker)

MCCB là khí cụ điện đóng cắt và bảo vệ quá tải trong mạng điện công nghiệp, dân dụng. Được đóng hộp thành dạng khối, với dải công suất rộng từ vài trăm đến hàng ngàn ampe.

Thiết bị này được lắp trong các tủ điều khiển, tủ phân phối tổng, hoặc nơi đầu tổng mạng điện của nhà máy.

Hình 1. Moulded Case Circuit Breaker.

1. Nguyên lý bảo vệ quá tải và ngắn mạch

MCCB (Moulded case circuit breaker): là khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện trong điều kiện bình thường ở dạng khối, bảo vệ quá tải hay ngắn mạch của mạch điện khi có sự cố xảy ra.

Sau đây ta đi phân tích nguyên lý bảo vệ của MCCB.

1.1. Nguyên lý bảo vệ quá tải ở MCCB

  • Ở chế độ làm việc bình thường: khi có dòng điện chạy qua làm cho nhiệt độ và chiều dài thanh lưỡng kim tăng. Nhưng tốc độ dãn nở không đủ để sinh ra chuyển động uốn của thanh, tiếp điểm của MCCB vẫn đóng.

Hình 2. Bảo vệ quá tải của MCCB.

  • Ở chế độ quá tải: Nhiệt sinh ra đủ lớn thanh lưỡng kim bị uốn cong về phía thanh kim loại có hệ số dãn nở nhỏ hơn. Chuyển động uốn đẩy trip bar kéo theo chốt được giải phóng làm tiếp điểm mở ra, bảo vệ quá tải tác động, MCCB mở tiếp điểm.

1.2. Nguyên lý bảo vệ ngắn mạch của MCCB

  • Ở chế độ làm việc bình thường: Từ trường tạo ra bởi cuộn dây không đủ lớn để hút trip bar và tiếp điểm  của MCCB vẫn đóng.

Hình 3. Bảo vệ ngắn mạch của MCCB.

  • Khi xảy ra ngắn mạch: Từ trường tạo ra bởi cuộn dây đủ lớn hút trip bar, giải phóng chốt và tiếp điểm được mở ra, bảo vệ ngắn mạch tác động, MCCB mở tiếp điểm.

Với bảo vệ quá tải và ngắn mạch, mạch điện sẽ làm việc ổn định tin cậy, bảo vệ thiết bị và giảm thiểu thiệt hại ở mức thấp nhất có thể.

2. Một số định nghĩa về các thông số cơ bản trên MCCB

Nhiều bạn làm kỹ thuật thường thắc mắc các thông số ghi trên MCCB mà không hiểu hết ý nghĩa của chúng, sau đây chúng ta sẽ cùng tìm một một vài thông số quan trọng.

  • In: là chỉ số dòng định mức (2, 3, 6, 10, 16, 20, 25,…) của MCCB; dòng định mức đi kèm với các máy biến áp điện lực với công suất tương ứng.

Ví dụ: Trạm 200 kVA tương ứng với 315A, trạm 250 kVA tương ứng với 400A, trạm 315 kVA tương ứng với 500A,…

  • Icu (Ultimate breaking capacity – kA): Là tên viết tắt của cụm từ ultimated current, đây là khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất của tiếp điểm CB trong khoảng thời gian là 1 giây.

Ví dụ: Icu = 10kA thì tiếp điểm MCCB sẽ chịu đựng được dòng điện 10kA trong thời gian 1 giây.

  • Ics (Service breaking capacity – %Icu): là dòng điện lớn nhất tải qua tiếp điểm MCCB 3 lần với chìều dài thời gian mỗi lần là 1 giấy mà MCCB không bị hư hỏng. Có hãng khác cũng định nghĩa là Ics là dòng điện lớn nhất tải qua tiếp điểm CB trong thời gian 3 giây mà MCCB không bị hư hỏng. Thông số của Ics còn cho thấy khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố của thiết bị và điều này hoàn toàn phụ thuộc vào từng hãng sản xuất.

Ví dụ: Cùng là hãng LS có hai loai MCCB, loại có Ics = 50%Icu, nhưng cũng có loại Ics = 100%Icu, đó là do công nghệ của từng hãng có thể làm được đến mức độ nào.

  • Characteristic cuver (còn gọi là đường cong chọn lọc của CB) chính là thông số quan trọng nhất mà quý khách hàng cần phải quan tâm để nghiên cứu cho việc chọn cb nằm ở vị trí nào trong hệ thống điện.
  • Mechanical/electrical endurance là số lần đóng cắt cơ khí cho phép. Chẳng hạn bạn ngắt CB rồi bật CB lên thì đó là 1 lần đóng ngắt. Trong khi aptomat MCB có quy định là từ 7500 đến 10000 lần, ACB khoảng 8000 lần thì aptomat MCCB là hơn 10000 lần.
  • Icw là khả năng chịu dòng ngắn mạch của máy cắt do nhà chế tạo đưa ra ứng với một khoảng thời gian là 1 giây.
  • Ir là dòng điều chỉnh bảo vệ quá tải.
  • Io: Giá trị dòng điện làm việc thực sự qua tải (ký tự O dùng trong chỉ số dòng điện viết tắt từ danh từ OPERATION).
  • Iz: Giá trị dòng điện tính toán dùng chọn tiết diện dây dẫn cung cấp đến tải. Theo tiêu chuẩn IEC, chúng ta luôn có quan hệ sau: Io z n.
  • Im: Giá trị dòng điện ngắt mạch trong thời gian ngắn, công dụng bảo vệ quá tải với dòng quá tải có giá trị lớn khoảng 10 lần dòng điện In (Im = 10.In) (Short Time Protection – ký hiệu tắt là ST).
  • Iinst: Giá trị dòng điện ngắt mạch tức thời, công dụng bảo vệ sự cố ngắn mạch với biên độ dòng ngắn mạch rất lớn.

3. Cài đặt MCCB bảo vệ quá tải và ngắn mạch

Để tiến hành việc bảo vệ quá tải và ngắn mạch ta phải làm như thế nào? Chúng ta sẽ đi vào phân tích cài đặt MCCB để nó có thể làm việc ổn định, tin cậy khi có sự cố quá tải và ngắn mạch.

Hình 4. Cài đặt MCCB bảo vệ quá tải và ngắn mạch.

3.1. Cài đặt MCCB với giá trị Ir

  • Ir = dòng định mức của tải.
  • Ir = xIn (Với In là dòng định mức MCCB).

Ví dụ:

  • MCCB có In = 2000A trong khi đó dòng tải tối đa chỉ có 1000A.
  • Vậy ta có thể thay đổi từ 2000A đến 1000A bằng cài đặt Ir = 0,5.In = 0,5.2000 = 1000A.

Tại sao ta không dùng luôn MCCB có dòng định mức 1000A?

  • Do họ đã tính toán đến việc mở rộng tải sau này, chẳng hạn dòng tải tăng từ 1000A đến 1800A ta chỉ việc điều chỉnh dòng cài đặt Ir = 0,9.In = 0,9.2000 = 1800A.
  • Vì vậy sẽ đơn giản hơn khi ta phải thay mới một MCCB khác và các phụ kiện đi kèm đồng thời chi phí cũng giảm đi rất nhiều.

3.2. Cài đặt MCCB bảo vệ quá tải

– Kí hiệu chức năng bởi chữ L.

– Đặc tính bảo vệ quá tải:

  • Nếu I > Ir thì MCCB sẽ cắt với thời gian trễ đã cài đặt.
  • Đặc tính phụ thuộc với thời gian ngược (I2t = K).
  • Ứng với bảo vệ quá nhiệt là thời gian long time pickup.

– Ta sẽ đi phân tích vùng bảo vệ quá tải từ ví dụ trên:

  • Ir = 1000A, tr = 1 Sec (tại 6.Ir). Tức khi ta bơm dòng 6.Ir = 6000 A thì MCCB sẽ cắt quá tải với thời gian 1s.
  • Nếu ta bơm dòng 5.Ir mà vẫn cài đặt tr = 1s thì thời gian cắt quá tải thực tế là bao nhiêu? Lúc này phải xem đường đặc tính trong catalog, ta dóng giá trị 5.Ir lên đường đặc tính tr = 1s thì sẽ ra thời gian cắt quá tải cần tìm.

3.3. Cài đặt MCCB bảo vệ ngắn mạch

– Kí hiệu chức năng bởi chữ S.

– Cài đặt dòng cắt ngắn mạch.

  • Đầu tiên ta phải biết giá trị dòng ngắn mạch – Inm, từ đó mới cài đặt Isd.
  • Ở ví dụ trên Inm = 2000 A > Isd = 2.1000 = 2000 A.

– Cài đặt thời gian: Ta có thể cài đặt đặc tính thời gian độc lập hay phụ thuộc tùy theo I2t Off hay On.

Hình 5. Ta có thể cài đặt đặc tính thời gian độc lập hay phụ thuộc tùy theo I2t Off hay On.

– Ở ví dụ trên ta cài đặt Isd = 2000 A, tsd = 0,2 Sec (I2t On) tức khi dòng sự cố đạt 2000A thì thời gian cắt ngắn mạch là 0,2 Sec. Còn nếu ta cài đặt Isd = 3000 A thì theo đường đặc tính phụ thuộc thời gian cắt sẽ nhỏ hơn so với Isd = 2000 A.

– Còn đặc tính thời gian độc lập, thì với mọi dòng Isd thời gian cắt ngắn mạch luôn không đổi.

3.4. Cài đặt MCCB bảo vệ cắt nhanh Instantaneous

  • Kí hiệu chức năng bởi chữ I.
  • Dùng đặc tính thời gian độc lập.
  • ti sd.

4. Một số dòng MCCB Schneider

Aptomat loại lớn, dòng định mức 15A đến 3200A, dòng cắt định mức 7.5kA đến 85kA

  • MCCB Easypact EZC: Ứng với mỗi mã thiết bị ta có dòng định mức In và dòng cắt định mức Icu khác nhau, từ đó ta chọn được thiết bị phù hợp về mặt kỹ thuật và kinh tế cho hệ thống.

Ví dụ:

  • MCCB Easypact EZC100 có In từ 15A đến 100A; Icu = 7,5kA; 10kA; 15kA; 30kA.
  • MCCB Easypact EZC630 có In từ 400A đến 630A; Icu = 36kA; 50kA.

Hình 6. Từ catalogue ta chọn mã sản phẩm phù hợp cho hệ thống

  • MCCB Easypact CVS: In từ 16A đến 600A, Icu = 25kA, 36kA, 50kA. Sử dụng cho 3P hoặc 4P. Tuân theo tiêu chuẩn IEC 60947-2.
  • Ngoài việc sử dụng số liệu trên catalogue ta còn có thể lựa chọn thiết bị dựa vào số liệu được in trên sản phẩm.

Hình 7. Lựa chọn MCCB dựa vào số liệu in trên sản phẩm.

Trong đó cần chú ý một số thông số chính sau:

1. Loại thiết bị: kích thước khung và lớp khả năng phá vỡ.

2. Ui: điện áp cách điện định mức.

3. Uimp: xung điện áp định mức chịu được điện áp.

4. Ics: khả năng phá vỡ thực tế.

5. Icu: khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất của tiếp điểm MCCB trong điện áp hoạt động Ue

6. Ue: điện áp hoạt động.

9. Tiêu chuẩn thiết bị.

Ngoài ra còn có một số dòng như MCCB Compact NSX: In từ 16A đến 630A, Icu= 25kA, 36kA, 50kA, 70kA. Tuân theo tiêu chuẩn IEC 60947-2 và MCCB Compact NS: In= 630A đến 3200A, Icu= 50kA, 70kA, 85kA. Tuân theo tiêu chuẩn IEC 60947-2

Hình 8. Một số sản phẩm MCCB Compact NSX

Hình 9. Một số sản phẩm MCCB Compact NS

Để Lựa chọn CB DC chuyên dụng cho điện năng lượng mặt trời chúng ta cần hiểu về quá trình xảy ra với hệ thống khi xảy ra sự cố chạm đất của giàn pin.

Hiện tại trên thị trường phổ biến hai dòng Inverter Transfomer ( có biến áp cách ly ) và Transformerless ( không có biến áp cách ly ) tuy nhiên một số loại được gọi là “tranfomerless” tuy nhiên lại được trang bị có cuộn biến áp cao tần.

Cách lựa chọn CB DC cho hệ thống điện năng lượng mặt trời

Kết nối với hệ thống tiếp địa

Việc Lựa chọn CB DC phụ thuộc vào cách thức hoạt động của sự cố trong hệ thống, điều này có nghĩa là khi có sự cố chậm đất thì CB cần cách ly được sự cố ra khỏi hệ thống.

Với dòng inverter có biến áp cách ly, nếu không nối đất một cực của giàn pin thì khi sự cố chạm đất xảy ra ( dòng nhất thứ ), dòng điện sự cố sẽ không xuất hiện ( do hở mạch ). Chỉ khi cực còn lại của giàn pin chạm đất thì mới xuất hiện dòng sự cố ( dòng nhị thứ ). Do đó để đảm bảo an toàn, mọi hệ thống sử dụng inverter có biến áp cần nối đất một cực của giàn pin ( thường là cực âm để tránh suy giảm PID của tấm pin ). Trong trường hợp này, chỉ có một cực của CB hoạt động để ngắt sự cố.

Inverter transformerless có phía AC nối đất. Do đó khi sự cố chạm đất của giàn pin dòng sự cố sẽ xuất hiện và CB sẽ ngắt sự cố. Trong trường hợp một cực của tấm pin chạm vào phía AC. Lúc này một trong hai cực của CB sẽ hoạt động.

Lưu ý: tuyệt đối không được nối đất một cực của giàn pin. Trong trường hợp sử dụng inverter transformerless.

Cách lựa chọn CB DC cho hệ thống điện năng lượng mặt trời

 

Thông số lựa chọn CB DC chuyên dụng cho điện năng lượng mặt trời

 

Cấu hình giàn pin

Loại inverter

Điện áp cho mỗi cưc của CB DC

Có nối đất một cực của giàn pin.

Inverter có biến áp cách ly

1.2 x Voc

Không nối đất một cực của giàn pin.

Inverter transfomerless

1.2 x Voc

Nối đất một cực của giàn pin.

Inverter transfomerless

Không cho phép

Dòng điện định mức cho CB In = Isc x 1.25 (A) trong đó Isc là dòng ngắn mạch lớn nhất trên đường dây đặt CB bảo vệ.

Cách lựa chọn CB DC cho hệ thống điện năng lượng mặt trời

contactor--abb-ax95

Contactor

Contactor là một thiết bị đóng vai trò quan trọng, không thể thiếu trong ngành điện. Chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu những thông tin cơ bản về thiết bị này trong bài viết sau đây.

1. Contactor là gì?

Hình 1. Contactor của các hãng sản xuất Schneider, Mitsubishi, LS.

Contactor được hiểu là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, để chuyển đổi một mạch điện, tương tự như một relay ngoại trừ với mức dòng điện cao hơn.

Contactor được sử dụng để điều khiển động cơ điện, chiếu sáng, hệ thống sưởi, tụ điện, máy sấy nhiệt và các phụ tải khác.

Hình 2. Hình dạng và kí hiệu của contactor theo chuẩn IEC.

Hình 3. Kí hiệu cho các phần tử trong Contactor.

2. Cấu tạo

Contactor là thiết bị đóng cắt trung gian giữa mạch lực và mạch điều khiển. Cùng một thiết bị công suất lớn người ta có thể điều khiển chúng bằng một hiệu điện thế và dòng nhỏ hơn rất nhiều khi qua thiết bị này.

Hình 4. Cấu tạo của Contactor.

Cấu tạo của contactor bao gồm:

– Nam châm điện: Nam châm điện gồm:

  • Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm.
  • Lõi sắt.
  • Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu.

Hình 5. Cấu tạo của nam châm điện.

– Hệ thống dập hồ quang: Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mòn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang.

– Hệ thống tiếp điểm: Hệ thống tiếp điểm của contactor trong tủ điện liên hệ với phần lõi từ di động qua bộ phận liên động về cơ. Tuỳ theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta có thể chia các tiếp điểm thành hai loại:

  • Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua (từ 10A đến vài nghìn A, thí dụ khoảng 1600A hay 2250A). Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở, nó đóng lại khi được cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện.
  • Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường hở.
  • Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện). Tiếp điểm này hở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động.
  • Ngược lại là tiếp điểm thường hở.
  • Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính tủ điện điều khiển thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển của Contactor.

Contactor có nhiều hình dạng với nhiều công suất và tính năng khác nhau. Không giống như máy cắt, contactor được thiết kế để không chủ ý cắt một sự cố ngắn mạch. Contactor có dải hoạt động từ chỗ chỉ có dòng cắt một vài Ampe cho tới hàng nghìn Ampe và 24 VDC cho tới kV.

3. Nguyên lí hoạt động

Hình 6. Mặt cắt bên trong của Contactor.

Khi cấp nguồn trong tủ điện điều khiển bằng giá trị điện áp định mức của Contactor vào hai đầu của cuộn dây contactor quấn trên phần lõi từ cố định thì lực từ tạo sẽ ra hút phần lõi từ di động hình thành mạch từ kín (lực từ phải lớn hơn phản lực của lò xo), Contactor ở trạng thái hoạt động.

Lúc này nhờ vào bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điẻm làm cho tiếp điểm chính đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường đóng sẽ mở ra, thường hở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này.

Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây thì Contactor ở trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.

Hình 7. Mô tả cách hoạt động của contactor.

4. Các thông số cơ bản của contactor

  • Điện áp (Ui): là điện áp chịu được khi làm việc của contactor, nếu vượt quá điện áp thì contactor sẽ bị phá hủy, hỏng.
  • Điện áp xung chịu đựng (Uimp): khả năng chịu đựng điện áp xung của contactor.
  • Điện áp (Ue): giải điện áp mà contactor chịu được, trên mỗi contactor thời ghi rõ dải dòng và áp làm việc mà nó chịu đựng được.
  • Dòng điện (In): là dòng điện chạy qua tiếp điểm chính của contactor khi làm việc (tải định mức và điện áp định mức).
  • Dòng điệnngắn mạch (Icu): dòng điện mà contactor chịu đựng được trong vòng 1s, thường nhà sản xuất cung cấp theo loại contactor.
  • Điện áp cuộn hút (Uax): theo mạch điều khiển ta chọn, có thể là DC, AC, 110V hay 220V.

5. Phân loại

5.1. Phân loại sử dụng của IEC

Hình 8. Đặc tính ngắt mạch của các chế độ AC của contactor.

– Đánh giá hiện tại của contactor phụ thuộc vào loại sử dụng. Về phân loại của IEC trong tiêu chuẩn 60947 được mô tả như sau:

  • AC-1 – Đối với các tải không-cảm ứng hoặc cảm ứng nhẹ, lò điện trở.
  • AC-2 – Khởi động các động cơ vành trượt: khởi động, ngắt nguồn.
  • AC-3 – Khởi động các động cơ lồng sóc và ngắt nguồn chỉ sau khi động cơ đạt được tốc độ cần thiết. (Khóa Dòng Rotor (LRA), Ngắt dòng đầy tải (FLA)).
  • AC-4 – Khởi động các động cơ lồng sóc với cách khởi động inching và plugging. Khởi động/Dừng nhanh. (Tạo và ngắt khóa dòng rotor).

– Relay và các khối tiếp điểm phụ được đánh giá theo tiêu chuẩn IEC 60947-5-1.

  • AC-15 – Điều khiển các tải điện từ (> 72 VA).
  • DC-13 – Điều khiển nam châm điện.

Ngoài ra, contactor còn được phân loại theo loại tải sử dụng điện một chiều, như DC-1, DC-2, DC-3, DC-5.

5.2. NEMA

Các contactor NEMA (hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia của Mỹ) cho động cơ hạ áp (ít hơn 1000 vôn) được xếp loại theo kích thước NEMA, đưa ra một xếp loại dòng điện liên tục tối đa và một xếp loại theo mã lực cho các động cơ không đồng bộ kèm theo. Kích thước của contactor theo tiêu chuẩn NEMA được chỉ định là 00,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9.

Xếp loại mã lực (công suất) được dựa trên điện áp và đặc tính của động cơ không đồng bộ điển hình và chu kỳ làm việc như đã nêu trong tiêu chuẩn NEMA ICS2. Các chu kỳ làm việc ngoại lệ hoặc các loại motor chuyên dụng có thể yêu cầu một kích thước starter NEMA khác với xếp loại thông thường.

6. Ứng dụng

Contactor là thiết bị điều khiển để đóng ngắt nguồn cấp cho thiết bị do đó được sử dụng rất phổ biến trong hệ thống điện.

Trong công nghiệp Contactor được sử dụng để điều khiển vận hành các động cơ hay thiết bị điện để an toàn khi vận hành. Đây là một giải pháp tự động hóa bằng phương pháp cơ điện. Phương pháp này không xử lý những quá trình phức tạp nhưng nó đơn giản và có độ ổn định cao, dễ sửa chữa.

Hình 9. Contactor (Khởi động từ) kết hợp relay nhiệt điều khiển động cơ.

Ngoài ra, Contactor còn một số ứng dụng như:

– Contactor điều khiển động cơ: Cấp nguồn cho động cơ khởi động trực tiếp. Contactor được dùng kết hợp với relay nhiệt để bảo vệ quá tải cho động cơ.

Ví dụ: Mạch khởi động trực tiếp động cơ 3 pha.

– Contactor khởi động Sao – Tam giác: thay đổi chế độ hoạt động của động cơ từ sơ đồ hình sao khi khởi động sang sơ đồ tam giác khi động cơ đã vận hành ổn định, mục đích để giảm dòng khởi động.

Ví dụ: Mạch khởi động động cơ 3 pha theo phương pháp đổi nối Sao – Tam giác (Star – Delta).

– Contactor điều khiển tụ bù: đóng ngắt các tụ bù vào lưới điện để bù công suất phản kháng. Contactor được dùng trong hệ thống bù tự động được điều khiển bằng bộ điều khiển tụ bù đảm bảo đóng cắt các cấp tụ phù hợp với tải.

– Contactor điều khiển đèn chiếu sáng: có thể điều khiển contactor bằng relay thời gian hoặc PLC để đóng cắt điện cấp cho đèn chiếu sáng để bật/tắt đèn theo giờ quy định.

Hình 10. Ứng dụng kiểm soát nhiệt độ và mức chất lỏng.

Hình 11. Hình ảnh về contactor được lắp trong các tủ điện.