Cách chọn khả năng cắt MCB

Nguyên tắc chọn khả năng cắt MCB theo Isc

Điều kiện cơ bản là:

Icn ≥ Isc,max

Trong đó, Icn là khả năng cắt ngắn mạch danh định của MCB theo tiêu chuẩn áp dụng; Isc,max là dòng ngắn mạch dự kiến lớn nhất có thể xuất hiện tại vị trí lắp thiết bị. Theo nguyên tắc bảo vệ ngắn mạch của IEC 60364-4-43, thiết bị bảo vệ, hoạt động riêng lẻ hoặc trong một tổ hợp bảo vệ đã được phối hợp, phải có khả năng cắt được dòng ngắn mạch dự kiến lớn nhất của mạch.

Ví dụ, nếu tính được Isc,max tại thanh cái nơi lắp MCB là 5,2 kA thì MCB 4,5 kA không đáp ứng điều kiện. MCB 6 kA đáp ứng, còn MCB 10 kA cũng đáp ứng nhưng không bắt buộc chỉ xét riêng tiêu chí khả năng cắt.

Phép so sánh phải thực hiện với thông số đúng tiêu chuẩn, điện áp và cấu hình của thiết bị. Không nên lấy một giá trị khả năng cắt được công bố ở điện áp khác hoặc theo tiêu chuẩn khác rồi mặc định áp dụng cho vị trí đang thiết kế.

Cách xác định dòng ngắn mạch dự kiến tại điểm lắp

Dòng ngắn mạch dự kiến không phải một giá trị cố định cho toàn bộ công trình. Nó thay đổi theo vị trí vì tổng trở từ nguồn đến điểm sự cố thay đổi. IEC 60364-4-43 quy định dòng ngắn mạch dự kiến lớn nhất và nhỏ nhất tại các điểm liên quan của hệ thống cần được xác định bằng tính toán, phép đo phù hợp hoặc dữ liệu được cung cấp từ nguồn liên quan. Với bài toán chọn khả năng cắt, giá trị cần quan tâm là dòng ngắn mạch dự kiến lớn nhất.

Lấy dữ liệu từ nguồn cấp

Ở điểm đấu nối, có thể sử dụng dữ liệu dòng ngắn mạch hoặc công suất ngắn mạch do đơn vị điện lực cung cấp. Nếu nguồn là máy biến áp riêng, các thông số như công suất máy biến áp, điện áp ngắn mạch, điện áp thứ cấp và cấu hình vận hành là dữ liệu đầu vào quan trọng.

Cần xét đúng trạng thái vận hành tạo ra mức sự cố lớn nhất. Chẳng hạn, việc vận hành song song nhiều nguồn hoặc nhiều máy biến áp có thể làm mức ngắn mạch tại thanh cái tăng đáng kể so với khi chỉ có một nguồn làm việc.

Tính toán theo tổng trở hệ thống

Về bản chất, dòng ngắn mạch tăng khi tổng trở nhìn từ điểm sự cố về nguồn giảm. Khi đi từ máy biến áp qua cáp, thanh dẫn và các phần tử nối tiếp, tổng trở tăng nên dòng ngắn mạch thường giảm dần.

Do đó, không nên lấy Isc tại tủ điện tổng rồi áp nguyên giá trị đó cho mọi tủ nhánh. Ngược lại, cũng không được lấy mức Isc thấp của một tủ ở xa nguồn để lựa chọn MCB cho tủ đặt gần máy biến áp. Mỗi điểm lắp cần được đánh giá theo tổng trở thực tế từ nguồn đến vị trí đó.

Đo tại hiện trường

Với hệ thống đang vận hành, dòng ngắn mạch dự kiến có thể được xác định bằng thiết bị đo phù hợp với hệ thống điện áp thấp. Kết quả đo vẫn phải được xem trong bối cảnh cấu hình nguồn tại thời điểm đo; nếu hệ thống sắp thay máy biến áp, thay cáp nguồn hoặc bổ sung nguồn song song thì mức sự cố lớn nhất sau thay đổi phải được đánh giá lại.

Dòng ngắn mạch dự kiến nhỏ nhất phục vụ những kiểm tra khác như khả năng tác động trong thời gian yêu cầu. Nó không thay thế Isc,max khi kiểm tra khả năng cắt của MCB.

Quy đổi Isc sang mức 4,5 kA, 6 kA hay 10 kA

Không nên mặc định “nhà ở dùng 6 kA” hoặc “công nghiệp dùng 10 kA”. Trình tự đúng là xác định Isc,max rồi chọn cấp khả năng cắt có giá trị không nhỏ hơn Isc,max.

Giả sử danh mục thiết bị đang xét chỉ có các lựa chọn 4,5 kA, 6 kA và 10 kA:

Nếu Isc,max là 6,3 kA thì MCB 6 kA không đạt, dù chênh lệch chỉ 0,3 kA. Cần chuyển lên cấp khả năng cắt tiếp theo phù hợp, chẳng hạn 10 kA nếu thiết bị đó đáp ứng các điều kiện còn lại.

Cũng không có lý do để tự áp một hệ số dự phòng cố định, chẳng hạn cộng 20%, cho mọi công trình. Điều cần xác định là giá trị ngắn mạch lớn nhất có cơ sở kỹ thuật. Nếu kết quả tính toán 5,9 kA nhưng sai số dữ liệu hoặc cấu hình nguồn có thể đưa giá trị thực tế lên trên 6 kA, thì 6 kA không còn bao phủ trường hợp bất lợi và nên chọn cấp cao hơn.

Phân biệt Icn với In, B/C/D, Icu và Ics

Một nguyên nhân phổ biến dẫn đến chọn sai là đọc các thông số trên MCB như thể chúng đều mô tả cùng một đặc tính. Thực tế, mỗi thông số giải quyết một bài toán khác nhau.

IEC 60898-1 định nghĩa Icn là rated short-circuit capacity của circuit-breaker, trong khi IEC 60947-2 sử dụng các thông số ngắn mạch như Icu và Ics trong phạm vi thiết bị của tiêu chuẩn đó. Vì điều kiện thử và phạm vi áp dụng khác nhau, không nên coi các giá trị mang ký hiệu khác nhau là tương đương chỉ vì chúng cùng được biểu diễn bằng kA.

Chẳng hạn, ký hiệu C32 cho biết MCB có đặc tính C và dòng định mức 32 A. Nếu thiết bị đồng thời có Icn 6 kA thì 32 A và 6 kA vẫn là hai đại lượng hoàn toàn khác nhau: 32 A liên quan đến tải và bảo vệ quá dòng, còn 6 kA liên quan đến khả năng xử lý sự cố ngắn mạch có biên độ hàng nghìn ampere.

Với thiết bị được công bố theo nhiều tiêu chuẩn, cần kiểm tra đúng bảng thông số tại điện áp sử dụng thực tế thay vì chỉ nhìn con số kA lớn nhất trên catalogue.

Khi nào được dùng MCB có Icn thấp hơn Isc

Có một ngoại lệ quan trọng đối với điều kiện chọn độc lập Icn ≥ Isc,max: MCB phía tải có thể được sử dụng trong một tổ hợp bảo vệ ngắn mạch đã được phối hợp với thiết bị phía nguồn, thường được gọi là back-up protection hoặc cascading.

Điều này không có nghĩa chỉ cần đặt một MCCB hoặc MCB có khả năng cắt lớn hơn ở phía trước là có thể tùy ý dùng MCB 6 kA tại điểm có Isc 9 kA. Tổ hợp phải là cấu hình mà nhà sản xuất đã thử nghiệm hoặc công bố khả năng phối hợp cho đúng dòng thiết bị, dòng định mức, điện áp và cấu hình liên quan. Khả năng chịu ngắn mạch của tổ hợp phải bao phủ mức Isc tại điểm lắp thiết bị phía dưới. IEC 60364-4-43 cho phép bảo vệ ngắn mạch được thực hiện bởi thiết bị riêng lẻ hoặc bởi tổ hợp phối hợp với thiết bị phía nguồn; các bảng cascading của nhà sản xuất được xây dựng trên cơ sở thử nghiệm phối hợp thiết bị.

Ví dụ, tại vị trí có Isc = 9 kA, một MCB Icn 6 kA không được xem là phù hợp độc lập. Chỉ khi tài liệu phối hợp của nhà sản xuất xác nhận chính xác tổ hợp thiết bị phía nguồn và MCB đó có khả năng bảo vệ dự phòng ở mức ít nhất 9 kA thì mới có cơ sở sử dụng.

Cascading cũng không đồng nghĩa với selectivity. Tổ hợp có thể đáp ứng khả năng chịu và cắt ngắn mạch nhưng trong một số mức sự cố cả thiết bị phía trên lẫn phía dưới đều có thể tác động. Nếu công trình yêu cầu tính chọn lọc, đây phải là một kiểm tra riêng.

Quy trình kiểm tra trước khi chốt MCB

Một cách thực tế để chọn khả năng cắt MCB mà không nhầm với các thông số khác là thực hiện theo trình tự sau:

1. Xác định tiêu chuẩn áp dụng, điện áp làm việc và thông số khả năng cắt phải sử dụng của MCB

2. Xác định Isc,max tại đúng vị trí lắp MCB bằng tính toán, phép đo hoặc dữ liệu từ nguồn có thẩm quyền

3. Kiểm tra điều kiện Icn ≥ Isc,max khi MCB được sử dụng độc lập

4. Nếu catalogue không có đúng giá trị Isc, chọn cấp khả năng cắt kế tiếp lớn hơn chứ không làm tròn xuống

5. Kiểm tra lại trường hợp vận hành tạo mức ngắn mạch lớn nhất, đặc biệt khi có nguồn song song hoặc dự kiến thay đổi hệ thống

6. Nếu dựa vào cascading hoặc back-up protection, chỉ sử dụng tổ hợp và mức khả năng cắt được nhà sản xuất xác nhận

7. Tách riêng các kiểm tra về dòng định mức In, đường cong B/C/D, thời gian cắt, khả năng chịu nhiệt của dây dẫn và tính chọn lọc

Tóm lại, chọn khả năng cắt MCB là bài toán so sánh khả năng cắt được công bố của thiết bị với dòng ngắn mạch dự kiến lớn nhất tại điểm lắp đặt. Với MCB áp dụng Icn, điều kiện cơ bản là Icn ≥ Isc,max; nếu Isc vượt khả năng cắt độc lập của MCB thì phải chuyển sang cấp cắt cao hơn hoặc sử dụng một tổ hợp bảo vệ dự phòng đã được xác nhận. Cách tiếp cận này loại bỏ việc chọn 4,5 kA, 6 kA hay 10 kA theo thói quen và đưa quyết định về đúng cơ sở kỹ thuật của hệ thống.