Cách chọn khả năng cắt RCBO theo dòng ngắn mạch

Cách làm này tránh một lỗi khá phổ biến: thấy RCBO 6 kA được dùng nhiều nên mặc định 6 kA phù hợp cho mọi tủ điện. Thực tế, cùng một hệ thống nhưng dòng ngắn mạch dự kiến có thể khác nhau giữa đầu nguồn và các nhánh xa hơn vì trở kháng nguồn và dây dẫn thay đổi theo vị trí.

Nguyên tắc chọn Icn của RCBO theo dòng ngắn mạch dự kiến

Quy tắc cốt lõi là:

Icn ≥ Isc,max tại điểm lắp RCBO

Trong đó, Icn là khả năng cắt ngắn mạch danh định của RCBO, còn Isc,max hoặc Ik,max là dòng ngắn mạch dự kiến lớn nhất tại đúng vị trí lắp thiết bị. Hai giá trị phải được xét ở điện áp làm việc tương ứng.

Ý nghĩa của quy tắc này rất trực tiếp. Khi xảy ra ngắn mạch có trở kháng rất nhỏ, nguồn có thể đẩy một dòng điện lớn qua điểm sự cố. RCBO phải có khả năng ngắt dòng đó trong điều kiện mà thiết bị đã được thiết kế và thử nghiệm. Nếu Isc tại điểm lắp lớn hơn Icn, RCBO không còn nằm trong phạm vi khả năng cắt độc lập đã được xác lập; vì vậy không nên coi thiết bị là phù hợp chỉ vì dòng định mức In của nó đúng với tải.

Ví dụ, nếu tính toán cho thấy dòng ngắn mạch dự kiến cực đại tại một nhánh là 4,2 kA, RCBO có Icn = 6 kA thỏa điều kiện về khả năng cắt. Nếu Isc,max = 7,1 kA thì RCBO 6 kA không thỏa điều kiện độc lập; khi đó cần chọn cấp Icn cao hơn, chẳng hạn 10 kA nếu phù hợp, hoặc sử dụng một phương án phối hợp bảo vệ đã được xác nhận.

Cũng cần đọc đúng thông số áp dụng trên nhãn và datasheet. Một số thiết bị có thể công bố nhiều trị số khả năng cắt theo các hệ tiêu chuẩn hoặc điện áp khác nhau. Không nên lấy một trị số Icu, Ics hay Icn ở điều kiện khác rồi mặc nhiên dùng thay cho Icn cần kiểm tra của RCBO tại hệ thống đang xét.

Cách xác định dòng ngắn mạch dự kiến tại điểm lắp RCBO

Isc không phải một con số cố định cho toàn bộ công trình. Nó phụ thuộc vào sức mạnh của nguồn và tổng trở của đường đi dòng sự cố tới điểm đang xét. Vì vậy, giá trị ở thanh cái chính không thể tự động dùng cho một nhánh cuối, và ngược lại.

Đo trực tiếp PSC/PFC tại điểm lắp

Trong công trình hiện hữu, một cách thực tế là dùng thiết bị đo có chức năng PSC/PFC để xác định dòng sự cố dự kiến tại vị trí lắp RCBO. Phép đo phải được thực hiện bằng dụng cụ phù hợp và bởi người có chuyên môn vì mạch đang liên quan trực tiếp đến nguồn điện.

Điểm quan trọng là lấy giá trị tại đúng vị trí RCBO. Nếu đo ở tủ tổng nhưng RCBO nằm ở tủ nhánh cách xa qua một đoạn cáp dài, kết quả tại hai vị trí có thể khác đáng kể. Ngược lại, không nên dùng kết quả đo ở một nhánh xa để đại diện cho vị trí gần nguồn hơn, nơi dòng ngắn mạch thường cao hơn.

Ước tính từ trở kháng mạch

Về nguyên lý, dòng ngắn mạch tăng khi tổng trở của mạch giảm. Với mạch một pha, có thể hình dung bằng quan hệ gần đúng:

Ik ≈ U0 / |Zloop|

Trong đó U0 là điện áp pha-trung tính và Zloop là tổng trở vòng sự cố gồm phần nguồn và đường dẫn đi-về.

Với ngắn mạch ba pha đối xứng, quan hệ gần đúng thường viết:

Ik3 ≈ ULL / (√3 × |Zk|)

Trong đó ULL là điện áp dây-dây và Zk là tổng trở tương đương nhìn từ điểm ngắn mạch về nguồn.

Các công thức trên giúp hiểu cơ chế và ước tính ban đầu. Khi thiết kế chính thức, giá trị Isc,max nên lấy từ tính toán ngắn mạch của hệ thống hoặc phép đo phù hợp, có xét điều kiện tạo ra dòng sự cố lớn nhất hợp lý. Không nên suy luận rằng “nhánh này xa nguồn nên chắc chắn 6 kA là đủ” nếu chưa có số liệu.

Chọn RCBO 6 kA hay 10 kA từ kết quả Ik/Isc

Sau khi có Isc,max tại điểm lắp, việc chọn cấp Icn trở thành bài toán so sánh trực tiếp. Nguyên tắc không phải chọn “càng lớn càng tốt”, mà chọn một cấp khả năng cắt đáp ứng hoặc vượt dòng sự cố dự kiến, đồng thời phù hợp với điều kiện kỹ thuật của hệ thống.

Trường hợp Isc nằm rất sát ngưỡng cần được xem kỹ. Nếu kết quả 5,9 kA chỉ là phép ước tính có làm tròn hoặc chưa bao gồm điều kiện bất lợi nhất, chọn 6 kA có thể để lại quá ít khoảng dự phòng cho sai số dữ liệu. Khi đó nên hoàn thiện phép tính theo trường hợp Isc,max; nếu vẫn có độ bất định đáng kể, cấp 10 kA là lựa chọn thận trọng hơn.

Ngược lại, nếu Isc,max đã được tính hoặc đo đáng tin cậy là đúng 6,0 kA và điều kiện áp dụng của thiết bị phù hợp, bất đẳng thức Icn ≥ Isc,max vẫn được thỏa với RCBO 6 kA. Không cần cộng một hệ số an toàn tùy ý nếu bài toán đã sử dụng giá trị cực đại đúng cách; điều cần tránh là dùng một giá trị danh nghĩa hoặc trung bình rồi so với Icn.

Khi nào có thể dùng RCBO có Icn thấp hơn Ik/Isc

Có một ngoại lệ quan trọng: RCBO phía sau có thể được sử dụng trong một tổ hợp phối hợp với thiết bị bảo vệ phía trước có khả năng giới hạn dòng hoặc năng lượng ngắn mạch. Cách bố trí này thường được gọi là backup protection hoặc cascading.

Điều kiện để coordination có hiệu lực

Thiết bị phía trước phải có khả năng xử lý dòng ngắn mạch tại vị trí của nó, đồng thời tổ hợp giữa thiết bị phía trước và RCBO phía sau phải được chứng minh là làm việc an toàn ở mức Isc yêu cầu. Khi thiết bị phía trước giới hạn đỉnh dòng và năng lượng đi qua đủ nhanh, RCBO phía sau có thể không phải chịu toàn bộ mức dòng sự cố dự kiến theo cách một thiết bị đứng độc lập phải chịu.

Điều kiện quyết định không phải là “CB tổng có Icn lớn hơn RCBO”. Cần có dữ liệu phối hợp cho đúng tổ hợp thiết bị và đúng điều kiện áp dụng, chẳng hạn điện áp hệ thống, mã thiết bị, số cực và cấu hình lắp đặt. Nếu bảng phối hợp chỉ xác nhận tổ hợp đến 15 kA thì không được suy rộng thành 20 kA.

Vì sao không được tự suy luận khả năng phối hợp

Hiệu quả giới hạn dòng phụ thuộc vào tốc độ mở tiếp điểm, điện áp hồ quang, đỉnh dòng cho qua và năng lượng I²t của thiết bị phía trước. Hai CB cùng ghi 10 kA trên nhãn chưa chắc tạo ra cùng hiệu quả bảo vệ cho RCBO ở phía sau.

Vì vậy, khi Isc tại điểm lắp lớn hơn Icn của RCBO, có hai hướng an toàn về mặt thiết kế: dùng RCBO có Icn đủ lớn, hoặc dùng đúng tổ hợp phối hợp đã được xác nhận. Không nên tự kết luận rằng chỉ cần có một MCCB hoặc MCB lớn ở đầu nguồn là RCBO phía sau được phép giảm Icn.

Phân biệt Icn với In, IΔn và đường cong tác động

Các thông số trên RCBO liên quan đến các cơ chế bảo vệ khác nhau. Nhầm chúng với nhau có thể dẫn đến chọn đúng dòng tải nhưng sai khả năng cắt ngắn mạch.

Ví dụ, một RCBO ghi C32, 30 mA, 6 kA có ba thông tin khác nhau: 32 A là dòng định mức, 30 mA là độ nhạy dòng dư, còn 6 kA mới là khả năng cắt ngắn mạch cần đối chiếu với Isc tại điểm lắp. Ký hiệu C mô tả đặc tính tác động, không biến một RCBO 6 kA thành thiết bị 10 kA.

Sự phân biệt này cũng cho thấy vì sao không thể chọn khả năng cắt dựa trên công suất tải. Một nhánh chỉ mang vài ampe khi vận hành bình thường vẫn có thể nằm gần nguồn và có dòng ngắn mạch dự kiến hàng nghìn ampe.

Quy trình kiểm tra lựa chọn RCBO trước khi lắp đặt

Có thể kiểm tra việc chọn khả năng cắt RCBO theo một trình tự ngắn:

1. Xác định Isc,max hoặc Ik,max tại đúng điểm lắp RCBO bằng tính toán hoặc phép đo phù hợp

2. Kiểm tra điện áp và điều kiện áp dụng của trị số Icn trên RCBO hoặc datasheet

3. Chọn Icn ≥ Isc,max nếu RCBO làm việc độc lập về khả năng cắt

4. Nếu Icn < Isc,max, chỉ chấp nhận khi có phối hợp với thiết bị phía trước được xác nhận cho đúng tổ hợp và mức dòng sự cố

5. Kiểm tra lại để bảo đảm không nhầm Icn với In, IΔn hoặc đường cong B/C

Ví dụ, nếu tủ nhánh có Isc,max = 4,7 kA, RCBO 6 kA đáp ứng điều kiện khả năng cắt. Nếu một tủ gần nguồn có Isc,max = 7,5 kA, nên chọn RCBO 10 kA nếu thiết bị làm việc độc lập. Chỉ khi có hồ sơ phối hợp chứng minh tổ hợp bảo vệ đạt ít nhất 7,5 kA mới có cơ sở dùng RCBO có Icn thấp hơn mức đó.

Tóm lại, chọn khả năng cắt RCBO bắt đầu từ dòng ngắn mạch dự kiến cực đại tại đúng điểm lắp đặt. Với RCBO làm việc độc lập, điều kiện cần kiểm tra là Icn ≥ Isc,max. Vì vậy, RCBO 6 kA phù hợp khi Isc,max không vượt 6 kA; nếu Isc,max vượt ngưỡng này thì phải chuyển sang cấp Icn cao hơn hoặc dùng một tổ hợp phối hợp bảo vệ đã được xác nhận. Cách chọn này tách rõ bài toán khả năng cắt khỏi các thông số In, IΔn và đường cong tác động, giúp tránh lựa chọn theo thói quen hoặc theo dòng tải.