Cách chọn MCB cho mạch chiếu sáng

TCVN 7447-4-43:2010 hiện được VSQI liệt kê là còn hiệu lực và tương đương IEC 60364-4-43:2008; tiêu chuẩn này điều chỉnh việc bảo vệ dây dẫn khỏi quá dòng. Với hệ thống dây, TCVN 7447-5-52:2010 quy định việc lựa chọn và lắp đặt hệ thống đi dây.

Chọn MCB theo nguyên tắc IB ≤ In ≤ Iz

Ba đại lượng quan trọng nhất khi chọn MCB cho chiếu sáng là:

· (I_B): Dòng tải thiết kế của mạch

· (I_n): Dòng định mức của MCB

· (I_Z): Khả năng mang dòng liên tục của dây trong điều kiện lắp đặt thực tế

Điều kiện cơ bản là:

(I_B \leq I_n \leq I_Z)

Ý nghĩa của điều kiện này khá trực tiếp. Nếu (I_n < I_B), MCB có thể tác động trong quá trình vận hành bình thường. Ngược lại, nếu (I_n > I_Z), dây có thể phải mang một mức dòng vượt khả năng cho phép trong khi MCB vẫn chưa coi đó là quá tải cần cắt.

Đối với bảo vệ quá tải, IEC 60364 còn sử dụng điều kiện:

(I_2 \leq 1,45 \times I_Z)

trong đó (I_2) là dòng điện đảm bảo thiết bị bảo vệ tác động trong thời gian quy ước. Với MCB theo IEC 60898, hướng dẫn kỹ thuật của Schneider Electric nêu cùng nguyên tắc phối hợp (I_B \leq I_n \leq I_Z) và (I_2 \leq 1,45I_Z).

Vì vậy, cách làm không phải là mặc định mạch chiếu sáng phải dùng MCB 10 A hay 16 A. Dòng định mức phải được đặt giữa nhu cầu của tải và giới hạn của dây.

Tính dòng tải thực tế của mạch chiếu sáng

Với mạch một pha, nếu biết công suất tác dụng đầu vào của toàn bộ đèn và hệ số công suất, có thể ước tính:

(I_B \approx P/(U \times PF))

Trong đó:

· (P) là tổng công suất đầu vào của các bộ đèn hoạt động đồng thời

· (U) là điện áp làm việc

· (PF) là hệ số công suất của tải

Ví dụ, mạch có tổng công suất đèn LED 600 W, điện áp 230 V và hệ số công suất 0,9:

(I_B = 600/(230 \times 0,9) \approx 2,9 A)

Nếu datasheet của bộ đèn hoặc LED driver đã cung cấp input current, sử dụng giá trị dòng vào của nhà sản xuất thường chính xác hơn việc suy ngược từ công suất. Điều này đặc biệt quan trọng khi nhiều loại driver khác nhau được dùng chung trên một mạch.

Dòng làm việc ổn định cũng không được nhầm với dòng khởi động. Khi đóng điện, tụ điện ở đầu vào LED driver có thể tạo một xung dòng rất lớn nhưng tồn tại trong thời gian ngắn. Signify lưu ý rằng tổng dòng inrush của nhiều driver đóng điện cùng lúc có thể làm MCB tác động dù dòng tải ổn định vẫn thấp hơn dòng định mức MCB.

Do đó, dòng tải ổn định quyết định vùng chọn (I_n), còn inrush current là một kiểm tra bổ sung để chọn đặc tính tác động và số lượng driver trên mỗi nhánh.

Xác định khả năng tải Iz của dây dẫn

Chỉ biết tiết diện dây chưa đủ để xác định (I_Z). Khả năng mang dòng còn phụ thuộc vào cách lắp đặt và điều kiện làm việc của dây, chẳng hạn dây đi trong ống, âm trong vật liệu cách nhiệt, đi trên máng, đi theo nhóm hoặc làm việc ở nhiệt độ môi trường cao.

TCVN 7447-5-52:2010, tương đương IEC 60364-5-52:2009, được VSQI xác định là tiêu chuẩn còn hiệu lực về lựa chọn và lắp đặt hệ thống đi dây. IEC 60364-5-52 cũng phân loại nhiều phương pháp lắp đặt khác nhau để xác định khả năng mang dòng của dây.

Vì vậy, những quy tắc như “dây 1,5 mm² luôn đi với MCB 10 A” chỉ có thể được xem là kinh nghiệm trong một điều kiện cụ thể, không phải quy tắc áp dụng cho mọi công trình.

Giả sử sau khi tra bảng và áp dụng các hệ số hiệu chỉnh, một dây có:

(I_Z = 14 A)

Nếu tải chỉ cần 5 A:

· MCB 6 A: Thỏa (5 \leq 6 \leq 14)

· MCB 10 A: Cũng thỏa (5 \leq 10 \leq 14)

· MCB 16 A: Không thỏa vì (16 > 14)

Trong trường hợp cuối, không nên tăng MCB lên 16 A chỉ để tránh nhảy. Cần giảm dòng định mức MCB hoặc thiết kế lại dây dẫn.

Ngoài khả năng mang dòng, việc chọn dây hoàn chỉnh còn phải đáp ứng các điều kiện khác như sụt áp và khả năng chịu tác động nhiệt khi ngắn mạch. Vì vậy (I_Z) là điều kiện cần cho việc chọn MCB, nhưng không phải kiểm tra duy nhất của toàn bộ thiết kế dây.

Chọn đặc tính B, C hay D cho tải chiếu sáng

Hai MCB cùng dòng định mức nhưng khác đường cong tác động có thể phản ứng rất khác trước dòng khởi động.

Tài liệu kỹ thuật ABB cho MCB theo IEC/EN 60898-1 thể hiện vùng tác động từ của các đặc tính phổ biến:

Với mạch chiếu sáng có ít đèn và driver có inrush thấp, đặc tính B có thể đáp ứng tốt. Khi số lượng LED driver tăng, tổng xung dòng lúc đóng điện có thể vượt vùng tác động từ của MCB B dù dòng vận hành chỉ vài ampere.

Trong trường hợp đó, giải pháp không nhất thiết là tăng từ B6 lên B10 hoặc B16. Tăng (I_n) làm thay đổi mức bảo vệ quá tải của dây. Có thể phù hợp hơn nếu giữ nguyên dòng định mức nhưng xem xét đặc tính C, chia tải thành nhiều nhánh hoặc đóng điện tuần tự.

Signify cũng đưa ra các biện pháp tương tự khi dòng inrush làm MCB tác động ngoài ý muốn: cân nhắc chuyển từ đặc tính B sang C, phân bổ driver lên nhiều nhánh hoặc nhiều pha, hoặc cấp điện tuần tự. Đồng thời hãng nhấn mạnh thông số inrush phụ thuộc từng driver và cần lấy từ datasheet.

Tuy nhiên, chuyển từ B sang C hoặc D làm tăng dòng cần thiết để MCB tác động tức thời. Vì thế không nên đổi đường cong chỉ để chữa hiện tượng “hay nhảy” mà chưa kiểm tra dòng sự cố, điều kiện cắt tự động và đặc tính của thiết bị bảo vệ.

Kiểm tra khả năng cắt và điều kiện làm việc của MCB

Sau khi dòng định mức và đường cong tác động phù hợp, MCB còn phải có khả năng cắt ngắn mạch đủ lớn tại vị trí lắp đặt.

Nguyên tắc là:

Khả năng cắt của MCB ≥ dòng ngắn mạch dự kiến tại điểm đặt MCB

Electrical Installation Guide của Schneider biểu diễn điều kiện này dưới dạng (I_{SCB} \geq I_{SC}), bên cạnh điều kiện phối hợp (I_B \leq I_n \leq I_Z).

IEC 60898-1 áp dụng cho circuit breaker bảo vệ quá dòng trong hệ thống điện gia dụng và các ứng dụng tương tự; phiên bản hợp nhất IEC 60898-1:2015 A1:2019 bao phủ thiết bị có dòng định mức đến 125 A và khả năng cắt ngắn mạch định mức đến 25 kA.

Ví dụ, nếu tính toán hoặc đo được dòng ngắn mạch dự kiến tại tủ là 2,5 kA thì một MCB có khả năng cắt 6 kA đáp ứng riêng điều kiện này. Nhưng không thể từ ví dụ đó kết luận rằng 6 kA luôn đủ cho mọi mạch chiếu sáng; dòng ngắn mạch phụ thuộc nguồn, máy biến áp, chiều dài dây và trở kháng của hệ thống.

Nhiệt độ trong tủ và việc nhiều MCB lắp sát nhau cũng cần được xem xét. Eaton lưu ý rằng dòng định mức MCB được quy định tại nhiệt độ tham chiếu và nhà sản xuất có thể yêu cầu derating khi nhiệt độ môi trường thay đổi hoặc khi nhiều MCB đặt cạnh nhau.

Điện áp định mức, số cực và cách cắt dây trung tính cũng phải phù hợp hệ thống điện thực tế. Những yếu tố này không làm thay đổi phép tính (I_B \leq I_n \leq I_Z), nhưng có thể quyết định một MCB cụ thể có phù hợp với mạch hay không.

Ví dụ chọn MCB cho một mạch đèn LED

Giả sử một nhánh chiếu sáng một pha có:

· 30 bộ đèn LED, mỗi bộ 20 W

· Điện áp 230 V

· Hệ số công suất 0,9

· Dây đã được lựa chọn và hiệu chỉnh theo điều kiện lắp đặt, có (I_Z = 14 A)

· Dòng ngắn mạch dự kiến tại điểm đặt MCB là 2,5 kA

Tổng công suất:

(P = 30 \times 20 = 600 W)

Dòng tải:

(I_B = 600/(230 \times 0,9) \approx 2,9 A)

Nếu chọn MCB 6 A:

(2,9 A \leq 6 A \leq 14 A)

Như vậy MCB 6 A đáp ứng quan hệ giữa dòng tải, dòng định mức MCB và khả năng mang dòng của dây.

Bước tiếp theo là kiểm tra LED driver. Nếu datasheet cho thấy số lượng 30 driver có thể đóng đồng thời với MCB B6 mà không vượt giới hạn inrush của nhà sản xuất, B6 là một phương án phù hợp. Nếu tổng inrush quá lớn đối với B6, có thể đánh giá C6 thay vì tự động tăng lên B10 hoặc B16. Việc đổi sang C6 vẫn phải đi kèm kiểm tra điều kiện tác động khi sự cố.

Cuối cùng, nếu chọn MCB có khả năng cắt 6 kA trong ví dụ này:

(6 kA > 2,5 kA)

nên điều kiện về khả năng cắt được đáp ứng.

Trình tự lựa chọn thực tế có thể tóm gọn thành:

1. Tính hoặc lấy từ datasheet dòng tải (I_B)

2. Xác định (I_Z) của dây sau các hệ số hiệu chỉnh

3. Chọn cấp MCB sao cho (I_B \leq I_n \leq I_Z)

4. Kiểm tra inrush và chọn đường cong B/C/D phù hợp

5. Kiểm tra khả năng cắt so với dòng ngắn mạch dự kiến

6. Kiểm tra các điều kiện lắp đặt và thông số của nhà sản xuất

MCB cho chiếu sáng cần được chọn như một phần của hệ thống tải – dây dẫn – thiết bị bảo vệ, không phải như một thiết bị độc lập. Dòng tải quyết định giới hạn dưới của MCB, còn khả năng mang dòng của dây quyết định giới hạn trên. Với đèn LED, dòng khởi động còn có thể quyết định đặc tính B hay C dù dòng làm việc liên tục rất nhỏ.

Vì vậy, nguyên tắc cốt lõi vẫn là (I_B \leq I_n \leq I_Z), sau đó kiểm tra inrush, đặc tính tác động và khả năng cắt ngắn mạch. Việc xác định (I_Z), dòng sự cố và điều kiện cắt bảo vệ cho công trình thực tế cần dựa trên phương pháp lắp đặt, dữ liệu thiết bị và các tiêu chuẩn áp dụng.