Ba đại lượng quan trọng nhất là dòng tải thiết kế (I_b), dòng định mức MCB (I_n) và khả năng chịu dòng thực tế của dây (I_z). Điều kiện cơ bản cần hướng tới là:
Ib ≤ In ≤ Iz
Với mạch có nhiều ổ cắm, tải cũng không được tính bằng cách cộng dòng định mức của từng ổ. Cần xác định những thiết bị thực tế có khả năng hoạt động đồng thời, sau đó kiểm tra MCB với dây dẫn và điều kiện lắp đặt cụ thể.
Chức năng chính của MCB trên mạch ổ cắm là bảo vệ hệ thống dây dẫn trước quá tải và ngắn mạch. Vì vậy, câu hỏi quan trọng không phải chỉ là “tải dùng bao nhiêu ampe?” mà còn là “dây dẫn của mạch chịu được bao nhiêu ampe trong điều kiện lắp đặt thực tế?”.
Ba đại lượng cần phân biệt là:
Ib là dòng tải thiết kế. Đây là dòng điện dự kiến chạy qua mạch khi các tải được tính đến hoạt động.
In là dòng định mức của MCB, chẳng hạn 10 A, 16 A hoặc 20 A.
Iz là dòng điện mà dây dẫn có thể mang liên tục sau khi đã xét loại dây và các điều kiện ảnh hưởng đến khả năng tản nhiệt.
Khi In nhỏ hơn Ib, MCB có thể bị quá tải trong quá trình sử dụng bình thường và cắt điện không cần thiết. Ngược lại, nếu In lớn hơn Iz, dây có thể phải mang dòng vượt quá khả năng thiết kế trong thời gian MCB chưa tác động.
Đây cũng là lý do không nên tăng MCB từ 16 A lên 20 A chỉ vì MCB 16 A thường xuyên nhảy. Hiện tượng đó có thể cho thấy tải đang quá lớn so với thiết kế ban đầu. Tăng dòng MCB mà không kiểm tra dây dẫn chỉ loại bỏ triệu chứng cắt điện, nhưng có thể làm mất mức bảo vệ cần thiết cho dây.
MCB cũng không phải thiết bị bảo vệ mọi rủi ro của ổ cắm. Bảo vệ quá dòng, bảo vệ dòng rò và khả năng chịu dòng của bản thân ổ cắm là các yêu cầu khác nhau và cần được xem xét riêng.
Với mạch một pha 230 V và tải gần thuần trở, có thể ước tính dòng tải bằng:
Ib = P / U
Trong đó P là tổng công suất tải dự kiến hoạt động đồng thời và U là điện áp sử dụng.
Ví dụ, nếu mạch dự kiến cấp đồng thời cho các thiết bị có tổng công suất 2.800 W:
Ib = 2.800 / 230 ≈ 12,2 A
Dòng tải thiết kế khi đó khoảng 12,2 A. MCB 10 A không phù hợp với mức tải này, còn MCB 16 A có thể được xem xét nếu dây dẫn có khả năng chịu dòng ít nhất bằng dòng định mức của MCB.
Đối với tải có hệ số công suất đáng kể, có thể sử dụng:
Ib = P / (U × cosφ)
Chẳng hạn tải 3.600 W ở 230 V với hệ số công suất 0,9 sẽ tạo dòng khoảng:
Ib = 3.600 / (230 × 0,9) ≈ 17,4 A
Khi thiết bị đã ghi dòng điện đầu vào trên nhãn, giá trị dòng danh định của thiết bị thường thuận tiện hơn việc tự quy đổi từ công suất.
Không nên cộng công suất cực đại của mọi thiết bị có thể cắm vào tất cả ổ cắm nếu chúng không có khả năng hoạt động đồng thời. Ngược lại, cũng không nên bỏ qua các tải thực tế thường sử dụng cùng lúc. Với bếp, bàn làm việc, khu vực thiết bị gia dụng hoặc nơi có nhiều thiết bị công suất lớn, việc xác định tải đồng thời đặc biệt quan trọng.
Các thiết bị có máy nén, động cơ hoặc dòng khởi động lớn còn tạo ra dòng tức thời cao hơn dòng vận hành. Dòng này không nhất thiết làm tăng dòng định mức MCB, nhưng ảnh hưởng đến việc lựa chọn đặc tính tác động của MCB.
Không thể xác định MCB an toàn chỉ từ tiết diện dây. Cùng một dây có tiết diện giống nhau nhưng khả năng tải dòng có thể khác đáng kể tùy cách lắp đặt.
Iz chịu ảnh hưởng bởi vật liệu ruột dẫn, loại cách điện, số dây mang tải, nhiệt độ môi trường, cách đi dây và việc nhiều mạch được bó hoặc đi chung với nhau. Dây đi trong ống âm tường không tản nhiệt giống dây đặt trong điều kiện thông thoáng; nhiều dây tải đặt sát nhau cũng làm nhiệt độ vận hành tăng lên.
Có thể hình dung quá trình xác định Iz theo dạng:
Iz = Dòng cho phép theo bảng × các hệ số hiệu chỉnh
Ví dụ, giả sử một loại dây trong điều kiện tham chiếu có khả năng tải 24 A, nhưng nhiệt độ và cách nhóm dây làm hệ số hiệu chỉnh tổng còn 0,75:
Iz = 24 × 0,75 = 18 A
Nếu tải của mạch là 12,2 A thì MCB 16 A thỏa mãn:
12,2 A ≤ 16 A ≤ 18 A
Trong trường hợp này, MCB 20 A không còn phù hợp vì 20 A lớn hơn Iz = 18 A.
Ví dụ trên cho thấy vì sao quy tắc kiểu “dây có tiết diện X thì luôn dùng MCB Y” có thể dẫn tới lựa chọn sai. Tiết diện là thông tin đầu vào quan trọng, nhưng Iz cuối cùng phải phản ánh điều kiện lắp đặt thực tế.
Chiều dài dây cũng cần được quan tâm trong thiết kế mạch, đặc biệt đối với sụt áp và điều kiện sự cố. Tuy nhiên, không nên tự động tăng MCB chỉ vì đường dây dài.
Sau khi có Ib và Iz, có thể chọn MCB theo một quy trình ngắn:
1. Xác định Ib từ những tải dự kiến hoạt động đồng thời
2. Xác định Iz của dây sau khi áp dụng các điều kiện và hệ số hiệu chỉnh cần thiết
3. Chọn cấp dòng MCB tiêu chuẩn sao cho Ib ≤ In ≤ Iz
4. Kiểm tra đặc tính tác động và khả năng cắt trước khi chốt MCB
Điểm quan trọng là phải tồn tại một cấp MCB đáp ứng đồng thời cả phía tải lẫn phía dây.
Giả sử Ib = 17,4 A và Iz = 24 A. MCB 20 A đáp ứng:
17,4 A ≤ 20 A ≤ 24 A
Nhưng nếu cũng với tải 17,4 A mà dây sau hiệu chỉnh chỉ còn Iz = 18 A, MCB 16 A nhỏ hơn dòng tải còn MCB 20 A lại lớn hơn khả năng chịu dòng của dây. Khi đó không nên cố chọn một trong hai.
Giải pháp đúng là thay đổi điều kiện thiết kế, chẳng hạn giảm tải đồng thời, chia tải thành mạch khác hoặc sử dụng dây dẫn có khả năng tải phù hợp hơn.
Trong tính toán bảo vệ quá tải đầy đủ, ngoài điều kiện Ib ≤ In ≤ Iz còn phải xét đặc tính tác động thực tế của thiết bị bảo vệ. Điều kiện này thường được thể hiện qua quan hệ giữa dòng tác động quy ước của thiết bị và khả năng chịu quá tải của dây. Vì vậy, In không phải là một “ngưỡng tuyệt đối” mà MCB sẽ lập tức cắt ngay khi dòng vừa vượt qua.
Cũng cần phân biệt dòng định mức của cả mạch với dòng định mức của từng phụ kiện. Một MCB 20 A không có nghĩa mọi ổ cắm hoặc thiết bị nối trên mạch đều được phép mang 20 A nếu bản thân phụ kiện có giới hạn thấp hơn.
Sau khi xác định được dòng định mức, vẫn còn hai thông số có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bảo vệ: đường cong tác động và khả năng cắt ngắn mạch.
Các đường cong B, C và D khác nhau chủ yếu ở vùng tác động từ của MCB khi xuất hiện dòng điện tăng rất nhanh.
MCB đặc tính B có vùng tác động từ khoảng 3–5 lần In. Đặc tính này nhạy hơn với dòng tăng đột ngột.
MCB đặc tính C có vùng tác động từ khoảng 5–10 lần In, cho phép chịu dòng khởi động cao hơn trước khi bộ phận từ tác động.
MCB đặc tính D có vùng khoảng 10–20 lần In, phù hợp hơn với tải có dòng khởi động rất lớn nhưng đòi hỏi điều kiện dòng sự cố của mạch phải tương ứng.
Các giá trị này không có nghĩa MCB C16 được phép mang tải liên tục cao hơn MCB B16. Cả hai vẫn có dòng định mức 16 A. Sự khác biệt nằm ở phản ứng đối với dòng điện tức thời cao.
Với mạch ổ cắm thông thường, không nên chọn B, C hoặc D chỉ theo thói quen. Nếu mạch cấp nhiều thiết bị có máy nén, động cơ hoặc bộ nguồn tạo dòng nạp lớn, đặc tính C có thể giúp tránh tác động không cần thiết. Ngược lại, sử dụng đường cong có ngưỡng từ quá cao mà không kiểm tra dòng sự cố có thể làm giảm khả năng cắt nhanh khi xảy ra lỗi.
Khả năng cắt cho biết mức dòng ngắn mạch mà MCB có thể ngắt an toàn trong điều kiện quy định. Giá trị này phải không thấp hơn dòng ngắn mạch dự kiến tại vị trí lắp MCB.
Ví dụ, ký hiệu 6 kA trên MCB không có nghĩa MCB chỉ cắt khi dòng đạt 6.000 A. Đây là thông số về khả năng ngắt dòng sự cố, hoàn toàn khác với dòng định mức 16 A hoặc 20 A và đường cong tác động B, C, D.
Hai MCB cùng ghi C16 vì vậy chưa chắc có khả năng sử dụng tương đương nếu khả năng cắt của chúng khác nhau hoặc điều kiện lắp đặt yêu cầu khác nhau.
Giả sử mạch ổ cắm một pha 230 V cấp tải gần thuần trở với tổng công suất đồng thời 2.800 W.
Dòng tải:
Ib ≈ 2.800 / 230 ≈ 12,2 A
Sau khi kiểm tra loại dây, cách lắp đặt, nhiệt độ và hệ số hiệu chỉnh, khả năng chịu dòng thực tế của dây được xác định là:
Iz = 18 A
MCB 16 A thỏa mãn:
12,2 A ≤ 16 A ≤ 18 A
Về mặt phối hợp dòng tải và dây, 16 A là cấp phù hợp. Sau đó vẫn phải kiểm tra đường cong tác động và khả năng cắt.
Giả sử mạch có tải 3.600 W, hệ số công suất 0,9 ở 230 V:
Ib ≈ 17,4 A
Nếu dây có Iz = 24 A, MCB 20 A đáp ứng yêu cầu:
17,4 A ≤ 20 A ≤ 24 A
Nhưng nếu điều kiện lắp đặt làm Iz của dây giảm xuống còn 18 A thì bài toán thay đổi. MCB 16 A nhỏ hơn Ib, trong khi MCB 20 A lớn hơn Iz. Không có lựa chọn nào trong hai cấp đó đáp ứng đồng thời tải và dây.
Trường hợp này cần xử lý lại mạch thay vì tăng MCB: giảm hoặc chia tải, tăng khả năng tải của dây hoặc thay đổi giải pháp đi dây phù hợp.
Một lỗi phổ biến là mặc định một tiết diện dây luôn tương ứng với một dòng MCB cố định mà không xét cách lắp đặt. Cách làm này bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ, bó dây và khả năng tản nhiệt.
Một lỗi khác là tăng MCB khi mạch thường xuyên bị cắt. Nếu nguyên nhân là quá tải, MCB đang thực hiện đúng chức năng bảo vệ. Việc tăng In chỉ an toàn khi toàn bộ dây dẫn và thiết bị liên quan được kiểm tra lại.
Cũng không nên chọn MCB bằng cách cộng dòng hoặc công suất danh định của các ổ cắm. Ổ cắm chỉ là điểm kết nối; tải điện thực tế đến từ các thiết bị được sử dụng.
Cuối cùng, MCB không phát hiện dòng rò nhỏ theo cơ chế của thiết bị bảo vệ dòng dư. Khi mạch ổ cắm cần bảo vệ chống dòng rò hoặc bảo vệ bổ sung chống điện giật, phải sử dụng RCD hoặc RCBO phù hợp. Mức 30 mA là ngưỡng bảo vệ bổ sung thường gặp cho mục đích này, nhưng nó không thay đổi nguyên tắc chọn dòng MCB theo tải và dây dẫn.
Chọn MCB cho ổ cắm nên bắt đầu bằng dòng tải thiết kế Ib, sau đó xác định khả năng chịu dòng thực tế Iz của dây và chọn dòng định mức In nằm giữa hai giá trị này. Công thức Ib ≤ In ≤ Iz là bộ lọc cơ bản, nhưng một lựa chọn hoàn chỉnh còn cần kiểm tra đặc tính B/C/D, khả năng cắt ngắn mạch và các chức năng bảo vệ khác của mạch. Nếu không tồn tại cấp MCB đáp ứng đồng thời tải và dây, cần điều chỉnh thiết kế mạch thay vì chọn MCB lớn hơn để tránh hiện tượng nhảy.
