Quy trình hợp lý là xác định dòng định mức của động cơ, tính hoặc lấy dòng khởi động, xác định thời gian khởi động, sau đó kiểm tra đồng thời dòng định mức MCB và đặc tuyến tác động. Với động cơ có dòng khởi động lớn, cùng một mức 16 A nhưng MCB loại C và loại D có khả năng chịu xung khởi động rất khác nhau.
MCB có hai vùng tác động chính. Phần nhiệt phản ứng với quá dòng kéo dài, còn phần từ tác động rất nhanh khi dòng điện tăng lên nhiều lần dòng định mức của MCB. Chính đặc điểm này giải thích vì sao máy bơm có thể vận hành chỉ 10–12 A nhưng làm một MCB có dòng định mức tương đối phù hợp vẫn nhảy ngay lúc khởi động.
Giả sử động cơ chạy ổn định ở 12 A nhưng khi đóng trực tiếp tạo dòng khởi động 72 A. Nếu vì thấy 72 A mà chọn MCB 63–80 A thì thiết bị đã bị tăng cỡ quá mức so với dòng làm việc. Cách xử lý đúng là giữ dòng định mức MCB ở mức phù hợp với mạch điện, đồng thời chọn đặc tuyến có vùng tác động tức thời đủ để dòng 72 A tồn tại trong thời gian khởi động mà không gây tác động ngoài ý muốn.
Vì vậy, bài toán chọn MCB cần thỏa hai điều kiện độc lập: MCB không được quá nhỏ so với dòng vận hành và cũng không được quá nhạy với dòng khởi động ngắn hạn. Sau đó mới kiểm tra khả năng chịu dòng của dây dẫn, dòng ngắn mạch tại điểm lắp đặt và thiết bị bảo vệ quá tải của động cơ.
Dữ liệu ưu tiên là dòng định mức ghi trên nhãn động cơ hoặc tài liệu kỹ thuật của máy bơm. Con số này phản ánh thiết kế thực tế của động cơ tốt hơn việc suy ngược hoàn toàn từ công suất kW.
Nếu nhãn động cơ ghi 12 A thì có thể dùng 12 A làm dòng tải cơ sở cho bước chọn MCB. Không cần tính lại từ công suất trừ khi phải kiểm tra chéo hoặc điều kiện vận hành khác đáng kể so với thông số định mức.
Cần phân biệt dòng động cơ với dòng của toàn bộ hệ thống. Nếu tủ bơm còn cấp cho thiết bị phụ trợ qua cùng một nhánh thì dòng thiết kế của nhánh phải phản ánh đúng các tải thực tế đó.
Với động cơ một pha, nếu công suất ghi là công suất cơ trên trục, dòng điện có thể ước tính:
I ≈ P / (U × η × cosφ)
Với động cơ ba pha:
I ≈ P / (√3 × U × η × cosφ)
Trong đó, P là công suất cơ của động cơ, U là điện áp, η là hiệu suất và cosφ là hệ số công suất. Nếu bỏ qua η hoặc cosφ, kết quả có thể thấp đáng kể so với dòng thực tế.
Do đó, phép tính từ kW chỉ nên dùng khi chưa có dòng nhãn máy. Khi nhà sản xuất đã cung cấp dòng định mức, thông số đó thường là cơ sở tốt hơn để đi tiếp sang bước tính dòng khởi động.
Dòng khởi động có thể biểu diễn dưới dạng:
I_khởi_động = k × I_định_mức
Hệ số k không phải một hằng số cho mọi máy bơm. Với động cơ không đồng bộ khởi động trực tiếp, có thể gặp dòng ban đầu khoảng 5–8 lần dòng định mức. Khoảng này chỉ phù hợp để ước tính ban đầu; thông số dòng khóa rôto, dòng khởi động hoặc đường đặc tính do nhà sản xuất cung cấp vẫn có giá trị hơn.
Ví dụ, động cơ có dòng định mức 12 A và hệ số khởi động bằng 6 sẽ có:
I_khởi_động = 6 × 12 = 72 A
Tuy nhiên, 72 A chưa đủ để quyết định MCB. Phải biết dòng này tồn tại trong bao lâu. Một xung 72 A kéo dài vài phần mười giây khác hoàn toàn với việc động cơ mất 4–5 giây mới tăng tốc. Dòng khởi động kéo dài hoặc khởi động liên tục nhiều lần có thể làm phần tử nhiệt của MCB tích nhiệt dù dòng chưa chạm vùng tác động từ tức thời.
Phương pháp khởi động cũng làm thay đổi kết quả. Khởi động sao–tam giác làm giảm đáng kể dòng điện lưới so với đóng trực tiếp. Soft starter giới hạn dòng theo thiết lập của bộ khởi động mềm. Với biến tần, không nên lấy hệ số 5–8 lần dòng động cơ rồi áp cho đầu vào biến tần; thiết bị bảo vệ phía nguồn cần được chọn theo đặc tính đầu vào và hướng dẫn của biến tần.
Sau khi biết dòng tải và dòng khởi động, cần kiểm tra đặc tuyến tức thời. Các vùng tác động từ điển hình của MCB có thể biểu diễn như sau:
|
Đặc tuyến |
Vùng tác động tức thời điển hình |
Ý nghĩa đối với máy bơm |
|
B |
3–5 × In |
Phù hợp hơn với tải có dòng xung thấp |
|
C |
5–10 × In |
Có khả năng chịu dòng khởi động trung bình tốt hơn |
|
D |
10–20 × In |
Dành cho trường hợp có dòng xung hoặc dòng khởi động cao hơn |
Trong bảng, In là dòng định mức của MCB. Chẳng hạn MCB C16 có vùng tác động từ khoảng 80–160 A, còn D16 có vùng tương ứng khoảng 160–320 A.
Có thể dùng ngưỡng dưới của vùng tác động tức thời để sàng lọc sơ bộ. Muốn dòng khởi động nằm dưới 5 × In của MCB loại C thì:
In > I_khởi_động / 5
Với loại D, phép kiểm tra tương tự là:
In > I_khởi_động / 10
Đây không phải công thức duy nhất để “tính ra MCB”. Nó chỉ giúp kiểm tra nguy cơ tác động tức thời. Nếu dòng khởi động nằm trong vùng 5–10 × In của loại C hoặc 10–20 × In của loại D, không thể chỉ nhìn một con số rồi kết luận chắc chắn MCB sẽ giữ hay nhảy. Cần đối chiếu dòng khởi động và thời gian khởi động với đường cong thời gian–dòng điện của đúng model MCB.
Dòng định mức MCB cũng phải phù hợp với mạch dẫn điện. Khi MCB đồng thời đảm nhiệm bảo vệ quá tải cho dây dẫn, nguyên tắc cơ bản là dòng thiết kế của tải không vượt dòng định mức MCB và dòng định mức MCB không vượt khả năng mang dòng cho phép của dây sau các hệ số hiệu chỉnh. Nếu động cơ có thiết bị bảo vệ quá tải riêng, việc phối hợp giữa MCB, dây dẫn và bảo vệ quá tải phải được đánh giá như một hệ thống thay vì chỉ tăng ampere của MCB.
Giả sử một máy bơm có động cơ ghi dòng định mức 12 A, khởi động trực tiếp, dòng khởi động bằng khoảng 6 lần dòng định mức và quá trình tăng tốc kéo dài khoảng 1,5 giây. Dòng khởi động ước tính là:
I_khởi_động = 12 × 6 = 72 A
Giả sử dây dẫn sau khi xét điều kiện lắp đặt cho phép mang 20 A. Xét MCB C16, dòng vận hành 12 A thấp hơn mức 16 A nên MCB có khả năng mang tải bình thường. Trong lúc khởi động:
72 / 16 = 4,5 × In
Giá trị 4,5 × In thấp hơn ngưỡng 5 × In bắt đầu vùng tác động từ của đặc tuyến C. Vì vậy, xét riêng cơ chế tác động tức thời, C16 có điều kiện thuận lợi để không nhảy ngay do xung 72 A.
Tuy nhiên, vẫn phải kiểm tra điểm 4,5 × In trong 1,5 giây trên đường cong thời gian–dòng của MCB cụ thể. Đây là bước xác nhận phần tử nhiệt cũng có thể chịu được thời gian tăng tốc của động cơ.
Nếu thử C13, dòng khởi động tương ứng:
72 / 13 ≈ 5,54 × In
Điểm này đã nằm trong vùng 5–10 × In của đặc tuyến C nên nguy cơ tác động tức thời trở nên khó dự đoán hơn nếu chỉ dựa trên hệ số danh định. Tăng sang đặc tuyến D sẽ tạo thêm biên đối với dòng khởi động, nhưng D không mặc nhiên là lựa chọn tốt hơn. Ngưỡng tác động từ càng cao thì dòng sự cố tại điểm lắp đặt càng phải đủ lớn để thiết bị cắt nhanh khi ngắn mạch.
Với dữ liệu của ví dụ, C16 là một phương án có thể xem xét khi dây dẫn phù hợp và đường cong thực tế xác nhận thời gian khởi động nằm ngoài vùng tác động. Nếu động cơ cần bảo vệ quá tải chính xác, thiết bị bảo vệ quá tải chuyên dụng vẫn phải được phối hợp với MCB thay vì dựa hoàn toàn vào MCB.
MCB nhảy lúc khởi động không đồng nghĩa dòng định mức của MCB chắc chắn quá nhỏ. Nguyên nhân có thể là đặc tuyến không phù hợp, thời gian tăng tốc quá dài, điện áp tại động cơ bị sụt, máy bơm hoặc động cơ gặp tải cơ bất thường, số lần khởi động quá dày hoặc thiết bị bảo vệ đang được chọn không đúng với phương pháp khởi động.
Đặc biệt với máy bơm đặt xa tủ điện, sụt áp trên đường dây có thể làm mô-men khởi động giảm và kéo dài thời gian tăng tốc. Khi đó, chỉ thay MCB lớn hơn có thể che mất nguyên nhân thật nhưng đồng thời làm giảm mức bảo vệ của mạch.
Khả năng cắt ngắn mạch cũng phải được kiểm tra độc lập. Dòng cắt danh định của MCB phải phù hợp với dòng ngắn mạch dự kiến tại điểm lắp đặt, còn đặc tuyến C hay D phải phù hợp với khả năng tạo đủ dòng sự cố để thiết bị tác động trong thời gian yêu cầu.
Cuối cùng, MCB và bảo vệ quá tải động cơ không phải lúc nào cũng có cùng nhiệm vụ. MCB chủ yếu xử lý bảo vệ mạch và ngắn mạch theo thiết kế hệ thống; động cơ có thể cần relay quá tải hoặc thiết bị bảo vệ động cơ chuyên dụng để phản ứng phù hợp với quá tải, kẹt rôto hoặc mất pha. Việc chọn MCB chỉ thực sự hoàn chỉnh khi dòng tải, dòng khởi động, dây dẫn và bảo vệ động cơ được phối hợp với nhau.
Để chọn MCB cho máy bơm, hãy lấy dòng định mức thực tế của động cơ làm cơ sở chọn ampere, tính dòng khởi động theo phương pháp khởi động rồi kiểm tra tỷ số giữa dòng khởi động và In của MCB. Với đặc tuyến C, mốc 5–10 × In là vùng cần chú ý; với đặc tuyến D là 10–20 × In. Sau bước sàng lọc này, cần kiểm tra thêm thời gian khởi động trên đường cong tác động, khả năng mang dòng của dây, dòng ngắn mạch tại điểm lắp đặt và bảo vệ quá tải của động cơ. Cách làm đó tránh cả hai lỗi phổ biến: MCB quá nhạy nên nhảy khi khởi động hoặc MCB bị tăng cỡ quá mức chỉ để “chịu được” dòng đề-pa.
