Vì vậy, cần biết tối thiểu ba đại lượng: dòng làm việc của tải, dòng khởi động cực đại và khoảng thời gian dòng khởi động tồn tại. Sau đó mới xác định MCB B, C hay D, chọn dòng định mức In và kiểm tra lại khả năng cắt cũng như điều kiện tác động khi có sự cố.
Một MCB phù hợp phải thỏa mãn hai yêu cầu tưởng như đối lập: không ngắt trong quá trình khởi động bình thường nhưng phải ngắt đủ nhanh khi xuất hiện quá tải hoặc ngắn mạch thực sự.
Có thể lựa chọn theo trình tự:
1. Xác định dòng làm việc thiết kế của tải IB
2. Xác định dòng khởi động Istart và thời gian khởi động tstart
3. Chọn dòng định mức MCB In phù hợp với tải và dây dẫn
4. Tính tỷ số Istart/In, sau đó đối chiếu với đặc tính B, C hoặc D
5. Kiểm tra điểm (Istart/In, tstart) trên đường cong time-current của chính MCB dự kiến dùng
6. Kiểm tra khả năng cắt ngắn mạch, dòng sự cố tối thiểu, nhiệt độ môi trường và các hệ số hiệu chỉnh
Đối với bảo vệ dây dẫn, nguyên tắc IEC được sử dụng phổ biến là:
IB≤In≤IZ
trong đó IZ là dòng cho phép của dây dẫn sau khi xét điều kiện lắp đặt. Điều kiện bảo vệ quá tải còn liên quan đến dòng tác động quy ước I2≤1,45IZ. Vì thế, tăng từ MCB 16 A lên 25 A chỉ để vượt qua dòng khởi động có thể làm mất điều kiện bảo vệ nếu dây dẫn không chịu được dòng tương ứng.
MCB nhiệt-từ có hai cơ chế tác động chính. Phần tử nhiệt xử lý quá tải có thời gian; dòng càng lớn và tồn tại càng lâu thì MCB càng nhanh đạt điều kiện tác động. Phần tử từ phản ứng rất nhanh với dòng điện lớn, chủ yếu để cắt ngắn mạch. Các đường cong B, C và D khác nhau chủ yếu ở ngưỡng của vùng tác động từ.
Dòng khởi động của tải lại có thể đi vào chính vùng này dù mạch hoàn toàn bình thường. Ví dụ, động cơ khởi động trực tiếp có thể lấy dòng cao hơn nhiều lần dòng định mức; tài liệu kỹ thuật về động cơ IE3 ghi nhận dòng khởi động DOL thường khoảng 6–13 lần dòng định mức và trong một số trường hợp có thể vượt 10 lần.
Tuy nhiên, biên độ dòng chưa đủ để quyết định MCB có nhảy hay không. Thời gian tồn tại cũng quan trọng. Một động cơ có thể duy trì dòng khởi động trong vài giây, trong khi dòng nạp của bộ nguồn hoặc LED driver có thể đạt đỉnh rất cao nhưng chỉ kéo dài hàng trăm micro giây. Với tải điện tử có xung rất ngắn, nhà sản xuất thậm chí cung cấp giới hạn số driver hoặc thiết bị trên mỗi MCB dựa trên cả dòng đỉnh lẫn độ rộng xung.
Nếu tải khởi động thường xuyên, còn phải xét hiệu ứng nhiệt tích lũy. Dây dẫn và phần tử nhiệt của thiết bị bảo vệ đều chịu tác động của các lần quá dòng lặp lại, nên một cấu hình chạy tốt với một lần khởi động nguội chưa chắc phù hợp khi đóng cắt liên tục.
Với MCB theo đặc tính IEC/EN 60898, các ngưỡng tác động từ điển hình được sử dụng cho B, C và D như sau:
|
Đặc tính |
Vùng tác động từ điển hình |
Phù hợp tương đối |
|
B |
3–5 × In |
Tải có dòng đóng điện thấp, tải điện trở |
|
C |
5–10 × In |
Tải cảm, tải có dòng khởi động trung bình |
|
D |
10–20 × In |
Tải có dòng khởi động rất lớn như một số động cơ, máy biến áp |
Ví dụ, với MCB C16, vùng tác động từ nằm khoảng 80–160 A. Nếu tải tạo dòng khởi động 70 A thì dòng này mới bằng 4,375 lần In, thấp hơn vùng tác động từ của đặc tính C. Ngược lại, nếu dòng khởi động đạt 140 A thì điểm làm việc đã nằm bên trong vùng 5–10 lần In và nguy cơ MCB tác động trong lúc khởi động phải được kiểm tra trên đường cong thời gian–dòng.
Không nên biến bảng trên thành quy tắc “động cơ luôn dùng D”. Nếu dòng khởi động và thời gian tăng tốc cho phép C-curve vượt qua an toàn thì C có thể phù hợp. Ngược lại, D-curve làm tăng ngưỡng tác động từ, nên dòng ngắn mạch tối thiểu của mạch cũng phải đủ lớn để thiết bị vẫn cắt đúng thời gian yêu cầu.
Ngoài ra, vùng tác động cụ thể có thể khác theo series sản phẩm hoặc tiêu chuẩn mà thiết bị tuân theo. Vì vậy, bước cuối cùng luôn là đọc time-current curve của đúng mã MCB thay vì chỉ dựa vào chữ B, C hoặc D trên nhãn.
Sau khi chọn loại đường cong, không được bỏ qua dòng định mức. Với mạch thông thường, In phải lớn hơn hoặc bằng dòng tải thiết kế IB, nhưng không được lớn hơn khả năng mang dòng IZ của dây dẫn sau hiệu chỉnh.
Giả sử tải chạy ổn định ở 12 A và dây dẫn trong điều kiện lắp đặt thực tế chỉ cho phép 18 A. MCB 16 A có thể đáp ứng quan hệ 12≤16≤18. Nếu MCB 16 A bị nhảy lúc khởi động, việc thay ngay bằng MCB 25 A là không phù hợp vì 25 A lớn hơn khả năng chịu dòng 18 A của dây.
Khi đó có ba hướng cần đánh giá theo đúng thứ tự:
· Giữ In và chuyển sang đặc tính có ngưỡng từ cao hơn nếu điều kiện sự cố vẫn đạt
· Chọn một cấp In khác nhưng chỉ khi vẫn thỏa IB≤In≤IZ
· Nếu thực sự cần MCB có In lớn hơn, phải đánh giá lại tiết diện và điều kiện tải của dây dẫn thay vì chỉ thay MCB
Nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng đến lựa chọn. MCB dân dụng theo IEC 60898 thường có điều kiện tham chiếu khoảng 30°C; nhiệt độ cao và nhiều MCB lắp sát nhau có thể làm giảm khả năng mang dòng thực tế. Hướng dẫn lựa chọn thiết bị vì vậy yêu cầu áp dụng hệ số hiệu chỉnh theo dữ liệu của nhà sản xuất.
Một MCB không chỉ cần “không nhảy lúc khởi động”. Nó còn phải cắt được dòng ngắn mạch có thể xuất hiện tại vị trí lắp đặt.
Khả năng cắt định mức, thường thể hiện bằng Icn đối với MCB dân dụng hoặc các thông số tương ứng của thiết bị công nghiệp, phải bằng hoặc lớn hơn dòng ngắn mạch dự kiến tại điểm đặt thiết bị.
Đây là lý do việc đổi từ C sang D cần được kiểm tra cẩn thận. D-curve chịu được dòng khởi động cao hơn vì ngưỡng tác động từ được đặt cao hơn. Nhưng cũng chính vì ngưỡng cao hơn, một mạch có dây dài hoặc nguồn có trở kháng lớn có thể tạo dòng sự cố không đủ lớn để đưa MCB nhanh vào vùng tác động từ.
Do đó cần kiểm tra cả hai đầu:
· Dòng sự cố cực đại: không vượt khả năng cắt của MCB
· Dòng sự cố tối thiểu: vẫn đủ để thiết bị bảo vệ tác động trong thời gian yêu cầu
Việc kiểm tra dòng ngắn mạch tối thiểu đặc biệt quan trọng khi thiết bị chỉ dựa vào bảo vệ quá dòng để cắt sự cố; hướng dẫn thiết kế IEC cũng yêu cầu xác nhận thiết bị có thể tác động chắc chắn ở mức dòng sự cố thấp nhất có thể xuất hiện.
Với động cơ, MCB cũng không nên mặc nhiên được xem là toàn bộ hệ thống bảo vệ động cơ. Bảo vệ quá tải kéo dài, kẹt rotor hoặc các tình trạng đặc thù của động cơ có thể cần manual motor starter hoặc relay quá tải phối hợp với contactor tùy thiết kế.
Giả sử một động cơ có:
· Dòng chạy định mức: 12 A
· Dòng khởi động đo hoặc lấy từ datasheet: 12×7=84 A
· Thời gian tăng tốc: 0,8 giây
· Dòng cho phép của dây sau hiệu chỉnh: 21 A
Xét trước MCB 16 A:
InIstart=1684=5,25
Với B16, 84 A đã cao hơn 5 lần In. Theo đặc tính B 3–5 In, dòng khởi động nằm trên vùng tác động từ tiêu chuẩn, nên B16 rất dễ cắt ngay trong quá trình khởi động.
Với C16, 84 A tương đương 5,25 In, tức vừa đi vào vùng 5–10 In. Đây không phải điều kiện có thể kết luận chỉ bằng một con số; phải đặt điểm 5,25 In tại 0,8 giây lên đường cong time-current của đúng MCB. Nếu điểm khởi động cắt qua vùng trip, C16 không phù hợp.
Với D16, 84 A mới bằng 5,25 In, thấp hơn vùng tác động từ 10–20 In của đặc tính D điển hình. Vì vậy D16 là một ứng viên hợp lý hơn về mặt chống nhảy do tác động từ. Tuy nhiên vẫn phải xác nhận phần nhiệt của đường cong cho thời gian 0,8 giây, khả năng cắt và dòng sự cố tối thiểu trước khi chọn.
Có thể xem xét một phương án khác là C20:
2084=4,2
Dòng khởi động khi đó thấp hơn ngưỡng 5 In của C-curve. Đồng thời 20A≤21A, nên về nguyên tắc dòng định mức vẫn chưa vượt khả năng chịu tải đã hiệu chỉnh của dây. Phương án này vẫn cần được kiểm tra bằng đường cong thực tế và các điều kiện bảo vệ khác, nhưng ví dụ cho thấy chọn theo dòng khởi động không đồng nghĩa với mặc định chọn D.
Nếu cùng tải đó dùng dây chỉ có IZ=18A, C20 không còn đáp ứng điều kiện In≤IZ. Khi ấy không được tăng MCB lên 20 A chỉ để tránh nhảy; phải quay lại xem xét đặc tính trip hoặc thiết kế dây dẫn.
Cách chọn MCB cho tải có dòng khởi động lớn là tách hai bài toán: dòng định mức In bảo vệ tải và dây dẫn, còn đường cong tác động quyết định khả năng vượt qua quá trình khởi động. Hãy lấy dòng khởi động cùng thời gian tồn tại, quy đổi thành bội số của In và đối chiếu với time-current curve của đúng MCB. B hoặc C phù hợp khi inrush thấp đến trung bình; D chỉ nên dùng khi dòng khởi động thực sự đòi hỏi ngưỡng tác động từ cao hơn và các điều kiện về dây dẫn, dòng sự cố cũng như khả năng cắt vẫn được thỏa mãn.
