Quy tắc cốt lõi là: điện áp làm việc lớn nhất của mạch phải nằm trong rating DC của đúng model, ở đúng số cực và đúng sơ đồ đấu mà nhà sản xuất công bố. Sau đó mới xác nhận MCB là loại phân cực hay không phân cực, cách hệ thống nối đất và khả năng cắt ngắn mạch tại điện áp đó. Một con số ghi trong tiêu chuẩn hoặc ở model khác không thể thay cho datasheet của thiết bị đang dùng.
Khó khăn lớn nhất khi ngắt dòng một chiều là hồ quang không được hỗ trợ bởi điểm dòng điện đi qua zero tự nhiên như trong AC. Khi hai tiếp điểm mở ra, hồ quang DC có xu hướng tồn tại cho đến khi thiết bị kéo dài, làm nguội và tăng điện áp hồ quang đủ mức để dòng bị triệt tiêu. Vì vậy, kết cấu buồng dập hồ quang và số khe hở tiếp điểm có ảnh hưởng trực tiếp tới điện áp DC mà circuit breaker có thể ngắt an toàn.
Ở một số MCB DC phân cực, nam châm vĩnh cửu hoặc cấu trúc từ được dùng để đẩy hồ quang về phía buồng dập theo một hướng xác định. Nếu chiều dòng bị đảo, hướng tác động lên hồ quang có thể không còn đúng với thiết kế dập hồ quang. Vì vậy, cực tính trên loại breaker này là điều kiện vận hành, không phải ký hiệu hình thức.
Từ cơ chế đó có thể rút ra ba câu hỏi phải trả lời cùng lúc: thiết bị được công bố làm việc ở bao nhiêu volt DC, cần bao nhiêu cực tham gia ngắt ở mức điện áp đó, và dòng điện phải đi qua breaker theo chiều nào. Nếu một trong ba điều kiện sai, việc đúng hai điều kiện còn lại chưa đủ để kết luận MCB phù hợp.
Điểm đầu tiên trong cách chọn MCB DC là tìm rating điện áp DC, thường thể hiện bằng Ue/Un DC hoặc bảng “DC voltage / breaking capacity” trong datasheet. Không dùng điện áp AC in trên mặt MCB để suy ra rằng thiết bị có thể làm việc ở cùng mức điện áp DC. Khả năng dập hồ quang của AC và DC khác nhau, nên một MCB chỉ có thông số AC chỉ được dùng cho DC khi chính tài liệu kỹ thuật của model công bố rating DC và cấu hình đấu tương ứng.
Các tiêu chuẩn dành cho circuit breaker DC quy định phạm vi áp dụng, điều kiện thử nghiệm và các yêu cầu kỹ thuật. Tuy nhiên, giới hạn của tiêu chuẩn không phải rating mặc định của mọi MCB. Một model có thể được chứng nhận ở điện áp thấp hơn đáng kể so với phạm vi tối đa của tiêu chuẩn, và rating còn có thể thay đổi theo số cực nối tiếp hoặc khả năng cắt.
Vì vậy, điện áp, số cực và breaking capacity phải được đọc như một bộ thông số gắn với từng model. Nếu bảng kỹ thuật chỉ cho một mức điện áp khi 1P, nhưng cho mức khác khi 2P hoặc nhiều pole nối tiếp, đó chính là cấu hình được phép; không được tự chuyển đổi giữa các cấu hình.
Nếu datasheet chỉ nêu điện áp AC mà không có thông số DC, không nên tự chuyển đổi hay dùng cùng giá trị cho mạch DC. Câu hỏi đúng không phải “MCB này chịu bao nhiêu volt nói chung?” mà là “ở mạch DC, với bao nhiêu cực nối tiếp, nhà sản xuất cho phép Ue bao nhiêu và khả năng cắt tại Ue đó là bao nhiêu?”.
Tiêu chuẩn đặt điều kiện thử nghiệm và phạm vi áp dụng; datasheet cho biết model đã được công bố ở cấu hình nào. Vì vậy, thứ tự kiểm tra nên là tiêu chuẩn phù hợp → datasheet đúng model → bảng DC rating/breaking capacity → sơ đồ đấu. Không lấy giới hạn tối đa của tiêu chuẩn để thay cho rating của thiết bị.
Số cực của MCB DC có hai ý nghĩa khác nhau: số tiếp điểm có thể đóng cắt và số cực thực sự được đưa nối tiếp trong đường dòng để cùng tham gia dập hồ quang. Hai ý nghĩa này không phải lúc nào cũng trùng với cách người dùng hình dung “1P cắt một dây, 2P cắt hai dây”.
Khi nhiều cực được mắc nối tiếp theo sơ đồ được công bố, hồ quang phải được xử lý qua nhiều bộ tiếp điểm/buồng dập. Nhờ đó, một số dòng breaker có thể đạt rating DC cao hơn so với khi chỉ dùng một cực. Tuy nhiên, quan hệ này không tuyến tính và không được phép tự suy luận: số pole tăng không có nghĩa điện áp cho phép sẽ tăng theo cùng một tỷ lệ, và breaking capacity cũng có thể thay đổi theo điện áp.
Vì thế, khi thấy MCB 2P, cần hỏi thêm: hai cực này được dùng một cực trên dây dương và một cực trên dây âm, hay cả hai cực phải mắc nối tiếp trên cùng một nhánh để đạt rating điện áp yêu cầu? Câu trả lời phụ thuộc sơ đồ mạng, kiểu breaker và sơ đồ đấu đã được thử nghiệm.
Một breaker 2P có hai pole cơ khí, nhưng nhiệm vụ điện của chúng thay đổi theo sơ đồ. Ở một cấu hình, mỗi pole có thể nằm trên một conductor để thực hiện cắt đồng thời. Ở cấu hình khác, hai pole có thể được nối tiếp trên cùng một polarity để tăng khả năng ngắt ở điện áp DC cao hơn. Vì vậy, “2P” tự nó chưa đủ để quyết định cách đấu.
Điện áp DC cho phép và khả năng cắt là kết quả của thiết kế và thử nghiệm toàn bộ cấu hình. Do đó, 2P không mặc nhiên có rating gấp đôi 1P; tương tự, ghép thêm pole cũng không cho phép tự nhân điện áp định mức. Chọn số cực đúng nghĩa là tìm cấu hình được nhà sản xuất công bố, không phải áp dụng phép nhân số học.
MCB DC có thể thuộc hai nhóm: phân cực (polarity-dependent) và không phân cực/bidirectional (polarity-independent). Vì vậy, không nên dùng quy tắc “MCB DC luôn có /−” hoặc ngược lại “breaker là thiết bị cơ khí nên đấu chiều nào cũng được”.
Với MCB phân cực, chiều dòng liên quan trực tiếp đến cách buồng dập hồ quang được tối ưu. Dấu /− và sơ đồ cực tính là điều kiện lắp đặt; đảo chiều có thể làm cơ chế đưa hồ quang vào buồng dập không hoạt động theo hướng thiết kế. Loại này cũng không phù hợp với mạch có khả năng đảo chiều dòng nếu datasheet không cho phép.
Khi nguồn có thể cấp từ phía trên hoặc phía dưới, không được mặc định rằng “nguồn luôn vào terminal trên”. Một số model cho phép nhiều hướng cấp nguồn nhưng yêu cầu cách ghép terminal khác nhau để vẫn giữ đúng polarity tại từng pole. Vì vậy cần đọc sơ đồ nguồn–tải cụ thể, không chỉ nhìn dấu /− riêng lẻ.
Một số dòng MCB được công bố polarity-independent hoặc bidirectional, nghĩa là khả năng ngắt không phụ thuộc một chiều dòng cố định trong phạm vi cấu hình đã công bố. Nhưng “không phân cực” chỉ giải quyết vấn đề chiều dòng; nó không xóa các giới hạn về điện áp DC tối đa, số cực nối tiếp hoặc breaking capacity.
Điểm cần giữ lại là: không thấy dấu /− trên mặt thiết bị chưa đủ để kết luận breaker không phân cực. Phải có xác nhận trong datasheet, catalog hoặc tài liệu kỹ thuật của model.
Sau khi xác định voltage rating và polarity, vẫn cần biết cấu hình nối đất của mạch DC. Lý do là fault path và điện áp giữa từng conductor với đất thay đổi theo hệ một cực nối đất, điểm giữa nối đất hay hệ cách ly đất. Do đó, số pole cần bảo vệ và cách phân bố pole không thể quyết định chỉ từ điện áp danh định của nguồn.
Trong hệ có một cực nối đất, một số sơ đồ có thể tập trung các pole nối tiếp trên conductor không nối đất để đáp ứng khả năng cắt ở điện áp hệ thống; trong cấu hình khác, yêu cầu cô lập hoặc bảo vệ lại dẫn tới cắt cả hai conductor. Với hệ midpoint-earthed, mỗi conductor có thể mang một phần điện áp hệ so với đất nhưng đường dòng sự cố khác. Với hệ isolated, điều kiện chạm đất cũng thay đổi cách đánh giá pole và sơ đồ ngắt.
Trước khi quyết định “1P hay 2P”, cần trả lời thêm: nguồn DC này có polarity nào nối đất không, điểm giữa có nối đất không, hay toàn bộ nguồn cách ly đất? Sau đó dùng đúng sơ đồ tương ứng của thiết bị. Phần này chỉ nhằm xác định đầu vào cho việc chọn MCB; thiết kế nối đất và quy định lắp đặt của toàn hệ thống cần được xử lý trong thiết kế điện riêng.
Có thể triển khai cách chọn MCB DC thành một chuỗi kiểm tra ngắn, trong đó mỗi bước loại bỏ một kiểu sai phổ biến:
1. Xác định điện áp DC lớn nhất mà breaker có thể phải ngắt: dùng điện áp vận hành/điện áp cực đại có liên quan của mạch, không lấy giá trị AC tương đương
2. Xác định topology của nguồn: một polarity nối đất, midpoint nối đất hay isolated để biết conductor nào phải được ngắt và điện áp conductor-to-earth cần xét
3. Mở datasheet đúng model và tìm bảng DC: kiểm tra Ue/Un DC tại đúng số pole hoặc số pole nối tiếp; không dùng giới hạn của tiêu chuẩn thay rating model
4. Xác định polarity: nếu thiết bị ghi hoặc datasheet nêu polarity-dependent, đấu chính xác theo /− và sơ đồ nguồn–tải; chỉ coi là bidirectional khi hãng công bố
5. Kiểm tra breaking capacity tại đúng điện áp DC: Icn/Icu/Ics phải được đọc ở cùng điện áp và cấu hình pole; không lấy giá trị ở điện áp thấp hơn để áp cho điện áp cao hơn
6. Đối chiếu wiring diagram trước khi lắp: xác nhận cách nối tiếp pole, jumper giữa các terminal và pole nào nằm trên từng conductor
Nguyên tắc quyết định cuối cùng có thể viết gọn thành: Vdc của mạch ≤ rating DC của model tại đúng pole configuration; polarity phù hợp; topology phù hợp sơ đồ; breaking capacity đủ tại đúng Vdc. Chỉ khi cả bốn điều kiện cùng đạt thì cấu hình voltage–pole–polarity mới được xem là phù hợp. Dòng định mức, trip curve, nhiệt độ hiệu chỉnh và tiết diện dây vẫn cần được kiểm tra trong thiết kế hoàn chỉnh, nhưng nằm ngoài phạm vi ba tiêu chí của bài này.
Chọn MCB DC đúng không phải chỉ nhìn một con số điện áp hay chọn 2P để “chắc hơn”. Điện áp DC phải được đối chiếu với rating của đúng model ở đúng cấu hình số cực; số cực phải được hiểu cả theo yêu cầu cắt conductor và số pole nối tiếp tham gia dập hồ quang; còn cực tính phải tuân theo thiết kế của thiết bị. Loại phân cực phải đấu đúng /− và đúng wiring diagram, trong khi loại polarity-independent chỉ được coi là hai chiều khi tài liệu kỹ thuật công bố như vậy.
Cách kiểm tra đáng tin cậy nhất là bắt đầu từ điện áp DC cực đại và topology của nguồn, sau đó đọc bảng DC rating/breaking capacity và sơ đồ đấu của đúng model. Không suy rộng từ điện áp AC, từ giới hạn của tiêu chuẩn hay từ một MCB khác. Khi các điều kiện điện áp – pole configuration – polarity – topology – khả năng cắt cùng khớp, việc chọn MCB DC mới có cơ sở kỹ thuật đầy đủ.
