Điều kiện cơ bản để bảo vệ quá tải cho dây dẫn là:
Ib ≤ In ≤ Iz
Trong đó:
· Ib là dòng điện thiết kế của tải
· In là dòng điện định mức của MCB
· Iz là khả năng mang dòng liên tục của dây dẫn trong điều kiện lắp đặt thực tế
TCVN 7447-4-43 còn yêu cầu dòng điện đảm bảo thiết bị bảo vệ tác động trong thời gian quy ước, ký hiệu I2, phải thỏa I2 ≤ 1,45 × Iz. Đây là nguyên tắc phối hợp giữa phụ tải, thiết bị bảo vệ và dây dẫn.
Ý nghĩa của bất đẳng thức đầu tiên khá trực tiếp. MCB phải có In ≥ Ib để tải bình thường không làm MCB tác động ngoài ý muốn, nhưng đồng thời phải có In ≤ Iz để MCB không cho phép dây mang dòng vượt quá khả năng chịu nhiệt thiết kế trong thời gian dài.
Với MCB dùng cho hộ gia đình và mục đích tương tự theo IEC 60898-1, dòng không tác động quy ước là 1,13 × In và dòng tác động quy ước là 1,45 × In trong điều kiện thử quy định. Vì vậy, khi MCB thuộc nhóm này và In ≤ Iz, điều kiện bảo vệ nhiệt của dây thường đồng thời được đáp ứng.
Điểm cần nhớ là tiết diện dây không trực tiếp quyết định In. Tiết diện giúp xác định Iz; sau đó mới dùng Iz cùng Ib để chọn MCB.
Khả năng mang dòng của dây không chỉ phụ thuộc số mm². TCVN 7447-5-52 phân biệt nhiều phương pháp lắp đặt vì khả năng tản nhiệt của dây thay đổi theo môi trường xung quanh. Chẳng hạn A1/A2 áp dụng cho một số trường hợp dây hoặc cáp đi trong ống ở tường cách nhiệt, B1/B2 áp dụng cho dây hoặc cáp trong ống trên bề mặt tường, còn phương pháp C liên quan đến cáp được cố định trực tiếp.
Khi xác định Iz cần xét ít nhất vật liệu ruột dẫn, loại cách điện, số dây mang tải, phương pháp lắp đặt, nhiệt độ môi trường và việc nhiều mạch được bó hoặc đi chung. Nếu có các điều kiện làm giảm khả năng tản nhiệt, dòng cho phép phải được hiệu chỉnh.
Có thể biểu diễn nguyên tắc hiệu chỉnh dưới dạng:
Iz thực tế = Iz tra bảng × k nhiệt độ × k nhóm × các hệ số hiệu chỉnh liên quan
Các bảng tham chiếu cho cáp trong không khí thường lấy nhiệt độ môi trường 30°C. Ví dụ với cách điện PVC, hệ số nhiệt độ giảm từ 1,00 ở 30°C xuống khoảng 0,87 ở 40°C. Như vậy, một dây có Iz tra bảng 23 A chỉ còn xấp xỉ 23 × 0,87 ≈ 20 A nếu chỉ xét riêng ảnh hưởng nhiệt độ này.
Đó là lý do không thể kết luận rằng “dây 2,5 mm² luôn đi với MCB 20 A” hoặc “dây 4 mm² luôn dùng MCB 32 A”.
Để thấy ảnh hưởng của phương pháp lắp đặt, có thể tham khảo các giá trị trong Bảng B.52.2 của TCVN 7447-5-52:2010 cho ruột dẫn đồng, cách điện PVC, hai ruột dẫn mang tải, với điều kiện tham chiếu của bảng. Các giá trị Iz dưới đây thay đổi rõ rệt giữa A2, B2 và C.
Trong cột MCB, giả sử chỉ xét các cấp định mức 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 và 80 A; giá trị sau dấu → là cấp lớn nhất trong dãy giả định không vượt Iz.
|
Tiết diện dây đồng |
A2: Iz → MCB không vượt |
B2: Iz → MCB không vượt |
C: Iz → MCB không vượt |
|
1,5 mm² |
14 A → 10 A |
16,5 A → 16 A |
19,5 A → 16 A |
|
2,5 mm² |
18,5 A → 16 A |
23 A → 20 A |
27 A → 25 A |
|
4 mm² |
25 A → 25 A |
30 A → 25 A |
36 A → 32 A |
|
6 mm² |
32 A → 32 A |
38 A → 32 A |
46 A → 40 A |
|
10 mm² |
43 A → 40 A |
52 A → 50 A |
63 A → 63 A |
|
16 mm² |
57 A → 50 A |
69 A → 63 A |
85 A → 80 A |
Bảng này không phải bảng ghép MCB cố định theo tiết diện. Nó chỉ minh họa giới hạn trên theo Iz trong một số điều kiện chuẩn. MCB thực tế còn phải lớn hơn hoặc bằng Ib. Nếu nhiệt độ cao, nhiều mạch đi chung hoặc điều kiện lắp đặt khác điều kiện của bảng, phải tính lại Iz trước khi chọn In.
Ví dụ, dây 2,5 mm² ở B2 có Iz = 23 A nên MCB 20 A có thể phù hợp về mặt bảo vệ quá tải. Nhưng cùng tiết diện đó ở A2 chỉ có Iz = 18,5 A, vì vậy MCB 20 A không còn thỏa In ≤ Iz.
Một cách thực tế để chọn MCB là thực hiện theo thứ tự từ tải đến dây dẫn, thay vì chọn MCB trước rồi mới kiểm tra dây.
1. Xác định dòng tải Ib: Với tải thuần trở một pha có thể ước tính từ công suất và điện áp; với động cơ hoặc tải có hệ số công suất, hiệu suất và dòng khởi động cần sử dụng dữ liệu tương ứng
2. Xác định Iz của dây: Tra theo tiết diện, vật liệu, cách điện, số ruột dẫn mang tải và phương pháp lắp đặt, sau đó áp dụng các hệ số hiệu chỉnh cần thiết
3. Chọn In của MCB: Chọn cấp định mức sao cho Ib ≤ In ≤ Iz; nếu không có cấp MCB phù hợp, cần xem lại tải hoặc tăng tiết diện dây thay vì tăng MCB vượt Iz
4. Kiểm tra các điều kiện còn lại của MCB: Khả năng cắt ngắn mạch phải phù hợp với dòng ngắn mạch dự kiến tại điểm lắp; đặc tính B/C/D cần phù hợp với dòng khởi động nhưng không làm thay đổi giới hạn cơ bản In ≤ Iz
Ví dụ, nếu tải có Ib = 17 A và dây sau khi hiệu chỉnh có Iz = 23 A, MCB 20 A thỏa 17 ≤ 20 ≤ 23. MCB 25 A không thỏa điều kiện bảo vệ dây dù thiết bị tải có thể vẫn hoạt động bình thường.
Ngược lại, nếu tải cần 26 A nhưng dây chỉ có Iz = 23 A thì không tồn tại MCB nào vừa thỏa In ≥ 26 A vừa thỏa In ≤ 23 A. Giải pháp đúng là tăng khả năng mang dòng của đường dây, thường bằng cách tăng tiết diện hoặc thay đổi điều kiện lắp đặt phù hợp, chứ không phải lắp MCB lớn hơn.
Nhiệt độ môi trường cao là một trường hợp thường làm Iz giảm. Với cáp PVC trong không khí, hệ số hiệu chỉnh tại 40°C khoảng 0,87 so với điều kiện tham chiếu 30°C. Một dây 2,5 mm² có Iz danh định 23 A ở điều kiện tham chiếu vì thế chỉ còn khoảng 20 A trước khi xét thêm các yếu tố khác.
Việc nhiều mạch hoặc nhiều cáp đi chung cũng làm nhiệt tích tụ khó thoát hơn. Tương tự, dây nằm trong vật liệu cách nhiệt thường có khả năng mang dòng thấp hơn dây được tản nhiệt tốt. Những trường hợp này đòi hỏi áp dụng đúng hệ số hoặc đúng cột phương pháp lắp đặt, thay vì giữ nguyên MCB theo một bảng kinh nghiệm.
Cũng cần phân biệt giữa giảm MCB và tăng tiết diện dây. Nếu Ib vẫn thấp hơn một cấp MCB nhỏ hơn thì có thể giảm In để tiếp tục bảo vệ dây. Nhưng nếu tải cần dòng lớn hơn Iz sau hiệu chỉnh, giảm MCB sẽ gây tác động khi tải làm việc bình thường; lúc này phải tăng Iz bằng dây lớn hơn hoặc giải pháp lắp đặt phù hợp.
Nhiệt độ xung quanh MCB cũng có thể ảnh hưởng đến đặc tính nhiệt của thiết bị. Vì vậy trong tủ điện nóng hoặc lắp nhiều MCB sát nhau, ngoài tính Iz của dây còn cần kiểm tra bảng hiệu chỉnh do nhà sản xuất MCB cung cấp. IEC 60898-1 sử dụng điều kiện tham chiếu 30°C cho phép thử nhiệt của MCB, nên không nên giả định thiết bị luôn giữ nguyên hành vi ở mọi nhiệt độ.
Với dây đồng PVC, hai ruột dẫn mang tải theo phương pháp B2, Iz tham chiếu là 16,5 A. Nếu tải có Ib khoảng 8 A thì MCB 10 A đáp ứng tốt điều kiện bảo vệ. Nếu tải tăng lên khoảng 13–14 A, MCB 16 A có thể thỏa về mặt dòng trong điều kiện B2 vì 16 ≤ 16,5 A.
Tuy nhiên, cùng dây 1,5 mm² theo A2 chỉ có Iz khoảng 14 A. Khi đó MCB 16 A vượt Iz và không còn là lựa chọn đúng để bảo vệ dây. Ví dụ này cho thấy chỉ biết tiết diện 1,5 mm² là chưa đủ.
Ở B2, dây đồng PVC 2,5 mm² có Iz tham chiếu 23 A. Với Ib = 17 A, MCB 20 A đáp ứng 17 ≤ 20 ≤ 23; MCB 25 A lại vượt khả năng mang dòng của dây trong điều kiện này.
Nếu cáp được lắp theo phương pháp C và đáp ứng đúng điều kiện tham chiếu, Iz tăng lên 27 A. Khi Ib phù hợp, MCB 25 A có thể đáp ứng giới hạn nhiệt của dây. Vì vậy, khẳng định “2,5 mm² chỉ được dùng MCB 20 A” hoặc “2,5 mm² luôn dùng được MCB 25 A” đều thiếu điều kiện.
Với phương pháp B2, Iz của dây đồng PVC 4 mm² là 30 A. Nếu tải cần 22 A, MCB 25 A thỏa điều kiện; MCB 32 A vượt Iz nên không phù hợp nếu giữ nguyên điều kiện lắp đặt này.
Ở phương pháp C, Iz tương ứng là 36 A. Khi tải có Ib khoảng 28 A và không có hệ số hiệu chỉnh làm Iz giảm xuống dưới 32 A, MCB 32 A có thể đáp ứng Ib ≤ In ≤ Iz.
Cách chọn MCB theo tiết diện dây đúng bản chất là chọn MCB theo khả năng mang dòng thực tế của dây, không phải gán một dòng MCB cố định cho từng số mm². Trình tự cần giữ là xác định Ib, xác định Iz sau mọi hệ số hiệu chỉnh rồi chọn In sao cho Ib ≤ In ≤ Iz.
Nếu một cấp MCB đủ cho tải nhưng lớn hơn Iz, không nên tăng MCB để tránh nhảy điện. Khi đó dây dẫn hoặc điều kiện lắp đặt mới là thành phần cần xem lại. Với hệ thống thực tế chưa xác định rõ phương pháp đi dây, nhiệt độ, số mạch đi chung hoặc dòng ngắn mạch dự kiến, các thông số này cần được kiểm tra trước khi chốt thiết bị bảo vệ.
