Cách chọn MCCB cho tải có dòng khởi động lớn

Do đó, bài toán thực tế không phải đơn giản là chọn MCCB có dòng định mức lớn hơn dòng tải. Cần tạo một cửa sổ bảo vệ: đặc tính MCCB phải cho phép toàn bộ quá trình khởi động đi qua mà không tác động, nhưng vẫn đủ nhạy để cắt quá tải và ngắn mạch trong phạm vi cần bảo vệ.

Nguyên tắc chọn MCCB cho tải có dòng khởi động lớn

Một MCCB phù hợp phải thỏa mãn đồng thời nhiều điều kiện chứ không phải một hệ số nhân duy nhất.

Nếu MCCB trực tiếp đảm nhiệm bảo vệ quá tải, quan hệ cơ bản cần kiểm tra là:

Ib ≤ Ir ≤ Iz

Trong đó:

· Ib là dòng làm việc của tải

· Ir là ngưỡng bảo vệ quá tải được cài đặt trên trip unit

· Iz là khả năng mang dòng cho phép của dây dẫn sau khi đã xét các hệ số hiệu chỉnh

Điều kiện này mới kiểm soát trạng thái làm việc lâu dài. Khi tải khởi động, phải kiểm tra thêm biên độ dòng và thời gian tồn tại của dòng khởi động trên đường đặc tính thời gian–dòng của MCCB.

Về nguyên tắc:

t_trip,min tại dòng khởi động > t_start

Nghĩa là thời gian nhỏ nhất mà MCCB có thể tác động tại mức dòng tương ứng phải dài hơn thời gian tải cần để khởi động. Khoảng cách không nên quá sát vì đặc tính thực tế còn chịu ảnh hưởng của dung sai trip unit, trạng thái nóng của MCCB, nhiệt độ môi trường và số lần khởi động liên tiếp.

Ở vùng tức thời, yêu cầu còn chặt hơn. Ngưỡng Ii hoặc Im không được rơi vào vùng dòng đỉnh xuất hiện trong quá trình đóng điện. Nếu dòng đỉnh khởi động chạm vào vùng instantaneous, MCCB có thể nhảy gần như ngay lập tức mặc dù tải và dây dẫn hoàn toàn bình thường.

Vì vậy, tăng dòng định mức MCCB chỉ để hết nhảy không phải cách xử lý ưu tiên. Việc đó có thể làm giảm khả năng bảo vệ dây dẫn hoặc khiến ngưỡng ngắn mạch bị đẩy lên quá cao. Giải pháp đúng hơn thường là chọn trip unit có đặc tính thích hợp hoặc có khả năng điều chỉnh Ir, Isd, Ii/Im theo đặc tính của tải.

Dữ liệu cần xác định trước khi chọn MCCB

Muốn chọn MCCB theo dòng khởi động chính xác, tối thiểu phải biết cả trạng thái làm việc bình thường và trạng thái quá độ của tải.

Chỉ biết rằng tải có dòng khởi động bằng “6 lần” hoặc “8 lần dòng định mức” vẫn chưa đủ. Dòng 7 × Ib tồn tại trong 1 giây khác hoàn toàn với dòng 7 × Ib kéo dài 10 giây xét theo tác động nhiệt của MCCB.

Cũng cần phân biệt Istart với Ipeak. Istart thường mô tả dòng tương đối lớn tồn tại trong giai đoạn tăng tốc, còn Ipeak có thể là một đỉnh ngắn hơn nhưng cao hơn đáng kể ngay khi đóng điện. Istart thường liên quan nhiều đến phần bảo vệ có thời gian; Ipeak lại đặc biệt quan trọng đối với phần tử từ tức thời.

Phương pháp khởi động cũng làm thay đổi dữ liệu đầu vào. Khởi động trực tiếp, sao–tam giác, soft starter hoặc bộ biến đổi công suất có thể tạo ra các dạng dòng quá độ khác nhau. Vì vậy nên lấy đặc tính thực tế của tải hoặc dữ liệu của thiết bị khởi động thay vì áp dụng một hệ số dòng khởi động chung cho mọi trường hợp.

Chọn dòng định mức và ngưỡng quá tải Ir

Bước đầu tiên là chọn frame và dải trip unit đủ để mang dòng làm việc, sau đó cài Ir theo tải và khả năng chịu dòng của mạch.

Ví dụ tải làm việc ở 100 A và dây dẫn sau hiệu chỉnh cho phép 125 A. Nếu MCCB chịu trách nhiệm bảo vệ quá tải, Ir có thể được đặt quanh vùng phù hợp với 100 A nhưng không được vượt quá giới hạn bảo vệ của dây dẫn. Chọn MCCB 160 A rồi mặc định để Ir = 160 A chỉ vì thiết bị có frame 160 A có thể khiến dây dẫn không còn được bảo vệ đúng theo thiết kế.

Điểm dễ nhầm nằm ở việc đồng nhất ba khái niệm:

· Frame cho biết kích thước hoặc giới hạn cấu trúc của MCCB

· Dòng định mức của trip unit xác định dải làm việc của bộ bảo vệ

· Ir là giá trị thực tế mà chức năng bảo vệ quá tải sử dụng nếu trip unit cho phép điều chỉnh

Do đó, một MCCB frame lớn hơn tải không đồng nghĩa bảo vệ quá tải phải được đặt bằng dòng frame.

Có một ngoại lệ quan trọng với mạch động cơ sử dụng MCCB kiểu magnetic-only kết hợp relay quá tải riêng. Khi đó MCCB chủ yếu xử lý ngắn mạch, còn relay đảm nhiệm bảo vệ quá tải động cơ. Không nên áp dụng máy móc điều kiện Ir của MCCB giống một MCCB thermal-magnetic thông thường, vì chức năng bảo vệ đã được phân chia giữa nhiều thiết bị.

Đây cũng là lý do một mạch có dòng khởi động lớn đôi khi phù hợp với trip unit chuyên cho motor hoặc trip unit điện tử có khả năng điều chỉnh hơn là chỉ tăng ampere của MCCB phân phối thông thường.

Kiểm tra dòng khởi động trên đặc tính thời gian–dòng

Đường đặc tính thời gian–dòng là bước kiểm tra quyết định MCCB có tác động nhầm khi khởi động hay không. Không nên chỉ so sánh Istart với một con số ghi trên nhãn MCCB.

So sánh Istart và tstart với vùng tác động có thời gian

Giả sử tải có:

· Ib = 100 A

· Istart = 700 A

· tstart = 6 giây

Nếu Ir được đặt ở 105 A thì trong quá trình khởi động, MCCB nhìn thấy dòng xấp xỉ 6,7 × Ir.

Lúc này cần đọc đường cong của đúng trip unit tại khoảng 6,7 × Ir. Nếu biên dưới của vùng tác động cho thấy MCCB có thể trip trước 6 giây, lựa chọn đó không phù hợp dù dòng định mức MCCB lớn hơn 100 A.

Ngược lại, nếu đặc tính cho phép mức dòng này tồn tại lâu hơn thời gian khởi động với khoảng dự phòng phù hợp, tải có thể tăng tốc mà không làm mất chức năng bảo vệ.

Với tải có dòng giảm dần trong quá trình khởi động, cách chính xác hơn là so sánh toàn bộ phong bì I–t của quá trình khởi động với vùng trip của MCCB. Một điểm Istart duy nhất chỉ là phép kiểm tra đơn giản hóa.

Khi thời gian khởi động dài, giải pháp không nhất thiết là tăng Ir. Một trip unit cho phép lựa chọn đặc tính thời gian hoặc trip class phù hợp có thể giữ ngưỡng bảo vệ tải ở mức hợp lý mà vẫn cho phép quá trình tăng tốc hoàn tất.

Đặt Ii, Im hoặc Isd để không bắt nhầm dòng đỉnh

Sau phần tác động có thời gian, cần kiểm tra vùng bảo vệ ngắn mạch nhanh.

Tùy trip unit, các ký hiệu thường gặp gồm:

· Im cho ngưỡng từ tức thời

· Ii cho ngưỡng instantaneous

· Isd cho ngưỡng short-time

Nếu tải tạo Ipeak = 1.100 A khi đóng điện nhưng MCCB có vùng tác động tức thời bắt đầu quanh mức này, nguy cơ nuisance trip sẽ cao. Điều cần kiểm tra không chỉ là giá trị cài đặt danh nghĩa mà còn là biên dung sai thấp nhất của ngưỡng trip.

Điều kiện thiết kế thực tế là vùng instantaneous thấp nhất của MCCB vẫn phải nằm ngoài phong bì dòng khởi động lớn nhất dự kiến.

Tuy nhiên, không thể tăng Ii hoặc Isd tùy ý. Ngưỡng càng cao thì MCCB càng ít nhạy với sự cố có dòng ngắn mạch thấp. Vì vậy phải tồn tại hai phía của cùng một bài toán:

Ngưỡng đủ cao để không nhầm dòng khởi động nhưng đủ thấp để vẫn cắt được dòng sự cố yêu cầu

Nếu một MCCB có ngưỡng từ cố định không tạo được cửa sổ này, thay bằng trip unit có ngưỡng điều chỉnh thường hợp lý hơn việc tiếp tục tăng dòng định mức MCCB.

Kiểm tra khả năng cắt và phối hợp bảo vệ

Cho phép tải khởi động thành công chưa có nghĩa MCCB đã được chọn đúng. Thiết bị vẫn phải đáp ứng nhiệm vụ chính khi xảy ra sự cố.

Icu và Ics phải phù hợp dòng ngắn mạch

Tại điện áp vận hành tương ứng, phải kiểm tra tối thiểu:

Icu ≥ Ik,max

Trong đó Ik,max là dòng ngắn mạch dự kiến lớn nhất tại vị trí lắp MCCB.

Ví dụ nếu tính toán cho thấy Ik,max = 18 kA, MCCB có khả năng cắt 10 kA tại điện áp đó là không phù hợp dù dòng tải chỉ 100 A. Một cấp khả năng cắt 25 kA hoặc cao hơn có thể đáp ứng điều kiện về Icu trong ví dụ này, sau đó vẫn cần kiểm tra Ics theo yêu cầu duy trì khả năng làm việc sau khi cắt sự cố.

Ics không thay thế cho việc kiểm tra Icu. Nó phản ánh mức khả năng cắt phục vụ và đặc biệt có ý nghĩa ở hệ thống cần khả năng tiếp tục vận hành sau sự cố.

Ở chiều ngược lại, Ik,min cũng cần được xem xét. Nếu ngưỡng instantaneous được nâng quá cao để tránh dòng khởi động, một sự cố ở cuối tuyến có dòng thấp hơn ngưỡng này có thể phải chờ phần bảo vệ có thời gian tác động hoặc không đáp ứng thời gian cắt mong muốn.

Phối hợp MCCB với cáp, contactor và bảo vệ quá tải

MCCB không hoạt động độc lập. Trong một nhánh động lực, cần xem nó như một phần của chuỗi bảo vệ gồm dây dẫn, contactor, relay quá tải và các thiết bị bảo vệ phía trên.

Nếu đã có relay quá tải riêng cho động cơ, không cần ép MCCB thực hiện lại chính xác cùng một chức năng. Ngược lại, nếu MCCB là thiết bị bảo vệ quá tải duy nhất, việc nâng Ir để tránh trip lúc khởi động phải được kiểm tra lại với khả năng chịu dòng của dây dẫn.

Phối hợp đúng còn giúp tránh trường hợp MCCB phía nguồn cắt trước thiết bị nhánh đối với một sự cố mà thiết bị nhánh đáng lẽ phải xử lý. Vì vậy sau khi giải quyết nuisance trip khi khởi động, cần kiểm tra lại tính chọn lọc hoặc phối hợp của toàn bộ nhánh thay vì chỉ xác nhận rằng “MCCB đã không còn nhảy”.

Ví dụ chọn MCCB để tránh tác động nhầm

Giả sử một tải ba pha có các dữ liệu thiết kế sau:

Quy trình lựa chọn có thể thực hiện như sau:

1. Chọn frame và trip unit có dải chỉnh phù hợp với tải 100 A, thay vì lấy ngay dòng khởi động 700 A làm dòng định mức MCCB

2. Nếu MCCB đảm nhiệm quá tải, đặt Ir lớn hơn hoặc xấp xỉ dòng làm việc nhưng vẫn nhỏ hơn Iz = 125 A

3. Trên đường cong TCC, kiểm tra tại khoảng 700 A để biên tác động nhỏ nhất của MCCB vẫn lớn hơn thời gian khởi động 6 giây

4. Kiểm tra ngưỡng instantaneous hoặc short-time với Ipeak = 1.100 A, kể cả dung sai của trip unit, để đỉnh khởi động không đi vào vùng trip

5. Kiểm tra lại ngưỡng đã chọn với Ik,min để bảo đảm không làm mất khả năng phát hiện sự cố

6. Chọn khả năng cắt tại điện áp làm việc lớn hơn Ik,max = 18 kA; chẳng hạn cấp 25 kA hoặc cao hơn nếu phù hợp hệ thống

7. Kiểm tra cuối cùng khả năng bảo vệ cáp và phối hợp với contactor, relay quá tải cùng MCCB phía nguồn

Ví dụ này cho thấy vì sao không thể kết luận đơn giản rằng tải 100 A có dòng khởi động 700 A thì cần MCCB 700 A. Dòng 700 A chỉ tồn tại trong thời gian ngắn và phải được xử lý bằng đặc tính thời gian–dòng của bảo vệ. Nếu nâng MCCB lên hàng trăm ampere chỉ để chịu dòng khởi động, chức năng bảo vệ của nhánh có thể bị suy giảm nghiêm trọng.

Một dấu hiệu thường gặp của lựa chọn chưa đúng là MCCB vẫn nhảy tức thời dù Ir đã được tăng. Khi đó nguyên nhân nhiều khả năng nằm ở Im/Ii/Isd hoặc đặc tính cố định của trip unit, không phải ở khả năng mang dòng liên tục. Ngược lại, nếu MCCB nhảy sau vài giây khởi động, cần kiểm tra vùng tác động có thời gian và thời gian tăng tốc của tải.

Chọn MCCB cho tải có dòng khởi động lớn phải dựa trên dòng làm việc, dòng và thời gian khởi động, dòng đỉnh, đường đặc tính trip, khả năng chịu dòng của cáp và dòng ngắn mạch tại điểm lắp đặt. Dòng định mức của MCCB chỉ là một phần của bài toán.

Cách kiểm tra đáng tin cậy là đặt phong bì dòng khởi động lên đặc tính thời gian–dòng của đúng trip unit. MCCB phải nằm ngoài vùng tác động trong suốt quá trình khởi động, nhưng các ngưỡng bảo vệ vẫn phải đủ nhạy với quá tải và ngắn mạch. Khi hai yêu cầu này không thể đồng thời đạt được với trip unit hiện tại, nên thay đổi loại hoặc dải điều chỉnh của bảo vệ thay vì chỉ tăng ampere MCCB.