Cách chọn RCCB Type AC, A, F hoặc B

Vì vậy, hai tải có cùng công suất nhưng dùng cấu trúc điện tử khác nhau có thể cần hai loại RCCB khác nhau. Một điện trở gia nhiệt thuần có đặc tính hoàn toàn khác một máy điều hòa dùng biến tần, dù dòng làm việc của chúng tương đương. Tiêu chuẩn sản phẩm RCCB hiện hành cũng tách việc phân loại theo đặc tính dòng rò khỏi các thông số như dòng định mức và dòng dư tác động.

Chọn RCCB theo dạng dòng rò, không chỉ theo tên thiết bị

RCCB giám sát tổng dòng điện đi qua các dây dẫn mang điện. Trong điều kiện bình thường, tổng vectơ dòng đi và dòng về gần bằng không. Khi một phần dòng điện đi sang đất hoặc qua đường dẫn ngoài mạch bình thường, xuất hiện dòng dư và RCCB có thể tác động.

Vấn đề là dòng dư trong hệ thống hiện đại không nhất thiết còn là sóng sin 50 Hz đơn giản. Chỉnh lưu diode, nguồn xung, bộ điều khiển động cơ và biến tần có thể tạo dòng rò dạng xung một chiều, dòng hỗn hợp nhiều tần số hoặc thậm chí thành phần DC trơn. Thành phần DC còn có thể làm lệch trạng thái từ của bộ cảm biến trong RCD không được thiết kế cho dạng dòng này, làm giảm khả năng phát hiện sự cố tiếp theo.

Có thể xem bốn loại chính theo logic sau:

Cần phân biệt rõ: Type B của RCCB là phân loại theo dạng dòng rò, không phải đặc tuyến B của MCB bảo vệ quá dòng. Hai ký hiệu này thuộc hai tiêu chí hoàn toàn khác nhau.

Khi nào RCCB Type AC phù hợp?

Type AC là cấp đơn giản nhất. Nó được thiết kế để phản ứng với dòng dư xoay chiều hình sin được đặt vào đột ngột hoặc tăng dần. Vì vậy, Type AC chỉ phù hợp khi có cơ sở kỹ thuật để xác định rằng tải không tạo các thành phần dòng rò DC xung, DC trơn hoặc hỗn hợp tần số đáng kể.

Những tải thuần trở hoặc tải điện cơ đơn giản không có mạch chỉnh lưu thường gần với điều kiện này hơn. Ví dụ điển hình là phần tử gia nhiệt điện trở hoặc một số tải chiếu sáng và tải điện truyền thống không sử dụng bộ nguồn điện tử.

Giới hạn của Type AC xuất hiện khi tải có diode, thyristor, nguồn xung hoặc bộ biến đổi công suất. Khi đó dòng sự cố xuống đất có thể không còn đối xứng hình sin. Thành phần một chiều có thể làm cảm biến của thiết bị chỉ nhạy AC hoạt động ngoài điều kiện mà nó được thiết kế để phát hiện.

Do điện tử công suất đã xuất hiện trong rất nhiều thiết bị hiện đại, không nên chọn Type AC chỉ vì tải sử dụng nguồn điện xoay chiều 230 V. Câu hỏi đúng phải là: bên trong tải có bộ chỉnh lưu, nguồn điện tử hoặc inverter có thể làm thay đổi dạng dòng rò hay không?

Type AC cũng không phải lựa chọn được chấp nhận như nhau ở mọi thị trường; tài liệu kỹ thuật ngành lưu ý rằng loại này có thể không được phép trong một số quốc gia hoặc ứng dụng. Vì vậy, ngoài đặc tính tải còn phải kiểm tra yêu cầu lắp đặt tại nơi áp dụng.

Khi nào nên chuyển từ Type AC sang Type A?

Type A bao phủ dòng rò AC hình sin như Type AC, đồng thời nhận biết được dòng DC xung. Đây là dạng dòng có thể xuất hiện khi điện áp AC đi qua bộ chỉnh lưu một pha, vốn rất phổ biến trong nguồn điện tử và thiết bị gia dụng hiện đại.

Một điểm quan trọng là giới hạn 6 mA DC trơn chồng lên. Con số này không có nghĩa Type A là RCCB chuyên phát hiện DC trơn. Ý nghĩa thực tế là Type A được thiết kế để vẫn thực hiện chức năng đối với các dạng dòng thuộc phạm vi của nó khi có một thành phần DC trơn giới hạn chồng lên dòng dư. Tài liệu kỹ thuật cho Type A sử dụng mức 6 mA làm ranh giới này.

Vì vậy, Type A thường phù hợp hơn Type AC khi tải có bộ nguồn chỉnh lưu một pha nhưng không có cơ chế tạo ra DC trơn vượt ngoài phạm vi cho phép hoặc dòng dư hỗn hợp do điều khiển tần số. Máy giặt, thiết bị CNTT, nguồn điện tử và nhiều thiết bị gia dụng điều khiển điện tử thuộc nhóm cần được đánh giá theo hướng này.

Tuy nhiên, không nên biến quy tắc đó thành “có điện tử là Type A”. Nếu thiết bị điện tử điều khiển động cơ bằng biến tần, dòng rò có thể chứa nhiều thành phần tần số hơn. Nếu mạch công suất có thể đưa DC trơn đáng kể vào đường rò, Type A cũng không còn là phạm vi phù hợp. Khi đó phải đánh giá Type F hoặc Type B.

Khi nào RCCB Type F cần thiết?

Type F được phát triển cho trường hợp Type A chưa bao phủ đầy đủ đặc tính của tải nhưng chưa xuất hiện yêu cầu phát hiện DC trơn như Type B. Phạm vi điển hình là thiết bị có bộ biến tần một pha hoặc bộ điều khiển tốc độ, nơi dòng dư có thể là tổng hợp của nhiều thành phần tần số.

Theo phạm vi của phân loại này, Type F bao phủ các dạng dòng mà Type A xử lý, đồng thời xử lý dòng dư composite phát sinh khi bộ biến đổi tần số được cấp giữa pha và trung tính hoặc cấu hình tương đương. Các tài liệu kỹ thuật cũng sử dụng khả năng làm việc với thành phần DC trơn chồng lên đến 10 mA và nhận biết dòng hỗn hợp trong vùng tần số tới khoảng 1 kHz để mô tả phạm vi Type F.

Điều này làm Type F phù hợp với nhiều tải như điều hòa inverter một pha, bơm điều tốc, máy giặt sử dụng động cơ điều khiển tần số hoặc các thiết bị dùng động cơ đồng bộ kết hợp bộ biến đổi.

Điểm cần lưu ý là inverter không tự động đồng nghĩa với Type B. Một bộ biến tần một pha có đặc tính dòng rò nằm trong phạm vi Type F có thể được bảo vệ bằng Type F khi tài liệu của thiết bị cho phép. Chọn thẳng Type B cho mọi thiết bị có chữ “inverter” sẽ bỏ qua sự khác biệt giữa kiến trúc biến đổi một pha, nhiều pha và khả năng tạo DC trơn.

Ngược lại, Type F không phải phương án thay thế Type B nếu mạch có thể tạo dòng rò DC trơn thực sự vượt ngoài điều kiện mà Type F được thiết kế để chịu. Đây là ranh giới quan trọng nhất giữa hai loại.

Khi nào phải xét RCCB Type B?

Type B mở rộng phạm vi của Type F sang các dạng dòng rò khó xử lý nhất trong bốn loại, đặc biệt là smooth DC residual current. Tiêu chuẩn Type F/B quy định Type B có khả năng bảo vệ với dòng dư AC hình sin đến 1.000 Hz, DC xung và DC trơn, đồng thời bao phủ các dạng dòng liên quan đến chỉnh lưu nhiều pha.

Trường hợp điển hình là bộ biến tần ba pha. Khi AC ba pha được chỉnh lưu thành DC bus rồi biến đổi trở lại để điều khiển động cơ, một lỗi cách điện ở một số vị trí trong bộ biến đổi có thể tạo dòng xuống đất không còn thuộc phạm vi Type A. Dòng đó có thể chứa thành phần DC trơn hoặc dạng chỉnh lưu nhiều pha, khiến Type B trở thành lựa chọn phù hợp nếu nhà sản xuất xác định nguy cơ này.

Tương tự, UPS công suất, hệ thống điện mặt trời và bộ sạc xe điện có thể chứa các tầng AC/DC và DC/AC. Tuy nhiên, tên ứng dụng không đủ để kết luận Type B luôn bắt buộc. Phải xem thiết kế bộ biến đổi và các chức năng bảo vệ DC đã tích hợp.

Ví dụ, với sạc EV, nếu thiết bị không có biện pháp phát hiện và ngắt DC fault current thích hợp thì Type B có thể cần thiết. Nếu bộ sạc có thiết bị phát hiện dòng dư DC được thiết kế để xử lý ngưỡng trên 6 mA, một cấu hình dùng Type A hoặc Type F kết hợp chức năng đó có thể được áp dụng theo tiêu chuẩn và hướng dẫn của thiết bị.

Với hệ PV, bộ inverter không cách ly có thể làm phía AC tiếp xúc với dạng dòng sự cố chịu ảnh hưởng từ phía DC. Vì vậy Type B là một phương án quan trọng khi RCD phải xử lý nguy cơ này; lựa chọn cuối cùng vẫn phải dựa trên kiến trúc inverter và yêu cầu của nhà sản xuất thay vì chỉ dựa vào nhãn “solar”.

Type B vì thế không nên được hiểu đơn giản là “RCCB tốt nhất”. Nó có phạm vi nhận biết dạng dòng rộng nhất trong bốn loại, nhưng lựa chọn đúng vẫn là loại đáp ứng các dạng dòng rò thực sự có thể xuất hiện trong mạch.

Cách chọn loại RCCB trong thực tế

Có thể bắt đầu bằng đặc tính điện bên trong tải, thay vì bắt đầu từ catalog RCCB. Nếu tải chỉ có phần tử AC truyền thống và không tạo thành phần chỉnh lưu đáng kể, Type AC mới là ứng viên. Khi xuất hiện chỉnh lưu một pha và DC xung, chuyển phạm vi đánh giá sang Type A.

Nếu tải có bộ điều khiển tốc độ hoặc inverter một pha, cần kiểm tra xem dòng rò có chứa thành phần hỗn hợp tần số hay không. Khi đó Type F là cấp cần xem xét thay vì mặc định Type A. Nếu cấu trúc bộ biến đổi có khả năng tạo DC trơn hoặc dòng chỉnh lưu từ nhiều pha, phạm vi chuyển sang Type B.

Sau bước nhận diện dạng dòng, tài liệu của chính thiết bị cần được dùng để xác nhận. Điều này đặc biệt quan trọng với inverter, EV charger và PV inverter vì hai sản phẩm cùng chức năng sử dụng có thể có kiến trúc điện và chức năng giám sát DC khác nhau.

Cũng cần tách type của RCCB khỏi các thông số lựa chọn khác. Việc xác định AC, A, F hay B không tự quyết định dòng dư định mức như 30 mA hay 300 mA, dòng định mức của RCCB hoặc yêu cầu phối hợp chọn lọc. Một RCCB đúng type nhưng sai các thông số còn lại vẫn chưa tạo thành phương án bảo vệ hoàn chỉnh.

Quy tắc thực dụng nhất là chọn type thấp nhất nhưng vẫn bao phủ đầy đủ dạng dòng rò cực đại có thể xuất hiện theo thiết kế tải và yêu cầu của nhà sản xuất. Không hạ type chỉ để giảm chi phí khi tồn tại dạng dòng mà RCCB không nhận biết được; đồng thời cũng không cần nâng lên Type B chỉ vì tải có điện tử nếu không có cơ chế tạo dòng rò nằm ngoài phạm vi Type A hoặc Type F.

Để chọn RCCB đúng, hãy bắt đầu từ dạng dòng rò, không phải tên thiết bị. Type AC chỉ dành cho dòng dư AC hình sin; Type A bổ sung khả năng xử lý DC xung và điều kiện DC trơn chồng lên giới hạn 6 mA; Type F mở rộng sang dòng hỗn hợp do một số bộ biến tần và mức DC trơn chồng lên 10 mA; Type B cần được xét khi có khả năng xuất hiện DC trơn hoặc dạng dòng từ bộ biến đổi nhiều pha.

Với tải điện tử phức tạp, đặc biệt là biến tần, EV charger và PV inverter, sơ đồ công suất và yêu cầu của nhà sản xuất có giá trị quyết định hơn việc suy đoán từ tên ứng dụng. Chọn đúng type là bảo đảm RCCB vẫn có thể “nhìn thấy” dạng dòng sự cố mà mạch thực tế có khả năng tạo ra.