Để đạt mục tiêu này, cần xem xét đồng thời đặc tính thời gian – dòng điện, các ngưỡng bảo vệ quá tải và ngắn mạch, sai số tác động, dòng ngắn mạch dự kiến tại vị trí nhánh và dữ liệu phối hợp do nhà sản xuất công bố. Trong vùng ngắn mạch tức thời, chỉ so sánh dòng định mức hoặc nhìn hai đường cong riêng lẻ thường chưa đủ để khẳng định chọn lọc.
Hai MCCB mắc nối tiếp được xem là phối hợp chọn lọc khi sự cố phía sau MCCB nhánh làm MCCB nhánh cắt nhưng không làm MCCB tổng tác động. Nhờ đó, phạm vi mất điện được giới hạn ở đúng phần mạch gặp sự cố.
Có hai mức cần phân biệt. Chọn lọc toàn phần nghĩa là tính chọn lọc được bảo đảm trong toàn bộ phạm vi dòng sự cố mà tổ hợp thiết bị được công bố. Chọn lọc từng phần chỉ được bảo đảm đến một giá trị giới hạn gọi là dòng chọn lọc (Is). Khi dòng sự cố vượt Is, không còn cơ sở để bảo đảm chỉ MCCB nhánh tác động.
Vì vậy, câu hỏi quan trọng không phải đơn thuần là “MCCB tổng bao nhiêu A, MCCB nhánh bao nhiêu A”, mà là: tại mọi mức quá dòng có thể xuất hiện trên nhánh, MCCB nào sẽ tác động trước và sự phối hợp đó được bảo đảm đến mức dòng nào.
IEC 60947-2 cùng các hướng dẫn phối hợp bảo vệ liên quan phân biệt rõ vùng quá tải và vùng dòng sự cố. Cách kiểm tra chọn lọc ở hai vùng này không hoàn toàn giống nhau, nên một cặp MCCB có thể phối hợp tốt khi quá tải nhưng vẫn mất chọn lọc khi xảy ra ngắn mạch lớn.
Trong vùng quá tải, nguyên tắc cơ bản là MCCB nhánh phải tác động trước MCCB tổng. Muốn kiểm tra điều này cần so sánh đặc tính thời gian – dòng điện của hai bộ bảo vệ, không chỉ so sánh giá trị In ghi trên vỏ MCCB.
Với MCCB có bảo vệ điện tử, ngưỡng bảo vệ quá tải thường được biểu diễn qua chức năng L và giá trị pickup như Ir hoặc I1. MCCB nhánh được chỉnh theo dòng thiết kế và khả năng mang tải của mạch nhánh. MCCB tổng được chỉnh theo phụ tải của tuyến cấp chính, hệ số đồng thời và khả năng chịu dòng của cáp hoặc thanh cái phía tổng.
Điểm quan trọng là đường đặc tính của MCCB tổng phải nằm phía trên hoặc tác động chậm hơn MCCB nhánh trong vùng cần chọn lọc, đồng thời phải tính đến dung sai của bộ trip. Khi đánh giá trường hợp bất lợi, cần xem MCCB tổng ở phía tác động nhanh của vùng dung sai và MCCB nhánh ở phía tác động chậm của vùng dung sai. Nếu hai vùng đặc tính vẫn không chồng lấn, mức tin cậy về chọn lọc quá tải mới cao.
Không có một tỷ lệ cố định như “MCCB tổng phải gấp hai lần MCCB nhánh” có thể áp dụng cho mọi hệ thống. Một MCCB tổng 250 A và MCCB nhánh 100 A chưa đương nhiên chọn lọc; ngược lại, tổng dòng định mức của nhiều MCCB nhánh cũng không phải lúc nào phải nhỏ hơn dòng định mức của MCCB tổng, vì hệ thống còn phụ thuộc hệ số đồng thời và dòng tải thiết kế thực tế.
Khi dòng tăng tới vùng ngắn mạch, bảo vệ từ tức thời hoặc các chức năng S và I của bộ trip điện tử bắt đầu chi phối. Đây là vùng dễ xảy ra hiện tượng MCCB tổng và MCCB nhánh cùng cắt nhất.
Nếu MCCB cho phép điều chỉnh, ngưỡng tác động ngắn mạch của MCCB tổng thường được bố trí cao hơn ngưỡng của MCCB nhánh. Mục tiêu là để sự cố phía sau nhánh đủ làm thiết bị nhánh tác động nhưng chưa chạm tới vùng tác động tức thời của MCCB tổng.
Với MCCB tổng có trip điện tử, chức năng bảo vệ ngắn mạch có trễ S có thể được sử dụng để tạo khoảng thời gian cho MCCB nhánh cắt trước. Ngưỡng dòng và thời gian trễ của cấp bảo vệ phía nguồn được tăng dần so với cấp phía tải.
Tuy nhiên, tăng thời gian trễ không phải lúc nào cũng tốt hơn. Thời gian cắt dài hơn làm tăng năng lượng sự cố đi qua hệ thống, nên phải đồng thời kiểm tra khả năng chịu nhiệt và chịu lực điện động của MCCB, cáp, thanh cái và các thiết bị liên quan.
Khi dòng ngắn mạch đủ lớn để đưa MCCB tổng vào vùng tác động tức thời, quan hệ giữa hai MCCB trở nên phức tạp hơn do giới hạn dòng, năng lượng cho qua và đặc tính động của cơ cấu cắt.
Trong vùng này, việc thấy đường cong của MCCB nhánh nằm bên trái MCCB tổng chưa chắc đủ để chứng minh chọn lọc. Giá trị giới hạn chọn lọc của một cặp MCCB cần được lấy từ thử nghiệm hoặc bảng phối hợp của nhà sản xuất đối với đúng dòng sản phẩm, điện áp và cấu hình trip.
Đây cũng là lý do không nên mặc định rằng hai MCCB khác hãng sẽ chọn lọc chỉ vì thông số định mức có vẻ phù hợp. Đặc biệt ở vùng tức thời, dữ liệu thử nghiệm của một tổ hợp sản phẩm không thể tự động áp dụng cho một tổ hợp khác.
Một nhầm lẫn phổ biến là thấy Icu của MCCB cao hơn dòng ngắn mạch dự kiến rồi kết luận hệ thống đã phối hợp tốt. Icu hoặc Ics cho biết khả năng MCCB xử lý dòng ngắn mạch trong những điều kiện quy định; chúng không cho biết MCCB nhánh có cắt trước MCCB tổng hay không.
Ví dụ, nếu tại một tủ nhánh có dòng ngắn mạch dự kiến (Ik = 18,kA), MCCB nhánh phải có khả năng cắt phù hợp với mức sự cố này, trừ trường hợp sử dụng một tổ hợp bảo vệ dự phòng/cascading đã được nhà sản xuất xác nhận. Nhưng ngay cả khi MCCB nhánh và MCCB tổng đều có Icu lớn hơn 18 kA, hai thiết bị vẫn có thể cùng tác động nếu đặc tính bảo vệ không được phối hợp chọn lọc.
Ngược lại, cascading hoặc back-up protection cũng không đồng nghĩa với selectivity. Cascading tận dụng khả năng giới hạn dòng của thiết bị phía nguồn để hỗ trợ thiết bị phía tải chịu được dòng sự cố lớn hơn khả năng cắt độc lập của nó. Selectivity lại đặt mục tiêu thiết bị phía tải cắt mà thiết bị phía nguồn không cắt. Nếu một thiết kế sử dụng cả hai nguyên lý, cả khả năng back-up và tính chọn lọc đều phải được xác minh theo tổ hợp mà nhà sản xuất công bố.
Do đó cần thực hiện hai phép kiểm tra riêng: thiết bị có đủ khả năng xử lý dòng ngắn mạch tại vị trí lắp đặt hay không, và cặp MCCB có duy trì được trình tự tác động mong muốn hay không.
Cách thực tế nhất để xác nhận MCCB tổng và MCCB nhánh là xác định dòng ngắn mạch dự kiến tại vị trí cần bảo vệ rồi đối chiếu với bảng selectivity của nhà sản xuất.
Giả sử MCCB nhánh là 100 A, MCCB tổng là 250 A và dòng ngắn mạch dự kiến tại đầu nhánh là 18 kA. Nếu bảng phối hợp của đúng hai model MCCB, đúng điện áp và đúng cấu hình trip chỉ công bố (Is = 15,kA), tính chọn lọc chỉ được bảo đảm đến 15 kA. Vì (Ik = 18,kA) lớn hơn Is, không thể kết luận rằng MCCB nhánh chắc chắn sẽ cắt riêng khi xảy ra sự cố lớn nhất tại vị trí đó.
Nếu cùng tổ hợp đó có Is bằng hoặc lớn hơn 18 kA, điều kiện về giới hạn chọn lọc tại điểm đang xét được đáp ứng. Nếu bảng của nhà sản xuất ký hiệu tổ hợp là “total” hoặc “T”, cần hiểu kết quả theo đúng phạm vi điện áp, setting và khả năng cắt được quy định trong bảng.
Phép so sánh Ik với Is rất quan trọng vì một cặp MCCB có thể mang lại chọn lọc đầy đủ tại vị trí xa nguồn, nơi dòng ngắn mạch thấp, nhưng chỉ đạt chọn lọc từng phần khi đặt gần máy biến áp hoặc thanh cái chính, nơi dòng ngắn mạch cao hơn.
Với hệ thống quan trọng, phần mềm phối hợp bảo vệ của nhà sản xuất hoặc phần mềm tính toán hệ thống điện nên được dùng để chồng đường cong và kiểm tra toàn bộ dải quá dòng. Bảng selectivity vẫn cần được ưu tiên ở vùng tác động tức thời vì đây thường là dữ liệu thu được từ thử nghiệm của chính tổ hợp thiết bị.
Khi lựa chọn hoặc rà soát một cặp MCCB, có thể thực hiện theo trình tự sau:
1. Xác định dòng tải thiết kế của tuyến tổng và từng nhánh, sau đó chọn hoặc chỉnh Ir phù hợp với tải và khả năng mang dòng của dây dẫn, cáp hoặc thanh cái
2. Xác định dòng ngắn mạch dự kiến Ik tại từng vị trí MCCB nhánh, thay vì dùng một giá trị ngắn mạch chung cho toàn hệ thống
3. Kiểm tra khả năng cắt Icu/Ics hoặc điều kiện back-up của từng MCCB tại điện áp vận hành thực tế
4. Chồng đường cong thời gian – dòng điện, kiểm tra vùng quá tải và các vùng bảo vệ L/S/I, kể cả dung sai tác động
5. Ưu tiên để MCCB nhánh có ngưỡng hoặc thời gian tác động thấp hơn, còn MCCB tổng tạo khoảng cách về dòng, thời gian hoặc cả hai nhưng vẫn phải bảo vệ được tuyến phía nguồn
6. Tra bảng selectivity của đúng tổ hợp MCCB, kiểm tra giá trị Is hoặc trạng thái total selectivity tại đúng điện áp và setting
7. So sánh Ik với Is, chỉ coi tính chọn lọc được bảo đảm tại vị trí đang xét khi phạm vi công bố của tổ hợp bao phủ dòng sự cố dự kiến
8. Kiểm tra tác động của thời gian trễ, đặc biệt khả năng chịu nhiệt, chịu ngắn hạn và năng lượng sự cố của cáp, thanh cái cùng thiết bị phía nguồn
9. Không thay thế dữ liệu thử nghiệm bằng tỷ lệ In kinh nghiệm nếu sự cố có thể đưa MCCB tổng vào vùng tác động tức thời
Nếu MCCB tổng có trip điện tử với chức năng L/S/I, khả năng tạo chọn lọc thường linh hoạt hơn vì có thể điều chỉnh riêng ngưỡng quá tải, ngắn mạch có trễ và tức thời. Một số hệ thống còn hỗ trợ zone selective interlocking để thiết bị trao đổi trạng thái và chỉ trì hoãn bảo vệ ở cấp phía nguồn khi phát hiện thiết bị phía tải cũng nhìn thấy sự cố. Tuy nhiên, phương án này chỉ nên áp dụng khi thiết bị và kiến trúc bảo vệ hỗ trợ đúng chức năng đó.
Phối hợp MCCB tổng và MCCB nhánh vì vậy không nên được quyết định bằng một tỷ lệ dòng định mức duy nhất. Dòng In hoặc Ir chỉ là một phần của bài toán; tính chọn lọc còn phụ thuộc đường cong tác động, ngưỡng S/I, thời gian trễ, dung sai, dòng ngắn mạch tại từng điểm và đặc tính giới hạn năng lượng của chính thiết bị.
Trong thiết kế thực tế, nguyên tắc đáng tin cậy là để MCCB nhánh xử lý sự cố của nhánh trước, sau đó dùng đường cong thời gian – dòng điện để kiểm tra vùng quá tải và dùng bảng selectivity của nhà sản xuất để xác minh vùng ngắn mạch. Khi dòng ngắn mạch dự kiến tại nhánh nằm trong giới hạn chọn lọc được công bố và khả năng cắt của thiết bị cũng đáp ứng yêu cầu, hệ thống mới có cơ sở để duy trì nguồn cho các nhánh lành khi một nhánh xảy ra sự cố.
