Cấu tạo ELCB gồm những bộ phận nào?

Cần phân biệt cách gọi này với ELCB kiểu điện áp đời cũ. Hai loại cùng hướng đến bảo vệ khi có sự cố rò điện nhưng bộ phận cảm biến và nguyên lý phát hiện khác nhau. Vì vậy, cấu tạo dưới đây tập trung vào ELCB kiểu phát hiện dòng dư đang được sử dụng phổ biến, đồng thời chỉ rõ những bộ phận có thể thay đổi giữa RCCB, RCBO và các thiết bị chống rò tích hợp bảo vệ quá dòng.

ELCB gồm những bộ phận chính nào?

Xét theo chức năng, cấu tạo ELCB có thể chia thành các cụm từ phát hiện dòng rò, tạo lệnh nhả đến trực tiếp ngắt đường điện. Một thiết bị cụ thể có thể bố trí linh kiện khác nhau, nhưng chuỗi chức năng cơ bản vẫn tương tự.

Nếu ELCB đồng thời có chức năng bảo vệ quá tải hoặc ngắn mạch, thiết bị còn có bộ nhả quá dòng. Thành phần này không phải bộ phận bắt buộc của mọi thiết bị chống dòng rò.

Biến dòng thứ tự không phát hiện dòng rò như thế nào?

Biến dòng thứ tự không, thường được gọi là ZCT, CBCT hoặc biến dòng tổng, là bộ phận cảm biến trung tâm của ELCB hoạt động theo nguyên lý dòng dư. Nó thường có một lõi từ hình xuyến, trong đó các dây dẫn làm việc của mạch đi xuyên qua lõi.

Với mạch một pha, dây pha và dây trung tính cùng đi qua biến dòng. Khi hệ thống hoạt động bình thường, dòng đi tới tải qua dây pha gần bằng dòng trở về qua dây trung tính nhưng có chiều ngược nhau. Tổng vectơ dòng điện qua lõi vì thế xấp xỉ bằng 0, từ thông tổng gần như triệt tiêu và cuộn thứ cấp không tạo ra tín hiệu đủ để làm thiết bị tác động.

Khi một phần dòng điện thoát khỏi đường trở về bình thường, chẳng hạn đi qua vỏ thiết bị rồi xuống đất, dòng trên dây pha và dây trung tính không còn cân bằng. Phần chênh lệch chính là dòng dư. Nó tạo từ thông trong lõi, từ đó sinh tín hiệu ở cuộn thứ cấp để đưa sang bộ phận nhả.

Ở hệ thống nhiều pha, nguyên tắc không thay đổi: các dây dẫn mang điện cần giám sát đều được đưa qua lõi cảm biến để tổng dòng được so sánh. Dây bảo vệ PE thông thường không đi qua lõi này, bởi dòng rò đi theo PE hoặc một đường ngoài mạch chính phải tạo ra độ mất cân bằng mà cảm biến có thể nhận biết.

Thông số IΔn ghi trên thiết bị biểu thị dòng dư tác động định mức. Ví dụ, thiết bị mang thông số IΔn = 30 mA được thiết kế với mức nhạy dòng dư thuộc cấp 30 mA; con số này không phải dòng tải định mức của ELCB. Dòng tải và độ nhạy chống rò là hai thông số khác nhau.

Mạch phát hiện và cơ cấu nhả cắt làm gì?

Tín hiệu sinh ra ở biến dòng chưa trực tiếp tạo ra khoảng cách cách điện cần thiết giữa các tiếp điểm. ELCB cần một chuỗi truyền tác động từ cảm biến đến cơ cấu cơ khí.

Ở thiết kế điện cơ, năng lượng từ cuộn thứ cấp có thể tác động lên một bộ nhả điện từ có độ nhạy cao. Khi tín hiệu đạt điều kiện tác động, bộ nhả giải phóng chốt giữ của cơ cấu đóng cắt. Lò xo đã tích năng sau đó kéo hệ thống tiếp điểm sang trạng thái mở.

Ở ELCB sử dụng điện tử, tín hiệu từ cảm biến có thể được chỉnh lưu, khuếch đại hoặc xử lý trước khi mạch điều khiển cấp lệnh cho cuộn trip. Cách bố trí linh kiện khác với thiết kế điện cơ nhưng chuỗi chức năng vẫn là:

Phát hiện mất cân bằng → tạo tín hiệu → xác định điều kiện tác động → nhả chốt → mở tiếp điểm

Sự phân chia này cũng giải thích vì sao biến dòng và cuộn trip không phải một bộ phận duy nhất. Biến dòng đảm nhiệm việc nhận biết dòng dư, trong khi bộ nhả và cơ cấu lò xo đảm nhiệm việc biến tín hiệu phát hiện thành chuyển động cắt mạch.

Tiếp điểm và cơ cấu đóng cắt ngắt điện ra sao?

Tiếp điểm chính là phần trực tiếp mang dòng tải khi ELCB ở trạng thái đóng. Khi cơ cấu nhả được kích hoạt, hệ thống truyền động buộc các tiếp điểm tách ra để làm gián đoạn đường dẫn điện.

Quá trình tách tiếp điểm có thể xuất hiện hồ quang điện. Vì vậy, vùng đóng cắt được thiết kế với cấu trúc kiểm soát và dập hồ quang phù hợp với khả năng cắt của thiết bị. Ở những ELCB tích hợp chức năng của circuit breaker, cụm dập hồ quang thường thể hiện rõ hơn do thiết bị còn phải xử lý các điều kiện dòng điện lớn theo thiết kế của nó.

Tay gạt ở mặt trước liên kết với cơ cấu chốt và lò xo, cho phép người dùng đóng hoặc cắt thiết bị bằng tay và đặt lại sau khi thiết bị đã trip. Tuy nhiên, tay gạt không thực hiện chức năng phát hiện dòng rò. Việc trip tự động xuất phát từ chuỗi cảm biến và bộ nhả bên trong.

Ở thiết bị nhiều cực, cơ cấu truyền động liên kết các tiếp điểm để những cực cần cắt được chuyển trạng thái theo cùng một thao tác. Nhờ đó, khi phát hiện sự cố, ELCB không chỉ nhận biết dòng rò mà còn tạo ra sự cách ly điện cần thiết tại các tiếp điểm chính.

Nút TEST, đầu nối và vỏ thiết bị có chức năng gì?

Mạch TEST thường gồm nút nhấn, điện trở hạn dòng và đường dẫn thử được bố trí sao cho khi nhấn nút, một dòng điện nhỏ đi theo đường tạo ra sự mất cân bằng qua biến dòng. ELCB vì thế “nhìn thấy” một trạng thái tương tự dòng rò và phải thực hiện chuỗi phát hiện, nhả cơ cấu rồi mở tiếp điểm.

Do đó, nút TEST không đơn thuần kiểm tra nút bấm. Nó kiểm tra đồng thời nhiều mắt xích bên trong gồm cảm biến dòng dư, bộ phận nhả và cơ cấu đóng cắt. Tuy nhiên, phép thử nội bộ này không đồng nghĩa với việc đã kiểm tra toàn bộ hệ thống nối đất, chất lượng dây PE hoặc tất cả điều kiện an toàn của hệ thống điện bên ngoài ELCB.

Các đầu cực phía nguồn và phía tải tạo điểm kết nối giữa ELCB với dây dẫn của hệ thống. Bên trong thiết bị, đường dẫn điện được bố trí để các dây cần giám sát đi qua vùng cảm biến trước khi tới hoặc sau khi qua hệ thống tiếp điểm tùy kiến trúc cụ thể.

Vỏ cách điện giữ cố định lõi từ, tiếp điểm, lò xo, mạch điện và các chi tiết cơ khí, đồng thời tạo khoảng cách cách điện giữa phần mang điện với bề mặt có thể tiếp xúc. Các vách cách điện và kết cấu cơ khí bên trong cũng giúp giới hạn ảnh hưởng giữa vùng đóng cắt với mạch cảm biến có độ nhạy cao.

Cấu tạo ELCB thay đổi thế nào theo từng loại?

Điểm dễ gây nhầm lẫn là tên ELCB trên thị trường không phải lúc nào cũng chỉ một cấu trúc duy nhất. Phần phát hiện dòng rò có thể tương tự nhau nhưng chức năng bảo vệ tích hợp quyết định thiết bị có thêm những bộ phận nào.

Với thiết bị tương đương RCCB, chức năng chính là phát hiện dòng dư và ngắt mạch. Cấu tạo tập trung vào biến dòng, bộ nhả, cơ cấu đóng cắt, tiếp điểm và mạch thử. Loại này không tích hợp chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch như một bộ bảo vệ quá dòng hoàn chỉnh, nên hệ thống phải có phương án bảo vệ quá dòng thích hợp ở vị trí liên quan.

Với thiết bị tương đương RCBO, ngoài cụm chống dòng rò còn có cơ cấu bảo vệ quá dòng. Tùy công nghệ, phần bổ sung có thể gồm thanh lưỡng kim để phản ứng với quá tải, bộ nhả từ hoặc mạch điện tử để nhận biết dòng sự cố lớn. Vì vậy, khi tháo hai thiết bị có cùng số cực và cùng chức năng chống rò, RCBO thường có kiến trúc bên trong phức tạp hơn RCCB.

Các ELCB dạng circuit breaker công nghiệp tích hợp chức năng chống rò cũng có thể bổ sung bộ xử lý điện tử, bộ trip quá dòng, buồng dập hồ quang và các phần tử nguồn phụ cho mạch phát hiện. Những bộ phận đó thuộc kiến trúc tích hợp của từng dòng sản phẩm chứ không phải thành phần bắt buộc của mọi ELCB.

Ngoài ra còn tồn tại ELCB kiểu điện áp đời cũ. Loại này phát hiện điện áp xuất hiện giữa phần kim loại cần bảo vệ và điểm đất tham chiếu, vì vậy phần tử cảm biến của nó khác với biến dòng tổng dùng trong thiết bị dòng dư hiện đại. Đây là lý do không nên xác định cấu tạo chỉ dựa vào chữ “ELCB”; ký hiệu RCCB, RCBO, sơ đồ nguyên lý và thông số trên thiết bị mới cho biết chính xác nhóm chức năng được tích hợp.

Cấu tạo cốt lõi của ELCB kiểu dòng dư có thể hiểu theo một chuỗi chức năng rõ ràng: biến dòng phát hiện sự mất cân bằng, bộ phát hiện tạo lệnh tác động, cơ cấu nhả giải phóng hệ thống đóng cắt và tiếp điểm chính ngắt đường điện. Mạch TEST cho phép kiểm tra chuỗi hoạt động này, còn đầu cực và vỏ cách điện đảm nhiệm kết nối, cố định và cách ly các bộ phận bên trong.

Điểm quan trọng là không phải mọi ELCB đều có cấu tạo hoàn toàn giống nhau. Thiết bị chỉ bảo vệ dòng dư và thiết bị tích hợp thêm bảo vệ quá dòng sẽ khác nhau ở bộ nhả và các phần tử bảo vệ bổ sung. Vì vậy, khi xác định cấu tạo của một ELCB cụ thể, cần phân biệt trước thiết bị thuộc kiến trúc RCCB, RCBO, ELCB tích hợp circuit breaker hay ELCB kiểu điện áp đời cũ.