Ở RCCB 2 cực, dây pha và dây trung tính cùng đi qua bộ biến dòng vi sai. Với RCCB 4 cực, các dây pha và dây trung tính của mạch được đưa qua cùng hệ thống cảm biến. Dây PE không đi qua bộ biến dòng này. Khi tổng dòng điện qua các dây dẫn cân bằng, thiết bị giữ trạng thái đóng; khi xuất hiện dòng rò ra ngoài đường trở về bình thường, bộ cảm biến nhận biết phần dòng dư và kích hoạt cơ cấu cắt.
Một RCCB điển hình có thể được chia thành các cụm cấu tạo chính sau:
· Biến dòng vi sai dạng hình xuyến dùng để phát hiện sự mất cân bằng dòng điện
· Cuộn dây cảm biến thứ cấp tạo tín hiệu khi trong lõi từ xuất hiện từ thông dư
· Bộ nhả nhận tín hiệu từ hệ thống cảm biến và giải phóng cơ cấu đóng cắt
· Cơ cấu chốt, lò xo và tay gạt duy trì hoặc thay đổi trạng thái đóng – mở của thiết bị
· Hệ thống tiếp điểm chính đóng hoặc cách ly các dây dẫn của mạch điện
· Mạch TEST gồm nút thử và điện trở chủ động tạo dòng điện mất cân bằng để kiểm tra khả năng tác động
· Cọc đấu dây và đường dẫn dòng bên trong kết nối RCCB với nguồn và tải
· Vỏ cách điện cùng bộ phận chỉ thị trạng thái bảo vệ các chi tiết bên trong và hỗ trợ nhận biết trạng thái thiết bị
Không phải mọi RCCB đều có cách bố trí chi tiết giống nhau. Thiết kế cơ khí, bộ chỉ thị hoặc mạch xử lý tín hiệu có thể khác giữa từng dòng sản phẩm. Tuy nhiên, chuỗi chức năng cảm biến → nhả → mở tiếp điểm là phần cốt lõi của cấu tạo RCCB.
Biến dòng vi sai là bộ phận trung tâm giúp RCCB nhận biết dòng rò. Nó thường sử dụng một lõi từ hình xuyến. Các dây dẫn mang điện của mạch đi xuyên qua lõi này và về mặt điện từ đóng vai trò tương tự các cuộn sơ cấp của biến dòng.
Trong điều kiện bình thường, dòng đi đến tải và dòng trở về có giá trị cân bằng. Từ trường do các dòng này sinh ra trong lõi từ triệt tiêu lẫn nhau nên cuộn thứ cấp không tạo ra tín hiệu đủ để làm RCCB tác động.
Nếu một phần dòng điện thoát ra đất hoặc đi theo một đường khác thay vì trở về qua những dây dẫn nằm trong RCCB, tổng dòng qua lõi không còn bằng không. Phần chênh lệch đó chính là dòng điện dư. Từ thông dư xuất hiện trong lõi và tạo tín hiệu ở cuộn cảm biến thứ cấp.
Ví dụ, RCCB có độ nhạy danh định (IΔn = 30\text{ mA}) được thiết kế cho cấp dòng điện dư danh định 30 mA. Giá trị ghi trên thiết bị là thông số của hệ thống phát hiện và tác động, không phải dòng tải mà RCCB đang mang.
Một điểm dễ nhầm là RCCB không đo riêng dòng trên dây pha rồi so sánh bằng một cảm biến độc lập trên dây trung tính. Các dây dẫn liên quan được đưa qua cùng một hệ thống biến dòng tổng, nhờ đó chính tổng vectơ của các dòng điện quyết định tín hiệu dòng dư.
Tín hiệu từ cuộn cảm biến phải được chuyển thành chuyển động cơ khí đủ để mở tiếp điểm. Nhiệm vụ này thuộc về bộ nhả dòng dư và cơ cấu chốt truyền động.
Ở thiết kế điện cơ, năng lượng hình thành từ tín hiệu dòng dư có thể tác động trực tiếp lên bộ nhả. Khi lực tác động đạt điều kiện thiết kế, chốt giữ được giải phóng. Năng lượng đã tích trong cơ cấu lò xo sau đó làm các tiếp điểm chuyển nhanh sang trạng thái mở.
Một số thiết kế khác có thêm mạch xử lý điện tử để đánh giá dạng dòng dư trước khi điều khiển bộ nhả. Vì vậy, không nên coi sơ đồ linh kiện bên trong của tất cả RCCB là hoàn toàn giống nhau; mức độ phức tạp phụ thuộc loại RCCB và công nghệ của nhà sản xuất.
Điểm quan trọng về cấu tạo là bộ nhả không trực tiếp đảm nhiệm toàn bộ công việc cắt dòng. Nó tạo ra lệnh cơ khí giải phóng chốt, còn cơ cấu truyền động và hệ thống tiếp điểm thực hiện quá trình mở mạch.
Tiếp điểm chính nằm trên đường dẫn dòng điện của RCCB. Khi thiết bị ở trạng thái ON, các tiếp điểm được ép đóng để dòng điện đi từ cọc nguồn đến cọc tải. Khi RCCB tác động, cơ cấu truyền động làm các tiếp điểm cần thiết mở ra và cách ly mạch.
Tay gạt ở mặt trước cho phép người dùng đóng hoặc mở RCCB bằng thao tác cơ học. Tuy nhiên, tay gạt chỉ là bộ phận điều khiển bên ngoài. Bên trong còn có hệ thống chốt và lò xo để RCCB có thể tự nhả ngay cả khi sự cố xuất hiện mà không cần người vận hành.
Cơ cấu đóng cắt còn giúp các tiếp điểm chuyển trạng thái nhanh thay vì mở từ từ theo chuyển động của tay người. Điều này có ý nghĩa vì quá trình tách tiếp điểm khi đang có dòng điện có thể sinh hồ quang. Tùy thiết kế, khu vực tiếp điểm được kết hợp với các chi tiết kiểm soát hoặc dập hồ quang nhằm hỗ trợ quá trình ngắt điện.
Cũng cần phân biệt RCCB với thiết bị bảo vệ quá dòng. RCCB không tích hợp chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch như RCBO hoặc MCB, vì vậy thanh lưỡng kim hay bộ nhả từ tức thời dùng cho bảo vệ quá dòng không phải thành phần bắt buộc của một RCCB đúng nghĩa.
Nút TEST không chỉ là một nút cơ khí. Nó thuộc một mạch thử bên trong RCCB, thường kết hợp với điện trở có nhiệm vụ giới hạn dòng điện.
Khi nhấn TEST trong điều kiện thiết bị được cấp điện đúng cách, mạch thử cố ý tạo một dòng điện đi theo đường làm xuất hiện mất cân bằng qua biến dòng vi sai. RCCB sẽ nhìn trạng thái này tương tự một dòng điện dư và phải thực hiện chuỗi tác động:
Biến dòng phát hiện mất cân bằng → bộ nhả hoạt động → cơ cấu chốt được giải phóng → tiếp điểm mở
Điện trở trong mạch TEST giới hạn dòng thử ở mức phù hợp với thiết kế. Cách mắc cụ thể có thể khác theo số cực và thiết kế của từng RCCB, vì vậy không nên suy luận sơ đồ đầu nối chỉ từ nguyên lý chung.
Nút TEST chủ yếu kiểm tra đường chức năng bên trong RCCB từ mạch tạo dòng lệch đến cơ cấu cắt. Nó không phải phép đo điện trở nối đất và cũng không chứng minh toàn bộ hệ thống tiếp địa của công trình đang đạt yêu cầu. Đây là giới hạn quan trọng khi hiểu chức năng của bộ phận này.
Cọc đấu dây tạo điểm kết nối cơ khí và điện giữa RCCB với dây nguồn, dây tải hoặc thanh cái. Từ các cọc này, đường dẫn dòng bên trong đi qua hệ thống tiếp điểm và vùng biến dòng theo cấu trúc đã được nhà sản xuất thiết kế.
RCCB 2 cực thường có đường dẫn cho pha và trung tính; phiên bản 4 cực có các đường dẫn tương ứng cho hệ thống nhiều pha và trung tính khi được sử dụng. Việc tất cả dây dẫn cần được giám sát đi qua hệ thống cảm biến là điều kiện để RCCB xác định đúng tổng dòng dư.
Bao quanh các cụm điện và cơ khí là vỏ vật liệu cách điện. Vỏ có nhiệm vụ cố định vị trí linh kiện, tạo khoảng cách cách điện và hạn chế người sử dụng tiếp xúc với phần mang điện. Hình dạng bên ngoài thường đồng thời hỗ trợ việc lắp thiết bị vào hệ thống tủ điện.
Một số RCCB còn có cửa sổ hoặc cơ cấu chỉ thị trạng thái tiếp điểm. Bộ phận này hữu ích khi quan sát trạng thái đóng – mở hoặc trạng thái tác động, nhưng không phải mọi sản phẩm đều sử dụng cùng một kiểu chỉ thị. Vì vậy, đây nên được xem là bộ phận phụ thuộc thiết kế hơn là thành phần quyết định nguyên lý phát hiện dòng rò.
Tóm lại, cấu tạo RCCB xoay quanh hệ thống biến dòng vi sai và cuộn cảm biến để phát hiện dòng điện dư, bộ nhả để giải phóng cơ cấu, hệ thống chốt – lò xo – tiếp điểm để ngắt mạch, cùng mạch TEST để kiểm tra khả năng tác động. Cọc đấu dây, đường dẫn dòng và vỏ cách điện hoàn thiện cấu trúc cơ – điện của thiết bị. Các chi tiết cụ thể có thể khác nhau giữa từng loại RCCB, nhưng nguyên tắc chung vẫn là phát hiện mất cân bằng dòng điện rồi chuyển tín hiệu đó thành thao tác mở tiếp điểm.
