Im trên MCCB là gì và ảnh hưởng thế nào?

Điểm quan trọng không nằm ở việc Im càng thấp hay càng cao càng tốt. Im phải đủ cao để MCCB không tác động nhầm bởi dòng quá độ bình thường, nhưng cũng phải đủ thấp để dòng ngắn mạch nhỏ nhất tại vị trí cần bảo vệ vẫn đưa MCCB vào vùng cắt tức thời. Ngoài ra, ký hiệu trên từng loại trip unit có thể khác nhau, nên cần đọc cùng đường cong thời gian–dòng điện của đúng MCCB đang sử dụng.

Im trên MCCB là ngưỡng tác động từ tức thời

Trên MCCB sử dụng bộ bảo vệ nhiệt–từ, Im là dòng điện ngưỡng của phần tử bảo vệ từ dùng cho ngắn mạch. Khi dòng điện tăng tới vùng tác động từ, lực điện từ của cơ cấu bảo vệ đủ lớn để giải phóng cơ cấu đóng cắt và làm MCCB mở mạch.

Im có thể được nhà sản xuất thiết kế dưới dạng giá trị cố định hoặc cho phép điều chỉnh. Khi có khả năng chỉnh, mặt MCCB có thể thể hiện Im bằng ampere hoặc dưới dạng hệ số nhân với một dòng tham chiếu, chẳng hạn:

Im = k × In

Trong đó In là dòng định mức được dùng làm cơ sở theo thiết kế của thiết bị, còn k là hệ số cài đặt. Tuy nhiên không nên mặc định mọi MCCB đều sử dụng đúng công thức này. Một số trip unit lấy cơ sở khác hoặc dùng ký hiệu Ii cho chức năng cắt tức thời.

Ví dụ, nếu một MCCB có In = 100 A và nhà sản xuất quy định Im = 8 × In thì ngưỡng danh định tương ứng là:

Im = 8 × 100 = 800 A

Điều này không có nghĩa cứ đúng 800 A thì MCCB luôn cắt tại một thời điểm tuyệt đối giống nhau. Cơ cấu bảo vệ có dung sai và đặc tính tác động được biểu diễn dưới dạng một vùng trên đường cong thời gian–dòng điện. Vì vậy giá trị trên núm chỉnh phải được hiểu cùng vùng tác động thực tế của thiết bị.

Im quyết định MCCB có vào vùng cắt ngắn mạch tức thời hay không

Khi xảy ra ngắn mạch, dòng điện có thể tăng lên nhiều lần dòng làm việc. Nếu dòng sự cố đi vào vùng tác động của bảo vệ từ, MCCB phát lệnh mở mà không áp dụng thời gian trễ có chủ ý.

“Tức thời” ở đây không đồng nghĩa thời gian cắt bằng 0. MCCB vẫn cần thời gian để cơ cấu nhả tác động, tiếp điểm tách ra, hồ quang hình thành và được dập tắt. Ý nghĩa của Im là loại bỏ phần thời gian trễ được sử dụng ở các vùng bảo vệ khác.

Có thể hình dung hai trường hợp:

· Khi dòng ngắn mạch vượt vùng tác động Im, MCCB chuyển sang cơ chế bảo vệ từ và cắt rất nhanh

· Khi dòng sự cố chưa đạt vùng Im, chức năng tức thời không được bảo đảm; MCCB có thể phải dựa vào vùng bảo vệ khác và thời gian loại trừ sự cố sẽ dài hơn

Sự khác biệt này rất quan trọng. Năng lượng nhiệt mà dây dẫn, thanh cái và thiết bị phải chịu trong sự cố có liên hệ với tích phân I²t. Khi dòng sự cố lớn được duy trì lâu hơn, ứng suất nhiệt và điện động trên hệ thống cũng tăng.

Vì vậy, ảnh hưởng của Im không chỉ là “MCCB có nhảy hay không”, mà còn là sự cố được đưa vào vùng cắt nhanh ở mức dòng điện nào.

Đặt Im thấp hoặc cao ảnh hưởng thế nào đến bảo vệ ngắn mạch?

Khi đặt Im thấp

Giảm Im làm vùng bảo vệ tức thời mở rộng xuống các mức dòng thấp hơn. Nhờ đó, một sự cố có dòng ngắn mạch không quá lớn vẫn có khả năng kích hoạt cơ cấu từ nhanh chóng.

Lợi ích trực tiếp là thời gian tồn tại của sự cố có thể được rút ngắn, qua đó hạn chế nhiệt lượng và ứng suất mà dây dẫn hoặc thiết bị phải chịu.

Đổi lại, nếu Im quá thấp, MCCB có thể coi một dòng quá độ hợp lệ là sự cố. Dòng khởi động động cơ, dòng xung khi đóng máy biến áp hoặc các tải có dòng vào ban đầu lớn đều có thể tiến gần hoặc vượt vùng tác động tức thời.

Im quá thấp ở MCCB phía nguồn còn có thể làm giảm tính chọn lọc. Khi một sự cố xảy ra ở mạch nhánh, cả MCCB nhánh và MCCB phía trên có thể cùng đi vào vùng cắt tức thời thay vì chỉ thiết bị gần sự cố nhất tác động.

Khi đặt Im cao

Tăng Im tạo thêm khoảng cách giữa dòng quá độ bình thường và ngưỡng cắt tức thời. Cách cài đặt này có thể giúp hạn chế tác động không mong muốn và tạo điều kiện phối hợp tốt hơn với thiết bị bảo vệ phía dưới.

Nhược điểm xuất hiện khi dòng ngắn mạch nhỏ nhất của mạch không đủ lớn để vượt Im.

Trường hợp này thường cần chú ý ở cuối đường dây dài hoặc nơi tổng trở vòng sự cố lớn. Dòng ngắn mạch tại đầu nguồn có thể rất cao, nhưng tại điểm xa nhất của mạch lại giảm đáng kể. Nếu Im được đặt cao hơn vùng dòng sự cố đó, MCCB sẽ không chắc chắn đi vào cơ chế cắt tức thời.

Do đó, Im cao không đồng nghĩa bảo vệ ngắn mạch mạnh hơn. Nó chỉ nâng ngưỡng mà dòng sự cố phải vượt qua để kích hoạt chức năng tức thời.

Im khác In, Ir, Isd, Ii và Icu như thế nào?

Việc nhầm các thông số này dễ dẫn đến cài đặt hoặc đánh giá sai chức năng của MCCB.

Điểm cần nhớ nhất là Im và Icu không cùng một loại thông số.

Im trả lời câu hỏi: “Dòng điện phải lớn đến mức nào để chức năng bảo vệ tức thời tác động?”

Icu lại trả lời câu hỏi: “MCCB được thiết kế để cắt dòng ngắn mạch lớn tối đa đến mức nào trong điều kiện quy định?”

Một MCCB có khả năng cắt dòng sự cố rất lớn không có nghĩa Im của nó cũng phải được đặt cao. Hai thông số giải quyết hai vấn đề kỹ thuật khác nhau.

Tương tự, không nên tự động đồng nhất Im với Ii. Chức năng có thể tương đương về mục tiêu bảo vệ tức thời, nhưng tên gọi, dòng tham chiếu và phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào loại trip unit.

Cách kiểm tra Im MCCB có phù hợp hay không

Không nên chọn Im chỉ bằng cách lấy một hệ số phổ biến nhân với In. Cần kiểm tra đồng thời dòng quá độ bình thường, dòng ngắn mạch của hệ thống và đặc tính tác động thực tế của MCCB.

Một quy trình thực tế gồm:

1. Xác định đúng thông số trên trip unit

2. Kiểm tra MCCB dùng Im, Ii hay một ký hiệu khác; xác định giá trị là cố định hay điều chỉnh được và được tính theo In, Ir hay một dòng tham chiếu khác

3. Xác định dòng quá độ lớn nhất của tải

4. Dòng khởi động hoặc dòng xung hợp lệ phải nằm ngoài vùng mà MCCB có thể tác động tức thời

5. Xác định dòng ngắn mạch nhỏ nhất tại điểm bất lợi nhất

6. Không chỉ kiểm tra dòng ngắn mạch cực đại gần nguồn; điểm cuối tuyến thường quan trọng khi đánh giá khả năng kích hoạt bảo vệ tức thời

7. So sánh bằng đường cong thời gian–dòng điện

8. Phải xét toàn bộ dải dung sai tác động, không chỉ so sánh một giá trị Im danh định

9. Kiểm tra phối hợp với MCCB phía trên và phía dưới

10. Đường cong không nên chồng lấn theo cách khiến thiết bị phía nguồn cắt trước khi thiết bị gần sự cố có cơ hội loại trừ lỗi

11. Kiểm tra khả năng cắt riêng biệt với cài đặt Im

12. Khả năng cắt của MCCB phải phù hợp với dòng ngắn mạch cực đại dự kiến tại vị trí lắp đặt

Về nguyên tắc, bài toán cài Im cần tạo được một “cửa sổ” bảo vệ: dòng quá độ hợp lệ nằm dưới vùng tác động tức thời, trong khi dòng ngắn mạch nhỏ nhất cần cắt nhanh vẫn nằm trên vùng tác động đó.

Nếu hai vùng này chồng lên nhau, việc chỉ xoay núm Im thường không giải quyết được hoàn toàn. Khi đó có thể phải xem lại loại trip unit, đặc tính tải, cấp bảo vệ hoặc phương án phối hợp của hệ thống.

Ví dụ ảnh hưởng của Im đến một mạch cụ thể

Giả sử một MCCB có:

· In = 100 A

· Im có thể chọn 5 × In hoặc 10 × In

· Dòng quá độ lớn nhất của tải khoảng 650 A

· Dòng ngắn mạch nhỏ nhất tính tại cuối tuyến khoảng 1.400 A

Nếu đặt:

Im = 5 × In = 500 A

Dòng quá độ 650 A đã cao hơn giá trị Im danh định. Vì vậy cài đặt này có nguy cơ đưa MCCB vào vùng tác động từ trong quá trình vận hành bình thường, tùy đặc tính và dung sai của thiết bị.

Nếu đặt:

Im = 10 × In = 1.000 A

Dòng quá độ 650 A nằm dưới ngưỡng danh định, trong khi dòng ngắn mạch 1.400 A nằm phía trên. Về mặt nguyên lý, đây là khoảng phân tách hợp lý hơn giữa dòng vận hành quá độ và dòng sự cố.

Tuy nhiên chưa thể kết luận chỉ từ ba con số trên. Cần kiểm tra đường cong tác động và dung sai của MCCB để xác nhận 650 A nằm trong vùng không tác động còn 1.400 A nằm chắc chắn trong vùng cắt tức thời.

Giả sử điều kiện hệ thống thay đổi và dòng ngắn mạch nhỏ nhất ở cuối tuyến chỉ còn 850 A. Khi Im được đặt ở 1.000 A, không thể mặc định MCCB sẽ tác động tức thời tại điểm đó. Đây chính là lý do Im phải được kiểm tra theo dòng ngắn mạch nhỏ nhất, chứ không chỉ dựa vào dòng định mức của MCCB.

Im trên MCCB là ngưỡng xác định thời điểm chức năng bảo vệ từ tức thời bắt đầu tham gia xử lý dòng ngắn mạch. Đặt Im thấp giúp tăng độ nhạy đối với sự cố có dòng nhỏ hơn và có thể rút ngắn thời gian loại trừ lỗi, nhưng nếu quá thấp sẽ tăng nguy cơ tác động bởi dòng quá độ và làm giảm phối hợp chọn lọc.

Ngược lại, Im cao tạo khoảng dự phòng tốt hơn cho dòng khởi động nhưng có thể khiến ngắn mạch ở cuối tuyến không đạt ngưỡng cắt tức thời. Vì vậy, cài đặt phù hợp phải được xác định từ đặc tính của chính MCCB, dòng quá độ của tải, dòng ngắn mạch nhỏ nhất và lớn nhất của hệ thống, cùng đường cong thời gian–dòng điện; không nên chọn Im chỉ dựa trên một hệ số kinh nghiệm.