Khi nào cần derating MCCB?

Điều quan trọng là không đồng nhất “MCCB làm việc được đến 70 °C” với “MCCB mang được 100% dòng định mức đến 70 °C”. Một thiết bị có thể vẫn nằm trong dải nhiệt độ vận hành cho phép nhưng dòng liên tục phải giảm để không vượt giới hạn nhiệt của tiếp điểm, thanh dẫn và đầu nối.

MCCB cần derating khi điều kiện thực tế vượt điều kiện định mức

Có thể xác định nhanh nhu cầu derating theo các tình huống sau:

Vì vậy, câu trả lời cho “khi nào cần derating MCCB?” không phải đơn giản là “khi nhiệt độ trên 40 °C”. Mốc 40 °C rất phổ biến, nhưng quyết định cuối cùng phải căn cứ vào model MCCB, trip unit và điều kiện lắp đặt cụ thể. Chẳng hạn, một số dòng MCCB cho phép nhiều tư thế lắp đặt mà không giảm đặc tính định mức, trong khi các điều kiện nhiệt độ hoặc độ cao lại có bảng hiệu chỉnh riêng.

Nhiệt độ ảnh hưởng khác nhau đến trip nhiệt-từ và trip điện tử

Trip nhiệt-từ

Ở MCCB thermal-magnetic, phần bảo vệ quá tải sử dụng phần tử nhiệt nên đặc tính tác động phụ thuộc nhiệt độ môi trường. Khi môi trường nóng hơn nhiệt độ hiệu chuẩn, MCCB đã ở trạng thái nhiệt cao hơn trước khi mang tải; cùng một dòng điện vì thế có thể làm phần tử nhiệt đạt ngưỡng tác động sớm hơn. Kết quả là khả năng mang dòng liên tục giảm và nguy cơ trip ngoài mong muốn tăng.

Ngược lại, trong môi trường lạnh, thời gian tác động nhiệt có thể dài hơn. Điều này không có nghĩa người thiết kế được tự động tăng dòng tải vượt định mức; nếu nhiệt độ lệch đáng kể so với điều kiện hiệu chuẩn, đặc tính bảo vệ vẫn phải được kiểm tra theo dữ liệu của nhà sản xuất.

Trip điện tử

Trip điện tử ít phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ môi trường hơn vì dòng điện được đo và xử lý bằng mạch điện tử thay vì dùng nhiệt độ của thanh lưỡng kim để xác định ngưỡng quá tải. Tuy nhiên, điều đó không đồng nghĩa MCCB điện tử luôn được mang 100% In ở mọi nhiệt độ.

Ngay cả khi ngưỡng tác động điện tử vẫn chính xác, dòng tải còn đi qua tiếp điểm, thanh dẫn, đầu nối và các bộ phận sinh nhiệt của MCCB. Khi nhiệt độ môi trường tăng, khả năng tản nhiệt giảm; giới hạn dòng liên tục của thiết bị do đó vẫn có thể phải hạ xuống. Một số họ MCCB điện tử duy trì đầy đủ định mức trong một khoảng nhiệt độ khá rộng, trong khi model hoặc frame lớn hơn có thể bắt đầu derating sớm hơn.

Đây là lý do không nên chọn hệ số derating chỉ dựa vào chữ “thermal-magnetic” hay “electronic”. Trip unit quyết định một phần cơ chế, còn temperature performance của toàn bộ MCCB mới quyết định dòng cho phép cuối cùng.

Nhiệt độ trong tủ mới là giá trị cần dùng để derating

Sai lệch thường gặp nhất là lấy nhiệt độ phòng làm nhiệt độ môi trường của MCCB. Trong tài liệu kỹ thuật của MCCB, ambient temperature thường được hiểu là nhiệt độ không khí ngay xung quanh thiết bị. Vì vậy, một phòng điện ở 35 °C không có nghĩa MCCB cũng đang làm việc ở 35 °C; bên trong một tủ kín hoặc tủ có mật độ tổn hao lớn, nhiệt độ quanh breaker có thể cao hơn đáng kể.

Tình trạng này dễ xuất hiện khi nhiệt từ MCCB, thanh cái, cáp và các thiết bị khác tích tụ trong tủ nhưng khả năng đối lưu hoặc thông gió không đủ. Do đó, thay vì tự đặt một “hệ số tủ kín”, cách đúng là xác định nhiệt độ dự kiến hoặc nhiệt độ đo được tại vùng lắp MCCB rồi áp dụng bảng temperature derating tương ứng. Nếu nhà sản xuất quy định thêm hệ số cho cấu hình cụ thể thì mới áp dụng hệ số đó.

Yêu cầu thông gió cũng không chỉ mang tính lý thuyết. Hướng dẫn vận hành MCCB yêu cầu tủ điện có thông gió phù hợp và khi xuất hiện trip lặp lại do nhiệt độ vận hành cao, việc kiểm tra thông gió của switchboard và nhiệt độ môi trường là một trong những bước chẩn đoán trực tiếp.

Không có một hệ số derating theo nhiệt độ dùng chung cho mọi MCCB

Một bảng derating cụ thể cho thấy mức giảm dòng có thể đáng kể và thay đổi theo rating. Với MCCB ComPact NSXm sử dụng trip nhiệt-từ TM-D, model 100 A được định mức 100 A ở 40 °C nhưng bảng nhiệt độ cho phép khoảng 94 A ở 50 °C, 87 A ở 60 °C và 80 A ở 70 °C. Như vậy, cùng một MCCB 100 A, hệ số tương đương lần lượt khoảng 0,94; 0,87 và 0,80 ở ba mức nhiệt độ này.

Các con số trên chỉ minh họa nguyên tắc, không phải bảng derating chung. Dòng MCCB khác có thể cho kết quả khác. Chẳng hạn, dữ liệu của một số họ Tmax XT cho thấy nhiều MCCB dùng trip điện tử có thể giữ nguyên dòng đến khoảng 55 °C, trong khi các cấu hình khác bắt đầu giảm sớm hơn; với trip nhiệt-từ, nhà sản xuất công bố bảng dòng tương ứng từng nhiệt độ và từng rating.

Do đó, cách lấy một tỷ lệ cố định như 0,8 hoặc 0,9 cho mọi MCCB ở nhiệt độ cao có thể dẫn đến hai sai lệch: giảm quá nhiều làm thiết kế tốn kém không cần thiết, hoặc giảm chưa đủ khiến MCCB vận hành vượt giới hạn nhiệt thực tế.

Độ cao, tần số và cấu hình lắp đặt cũng có thể làm thay đổi định mức

Nhiệt độ không phải điều kiện duy nhất phải kiểm tra. Với nhiều dòng MCCB, thiết bị giữ nguyên đặc tính danh định đến khoảng 2.000 m. Khi cao hơn mức này, mật độ không khí giảm làm khả năng làm mát và độ bền điện môi suy giảm, vì vậy cả dòng nhiệt cho phép lẫn điện áp vận hành có thể phải hiệu chỉnh. Với một dòng ComPact NSX, ví dụ, dòng nhiệt tại 40 °C được đưa về khoảng 0,96 × In ở 3.000 m, 0,93 × In ở 4.000 m và 0,90 × In ở 5.000 m.

Tần số nguồn cũng cần được xem xét khi hệ thống không vận hành ở điều kiện 50/60 Hz thông thường. Ở 400 Hz, tổn hao do dòng điện xoáy và hiệu ứng bề mặt tăng, làm nhiệt độ thiết bị tăng tại cùng mức dòng. Với MCCB được thiết kế cho ứng dụng này, nhà sản xuất có thể yêu cầu current derating riêng.

Ngược lại, không phải mọi thay đổi hình học đều mặc nhiên làm giảm định mức. Có dòng MCCB cho phép lắp đứng, ngang hoặc nằm mà không derating các đặc tính danh định. Điều này cho thấy cách xử lý đúng là kiểm tra giới hạn của đúng sản phẩm, thay vì tự đặt hệ số chỉ vì hướng lắp thay đổi.

Các yếu tố như kích thước dây dẫn, kiểu đầu nối, thanh cái, mật độ thiết bị và thông gió vẫn cần được xem xét vì chúng ảnh hưởng đến cân bằng nhiệt của hệ thống. Tuy nhiên, không nên tự nhân nhiều “hệ số kinh nghiệm” với nhau nếu tài liệu kỹ thuật không quy định cách kết hợp; một số bảng của nhà sản xuất đã được xây dựng cho cấu hình kết nối và lắp đặt cụ thể.

Cách xác định dòng MCCB sau derating

Quy trình thực tế nên bắt đầu từ điều kiện vận hành, không bắt đầu từ một hệ số có sẵn. Trước hết cần xác định chính xác mã MCCB, frame size, rating In và loại trip unit. Sau đó xác định nhiệt độ cực đại dự kiến của không khí ngay quanh MCCB trong tủ, thay vì chỉ lấy nhiệt độ môi trường bên ngoài.

Tiếp theo, tra bảng temperature performance hoặc temperature derating dành riêng cho model và kiểu trip unit đó. Nếu thiết bị nằm ở độ cao trên giới hạn tiêu chuẩn, dùng thêm dữ liệu altitude derating của cùng dòng sản phẩm. Với hệ thống có tần số đặc biệt, cấu hình đấu nối hoặc điều kiện tản nhiệt khác cấu hình thử nghiệm, tiếp tục kiểm tra bảng hoặc hướng dẫn tương ứng của nhà sản xuất.

Giá trị thu được phải được hiểu là giới hạn dòng cho điều kiện thực tế, không đơn thuần là phép toán In × một hệ số chung. Nếu nhà sản xuất công bố các hệ số độc lập và chỉ rõ cách kết hợp, mới áp dụng theo công thức đó. Nếu họ công bố trực tiếp dòng cho phép theo nhiệt độ hoặc cấu hình, nên dùng trực tiếp giá trị trong bảng.

Cuối cùng phải kiểm tra đồng thời dòng tải, cài đặt bảo vệ quá tải và khả năng mang dòng của dây dẫn. Nếu dòng tải lớn hơn khả năng mang dòng của MCCB sau derating, giải pháp không chỉ là tăng setting: có thể phải cải thiện thông gió, giảm nhiệt trong tủ, phân bố lại thiết bị hoặc chọn MCCB/frame phù hợp hơn. Khi thay MCCB lớn hơn, cài đặt bảo vệ vẫn phải bảo đảm không vượt khả năng chịu dòng của cáp và thiết bị phía sau.

Một điểm cần tránh là nhầm derating do nhiệt độ và môi trường với các giới hạn tải liên tục được quy định bởi một tiêu chuẩn hoặc hệ thống quy phạm cụ thể. Đây là những phép kiểm tra khác nhau; thỏa mãn một điều kiện không tự động thay thế điều kiện còn lại.

MCCB cần derating khi điều kiện vận hành thực tế làm khả năng mang dòng hoặc đặc tính bảo vệ khác với điều kiện định mức của thiết bị. Tình huống phổ biến nhất là nhiệt độ quanh MCCB trong tủ cao hơn nhiệt độ tham chiếu, đặc biệt với trip nhiệt-từ; ngoài ra phải kiểm tra thêm độ cao, tần số và các điều kiện lắp đặt ảnh hưởng đến tản nhiệt.

Không nên dùng một hệ số derating MCCB cố định cho mọi trường hợp. Cách đáng tin cậy là xác định đúng model và trip unit, xác định nhiệt độ thực tế tại vị trí MCCB, sau đó lấy dòng cho phép từ bảng của nhà sản xuất và kiểm tra lại với dòng tải, setting bảo vệ cùng khả năng mang dòng của dây dẫn.