MCB AC và MCB DC khác nhau như thế nào?

Ở nguồn AC, dòng điện tự đi qua giá trị 0 theo chu kỳ nên quá trình dập hồ quang thuận lợi hơn. Dòng DC không có điểm 0 tự nhiên như vậy, vì thế MCB dùng cho DC phải được thiết kế và kiểm chứng cho nhiệm vụ cắt khó hơn. Đây cũng là lý do không thể chỉ dựa vào dòng định mức, số cực hoặc hình thức bên ngoài để kết luận một MCB AC có thể thay cho MCB DC.

MCB AC và MCB DC khác nhau ở điểm nào?

Điểm khác biệt cốt lõi nằm ở khả năng ngắt dòng và dập hồ quang, không phải đơn thuần ở việc một thiết bị mang nhãn AC còn thiết bị kia mang nhãn DC.

Vì vậy, hai MCB cùng ghi 16 A hoặc cùng có đường cong C chưa chắc có khả năng đóng cắt tương đương. Dòng định mức 16 A mô tả khả năng mang dòng theo điều kiện quy định; nó không nói rằng thiết bị có thể cắt cùng một dòng ngắn mạch ở 230 V AC và 230 V DC.

Một điểm cũng dễ bị nhầm là đường cong B, C hoặc D. Đây chủ yếu là đặc tính tác động của bộ bảo vệ quá dòng, không phải bằng chứng cho thấy MCB được phép sử dụng với AC hay DC. Khả năng làm việc với loại nguồn nào vẫn phải được xác nhận bằng điện áp làm việc, khả năng cắt và tài liệu của nhà sản xuất.

Vì sao dòng DC khó cắt hơn dòng AC?

Khi tiếp điểm MCB tách ra trong lúc có dòng điện, môi trường giữa hai tiếp điểm bị ion hóa và hình thành hồ quang. Muốn ngắt mạch thành công, thiết bị phải làm cho hồ quang mất khả năng duy trì dẫn điện và khoảng cách tiếp điểm phải phục hồi đủ độ bền điện môi để điện áp nguồn không đánh thủng trở lại.

Với AC 50 Hz, dòng điện đi qua 0 sau mỗi khoảng 10 ms; tương đương 100 lần qua 0 trong một giây. Ở 60 Hz, hiện tượng này xảy ra 120 lần mỗi giây. Điểm dòng bằng 0 không tự nó bảo đảm hồ quang sẽ tắt, nhưng tạo thời điểm rất thuận lợi để buồng dập hồ quang làm nguội plasma và ngăn hồ quang tái lập. Schneider Electric cũng mô tả chính điểm qua 0 của AC là yếu tố khiến quá trình ngắt AC thuận lợi hơn so với DC.

DC không cung cấp điểm hỗ trợ này. Khi tiếp điểm mở, hồ quang có thể tiếp tục tồn tại miễn là điện áp nguồn và năng lượng trong mạch còn duy trì được nó. MCB phải kéo hồ quang vào buồng dập, kéo dài đường hồ quang, chia nó thành nhiều đoạn và làm nguội nhanh đến khi điện áp hồ quang đủ lớn để dòng bị cưỡng bức về 0.

Sự khác biệt càng đáng chú ý với tải cảm. Cuộn dây, động cơ hoặc các phần tử có điện cảm lưu trữ năng lượng theo dòng điện và chống lại sự thay đổi đột ngột của dòng. Khi ngắt, năng lượng này có thể tiếp tục duy trì hồ quang và tạo quá điện áp trên tiếp điểm. Do đó, định mức DC của MCB không nên được suy ra trực tiếp từ định mức AC.

Cấu tạo dập hồ quang của MCB DC khác gì?

MCB AC và MCB DC đều có thể có tiếp điểm đóng cắt và các lá kim loại trong buồng dập hồ quang. Tuy nhiên, thiết kế dành cho DC có thể bổ sung hoặc tăng cường cơ chế đưa hồ quang ra khỏi vùng tiếp điểm.

Một giải pháp là sử dụng từ trường để đẩy hồ quang vào các tấm chia hồ quang. Ví dụ, dòng S200MUC của ABB sử dụng nam châm vĩnh cửu ở vùng buồng dập để hỗ trợ cưỡng bức hồ quang. Với kiểu thiết kế này, chiều của từ trường liên quan trực tiếp đến chiều dòng điện, vì vậy đấu sai cực tính có thể khiến hồ quang bị đẩy theo hướng bất lợi thay vì đi vào buồng dập. ABB yêu cầu tuân thủ cực tính đối với cấu hình này.

Điều đó không có nghĩa mọi MCB DC đều phân cực. Trên thị trường cũng tồn tại thiết kế DC không yêu cầu cực tính. Vì vậy, quy tắc đúng không phải là “MCB DC luôn phải đấu đúng và -”, mà là phải kiểm tra ký hiệu và sơ đồ của chính model đang sử dụng.

Điện áp DC cao còn có thể được xử lý bằng cách đưa nhiều cực của breaker nối tiếp trong cùng một đường dẫn dòng. Khi nhiều bộ tiếp điểm cùng mở, tổng khoảng cách cách điện và tổng điện áp hồ quang mà thiết bị tạo ra tăng lên, giúp ngắt điện áp DC cao hơn. Đây phải là cấu hình đã được nhà sản xuất thử nghiệm; không nên tự nối tiếp các cực của một MCB bất kỳ rồi mặc nhiên cộng điện áp định mức.

Khả năng cắt và định mức của MCB AC, DC khác nhau ra sao?

Các tiêu chuẩn cho thấy rõ định mức AC và DC phải được đánh giá riêng. IEC 60898-1 áp dụng cho circuit breaker AC dùng trong hộ gia đình và ứng dụng tương tự, với điện áp danh định không quá 440 V AC, dòng danh định không quá 125 A và khả năng cắt ngắn mạch danh định không quá 25 kA.

IEC 60898-2 bổ sung yêu cầu cho breaker có khả năng làm việc với DC. Phạm vi tiêu chuẩn này bao gồm điện áp DC không quá 220 V đối với loại một cực và 440 V đối với loại hai cực, dòng danh định không quá 125 A và khả năng cắt ngắn mạch DC danh định không quá 10 kA.

Trong môi trường công nghiệp, một số MCB hoặc circuit breaker dạng module được công bố theo IEC 60947-2 thay vì chỉ IEC 60898. Phiên bản IEC 60947-2:2024 bao phủ circuit breaker cho mạch đến 1.000 V AC hoặc 1.500 V DC, nhưng phạm vi này không có nghĩa mọi breaker theo tiêu chuẩn đều đạt tới các mức điện áp tối đa đó; định mức thực tế vẫn phụ thuộc từng sản phẩm.

Khả năng cắt còn thay đổi theo điện áp. Một MCB DC 1P thuộc dòng C60H-DC, chẳng hạn, được công bố Icu 20 kA tại 110 V DC, 10 kA tại 220 V DC nhưng còn 6 kA tại 250 V DC. Ví dụ này cho thấy chỉ ghi “MCB 6 kA” hoặc “MCB 10 kA” mà không kèm điện áp và tiêu chuẩn tham chiếu là chưa đủ để đánh giá khả năng cắt.

Khi đọc thông số cũng cần phân biệt hệ ký hiệu. IEC 60898 thường sử dụng Icn cho khả năng cắt ngắn mạch danh định, trong khi thiết bị theo IEC 60947-2 thường công bố Icu và Ics. Các con số không nên được so sánh tách rời khỏi tiêu chuẩn và điều kiện thử tương ứng.

MCB AC có dùng cho DC và ngược lại được không?

Không nên quyết định dựa vào tên gọi “MCB AC” hoặc “MCB DC” một cách tuyệt đối. Tiêu chí quyết định là nhà sản xuất có công bố thiết bị phù hợp với loại dòng điện, điện áp và khả năng cắt đang sử dụng hay không.

Một MCB chủ yếu được bán cho hệ AC vẫn có thể có định mức DC hợp lệ. Chẳng hạn, Schneider Electric công bố một số MCB iC60H có thể hoạt động với cả AC và DC nhưng các thông số cắt khi dùng DC phải tuân theo định mức DC riêng. Ngược lại, dòng C60H-DC của cùng hãng được chỉ định cho mạng DC. ABB cũng có dòng S200MUC được công bố cho cả AC lẫn DC, cho thấy “MCB DC” và “MCB AC” không phải lúc nào cũng là hai nhóm hoàn toàn loại trừ nhau.

Vì vậy, nếu trên MCB chỉ thấy định mức như 230/400 V~ và tài liệu không công bố điện áp DC, không nên tự giả định rằng thiết bị có thể dùng ở một điện áp DC thấp hơn. Ngược lại, một MCB được tối ưu cho DC cũng không mặc nhiên phù hợp với AC nếu nhà sản xuất không đưa ra định mức AC tương ứng.

Sử dụng ngoài định mức đặc biệt nguy hiểm khi xảy ra ngắn mạch. Bộ nhả có thể vẫn làm tiếp điểm mở nhưng hồ quang không được dập đúng thiết kế. Hậu quả có thể là tiếp điểm cháy hoặc hàn dính, hư buồng dập hồ quang và breaker không thực hiện được chức năng cô lập sự cố.

Cách kiểm tra MCB phù hợp với nguồn AC hoặc DC

Khi lựa chọn, nên đọc MCB như một thiết bị có một tập hợp định mức đi cùng nhau, thay vì chỉ nhìn vào số ampere ở mặt trước. Các thông tin cần đối chiếu gồm:

· Loại nguồn và ký hiệu AC ~, DC ⎓ hoặc công bố AC/DC trong datasheet

· Điện áp làm việc Ue đúng với số cực và cách đấu thực tế

· Dòng định mức In và đường cong tác động phù hợp với tải

· Icn hoặc Icu/Ics tại đúng điện áp đang sử dụng, không thấp hơn dòng ngắn mạch dự kiến tại điểm lắp

· Số cực phải mắc nối tiếp nếu nhà sản xuất yêu cầu để đạt định mức DC

· Cực tính /− và chiều cấp nguồn nếu model có yêu cầu

· Tiêu chuẩn áp dụng và sơ đồ đấu dây do nhà sản xuất công bố

Điểm quan trọng nhất là không tách riêng bất kỳ thông số nào. Một breaker có In = 20 A vẫn có thể không phù hợp nếu điện áp DC vượt giới hạn của từng cực; một breaker có Icu = 10 kA ở 110 V DC cũng không đương nhiên còn 10 kA ở 250 V DC; và một thiết bị 2P chỉ được dùng để tăng điện áp DC khi nhà sản xuất đã chỉ định hai cực đó được mắc nối tiếp theo cấu hình tương ứng.

Do đó, cách phân biệt đáng tin cậy nhất giữa MCB AC và MCB DC không phải quan sát kích thước hay số cực, mà là đọc tổ hợp loại dòng điện Ue khả năng cắt cấu hình cực cực tính tiêu chuẩn.

MCB AC và MCB DC có thể sử dụng cơ chế nhiệt-từ tương tự để phát hiện quá tải và ngắn mạch, nhưng yêu cầu ngắt dòng của chúng khác đáng kể. AC có điểm dòng bằng 0 tự nhiên hỗ trợ dập hồ quang, còn DC phải dựa nhiều hơn vào cấu trúc buồng dập, từ trường, khoảng cách tiếp điểm và trong một số trường hợp là nhiều cực nối tiếp.

Vì thế, không nên thay thế MCB AC và DC dựa trên cùng dòng định mức hoặc cùng kích thước thiết bị. Chỉ sử dụng khi định mức của chính model xác nhận đúng loại nguồn, điện áp, khả năng cắt, số cực và cực tính của mạch cần bảo vệ.