Hướng dẫn đầy đủ về việc chọn và tính toán cài đặt thiết bị đóng cắt

Cách Chọn và Đặt Cầu Chì

1. Các Loại Cầu Chì

1.1 Cầu Chì Không Khí (ACB)
Còn được gọi là cầu chì khung hoặc cầu chì phổ thông, tất cả các thành phần được lắp đặt trong khung kim loại cách điện. Nó thường là loại mở, cho phép thay thế dễ dàng các tiếp điểm và bộ phận, và có thể được trang bị với nhiều phụ kiện khác nhau. ACBs thường được sử dụng như công tắc nguồn chính. Các đơn vị ngắt quá dòng bao gồm loại điện từ, điện tử và thông minh. Chúng cung cấp bảo vệ bốn giai đoạn: trì hoãn thời gian dài, trì hoãn thời gian ngắn, tức thì và sự cố đất, với mỗi cài đặt bảo vệ có thể điều chỉnh trong một phạm vi dựa trên kích thước khung.

ACBs phù hợp cho mạng 50Hz với điện áp định mức 380V hoặc 660V và dòng điện định mức từ 200A đến 6300A. Chúng chủ yếu được sử dụng cho phân phối điện và bảo vệ chống quá tải, hạ áp, ngắn mạch và nối đất một pha. Những cầu chì này cung cấp nhiều chức năng bảo vệ thông minh và bảo vệ chọn lọc. Trong điều kiện bình thường, chúng có thể được sử dụng để chuyển mạch đường dây không thường xuyên. ACBs có định mức lên đến 1250A cũng có thể bảo vệ động cơ khỏi quá tải và ngắn mạch trong hệ thống 380V/50Hz.

Các ứng dụng phổ biến bao gồm công tắc ra chính trên phía 400V của biến áp, công tắc kết nối bus, công tắc cấp điện lớn và công tắc kiểm soát động cơ lớn.

1.2 Cầu Chì Khung Nhựa (MCCB)
Còn được gọi là cầu chì cắm, các đầu cuối, thiết bị dập hồ quang, đơn vị ngắt và cơ chế hoạt động được chứa trong vỏ nhựa. Các tiếp điểm phụ, đơn vị ngắt hạ áp và đơn vị ngắt song song thường là mô-đun, dẫn đến thiết kế nhỏ gọn. MCCBs nói chung không được thiết kế để sửa chữa và thường được sử dụng để bảo vệ đường nhánh.

Hầu hết MCCBs bao gồm đơn vị ngắt nhiệt-magnét. Các mẫu lớn hơn có thể có cảm biến ngắt rắn. Các đơn vị ngắt quá dòng có thể là điện từ hoặc điện tử. MCCBs điện từ thường không chọn lọc, chỉ cung cấp bảo vệ thời gian dài và tức thì. MCCBs điện tử cung cấp bốn chức năng bảo vệ: thời gian dài, thời gian ngắn, tức thì và sự cố đất. Một số mẫu mới hơn bao gồm khóa chọn vùng.

MCCBs thường được sử dụng để kiểm soát và bảo vệ đường cấp điện, công tắc ra chính trên các biến áp phân phối nhỏ, đầu cuối kiểm soát động cơ và làm công tắc nguồn cho nhiều máy móc khác nhau.

1.3 Cầu Chì Mini (MCB)
MCBs là thiết bị bảo vệ cuối cùng được sử dụng rộng rãi nhất trong các hệ thống điện trong tòa nhà. Chúng bảo vệ các mạch một pha và ba pha lên đến 125A khỏi ngắn mạch, quá tải và quá áp. Có sẵn ở các cấu hình 1P, 2P, 3P và 4P.

Một MCB bao gồm cơ chế hoạt động, tiếp điểm, thiết bị bảo vệ (các đơn vị ngắt khác nhau) và hệ thống dập hồ quang. Tiếp điểm được đóng bằng tay hoặc điện và giữ bởi cơ chế tự do ngắt. Cuộn dây của đơn vị ngắt quá dòng và phần tử nhiệt của đơn vị ngắt nhiệt được nối tiếp với mạch chính, trong khi cuộn dây ngắt hạ áp được nối song song với nguồn điện.

Trong thiết kế điện trong tòa nhà, MCBs được sử dụng để bảo vệ quá tải, ngắn mạch, quá dòng, hạ áp, sự cố đất, rò rỉ, chuyển đổi tự động nguồn điện kép, và khởi động và bảo vệ động cơ không thường xuyên.

2. Các Tham số Kỹ Thuật Chính của Cầu Chì

• Điện Áp Hoạt Động Định Mức (Ue)
  Điện áp danh định mà cầu chì được thiết kế để hoạt động liên tục dưới các điều kiện quy định. Ở Trung Quốc, đối với các hệ thống lên đến 220kV, điện áp hoạt động tối đa là 1,15 lần điện áp định mức của hệ thống; đối với 330kV và cao hơn, là 1,1 lần. Cầu chì phải duy trì cách điện và thực hiện các hoạt động chuyển mạch ở điện áp hoạt động tối đa của hệ thống.

• Dòng Điện Định Mức (In)
  Dòng điện mà đơn vị ngắt có thể mang liên tục ở nhiệt độ môi trường lên đến 40°C. Đối với các đơn vị ngắt có thể điều chỉnh, đây là dòng điện điều chỉnh tối đa. Ở nhiệt độ trên 40°C (lên đến 60°C), giảm dòng điện được cho phép.

• Cài Đặt Dòng Điện Ngắt Quá Tải (Ir)
  Cầu chì sẽ ngắt sau một khoảng thời gian trì hoãn khi dòng điện vượt quá Ir, đại diện cho dòng điện tối đa mà cầu chì có thể mang mà không ngắt. Ir phải lớn hơn dòng điện tải tối đa (Ib) nhưng nhỏ hơn dòng điện cho phép của cáp (Iz). Đối với các cầu chì nhiệt-magnét, Ir thường có thể điều chỉnh từ 0,7 đến 1,0In; các đơn vị ngắt điện tử cung cấp phạm vi rộng hơn, thường là 0,4 đến 1,0In. Đối với các đơn vị ngắt cố định, Ir = In.

• Cài Đặt Dòng Điện Ngắt Ngắn Mạch (Im)
  Mức ngưỡng mà đơn vị ngắt tức thì hoặc thời gian ngắn hoạt động để nhanh chóng ngắt mạch trong trường hợp dòng điện lỗi cao.

• Dòng Điện Chịu Được Trong Thời Gian Ngắn Định Mức (Icw)
  Dòng điện mà cầu chì có thể chịu được trong một khoảng thời gian quy định mà không gây hư hại nhiệt.

• Khả Năng Ngắt
  Dòng điện lỗi tối đa mà cầu chì có thể ngắt an toàn, độc lập với dòng điện định mức. Các giá trị phổ biến bao gồm 36kA và 50kA. Nó được phân loại thành khả năng ngắt tối đa (Icu) và khả năng ngắt dịch vụ (Ics).

3. Nguyên Tắc Chung Để Chọn Cầu Chì

• Điện áp hoạt động định mức ≥ điện áp định mức của mạch.

• Khả năng ngắt mạch ngắn mạch định mức ≥ dòng điện tải tính toán.

• Khả năng ngắt mạch ngắn mạch định mức ≥ dòng điện ngắn mạch tối đa có thể xảy ra trong mạch.

• Dòng điện ngắn mạch một pha đến đất tại cuối mạch ≥ 1,25 × cài đặt ngắt tức thì (hoặc thời gian ngắn).

• Điện áp định mức của đơn vị ngắt hạ áp = điện áp định mức của mạch.

• Điện áp định mức của đơn vị ngắt song song = điện áp nguồn điều khiển.

• Điện áp định mức của cơ chế hoạt động điện = điện áp nguồn điều khiển.

• Đối với các mạch chiếu sáng, đặt dòng điện ngắt tức thì điện từ bằng 6 lần dòng điện tải.

• Đối với bảo vệ ngắn mạch động cơ đơn: 1,35× dòng điện khởi động động cơ (loạt DW) hoặc 1,7× (loạt DZ).

• Đối với nhiều động cơ: 1,3× dòng điện khởi động động cơ lớn nhất + tổng các dòng điện chạy của các động cơ khác.

• Là công tắc bên thấp của biến áp chính: khả năng ngắt > dòng điện ngắn mạch bên thấp của biến áp; dòng điện định mức ngắt ≥ dòng điện định mức của biến áp; cài đặt ngắn mạch = 6–10× dòng điện định mức của biến áp; cài đặt quá tải = dòng điện định mức của biến áp.

• Sau khi lựa chọn sơ bộ, phối hợp với các cầu chì thượng lưu và hạ lưu để ngăn chặn việc ngắt liên tục và giảm thiểu phạm vi mất điện.

4. Sự Chọn Lọc Của Cầu Chì
Cầu chì được phân loại là chọn lọc hoặc không chọn lọc. Cầu chì chọn lọc cung cấp bảo vệ hai hoặc ba giai đoạn: tức thì và thời gian ngắn cho ngắn mạch, thời gian dài cho quá tải. Cầu chì không chọn lọc thường là tức thì (chỉ ngắn mạch) hoặc thời gian dài (chỉ quá tải). Sự chọn lọc được đạt được bằng cách sử dụng các đơn vị ngắt có thời gian trì hoãn khác nhau. Các cân nhắc chính:

• Cài đặt ngắt tức thì thượng lưu ≥ 1,1 × dòng điện ngắn mạch ba pha tối đa tại đầu ra của cầu chì hạ lưu.

• Nếu cầu chì hạ lưu không chọn lọc, cài đặt ngắt thời gian ngắn thượng lưu ≥ 1,2 × cài đặt ngắt tức thì hạ lưu để duy trì sự chọn lọc.

• Nếu cầu chì hạ lưu cũng chọn lọc, thời gian trì hoãn thời gian ngắn thượng lưu ≥ thời gian trì hoãn thời gian ngắn hạ lưu + 0,1s.
  Nói chung, Iop.1 ≥ 1,2 × Iop.2.

5. Bảo Vệ Tích Cực
Trong thiết kế hệ thống, sự phối hợp giữa các cầu chì thượng lưu và hạ lưu đảm bảo sự chọn lọc, tốc độ và độ nhạy. Sự phối hợp đúng đắn cho phép cách ly chọn lọc sự cố, duy trì điện cho các mạch khỏe mạnh. Tích cực sử dụng hiệu ứng hạn chế dòng điện của cầu chì thượng lưu (QF1). Khi xảy ra ngắn mạch hạ lưu (tại QF2), hành động hạn chế dòng điện của QF1 giảm dòng điện thực tế, cho phép QF2 ngắt dòng điện cao hơn khả năng ngắt định mức của nó. Điều này cho phép sử dụng các cầu chì hạ lưu có chi phí thấp hơn và khả năng ngắt thấp hơn. Điều kiện bao gồm không có tải quan trọng trên các mạch lân cận (vì việc ngắt QF1 sẽ khiến QF3 mất điện), và cài đặt tức thì phù hợp. Dữ liệu tích cực được xác định bằng thử nghiệm và cung cấp bởi nhà sản xuất.

6. Độ Nhạy Của Cầu Chì
Để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện lỗi tối thiểu, độ nhạy (Sp) phải ≥1,3 theo GB50054-95:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3
Trong đó Iop là cài đặt ngắt tức thì hoặc thời gian ngắn, và Ik.min là dòng điện ngắn mạch tối thiểu tại cuối mạch được bảo vệ dưới điều kiện hoạt động tối thiểu của hệ thống. Đối với các cầu chì chọn lọc có cả ngắt thời gian ngắn và tức thì, chỉ cần xác minh độ nhạy của ngắt thời gian ngắn.

7. Lựa Chọn và Cài Đặt Các Đơn Vị Ngắt

(1) Cài Đặt Ngắt Quá Dòng Tức Thì.Phải vượt quá dòng điện đỉnh (Ipk) trong quá trình khởi động động cơ:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = hệ số tin cậy)

(2) Cài Đặt Ngắt Quá Dòng Thời Gian Ngắn và Thời Gian
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. Thời gian trì hoãn thường là 0,2s, 0,4s hoặc 0,6s, được đặt để đảm bảo thời gian hoạt động của cầu chì thượng lưu vượt quá cầu chì hạ lưu một bước thời gian.

(3) Cài Đặt Ngắt Quá Dòng Thời Gian Dài và Thời Gian
Bảo vệ chống quá tải: Iop(l) ≥ Krel × I30 (dòng điện tải tối đa). Thời gian cài đặt phải vượt quá thời gian quá tải ngắn hạn cho phép.

(4) Phối Hợp Giữa Các Cài Đặt Ngắt và Khả Năng Cáp.Để ngăn chặn quá nhiệt hoặc cháy cáp mà không ngắt:

Iop ≤ Kol × Ial
Trong đó Ial = khả năng dẫn điện cho phép của cáp, Kol = hệ số quá tải ngắn hạn (4,5 cho ngắt tức thì/thời gian ngắn; 1,1 cho ngắt thời gian dài như bảo vệ ngắn mạch; 1,0 cho bảo vệ quá tải chỉ riêng). Nếu không thỏa mãn, điều chỉnh cài đặt ngắt hoặc tăng kích thước cáp.