Giải pháp cầu chì phân biệt cho các đặc tính tải khác nhau

1. Giới thiệu nền tảng​
Trong việc bảo vệ hệ thống điện, cầu chì đóng vai trò là thành phần bảo vệ quá dòng quan trọng. Độ chính xác trong việc lựa chọn chúng ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn và đáng tin cậy của hệ thống. Các tải có đặc tính khác nhau (như động cơ, hệ thống chiếu sáng và thiết bị thường xuyên được bật/tắt) thể hiện sự khác biệt đáng kể về hành vi dòng điện, bao gồm dòng khởi động, thời gian khởi động, chu kỳ làm việc, v.v. Một giải pháp cầu chì phù hợp cho mọi trường hợp không thể đáp ứng tất cả các tình huống và rất dễ gây ra sự cố ngắt mạch sai (gây gián đoạn hoạt động bình thường) hoặc không hoạt động (không thể cung cấp bảo vệ hiệu quả khi có sự cố). Do đó, việc phát triển chiến lược lựa chọn cầu chì phù hợp dựa trên đặc tính cụ thể của tải là cần thiết để đạt được bảo vệ hệ thống chính xác và đáng tin cậy.

​2. Phân tích và phân loại đặc tính tải​
​2.1 Đặc tính tải động cơ​

• ​Dòng khởi động cao: Thường từ 5-7 lần dòng định mức (Ie), hoặc thậm chí cao hơn.
• ​Thời gian khởi động dài: Quá trình này có thể kéo dài từ vài giây đến hàng chục giây, khiến các thành phần bảo vệ chịu tác động dòng điện kéo dài.
• ​Yêu cầu bảo vệ: Cầu chì phải chịu được quá trình khởi động kéo dài mà không bị đứt đồng thời cung cấp bảo vệ kịp thời chống quá tải và ngắn mạch. Đặc tính của nó phải phù hợp với đường cong mô-men khởi động của động cơ.

​2.2 Đặc tính tải hệ thống chiếu sáng​

• ​Vận hành ổn định: Dòng điện hoạt động bình thường ổn định và gần với giá trị định mức.
• ​Dòng khởi động thấp: Trừ thời điểm chuyển mạch ban đầu, không có sự gia tăng dòng điện đáng kể nào.
• ​Yêu cầu bảo vệ: Cần bảo vệ quá tải và ngắn mạch liên tục và ổn định. Khả năng chịu lực va đập cao không phải là yếu tố quan trọng, nhưng độ tin cậy trong bảo vệ thông thường được nhấn mạnh.

​2.3 Đặc tính thiết bị thường xuyên được bật/tắt​

• ​Sự gia tăng dòng điện theo chu kỳ: Thiết bị trải qua nhiều lần khởi động và dừng, chịu tác động dòng điện cao theo chu kỳ.
• ​Chu kỳ nhiệt độ thay đổi: Áp suất nhiệt bên trong cầu chì thay đổi thường xuyên, dẫn đến mệt mỏi vật liệu.
• ​Yêu cầu bảo vệ: Cầu chì phải có khả năng chịu mệt mỏi nhiệt cực cao và sức chịu đựng theo chu kỳ để đảm bảo hiệu suất không giảm sau nhiều lần tác động dòng điện.

​3. Chiến lược lựa chọn phân biệt​
Dựa trên phân tích trên, một chiến lược lựa chọn ba cấp độ được xây dựng:

​3.1 Giải pháp bảo vệ động cơ​

• ​Loại được chọn: Cầu chì loại aM (bảo vệ động cơ) (đôi khi được gọi là "lõi cầu chì amoniac lỏng" trong một số ngữ cảnh, nhưng thường được gọi là loại aM theo các tiêu chuẩn chung). Loại này được thiết kế đặc biệt cho đặc tính khởi động của động cơ.
• ​Yêu cầu đặc tính: Đường cong đặc tính dòng điện-thời gian của nó phải phù hợp chặt chẽ với đường cong dòng khởi động-thời gian của động cơ, tránh kích hoạt trong quá trình dòng khởi động.
• ​Tham số chính: Dòng định mức phải lớn hơn hoặc bằng dòng định mức của động cơ, đảm bảo bảo vệ chính xác đối với quá tải trong khoảng 0,8-1,2 lần dòng định mức đồng thời chịu được sự gia tăng dòng khởi động.
• ​Lợi ích: Tính chịu đựng tốt với sự gia tăng dòng khởi động, ngăn chặn hiệu quả sự ngắt mạch sai, và bảo vệ quá tải và ngắn mạch đáng tin cậy.

​3.2 Giải pháp bảo vệ hệ thống chiếu sáng​

• ​Loại được chọn: Cầu chì loại gG/gL (toàn dải đa mục đích). Đây là loại cầu chì phổ biến nhất, phù hợp để bảo vệ hầu hết các mạch phân phối.
• ​Yêu cầu đặc tính: Năng lực tải nên phù hợp chặt chẽ với dòng định mức của hệ thống, cung cấp đặc tính trì hoãn thời gian ổn định và nhanh chóng.
• ​Tham số chính: Tập trung vào năng lực cắt định mức (phải vượt quá dòng ngắn mạch dự kiến tại điểm lắp đặt) và đặc tính dòng điện-thời gian tiêu chuẩn.
• ​Lợi ích: Kinh tế, đáng tin cậy, và bảo vệ quá tải và ngắn mạch toàn diện cho tải chiếu sáng ổn định.

​3.3 Giải pháp bảo vệ thiết bị thường xuyên được bật/tắt​

• ​Loại được chọn: Cầu chì chịu va đập (có thể tương ứng với các thương hiệu hoặc loại đặc biệt, như cầu chì bảo vệ bán dẫn, có độ bền theo chu kỳ cao).
• ​Yêu cầu đặc tính: Khả năng chịu mệt mỏi nhiệt cao và độ bền theo chu kỳ cao để chịu được sự thay đổi nhiệt độ thường xuyên mà không bị lão hóa.
• ​Tham số chính: Nhấn mạnh vào đặc tính cắt tức thì (đảm bảo ngắt mạch lỗi nhanh chóng) và độ bền (chỉ số chu kỳ).
• ​Lợi ích: Độ ổn định hiệu suất lâu dài dưới tác động dòng điện thường xuyên, cung cấp bảo vệ liên tục và hiệu quả trong khi tránh hỏng sớm do mệt mỏi vật liệu.

​4. Yêu cầu tham số kỹ thuật cốt lõi​
Bất kể chiến lược lựa chọn, các tham số cốt lõi sau đây phải được kiểm tra nghiêm ngặt:

• ​Năng lực cắt định mức (Icn)​: Phải vượt quá dòng ngắn mạch tối đa dự kiến tại điểm lắp đặt để đảm bảo ngắt an toàn dòng lỗi.
• ​Đặc tính dòng điện-thời gian (đường cong I-t)​: Phải phối hợp với đặc tính tải (ví dụ, đường cong khởi động động cơ) và đạt được bảo vệ chọn lọc với các thiết bị phía thượng nguồn (ví dụ, cầu dao) và hạ nguồn để tránh ngắt mạch không cần thiết.
• ​Dòng định mức (In)​: Xác định dựa trên dòng định mức của tải và các yếu tố ứng dụng (ví dụ, các yếu tố lựa chọn trong bảo vệ động cơ), không đơn giản là tương đương với dòng tải.
• ​Giá trị I²t (tích phân Joule)​: Đại diện cho năng lượng cần thiết để làm đứt cầu chì, quan trọng để phối hợp với các thiết bị bán dẫn và đạt được bảo vệ chọn lọc.

​5. Điểm then chốt thực hiện​

• ​Phân tích hệ thống: Thực hiện phân tích chi tiết từng nhánh trong hệ thống điện, ghi lại dữ liệu chính như loại tải, dòng định mức, dòng khởi động, thời gian khởi động, và dòng ngắn mạch dự kiến.
• ​Phối hợp chọn lọc: Sử dụng đường cong đặc tính dòng điện-thời gian của cầu chì để đảm bảo phối hợp chọn lọc với các thiết bị bảo vệ phía thượng nguồn và hạ nguồn (ví dụ, cầu dao, tiếp điểm), chỉ cách ly điểm lỗi trong các sự cố để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.
• ​Kiểm tra xác minh: Khi có thể, xác minh hiệu suất cầu chì trong điều kiện hoạt động thực tế hoặc mô phỏng, đặc biệt là trong quá trình khởi động động cơ.
• ​Quản lý tài liệu: Xây dựng hồ sơ cấu hình cầu chì toàn diện và nhật ký bảo dưỡng, bao gồm mẫu, định mức, vị trí lắp đặt, ngày thay thế, v.v., để hỗ trợ bảo dưỡng và theo dõi sự cố.

​6. Kết luận​
Bằng cách áp dụng chiến lược lựa chọn phân biệt ba cấp độ dựa trên đặc tính tải như trên, các giải pháp bảo vệ phù hợp có thể được cung cấp cho các thiết bị điện khác nhau, như động cơ, hệ thống chiếu sáng, và thiết bị thường xuyên được bật/tắt. Chiến lược này hiệu quả tránh các hoạt động sai do đặc tính tải bình thường (ví dụ, khởi động động cơ) trong khi đảm bảo hoạt động kịp thời và đáng tin cậy trong trường hợp quá tải hoặc ngắn mạch. Do đó, nó nâng cao đáng kể sự an toàn, ổn định và đáng tin cậy của toàn bộ hệ thống điện, đảm bảo tính liên tục hoạt động và an toàn thiết bị.