MCB (Miniature Circuit Bkeaker)

MCB là gì? Ứng dụng của MCB?

MCB (Miniature Circuit Breaker) là thiết bị sử dụng và lắp đặt rất phổ biến ở các công trình công nghiệp lẫn công trình dân dụng. Ngày càng có nhiều gia đình lựa chọn thiết bị MCB. Vậy MCB là gì? Cấu tạo và ứng dụng của MCB ra sao? Chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về MCB qua bài viết sau nhé!

1. MCB là gì?

MCB (Miniature Circuit Breaker) là cầu dao tự động dạng tép (còn gọi là CB tép), MCB hầu như chỉ được mọi người dùng với những thiết bị có dòng điện thấp (không quá 100A) và dòng công suất nhỏ.

MCB là thiết bị dùng để bảo vệ thiết bị điện khi quá tải hoặc ngắn mạch, tương tự như một chiếc công tắc đóng ngắt tự động khi có sự cố về mạch điện xảy ra, thiết bị này sẽ ngắt điện tự động để bảo vệ cho người dùng an toàn và máy móc được không gây hư hỏng.

Hình 1. Các loại MCB loại Acti 9 iC60 của hãng Schneider.

2. Cấu tạo của MCB

MCB được cấu tạo bởi các bộ phận:

Tiếp điểm
Hộp dập hồ quang
Cơ cấu truyền động cắt MCB
Móc bảo vệ

Hình 2. Các thành phần cấu thành MCB.

2.1. Tiếp điểm

MCB thường có cấu tạo hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc 3 tiếp điểm (tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ, hồ quang).
Hoạt động của tiếp điểm như sau: khi đóng mạch tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm chính. Còn khi ngắt mạch tiếp điểm chính mở trước, tiếp điểm phụ mở sau và cuối cùng là hồ quang điện.

2.2. Hộp dập hồ quang

Có 2 kiểu thiết bị dập hồ quang là: hồ quang kiểu nửa kín và hồ quang kiểu hở.
Đặc điểm của 2 loại khác nhau: kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của MCB và có lỗ thoát khí. Kiểu hở được dùng với điện áp lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn 1000V (cao áp). Buồng dập hồ quang có nhiều tấm thép xếp thành lưới ngăn thành nhiều đoạn khác nhau để tạo thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang.

2.3. Cơ cấu truyền động cắt MCB

Có 2 cách truyền động cắt MCB (bằng tay và bằng cơ điện).
Đối với truyền động cắt điều khiển bằng tay được thực hiện với các MCB có dòng điện định mức không lớn.
Còn đối với loại điều khiển bằng cơ điện ở các MCB có dòng điện lớn hơn.

2.4. Móc bảo vệ

Móc bảo vệ có tác dụng để bảo vệ thiết bị điện không bị quá tải và ngắn mạch.
Có 2 loại móc bảo vệ: móc kiểu điện từ và móc kiểu relay nhiệt.

3. Nguyên lý hoạt động

3.1. MCB dòng điện cực đại

Hình 3. Sơ đồ nguyên lý của MCB dòng điện cực đại.

Khi đóng điện, dòng điện cực đại sẽ ở trạng thái bình thường, MCB giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc (2) khớp và móc (3) khớp cụm vào 1 cụm tiếp điểm cộng.

Bật MCB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện (5) và phần ứng (4) không hút.

Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện (5) lớn hơn lực lò xo (6) làm cho nam châm điện (5) sẽ hút phần ứng (4) xuống làm bật nhả móc (3), móc (5) được thả tự do, lò xo (1) được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của MCB được mở ra, mạch điện bị ngắt.

3.2. MCB điện áp thấp

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý của MCB điện áp thấp.

Khi bật MCB ở trạng thái ON thì điện áp định mức của nam châm điện (11) và phần ứng (10) hút lại với nhau.

Khi sụt áp quá mức, nam châm điện (11) sẽ nhả phần ứng (10), lò xo (9) kéo móc (8) bật lên, móc (7) thả tự do, thả lỏng, lò xo (1) được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của MCB được mở ra, mạch điện bị ngắt.

4. Các thông số quan trọng

Ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu các thông số quan trọng để ta biết và chọn đúng MCB, phù hợp với yêu cầu đặt ra và điều kiện kinh tế của bản thân.

4.1. Một số khái niệm

I_n: 2, 3, 6, 10, 16, 20, 25, …là các chỉ số dòng định mức đi kèm với các máy biến áp điện lực với công suất tương ứng.
Characteristic cover (đường cong chọn lọc của CB) là thông số quan trọng nhất cho việc chọn CB nằm ở vị trí nào cho hệ thống điện.
I_cs là thông số có ý nghĩa tương tự như I_cu nhưng các thiết bị dòng I_cs sẽ có khả năng chịu trong 3 giây. Thông số của I_cs còn cho thấy khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố của thiết bị và điều này hoàn toàn phụ thuộc vào từng hãng sản xuất.
I_r là dòng điều chỉnh bảo vệ quá tải. Bạn có CB 100A mà tải của bạn chỉ cần 65A vậy bạn phải chỉnh CB xuống cho phù hợp với tải như vậy dòng chỉnh định I_r = (hệ số) x I_n; (hệ số thường thấy từ 0.8 – 1) hoặc (0.5 – 1).
I_inst là giá trị dòng điện ngắt mạch tức thời, công dụng bảo vệ sự cố ngắn mạch với biên độ dòng ngắn mạch rất lớn.

I_cu (Ultimated current) là khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất của tiếp điểm CB trên một đơn. Hay nói cách khác, I_cu là một dòng điện cực đại đi qua tiếp điểm của CB trong vòng 1 giây mà không làm hỏng tiếp điểm này.

Ví dụ: I_cu = 10kA thì tiếp điểm CB sẽ chịu đựng được dòng điện 10kA trong thời gian 1 giây. Thông số này cho biết độ bền tiếp điểm của CB. Ngoài thông số này thông số I_cs cũng có tính chất tương tự. Nói như thế tức là giá thành CB sẽ phụ thuộc vào I_cu này.

Mechanical/electrical endurance: Số lần đóng ngắt cơ khí cho phép.

Ví dụ bạn ngắt MCB rồi bật MCB lên lại thì gọi là 1 lần đóng ngắt. MCB thông thường cũng quy định số lần này. Các MCB có quy định là từ 7500 đến 10000 lần, MCCB thì hơn 10000 lần tùy theo hãng.

4.2. Xem xét Datasheet của một MCB điển hình

Hình 5. Trích Datasheet của một MCB hãng Schneider.

Mình sẽ lấy ví dụ một MCB của hãng Schneider, có mã thiết bị là A9F90382 – iC60L – miniature circuit breaker – 3P – 12.5A – MA.

Từ datasheet của thiết bị, ta cần nắm những thông số quan trọng như:

Loại thiết bị.
Tên mã sản phẩm.
Số cực.
Dòng điện định mức.
Loại AC hay DC.
Mã đường cong.
Dòng cắt.
Tiêu chuẩn thiết bị (IEC/EN).
Tần số hoạt động.
Dòng cắt định mức lớn nhất.
Điện áp hoạt động.
Kích thước (dài, rộng, sâu) của thiết bị.

Thông số iC60LMA khoanh tròn trên MCB được giải thích như sau:

Có ba đường cong đặc tính tải (được sử dụng phổ biến) có sẵn là B, C & D:

Hình 6. Các loại đặc tính tải

Đường đặc tính loại Z nói rằng rằng dòng ngắn mạch của thiết bị nằm trong khoảng 3-5 lần dòng định mức.
Đường đặc tính loại B nói rằng rằng dòng ngắn mạch của thiết bị nằm trong khoảng 4-7 lần dòng định mức.
Đường đặc tính loại C cho thấy dòng ngắn mạch nằm trong khoảng 7-10 hoặc 9-14 lần dòng định mức.
Đường đặc tính loại D nói rằng rằng dòng ngắn mạch của thiết bị nằm khoảng là 10-20 lần dòng định mức.

Do vậy hãy cẩn trọng nhìn rõ thông số này khi chọn mua MCB. Đối với tải thuần trở (tải chiếu sáng bình thường) nó là đường đặc tính B. Đối với tải có cảm(như bơm, động cơ…) nó là đường đặc tính C và đối với tải có cảm kháng cao hoặc tải có tính dung kháng nó là đường đặc tính loại D.

Chữ số tiếp là hiển thị dòng điện định mức của MCB, đơn vị là Ampe. Hình trên chỉ số nó là 60A. Dòng định mức của MCB rất quan trọng và nó cần tính chính xác.

Hình 7. Bảng chọn dòng ngắn mạch của iC60

Đường cong đặc tính tải kiểu iC60N/H/L dựa vào tiêu chuẩn IEC 60947-2(tiêu chuẩn thiết bị dành cho nhà máy). Nhiệt độ tham chiếu của đường cong là 50(^oC). Khi chọn thiết bị, ta xem dòng sự cố tối đa bao nhiêu lần định mức để ta có thể dựa vào bảng số liệu chọn thiết bị cho chính xác.

Hình 8. Đường cong đặc tính của MCB

5. Phân biệt MCB và MCCB

Hình 9. So sánh giữa MCB và MCCB.

5.1. Giống nhau

Đều là các khí cụ điện dùng trong đóng cách các mạch điện. Có một số nguyên tắc hoạt động chung như chống quá tải, chống ngắn mạch, chống dòng rò… Tính an toàn và cách điện đạt tiêu chuẩn IEC947 quốc tế.

5.2. Khác nhau

MCB	MCCB
MCB (Miniature Circuit Breaker): Áp tô mát loại nhỏ. Đây là dạng CB thu gọn (CB Tép) chủ yếu dùng trong gia dụng, mạch điều khiển.	MCCB (Moulded case circuit breakers): Áp tô mát kiểu khối. Đây là dạng CB tiêu chuẩn (CB Khối) chủ yếu dùng trong công nghiệp, mạch động lực.
MCB: dòng điện không vượt quá 100A, điện áp dưới 1000V.	MCCB: dòng điện có thể lên tới 1.000A, điện áp dưới 1000V.
Không điều chỉnh được dòng I_r.	Có thể điều chỉnh được dòng I_r.
Dòng định mức tối đa là 125A.	Dòng định mức tối đa là 1600A.
Dòng cắt ngắn mạch tối đa thiết bị là 25kA.	Dòng cắt ngắn mạch tối đa thiết bị là 150kA.
Không có khả năng mở rộng, kết nối thiết bị khác.	Có khả năng mở rộng, kết nối thiết bị khác.
Ứng dụng: Điện dân dụng, 1 số tủ điện phân phối ánh sáng, ổ cắm…	Ứng dụng: Trong điện công nghiệp, các tủ điện tổng, các nhà máy xí nghiệp lớn…

6. Lựa chọn MCB

Có nhiều cách lựa chọn MCB, MCCB. Tuy nhiên, dù cách nào thì chúng cũng phải thỏa mãn điều kiện sau:

l_b < l_n < l_z và l_scb > l_sc

Trong đó:

l_b là dòng điện tải lớn nhất.
l_n là dòng điện định mức của MCB, MCCB.
l_z là dòng điện cho phép lớn nhất của dây dẫn điện (được cho bởi nhà sản xuất).
l_scb là dòng điện lớn nhất mà MCB, MCCB có thể cắt.
l_sc là dòng điện ngắn mạch.

Ví dụ: Tính chọn MCB cho mạch khởi động trực tiếp động cơ 3 pha có công suất 7,5 kW. Biết điện áp 380/400V. Có hệ số công suất là 0,8; hiệu suất động cơ 0,89.

Chọn thiết bị của hãng Schneider.

Dòng điện định mức của động cơ là:

I_{dm}=\frac{P_{dm}}{\sqrt3.U_{dm}.cos\varphi.\eta}=\frac{7,5.{10}^3}{\sqrt3.380.0,8.0,89}=16A

Ta sẽ chọn dòng thiết bị của MCB vào khoảng (1 – 1,4).I_đm.

⇒ Dòng điện định mức của MCB cần chọn:

IMCB = 1,2.16 = 19,21A

Ta tra bảng chọn MCB có mã thiết bị là A9F94320.

Hình 10. Chọn MCB loại A9F93320

7. Ứng dụng

MCB ngày càng được sử dụng rất phổ biến ở các công trình công nghiệp lẫn công trình dân dụng. MCB được lắp đặt ở gia đình, công trình lớn: khách sạn, nhà hàng và các căn hộ chung cư…giúp bảo vệ an toàn cho người sử dụng.