Aptomat là gì ? Khái niệm Aptomat Cấu tạo và chức năng của Aptomat ?

Khái niệm và yêu cầu của Aptomat 

Aptomat là tên gọi được bắt nguồn từ tiếng Nga. Được người Việt hiểu theo nghĩa một thiết bị đóng ngắt tự động. Tên tiếng anh là Circuit Bkeaker (viết tắt là CB) nó có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thống điện (hoặc có thêm chức năng chống giật chống rò, bảo vệ theo từ nhiệt). Aptomat được phân chia ra nhiều loại theo chức năng, hình dạng, kích thước khác nhau.

Chọn Aptomat phải thoả mãn ba yêu cầu sau:

  • Chế độ làm việc ở định mức của CB thải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua CB lâu tuỳ ý. Mặt khác, mạch dòng điện của CB phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng.
  • CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thể vài chục KA. Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, CB đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức.
  • Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, CB phải có thời gian cắt bé. Muốn vậy thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong CB.

Cấu tạo của Aptomat

Tiếp điểm của Aptomat

Aptomat thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang), hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang).

Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm điểm hồ quang, do đo bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện.

Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính.

Hộp dập hồ quang của Aptomat

Để CB Aptomat dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: Kiểu nửa kín và kiểu hở.

Kiểu nửa kín được dặt trong vỏ kín của CB và có lổ thoát khí. Kiểu này có dòng điện giới hạn cắt không quá 50KA. Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn 1000V (cao áp).

Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn, để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang.

Cơ cấu truyền động cắt Aptomat

Truyền động cắt thường có hai cách: Bằng tay và bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện).

Điều kiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mức không lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có dòng điện lớn hơn (đến 1000A).

Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy. Ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc bằng khí nén.

Móc bảo vệ Aptomat

CB Aptomat tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ - gọi là móc bảo vệ, sẽ tác động khi mạch điện có sự cố quá dòng điện (quá tải hay ngắn mạch) và sụt áp.

Móc bảo vệ quá dòng điện (còn gọi là bảo vệ dòng điện cực đại) để bảo vệ thiết bị điện không bị quá tải và ngắn mạch, đường thời gian - dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ. Người ta thường dùng hệ thống điện tử và rơle nhiệt làm móc bảo vệ, đặt bên trong CB.

Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch chính, cuộn dây này được quấn tiết diện lớn chịu dòng tải và ít vòng. Khi dòng điện vượt quá trị số cho phứp thì phần ứng bị hút và nóc sẽ dập vào khớp rơi tự do, làm tiếp điểm của CB mở ra. Điều chỉnh vít để thay đôi lực kháng lò xo, ta có thể điều chỉnh được trị số dòng điện tức động. Để giữ thời gian trong boả vệ quá tỉ kiểu điện từ, người ta thêm một cơ cấu giữ thời gian.

Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản hơn cả, có kết cấu tương tự như rơle nhiệt có phần tử phát nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, tấm kim loại kép dãn nở làm nhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của CB khi có quá tải. Kiểu này có nhược điểm là quán tính nhiệt lớn nên không ngắt nhanh được dòng điện tăng vọt khi có ngắn mạch, do đó chỉ bảo vệ được dòng điện quá tải.

Vì vậy người ta thường sử dụng tổng hợp cả móc kiểu điện từ và móc kiểu rơle nhiệt trong một CB. Loại này được dung ở CB có dòng điện đính mức đến 600A.

Móc bảo vệ sụt áp (còn gọi là bảo vệ điện áp thấp) cũng thường dung kiểu điện từ. Cuộn dây mắc song song với mnạch điện chính, cuộn dây này được quấn ít vòng với dây tiết diện nhỏ chịu điện áp nguồn.

Nguyên lý hoạt động Aptomat

Sơ đồ nguyên lý của Aptomat dòng điện cực đại


Sơ đồ Aptomat dòng điện cực đại

 Hình: Sơ đồ Aptomat dòng điện cực đại

Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, Aptomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm với tiếp điểm động.

Bật Aptomat 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 Aptomat được mở ra, mạch điện bị ngắt.

Sơ đồ nguyên lý Aptomat điện áp thấp

Sơ đồ Aptomat điện áp thấp

Hình: Sơ đồ Aptomat điện áp thấp

Bật Aptomat ở trạng thái ON, với điện áp định mức 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 Aptomat được mở ra, mạch điện bị ngắt.

Phân loại và cách lựa chọn Aptomat

Theo kết cấu, người ta chia Aptomat ra làm ba loại:

một cực, hai cực và ba cực. Theo thời gian thao tác, người ta chia Aptomat ra loại tác động không tức thời và loại tác động tức thời (nhanh).

  • Ở mạng điện 1 Pha như gia đình thường có 2 dây nên chúng ta sẽ sử dụng 1P hoặc 2P (P là Poles dịch qua tiếng việt là cực), nếu dùng 1P thì chúng ta chỉ ngắt được dây P ra khỏi mạch thường dùng để điều khiển. Còn nếu dùng 2P thì sẽ ngắt cả cực P và N ra khỏi mạch điện, tăng độ an toàn cho người dùng.
  • Còn khi ở mạng điện 3 Pha thì chúng ta có loại 3 Pha 3 dây và 3 Pha 4 dây tuỳ theo nhu cầu sử dụng mà ta chọn loại Aptomat cho phù hợp.

Việc lựa chọn Aptomat chủ yếu dựa vào:

  • Dòng điện tính toán đi trong mạch.
  • Dòng điện quá tải.
  • CB thao tác phải có tính chọn lọc.

Tuỳ theo công dụng bảo vệ, người ta chia Aptomat ra các loại: CB cực đại theo dòngđiện, CB cực tiểu theo điện áp. CB dòng điện ngược ...

  • Aptomat bảo vệ quá dòng (ngắn mạch hoặc quá tải)
  • Aptomat bảo vệ quá điện áp.
  • Aptomat bảo vệ kém áp.
  • Aptomat bảo vệ chống dật (Aptomát vi sai)
  • Aptomat bảo vệ vạn năng

Ngoài ra lựa chọn Aptomat còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải là CB không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm viêc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ.

IB  < In  < IZ và ISCB > ISC

(Trong đó: IB là dòng điện tải lớn nhất;  In là dòng điện định mức của MCB, MCCB; Iz là dòng điện cho phép lớn nhất của dây dẫn điện (được cho bởi nhà sản xuất); ISCB là dòng điện lớn nhất mà MCB, MCCB có thể cắt;  Isc là dòng điện ngắn mạch).

Ví dụ: một tải một pha sử dụng nguồn điện 220V có dòng điện lớn nhất là 13A và dòng điện ngắn mạch tính toán được là 5KA. Thì ta chọn MCB và dây dẫn như sau: MCB Comet CM216A có dòng định mức là 16A, cường độ cắt lớn nhất là 6KA và dây dẫn 2 x 2,5mm2 có dòng cho phép lớn nhất là 18A. Chúng ta nên chọn MCB, MCCB của các nhà sản xuất có uy tín trên thị trường hiện nay như Schneider... vì những sản phẩm này được sản xuất và kiểm tra dưới những điều kiện, tiêu chuẩn khắt khe theo tiêu chuẩn quốc tế. Đối với trường hợp kém chất lượng thì nên thay cái mới, không nên sửa chữa.

Một số loại Aptomat thông dụng

a) Aptomat MCB Miniature Circuit Bkeaker

Hay thường gọi là CB tép: bảo vệ quả tải và ngắn mạch
Dòng cắt thường từ 4.5KA, 6KA, 10KA, 15KA
Dòng định mức từ 6 =>63A
Số cực 1P, 2P, 3P, 4P

b) Aptomat MCCB Moulded Case Circuit Bkeaker

Hay thường gọi là CB khối: bảo vệ quả tải và ngắn mạch
Dòng cắt thường từ 7.5KA, 10KA, 18KA, 25KA, 36KA, 50KA, 70KA
Dòng định mức từ 10 =>1600A
Số cực 1P, 2P, 3P, 4P

c) Aptomat Chống giật (Chống rò) RCCB Residual Current Circuit Breaker

Số cực 2P, 4P
Dòng cắt 4.5KA, 6KA
Dòng định mức 25A, 40A, 63A

d) Aptomat Chống giật (Chống rò) RCBO Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection MCB+RCCB=RCBO

Số cực 2P
Dòng cắt 4.5KA, 6KA
Dòng định mức từ 6 =>63A

e) Aptomat Chống giật (Chống rò) ELCB Earth Leakage Circuit Breaker: MCCB+RCCB=ELCB

Số cực 3P, 4P
Dòng cắt 36KA, 50KA
Dòng định mức từ 60 =>250A