Cách chọn MCCB theo dòng tải và khả năng cắt ngắn mạch (Icu, Ics)

Chọn MCCB (aptomat khối) không chỉ là chọn đúng số ampe. Một MCCB phù hợp phải chịu được dòng làm việc của tải, bảo vệ được dây cáp phía sau và cắt được dòng ngắn mạch lớn nhất có thể xảy ra tại vị trí lắp đặt. Bài viết này đi qua từng bước, kèm ví dụ tính toán và thiết bị cụ thể.

MCCB là gì, khác MCB thế nào?

MCCB (Moulded Case Circuit Breaker) là aptomat vỏ đúc, thường có dòng định mức từ 16 A đến 1.600 A, dùng cho tủ điện tổng, tủ phân phối và bảo vệ động cơ. MCCB được chế tạo và thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEC 60947-2.

MCB (aptomat tép) có dòng định mức nhỏ hơn (thường đến 125 A), khả năng cắt thấp hơn và hay dùng ở mạch nhánh cuối. Khi dòng tải lớn hoặc vị trí lắp gần máy biến áp (dòng ngắn mạch cao), cần dùng MCCB.

Các thông số cần đọc trên nhãn MCCB

Theo IEC 60947-2, Ics được công bố bằng phần trăm của Icu (25%, 50%, 75% hoặc 100%). Icu và Ics luôn đi kèm một mức điện áp: cùng một MCCB, khả năng cắt ở 690 V thấp hơn nhiều so với ở 400 V.

Bước 1: Tính dòng làm việc của tải (Ib)

Với tải ba pha:

Ib = P / (√3 × U × cosφ)

P: công suất tác dụng (W) · U: điện áp dây (V) · cosφ: hệ số công suất

Ví dụ một tủ phân phối cấp cho tổng tải 100 kW, điện áp 400 V, cosφ = 0,85:

Ib = 100.000 / (1,732 × 400 × 0,85) ≈ 170 A

Với động cơ, cần chia thêm cho hiệu suất động cơ, hoặc lấy dòng định mức ghi trên nhãn động cơ.

Bước 2: Chọn dòng định mức In

Nguyên tắc phối hợp giữa aptomat và dây dẫn (IEC 60364-4-43):

Ib ≤ In ≤ Iz

Iz: dòng cho phép lâu dài của cáp, theo tiết diện và cách lắp đặt

Với Ib ≈ 170 A, chọn In = 200 A, và cáp phải có Iz từ 200 A trở lên.

Đừng quên nhiệt độ trong tủ. Dòng định mức của MCCB được công bố ở nhiệt độ chuẩn của nhà sản xuất (với Tengen TGM3 là 40 °C). Tủ điện đặt ngoài trời hoặc trong xưởng nóng có thể lên 50–55 °C, khi đó aptomat mang được ít dòng hơn. Ví dụ theo bảng hệ số của catalogue Tengen TGM3-250:

Ở 55 °C, MCCB 200 A vẫn mang được khoảng 174 A, đủ cho tải 170 A. Ở 60 °C thì không đủ, cần chọn cấp dòng cao hơn hoặc cải thiện thông gió cho tủ.

Bước 3: Chọn số cực

• 3P (3 cực): dùng phổ biến cho mạch ba pha không cần đóng cắt dây trung tính.
• 4P (4 cực): dùng khi thiết kế yêu cầu đóng cắt cả dây trung tính, ví dụ một số sơ đồ nối đất (như TT) hoặc mạch chuyển đổi nguồn lưới và máy phát.

Việc chọn 3P hay 4P phụ thuộc sơ đồ nối đất và thiết kế của hệ thống, cần theo bản vẽ của kỹ sư thiết kế.

Bước 4: Ước tính dòng ngắn mạch tại điểm lắp đặt (Isc)

Đây là bước hay bị bỏ qua nhất. Cách ước tính nhanh cho điểm ngay sau máy biến áp:

Isc ≈ In(MBA) × 100 / uk%, trong đó In(MBA) = S / (√3 × U)

Ví dụ máy biến áp 1.000 kVA, 400 V, điện áp ngắn mạch uk = 6%:

• In(MBA) = 1.000.000 / (1,732 × 400) ≈ 1.443 A
• Isc ≈ 1.443 × 100 / 6 ≈ 24 kA

Đây là giá trị lớn nhất (đã bỏ qua tổng trở của lưới trung thế và cáp). Càng xa máy biến áp, dòng ngắn mạch càng giảm do tổng trở của cáp và thanh cái. Với công trình thực tế, kỹ sư thiết kế tính Isc chính xác theo IEC 60909 hoặc bằng phần mềm.

Bước 5: Chọn Icu và Ics

• Icu ≥ Isc tại điểm lắp đặt, ở đúng điện áp hệ thống. Đây là điều kiện bắt buộc.
• Nếu cần hệ thống hoạt động lại ngay sau sự cố (nhà máy chạy liên tục, bệnh viện, trung tâm dữ liệu), nên chọn MCCB có Ics ≥ Isc.
• Nếu Icu của aptomat nhỏ hơn Isc, chỉ được dùng khi có thiết bị phía trên hỗ trợ cắt (phối hợp cascading) theo bảng của chính nhà sản xuất.

Với Isc ≈ 24 kA ở ví dụ trên, cần MCCB có Icu ≥ 25 kA ở 400 V.

Ví dụ với dòng Tengen TGM3 khung 250 A (catalogue TGM3, ở 400 V):

TGM3-250L đáp ứng cả Icu (35 kA) và Ics (26 kA) lớn hơn 24 kA. Nếu tủ nằm gần máy biến áp lớn hơn (ví dụ máy biến áp 1.600 kVA, uk 6%, Isc khoảng 38 kA), cần chuyển lên cấp M hoặc H.

Bước 6: Chọn chức năng bảo vệ

• Bảo vệ phân phối: dùng cho tủ điện, cấp nguồn chung. Ví dụ Tengen TGM3 loại phân phối có ngưỡng cắt tức thời khoảng 10 × In.
• Bảo vệ động cơ: ngưỡng cắt tức thời cao hơn (TGM3 loại bảo vệ động cơ khoảng 12 × In) để không tác động nhầm khi động cơ khởi động.
• Bộ bảo vệ chỉnh được: loại có Ir chỉnh được giúp đặt sát dòng tải và phối hợp chọn lọc tốt hơn với aptomat phía trên và phía dưới.

Tóm tắt ví dụ

Tìm nhanh các MCCB phù hợp bằng bộ lọc: MCCB 200 A, 3 cực, từ 25 kA.

Checklist trước khi đặt hàng

1. Dòng tải Ib đã tính, và In nằm giữa Ib và Iz của cáp.
2. Đã xét nhiệt độ thực tế trong tủ.
3. Điện áp Ue của aptomat phù hợp điện áp hệ thống.
4. Số cực đúng theo sơ đồ nối đất.
5. Icu (và Ics nếu cần) lớn hơn dòng ngắn mạch tại điểm lắp, ở đúng mức điện áp.
6. Loại bảo vệ (phân phối hay động cơ) và phụ kiện cần kèm (cuộn cắt, tiếp điểm phụ, tay xoay…).

Bài viết mang tính hướng dẫn chung. Với công trình cụ thể, việc tính toán ngắn mạch và phối hợp bảo vệ cần kỹ sư thiết kế thực hiện. Kỹ sư VITCO có thể hỗ trợ đối chiếu model: gửi danh sách thiết bị hoặc thông số tải qua trang yêu cầu báo giá.

Nguồn tham khảo

• Schneider Electric, Electrical Installation Guide: Fundamental characteristics of a circuit-breaker, Selection of a circuit-breaker, Coordination between circuit-breakers.
• Schneider Electric, Coordination of LV protection devices, Low voltage expert guide n°5.
• Tengen, catalogue MCCB TGM3: bảng thông số (Icu, Ics), hệ số nhiệt độ và đặc tính tác động.
• IEC 60947-2 (aptomat hạ thế), IEC 60364-4-43 (bảo vệ quá dòng), IEC 60909 (tính dòng ngắn mạch).