Tính toán chọn lựa CB

Circuit Breaker (CB)
I. MỤC TIÊU:


Kiến thức:
- Mô tả được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của CB;
- Phân loại được các dạng CB dùng trong việc đóng cắt và bảo vệ mạch điện



Kỹ năng:

Tính tốn được các thơng số cơ bản trên CB đảm bảo được điều kiện làm việc
cho các phụ tải khác nhau;


Thái độ năng lực tự chủ:
Phát huy được tính tích cực trong học tập và rèn luyện

II. NỘI DUNG:

3.1. CB (Circuit Breaker):
Một mạng điện bao gồm nguồn, phụ tải, dây dẫn và các thiết
bị đóng cắt bảo vệ mạng điện. Các thiết bị đóng cắt bảo vệ gọi
chung là KCĐ, thông thường KCĐ được đặt trong tủ điện, sau đó
sử dụng hệ thống máng cáp để lắp đặt đi dây dẫn điện đến máy
móc trên dây truyền sản xuất hay khu vực phân xưỡng, cơng
trình.
Trong bài học này chúng ta sẻ tìm hiểu về các loại KCĐ
thông dụng trong tủ điện, nhận biết các thông số và cách tính
chọn các khí cụ điện dùng để đóng cắt và bảo vệ mạch điện, đó là

CB hay còn gọi là Aptomat.
Khi xẫy ra sự cố mạch điện cần phải được bảo vệ và ngắt
toàn bộ hệ thống điện, việc này rất cần đến một thiết bị để đảm
bảo an tồn cho hệ thống điện đó chính là Aptomat theo tiếng
Nga hay còn gọi là CB theo tiếng Anh.
Vậy CB là gì ? Cấu tạo như thế nào? Nguyên tắc hoạt động
của chúng ra sao và tính chọn như thế nào? Chung ta sẻ tìm hiểu
thơng qua bài học này như sau:
CB là KCĐ được dùng thay thế cho cầu dao, CB dùng đóng
ngắt mạch điện sử dụng trong mạng điện 1 pha và 3 pha, có cơng
dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch hoặc sụt áp trong mạng điện, tự
động ngắt mạch khi cố sự cố.
 Trong mạng điện dân dụng sử dụng điện 1 pha:
1


Như trong ngơi nhà của mình, các em thường thấy phía dưới
Cơng tơ điện có một CB chính, CB này do điện lực đấu nối, được
dùng để đóng điện, cắt điện và bảo vệ mạng điện trong ngôi nhà
của chung ta.
Phía sau đó sẻ là một tủ điện gồm một CB tổng và CB từng
nhánh để đóng cắt và bảo vệ cho mạng điện ngôi nhà hay mạng
điện cho từng tầng, từng phịng hay từng nhóm thiết bị sử dụng
điện như đèn, quạt, máy lạnh, tủ lạnh, tùy theo yêu cầu thiết kế
mà chung ta đấu nối. Tủ điện này được gọi là tủ phân phối.
 Trong mạng điện công nghiệp thường sử dụng điện 3
pha:
CB dùng khởi động các ĐC3 pha, dùng làm phần tử đóng cắt
và bảo vệ hệ thống điện. Trong các tủ điện điều khiển, tủ điện
cơng nghiệp, CB ngồi chức năng đóng cắt, cịn có chức năng bảo

vệ quá tải, ngắn mạch, mặt khác còn có loại CB bảo vệ chống sụt
áp, CB chống dịng điện rò hay CB chống giật. Trong bài học này
chúng ta chỉ tìm hiểu CB theo chức năng bảo vệ quá tải và ngắn
mạch.

3.1.1. Khái niệm và yêu cầu:
- CB (được viết tắt từ danh từ Circuit Breaker), còn gọi là Aptomat.
- CB là khí cụ điện dùng đóng ngắt mạch điện (một pha, ba pha);
- CB có cơng dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch và sụt áp trên mạch điện.
* Yêu cầu :
- Chế độ làm việc định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn
- CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thể vài chục KA
- CB phải có thời gian cắt bé, kết hợp với thiết bị dập hồ quang bên trong CB
3.1.2. Cấu tạo và NL hoạt động:
 Cấu tạo:
2


1. Vỏ CB
2. Ngõ vào dây điện (tiếp điểm trên)
3. Buồng dập hồ quang
4. Cuộn dây từ (Nam châm điện)
5. Cần gạt
6. Tiếp điểm cố định
7. Tiếp điểm di động
8. Thanh dẫn hồ quang
9. Băng lưỡng kim
10. Ngõ ra dây điện (tiếp điểm dưới)
11. Kẹp thanh ray
 Nguyên lý hoạt động ATM 1 pha :

+ Trong ĐK bình thường: Khi bật cần gạt (5) lên, dòng điện đi qua ngõ vào dây
điện (2), sau đó qua cuộn từ (4), đến tiếp điểm cố định (6), qua tiếp điểm động (7),
qua băng lưỡng kim (9) và đi đến ngõ ra dây điện (10).
+ Trong ĐK quá tải: Dòng điện đi qua băng lưỡng kim (9) làm nhiệt độ tăng lên,
khiến băng lưỡng kim uốn cong, do hiện tượng dãn nở kim loại làm nhả chốt và
ngăn tiếp xúc giửa 2 tiếp điêm , ATM ngắt dòng điện trong mạch.
 Cấu tạo ATM 3 pha:
1. Bộ phận tiếp điểm
2. Móc răng
3. Cần răng
4. Tay đòn
5. Rơle dòng điện
6. Rơle điện áp
7. Trục quay
8, 9. Lá sắt non
10,11. Lò xo
 Nguyên lý hoạt động ATM 3 pha:
Lúc mang điện bình thường mạch được đóng kín.
+ Khi có sự cố ngắn mạch (hoặc q tải), I tăng cao, RL dòng (5) sẽ hút lá sắt non
(8) làm tay đòn (4) tác động vào cần răng (3) nhả móc (2). Dưới lực kéo của lị xo
(11) bộ phận tiếp xúc sẽ mở ra cắt mạch điện.
+ Tương tự khi sụt áp, RL áp (6) sẽ nhả lá sắt non (9). Dưới lực kéo của lò xo (10)
lá sắt non đẩy tay đòn (4) lên làm cần răng (3), móc (2) nhả ra ngắt mạch điện.
3.1.3. Phân loại và cách lựa chọn CB.
 Phân loại theo kết cấu: Gồm 2 loại
3


a/ MCB: là thiết bị chuyển mạch dạng tép hay cịn gọi là CB tép.
MCB thường có cắt định mức Iđm <125A và dòng cắt ngắn

mạch Icu <10KA

b/ MCCB: là thiết bị chuyển mạch dạng khối còn gọi là CB khối.
MCCB thường có cắt định mức trên 100A I đm >> và dịng cắt
ngắn mạch có thể lên đến trên I cu >>100 KA dùng trong mạng
điện côn nghiệp 3 pha.

 Phân loại theo đăc tính bảo vệ: Gồm 3 loại
- CB loại B dùng cho tải mang tính thuần trở ít tăng đột biến dịng điện như lị
điện, máy nước nóng, bếp điện…
- CB loại C dùng cho tải đèn, ổ cắm nguồn, động cơ điện loại nhỏ, máy biến
áp
- CB loại D dùng kiểm soát và bảo vệ các mạch điện có dịng khởi động lớn
( động cơ có cơng suất lớn)

4


 CB loại B ngắt mạch ngay lập tức ở dòng điện lớn gấp 3 đến 5 lần dòng định
mức (In).
 CB loại C ngắt mạch ngay lập tức ở dòng điện lớn gấp 5 đến 10 lần dòng
định mức (In).
 CB loại D ngắt mạch ngay lập tức ở dòng điện lớn gấp 10 đến 20 lần dòng
định mức (In).
 Thơng số của CB:
Một CB có nhiều thơng số, tuy nhiên trong bài học này chúng
ta chỉ đề cập đến các thông số cơ bản sau đây là:
 Điện áp định mức Uđm (V);
 Dòng cắt định mức Iđm (A);
 Dòng cắt ngắn mạch lớn nhất Iđm (KA)

 Điện áp định mức của CB : U đmCB là điện áp lớn hơn hay bằng
điện áp của mạng điện.
 Dòng điện cắt định mức của CB: I đmCB là dòng điện làm việc
của CB, khi dòng điện qua CB lớn hơn giá trị này thì CB sẻ tác
động ngắt mạch điện.
 Dòng điện cắt ngắn mạch lớn nhất của CB: Icu là dòng điện
lớn nhất mà tiếp điểm của CB chịu đựng được trong 1s . Nếu bị sự
cố ngắn mạch mà dòng điện qua CB lớn hơn giá trị này thì CB sẻ
bị phá hủy.
Ví dụ :
 MCB 2 pha của hãng LS có điện áp định mức là U đm = 400V,
loai D, có dịng cắt định mức là I CB=32A, có dịng điện cắt ngắn
mạch là Icu=6000A

5


 MCCB của hãng Schneider có điện áp định mức là U đm =
690V, có dịng cắt định mức là ICB=100A, có dịng điện cắt ngắn
mạch là Icu=5KA -10KA tương ứng với điện áp từ 220V – 550V

3.1.4. Tính tốn chọn lựa CB
Để chọn lựa CB cho mạng điện, chúng ta căn cứ vào chức
năng của CB được lắp trong mạng điện.
Ta chọn CB để làm CB tổng để đóng cắt và bảo vệ cho mạng điện
hay chọn CB cho nhóm tải hay một tải cụ thể, như vậy phải căn
cứ vào loại tải để chọn CB cho đúng, chúng ta tạm chia tải ra làm
2 nhóm loại khơng có dòng khởi động tăng cao như đèn, các bếp
điện, các máy nước nóng và tải có dịng khởi động tăng cao như

tải động cơ.
Đối với tải khơng có dịng khởi động tăng cao như đèn, các
bếp điện, các máy nước nóng ta chọn CB theo cơng thức:
ICB= (1,2÷1,5). Iđm load ,
Với: Iđm load =P/U.cosφ
6


Đối với tải có dịng khởi động tăng cao là động cơ điện, ta
chọn CB theo cơng thức:
ICB= (2,1÷3). IđmĐC ,
- Đối với ĐC 1 pha dòng điện định mức của ĐC được tính theo
cơng thức:
IđmĐC1p =P/U.cosφ.ɳ
- Đối với ĐC 3 pha dịng điện định mức của ĐC được tính theo
công thức:
IđmĐC3p =P/√ 3 .U.cosφ.ɳ
Các thông số của động cơ thường sẽ ghi trên nhãn của động
cơ, trên động cơ sẻ ghi rõ cơng suất P, điện áp U, cịn nếu các
thông số HSCS cosφ và hiệu suất ɳ không có ghi thì ta lấy gần
đúng trong khoản từ (0,8-0,9).
Ví dụ 1: Chọn CB dùng để đóng cắt và bảo vệ cho mạng điện một
phòng bếp của căn hộ với các tải như sau: Có 6 đèn 9W; 1 bếp
1000W, 1 ấm nấu nước 1000W:
Vậy dòng điện định mức của tải sẽ bằng I load = (6.9 + 1000 +
1000)W/220V = 9,4A
Nên ta chọn dòng điện của CB trong khoản I CB=(1,2÷1,5).Iload =
11,28A ÷ 14,1 A
Tra theo Catalog của nhà sản xuất ta chọn CB gần nhất, ví dụ ta
chọn CB của hảng LS với dòng điện là 16A như sau:

Chọn MCB 2 pha 16A của hảng LS-C16

Ví dụ 2: Chọn CB cho một động cơ 3 pha, trên nhãn động cơ có
các thơng số như sau:

7


Như vậy dựa vào các thông số ghi trên nhãn của động cơ ta
thế vào cơng thức, sẽ tính được dòng định mức của ĐC bằng;
11,6A: IđmĐC = 5500/(√ 3. 380.0,84.0,857)= 11,6A
Vậy ta chọn dòng điện của CB trong khoản ICB=(2,1÷ 3).IđmĐC =
23,2A ÷ 34,8 A
Ta chọn CB của hảng Schneider với dòng điện tương ứng là 32A

 Lưu ý:
Chọn CB là để đóng cắt và bảo vệ mạng điện, trong đó CB
chủ yếu là bảo vệ dây dẫn nên dòng điện CB phải nhỏ hơn dòng
điện lớn nhất cho phép của dây dẫn trong mạng điện: I CB< Iwire
Theo tiêu chuẩn IEC 60439. Dòng điện và tiết diện dây dẫn
đến 400A được chọn trong bảng 8 IEC 60439-1 :

8


 Hiện tượng - Nguyên nhân gây hư hỏng:
- Các tiếp điểm bị cháy, bị dính do đóng cắt các dòng điện quá lớn so với
dòng điện định mức của CB.
- Các tiếp điểm bị rỗ bề mặt vì CB đóng, cắt có tải với dịng điện lớn thường
xảy ra hiện tượng cháy hồ quang làm cho bề mặt bị cháy rỗ.

- Bề mặt tiếp điểm bị dập, do lực đóng cắt q lớn hoặc vật liệu làm tiếp điểm
khơng đạt yêu cầu.
- Cơ cấu truyền động cắt CB bị hư hỏng.
- Các bề mặt bị bụi bám bẩn.
 Khắc phục và sửa chữa:
- CB (Aptomat) là khí cụ điện có cấu tạo khá phức tạp đặc biệt là cơ cấu
truyền động cắt. CB nhỏ có dịng điện 5A, 10A, 15A, 20A, 32A.
- CB nhỏ, các phần vỏ được cố định lại bằng hai mối ghép đinh tán nên khi
tháo ra khó lắp lại được chính xác nên khơng cần sửa chữa mà phải thay mới.
- Đối với CB lớn và có dịng định mức lớn, có thể tháo ra để làm vệ sinh và
bảo dưỡng hệ thống tiếp điểm, cơ cấu truyền động cắt hoặc thay thế một số bộ
phận đơn giản bị hư hỏng.
 Bài tập áp dụng:

 Tính chọn CB cho từng thiết bị sử dụng:
1/ Bình nóng lạnh 30 lít có thơng số sau:
- Cơng suất Pđm = 2500W
- Điện áp sử dụng nguồn 1 pha có Uđm = 220V.
2/ Bếp từ có thơng số sau:
- Công suất Pđm = 4000W
- Điện áp sử dụng nguồn 1 pha có Uđm = 220V.
3/ Máy bơm cơng nghiệp có thơng số sau:
- Cơng suất Pđm = 5KW; Y / ∆; 380V/220V; cosφ = 0.85; ɳ = 0.87
9


- Điện áp sử dụng là nguồn 3 pha Uđm = 380V.
 Tính chọn CB cho nhóm thiết bi:
Chọn CB cho một phòng ngủ và nhà vệ sinh gồm các thiết bị sau:
ST

T

TÊN THIẾT BỊ

Phòng ngủ + Vệ sinh 1
1 Đèn tuýp led 1,2m
Đèn dowlight led âm
2
trần
3 Đèn hắt trần led
Đèn trang trí/Đèn rọi
4
tranh
5 Quạt điện
6 Máy vi tính
7 Tivi/Đầu, âm li
8 Điều hòa 12000BTU
Phòng vệ sinh
1 Đèn ốp trần
2 Đèn gương
3 Bình nóng lạnh 20l
4 Quạt hút thơng gió
5 Máy sấy tóc

CƠNG
SUẤT
(W)
20

SỐ TỔNG CƠNG

LƯỢN
SUẤT
G
(W)
5,47 kW
2
40

9

12

108

20

8

160

20

3

60

40
500
300
1200

1
1
1
1

40
500
300
1200

20
10
2000
30
1000

1
1
1
1
1

20
10
2000
30
1000

10