Aptomat là gì? Nguyên lý hoạt động và cách lựa chọn aptomat

Ngày nay, các thiết bị điện ngày càng đa dạng và hướng đến sự an toàn trong sử dụng, một thiết bị được nhiều gia đình sử dụng có tên gọi là áp tô mát nằm trong tủ điện, tuy nhiên không phải ai cũng biết aptomat là gì? nguyên lý hoạt động và sử dụng trong thực tế như thế nào? Tất cả các câu hỏi trên sẽ được giải đáp trong các phần tiếp theo.

1. Aptomat là gì? 

Aptomat phiên âm tiếng việt là áp tô mát là một thiết bị đóng cắt điện tự động. Cái tên áp tô mát là bắt nguồn từ tiếng Nga do trước đây thiết bị điện của Nga rất phổ biến ở Việt Nam. Trong tiếng Anh, thiết bị đóng cắt điện được gọi là CB viết tắt của cụm từ Circuit Breaker, chính vì vậy bạn có thể các aptomat hiện nay viết tắt đều có chứa hai chữ CB, ví dụ MCB, MCCB...

Trên đây là lịch sử về tên gọi Aptomat, còn về chức năng Aptomat là thiết bị đóng cắt điện tự động giúp bảo vệ hệ thống điện trong các trường hợp quá tải, ngắn mạch, chống dòng rò, sụt áp...

Ở Việt Nam, aptomat được người sử dụng gọi dưới nhiều tên gọi khác nhau như:

  • Aptomat
  • Áp tô mát hoặc át tô mát (phiên âm tiếng Việt)
  • Thiết bị đóng cắt tự động (Nghĩa của cụm từ Circuit Breaker)
  • CB (viết tắt của Circuit Breaker)
  • Cầu dao tự động
  • ...

2. Nguyên lý hoạt động, cấu tạo

Các loại át tô mát hiện có trên thị trường đều hoạt động theo nguyên lý sử dụng lực điện từ với mạch nguyên lý như hình vẽ dưới đây:

Nguyên lý hoạt động của aptomat

Thành phần của một aptomat như hình vẽ bao gồm:

  1. Cơ cấu tiếp điểm, giống như công tắc trong thiết bị đóng cắt aptomat nó chính là cái gạt bật tắt thiết bị.
  2. Ngàm tiếp điểm.
  3. Nam châm hay còn gọi là phần ứng.
  4. Lõi thép hay còn gọi là phần cảm.
  5. Cuộn dây cuốn quanh lõi thép 4 để khi có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra điện từ trường.
  6. Lò xo mang cơ cấu tiếp điểm phụ.
  7. Lò xo mang cơ cấu tiếp điểm chính.

Dòng điện chạy qua phụ tải là lõi thép 4 có cuốn cuộn dây 5 thì theo lý thuyết điện từ trường, cuộn dây sinh ra một lục điện từ với chiều theo quy tắc bàn tay phải. Lực điện từ sinh ra bởi cuộn dây được tính theo công thức FCuộn dây = IĐịnh mức x w trong đó:
FCuộn dây: Lực điện từ sinh ra trong cuộn dây
IĐịnh mức: là cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây
w: Số vòng của cuộn dây

Tiếp theo chúng ta xem xét hoạt động của aptomat trong hai trường hợp:

Trường hợp 1: Trong điều kiện thông thường lực điện từ FCuộn dây này nhỏ hơn lực đàn hồi của lò xo 6 FLò xo:
FCuộn dây < FLò xo
Do đó ngàm tiếp điểm 2 đóng, tiếp điểm 1 sẽ đóng và dòng điện chạy qua đến các thiết bị điện khác trong hệ thống.
Trường hợp 2: xảy ra ngắn mạch hoặc quá tải thì dòng điện I tăng lên, theo công thức ở trên lực điện từ trong cuộn dây FCuộn dây tăng lên đến khi lớn hơn FLò xo làm cho lõi thép 4 hút nam châm 3 và ngàm tiếp điểm 2 mở ra, khi đó lò xo 7 làm cho cơ cấu tiếp điểm 1 bị kéo ra và mạch điện bị hở tại 1 và toàn bộ hệ thống điện ngưng hoạt động. Hệ thống đã được bảo vệ khỏi sự cố ngắn mạch hoặc quá tải, nếu không có cầu dao tự động này thì toàn bộ hệ thống điện sẽ bị cháy.

Nguyên lý cơ bản của một aptomat là như vậy, chúng ta cùng xem mặt cắt của một aptomat trong thực tế sẽ thấy nó áp dụng đúng nguyên lý trên.

Mặt cắt thiết bị đóng ngắt Aptomat

Một số thông số kỹ thuật của Aptomat:

  • Dòng cắt định mức In có giá trị thường là 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A
  • Dòng ngắn mạch tối đa có thể chịu đựng Icu (Ultimate breaking capacity) chính là khả năng chịu đựng dòng tối đa của tiếp điểm aptomat trong thời gian 1 giây.  Ví dụ Aptomat Schneider A9K27116 có Icu = 6kA tức là tiếp điểm của áp tô mát này có thể chịu đựng dòng tối đa là 6kA trong 1 giây.
  • ISBC (Service breaking capacity) là dòng ngắn mạch thực tế có khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố của thiết bị, được tính bằng %Icu thông số này phụ thuộc vào từng nhà sản xuất. Các thiết bị thông thường ISBC = 50-70%Icu, với các loại thiết bị đóng cắt đặt tiêu chuẩn ISBC=100% Icu.
  • Đường cong chọn lọc (characteristic cuver) là thông số quan trọng của aptomat, sử dụng để lựa chọn aptomat nằm ở vị trí nào trong hệ thống điện. Ví dụ dòng aptomat Schneider Acti9 sử dụng đường cong loại C.
  • Ir dòng định mức tải là dòng điện đo được thực tế khi đi qua thiết bị sử dụng điện trong hệ thống.
  • Ue điện áp làm việc định mức, thông thường điện áp định mức với các aptomat dân dụng là 230V.
  • Số lần đóng cắt cơ khí cho phép (mechanical/electrical endurance) tính cả tự động và thao tác bằng tay. Các aptomat thường có số lần đóng ngắt tùy thuộc loại thiết bị, các MCB có giới hạn là 7.500 đến 10.000 lần, với MCCB trên 10.000 lần.

3. Phân loại aptomat - cầu dao tự động trên thị trường

3.1 Aptomat tép - MCB: Bảo vệ quá tải và ngắn mạch

MCB viết tắt của cụm từ Miniature Circuit Bkeaker là các thiết bị đóng ngắt loại tép, nhỏ có thể ghép với nhau. MCB thường có các thông số như sau:

  • Dòng cắt tối đa từ 4.5KA, 6KA, 10KA, 15KA
  • Dòng cắt định mức không vượt quá 100A, thực tế các aptomat có dòng định mức từ 6A đến 63A
  • Số cực 1P, 2P, 3P, 4P
  • Điện áp định mức không vượt quá 1kV, thực tế thiết bị có điện áp định mức là 230V.
  • Số lần đóng cắt cơ khí cho phép 7.500 đến 10.000 lần

3.2 Aptomat khối - MCCB: Bảo vệ quá tải và ngắn mạch

MCCB viết tắt của Moulded Case Circuit Bkeaker là thiết bị đóng cắt có vỏ đúc nguyên khối còn gọi tắt là aptomat khối. MCCB có các thông số vượt trội hơn so với MCB do vậy giá thành cũng cao hơn:

  • Dòng cắt tối đa từ 7.5KA, 10KA, 18KA, 25KA, 36KA, 50KA, 70KA
  • Dòng cắt định mức có thể lên đến hàng nghìn A, thực tế các aptomat có dòng định mức từ 10A đến 1.6kA
  • Số cực 1P, 2P, 3P, 4P
  • Điện áp định mức 415V
  • Số lần đóng cắt cơ khí cho phép trên 10.000 lần

4. Cách lựa chọn aptomat

Trên thị trường có rất nhiều loại aptomat khác nhau với các thông số kỹ thuật khác nhau, việc lựa chọn aptomat đúng vừa tiết kiệm chi phí đầu tư vừa hiệu quả trong sử dụng. Ví dụ: nếu trong phòng chỉ sử dụng các thiết bị điện khoảng 2000W tức là dòng tải tối đa khoảng 10A, nếu chọn aptomat có dòng định mức 63A là không phù hợp, giá thành cao mà hiệu quả bảo vệ lại không bằng với loại aptomat 16A. Ví dụ 2: khi lắp đặt hệ thống chiếu sáng cho phòng khách chẳng hạn, không nên sử dụng aptomat chống giật, có mấy lý do như sau: thứ nhất aptomat chống giật có giá thành rất cao, thường cao hơn khoảng 10 lần so với aptomat thường, thứ hai là hệ thống chiếu sáng có xác suất xảy ra dò điện với người dùng là cực thấp.

Qua hai ví dụ trên, chúng ta thấy việc lựa chọn aptomat phù hợp là cực kỳ quan trọng, không nên sử dụng thiết bị một cách bừa bãi. Có hai thông số chúng ta cần quan tâm khi chọn loại aptomat là dòng cắt định mức Ivà dòng cắt tối đa Icu. Trước hết dòng cắt định mức phải thỏa mãn điều kiện:

IThiết bị < In < Imax dây dẫn

Trong đó:

  • IThiết bị là dòng điện tải lớn nhất tức là dòng điện đo được khi sử dụng tất cả các thiết bị trong phòng định thiết kế aptomat.
  • In là dòng cắt định mức của aptomat
  • Imax dây dẫn là dòng điện cho phép lớn nhất của dây dẫn điện (được công bố bởi các nhà sản xuất dây, cáp điện)

ISCB > ISC

  • ISCB (Service breaking capacity) là dòng ngắn mạch thực tế có khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố của thiết bị.
  • ISC là dòng điện ngắn mạch tính toán được.

Ví dụ lựa chọn aptomat Schneider cho một phòng khách tổng công suất các thiết bị là 2600W, như vậy dòng điện tính toán được khi bật các thiết bị là 2600W/220V = 11.8A, dòng điện ngắn tính toán được xấp xỉ 5kA khi sử dụng dây điện Cadisun 2x2.5mm như vậy chúng ta chọn aptomat Schneider A9K27116 với các thông số dòng cắt định mức 16A, dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép 6kA. Như vậy các biểu thức ở trên là thỏa mãn do đó, thiết bị hoạt động tốt.

Chú ý: ở Việt Nam chúng ta thường dùng aptomat thay cho công tắc dòng lớn, ví dụ thường lắp aptomat để bật tắt bình nóng lạnh, điều hòa... Không nên sử dụng aptomat cho các trường hợp như vậy, aptomat được thiết kế để bảo vệ hệ thống điện, sử dụng đóng cắt không thường xuyên tức là số lần đóng cắt cơ khí thấp, vậy chúng ta nên sử dụng các loại công tắc dòng lớn 20A, 32A, 45A... cho các thiết bị công suất lớn, theo thiết kế công tắc đảm nhận việc bật tắt thường xuyên cho thiết bị.  

Bảng sau đây là một số các thiết bị thông dụng đi kèm là các thông số giúp bạn lựa chọn aptomat:

Thiết bị Công suất tiêu thụ Dòng điện tải (A)
Tủ lạnh 165 lít 2
285 lít 2
Máy lạnh 4.7 HP 16
7.1 HP 20
9.5 HP 20
14 HP 25
Máy giặt 300W 2
  1.3KW 10
Bình nước nóng lạnh 500W 3
Máy xay nhà bếp 200W 1

 

aptomat cầu dao tự động thiết bị đóng cắt mcb