Ngắt Nhiệt so với Ngắt Từ: Cách Một Bộ Ngắt Mạch Thực Sự Bảo Vệ Một Mạch Điện

Bên trong mỗi bộ ngắt mạch thu nhỏ (MCB), không chỉ có một mà là hai cơ chế bảo vệ để bảo vệ hệ thống chống lại các loại lỗi khác nhau. Việc hiểu được ý nghĩa của ngắt nhiệt và ngắt từ sẽ giúp bạn hiểu cách hoạt động của bộ ngắt mạch trong việc giữ an toàn cho tòa nhà, và đây là một trong những câu hỏi thường gặp nhất từ người tiêu dùng, thợ điện và các kiểm soát chất lượng nhà máy.

Hướng dẫn này sẽ giải thích một cách đơn giản các chức năng cơ bản của ngắt nhiệt và ngắt từ, sự khác biệt giữa chúng, và cách các công ty kiểm tra các ngắt này bằng phương pháp hiệu chuẩn nhiệt và kiểm tra ngắt từ trước khi bất kỳ bộ ngắt nào được xuất xưởng từ nhà máy. Hướng dẫn cũng sẽ đề cập cách Benlong Automation sản xuất các hệ thống thực hiện các bài kiểm tra trên thiết bị của các nhà sản xuất MCB và MCCB trên toàn thế giới.

Ngắt Nhiệt cũng như Ngắt Từ

Có hai hệ thống ngắt khác nhau được tích hợp trong các bộ ngắt mạch nhiệt-từ. Phần ngắt nhiệt giúp bảo vệ chống quá tải. Thuật ngữ quá tải được sử dụng ở đây vì dòng điện vượt mức nhưng không nguy hiểm đến mức gây hư hại. Phần ngắt từ được sử dụng để phản ứng với ngắn mạch. Mỗi bộ ngắt mạch thu nhỏ đều có cơ chế ngắt giúp vận hành bộ ngắt mạch an toàn.

Cách nhanh nhất để nhớ về ngắt nhiệt so với ngắt từ là thông qua tốc độ. Chuyển động của ngắt nhiệt chậm vì không có lý do để hành động khác trong trường hợp quá tải nhỏ — việc có quá tải không tạo thành tình trạng khẩn cấp. Chuyển động liên quan đến ngắt từ là ngay lập tức trong phạm vi mili giây.

Ngắt Nhiệt Là Gì? (Bảo Vệ Quá Tải)

Cái ngắt nhiệt được xây dựng dựa trên một dải kim loại kép — hai kim loại được liên kết với nhau và giãn nở với tốc độ khác nhau khi bị nung nóng. Nếu dòng điện vượt quá công suất của bộ ngắt vượt quá giới hạn trong thời gian dài, dải kim loại sẽ bị nung nóng, cong vênh và cuối cùng kích hoạt cơ chế mở mạch. Dòng điện càng cao, dải kim loại cong càng nhanh, đây là điểm mà bộ ngắt có đặc tính phản hồi ngược thời gian độc đáo: khi có quá tải dòng điện nhỏ, bộ ngắt không ngắt ngay lập tức, trong khi với quá tải lớn, bộ ngắt phản ứng gần như không có độ trễ.

Phản ứng chậm như vậy hoạt động rất tốt cho các trường hợp quá tải. Khi một mạch điện gia đình có dòng điện vượt quá mức cho phép vì nhiều thiết bị cùng sử dụng điện đồng thời, không phải là tình huống khẩn cấp vì dây dẫn không nên bị quá nhiệt. Ngắt nhiệt cho phép một đợt tăng dòng ngắn như dòng khởi động khi máy phát điện bắt đầu hoạt động trong khi vẫn bảo vệ dây khỏi quá tải dòng điện kéo dài. Thông thường, trường hợp này xảy ra trong khoảng thời gian từ vài phần giây đến nhiều phút tùy thuộc vào mức độ quá tải.

Dựa vào nhiệt có những tác động nhất định như tầm quan trọng của nhiệt độ không khí xung quanh. Một dải kim loại kép đã được làm nóng trên sàn nhà máy nóng sẽ uốn cong ngay cả trước khi cùng một dải trên sàn nhà máy mát mẻ, điều này đòi hỏi phải hiệu chuẩn chính xác thiết bị trong điều kiện kiểm soát trong khi mỗi thiết bị hiện đại đều bao gồm bù nhiệt độ. Ngoài ra, mức nhiệt ngắt được định nghĩa là một dải, không phải là một giá trị đơn lẻ; điều này có nghĩa là tiêu chuẩn chấp thuận khoảng thời gian hoạt động để những thay đổi nhiệt độ bình thường không biến một bộ ngắt tốt thành một bộ ngắt lỗi.

Ngắt từ là gì? (Bảo vệ ngắn mạch)

Cái ngắt từ hoạt động theo nguyên lý hoàn toàn khác: điện từ. Một cuộn dây bên trong bộ ngắt tạo ra một trường từ tương ứng với lượng dòng điện đi qua nó. Khi dòng điện bình thường, trường từ yếu và không có hành động xảy ra. Tuy nhiên, khi một ngắn mạch gửi một lượng lớn dòng điện qua — thường vượt quá giá trị định mức nhiều lần — ngưỡng từ trở nên đủ mạnh để đẩy một bộ phận chuyển động, kích hoạt bộ ngắt gần như ngay lập tức.

Vì ngắn mạch là một tình huống khẩn cấp thực sự, nó được đo bằng mili giây, thay vì giây. Không có độ trễ và không có đường cong thời gian nghịch đảo nhẹ nhàng trong chế độ tức thời. Ngay khi dòng điện vượt quá ngưỡng từ, bộ ngắt mở nhanh nhất có thể theo cơ chế cho phép. Đây là cơ chế ngăn ngừa cháy và bảo vệ thiết bị từ thời điểm sự cố mạch làm giảm điện trở gần như bằng không và làm tăng dòng điện đến mức nguy hiểm.

Ngưỡng từ được điều chỉnh trong thiết kế và là yếu tố xác định đường cong ngắt của bộ ngắt. Nếu nó được đặt quá thấp, bộ ngắt sẽ ngắt mỗi khi động cơ lấy dòng khởi động lớn; nếu quá cao, nó sẽ chậm trễ khi xảy ra lỗi. Do đó, các nhà sản xuất điều chỉnh cuộn dây và bộ phận chuyển động theo bội số của dòng định mức và sau đó kiểm tra trên bàn thử nghiệm để đảm bảo bộ ngắt hoạt động trong phạm vi đó.

Sự khác biệt chính giữa ngắt nhiệt và ngắt từ

Đặt hai loại cạnh nhau làm nổi bật sự tương phản. Chúng phản ứng với các lỗi khác nhau, trên các khoảng thời gian khác nhau, sử dụng các nguyên lý vật lý khác nhau — nhưng chúng cùng tồn tại trong một bộ ngắt và chia sẻ cùng một cặp tiếp điểm, đó là lý do thiết bị được gọi là bộ ngắt mạch nhiệt-từ.

Một điểm gây nhầm lẫn vô tận, vì vậy đáng để nói rõ: các đường cong B, C và D in trên MCB chỉ đề cập đến dải ngắt từ (tức thời) — không phải phản ứng quá tải nhiệt. Bộ ngắt mạch đường cong B ngắt mạch bằng từ tính ở khoảng 3 đến 5 lần dòng định mức, đường cong C ở khoảng 5 đến 10 lần, và đường cong D ở khoảng 10 đến 20 lần. Hành vi quá tải nhiệt của chúng về cơ bản là giống nhau; điểm khác biệt là độ nhạy ngắn mạch. Đó là lý do tại sao mạch động cơ dễ bị dòng khởi động lớn sử dụng đường cong C hoặc D thay vì B, vì B sẽ gây ngắt mạch phiền toái mỗi khi động cơ khởi động.

Cách Nhà sản xuất Kiểm tra Ngắt Nhiệt: Hiệu chuẩn Nhiệt

Hiệu chuẩn nhiệt là quy trình tại nhà máy để xác minh và điều chỉnh chính xác ngắt quá tải sao cho mỗi bộ ngắt mạch ngắt trong khoảng thời gian tiêu chuẩn cho phép. Theo IEC 60898-1, một bàn thử áp dụng hai dòng điện chính: 1,13 lần dòng định mức, tại đó bộ ngắt không được ngắt trong thời gian quy ước, và 1,45 lần dòng định mức, tại đó bộ ngắt phải ngắt trong thời gian cho phép. Nếu thời gian ngắt đo được nằm ngoài khoảng này, kỹ thuật viên sẽ điều chỉnh vị trí dải kim loại kép và thử lại cho đến khi nằm trong thông số kỹ thuật.

Benlong’s bàn hiệu chuẩn ngắt nhiệt bán tự động được thiết kế chính xác cho nhiệm vụ này. Nó áp dụng dòng quá tải đã lập trình — lên đến 200A — đo thời gian ngắt tự động và hiển thị kết quả đạt hoặc không đạt so với khoảng thời gian IEC trên màn hình cảm ứng, trong khi cơ chế chuyển đổi cho phép một bàn thử xử lý nhiều vỏ MCB khác nhau mà không cần đi dây lại. Vì dòng điện được áp dụng và đo thời gian tự động thay vì do người vận hành dùng đồng hồ bấm giờ, kết quả lặp lại cao hơn nhiều và mỗi lần đọc có thể được xuất ra để lưu hồ sơ chất lượng. Đây là sự khác biệt giữa một bộ ngắt mạch chỉ trông có vẻ đúng và một bộ được chứng minh ngắt đúng thời gian.

Cách Nhà sản xuất Kiểm tra Ngắt Từ: Kiểm tra Ngắt Từ

Cái magnetic trip test kiểm tra nửa còn lại của bộ ngắt mạch: phản ứng ngắn mạch tức thời. Ở đây, một bàn thử cung cấp một xung dòng điện cao ngắn — thường là 5, 7,5 hoặc 10 lần dòng định mức, tùy thuộc vào đường cong ngắt được xác minh — và đo số mili giây bộ ngắt mất để mở mạch. Xung phải có độ tăng nhanh và sạch để thời gian ngắt đo được phản ánh chính xác bộ ngắt chứ không phải thiết bị thử.

Benlong’s bàn thử ngắt từ bán tự động tạo ra các bội số dòng định mức có thể lập trình, lên đến vài nghìn ampe đỉnh, và đo thời gian ngắt đến mili giây, với cùng điều khiển màn hình cảm ứng và ghi dữ liệu tự động như bàn thử nhiệt. Vì hệ số dòng điện có thể chọn trên giao diện người dùng HMI, một bàn thử có thể xác minh các bộ ngắt đường cong B, C và D chỉ bằng cách chọn cài đặt phù hợp. Một bài kiểm tra điển hình chỉ mất vài giây cho mỗi bộ ngắt, điều này rất quan trọng khi dây chuyền sản xuất phải kiểm tra hàng nghìn thiết bị mỗi ngày mà không trở thành nút thắt cổ chai.

Làm Rõ Một Số Hiểu Lầm Thường Gặp

Thường được coi là có thể thay thế cho nhau, các thành phần MCB và RCCB thực sự khá khác biệt về tính năng của chúng. Điều đầu tiên cần nhớ khi phân biệt giữa chúng là MCB không cung cấp bảo vệ chống lại sốc điện do rò rỉ đất – thay vào đó, đó là nhiệm vụ của RCCB hoặc phần dòng dư của RCBO, phát hiện rò rỉ đất thay vì quá tải hoặc ngắn mạch xảy ra. Cơ chế ngắt nhiệt và từ tính hoạt động để bảo vệ hệ thống và thiết bị; ngược lại, bảo vệ dòng dư được thiết kế cho mục đích đó.

Một điều khác cần làm rõ là việc ngắt mạch không bao giờ nên bị nhầm lẫn với sự cố của cầu dao. Đôi khi cầu dao ngắt mạch là kết quả của việc thực hiện tốt nhiệm vụ của nó. Do đó, một trong những điều chính mà các phòng chất lượng hiểu được là liệu cầu dao có ngắt mạch dưới các điều kiện dòng điện thích hợp và hoạt động trong khung thời gian phù hợp – không quá sớm gây ra ngắt mạch phiền toái cũng không quá chậm để cho phép sự cố xảy ra. Nhờ hai điểm này mà việc hiệu chuẩn nhiệt và kiểm tra ngắt từ tính được thực hiện.
Hơn nữa, chúng ta nên nhớ rằng định mức cầu dao (ví dụ, 16A hoặc 32A) đề cập đến dòng điện liên tục tối đa mà cầu dao có thể chịu được, nhưng không liên quan đến mức dòng điện gây ra ngắt mạch.

Tại sao cả hai bài kiểm tra đều quan trọng đối với chất lượng và an toàn

Một cầu dao vượt qua một trong các bài kiểm tra có thể nguy hiểm hơn một cầu dao không vượt qua cả hai bài kiểm tra vì nó tạo ra cảm giác an toàn giả tạo. Cầu dao có phản ứng từ tính hoàn hảo nhưng phản ứng nhiệt bị lỗi có thể gây quá nhiệt cáp nếu chịu tải quá mức vừa phải. Một cầu dao khác có phản ứng nhiệt hoàn hảo, nhưng phản ứng từ tính yếu khiến nó không thể ngắt mạch ngắn mạch kịp thời để tránh cháy nổ. Đây là lý do các nhà sản xuất trung thực kiểm tra cả hai phản ứng cho mỗi lô hàng và thường cho mỗi thiết bị được sản xuất.

Các tiêu chuẩn liên quan — IEC 60898-1 cho cầu dao gia đình và IEC 60947-2 cho cầu dao công nghiệp — quy định chính xác các dòng điện cần áp dụng và các khoảng thời gian ngắt mạch được chấp nhận, và chúng là tiêu chuẩn để nhà sản xuất có thể đạt được chứng nhận CE, UL hoặc CB cho thị trường xuất khẩu. Để có cái nhìn đầy đủ hơn về cách các bài kiểm tra này phù hợp trong một hoạt động chất lượng hoàn chỉnh, hướng dẫn của Benlong về những gì một phòng thí nghiệm kiểm tra MCB thực hiện đi qua toàn bộ chương trình kiểm tra và các tiêu chuẩn đằng sau nó.

Các nhà sản xuất xuất khẩu sản phẩm đến các thị trường khó tính như châu Âu, các quốc gia Vùng Vịnh, Ấn Độ hoặc Mỹ Latinh biết rằng tuân thủ không chỉ là một khái niệm. Ngày càng nhiều người mua yêu cầu dữ liệu về các bài kiểm tra được thực hiện trên từng đơn vị, và nếu xảy ra sự cố trong thực tế — ví dụ, một bộ ngắt mạch đáng lẽ phải ngắt nhưng lại không ngắt — nhà sản xuất có thể phải đối mặt với kiểm toán, thu hồi hoặc thậm chí mất hợp đồng. Do đó, việc kiểm tra nhiệt và từ tính được ghi chép nhất quán là một hình thức bảo hiểm chi phí thấp cho nhà sản xuất bộ ngắt mạch và không thể so sánh với các chi phí phát sinh khi vận chuyển sản phẩm đến các thị trường mà không có bằng chứng về hiệu suất đúng đắn của chúng.

Từ Bàn Thí Nghiệm Đến Dây Chuyền: Tự Động Hóa Kiểm Tra Nhiệt và Từ Tính

Trong trường hợp sản xuất với khối lượng thấp, phòng thí nghiệm hoặc nhà máy sẽ thực hiện hiệu chuẩn nhiệt và kiểm tra ngắt từ bằng hai trạm làm việc bán tự động riêng biệt, nơi bộ ngắt sẽ được đặt và lấy ra khỏi quá trình kiểm tra bằng tay. Khi sản lượng tăng lên, hai bài kiểm tra này được tích hợp thành một dây chuyền tự động gọi là băng tải, trong đó các bộ ngắt sẽ được di chuyển từ trạm này sang trạm khác qua băng tải, trải qua các thao tác sau: hiệu chuẩn nhiệt, kiểm tra ngắt từ, kiểm tra độ bền cách điện, hoạt động bật tắt công tắc, sau đó phân loại dựa trên kết quả — tất cả đều được thực hiện mà không cần xử lý thủ công từng sản phẩm.

Với phương pháp tích hợp, không chỉ tốc độ được cải thiện mà còn có thể theo dõi những gì đang diễn ra với sản phẩm. Mỗi bộ ngắt mang một mã vạch duy nhất cho phép truy xuất kết quả các bài kiểm tra được thực hiện cho sản phẩm đó, từ đó giúp nhà sản xuất tạo cơ sở dữ liệu các đơn vị đã bán cho khách hàng không chỉ có lịch sử bán hàng mà còn cho phép theo dõi bất kỳ vấn đề nào phát sinh trong quá trình vận hành sản phẩm trên thị trường. Hơn nữa, phương pháp này còn giúp giám sát quá trình sản xuất: nếu có sự cố với bàn hiệu chuẩn, ví dụ như thời gian ngắt vượt quá mức yêu cầu cho hoạt động bình thường, sản xuất có thể được dừng lại trước khi phần lớn các đơn vị xuất xưởng không đạt tiêu chuẩn cần thiết.

Lựa chọn thiết lập phù hợp sẽ phụ thuộc vào khối lượng sản xuất và ngân sách có sẵn. Xưởng nhỏ hoặc phòng thí nghiệm phát triển có thể hài lòng với hai trạm làm việc bán tự động, nơi kỹ thuật viên sẽ thực hiện hiệu chuẩn nhiệt trên một bàn và tiến hành kiểm tra ngắt từ trên bàn còn lại. Nhà sản xuất quy mô trung bình thường chọn một cell bán tự động với kẹp khí nén và ghi dữ liệu. Cuối cùng, các nhà sản xuất quy mô lớn gửi sản phẩm đến những khách hàng khó tính sẽ áp dụng các phương pháp tự động hoàn toàn cho quy trình sản xuất hàng nghìn đơn vị mỗi ngày, đảm bảo hoạt động được giám sát chặt chẽ ở mọi giai đoạn của quy trình.

Kết luận: Cùng Một Bộ Ngắt, Hai Công Việc Rất Khác Nhau

Sự khác biệt chính giữa ngắt nhiệt và ngắt từ nằm ở các lỗi mà chúng bảo vệ các mạch điện. Ngắt nhiệt bảo vệ khỏi quá tải chậm và dần dần bằng cách sử dụng dải kim loại kép nhạy nhiệt và do đó cần thời gian để phản ứng, trái ngược với ngắt từ, chịu trách nhiệm cho các ngắn mạch tức thời thông qua tác động của lực điện từ. Cả hai loại ngắt này đều được tìm thấy trong các bộ ngắt mạch, tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế, và cần phải vượt qua quy trình kiểm tra nhiệt độ cho ngắt nhiệt hoặc kiểm tra ngắt từ, tương ứng, để có thể hoạt động đúng cách.

Benlong Automation giới thiệu nhiều loại bàn hiệu chuẩn nhiệt, thiết bị thực hiện kiểm tra ngắt từ, và tự động hóa hoàn chỉnh dành cho các nhà sản xuất bộ ngắt mạch trên toàn thế giới. Hãy cung cấp cho chúng tôi các mẫu bộ ngắt mạch và yêu cầu cũng như tiêu chuẩn mục tiêu của bạn, các kỹ sư của chúng tôi sẽ đề xuất các giải pháp kiểm tra tốt nhất phù hợp với nhu cầu của bạn và đưa ra đánh giá về lợi tức đầu tư dựa trên công nghệ của chúng tôi.

Huang Xiaolei | Tự động hóa Benlong