CB – Circuit Breaker là một thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, được thiết kế để bảo vệ mạch điện và các thiết bị điện khỏi các sự cố như quá tải, ngắn mạch hoặc dòng rò. Các loại CB khác nhau được thiết kế để đáp ứng nhiều ứng dụng khác nhau, từ các hệ thống điện gia đình đến các mạng điện công nghiệp và thương mại phức tạp. Cùng Intech Energy tìm hiểu chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, và những ứng dụng phổ biến của CB trong đời sống và công nghiệp qua bài viết dưới đây.
Tổng quan CB (Circuit breaker) là gì?
CB là gì?
CB (Circuit Breaker), hay cầu dao tự động, Aptomat là một thiết bị bảo vệ điện được thiết kế để tự động ngắt dòng điện trong trường hợp phát hiện sự cố như quá tải, ngắn mạch hoặc dòng rò. Chức năng chính của CB là bảo vệ hệ thống điện và các thiết bị điện khỏi hư hỏng và ngăn ngừa các nguy cơ tiềm tàng như quá nhiệt hoặc hỏa hoạn.
Cầu dao tự động hoạt động bằng cách giám sát dòng điện trong mạch. Khi phát hiện dòng điện vượt quá giới hạn an toàn hoặc có hiện tượng bất thường, CB sẽ tự động ngắt mạch, cắt dòng điện và bảo vệ hệ thống khỏi sự cố. Sau khi khắc phục sự cố, CB có thể được thiết lập lại và sử dụng lại mà không cần thay thế như cầu chì truyền thống.
CB chống giật là gì?
CB chống giật (còn gọi là Aptomat chống rò hoặc RCCB/RCD – Residual Current Circuit Breaker/Residual Current Device) là một thiết bị bảo vệ điện được thiết kế để ngắt mạch điện khi phát hiện có dòng điện rò ra ngoài mạch (chẳng hạn như dòng điện chạy qua cơ thể con người). Thiết bị này nhằm bảo vệ người dùng tránh khỏi nguy cơ bị điện giật và giảm thiểu nguy cơ cháy nổ do sự cố điện.
CB chống giật hoạt động bằng cách phát hiện sự mất cân bằng giữa dòng điện đi vào và đi ra trong mạch. Nếu sự mất cân bằng vượt quá một ngưỡng nhất định, thiết bị sẽ tự động ngắt mạch để ngăn chặn dòng điện nguy hiểm.
Lịch sử ra đời của CB
Ý tưởng về cầu dao tự động (circuit breaker) lần đầu tiên được đề cập bởi Thomas Edison trong đơn xin cấp bằng sáng chế năm 1879 của ông. Sau đó, khái niệm này đã được phát triển thêm khi công ty Thụy Sĩ Brown, Boveri & Cie. đăng ký bằng sáng chế cho cầu dao tự động thu nhỏ đầu tiên trên thế giới (MCB) vào năm 1924. Cầu dao tự động là thiết bị thiết yếu trong hệ thống điện, được thiết kế để bảo vệ mạch khỏi hư hỏng do quá tải hoặc ngắn mạch. Những thiết bị này tự động ngắt dòng điện khi phát hiện sự cố, từ đó ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt và nguy cơ hỏa hoạn.
Hãy tưởng tượng một tình huống khi một thiết bị gia dụng, chẳng hạn như máy giặt, gặp trục trặc dẫn đến dòng điện tăng đột ngột. Nếu không có cầu dao tự động, dòng điện quá lớn này có thể làm nóng dây điện, dẫn đến nguy cơ cháy nổ. Cầu dao tự động phát hiện dòng điện bất thường và nhanh chóng ngắt nguồn điện, đảm bảo an toàn cho cả thiết bị và ngôi nhà.
Hiện nay, có nhiều loại cầu dao tự động, mỗi loại phù hợp với các ứng dụng và mức điện áp khác nhau. Chúng được sử dụng trong các môi trường dân dụng, thương mại và công nghiệp, bảo vệ hệ thống điện và đảm bảo nguồn cung cấp điện đáng tin cậy.
CB có tác dụng gì?
Cầu dao tự động làm gì? Cầu dao tự động (CB) có chức năng “đóng” và “ngắt” mạch tự động khi có các sự cố như ngắn mạch hoặc quá tải. Khi giá trị dòng điện trở vượt qua giá trị giới hạn được nhà sản xuất quy định, dòng điện đó được gọi là quá dòng. Cầu dao tự động phát hiện quá dòng và ngắt mạch để cắt dòng sự cố và ngăn ngừa các hư hỏng như cháy nổ.
Ngoài việc ngắt mạch, cầu dao tự động cần có khả năng đóng mạch trong điều kiện sự cố. Nó chịu quá dòng trong một khoảng thời gian T cho đến khi sự cố trong hệ thống điện được khắc phục. Cầu dao tự động cách ly các thành phần bị lỗi của hệ thống điện để tránh hư hỏng thêm và tiếp tục hoạt động sau khi các thành phần lỗi được sửa chữa. Tuy nhiên, cầu dao tự động phải không bị hư hỏng trong giới hạn công suất định mức của nó.
Ba nhiệm vụ của cầu dao tự động CB:
- Có khả năng ngắt mạch bị lỗi và cắt dòng sự cố.
- Giữ trạng thái đóng trong điều kiện sự cố.
- Chịu được dòng sự cố trong một khoảng thời gian cho đến khi sự cố được xử lý.
Cấu tạo Aptomat/CB
CB có thể được chia thành bốn thành phần chính: phần dẫn điện, phần dập hồ quang, phần cách điện và phần vận hành.
Cấu trúc và chức năng chính của từng thành phần:
- Phần dẫn điện gồm các tiếp điểm hồ quang động và tĩnh, tiếp điểm chính hoặc tiếp điểm trung gian, và các dạng kết nối chuyển tiếp khác nhau. Vai trò của phần này là truyền dòng điện vận hành và dòng ngắn mạch.
- Phần cách điện trong các môi trường cách điện như dầu, chân không hoặc khí SF6, ống sứ, thanh cách điện, v.v. Chức năng của nó là đảm bảo trạng thái cách điện tốt giữa phần dẫn điện và mặt đất, giữa các pha khác nhau và giữa các điểm hở cùng pha.
- Phần dập hồ quang bao gồm các tiếp điểm hồ quang động và tĩnh, vòi phun và xi lanh áp lực. Chức năng của phần này là cải thiện khả năng dập tắt hồ quang và rút ngắn thời gian cháy hồ quang. Nó phải đảm bảo ngắt dòng ngắn mạch lớn một cách đáng tin cậy, đồng thời khi ngắt dòng điện cảm nhỏ không gây hiện tượng cắt đứt hoặc điện áp quá mức vượt quá giá trị cho phép; khi ngắt dòng điện dung nhỏ không gây tái cháy.
- Phần vận hành có các loại cơ cấu vận hành và cơ cấu truyền động khác nhau. Chức năng của phần này là thực hiện các quy trình vận hành đã quy định cho cầu dao tự động và giữ cầu dao ở các vị trí đóng và mở tương ứng.
Các loại CB phổ biến
Do nhu cầu sử dụng khác nhau mà hiện nay có rất nhiều loại CB, mà mỗi loại có đặc điểm riêng, từ đó mang lại các ứng dụng khác nhau. Có thể chia CB thành các loại như sau:
- ACB, MCCB, và MCB được sử dụng như thiết bị đóng cắt trong các mạng điện hạ thế. Các thiết bị này có đầy đủ chức năng đóng ngắt và có thể tích hợp thêm các bảo vệ như chống quá tải, bảo vệ dòng điện.
- RCCB, RCBO, và ELCB là các loại CB chống giật tích hợp sẵn tính năng đóng cắt và bảo vệ chống dòng rò. Những thiết bị này nâng cao mức độ an toàn cho người sử dụng, bảo vệ chống giật và ngăn ngừa cháy nổ thiết bị.
Ứng dụng của CB trong đời sống
Cầu dao tự động (CB) có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống hàng ngày và trong các hệ thống điện. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của CB:
- Lắp đặt trong các hộ gia đình để bảo vệ hệ thống điện khỏi tình trạng quá tải hoặc ngắn mạch, giúp ngăn ngừa nguy cơ cháy nổ và đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện cũng như người sử dụng.
- Bảo vệ các thiết bị điện như máy giặt, máy lạnh, lò vi sóng, và các thiết bị khác khỏi sự cố quá dòng hoặc chập điện, giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm chi phí sửa chữa.
- Trong các nhà máy, CB được sử dụng để bảo vệ các hệ thống điện công nghiệp, thiết bị máy móc và dây chuyền sản xuất khỏi hư hỏng do quá tải hoặc ngắn mạch, giúp đảm bảo hoạt động liên tục và an toàn của hệ thống.
- CB sử dụng trong các trạm biến áp và mạng lưới phân phối điện để bảo vệ các phần khác nhau của hệ thống khỏi các sự cố điện, giúp tránh tình trạng mất điện diện rộng và bảo vệ các thiết bị khỏi hư hỏng.
- CB là thành phần không thể thiếu trong hệ thống điện của các tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại, bệnh viện, trường học… để đảm bảo an toàn và vận hành ổn định.
- Với sự phát triển của các hệ thống điện mặt trời và điện gió, CB cũng được sử dụng để bảo vệ các thành phần như inverter và tấm pin khỏi các sự cố quá tải hoặc ngắn mạch.
- CB cũng được ứng dụng trong các hệ thống giao thông, đặc biệt là trong hệ thống điện của tàu hỏa và các phương tiện giao thông công cộng, để đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy.
CB đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các hệ thống điện và đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị trong nhiều môi trường khác nhau, từ nhà ở đến công nghiệp. Hy vọng qua bài viết này, bạn đã có cái nhìn tổng quan về CB/Aptomat và các ứng dụng của thiết bị này trong việc đảm bảo an toàn cho các hệ thống điện.
