ACB – Máy cắt không khí: Chức năng, phân loại, cấu tạo, bảo vệ và thử nghiệm định kỳ

ACB (Air Circuit Breaker – máy cắt không khí) là thiết bị đóng cắt và bảo vệ điện hạ áp có khả năng làm việc với dòng điện lớn, thường được sử dụng tại tủ điện tổng MSB, tủ phân phối chính, nhà máy, tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại và các hệ thống điện công nghiệp. So với MCCB, ACB có khả năng chịu và cắt dòng lớn hơn, đồng thời được trang bị bộ bảo vệ điện tử (Trip Unit/ETU) với nhiều chức năng cài đặt linh hoạt.

1. Chức năng chính của ACB

Chức năng cơ bản của ACB là đóng, cắt và bảo vệ mạch điện hạ áp. Trong điều kiện vận hành bình thường, ACB cho phép dòng điện đi qua để cấp nguồn cho phụ tải. Khi phát hiện sự cố hoặc nhận lệnh điều khiển, ACB sẽ nhanh chóng ngắt mạch nhằm hạn chế nguy cơ hư hỏng thiết bị, cháy nổ và mất an toàn cho con người.

Các chức năng chính gồm:

• Đóng/cắt mạch điện: Có thể thao tác bằng tay hoặc điều khiển từ xa.

• Bảo vệ quá tải: Ngắt mạch khi dòng điện vượt quá giá trị cho phép trong một khoảng thời gian nhất định.

• Bảo vệ ngắn mạch: Cắt nhanh khi xảy ra dòng điện sự cố lớn.

• Bảo vệ chạm đất: Phát hiện dòng sự cố rò hoặc chạm đất và thực hiện cắt mạch.

• Điều khiển và giám sát: Có thể tích hợp tín hiệu ON/OFF/TRIP, truyền thông và kết nối với hệ thống BMS/SCADA tùy cấu hình.

• Cô lập nguồn điện: Cho phép ngắt nguồn để bảo trì, sửa chữa và đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Đối với hệ thống điện quan trọng, ACB thường được lắp đặt tại đầu vào máy biến áp, máy phát điện, thanh cái chính hoặc các ngõ ra cấp nguồn lớn.

2. Phân loại ACB

ACB có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau.

Theo kiểu lắp đặt

ACB cố định (Fixed Type):
Được lắp cố định trong tủ điện. Kiểu này có kết cấu đơn giản, chi phí thấp và phù hợp với các hệ thống không yêu cầu tháo rút thiết bị thường xuyên.

ACB dạng kéo/rút (Draw-out Type):
ACB có thể đưa ra khỏi vị trí vận hành để kiểm tra, bảo trì hoặc thay thế mà không cần tháo toàn bộ thiết bị khỏi tủ. Đây là loại phổ biến trong các hệ thống điện công nghiệp và tòa nhà có yêu cầu cao về khả năng bảo trì.

Theo số cực

• 3P: Dùng cho hệ thống điện 3 pha.

• 4P: Có thêm cực trung tính N, phù hợp với hệ thống 3 pha 4 dây và các ứng dụng cần đóng cắt cả dây trung tính.

Theo phương thức điều khiển

• Đóng/cắt bằng tay.

• Đóng/cắt bằng mô-tơ nạp lò xo.

• Điều khiển từ xa thông qua Shunt Trip, Closing Coil, Undervoltage Trip (UVT).

• Tích hợp truyền thông như Modbus, Profibus, Ethernet tùy dòng sản phẩm.

3. Cấu tạo chính của ACB

Một ACB điển hình gồm các bộ phận quan trọng sau:

1. Vỏ máy (Frame): Bảo vệ và cố định các bộ phận bên trong.

2. Thanh cái chính (Main Busbar): Dẫn dòng điện từ nguồn đến phụ tải.

3. Tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động: Thực hiện đóng/cắt dòng điện.

4. Buồng dập hồ quang (Arc Chamber): Dập tắt hồ quang phát sinh khi ACB cắt dòng điện.

5. Cơ cấu truyền động: Truyền lực từ cơ cấu lò xo đến hệ thống tiếp điểm.

6. Lò xo tích năng: Tích trữ năng lượng để thực hiện thao tác đóng/cắt nhanh.

7. Mô-tơ nạp lò xo: Tự động nạp năng lượng cho lò xo ở các loại ACB có chức năng đóng cắt tự động.

8. Trip Unit/ETU: Bộ điều khiển và bảo vệ điện tử, là "bộ não" của ACB, thực hiện đo lường và phát lệnh TRIP khi phát hiện sự cố.

Ngoài ra, ACB có thể được trang bị Shunt Trip, Undervoltage Trip, Closing Coil, Auxiliary Switch, nút đóng/cắt bằng tay và hệ thống chỉ thị trạng thái.

4. Dải dòng điện sử dụng

ACB chủ yếu được sử dụng cho các hệ thống có dòng điện lớn, thường từ khoảng 630A đến 6300A, tùy theo nhà sản xuất và dòng sản phẩm.

Một số cấp dòng phổ biến:

630A – 800A – 1000A – 1250A – 1600A – 2000A – 2500A – 3200A – 4000A – 5000A – 6300A.

Ví dụ, ACB 1600A 3P trong hình minh họa có dòng định mức In = 1600A, phù hợp với các tủ điện tổng hoặc hệ thống phân phối công suất lớn.

Khi lựa chọn ACB, không chỉ dựa vào dòng định mức mà cần xem xét thêm:

• Điện áp làm việc.

• Khả năng cắt ngắn mạch Icu/Ics.

• Số cực 3P hoặc 4P.

• Dòng điện tải thực tế.

• Dòng ngắn mạch dự kiến tại điểm lắp đặt.

• Kiểu cố định hay kéo/rút.

• Khả năng phối hợp bảo vệ với MCCB, MCB và các thiết bị phía dưới.

5. Các chức năng bảo vệ tích hợp

Bộ Trip Unit/ETU của ACB thường tích hợp các chức năng bảo vệ theo ký hiệu ANSI phổ biến:

L – Long Time

Bảo vệ quá tải, tác động theo đặc tính thời gian nghịch. Khi dòng điện vượt quá mức cài đặt trong thời gian đủ lâu, ACB sẽ tác động cắt.

S – Short Time

Bảo vệ ngắn mạch có thời gian trễ, cho phép phối hợp chọn lọc với các thiết bị bảo vệ phía dưới.

I – Instantaneous

Bảo vệ ngắn mạch tức thời, tác động rất nhanh khi dòng sự cố đạt đến ngưỡng cài đặt.

G – Ground Fault

Bảo vệ chạm đất, phát hiện dòng điện sự cố đi xuống đất và phát lệnh cắt ACB.

Ngoài ra, một số ETU cao cấp có thể tích hợp:

• Đo dòng điện và điện áp.

• Đo công suất, điện năng.

• Đo hệ số công suất Cosφ.

• Cảnh báo quá nhiệt.

• Ghi nhận sự kiện TRIP.

• Truyền thông Modbus RTU/TCP.

• Kết nối hệ thống BMS/SCADA.

Việc cài đặt các thông số bảo vệ cần được thực hiện dựa trên tính toán ngắn mạch, phụ tải, phối hợp chọn lọc và yêu cầu thiết kế hệ thống, không nên tùy ý cài đặt theo dòng định mức của ACB.

6. Thử nghiệm và bảo trì ACB hằng năm

Đối với các hệ thống điện quan trọng, ACB nên được kiểm tra và bảo trì định kỳ, thông thường ít nhất 12 tháng/lần, hoặc theo khuyến cáo của nhà sản xuất và điều kiện vận hành thực tế.

Nội dung kiểm tra hằng năm nên bao gồm:

Kiểm tra ngoại quan: Kiểm tra bụi bẩn, dấu hiệu cháy xém, oxy hóa, nứt vỡ và tình trạng cơ khí.

Kiểm tra đầu nối: Kiểm tra độ siết của các đầu cáp, đầu cos, thanh cái và các điểm đấu nối.

Kiểm tra tiếp điểm: Đánh giá tình trạng tiếp điểm tĩnh, động; kiểm tra dấu hiệu mòn, cháy hoặc phát nhiệt bất thường.

Kiểm tra cơ cấu đóng cắt: Thử thao tác ON/OFF/TRIP bằng tay và bằng điều khiển điện.

Kiểm tra lò xo: Kiểm tra khả năng tích năng, mô-tơ nạp lò xo và trạng thái chỉ thị.

Kiểm tra Trip Unit: Kiểm tra nguồn cấp, hiển thị, thông số cài đặt và chức năng bảo vệ.

Secondary Injection Test: Bơm dòng thứ cấp vào Trip Unit để kiểm tra các chức năng L-S-I-G, xác nhận thời gian và dòng tác động phù hợp với cài đặt.

Primary Injection Test: Khi cần đánh giá toàn bộ mạch dòng chính, có thể thực hiện thử nghiệm dòng sơ cấp để kiểm tra khả năng tác động thực tế của hệ thống bảo vệ.

Đo điện trở tiếp xúc: Kiểm tra điện trở mạch chính nhằm phát hiện các điểm tiếp xúc kém hoặc có nguy cơ phát nhiệt.

Đo cách điện: Kiểm tra điện trở cách điện giữa các cực và giữa cực với đất, theo yêu cầu của nhà sản xuất và tiêu chuẩn áp dụng.

Kiểm tra phụ kiện: Thử Shunt Trip, UVT, Closing Coil, Auxiliary Switch và các tín hiệu phản hồi.