Tìm hiểu về Aptomat

Có mấy loại Aptomat? Chức năng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của Aptomat như thế nào? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu rõ hơn qua bài viết này nhé.

Chức năng của Aptomat 

Aptomat là một khí cụ điện dùng để tự động cắt mạch điện, bảo vệ quá tải ngắn mạch sụt áp, … Đôi khi trong kỹ thuật cũng sử dụng aptomat để đóng cắt không thường xuyên các mạch điện làm việc ở chế độ bình thường.

Thiết bị này đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện, cụ thể như:

• Tự động ngắt điện khi phát hiện dòng điện tăng cao đột ngột
• Bảo vệ dòng điện tránh các trường hợp quá tải, ngắn mạch, sụt áp
• Ngăn chặn tình trạng rò điện xuống đất và mất đi cân bằng giữa dòng điện đi và về trong mạch điện gia đình.

Phân loại

Theo cấu tạo

• Aptomat dạng tép MCB: Miniature Circuit Breaker với chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho hệ thống.
• Aptomat dạng khối MCCB: Moulded Case Circuit Breaker dùng để bảo vệ ngắn mạch, quá tải cho hệ thống điện năng.

Theo chức năng

• Aptomat thường: Gồm MCB và MCCB, chúng đều có chức năng bảo vệ ngắn mạch và khi quá tải.
• Aptomat chống giật (chống rò): Loại chống rò là RCBO (Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection – Aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng tép) hoặc RCCB (Residual Current Circuit Breaker – Aptomat chống dòng rò dạng tép), ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker – Át tô mát chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng khối).

Theo dòng cắt ngắn mạch

• Dòng cắt thấp: Loại này thường dùng trong các hệ thống dân dụng
• Dòng cắt tiêu chuẩn: Loại Áp tô mát có dòng cắt tiêu chuẩn thì lại thường dùng trong công nghiệp.
• Dòng cắt cao: Chuyên dùng trong công nghiệp sản xuất và chế tạo, trong các ứng dụng đặc biệt.

Theo số pha/số cực

• Aptomat 1 pha: 1 cực
• Aptomat 2 pha: 2 cực
• Aptomat 1 pha + trung tính (1P+N): 2 cực
• Aptomat 3 pha: 3 cực
• Aptomat 4 pha: 4 cực
• Aptomat 3 pha + trung tính (3P+N): 4 cực

Theo khả năng chỉnh dòng

• Aptomat có dòng định mức không đổi.
• CB điện có dòng định mức tùy chỉnh theo yêu cầu.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Kết cấu các aptomat rất đa dạng và được chia theo các chức năng bảo vệ: aptomat dòng điện cực đại, aptomat dòng điện cực tiểu, aptomat điện áp thấp, …. Sau đây là nguyên tắc cấu tạo của một số aptomat vừa nêu.

Aptomat bảo vệ quá dòng cực đại

Cấu tạo       

1 – Nút ấn làm việc (Reset).
2 – Ngàm giữ tiếp điểm làm việc.
3 – Phần ứng.
4 – Lõi thép.
5 – Cuộn dây dòng điện.
6 – Lò xo mang cơ cấu tiếp điểm.
7 – Lò xo mang cơ cấu tiếp điểm và nút ấn.

Nguyên lý làm việc

Khi dòng điện từ phụ tải chạy qua cụm bảo vệ quá dòng thì lực điện từ sinh ra ở cuộn dây được xác định theo công thức:

F=I_đm.W < F_{lò xo}          (6)    

Trong đó:       

• w là số vòng của cuộn dây (5).
• I_đm dòng điện định mức.
• F lực điện từ sinh ra ở cuộn dây (5).
• F_{lò xo} (6) lực đàn hồi của lò xo (6).
  

Khi xảy ra sự cố như ngắn mạch hoặc quá tải trong mạch điện, aptomat sẽ tự động ngắt mạch để bảo vệ hệ thống. Dưới đây là mô tả chi tiết nguyên lý hoạt động của aptomat trong tình huống này:

1. Tăng Cường Độ Dòng Điện (Iđm): Khi có sự cố, cường độ dòng điện trong mạch (Iđm) sẽ tăng lên đột ngột do ngắn mạch hoặc quá tải.
2. Tạo Lực Điện Từ (F): Sự tăng lên của dòng điện dẫn đến việc tạo ra lực điện từ $F$ trên cuộn dây (số (5)). Lực này tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện.
3. So Sánh Lực Điện Từ và Lực Đàn Hồi: Lực điện từ $F$ sẽ tăng lên và vượt quá lực đàn hồi của lò xo (số (6)), tức là F > F_{lò xo}
4. Hút Lõi Thép: Khi lực điện từ vượt qua lực đàn hồi, lõi thép (số (4)) sẽ được hút xuống, kéo phần ứng (số (3)) theo.
5. Mở Ngàm: Sự chuyển động của phần ứng dẫn đến việc ngàm (số (2)) mở ra. Điều này tạo ra khoảng cách giữa các tiếp điểm.
6. Kéo Mở Tiếp Điểm: Lò xo (số (7)) sẽ kéo cơ cấu tiếp điểm (số (1)) mở ra, ngắt kết nối mạch điện.
7. Ngắt Mạch Điện: Cuối cùng, mạch điện sẽ bị ngắt, dừng toàn bộ quá trình hoạt động của hệ thống, bảo vệ các thiết bị và giảm thiểu rủi ro.

Aptomat bảo vệ dòng cực tiểu

1- cuộn điện từ, 2- nắp tự động, 3-lò xo.

Bình thường dòng điện làm việc lớn hơn dòng cắt nên cuộn điện từ (1) đủ lực hút để hút nắp từ động (2) kéo đưa tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh và mạch được đóng kín.

Khi dòng giảm thấp hơn dòng cắt thì cuộn (1) không đủ từ lực giữ kín mạch nữa nên bị lò xo (3) kéo nắp từ động (2) ra và 1 cuộn điện tiếp điểm bị mở, dòng điện bị cắt.

Aptomat bảo vệ sụt áp

Cấu tạo 

1 – Nút ấn làm việc (Reset).
2 – Ngàm giữ tiếp điểm làm việc.
3 – Phần ứng.
4 –  Lõi thép.
5 – Cuộn dây dòng điện.
6 – Lò xo mang cơ cấu tiếp điểm.
7 – Lò xo mang cơ cấu tiếp điểm và nút ấn.                              ‘       

Nguyên lý làm việc

• Điện Áp Định Mức (Uđm): Khi điện áp lưới điện U = U_đm đủ định mức, lực điện từ sinh ra trên cuộn dây (số (5)) sẽ đủ để hút lò xo (số (6)) xuống.
• Lực Điện Từ (F): Khi điện áp đủ, lực điện từ $F$ sinh ra trên cuộn dây (số (6)) sẽ giữ cho lõi thép (số (4)) hút phần ứng (số (3)) xuống.
• Giữ Ngàm Ở Vị Trí Đúng: Việc hút phần ứng sẽ giữ ngàm (số (2)) ở vị trí chính xác, đảm bảo rằng các tiếp điểm (số (1)) đều đóng và mạch điện hoạt động bình thường.
• Giảm Điện Áp (Unguồn Giảm): Khi điện áp lưới giảm (ví dụ do sự cố hoặc tải thay đổi), lực điện từ sinh ra trên cuộn dây sẽ giảm theo ($F$ giảm).
• Tác Động của Lò Xo: Khi lực điện từ giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định, lò xo (số (6)) sẽ kéo ngàm (số (2)) bật ra.
• Ngắt Mạch Điện: Lò xo (số (7)) sẽ tác động làm cho ba tiếp điểm (số (1)) mở ra, ngắt mạch điện nhằm bảo vệ hệ thống khỏi các tình huống không an toàn.
• Nút Ấn Reset: Nút ấn (số (1)) có vai trò như nút Reset, cho phép người sử dụng khôi phục hoạt động của aptomat sau khi đã xử lý sự cố và đảm bảo điện áp trở lại mức định mức.

Cách tính toán, chọn aptomat

Điều kiện để chọn Aptomat là: Aptomat > (1,25 – 1,50).I_đm, vì vậy tính toán chọn lắp đặt trong thực tế phải dựa vào bất đẳng thức trên. Chủ yếu dựa vào:

• Dòng điện tính toán đi trong mạch.
• Dòng điện quá tải.
• Tính thao tác có chọn lọc.

Ngoài ra, lựa chọn aptomat còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải, aptomat không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ.

Yêu cầu chung là dòng điện định mức của móc bảo vệ I_aptomat không được bé hơn dòng điện tính toán I_tt, của mạch: I_aptomat > I_tt

---

*Nguồn tham khảo: Tự động điều khiển các quá trình nhiệt lạnh – Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng