Aptomat là gì? Cấu tạo & cách chọn aptomat

Aptomat và cầu chì cùng có công dụng rất lớn trong việc sử dụng hệ thống điện và các thiết bị điện. Tuy nhiên khác với cầu chì, aptomat có những đặc điểm riêng của nó.

Aptomat và cầu chì cùng có công dụng rất lớn trong việc bảo vệ hệ thống điện và các thiết bị điện. Tuy nhiên khác với cầu chì (chỉ dùng được 1 lần), aptomat có thể sử dụng nhiều lần và có những đặc điểm riêng ưu việt hơn. Hôm nay Mecsu sẽ giới thiệu chi tiết cho anh em biết aptomat là gì, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của nó trong đời sống nhé.

Aptomat là gì?

Aptomat (bắt nguồn từ tiếng Nga: Автомат) hay thường được gọi tắt là CB (viết tắt của từ tiếng Anh Circuit Breaker), là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện tự động (cắt mạch điện) khi xẩy ra các sự cố như: quá tải, ngắn mạch, sụt áp...

Chức năng chính của nó là bảo vệ hệ thống điện và các thiết bị điện khỏi bị hư hỏng do sự cố. Ngày nay, nhiều loại aptomat hiện đại còn được tích hợp thêm các chức năng nâng cao như bảo vệ chống dòng rò (chống giật), bảo vệ mất pha, bảo vệ quá áp/thấp áp.

#1 Cấu tạo chi tiết của Aptomat

Cấu tạo của aptomat khá phức tạp, nhưng có thể chia thành 4 bộ phận chính:

1. Hộp dập hồ quang (Arc Chute)

Khi aptomat ngắt mạch (đặc biệt là khi có tải lớn hoặc ngắn mạch), giữa các tiếp điểm sẽ sinh ra hồ quang điện (tia lửa điện) rất mạnh, có thể làm cháy tiếp điểm. Buồng dập hồ quang có nhiệm vụ dập tắt tia lửa này thật nhanh.

Có 2 loại thiết bị dập hồ quang:

• Nửa kín: Được đặt trong vỏ kín của aptomat, có lỗ thoát khí. Dùng cho dòng điện giới hạn cắt nhỏ hơn 50KA.
• Nửa hở: Dùng cho dòng điện giới hạn cắt lớn hơn 50KA (hoặc điện áp lớn hơn 1000V).

Cấu tạo bên trong buồng dập thường gồm những tấm thép xếp thành lưới ngăn cách. Mục đích là chia nhỏ hồ quang thành nhiều đoạn ngắn để làm nguội và dập tắt nó nhanh chóng.

2. Tiếp điểm (Contacts)

Aptomat thường có 2 cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc 3 cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang).

• Khi đóng mạch: Tiếp điểm hồ quang đóng trước -> Tiếp điểm phụ -> Tiếp điểm chính đóng sau cùng.
• Khi cắt mạch: Tiếp điểm chính mở trước -> Tiếp điểm phụ -> Tiếp điểm hồ quang mở sau cùng.

Nguyên lý này đảm bảo rằng hồ quang điện chỉ phát sinh và cháy trên tiếp điểm hồ quang (chịu nhiệt tốt), bảo vệ tiếp điểm chính luôn sạch sẽ và dẫn điện tốt.

3. Cơ cấu truyền động cắt (Operating Mechanism)

Đây là bộ phận giúp đóng/ngắt aptomat bằng tay hoặc tự động.

• Truyền động bằng tay (Manual): Dùng cho các aptomat có dòng điện định mức nhỏ (dưới 600A).
• Truyền động bằng cơ điện (Motor Operator): Dùng nam châm điện hoặc động cơ điện để đóng ngắt các aptomat có dòng điện lớn (lên đến 1.000A - 3.000A), thường thấy trong các tủ điện công nghiệp điều khiển từ xa.

4. Móc bảo vệ (Trip Unit)

Là bộ phận "cảm biến" để phát hiện sự cố và ra lệnh ngắt mạch. Có 2 cơ chế chính thông dụng nhất:

• Kiểu rơ le nhiệt (Thermal Trip - Bảo vệ quá tải): Sử dụng thanh lưỡng kim. Khi dòng điện quá tải chạy qua lâu, thanh lưỡng kim nóng lên, bị uốn cong và tác động vào khớp nhả để ngắt mạch. Nhược điểm là có quán tính nhiệt (cần thời gian để nóng) nên không ngắt tức thì được.
• Kiểu điện từ (Magnetic Trip - Bảo vệ ngắn mạch): Sử dụng cuộn dây nam châm điện. Khi xảy ra ngắn mạch (dòng điện tăng đột biến cực lớn), lực từ sinh ra đủ mạnh để hút ngay lập tức phần ứng, tác động nhả khớp và cắt mạch tức thì (gần như không có độ trễ).

Vì vậy, các aptomat hiện đại (MCB, MCCB) thường tích hợp cả hai cơ chế này (Thermal-Magnetic) để bảo vệ toàn diện.

>>> Bạn có muốn biết: Rơ le là gì? Công dụng rơ le trong cuộc sống

#2 Nguyên lý hoạt động của Aptomat

Nguyên lý hoạt động cơ bản là dựa trên sự cân bằng lực giữa lò xo và các móc khóa.

Sơ đồ nguyên lý Aptomat dòng điện cực đại (Bảo vệ quá tải/ngắn mạch)

Bình thường, sau khi đóng điện, tiếp điểm được giữ ở trạng thái đóng nhờ các móc khớp với nhau. Khi dòng điện chạy qua ở mức bình thường, nam châm điện (5) không đủ lực để hút phần ứng (4).

Khi mạch điện bị ngắn mạch hoặc quá tải lớn, dòng điện tăng vọt làm nam châm điện (5) sinh ra lực hút điện từ lớn hơn lực lò xo (6). Phần ứng (4) bị hút xuống, làm bật móc (3) ra khỏi khớp. Lò xo (1) lập tức kéo tiếp điểm động mở ra, ngắt mạch điện.

Sơ đồ nguyên lý Aptomat điện áp thấp (Bảo vệ sụt áp)

Ở loại này, cuộn dây nam châm (11) được mắc song song với nguồn. Khi điện áp đủ, lực từ hút phần ứng (10) giữ cho aptomat đóng. Khi xảy ra sự cố sụt áp quá mức hoặc mất điện, lực từ giảm hoặc mất đi, lò xo (9) sẽ kéo phần ứng nhả ra, tác động vào móc (8) làm bật khóa, ngắt mạch điện.

#3 Các thông số kỹ thuật trên Aptomat cần biết

• In (Rated Current): Dòng điện định mức. Ví dụ: 10A, 20A, 32A... Là ngưỡng dòng điện mà CB cho phép chạy qua lâu dài.
• Ir: Dòng điện chỉnh định bảo vệ quá tải (thường có ở MCCB).
• Icu (Ultimate Breaking Capacity): Khả năng chịu đựng dòng cắt ngắn mạch tối đa (ví dụ: 6kA, 10kA, 50kA). Nó là dòng điện cực đại mà CB có thể cắt thành công mà không bị hư hỏng hoàn toàn ngay lập tức.
• Ics (Service Breaking Capacity): Khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố. Là dòng điện lớn nhất mà CB có thể cắt nhiều lần mà vẫn hoạt động tốt sau đó (thường tính bằng % của Icu, ví dụ 75% Icu).
• Ue: Điện áp làm việc định mức (ví dụ: 220V, 380V, 400V).
• Số cực (Poles): 1P, 2P, 3P, 4P.

Phân loại Aptomat chi tiết

#1 Theo cấu tạo và hình dạng

• Aptomat dạng tép (MCB - Miniature Circuit Breaker): Kích thước nhỏ gọn, dòng cắt ngắn mạch thấp (thường < 10kA), dòng định mức nhỏ (< 100A). Thường dùng trong điện dân dụng.
• Aptomat dạng khối (MCCB - Molded Case Circuit Breaker): Kích thước lớn, vỏ đúc nguyên khối, dòng cắt ngắn mạch lớn (lên tới 80kA), dòng định mức lớn (lên tới 1600A). Thường dùng trong công nghiệp.
• Aptomat không khí (ACB - Air Circuit Breaker): Công suất rất lớn, dùng cho trạm biến áp.

#2 Theo chức năng bảo vệ

• Aptomat thường (MCB, MCCB): Chỉ bảo vệ quá tải và ngắn mạch.
• Aptomat chống rò (RCCB - Residual Current Circuit Breaker): Chỉ bảo vệ chống dòng rò (chống giật), không tự bảo vệ quá tải (cần lắp kèm MCB).
• Aptomat chống giật tích hợp (RCBO - Residual Current Breaker with Overcurrent): Tích hợp cả 3 chức năng: Quá tải + Ngắn mạch + Chống dòng rò. Đây là loại tiện lợi nhất cho gia đình.
• ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker): Thực chất là MCCB có tích hợp thêm bộ cảm biến dòng rò.

#3 Theo số pha / số cực

• 1 Pha: 1 cực (1P - chỉ ngắt dây lửa), 2 cực (1P+N hoặc 2P - ngắt cả lửa và nguội).
• 3 Pha: 3 cực (3P - ngắt 3 dây lửa), 4 cực (3P+N hoặc 4P - ngắt cả 3 dây lửa và 1 dây nguội).

#4 Theo dòng cắt ngắn mạch

• Dòng cắt thấp: (ví dụ 4.5kA, 6kA) dùng trong dân dụng.
• Dòng cắt tiêu chuẩn: (ví dụ 10kA, 15kA) dùng trong công nghiệp nhẹ.
• Dòng cắt cao: (30kA, 50kA...) dùng trong công nghiệp nặng.

Nên chọn Aptomat của hãng nào tốt nhất?

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều thương hiệu uy tín. Dưới đây là một số hãng được đánh giá cao:

Tham khảo thêm tại Mecsu

>>> Xem thêm các khái niệm kỹ thuật quan trọng khác:

• Laser là gì? Công dụng của Laser
• Thế nào là Seno? 02 loại seno đáng dùng nhất hiện nay

Trên đây là toàn bộ thông tin về aptomat (CB) là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách phân loại. Hy vọng bài viết này đã giúp anh em hiểu rõ hơn về thiết bị điện quan trọng này để lựa chọn và sử dụng chúng một cách an toàn, hiệu quả nhất.

MUA NGAY HÀNG CÔNG NGHIỆP GIÁ TỐT TẠI MECSU