Máy cắt không khí ACB - Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Máy cắt không khí ACB là thiết bị đóng cắt điện hạ thế được sử dụng phổ biến trong các tủ điện phân phối công nghiệp, các công trình xây dựng,… Thiết bị này có mức dòng cắt rất lớn, vượt trội so với các dòng thiết bị đóng cắt điện thông dụng. Trong bài tổng hợp dưới đây, BTB Electric sẽ giúp bạn hiểu thêm về cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của ACB.

Mục lục

Máy cắt không khí ACB là gì?

ACB (Air Circuit Breaker) hay máy cắt không khí là thiết bị đóng cắt điện đầu nguồn hạ thế dùng cho hệ thống điện công nghiệp 3 pha 380V. Thiết bị này có kích thước lớn, cơ chế ngắt tự động không qua cần gạt thông thường.

Tiêu chuẩn áp dụng cho ACB là IEC/EN 60947-2, quy định thiết bị có điện áp làm việc là 690V (AC 50/60Hz), mức dòng cắt lên tới 135kA, dòng định mức đạt 630A tới tối đa 10000A, khả năng chịu xung 12kA.

Chức năng chính của máy cắt không khí ACB là đóng cắt mạch điện, bảo vệ hệ thống và thiết bị điện trước sự cố quá tải, ngắn mạch. Với đặc điểm là thông số kỹ thuật cao, ACB được dùng làm máy cắt chủ cho mạng điện tiêu thụ hoặc đường dây điện ngoài trời. Đây là thiết bị đặc biệt quan trọng, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện sản xuất và công trường lớn, trạm điện khu vực.

Máy cắt không khí được đặt trong tủ điện tổng. Tuy nhiên với tính bền bỉ cao, ACB có thể được lắp đặt ngoài trời mà đảm bảo vận hành tốt, không hư hại.

Cấu tạo hoàn chỉnh của ACB

Cấu tạo máy cắt không khí ACB gồm hai phần chính là bên trong và bên ngoài:

Các bộ phận bên ngoài:

Buồng dập hồ quang;
Khối đầu cuối mạch điều khiển;
Màn hình kỹ thuật số;
Nút OFF;
Nút ON;
Đèn báo cơ chế tích trữ năng lượng;
Đèn báo tiếp điểm chính;
Nút reset (RST);
Đèn báo LED;
Bộ điều khiển;
Bảng thông số kỹ thuật;
Lắc IN/OUT;

Ngoài ra còn một số vị trí nút bấm, linh kiện khác như:

Tay cầm lưu trữ năng lượng cơ học;
Nút nghỉ chuyến đi bị lỗi; kho lưu trữ rocker;
Nút chặn vị trí kết nối;
Kết nối chỉ báo vị trí;
Ổ khóa;…

Các bộ phận bên trong:

Kết cấu hỗ trợ bằng thép tấm;
Máy biến dòng bảo vệ bộ ngắt;
Hộp cách điện nhóm cực (pole group);
Thiết bị đầu cuối ngang;
Buồng dập hồ quang;
Bộ ngắt bảo vệ;
Hộp đầu cuối;
Lò xo đóng;
Điều khiển đóng/mở bộ ngắt mạch;
Các tấm để di chuyển các tiếp điểm chính và hồ quang;
Các tấm dành cho các tiếp điểm chính và hồ quang cố định;
Phòng arcing;
Đầu nối (ACB cố định) – danh bạ trượt (ACB di động);…

Video trực quan:

Máy cắt không khí ACB được trang bị bộ điều khiển có mức hiệu suất bảo vệ thích hợp, linh hoạt theo nhu cầu sử dụng. Các khối điều khiển phải kết hợp với khả năng đo lường và giao tiếp tiêu chuẩn.

Nguyên lý hoạt động của máy cắt không khí ACB

Nhiệm vụ chính của ACB là ngăn chặn hiện tượng tái lập hồ quang sau khi dòng điện về 0. Do vậy nên ACB có nguyên lý hoạt động khác biệt với các thiết bị đóng cắt khác. Các tiếp điểm của ACB nằm tự do trong không khí. Bên cạnh đó, phương pháp kiểm soát hồ quang trong thiết bị khác hoàn toàn với máy cắt dầu.

Khi dập hồ quang, ACB tạo ra điện áp hồ quang thay cho nguồn điện áp, với mức nhỏ nhất để duy trì hồ quang. Điện áp hồ quang có thể tăng lên nhờ plasma hồ quang làm mát, chia hồ quang thành nhiều chuỗi hoặc tăng chiều dài đường hồ quang.

Máy cắt không khí thông thường có 2 cặp tiếp điểm:

Cặp tiếp điểm chính làm bằng đồng, mang dòng điện với mức tải trung bình
Cặp tiếp điểm hồ quang làm bằng carbon.

Khi ngắt ACB, cặp tiếp điểm chính sẽ mở trước. Lúc này các tiếp điểm phóng điện vẫn chưa mở và không có hồ quang ở tiếp điểm chính. Khi cặp tiếp điểm hồ quang tách ra, hồ quang mở được tạo. Mỗi tiếp điểm hồ quang đều được hỗ trợ bởi thiết bị dập hồ quang.

Do cả tác dụng nhiệt và điện từ mà sự phóng điện hồ quang di chuyển lên trên. Khi đó hồ quang được đẩy vào máng hồ quang, trở nên lạnh hơn, kéo dài và bị tách ra. Từ đó điện áp hồ quang trở nên lớn hơn rất nhiều so với điện áp hệ thống tại thời điểm vận hành máy. Cuối cùng hồ quang sẽ bị dập tắt khi dòng điện về 0.

=>> Xem ngay: Hướng dẫn đọc thông số và sử dụng máy cắt không khí ACB

Ưu nhược điểm của máy cắt không khí

Máy cắt không khí là thiết bị đáng đầu tư cho hệ tủ điện công nghiệp với những ưu điểm như sau:

Khả năng hoạt động liên tục với số lần đóng cắt lớn,
Ngăn ngừa tối đa nguy cơ hỏa hoạn,
Thiết kế tối ưu kích thước tủ điện,
Tốc độ dập hồ quang nhanh, đảm bảo an toàn hệ thống,
Tuổi thọ cao, không cần bảo trì quá thường xuyên.\

Tuy nhiên máy cắt không khí cũng có một số nhược điểm như:

Chi phí đầu tư ban đầu lớn,
Kém hiệu quả với hệ thống điện công suất thấp,
Tình trạng rò rỉ khí có thể xảy ra, đặc biệt trong ống dẫn,
Chuyển động hồ quang trong máng dẫn có thể chậm hơn theo thời gian.

Các loại máy cắt ACB phổ biến

Bộ ngắt mạch không khí được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống điện công suất lớn và có thể sử dụng trong gia đình với 4 loại sau:

Plain Break Type ACB (ACB đơn giản) – Cross-Blast ACB (ACB nổ chéo)
Magnetic Blowout Type ACB (ACB thổi từ)
Air Chute Air Break Circuit Breaker (ACB máng khí)
Air Blast Circuit Breaker (ACB nổ khí)

Plain Break Type ACB – ACB đơn giản

ACB đơn giản hay ACB nổ chéo có các điểm tiếp xúc chính có dạng chiếc sừng cong. Vòng cung của ACB loại này kéo dài từ đầu này sang đầu còn lại.

Buồng hay máng hồ quang làm từ vật liệu chịu lửa, chức năng chính là làm mát. Bên trong máng có các vách ngăn là các tấm kim loại đơn giản, chia đều. Mỗi khoảng trống giữa các tấm tương ứng với một máng hồ quang mini.

Hồ quang đầu tiên sẽ chia thành chuỗi các hồ quang nhỏ sao cho đo điện áp hồ quang cao hơn điện áp hệ thống. Do vậy ACB đơn giản sử dụng cho hệ thống điện áp thấp.

Magnetic Blowout Type ACB – ACB thổi từ

ACB thổi từ sử dụng ở điện áp lên tới 11kV. Hồ quang bên trong mở rộng nhờ từ trường được tạo bởi dòng điện trong cuộn dây nổ. Đây là loại ACB có khả năng kiểm soát từ tính với mô men hồ quang để dập hồ quang. Việc này được điều khiển thông qua từ trường cấp bởi dòng điện trong cuộn dây xả.

Từ trường từ cuộn xả không quản lý hồ quang được tạo ra mà có thể chuyển hồ quang thành máng hồ quang ở nơi làm mát hồ quang và mở rộng tương ứng. Việc kết nối các dây xả được thực hiện thông qua việc ngắt mạch điện.

Air Chute Air Break Circuit Breaker – ACB máng khí

Bên trong ACB máng khí có các tiếp điểm chính làm bằng đồng, điện trở tiếp xúc thấp và được mạ bạc. Các tiếp điểm hồ quang rất chắc chắn, làm từ hợp kim đồng chịu nhiệt tốt.

ACB máng khí có hai loại tiếp điểm là tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang hoặc tiếp điểm phụ trợ. Các tiếp điểm chính làm bằng các tấm đồng cũng như bạc có ít điện trở hơn.

Các tiếp điểm còn lại làm từ hợp kim đồng để tăng tính chịu nhiệt. Chúng có nhiệm vụ hạn chế tổn hại cho tiếp điểm chính do phóng hồ quang và có thể được thay đổi dễ dàng khi cần. Khi vận hành loại ACB này, cả hai tiếp điểm hồ quang và phụ được mở trước và sau khi đóng tiếp điểm chính.

Air Blast Circuit Breaker – ACB nổ khí

ACB nổ khí được sử dụng cho điện áp hệ thống 220 kV và 440 kV hoặc cao hơn, đặc biệt trong tình huống khẩn cấp. Loại ACB này có 3 loại là nổ chéo, nổ dọc trục và nổ dọc trục với tiếp điểm chuyển động trượt.

Một số ưu điểm của ACB nổ khí:

Ngăn chặn hoàn toàn nguy cơ hỏa hoạn.
Tốc độ cắt nhanh vượt trội.
Quá trình dập hồ quang rất nhanh.
Thời gian hồ quang là giống nhau với tất cả giá trị dòng điện gián đoạn.

=>> Đọc thêm: Điểm khác biệt của MCB, MCCB, RCCB, RCBO, ELCB và RCD

Ứng dụng thực tế của máy cắt điện không khí

Máy cắt không khí được sử dụng để điều khiển hệ thống điện, các thiết bị phụ trợ trong nhà máy điện và hệ thống điện sản xuất công nghiệp, các thiết bị quan trọng như máy phát điện, tụ điện, máy biến áp.

Nguyên lý phanh hơi của hồ quang ACB được sử dụng cho mạch điện một chiều và mạch điện xoay chiều lên tới 12kV.
ACB có điện trở cao giúp tăng điện trở hồ quang bằng cách tách hồ quang, làm mát và kéo dài hồ quang.
Máy cắt không khí cũng được sử dụng cho hệ thống chia sẻ điện khoảng 15kV.

Máy cắt không khí ACB từ BTB Electric

ACB BTB Electric đạt tiêu chuẩn IEC/EN 60947-2, có độ linh hoạt cao với dải dòng điện từ 630A đến 6300A, đồng thời có độ tin cậy cao khi chịu được điện áp lên tới 12kV. Công suất cắt ấn tượng lên tới 135kA. Ngoài ra, BTB Electric trang bị 3 kích thước khung cho máy cắt không khí là 2000A, 4000A và 6300A.

Các linh kiện đi kèm ACB BTB Electric bao gồm:

Dây shunt
Dây ngắt điện hạ áp
Dây ngắt điện hạ áp với độ trễ thời gian
Bộ sạc điều khiển động cơ
Tiếp điểm phụ
Đầu nối dây thứ cấp
Ổ khóa
Khóa phím
Khóa liên động
Thiết bị kiểm tra khóa
Miếng dán cửa

Xem thêm video giới thiệu ACB BTB Electric:

BTB Electric đã tổng hợp những thông tin quan trọng về máy cắt không khí ACB. Với những thông tin cơ bản trên, bạn đã có thể nhận biết, phân biệt và bước đầu lựa chọn dòng ACB phù hợp cho nhu cầu của mình và nâng cao tính an toàn cho hệ thống điện.