background top page

Aptomat là gì? – Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Aptomat là thiết bị quan trọng bậc nhất trong hệ thống điện, đặc biệt là điện gia đình. Đây là thiết bị kiểm soát nguồn điện cũng như bảo vệ an toàn cho hệ thống điện. Trong bài viết này, bạn hãy cùng BTB Electric tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của aptomat trong thực tế.

Tìm hiểu khái niệm aptomat

Aptomat hay cầu dao (tiếng Anh là CB – Circuit Breaker), là thiết bị điện đóng cắt tự động. Chức năng chính của aptomat là bảo vệ hệ thống trước hiện tượng quá tải hoặc ngắn mạch và chống rò điện.

aptomat btb electric

Hiện nay có rất nhiều loại aptomat với đa chức năng, ngoài các chức năng thông thường thì một số loại có thể chống giật, chống sét hay có chức năng đảo chiều.

Aptomat được phân loại theo nhiều cách như:

  • Theo cấu tạo: Dạng khối và dạng tép.
  • Theo chức năng: Loại thường và loại có chức năng nâng cao.
  • Theo thông số: Theo số pha (1 – 3 pha) và theo số cực (1 – 4 cực).
  • Theo dòng cắt ngắn mạch: Phụ thuộc vào mục đích sử dụng cho điện dân dụng, điện sản xuất, điện truyền tải hoặc các mục đích đặc biệt.

=>> Xem thêm: Tìm hiểu thiết bị đóng ngắt mạch điện – Circuit Breaker

Cấu tạo chung của aptomat

Đặc điểm cấu tạo thông dụng của một chiếc aptomat bao gồm: tiếp điểm, hộp dập hồ quang, bộ phận truyền động và móc bảo vệ.

he thong lap aptomat

Tiếp điểm

Tiếp điểm trong aptomat thực hiện đóng và ngắt mạch. Tùy theo loại aptomat mà tiếp điểm có thể chia thành 2 cấp (chính và hồ quang) hoặc 3 cấp (chính, phụ và hồ quang). Khi mạch điện đóng (có điện), quá trình đóng tiếp điểm lần lượt từ tiếp điểm hồ quang -> tiếp điểm phụ -> tiếp điểm chính. Ngược lại khi mạch điện bị ngắt (mất điện), quá trình sẽ diễn ra ngược lại. 

Hộp dập hồ quang

Để xử lý dập hồ quang điện trong tất cả các điều kiện hoạt động của hệ thống điện, người ta thường sử dụng hai loại thiết bị dập hồ quang là: loại nửa kín và loại hở.

cau tao cua aptomat

Loại nửa kín được bố trí bên trong vỏ kín của CB và có lỗ thoát khí. Loại này có giới hạn cắt dòng điện không vượt quá 50KA. Loại hở được sử dụng khi giới hạn cắt dòng điện lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn hơn 1000V (cao áp).

Trong buồng dập hồ quang điện tại aptomat, người ta sử dụng các tấm thép được xếp thành một mạng lưới để chia hồ quang thành nhiều phần ngắn, điều này giúp dập tắt hồ quang một cách hiệu quả.

Cơ cấu truyền động cắt

Điều khiển cơ cấu truyền động cắt có 2 cách là bằng tay hoặc bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện):

  • Truyền động cắt bằng tay: dùng cho aptomat có điện định mức dưới 600A, thường xuất hiện tại hệ thống điện gia đình.
  • Truyền động cắt bằng cơ điện: dùng cho aptomat có dòng điện định mức cao từ 600A đến 1000A

cau tao cua aptomat

Móc bảo vệ

Móc bảo vệ là bộ phận truyền tín hiệu trong aptomat, tác động lên mạch điện khi nhận thấy dấu hiệu quá tải hoặc ngắn mạch hoặc sụt áp để aptomat tự động ngắt điện. Có hai loại móc bảo vệ phổ biến là hệ thống điện từ và rơle nhiệt.

  • Móc kiểu điện từ bao gồm một cuộn dây được mắc nối tiếp với mạch chính, cuộn dây này có tiết diện lớn để chịu dòng điện và ít vòng quấn. Khi dòng điện vượt quá giá trị cho phép, lực từ sẽ kéo phần ứng vào và móc sẽ va vào khớp rơi tự do, làm cho tiếp điểm của CB mở ra. Bằng cách điều chỉnh lực kháng của lò xo thông qua vít có thể điều chỉnh giá trị dòng điện tức thì. Để giữ thời gian trong bảo vệ quá tải của móc kiểu điện từ, một cơ cấu giữ thời gian được thêm vào.
  • Móc kiểu rơle nhiệt có cấu trúc đơn giản hơn, tương tự như rơle nhiệt với phần tử phát nhiệt được kết nối tiếp theo với mạch điện chính. Một tấm kim loại kép giãn nở sẽ khiến khớp rơi tự do mở tiếp điểm của CB khi xuất hiện tình trạng quá tải. Nhược điểm của kiểu này là độ trễ nhiệt lớn, do đó nó không thể ngắt nhanh dòng điện bất thường khi có ngắn mạch, và do đó chỉ có thể bảo vệ trước dòng điện quá tải.

Thông thường trong aptomat tới 600A bố trí cả móc điện từ và móc rơle. Trường hợp móc bảo vệ sụt áp sử dụng kiểu điện từ, là cuộn dây mắc song song mạch điện chính, quấn ít vòng và có tiết diện dây nhỏ.

Những thông số kỹ thuật quan trọng trên aptomat

Dưới đây là các thông số kỹ thuật của Aptomat:

  • In: Là dòng điện định mức. Ví dụ như trong MCCB 3P 100A 25kA, In = 100A. Dòng điện định mức chính là ngưỡng bảo vệ quá tải của Aptomat. Khi dòng điện vượt quá định mức, Aptomat sẽ nhảy.
  • Ir: Dòng điện hoạt động có thể điều chỉnh trong phạm vi cho phép của Aptomat. Ví dụ, Aptomat điều chỉnh dòng 100A có thể điều chỉnh đến 100A. Đối với các Aptomat điều chỉnh dòng, dòng điện hoạt động chính là ngưỡng tác động của Aptomat.
  • Ue: Điện áp làm việc định mức.
  • Icu: Dòng cắt ngắn mạch là khả năng chịu dòng điện lớn nhất của tiếp điểm trong 1 giây.
  • Icw: Khả năng chịu dòng ngắn mạch trên 1 đơn vị thời gian.
  • Ics: Khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố trên thiết bị, phụ thuộc vào từng nhà sản xuất do công nghệ chế tạo khác nhau. Ví dụ cùng một hãng sản xuất nhưng có 2 loại MCCB là Ics = 50% Icu và Ics = 100% Icu.
  • AT – Ampe Trip: Là dòng điện tác động.
  • AF – Ampe Frame: Là dòng điện khung. Ví dụ NF250 2P 100A và NF250 2P 200A đều có AF = 250A nhưng một cái sẽ tác động khi dòng vượt quá AT = 200A, một cái sẽ tác động khi dòng vượt quá AT = 100A.
  • Characteritic cuver: Là đường cong đặc tính bảo vệ của CB (đường cong chọn lọc của CB) giúp quyết định cho việc chọn CB ở vị trí nào trong hệ thống điện.
  • Mechanical/electrical endurance: Số lần đóng cắt cơ khí cho phép trên số lần đóng cắt điện cho phép.

Ngoài ra kích thước aptomat được thể hiện rõ trong catalog của sản phẩm cụ thể.

Nguyên lý làm việc của aptomat

Móc bảo vệ chính là thiết bị quan trọng ngắt mạch khi nhận diện được sự cố trong hệ thống điện. Khi dòng điện chạy qua các điểm tiếp xúc đột nhiên thay đổi, từ trường trên lò xo sẽ giảm (trong trường hợp điện áp quá thấp) hoặc lò xo sẽ quá nóng (trong trường hợp điện áp quá cao), khiến các điểm tiếp xúc mở ra và cắt đứt dòng điện. Cụ thể nguyên lý làm việc của aptomat khi xảy ra sự cố như sau:

Nguyên lý làm việc của aptomat dòng điện cực đại

Trong trạng thái bình thường khi điện được cung cấp, Aptomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ vào móc 2 khớp với móc 3, cả hai đều cùng một cụm với tiếp điểm động. Khi Aptomat được bật ở trạng thái ON, dòng điện định mức tại nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút.

so do nguyen ly aptomat dong dien cuc dai

Trong trường hợp mạch điện quá tải hoặc ngắn mạch, lực hút từ nam châm điện 5 sẽ lớn hơn lực của lò xo 6, khiến nam châm điện 5 hút phần ứng 4 xuống, làm móc 3 nhả ra, móc 2 được giải phóng, lò xo 1 được thả lỏng và kết quả là các tiếp điểm của Aptomat được mở ra, ngắt mạch điện.

Nguyên lý làm việc của Aptomat điện áp thấp

Trong trạng thái bình thường khi điện được cung cấp, Aptomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ vào móc 7 khớp với móc 8 cùng một cụm với tiếp điểm. Khi Aptomat được bật ở trạng thái ON, nam châm điện 11 và phần ứng 10 với điện áp định mức sẽ hút lại với nhau. 

so do nguyen ly aptomat dien ap thap

Trong trường hợp sụt áp quá mức, nam châm điện 11 sẽ nhả phần ứng 10, lò xo 9 sẽ kéo móc 8 lên, móc 7 được giải phóng, lò xo 1 thả ra. Kết quả là các tiếp điểm của aptomat được mở ra và mạch điện bị ngắt.

Đối với các Aptomat được dùng cho các thiết bị điện gia đình, người dùng sẽ cần tự tay điều chỉnh để khôi phục hoạt động của thiết bị. Trái lại, Aptomat dùng cho hệ thống điện có khả năng cắt dòng lớn hơn thường đi kèm với cơ chế điều khiển bằng điện từ.

Sau một khoảng thời gian xảy ra ngắn mạch, lò xo trong móc bảo vệ sẽ quay trở lại trạng thái ban đầu, cho phép các điểm tiếp xúc đóng lại và dòng điện tiếp tục chảy qua.

=>> Bạn có thể so sánh nguyên lý làm việc của aptomat với nguyên lí làm việc của cầu dao để tìm ra điểm khác biệt giữa 2 thiết bị.

Ứng dụng của aptomat vào hệ thống điện

Aptomat được phân loại dùng cho dân dụng và dùng cho công nghiệp. 

Ứng dụng trong điện công nghiệp

Trong công nghiệp sử dụng aptomat khối MCCB là chủ yếu. Được trang bị buồng dập hồ quang nên dòng aptomat này ngắt được dòng điện lên tới hàng ngàn A. Nếu có sử dụng aptomat tép thì chọn loại có dòng cắt ngắn mạch cao 10kA.

cau dao dien tu ngat

Phần lớn thiết bị điện trong công nghiệp là thiết bị điện 3 pha. Mặc dù hệ thống có sử dụng dây trung tính, nhưng do sự cố trên dây trung tính hiếm khi xảy ra nên thường chỉ sử dụng aptomat 3 pha để tiết kiệm chi phí.

Đối với các vị trí aptomat tổng, cần chọn loại có dòng cắt ngắn mạch cao để đảm bảo an toàn. Còn các aptomat nhánh được sử dụng cho thiết bị, có thể chọn loại có dòng cắt trung bình để tiết giảm chi phí.

=>> Đọc thêm: Kinh nghiệm nâng cấp trạm biến áp và chọn aptomat

Ứng dụng trong điện dân dụng

Phần lớn thiết bị điện trong gia đình là thiết bị điện 1 pha. Trong trường hợp này, người ta thường sử dụng MCB 1 pha để lắp vào dây pha (dây lửa), trong khi dây trung tính (dây mát) không cần phải đi qua MCB. Mặt khác do không có buồng dập hồ quang nên aptomat MCB chỉ cắt được dòng điện dưới 100A.

aptomat gia dinh

Thông thường, người ta sẽ chọn MCB với dòng cắt ngắn mạch là 6kA hoặc 4.5kA để tiết kiệm chi phí. Đối với một số gia đình có lượng tiêu thụ điện lớn và sử dụng điện 3 pha nên chọn aptomat tổng kiểu MCCB với dòng cắt ngắn mạch ở mức trung bình để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện và độ bền cao hơn.

Những thiết bị điện cần trang bị aptomat riêng

Việc sử dụng các thiết bị điện công suất cao ngày càng phổ biến. Để bảo đảm an toàn cho hệ thống điện, các thiết bị có công suất hoạt động cao từ 1000W nên được bảo vệ bằng aptomat, điển hình như:

  • Aptomat cho bình nóng lạnh: Thường thì bình nóng lạnh gia đình gián tiếp sử dụng công suất khoảng 1500W, trong khi bình trực tiếp là 2500W. Do thiết bị được lắp đặt ở không gian có nhiều hơi nước, việc bảo đảm an toàn cho người dùng là cần thiết và aptomat sẽ được bố trí bên ngoài phòng tắm.
  • Aptomat cho điều hòa: Điều hòa tiêu thụ một lượng lớn công suất, do đó việc lắp aptomat là cần thiết.
  • Aptomat cho bếp từ: Bếp từ có công suất từ 1000W – 1800W. Tùy thuộc vào công suất của thiết bị mà lựa chọn aptomat phù hợp.

Những câu hỏi khi sử dụng aptomat

  • Câu hỏi 1: Chọn aptomat 1 pha và aptomat 3 pha có khác nhau không?

Trả lời: Aptomat 1 pha sử dụng dòng điện 220V cho điện dân dụng, aptomat 3 pha sử dụng dòng điện 380V cho điện công nghiệp. Như vậy cần nắm rõ hệ thống điện sử dụng để chọn 1 trong 2 loại aptomat trên.

  • Câu hỏi 2: Chọn công suất aptomat như thế nào là phù hợp?

Trả lời: Khi tính toán được công suất các thiết bị sử dụng trong hệ thống bạn sẽ có được công suất tổng. Lựa chọn công suất aptomat cao hơn công suất tổng từ 15 – 20% để giảm thiểu rủi ro quá áp hoặc tăng công suất sử dụng đột ngột.

  • Câu hỏi 3: Aptomat có nhiệm vụ gì ở mạng điện trong nhà?

Trả lời: Aptomat tự động đóng cắt mạch điện khi bị quá tải, ngắn mạch hoặc rò rỉ điện.

  • Câu hỏi 4: Nên sử dụng aptomat của hãng nào?

Trả lời: Có rất nhiều hãng sản xuất aptomat chất lượng để bạn lựa chọn. Với hệ thống điện công nghiệp, ưu tiên sử dụng aptomat BTB Electric, Mitsubishi, Schneider,… Với hệ thống điện dân dụng, ưu tiên sử dụng aptomat LS, Panasonic, Sino,…

Trên đây là tổng hợp thông tin về aptomat, cấu tạo điển hình, nguyên lý hoạt động và ứng dụng trong cuộc sống của thiết bị điện vô cùng quan trọng này. Để biết thêm thông tin về aptomat, bạn hãy tiếp tục theo dõi trên website https://btb-electric.com/.

Ngày đăng 14:36 - 10/04/2024 - Cập nhật lúc: 10:14 AM , 23/05/2024
Xem nhiều
Tin mới