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 aptomat là gì?

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

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 của aptomat

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

Tiếp điểm

Tiếp điểm trong aptomat thực hiện đóng và ngắt mạch. Tùy theo loại aptomat mà tiếp điểm có thể chia thành 2 loại (động và tĩnh). Tiếp điểm tĩnh được nối với dây bên ngoài dẫn vào aptomat. Tiếp điểm động gắn liền với nam châm điện và có thể chuyển động. 

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.

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 dòng điện định mức dưới 125A, thường xuất hiện tại hệ thống điện dân dụng và thương mại.
• Truyền động cắt bằng cơ điện: dùng cho aptomat có dòng điện định mức cao từ 125A đến 1000A, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.

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 rơ le 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:

• Ui: Điện áp làm việc định mức.
• Ue: Điện áp cách điện định mức.
• 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.
• 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. Xem tại: Tìm hiểu ký hiệu và thông số trên aptomat (CB)

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.

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. 

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.

Công dụng của aptomat

Aptomat là thiết bị điện quan trọng, có mặt trong bất kì hệ thống điện hạ thế nào, từ dân dụng, thương mại đến công nghiệp. Các công dụng của aptomat bao gồm:

• Kiểm soát, bảo vệ mạch điện, đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả.
• Ngắt mạch kịp thời khi phát hiện sự cố điện như quá tải, mất pha, ngắn mạch,…
• Một số aptomat có khả năng bảo vệ hệ thống và con người trước rò rỉ điện, sét đánh hay lũ lụt, hỏa hoạn,…
• Hạn chế thiệt hại như nóng, cháy nổ cho các thiết bị phụ tải.

Phân loại aptomat thông dụng

Khi phân loại theo số pha, số cực, aptomat có các loại: 1 pha 1 cực, 1 pha 2 cực, 2 pha 2 cực, 3 pha 3 cực, 3 pha 4 cực.

Khi phân loại theo cường độ dòng điện (In), aptomat được chia theo:

• Mức In thấp: 1A, 2A, 3A, 6A,…. 125A
• Mức In trung bình: 160A, 250A, 320A, 400A,… 800A
• Mức In cao: 1000A, 1250A, 1600A, 2500A,…

Aptomat được chia làm rất nhiều loại để sử dụng cho điện 1 pha và điện 3 pha. Phổ biến nhất là các dòng aptomat MCB, MCCB, RCCB, RCBO và ELCB. Với từng loại trên được phân ra nhiều cấp dòng định mức, nhiều số cực và tính năng khác nhau.

Aptomat MCB

MCB (Miniature Circuit Breaker) là dòng aptomat tép kích thước nhỏ, sử dụng cho mạng điện 220V và 380V. MCB có dòng định mức In thấp, từ 125A trở xuống, phù hợp để đấu lắp cho hệ thống điện gia đình hoặc các thiết bị điện công suất vừa và nhỏ. Chức năng của aptomat MCB là chống quá tải điện và chống ngắn mạch. MCB xuất hiện rất phổ biến trong nhà dân, tòa nhà chung cư, văn phòng, cửa hàng kinh doanh, kho hàng, khách sạn, bệnh viện, trường học,…

Aptomat MCCB

MCCB (Moulded Case Circuit Breaker) là dòng aptomat khối kích thước lớn, sử dụng cho mạng điện 380V, mang dòng định mức từ nhỏ lên đến 2500A. Chức năng của MCCB là bảo vệ mạng điện khỏi quá tải và ngắn mạch. Điểm đặc biệt ở MCCB là có thể điều khiển từ xa cũng như có thể điều chỉnh mức ngắt dòng định mức. MCCB là thiết bị đóng ngắt không thể thiếu trong tủ điện công nghiệp trong nhà máy điện, nhà máy sản xuất, kho hàng, cảng biển, sân bay,…

Aptomat RCCB

RCCB (Residual Current Circuit Breaker) là dòng aptomat chuyên dụng chống giật điện, sử dụng cho cả mạng điện 220V và 380V. Loại aptomat này có đa dạng dòng định mức từ 16A cho tới hàng trăm ampe. Aptomat RCCB thường được lắp bổ sung cho hệ thống điện chưa có tính năng chống giật, đặt nối tiếp với một aptomat chống quá tải, ngắn mạch. Cùng với đó, các mức dòng rò của RCCB từ 10mA tới 500mA.

Aptomat RCBO

RCBO (Residual Current Circuit Overcurrent) là dòng aptomat kết hợp khả năng chống giật và khả năng chống quá tải, ngắn mạch. Loại aptomat này có đa dạng mức dòng rò và mức dòng cắt ngắn mạch. RCBO được sử dụng chủ yếu cho mạch điện 220V, thay thế đồng thời cho MCB và RCCB. Ngoài ra RCBO có thể ứng dụng cho mạch điện công nghiệp 380V.

Aptomat ELCB

ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker) là thiết bị đóng cắt mạch chống rò rỉ đất có dạng khối, đi kèm khả năng chống quá tải. Thiết bị này thường được sử dụng để chống rò điện trong môi trường nhạy cảm, độ ẩm cao. Trong một số trường hợp, ELCB có thể thay thế MCCB – RCCB hoặc lắp đặt cho một số thiết bị điện chuyên dụng.

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, bên cạnh đó là các thiết bị đóng ngắt chuyên dụng. Được trang bị buồng dập hồ quang nên dòng aptomat MCCB ngắt được dòng điện lên tới hàng ngàn Ampe. Nếu có sử dụng aptomat MCB thì chọn loại có dòng cắt ngắn mạch 10kA.

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 cực 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.

=>> 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 mass) 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.

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 với dòng cắt ngắn mạch ở mức trung bình để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện và độ bền cao hơn.

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 bình nóng lạnh, điều hòa, bếp từ,…

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 mạch điện 220V cho điện dân dụng, aptomat 3 pha sử dụng mạch 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 30 – 50% 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/.