Một nhà lắp đặt năng lượng mặt trời dân dụng ở Arizona đã lắp đặt một pin lưu trữ trên một hệ thống đã hoàn thành. Dây dẫn của ngân hàng pin đã được lắp đặt sạch sẽ ở phía DC; điều này được thực hiện với một MCB 80A/1200VDC (với MCB được chế tạo từ Dòng MCB HUB9NEZ của HUYU) để bảo vệ nó. Tuy nhiên, phía AC yêu cầu một cầu dao để bảo vệ phía đầu ra của bộ biến tần. May mắn thay, nhà lắp đặt đã có một MCB DC dư (cùng kích thước khung) mà anh ta đã lắp đặt thay thế. Sau khi hoạt động trong hai tuần, cầu dao của bộ biến tần đã ngắt sau khi đơn vị điều hòa không khí chịu tải nặng, và lần này, hồ quang nội bộ không thể dập tắt. Các bề mặt tiếp xúc đã bị cắt đứt, cầu dao đã bị lệch, và dòng lỗi tiếp tục đi xuống cho đến khi cầu dao chính ở phía trên mở ra. Những gì dường như là một sự gián đoạn thông thường của quá dòng cuối cùng đã dẫn đến một vụ cháy gần như bất thường do một cầu dao được thiết kế cho điện áp DC bị buộc phải ngắt điện áp AC.
Trường hợp được mô tả trong báo cáo an toàn thực địa này từ một tổ chức công nghiệp quang điện lớn là một xác nhận rõ ràng về lý do tại sao các học giả không nên đề cập đến việc liệu có sự tương thích của cầu dao AC cho MCB DC hay không. Câu trả lời rất đơn giản - không sử dụng cầu dao chỉ được xếp hạng DC trong một mạch AC hoặc ngược lại, bất kể có được xếp hạng kép (bởi nhà sản xuất) và được xác định như vậy.
Chức năng độc đáo của các cơ chế vật lý dập tắt hồ quang điện gây ra bởi mỗi loại mạch là khác biệt về cơ bản, và do đó việc sử dụng chúng thay thế cho nhau thực sự sẽ làm mất đi mục đích của thiết bị (cầu dao) mà nó được thiết kế để cung cấp sự bảo vệ điện.
Vấn đề Dập tắt Hồ quang: Vật lý Ngắt AC so với DC
Hiểu những gì đã khiến một cầu dao DC ngắt trong một mạch AC yêu cầu phải quen thuộc với hồ quang điện. Khi các tiếp điểm của một mạch điện được mở (tách ra) trong khi dòng điện đang chảy, các tiếp điểm tách ra tạo ra một hồ quang mà chính nó là một con đường dẫn điện. Khi hồ quang điện tiếp tục, nó trở thành một plasma ion hóa được tạo thành từ nhiều nguyên tố khác nhau và không còn được cấu thành từ khí tinh khiết. Toàn bộ dòng điện chảy qua các tiếp điểm mở của mạch tạo ra một hồ quang (tương tự như máy hàn hồ quang) cho đến khi cầu dao ngắt; quá trình này xảy ra trong các mạch AC có điện áp cao. Phương tiện dập tắt hồ quang phụ thuộc vào việc dòng điện là AC hay DC.
Trong một mạch điện xoay chiều (AC), dòng điện đi qua giá trị không 100 hoặc 120 lần mỗi giây (2 lần mỗi chu kỳ hoặc 50 hoặc 60 Hertz). Mỗi khi dòng điện đi qua giá trị không, nó tạm thời (tức là, ngay lập tức) làm sụp đổ năng lượng của hồ quang. Để dập tắt hồ quang và hiệu quả cắt nó thành từng mảnh sao cho không mảnh nào có nhiệt độ (tức là, nhiệt độ ion hóa) cao hơn mức mà hồ quang sẽ tái phát sau khi đi qua giá trị không, một ống dập hồ quang (tức là, một chồng các tấm kim loại) được sử dụng trong một cầu dao mini AC để cắt và làm mát từng đoạn đó. Do đó, toàn bộ thiết kế của những thiết bị này phụ thuộc vào việc đảm bảo dập tắt một hồ quang mỗi 8,3 mili giây, khi dòng điện đi qua giá trị không.
Sẽ không bao giờ có điểm giao nhau bằng không trong dòng điện DC và dòng điện là không đổi. Sau khi một hồ quang được phát triển, hồ quang sẽ tiếp tục tồn tại cho đến khi các tiếp điểm được tách ra đủ xa, điện áp hồ quang lớn hơn điện áp plasma của hồ quang đã đủ nguội để nguồn điện không còn giữ cho hồ quang hoạt động. Điều này có nghĩa là MCB được sử dụng cho DC phải có một trường từ trường thổi mạnh hơn từ một nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn thổi nối tiếp để hồ quang có thể bị buộc phải di chuyển qua một con đường dài hơn và xoắn nhiều hơn trong một buồng hồ quang có kích thước sâu hơn nhiều. Khoảng cách tiếp điểm rộng hơn trong DC. Vật liệu của tấm ống dập hồ quang và hình dạng của nó khác với trong AC. Do đó, khi MCB được sử dụng trong DC, nó hoạt động như một thiết bị dập tắt cưỡng bức thay vì như một thiết bị dập tắt sử dụng tính năng giao nhau bằng không.
Viện Kỹ thuật và Công nghệ (IET) đã cung cấp một giải thích chi tiết về việc sử dụng an toàn các mạch bảo vệ dòng điện một chiều trong bản tóm tắt kỹ thuật của mình. Có nhiều cách khác nhau để thử nghiệm và chứng nhận các cầu dao mini AC và DC vì chúng hoạt động khác nhau do cách mà việc ngắt hồ quang hoạt động. Ví dụ, các cầu dao có định mức AC chưa bao giờ có thể ngắt một hồ quang dòng điện một chiều liên tục một cách đáng tin cậy trong khi các cầu dao có định mức DC chưa bao giờ có thể ngắt một hồ quang dòng điện xoay chiều một cách đáng tin cậy do bản chất của sự thay đổi cực tính của dòng điện xoay chiều.
Điều gì xảy ra khi sử dụng cầu dao sai
Kinh nghiệm của nhà lắp đặt Arizona là bình thường. Khi một cầu dao chính dòng điện một chiều (DC) được lắp đặt trong một mạch dòng điện xoay chiều (AC), có hai cách mà nó có thể thất bại.
Trong nửa chu kỳ tiến lênTrong các thiết bị dập tắt hồ quang DC, chức năng liên quan đến hành vi cơ học của các cơ chế dập tắt hồ quang DC thường nên hoạt động như mong đợi. Khi cơ chế thổi ra vào máng được kích hoạt, hồ quang được đẩy bởi cơ chế thổi từ tính vào vị trí (tức là, quá trình làm mát được khởi động). Ngược lại, khi nửa chu kỳ điện tiếp theo xảy ra, dòng điện xoay chiều (AC) đảo ngược hướng và khiến nam châm vĩnh cửu (hoặc cuộn thổi) đẩy hồ quang theo hướng sai (tức là, quay trở lại thiết bị cơ học (thiết bị dập tắt hồ quang), về phía cuối của cầu dao, và vào một phần của máng hồ quang mà không được tạo ra để chứa hồ quang). Hồ quang có thể đốt cháy vỏ nhựa của thiết bị, hàn các tiếp điểm lại với nhau, hoặc thoát khỏi sự bảo vệ của thiết bị. Một vài lần hoạt động đầu tiên của cầu dao (cắt) có thể dẫn đến hoạt động thành công của cầu dao, nhưng sự cố có thể xảy ra sau một thời gian hoạt động do hư hỏng tiếp điểm tích lũy.
Một cầu dao DC AC sẽ thất bại một cách dự đoán hơn vì máng hồ quang đang chờ một điểm cắt bằng không xảy ra mà sẽ không bao giờ xảy ra. Vì lý do này, hồ quang sẽ tiếp tục, khiến các tiếp điểm bị hỏng do quá nhiệt. Cầu dao sẽ không thể ngắt chu kỳ hoặc sẽ bắt lửa. Bởi vì không có thổi từ tính để xử lý dòng điện trạng thái ổn định, hồ quang đơn giản chỉ tồn tại trong khoảng trống tiếp điểm cho đến khi một trong các tiếp điểm tan chảy. Do đó, cả hai trường hợp đều không hoàn thành chức năng an toàn cơ bản của thiết bị.
Cầu Dao Được Đánh Giá Kép: Ngoại Lệ Chứng Minh Quy Tắc
Có những cầu dao có thể được sử dụng cho cả ứng dụng AC và DC. Họ không chỉ có các cầu dao AC MCB cho thấy điện áp DC như một suy nghĩ sau; họ cũng được chế tạo đặc biệt để xử lý cả hai loại hồ quang: (1) với các điểm cắt bằng không hỗ trợ trong việc dập tắt hồ quang (AC) và (2) không có bất kỳ sự hỗ trợ bên ngoài nào (DC). Nhà sản xuất nên cung cấp chứng chỉ thử nghiệm loại cho cả AC và DC. Nhà sản xuất cũng nên chỉ ra rằng đây là một cầu dao được chứng nhận có đánh giá kép; ví dụ, “230Vac tối đa. 400Vac tối đa., 60VDC tối đa/ cực.”
Khi bạn muốn một vỏ đơn cho cả mạch AC và DC cùng một lúc trong một lắp đặt (như cabin inverter hybrid năng lượng mặt trời hoặc giá điện telco), một lựa chọn hợp lý là sử dụng các cầu dao loại kết hợp này; tuy nhiên, theo hướng dẫn ứng dụng rộng rãi từ EC&M, chỉ có một số lượng hạn chế các thiết bị có đánh giá kết hợp có sẵn và gần như tất cả các cầu dao mini đều được đánh giá và thử nghiệm cho chỉ một trong hai loại dòng điện; do đó, nếu bạn có một thiết bị được đánh giá AC và cố gắng sử dụng nó ở nơi cần thiết bị được đánh giá DC, bạn không thể sử dụng thiết bị được đánh giá AC đó trừ khi nhà sản xuất đã cho bạn sự cho phép bằng văn bản để làm như vậy.
Chọn Cầu Dao Đúng Cho Ứng Dụng Của Bạn
Quyết định giữa một MCB DC 32A và một AC MCB hoàn toàn được thúc đẩy bởi loại dòng điện của mạch. Bảng dưới đây tóm tắt bối cảnh ứng dụng:
| Loại Mạch | Bộ ngắt cần thiết | Sản phẩm điển hình |
|---|---|---|
| Mạch nhánh AC (chiếu sáng, ổ cắm, thiết bị) | AC MCB | HUYU HUM18‑63 AC MCB (1P–4P, 10kA, đường cong B/C/D) |
| Mạch động cơ AC | AC MCB hoặc MCCB với đường cong ngắt phù hợp | HUYU HYM1 MCCB |
| Bảo vệ chuỗi tấm PV DC | DC MCB, thường nhạy cảm với cực | HUYU HUM18PV‑63 DC MCB (lên đến 1000V DC) |
| Ngân hàng pin DC và đầu vào DC của inverter | DC MCB hoặc DC MCCB, ưu tiên không nhạy cảm với cực | HUYU HUB9NEZ‑80 Bộ ngắt mạch DC (16A–80A, lên đến 1200V DC, UL/TUV) |
| Vỏ hỗn hợp AC/DC | Bộ ngắt có xếp hạng kép, hoặc các bộ ngắt AC và DC riêng biệt được phân tách rõ ràng | Xác minh xếp hạng và ký hiệu kép của nhà sản xuất |
Để có thêm hướng dẫn về việc khớp xếp hạng bộ ngắt với mạch của bạn, bài viết của chúng tôi về kích thước cầu dao bạn cần đề cập đến các phương pháp tính toán NEC và IEC cho cả tải AC và DC.
AC và DC có thể chia sẻ cùng một dây không?
Một câu hỏi khác có tầm quan trọng tương tự là khả năng của các dây dẫn AC và DC chiếm cùng một vỏ (ống dẫn/đường dẫn/vỏ). Tạp chí Electrical Construction and Maintenance (EC&M) cung cấp một số hướng dẫn trong các hướng dẫn lắp đặt thực tế được cập nhật của họ về khả năng của NEC (Quy chuẩn Điện Quốc gia) cho phép điều này trong những trường hợp hạn chế; tuy nhiên, thường thì an toàn hơn khi giữ chúng tách biệt về mặt vật lý. Tất cả các dây dẫn trong cùng một đường dẫn phải được xếp hạng để xử lý điện áp tối đa hiện có (AC hoặc DC). Do đó, các dây dẫn DC phải được xếp hạng cho điện áp AC đỉnh, và các dây dẫn AC phải được xếp hạng cho điện áp DC tối đa.
Về mặt thực tiễn, điều này thường dẫn đến việc các nhà thiết kế có các ống dẫn riêng cho mạch AC và mạch DC, hoặc có một tủ với các ngăn được phân tách rõ ràng với nhau. Thông thường, một vách ngăn sẽ tách ngăn AC khỏi ngăn DC trong một tủ inverter năng lượng mặt trời. Điều này được chỉ ra bởi các dây dẫn DC được cách điện bằng dây màu đỏ/đen, và các dây dẫn AC được cách điện bằng màu nâu/xanh (hài hòa) hoặc đen/trắng (Bắc Mỹ). Việc trộn lẫn các loại dây dẫn này mà không có sự phân tách thích hợp gây khó khăn hơn trong việc cách điện các mức điện áp, và cũng tạo ra nguy cơ cao hơn trong việc xác định sai các dây dẫn đúng trong quá trình bảo trì.
Câu hỏi thường gặp
DC MCB có thể được sử dụng cho AC không?
Không bộ ngắt MCB nào có thể được sử dụng trong AC, trừ khi nhà sản xuất đã xác định dây dẫn của mạch là phù hợp để sử dụng trong cả AC và DC và do đó, có xếp hạng và ký hiệu kép. Nếu MCB không được sản xuất với cơ chế xác định để dập tắt một hồ quang trên AC, thì cơ chế đó có thể thất bại trong nửa chu kỳ ngược của AC, do đó gây ra các tiếp điểm bị hàn lại hoặc bị cháy qua vỏ MCB.
MCB có thể được sử dụng cho DC không?
Một MCB AC tiêu chuẩn không bao giờ nên được kết nối với một mạch DC trừ khi nó được xếp hạng và chứng nhận cụ thể cho việc sử dụng với các mạch DC. Một MCB AC dựa vào một điểm cắt bằng không trong dạng sóng AC để cung cấp một sự ngắt trong trường hợp quá tải. Dòng điện DC không thể hiện đặc điểm này, và do đó bộ ngắt sẽ không thể ngắt các dòng lỗi DC dọc theo một mạch, gây ra nguy cơ cháy nổ.
Các bộ ngắt mạch AC có hoạt động với DC không?
Bộ ngắt mạch AC không được thiết kế để hoạt động hiệu quả với mạch DC. Trong mạch DC không có thời điểm nào dòng điện cắt qua điểm không, có nghĩa là phương pháp mà bộ ngắt mạch AC dùng để dập tắt hồ quang sẽ không thể làm mát và dập tắt hồ quang DC kéo dài. Do đó, bộ ngắt có thể không ngắt dòng điện đúng cách, có thể quá nhiệt và cháy hỏng, hoặc thậm chí gây cháy.
Có thể lắp AC trên bộ ngắt mạch DC không?
Việc sử dụng mạch AC trên bộ ngắt mạch DC là không an toàn. Trường từ trường thổi hồ quang dùng để hỗ trợ ngắt dòng DC sẽ gây ra hồ quang bị phóng không đúng cách trong nửa chu kỳ ngược của sóng điện áp AC, và gây ra sự cố mà chúng ta gọi là lỗi. Do đó, bộ ngắt được định mức cho AC phải được sử dụng trên mạch AC.
Sự khác biệt giữa MCB AC và MCB DC là gì?
Sự khác biệt lớn nhất trong hoạt động của MCB AC và DC là cách chúng dập tắt hồ quang. MCB AC sử dụng máng để dập tắt hồ quang dựa vào dòng điện đi qua điểm không. MCB DC sử dụng trường từ thổi hồ quang mạnh hơn để dập tắt hồ quang, cũng như các tiếp điểm tách rộng hơn và máng sâu hơn để cho phép hồ quang được dập tắt mà không cần đi qua điểm không. MCB DC cũng thường nhạy cảm hơn với cực tính so với MCB AC. Mặt khác, trong thực tế, thường có hai ống dẫn độc lập hoặc rào cản vật lý giữa mạch AC và DC để không có khả năng xảy ra lỗi giữa mạch AC và DC và để dễ dàng nhận biết mạch theo điện áp, v.v.
Tài liệu tham khảo
- IET Wiring Matters — Ứng dụng an toàn của thiết bị bảo vệ DC — Institution of Engineering and Technology, hướng dẫn kỹ thuật về lựa chọn và lắp đặt bộ ngắt mạch DC.
- EC&M — Bộ ngắt mạch AC và DC: Sự khác biệt là gì? — Electrical Construction & Maintenance, hướng dẫn thực tế về công nghệ và ứng dụng bộ ngắt mạch.
- EC&M — Trộn dây dẫn AC và DC: Quy chuẩn và Thực hành tốt nhất — Electrical Construction & Maintenance, hướng dẫn lắp đặt bao gồm yêu cầu NEC cho hệ thống dòng điện hỗn hợp.
- Quỹ An toàn Điện Quốc tế (ESFI) — Tài nguyên an toàn điện tại nhà và nơi làm việc, bao gồm hướng dẫn bảo vệ hệ thống quang điện.
Câu hỏi về khả năng tương thích mạch DC MCB AC có một câu trả lời duy nhất đúng: bộ ngắt phải phù hợp với loại dòng điện. Bộ ngắt DC trên mạch AC, hoặc bộ ngắt AC trên mạch DC, là thiết bị bảo vệ được yêu cầu hoạt động ngoài phạm vi đã được thử nghiệm và chứng nhận. Hậu quả có thể từ việc ngắt không cần thiết đến hỏng hóc thảm khốc. Trong một hệ thống điện, nhãn trên bộ ngắt — “AC,” “DC,” hoặc hiếm hơn là “AC/DC” — là thông tin quan trọng nhất trên thiết bị. Tuân thủ nhãn đó đảm bảo rằng khi xảy ra sự cố, bộ ngắt sẽ mở, dập tắt hồ quang và giữ an toàn cho toàn bộ hệ thống phía sau. Tại HUYU, chúng tôi cung cấp MCB AC, MCB DC và bộ ngắt được chứng nhận kép, mỗi loại đều được đánh dấu rõ ràng và thử nghiệm theo tiêu chuẩn liên quan, vì không ai nên phải đoán xem bộ ngắt có hoạt động khi cần thiết để bảo vệ mạch hay không.
