CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ELCB ( CB CHỐNG DÒNG RÒ )

I. KHÁI NIỆM ELCB CB chống dòng rò (tiếng Anh: Earth leakage circuit breaker và được viết tắt thông dụng là ELCB) là một thiết bị dùng để cắt nguồn điện nếu như phát hiện ra dòng điện rò rỉ xuống đất. ELCB có công dụng chính giúp cho an toàn cho con người (phòng giật điện) và tránh làm tổn hao điện năng lãng phí vô ích cho chủ thể sử dụng nguồn điện. Lưới điện dân dụng hoặc lưới điện phục vụ sản xuất đều gồm một hoặc nhiều pha, trong đó ít nhất một pha có mức điện áp cao so với mặt đất. Trong trường hợp các vỏ của thiết bị sử dụng điện có điện trở cách điện không đủ lớn hoặc bị hư hỏng, gặp sự cố rò rỉ điện ra vỏ sẽ gây ra hiện tượng “giật điện” cho con người nếu tiếp xúc phải. Trong một số trường hợp khác con người có thể tiếp xúc với điện thông qua vật khác hoặc trực tiếp cũng gây hiện tượng “giật điện”. Con người khi tiếp xúc với các vật có điện áp cao so với đất sẽ xuất hiện một dòng điện đi từ điểm tiếp xúc đến các bộ phận khác của cơ thể mà nơi đó được tiếp xúc hoặc có điện trở tiếp xúc với đất đủ nhỏ. Khi dòng điện vượt qua các giới hạn về ngưỡng chịu đựng của con người thì xuất hiện các hiện tượng của điện giật như: co cơ, khó thở, tim ngừng đập hoặc tử vong … ELCB là thiết bị bảo vệ thường được mắc ở đầu mỗi nguồn điện, và các nhánh cho các lộ tiêu thụ điện ở cấp thấp hơn theo các thông số phù hợp. Trong trường hợp xuất hiện dòng dò xuống đất thì ELCB sẽ phát hiện và ngắt điện một cách tự động ở mạch điện phía sau nó. Như vậy ELCB bảo vệ được con người không xảy ra tình trạng giật điện.

II. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ

ELCB loại current operated (vận hành dựa trên so sánh dòng điện) có cấu tạo giống như một CB nhưng có thêm mạch điện so sánh dòng điện đi qua nó về phía thiết bị tiêu thụ điện. ELCB so sánh dòng điện theo các chiều đi và về trong mỗi chu kỳ để phát hiện sự chênh lệch nhau để ngắt điện thông qua một cuộn dây cảm ứng với tất cả các dây pha (bao gồm dây trung tính nếu có) đi qua nó. Nếu xuất hiện sự chênh lệch dòng điện đi và về có nghĩa là xuất hiện một dòng điện đi khỏi thiết bị tiêu thụ điện rò xuống đất thì ELCB so sánh mức độ dòng dò với ngưỡng cho phép của nó để có thể ngắt điện.

Trong đó:

* ELR là rơle rò điện ( Earth leakage Relay ) có chức năng nhận tín hiệu do ZCT đưa đến (do có hiện tượng người sử dụng thiết bị điện bị giật và rò điện của thiết bị điện) và điều khiển cắt nguồn điện;

* ZCT là biến dòng pha-trung tính (Zero-phase current Transformer) có chức năng phát tín hiệu về ELR khi có sự cố giật-rò điện;

* K1 là khởi động từ có chức năng đóng-cắt nguồn điện. Khí cụ điện này được tính chọn trên cơ sở công suất tải;

* IC là rơle thời gian (IC Timer) có chức năng định thời gian cho chuông báo động sự cố làm việc;

* AL là chuông báo động sự cố giật-rò điện;

* LAMP là đèn báo sự cố giật-rò điện. Nên chọn loại đèn nhấp nháy màu đỏ.

Nguyên lý hoạt động cơ bản như sau:

Bản chất vật lý của nguyên lý hoạt động ở hệ thống này là sự cảm ứng với từ trường xung quanh các dây điện L1-L2-L3-N của biến dòng pha-trung tính ZCT. Từ trường tổng hợp của 4 dây điện này sẽ khác nhau trong trường hợp không xuất hiện dòng rò và trong trường hợp xuất hiện dòng rò, dẫn đến điện áp cảm ứng trong ZCT sẽ khác nhau.

Khi không có sự cố (không xuất hiện dòng rò qua người và vỏ thiết bị xuống đất) thì K1 luôn ở trạng thái có điện và tải được cấp điện. Tín hiệu điện ở đầu ra của ZCT sẽ thay đổi khi có hiện tượng người sử dụng thiết bị điện bị giật hoặc thiết bị điện bị rò điện xuống đất. Tín hiệu này làm cho ELR tác động, dẫn đến K1 mất điện và IC-AL-LAMP có điện. Điều này đảm bảo cắt nguồn điện và báo có sự cố.

Giá trị dòng rò (qua người và vỏ thiết bị điện xuuống đất) gây ra tác động tự động bảo vệ của hệ thống trên điều chỉnh được (nhỏ nhất là 0,1A) và thời gian tác động (từ khi có sự cố cho đến khi ELR tác động) cũng điều chỉnh được (nhanh nhất là 0,1s).

Để đảm bảo chất lượng (quan trọng nhất là 2 chỉ tiêu: Giá trị dòng rò gây tác động và tính tác động nhanh), điều cần chú ý trong khi tính chọn là phải đảm bảo sự tương thích giữa ZCT và ELR. Trong trường hợp tự chế tạo, cần phải làm thí nghiệm để hiệu chỉnh đạt yêu cầu về 2 chỉ tiêu nêu trên, cụ thể là: Giá trị dòng rò gây tác động phải nằm trong phạm vi từ 0,1A đến 0,9A và thời gian tác động từ 0,1s đến 1,5s.

Khi chế tạo mới: Căn cứ vào tổng công suất các thiết bị điện định bảo vệ mà kết hợp chế tạo thành tủ phân phối nguồn có thêm chức năng chống giật-rò điện, bố trí tất cả các phần tử trong sơ đồ trên vào một tủ điện và bổ xung thêm một áptômát và cầu dao thường trước ZCT có nhiệm vụ đóng-cắt nguồn điện cung cấp, đèn và chuông báo sự cố nên lắp nổi ngoài tủ. Trên mặt tủ cũng cần bố trí các phần tử đo dòng pha-điện áp pha và điện áp dây, đèn báo pha với các màu tương ứng và đồng hồ đo công suất tiêu thụ.

Trong trường hợp tủ phân phối nguồn có sẵn, thì chỉ việc lắp thêm các phần tử như trong sơ đồ trên vào khoảng không gian còn lại trong tủ.

Khi lắp đặt, nhất thiết phải đảm bảo:

– Dây trung tính của nguồn điện và của các thiết bị điện không được nối đất, dây tiếp địa của các thiết bị điện phải được nối vào hệ thống tiếp địa cho các thiết bị điện của từng khu vực;

– Tiếp địa cho các thiết bị điện phải đảm bảo đúng tiêu chuẩn;

– Tủ phải được đặt ở nơi thoáng-khô ráo, dễ quan sát và thao tác. Trong tủ nên để các gói hút ẩm.

Hệ thống tự động chống giật-rò điện kiểu trên đã được thiết kế-chế tạo và lắp đặt tại tất cả các phân xưởng sản xuất-trung tâm điều khiển-văn phòng của một nhà máy công nghiệp 100% vốn nước ngoài tại Việt Nam, với giá thành thấp hơn từ 5 đến 20 lần so với dùng trực tiếp cầu dao tự động tùy tổng công suất thiết bị điện từng khu vực. Chủ đầu tư và tư vấn giám sát nước ngoài đã thí nghiệm và chấp nhận cho phép sử dụng. Đến nay, qua theo dõi thì thấy hệ thống tự động chống giật-rò điện kiểu trên hoạt động rất tốt.