Hướng Dẫn Phối Hợp ATS & Aptomat: Giải Thích Icw & Tính Chọn Lọc

Tại sao Hầu hết các Thông số kỹ thuật ATS Bỏ lỡ Yếu tố Phối hợp Quan trọng

Khi chỉ định một công tắc chuyển mạch tự động, hầu hết các kỹ sư điện tập trung vào các thông số hiển nhiên: định mức dòng điện liên tục, thời gian chuyển mạch và khả năng tương thích điện áp. Tuy nhiên, một sơ suất quan trọng ẩn chứa trong hàng ngàn lắp đặt trên toàn thế giới—cơn ác mộng phối hợp giữa các bộ ngắt mạch phía trên và khả năng chịu đựng ngắn mạch của ATS. Khoảng trống này trở nên thảm khốc trong các điều kiện sự cố khi một sơ đồ bảo vệ không phù hợp gây ra các chuyến đi phiền toái làm mất điện toàn bộ cơ sở hoặc không bảo vệ thiết bị hoàn toàn.

Vấn đề gốc rễ nằm ở sự tương tác phức tạp giữa các loại chọn lọc của bộ ngắt mạch, định mức dòng điện chịu đựng ngắn hạn (Icw), Và khả năng chịu đựng dòng điện sự cố của ATS. Khi các kỹ sư chỉ định bộ ngắt mạch Loại B với độ trễ thời gian có chủ ý để đạt được sự phối hợp chọn lọc, họ tạo ra một kịch bản trong đó ATS phải chịu được dòng điện sự cố đầy đủ trong khoảng thời gian trễ đó—thường là từ 100 mili giây đến 1 giây. Các thiết bị ATS tiêu chuẩn được đánh giá 3 chu kỳ đơn giản là không thể chịu được thời gian sự cố kéo dài này, dẫn đến hàn tiếp điểm, hư hỏng do hồ quang hoặc hỏng hoàn toàn công tắc chuyển mạch.

Hướng dẫn toàn diện này cung cấp thông tin chi tiết cấp kỹ thuật mà bạn cần để làm chủ khả năng phối hợp ATS-breaker, hiểu sự khác biệt giữa các thiết bị bảo vệ Loại A và B, áp dụng các nguyên tắc chọn lọc dựa trên thời gian một cách chính xác và chỉ định các công tắc chuyển mạch phù hợp với chiến lược bảo vệ quá dòng của bạn—cho dù bạn đang thiết kế hệ thống điện khẩn cấp cho bệnh viện, trung tâm dữ liệu hay các cơ sở công nghiệp quan trọng.

Phần 1: Tìm hiểu về Các loại Bộ ngắt mạch và Định mức Icw

1.1 Bộ ngắt mạch Loại A so với Loại B: Nền tảng của Chiến lược Phối hợp

Tiêu chuẩn IEC 60947-2 chia bộ ngắt mạch hạ thế thành hai loại bảo vệ cơ bản, xác định hành vi phối hợp của chúng. Bộ ngắt mạch Loại A hoạt động với các chức năng ngắt từ tức thời và không cung cấp độ trễ ngắn hạn có chủ ý. Các thiết bị này—thường là bộ ngắt mạch vỏ đúc (MCCB) và bộ ngắt mạch thu nhỏ (MCB)—được thiết kế để ngắt nhanh nhất có thể khi phát hiện dòng điện sự cố, thường là trong vòng 10-20 mili giây. Bộ ngắt mạch Loại A không mang định mức Icw vì chúng được thiết kế để ngắt, không phải chịu đựng, dòng điện ngắn mạch.

Bạn sẽ triển khai bộ ngắt mạch Loại A trong các mạch cấp nguồn động cơ, bảng phân phối cuối cùng và bảo vệ mạch nhánh, nơi mục tiêu là loại bỏ sự cố ngay lập tức. Đặc tính tác động nhanh bảo vệ cáp và thiết bị hạ nguồn khỏi ứng suất nhiệt và cơ học, nhưng nó không cung cấp tính linh hoạt phối hợp. Khi sự cố xảy ra ở bất kỳ đâu trong vùng được bảo vệ, bộ ngắt mạch Loại A sẽ ngắt—chấm hết.

Bộ ngắt mạch Loại B, ngược lại, kết hợp các chức năng trễ ngắn hạn có thể điều chỉnh cho phép các chiến lược phối hợp dựa trên thời gian phức tạp. Các thiết bị này—chủ yếu là bộ ngắt mạch không khí (ACB) và một số loại hiệu suất cao MCCBs—có thể được lập trình để cố ý trì hoãn phản ứng ngắt của chúng từ 0,05 đến 1,0 giây khi phát hiện dòng điện sự cố. Khoảng thời gian trễ này cho phép các thiết bị bảo vệ hạ nguồn loại bỏ sự cố trước, đạt được sự phối hợp chọn lọc thực sự. Bộ ngắt mạch Loại B phải mang định mức Icw chứng nhận khả năng chịu đựng dòng điện sự cố trong khoảng thời gian trễ mà không bị hư hại.

Năng	Bộ ngắt mạch Loại A	Bộ ngắt mạch Loại B
Đặc tính Ngắt	Tức thời (10-20ms)	Độ trễ có thể điều chỉnh (0,05-1,0 giây)
Định mức Icw	Không được cung cấp	Đánh giá bắt buộc
Các loại điển hình	MCB, MCCB tiêu chuẩn	ACB, MCCB nâng cao
Sử dụng chính	Mạch cấp nguồn/nhánh	Đầu vào chính, liên kết bus
Phương pháp Phối hợp	Chỉ cường độ dòng điện	Chọn lọc trễ thời gian
Chi phí tương đối	Thấp hơn	Cao hơn
Độ phức tạp của Ứng dụng	Đơn giản	Yêu cầu nghiên cứu phối hợp

Hiểu sự khác biệt cơ bản này là điều cần thiết khi lựa chọn bảo vệ mạch cho các lắp đặt ATS, vì loại bộ ngắt mạch xác định trực tiếp các yêu cầu về định mức ATS và độ phức tạp của phối hợp.

1.2 Icw (Dòng điện Chịu đựng Ngắn hạn) là gì?

Dòng điện chịu đựng ngắn hạn định mức (Icw) đại diện cho dòng điện ngắn mạch đối xứng RMS tối đa mà bộ ngắt mạch Loại B có thể mang trong một khoảng thời gian quy định mà không bị ngắt hoặc chịu hư hỏng nhiệt hoặc điện động. IEC 60947-2 xác định thời gian thử nghiệm tiêu chuẩn là 0,05, 0,1, 0,25, 0,5 và 1,0 giây, với bộ ngắt mạch vẫn đóng trong suốt sự cố trong khi theo dõi sự suy giảm tiếp điểm, hỏng cách điện hoặc biến dạng cơ học.

Các ứng suất vật lý trong khoảng thời gian chịu đựng này là cực lớn. Về mặt nhiệt, dòng điện sự cố tạo ra năng lượng I²t làm nóng dây dẫn, tiếp điểm và thanh cái theo bình phương của dòng điện nhân với thời gian. Một sự cố 50kA duy trì trong 0,5 giây tạo ra 1.250 MJ/s năng lượng nhiệt phải được hấp thụ mà không vượt quá giới hạn nhiệt độ vật liệu. Về mặt điện động, các trường từ được tạo ra bởi dòng điện sự cố tạo ra lực đẩy giữa các dây dẫn song song có thể vượt quá vài tấn trên mét—các lực không được làm cong thanh cái hoặc làm hỏng cụm tiếp điểm.

Tại sao Icw lại quan trọng đối với sự phối hợp ATS: Khi bạn định cấu hình bộ ngắt mạch Loại B phía trên với độ trễ ngắn hạn 0,2 giây để đạt được tính chọn lọc với các bộ cấp nguồn hạ nguồn, mọi thiết bị nối tiếp—bao gồm cả ATS—phải chịu được dòng điện sự cố trong toàn bộ thời gian trễ đó. Một bộ ngắt mạch được đánh giá ở Icw = 42kA trong 0,5 giây có thể chịu được 42.000 ampe trong nửa giây, nhưng nếu ATS của bạn thiếu khả năng chịu đựng ngắn hạn tương đương, nó sẽ trở thành mắt xích yếu nhất bị hỏng theo các sơ đồ phối hợp được thiết kế để tăng cường độ tin cậy của hệ thống.

Loại máy cắt	Phạm vi Icw điển hình	Định mức Thời gian Phổ biến	Ví Dụ Ứng Dụng
MCCB hạng nặng	12-50 kA	0,05 giây, 0,1 giây, 0,25 giây	Chính tủ điện phân phối
Không Ngắt Mạch (PHÂN)	30-100 kA	0,1 giây, 0,25 giây, 0,5 giây, 1,0 giây	Lối vào dịch vụ, ghép nối bus
ACB nhỏ gọn	50-85 kA	0,25 giây, 0,5 giây, 1,0 giây	Chính máy phát điện, đầu vào UPS

Lời khuyên chuyên nghiệp: Giá trị Icw trên bảng dữ liệu của bộ ngắt mạch thường giả định thời gian trễ tối đa (thường là 1,0 giây). Nếu nghiên cứu phối hợp của bạn yêu cầu độ trễ ngắn hơn (ví dụ: 0,1 giây), bạn có thể sử dụng bộ ngắt mạch có định mức Icw thấp hơn, vì ứng suất nhiệt I²t ở 0,1 giây nhỏ hơn đáng kể so với ở 1,0 giây. Luôn xác minh rằng I²t(sự cố) < I²cw × t(độ trễ).

1.3 Các Định Mức Liên Quan: Icu, Ics và Icm

Hiệu suất ngắn mạch của bộ ngắt mạch liên quan đến bốn định mức liên quan lẫn nhau cần được hiểu như một hệ thống phối hợp, không phải là các thông số kỹ thuật riêng lẻ.

Icu (Khả năng cắt ngắn mạch tới hạn) xác định dòng điện sự cố đối xứng RMS tối đa mà bộ ngắt mạch có thể ngắt một cách an toàn trong các điều kiện thử nghiệm được chỉ định trong IEC 60947-2. Sau khi cắt ở Icu, bộ ngắt mạch có thể bị hỏng và không phù hợp để tiếp tục sử dụng, nhưng nó không được tạo ra mối nguy hiểm về an toàn. Hãy coi Icu là ngưỡng sống còn—bộ ngắt mạch đã sống sót qua nó, nhưng chỉ vừa đủ. Đối với các cài đặt quan trọng, bạn muốn dòng điện sự cố khả dụng luôn thấp hơn nhiều so với Icu trong mọi tình huống hoạt động.

Ics (Khả năng cắt ngắn mạch khi vận hành) đại diện cho mức dòng điện sự cố mà tại đó bộ ngắt mạch có thể ngắt và sau đó tiếp tục hoạt động bình thường với khả năng hoạt động đầy đủ còn nguyên vẹn. Tiêu chuẩn IEC định nghĩa Ics là một tỷ lệ phần trăm của Icu—thường là 25%, 50%, 75% hoặc 100% tùy thuộc vào thiết kế bộ ngắt mạch và ứng dụng dự kiến. Đối với các hệ thống chuyển mạch truyền tải quan trọng trong bệnh viện, trung tâm dữ liệu hoặc các cài đặt nguồn điện khẩn cấp, việc chỉ định các bộ ngắt mạch có Ics = 100% Icu đảm bảo rằng ngay cả các sự kiện sự cố được định mức tối đa cũng không làm giảm tính toàn vẹn của hệ thống bảo vệ.

Icm (Dòng điện đóng mạch định mức) chỉ định dòng điện đỉnh tức thời tối đa mà bộ ngắt mạch có thể đóng một cách an toàn ở điện áp định mức. Định mức này trở nên quan trọng trong các hoạt động chuyển mạch ATS và các trình tự đồng bộ hóa máy phát điện, nơi bạn có thể chuyển sang trạng thái sự cố hiện có. Mối quan hệ giữa Icm và Icu phụ thuộc vào hệ số công suất của vòng sự cố: Icm = k × Icu, trong đó k nằm trong khoảng từ 1,5 (trở kháng cao, sự cố điện trở) đến 2,2 (trở kháng thấp, sự cố cảm ứng điển hình trong hệ thống điện). Đối với bộ ngắt mạch được định mức Icu = 50kA ở cos φ = 0,3, hãy dự kiến Icm ≈ 110kA đỉnh.

Lỗi Phổ Biến: Các kỹ sư thường xác minh rằng Icu của bộ ngắt mạch thượng nguồn vượt quá dòng điện sự cố khả dụng nhưng không kiểm tra tính đầy đủ của Icw khi sử dụng độ trễ thời gian. Đối với các sơ đồ phối hợp máy phát điện-ATS-tiện ích, sự giám sát này có thể gây ra thảm họa—bộ ngắt mạch sống sót sau sự cố (đáp ứng Icu), nhưng các tiếp điểm hàn của ATS trong khoảng thời gian trễ 0,3 giây vì không ai xác minh định mức ngắn hạn.

Phần 2: Các Nguyên Tắc Chọn Lọc và Chiến Lược Phối Hợp

2.1 Chọn Lọc (Phân Biệt) Là Gì?

Tính chọn lọc, còn được gọi là phân biệt hoặc phối hợp, mô tả sự sắp xếp chiến lược của các thiết bị bảo vệ quá dòng trong một hệ thống phân phối sao cho chỉ thiết bị bảo vệ ngay phía trên sự cố hoạt động, trong khi tất cả các thiết bị thượng nguồn khác vẫn đóng. Mục tiêu kỹ thuật là giảm thiểu phạm vi gián đoạn nguồn điện—cô lập phần nhỏ nhất có thể của cài đặt bị ảnh hưởng bởi sự cố trong khi vẫn duy trì tính liên tục của dịch vụ cho tất cả các tải khác.

Hãy xem xét một hệ thống phân phối cung cấp cho hai mươi ô sản xuất thông qua các bộ ngắt mạch nhánh riêng lẻ, tất cả đều được cung cấp từ một bộ ngắt mạch chính chung. Nếu không có tính chọn lọc, một sự cố chạm đất trong Ô #7 có thể làm ngắt bộ ngắt mạch chính, làm mất điện tất cả hai mươi ô và dừng sản xuất trên toàn bộ cơ sở. Với tính chọn lọc phù hợp, chỉ bộ ngắt mạch nhánh của Ô #7 mở ra, giới hạn sự cố mất điện ở một ô trong khi mười chín ô còn lại tiếp tục hoạt động.

Hai cơ chế cơ bản cho phép tính chọn lọc: chọn lọc dòng điện (còn được gọi là chọn lọc ampe hoặc phân biệt theo cường độ) và chọn lọc thời gian (phân biệt bằng độ trễ có chủ ý). Hầu hết các sơ đồ bảo vệ phối hợp đều sử dụng cả hai cơ chế trên các phạm vi dòng điện sự cố khác nhau, đạt được tính chọn lọc một phần ở mức dòng điện sự cố cao và tính chọn lọc toàn phần ở dòng điện thấp hơn, nơi trở kháng hệ thống tự nhiên phân biệt cường độ sự cố ở các vị trí khác nhau.

2.2 Chọn Lọc Dòng Điện: Phối Hợp Tự Nhiên Theo Cường Độ

Chọn lọc dòng điện khai thác trở kháng tự nhiên của cáp và máy biến áp để tạo ra sự khác biệt về cường độ dòng điện sự cố giữa các cấp phân phối. Một sự cố ở đầu tải của cáp nhánh dài 50 mét hút dòng điện ít hơn đáng kể so với sự cố ở điểm đầu của nhánh do trở kháng cáp. Bằng cách đặt ngưỡng tác động tức thời của bộ ngắt mạch thượng nguồn cao hơn dòng điện sự cố tối đa mà bộ ngắt mạch hạ nguồn sẽ thấy, bạn sẽ tự động đạt được tính chọn lọc—thiết bị hạ nguồn tác động ở dòng điện thấp hơn, thiết bị thượng nguồn chỉ phản hồi với các sự cố trong vùng được bảo vệ của nó.

Ví dụ: Một bộ ngắt mạch chính 400A cấp nguồn cho bộ ngắt mạch nhánh 100A thông qua 75 mét cáp đồng 50mm². Dòng điện ngắn mạch tại vị trí bộ ngắt mạch chính có thể đạt tới 35kA, nhưng trở kháng cáp giới hạn dòng điện sự cố tối đa tại các đầu nối tải của bộ ngắt mạch nhánh xấp xỉ 12kA. Đặt tác động tức thời của bộ ngắt mạch chính ở 25kA và tác động từ của nhánh ở 15kA tạo ra một cửa sổ chọn lọc—bất kỳ sự cố nào hút ít hơn 25kA đều được loại bỏ chỉ bởi bộ ngắt mạch nhánh.

Hạn chế của chọn lọc dòng điện là giới hạn chọn lọc—mức dòng điện sự cố nơi các đường cong thời gian-dòng điện của các thiết bị thượng nguồn và hạ nguồn giao nhau. Dưới dòng điện này, chỉ thiết bị hạ nguồn hoạt động. Trên dòng điện này, cả hai thiết bị có thể tác động đồng thời (mất tính chọn lọc). Đối với một cặp phối hợp MCCB điển hình, giới hạn chọn lọc nằm trong khoảng từ 3-15kA tùy thuộc vào định mức bộ ngắt mạch và bảng chọn lọc do nhà sản xuất cung cấp.

Chọn lọc một phần tồn tại khi sự phối hợp được duy trì cho đến giới hạn chọn lọc nhưng bị mất ở dòng điện sự cố cao hơn. Chọn lọc toàn phần có nghĩa là sự phối hợp mở rộng đến khả năng cắt đầy đủ của thiết bị hạ nguồn. Đối với các cài đặt nơi bảo vệ sự cố chuyển mạch tự động phải đảm bảo sự ổn định của bộ ngắt mạch thượng nguồn trong các sự cố hạ nguồn, tính chọn lọc toàn phần thường được quy định theo thông số kỹ thuật hoặc yêu cầu của quy tắc.

2.3 Chọn Lọc Thời Gian với Icw: Thiết Kế Độ Trễ Có Chủ Ý

Chọn lọc thời gian giới thiệu độ trễ có chủ ý trong các thiết bị bảo vệ thượng nguồn để tạo ra một cửa sổ phối hợp trong đó các thiết bị hạ nguồn có thể loại bỏ sự cố trước. Cách tiếp cận này là cần thiết khi chỉ chọn lọc dòng điện không thể đạt được sự phối hợp toàn phần, đặc biệt ở mức dòng điện sự cố cao gần nguồn điện, nơi sự khác biệt trở kháng giữa các cấp là tối thiểu.

Nguyên tắc rất đơn giản: định cấu hình bộ ngắt mạch Loại B thượng nguồn với độ trễ ngắn hạn (thường là 0,1 giây, 0,2 giây hoặc 0,4 giây), sau đó đặt các bộ ngắt mạch hạ nguồn với độ trễ ngắn hơn hoặc tác động tức thời. Khi xảy ra sự cố, bộ ngắt mạch hạ nguồn gần sự cố nhất hoạt động trong vòng 10-30ms trong khi bộ ngắt mạch thượng nguồn cố ý giữ đóng trong khoảng thời gian trễ đặt trước của nó. Nếu bộ ngắt mạch hạ nguồn loại bỏ thành công sự cố, thiết bị thượng nguồn sẽ không bao giờ tác động. Nếu thiết bị hạ nguồn bị lỗi hoặc sự cố vượt quá khả năng cắt của nó, bộ ngắt mạch thượng nguồn sẽ hoạt động sau độ trễ của nó, cung cấp bảo vệ dự phòng.

Yêu cầu quan trọng: Bộ ngắt mạch Loại B thượng nguồn phải có định mức Icw đầy đủ để sống sót qua dòng điện sự cố trong toàn bộ khoảng thời gian trễ. Phương trình chi phối là:

Tôi²t(sự cố) < I²cw × t(trễ)

Trong đó I²²t(sự cố) đại diện cho năng lượng nhiệt từ sự cố (dòng điện bình phương × thời gian) và I²²cw × t(trễ) đại diện cho khả năng chịu đựng của bộ ngắt mạch.

Cấp Phối Hợp	Loại thiết bị	Cài Đặt Độ Trễ Tác Động	Icw Yêu Cầu @ Sự Cố 30kA
Cấp 3 – Nguồn Cấp Chính	ACB 1600A	Độ trễ 0,4 giây	42kA trong 0,5 giây
Cấp 2 – Phân Phối Phụ	MCCB 400A	Độ trễ 0,2 giây	35kA trong 0,25 giây
Cấp 1 – Nhánh	MCCB 100A	Tức thời	Không áp dụng (Loại A)

Trong hệ thống này, một sự cố 30kA ở Cấp 1 được loại bỏ bởi bộ ngắt mạch nhánh 100A trong 20ms. Bộ ngắt mạch 400A đợi 0,2 giây (phải chịu được 30kA trong ít nhất 0,25 giây theo định mức Icw của nó), thấy sự cố được loại bỏ và vẫn đóng. Bộ ngắt mạch chính 1600A đợi 0,4 giây (phải chịu được 30kA trong ít nhất 0,5 giây), cũng vẫn đóng. Kết quả: chỉ nhánh bị sự cố mất điện.

Lỗi Phổ Biến: Các kỹ sư đôi khi tắt tác động tức thời trên bộ ngắt mạch chính để “cải thiện sự phối hợp” mà không xác minh rằng tất cả các thiết bị kết nối nối tiếp—bao gồm cả ATS—có thể chịu được thời gian sự cố kéo dài. Điều này tạo ra một khoảng trống bảo vệ nơi thiết bị bị hư hỏng trước khi tác động trễ kích hoạt.

2.4 Chọn Lọc trong Các Hệ Thống Quan Trọng: Yêu Cầu của NEC và An Toàn Tính Mạng

Điều 700.28 của Bộ luật Điện Quốc gia (NEC) quy định phối hợp chọn lọc cho các thiết bị quá dòng của hệ thống khẩn cấp, yêu cầu “sự phối hợp được thực hiện bằng cách lựa chọn và lắp đặt các thiết bị bảo vệ quá dòng và định mức hoặc cài đặt của chúng cho toàn bộ phạm vi quá dòng khả dụng từ quá tải đến dòng điện sự cố khả dụng tối đa.” Các yêu cầu tương tự tồn tại trong Điều 517 của NEC cho các cơ sở chăm sóc sức khỏe và Điều 708 cho các hệ thống điện vận hành quan trọng.

Các yêu cầu của quy tắc này về cơ bản ảnh hưởng đến các chiến lược đặc tả ATS. Để đạt được sự phối hợp chọn lọc tuân thủ quy tắc trong phân phối điện khẩn cấp, các kỹ sư thường phải tắt hoặc trì hoãn đáng kể chức năng tác động tức thời trên các bộ ngắt mạch thượng nguồn phục vụ ATS. Một bộ ngắt mạch chính thường sẽ tác động trong 1-2 chu kỳ (16-32ms) trong một sự cố 40kA có thể được đặt để trễ 0,3 giây để phối hợp với các nhánh khẩn cấp hạ nguồn.

Điều này tạo ra nghịch lý phối hợp: chính những độ trễ cần thiết cho tính chọn lọc tuân thủ quy tắc khiến ATS tiếp xúc với sự cố kéo dài mà định mức chịu đựng 3 chu kỳ tiêu chuẩn không thể sống sót. Tìm hiểu về định mức ngắn mạch của công tắc chuyển mạch trở thành bắt buộc, không phải tùy chọn, trong thiết kế hệ thống khẩn cấp. Bạn phải chỉ định các bộ ATS định mức chịu đựng ngắn mạch có khả năng chịu được độ trễ phối hợp hoặc thiết kế lại sơ đồ bảo vệ bằng cách sử dụng các thiết bị hạn chế dòng điện (cầu chì) cung cấp khả năng chọn lọc vốn có mà không có độ trễ thời gian.

Lời khuyên chuyên nghiệp: Trước khi hoàn thiện cài đặt bộ ngắt mạch cho hệ thống khẩn cấp, hãy tiến hành nghiên cứu phối hợp hoàn chỉnh bao gồm định mức chịu đựng ngắn mạch ATS như một ràng buộc. Nhiều kỹ sư phát hiện ra quá muộn rằng việc đạt được tuân thủ NEC 700.28 với cài đặt bộ ngắt mạch đã chọn của họ đòi hỏi phải nâng cấp lên công tắc chuyển mạch định mức chịu đựng ngắn mạch đắt tiền hơn—một lệnh thay đổi có thể tránh được với phân tích phối hợp giai đoạn đầu thích hợp.

Phần 3: Định mức ngắn mạch ATS và Yêu cầu phối hợp

3.1 Định mức chịu đựng và đóng mạch (WCR) của ATS: Hiểu các nguyên tắc cơ bản

Mỗi công tắc chuyển mạch tự động đều có định mức chịu đựng và đóng mạch (WCR) xác định dòng điện ngắn mạch tiềm năng tối đa mà công tắc chuyển mạch có thể chịu được một cách an toàn khi được bảo vệ bởi một thiết bị bảo vệ quá dòng (OCPD) được chỉ định. Định mức này không phải là khả năng thiết bị độc lập—nó thể hiện sự kết hợp đã được kiểm tra và chứng nhận của ATS với các loại và cài đặt cụ thể của bảo vệ thượng nguồn.

Định mức ATS tiêu chuẩn thường dựa trên kiểm tra chịu đựng 3 chu kỳ (khoảng 50 mili giây ở 60Hz), trong đó công tắc chuyển mạch phải chịu được dòng điện sự cố trong khi OCPD thượng nguồn mở mà không bị hàn tiếp điểm, hỏng cách điện hoặc hư hỏng cơ học. Việc kiểm tra tuân theo các giao thức UL 1008 (Tiêu chuẩn cho Thiết bị Công tắc Chuyển mạch) đưa thiết bị vào các tình huống sự cố tồi tệ nhất bao gồm đóng vào các sự cố hiện có và các sự cố xảy ra khi các tiếp điểm đóng.

Dữ liệu kỹ thuật của nhà sản xuất ATS thường trình bày WCR ở hai định dạng:

“Định mức ”Bộ ngắt mạch cụ thể" chứng nhận ATS để sử dụng với các kiểu bộ ngắt mạch được xác định rõ ràng, định mức và cài đặt chuyến đi. Ví dụ: “SCCR 100kA khi được bảo vệ bởi Square D Model HDA36100, khung 100A, chuyến đi từ tính được đặt ở 10×In, với chuyến đi tức thời được bật.” Điều này cung cấp định mức tối đa nhưng hạn chế tính linh hoạt trong thiết kế.

“Định mức ”Bất kỳ bộ ngắt mạch nào" chứng nhận ATS để sử dụng với bất kỳ bộ ngắt mạch nào đáp ứng các đặc tính được chỉ định—thường yêu cầu khả năng ngắt tức thời và thời gian ngắt tối đa 3 chu kỳ. Ví dụ: “SCCR 42kA khi được bảo vệ bởi bất kỳ bộ ngắt mạch nào có định mức ≥100A với chuyến đi tức thời và thời gian ngắt tối đa 3 chu kỳ.” Điều này mang lại sự linh hoạt trong thiết kế nhưng thường ở định mức dòng điện sự cố giảm.

Các giá trị WCR phổ biến cho các bộ ATS thương mại và công nghiệp nhẹ dao động từ 10kA đến 100kA, với các định mức điển hình ở 22kA, 42kA, 65kA và 85kA tùy thuộc vào kích thước khung và cấu trúc:

Kích thước khung ATS	Phạm vi WCR 3 chu kỳ điển hình	Yêu cầu OCPD phổ biến
30-100A	10-35 kA	Bất kỳ bộ ngắt mạch nào, chuyến đi tức thời
150-400A	22-65 kA	Bộ ngắt mạch cụ thể hoặc cầu chì hạn chế dòng điện
600-1200A	42-100 kA	Bộ ngắt mạch cụ thể với cài đặt được ghi lại
1600-3000A	65-200 kA	Phối hợp được thiết kế, thường được hợp nhất

Lời khuyên chuyên nghiệp: Thuật ngữ “bất kỳ bộ ngắt mạch nào” có phần gây hiểu lầm—nó thực sự có nghĩa là “bất kỳ bộ ngắt mạch nào có chuyến đi tức thời ngắt trong 3 chu kỳ trở xuống.” Điều này loại trừ các bộ ngắt mạch Loại B được cấu hình với độ trễ thời gian ngắn, một hạn chế khiến nhiều kỹ sư ngạc nhiên khi họ cố gắng đạt được sự phối hợp chọn lọc.

3.2 ATS định mức chịu đựng ngắn mạch: Giải pháp kỹ thuật cho phối hợp trễ thời gian

Để cho phép phối hợp với các bộ ngắt mạch Loại B sử dụng độ trễ thời gian có chủ ý, các nhà sản xuất ATS cung cấp công tắc chuyển mạch định mức chịu đựng ngắn mạch được kiểm tra để chịu được dòng điện sự cố được chỉ định trong thời gian kéo dài lên đến 30 chu kỳ (0,5 giây). Các thiết bị chuyên dụng này trải qua quá trình kiểm tra nghiêm ngặt theo các điều khoản của UL 1008 để xác minh tính toàn vẹn của tiếp điểm, khả năng ngắt hồ quang và độ ổn định cấu trúc trong các điều kiện sự cố kéo dài có thể phá hủy các công tắc chuyển mạch tiêu chuẩn.

Định mức chịu đựng ngắn mạch điển hình tuân theo mối quan hệ dòng điện-thời gian, trong đó dòng điện cao hơn được dung nạp trong thời gian ngắn hơn:

• 30kA trong 0,3 giây (18 chu kỳ)
• 42kA trong 0,2 giây (12 chu kỳ)
• 50kA trong 0,1 giây (6 chu kỳ)

Sự đánh đổi kỹ thuật cho các bộ ATS định mức chịu đựng ngắn mạch là rất đáng kể. Cấu trúc yêu cầu các cụm tiếp điểm nặng hơn với các vật liệu tiếp điểm được tăng cường (thường là hợp kim bạc-vonfram), tăng lực lò xo áp suất tiếp điểm để chống lại lực đẩy điện từ, máng hồ quang mạnh mẽ với khả năng dập tắt tiên tiến và cấu trúc khung được gia cố để chịu được lực điện động. Những cải tiến này thường làm tăng chi phí ATS thêm 30-60% so với các thiết bị tương đương định mức 3 chu kỳ tiêu chuẩn và có thể làm tăng kích thước vật lý thêm 20-40%.

Tính khả dụng là một hạn chế khác. Hầu hết các nhà sản xuất giới hạn định mức chịu đựng ngắn mạch cho các khung lớn hơn (≥400A) nơi kích thước vật lý phù hợp với cấu trúc được gia cố. Một số định mức chỉ có sẵn trong cấu hình ba cực cho các ứng dụng một pha do sự phức tạp của việc đạt được khả năng chịu đựng ngắn mạch đồng nhất trên các thiết kế bốn cực, nơi cực trung tính phải đối mặt với các kiểu ứng suất nhiệt khác nhau.

Khi nào nên chỉ định ATS định mức chịu đựng ngắn mạch: Các ứng dụng quan trọng yêu cầu phối hợp chọn lọc theo Điều 700.28 của NEC (hệ thống khẩn cấp), các cơ sở chăm sóc sức khỏe theo Điều 517 của NEC, các trung tâm dữ liệu có yêu cầu về độ tin cậy cấp III/IV hoặc bất kỳ cài đặt nào mà phối hợp công tắc chuyển mạch tự động với các bộ ngắt mạch trễ thời gian là cần thiết để duy trì tính liên tục của dịch vụ cho các tải quan trọng.

3.3 Phối hợp ATS với Bộ ngắt mạch: Khung quyết định

Mối quan hệ phối hợp giữa ATS và OCPD thượng nguồn của nó không chỉ xác định tính đầy đủ của bảo vệ sự cố mà còn cả độ tin cậy của hệ thống trong các hoạt động bình thường và khẩn cấp. Hiểu khung quyết định ngăn ngừa các lỗi đặc tả tốn kém.

Kịch bản 1: Bộ ngắt mạch Loại A ở thượng nguồn (Chuyến đi tức thời)

Điều này thể hiện trường hợp phối hợp đơn giản nhất và phổ biến nhất. Bộ ngắt mạch Loại A thượng nguồn hoạt động với chuyến đi từ tính tức thời, ngắt các sự cố trong 1-3 chu kỳ (16-50ms). Yêu cầu đặc tả ATS rất đơn giản:

WCR của ATS ≥ Dòng điện sự cố khả dụng tại vị trí ATS

Nếu các tính toán ngắn mạch cho biết 35kA khả dụng tại ATS, hãy chỉ định ATS có WCR tối thiểu 35kA cho loại bộ ngắt mạch đã chọn (cụ thể hoặc “bất kỳ bộ ngắt mạch nào”). ATS không cần phải có định mức chịu đựng ngắn mạch vì sự cố được ngắt trong cửa sổ kiểm tra 3 chu kỳ tiêu chuẩn.

Kịch bản 2: Bộ ngắt mạch Loại B có Độ trễ thời gian (Phối hợp chọn lọc)

Kịch bản này giới thiệu sự phức tạp đáng kể. Bộ ngắt mạch Loại B thượng nguồn được cấu hình với độ trễ thời gian ngắn (thường là 0,1 giây đến 0,5 giây) để phối hợp với các bộ cấp liệu hạ nguồn. Trong thời gian trễ này, ATS phải chịu được dòng điện sự cố đầy đủ mà không cần bộ ngắt mạch cung cấp sự gián đoạn.

Các yêu cầu đặc tả trở thành:

1. ATS phải có định mức chịu đựng ngắn mạch phù hợp hoặc vượt quá cài đặt độ trễ của bộ ngắt mạch
2. Định mức dòng điện chịu đựng ngắn mạch của ATS ≥ Dòng điện sự cố khả dụng
3. Định mức Icw của bộ ngắt mạch ≥ Dòng điện sự cố khả dụng cho thời gian trễ
4. Xác minh I²t năng lượng²: I²tcw(bộ ngắt mạch) × t(độ trễ) VÀ I²t²t(sự cố) < I²cw(ATS) × t(định mức)²t(sự cố) < I²: Một kỹ sư chỉ định ATS 600A được bảo vệ bởi ACB 800A được cấu hình với độ trễ thời gian ngắn 0,3 giây để phối hợp hạ nguồn. Dòng điện sự cố khả dụng tại vị trí ATS là 42kA từ nguồn tiện ích. Thông số kỹ thuật bắt buộc:

Ví dụ: An engineer specifies a 600A ATS protected by an 800A ACB configured with 0.3s short-time delay for downstream coordination. Available fault current at the ATS location is 42kA from the utility source. Required specifications:

• ATS: Chịu đựng dòng ngắn mạch tối thiểu 42kA trong 0.3s (hoặc định mức cao hơn với thời gian ngắn hơn nếu phân tích I²t xác nhận đầy đủ)²ACB: Icw ≥ 42kA trong tối thiểu 0.3s (Icw = 50kA trong 0.5s là đủ)
• Xác minh: (42kA)² × 0.3s = 529 MJ/s < khả năng I²t của bộ ngắt mạch và ATS
• Yếu tố quyết định² Bảo vệ loại A²Bảo vệ trễ thời gian loại B

Loại định mức ATS	WCR tiêu chuẩn 3 chu kỳ	Yêu cầu WCR định mức ngắn mạch
Độ phức tạp phối hợp	Phức tạp—yêu cầu phân tích I²t	30-60% cao hơn cho ATS ngắn mạch
Rủi ro thiết kế	Đơn giản	Thấp—ứng dụng tiêu chuẩn2Cao hơn—yêu cầu nghiên cứu chi tiết
Chi phí tương đối	Thấp hơn	Thương mại nhỏ, khu dân cư
Bệnh viện, trung tâm dữ liệu, hệ thống khẩn cấp	3.4 Các lỗi phối hợp phổ biến: Điều gì xảy ra sai trong thực tế	Hình 5: Phân tích song song cho thấy hậu quả của việc phối hợp không phù hợp. Bên trái: ATS định mức ngắn mạch vẫn hoạt động tốt sau khi sự cố được giải quyết chậm trễ. Bên phải: ATS tiêu chuẩn 3 chu kỳ bị hỏng nghiêm trọng khi tiếp xúc với dòng điện sự cố kéo dài quá cửa sổ định mức 50ms của nó.
Ví Dụ Ứng Dụng	Sau khi xem xét hàng trăm cài đặt ATS và nghiên cứu phối hợp, một số lỗi lặp đi lặp lại xuất hiện làm ảnh hưởng đến sự an toàn và độ tin cậy:	Lỗi 1: Sử dụng ATS tiêu chuẩn 3 chu kỳ với bộ ngắt mạch thượng nguồn trễ thời gian.

Đây là lỗi phổ biến nhất. Một kỹ sư chỉ định phối hợp chọn lọc yêu cầu độ trễ bộ ngắt mạch 0.2s nhưng không nâng cấp thông số kỹ thuật ATS từ tiêu chuẩn lên định mức ngắn mạch. Trong sự cố đáng kể đầu tiên, các tiếp điểm ATS bị hàn dính hoặc bị hư hỏng do hồ quang vì chúng đã tiếp xúc với dòng điện sự cố trong 200ms—gấp bốn lần thời gian chịu đựng định mức của chúng. Hệ thống hiện có một công tắc chuyển mạch bị hỏng và có khả năng không có khả năng cung cấp điện khẩn cấp.

NEC 110.24 yêu cầu đánh dấu hiện trường dòng điện sự cố có sẵn trên thiết bị dịch vụ. Đối với các cài đặt ATS, dấu hiệu hiện trường phải tính đến sự phụ thuộc của ATS vào các đặc tính OCPD thượng nguồn. Nhiều cài đặt đánh dấu không chính xác chỉ dòng điện sự cố được tính toán mà không ghi lại rằng định mức ATS chỉ hợp lệ với các cài đặt bộ ngắt mạch cụ thể. Khi nhân viên bảo trì sau đó sửa đổi cài đặt bộ ngắt mạch (có thể bật chuyến đi tức thời đã bị tắt trước đó), họ làm mất hiệu lực định mức ATS mà không nhận ra điều đó.

Lỗi 3: Bỏ qua các yêu cầu phối hợp chọn lọc NEC 700.28 đối với hệ thống khẩn cấp.. Các kỹ sư đôi khi áp dụng các thông lệ bảo vệ phân phối tiêu chuẩn cho các hệ thống khẩn cấp mà không nhận ra rằng NEC 700.28 quy định phối hợp chọn lọc. Thiết kế kết quả sử dụng chuyến đi tức thời trên tất cả các bộ ngắt mạch (không chọn lọc) hoặc đạt được tính chọn lọc chỉ trong phạm vi quá tải chứ không phải trong điều kiện ngắn mạch (tính chọn lọc một phần). Việc không tuân thủ mã trong quá trình kiểm tra đòi hỏi phải thiết kế lại tốn kém.

Lỗi 4: Không tính đến sự khác biệt về trở kháng nguồn giữa máy phát và nguồn điện.. Dòng điện sự cố có sẵn từ máy phát điện dự phòng thường thấp hơn 4-10 lần so với dịch vụ tiện ích do điện kháng quá độ của máy phát điện. Một ATS được bảo vệ bởi một bộ ngắt mạch định mức 65kA có thể thấy 52kA từ tiện ích nhưng chỉ 15kA từ máy phát điện. Các kỹ sư đôi khi chỉ định định mức ATS chỉ dựa trên mức sự cố tiện ích, sau đó phát hiện ra trong quá trình thử nghiệm tải máy phát điện rằng.

phối hợp nguồn máy phát điện. tạo ra những thách thức phối hợp thời gian-dòng điện khác nhau đòi hỏi phải phân tích riêng.

: Trước khi hoàn thiện bất kỳ thông số kỹ thuật ATS nào cho một ứng dụng quan trọng, hãy tiến hành một nghiên cứu phối hợp hoàn chỉnh bao gồm cả nguồn sự cố tiện ích và máy phát điện, mô hình hóa tất cả các đường cong thời gian-dòng điện của thiết bị bảo vệ bao gồm cài đặt độ trễ của bộ ngắt mạch, xác minh khả năng chịu đựng của ATS cho các tình huống xấu nhất và ghi lại cài đặt OCPD duy trì sự phối hợp đã được xác nhận. Nghiên cứu này phải được đóng dấu bởi một PE được cấp phép và được bao gồm trong các tài liệu kết thúc dự án.. Phần 4: Thông số kỹ thuật thực tế và chiến lược thiết kế 4.1 Quy trình phối hợp từng bước: Phương pháp kỹ thuật Phối hợp ATS-bộ ngắt mạch thành công đòi hỏi phân tích có hệ thống theo một phương pháp đã được chứng minh. Đây là quy trình kỹ thuật đảm bảo kết quả đáng tin cậy:.

Lời khuyên chuyên nghiệpBước 1: Tính toán dòng điện sự cố có sẵn tại vị trí ATS.

Thực hiện phân tích ngắn mạch bằng cách sử dụng dòng điện sự cố có sẵn tại lối vào dịch vụ, thứ cấp máy biến áp hoặc đầu cuối máy phát điện, sau đó tính toán dòng điện sự cố tại vị trí ATS được đề xuất có tính đến trở kháng cáp, trở kháng máy biến áp và trở kháng nguồn. Phân tích riêng các nguồn tiện ích và máy phát điện, vì chúng thể hiện các mức dòng điện sự cố khác nhau đáng kể. Sử dụng phần mềm tiêu chuẩn công nghiệp (SKM PowerTools, ETAP, EASYPOWER) hoặc các phương pháp tính toán thủ công theo IEEE 141 (Sách đỏ).

Bước 2: Xác định các yêu cầu phối hợp chọn lọc

Xem xét các mã áp dụng (NEC Điều 700, 517, 708), thông số kỹ thuật yêu cầu của chủ sở hữu và phân tích mức độ quan trọng của hoạt động. Xác định xem phối hợp chọn lọc là bắt buộc (hệ thống khẩn cấp, chăm sóc sức khỏe), được khuyến nghị (các quy trình quan trọng) hay tùy chọn (phân phối chung). Ghi lại mức độ phối hợp cần thiết: tính chọn lọc toàn bộ (tất cả dòng điện sự cố) hoặc tính chọn lọc một phần (lên đến giới hạn chọn lọc).

Bước 3: Chọn loại và cài đặt OCPD thượng nguồn

Dựa trên các yêu cầu phối hợp, hãy chọn chiến lược bảo vệ phù hợp:.

Nếu có thể chấp nhận chuyến đi tức thời

: Bộ ngắt mạch loại A là phù hợp—đơn giản hơn và chi phí thấp hơn. Chuyển sang Bước 4 với xác minh định mức ATS tiêu chuẩn.

Nếu cần độ trễ thời gian để chọn lọc

: Yêu cầu bộ ngắt mạch loại B. Xác định cài đặt độ trễ cần thiết (0.1s, 0.2s, 0.4s) dựa trên nghiên cứu phối hợp với các thiết bị hạ lưu. Xác minh rằng bộ ngắt mạch có định mức Icw đầy đủ cho độ trễ đã chọn ở dòng điện sự cố có sẵn. Nhận ra rằng sẽ yêu cầu ATS định mức ngắn mạch.

• Bước 4: Ghép định mức ATS với các đặc tính OCPDTham khảo chéo lựa chọn OCPD với định mức ATS:.
• OCPD trễ thời gian → Yêu cầu ATS định mức ngắn mạch: Chọn ATS có định mức chịu đựng ngắn mạch ≥ dòng điện sự cố có sẵn và định mức thời gian ≥ cài đặt độ trễ của bộ ngắt mạch. Ví dụ: độ trễ bộ ngắt mạch 0.2s yêu cầu ATS có định mức ngắn mạch tối thiểu 0.2s (hoặc định mức dòng điện cao hơn với thời gian ngắn hơn nếu phân tích I²t xác thực).

OCPD tức thời → Có thể chấp nhận ATS tiêu chuẩn 3 chu kỳ

: Xác minh WCR của ATS ≥ dòng điện sự cố có sẵn cho danh mục định mức cụ thể hoặc "bất kỳ bộ ngắt mạch nào" phù hợp với lựa chọn OCPD của bạn.

• Bước 5: Xác minh chuỗi phối hợp hạ lưuXác nhận rằng toàn bộ hệ thống phân phối từ dịch vụ tiện ích thông qua ATS đến bộ cấp tải duy trì sự phối hợp ở tất cả các cấp. Vẽ đồ thị các đường cong thời gian-dòng điện cho tất cả các thiết bị nối tiếp. Xác minh sự tách biệt thời gian đầy đủ (tối thiểu 0.1s giữa các cấp liền kề) và sự tách biệt độ lớn dòng điện (tỷ lệ ≥ 1.6:1 cho tính chọn lọc dòng điện). Kiểm tra xem không có giao điểm đường cong nào xảy ra trong phạm vi dòng điện sự cố hoạt động.²4.2 Các thông lệ tốt nhất về kỹ thuật: Tiêu chuẩn chuyên nghiệp.
• Việc thực hiện các thông lệ này phân biệt kỹ thuật chuyên nghiệp với cò quay thông số kỹ thuật:Luôn tiến hành nghiên cứu ngắn mạch toàn diện trước khi chỉ định ATS và OCPD.

. Không bao giờ dựa vào các ước tính theo quy tắc ngón tay cái hoặc các giá trị "điển hình". Dòng điện sự cố có sẵn thay đổi đáng kể dựa trên công suất tiện ích, kích thước máy biến áp, chiều dài cáp và trở kháng nguồn. Một lỗi 20% trong tính toán trở kháng có thể tạo ra lỗi 30% trong dòng điện sự cố, có khả năng làm mất hiệu lực tất cả các định mức thiết bị bảo vệ.

Ghi lại loại OCPD, cài đặt và mối quan hệ định mức ATS trong tài liệu xây dựng.

. Tạo báo cáo phối hợp bảo vệ nêu rõ: “ATS Model XYZ định mức SCCR 65kA chỉ hợp lệ khi được bảo vệ bởi Breaker Model ABC, khung 800A, với các cài đặt: Ir=0.9×In, Isd=8×Ir, tsd=0.2s, Ii=OFF (tắt tức thời).” Bao gồm thông tin này trên sơ đồ một dòng và lịch trình bảng điều khiển. Đánh dấu thiết bị hiện trường theo NEC 110.24 với sự phụ thuộc được ghi chú.

Xem xét sự tăng trưởng tải trong tương lai và những thay đổi về mức sự cố

Always conduct comprehensive short-circuit study before specifying ATS and OCPDs. Never rely on rule-of-thumb estimates or “typical” values. Available fault current varies dramatically based on utility capacity, transformer size, cable length, and source impedance. A 2% error in impedance calculation can produce a 30% error in fault current, potentially invalidating all protective device ratings.

Document OCPD type, settings, and ATS rating relationship in construction documents. Create a protection coordination report that explicitly states: “ATS Model XYZ rated 65kA SCCR is valid ONLY when protected by Breaker Model ABC, 800A frame, with settings: Ir=0.9×In, Isd=8×Ir, tsd=0.2s, Ii=OFF (instantaneous disabled).” Include this information on one-line diagrams and panel schedules. Field-mark equipment per NEC 110.24 with dependency noted.

Consider future load growth and fault level changes. Dòng ngắn mạch sự cố có thể tăng lên nếu các trạm biến áp được nâng cấp hoặc có thêm nguồn phát điện kết nối gần đó. Chỉ định định mức của thiết bị bảo vệ với biên độ 20-30% so với các giá trị đã tính toán để đáp ứng sự tăng trưởng hợp lý trong tương lai mà không cần thay thế thiết bị.

Sử dụng bảng phối hợp và dữ liệu thử nghiệm của nhà sản xuất. Không nên cho rằng có sự phối hợp chỉ dựa trên việc vẽ đường cong—tính chọn lọc năng lượng và đặc tính giới hạn dòng điện ảnh hưởng đến sự phối hợp theo những cách mà đường cong thời gian-dòng điện không thể hiện. Tham khảo các bảng chọn lọc do nhà sản xuất cung cấp, trong đó ghi lại các tổ hợp đã được thử nghiệm, hoặc yêu cầu dữ liệu thử nghiệm tại nhà máy cho các ứng dụng tùy chỉnh.

Kiểm tra tại chỗ xem cài đặt OCPD đã lắp đặt có khớp với ý định thiết kế hay không. Kiểm soát chất lượng xây dựng phải bao gồm việc xác minh rằng các bộ phận ngắt điện tử được lập trình theo nghiên cứu phối hợp, không được để ở cài đặt mặc định của nhà máy. Một cài đặt trễ không chính xác duy nhất sẽ làm mất hiệu lực nhiều tháng phân tích phối hợp kỹ thuật.

4.3 Phân tích Chi phí-Lợi ích: Đưa ra các Quyết định Đánh đổi Thông minh

Các bộ ATS định mức chịu dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn có giá cao hơn—thường cao hơn 30-60% so với các mẫu định mức tiêu chuẩn tương đương. Khi nào thì khoản đầu tư này có ý nghĩa về mặt kỹ thuật và kinh tế?

Các kịch bản đầu tư bắt buộc khi ATS định mức chịu dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn là không thể thương lượng:

• Hệ thống điện khẩn cấp yêu cầu tuân thủ phối hợp chọn lọc NEC 700.28
• Cơ sở y tế theo Điều 517 của NEC (khu vực chăm sóc bệnh nhân)
• Hệ thống điện vận hành quan trọng (COPS) theo Điều 708 của NEC
• Trung tâm dữ liệu quan trọng với thông số kỹ thuật độ tin cậy cấp III/IV
• Bất kỳ ứng dụng nào mà các quy tắc hoặc thông số kỹ thuật hợp đồng hiện hành yêu cầu rõ ràng sự phối hợp chọn lọc

Các kịch bản đầu tư giá trị cao khi ATS định mức chịu dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn mang lại lợi ích vận hành:

• Cơ sở sản xuất nơi thời gian ngừng hoạt động sản xuất vượt quá $10.000/giờ
• Các tòa nhà thương mại có nhiều người thuê khác nhau, nơi việc cô lập sự cố ngăn chặn tình trạng mất điện của nhiều người thuê
• Hệ thống phân phối trong khuôn viên trường, nơi việc duy trì hoạt động một phần trong quá trình xảy ra sự cố có giá trị cao
• Các cơ sở có nhiều bộ máy phát điện, nơi các chiến lược song song máy phát điện hưởng lợi từ bảo vệ phối hợp

Các chiến lược thay thế có thể cung cấp khả năng bảo vệ đầy đủ với chi phí thấp hơn:

Cầu chì giới hạn dòng điện ở thượng nguồn: Cầu chì loại J, L hoặc RK1 cung cấp khả năng chọn lọc vốn có thông qua đặc tính giới hạn năng lượng của chúng mà không cần trễ thời gian. Một bộ ngắt kết nối bằng cầu chì ở thượng nguồn của ATS có thể cho phép sử dụng ATS định mức tiêu chuẩn trong khi vẫn đạt được sự phối hợp tuyệt vời. Đánh đổi: Cầu chì là thiết bị dùng một lần và cần được thay thế sau khi hoạt động, trong khi bộ ngắt mạch được đặt lại.

Nguồn có trở kháng cao hơn: Việc chỉ định máy phát điện hoặc máy biến áp có trở kháng cao hơn một cách có chủ ý sẽ làm giảm dòng ngắn mạch khả dụng tại ATS, có khả năng cho phép định mức tiêu chuẩn là đủ ngay cả khi có độ trễ của bộ ngắt mạch vừa phải. Đánh đổi: Trở kháng cao hơn làm tăng sụt áp và có thể ảnh hưởng đến khả năng khởi động động cơ.

Liên khóa chọn vùng (ZSI): Giao tiếp nâng cao giữa các bộ phận ngắt mạch cho phép chọn lọc thông minh, trong đó các bộ ngắt mạch ở hạ lưu gửi tín hiệu “hạn chế” đến các thiết bị ở thượng lưu trong quá trình xảy ra sự cố. Điều này có thể làm giảm thời gian trễ cần thiết, có khả năng cho phép định mức ATS tiêu chuẩn. Đánh đổi: Tăng độ phức tạp của hệ thống và chi phí bộ ngắt mạch cao hơn.

4.4 Hỗ trợ Kỹ thuật VIOX: Tài nguyên Kỹ thuật và Dịch vụ Phối hợp

VIOX Electric nhận thấy rằng việc phối hợp ATS-bộ ngắt mạch là một trong những khía cạnh kỹ thuật khó khăn nhất của thiết kế hệ thống điện dự phòng. Đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi cung cấp các dịch vụ hỗ trợ toàn diện để đảm bảo thông số kỹ thuật của bạn đạt được cả sự tuân thủ an toàn và độ tin cậy vận hành.

Thư viện tài nguyên kỹ thuật của chúng tôi bao gồm các hướng dẫn ứng dụng chi tiết bao gồm các nguyên tắc cơ bản về định mức bộ ngắt mạch, tiêu chí lựa chọn công tắc chuyển mạch, Và chiến lược tích hợp máy phát điện-ATS. Các tài nguyên này cung cấp chiều sâu kỹ thuật cần thiết để lựa chọn thiết bị và thiết kế hệ thống một cách sáng suốt.

Đối với các thách thức phối hợp phức tạp, VIOX cung cấp các dịch vụ tư vấn kỹ thuật bao gồm xác minh phân tích ngắn mạch, nghiên cứu phối hợp thời gian-dòng điện, xác thực SCCR và đánh giá tuân thủ phối hợp chọn lọc NEC. Các kỹ sư ứng dụng của chúng tôi làm việc trực tiếp với nhóm thiết kế của bạn để phát triển các sơ đồ bảo vệ cân bằng giữa an toàn, độ tin cậy và hiệu quả chi phí cho các yêu cầu ứng dụng cụ thể của bạn.

Liên hệ với bộ phận hỗ trợ kỹ thuật của VIOX để thảo luận về các thách thức phối hợp công tắc chuyển mạch của bạn và truy cập các tài nguyên kỹ thuật của chúng tôi. Chúng tôi cam kết đảm bảo hệ thống điện dự phòng của bạn mang lại hiệu suất đáng tin cậy khi các tải quan trọng yêu cầu hoạt động không bị gián đoạn.

---

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Sự khác biệt giữa bộ ngắt mạch Loại A và Loại B là gì?

Bộ ngắt mạch Loại A hoạt động với chức năng ngắt tức thời và không có độ trễ ngắn mạch có chủ ý—chúng được thiết kế để loại bỏ sự cố nhanh nhất có thể (thường là 10-20ms). Bộ ngắt mạch Loại B có thể được định cấu hình với độ trễ ngắn mạch có thể điều chỉnh (0,05-1,0 giây) để cho phép phối hợp chọn lọc dựa trên thời gian và chúng mang định mức Icw chứng nhận khả năng chịu được dòng ngắn mạch trong thời gian trễ. Bộ ngắt mạch Loại A được sử dụng cho các đường dây cấp và mạch nhánh; Bộ ngắt mạch Loại B được triển khai tại các vị trí đầu vào chính và liên kết bus nơi cần có sự phối hợp.

Q2: Tất cả các công tắc chuyển mạch tự động có định mức Icw không?

Không. Chỉ các bộ ATS định mức chịu dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn mới mang thông số kỹ thuật Icw. Các bộ ATS tiêu chuẩn được định mức chịu được 3 chu kỳ (50ms) và không có định mức Icw vì chúng được thiết kế để sử dụng với bảo vệ ngắt tức thời, loại bỏ sự cố trong vòng 3 chu kỳ. Nếu ứng dụng của bạn yêu cầu phối hợp với bộ ngắt mạch trễ thời gian, bạn phải chỉ định ATS định mức chịu dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn với định mức Icw phù hợp với yêu cầu trễ phối hợp của bạn.

Q3: Tôi có thể sử dụng ATS tiêu chuẩn 3 chu kỳ với một áptômát trễ thời gian được không?

Không—đây là một sự không phù hợp nguy hiểm dẫn đến lỗi ATS. Một ATS tiêu chuẩn 3 pha được kiểm tra để chịu được dòng ngắn mạch trong khoảng 50 mili giây trong khi bộ ngắt mạch (breaker) phía trên tác động. Nếu bạn cấu hình bộ ngắt mạch phía trên với độ trễ 0,2 giây (200 mili giây) để phối hợp chọn lọc, ATS sẽ tiếp xúc với dòng ngắn mạch trong thời gian gấp bốn lần định mức chịu đựng của nó, gây ra hiện tượng hàn tiếp điểm, hư hỏng do hồ quang hoặc lỗi nghiêm trọng. Các bộ ngắt mạch trễ thời gian yêu cầu các bộ ATS có định mức chịu đựng dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn.

Q4: Làm thế nào để tính toán xem ATS của tôi có thể chịu được dòng ngắn mạch trong quá trình phối hợp bảo vệ hay không?

Xác minh rằng năng lượng nhiệt (I²t) từ sự cố nhỏ hơn khả năng chịu đựng của cả bộ ngắt mạch và ATS: I²cw(ATS) × t(định mức). Ví dụ: Sự cố 40kA với độ trễ bộ ngắt mạch 0,3 giây tạo ra I²t = (40kA)² × 0,3 giây = 480 MJ/giây. ATS của bạn phải có định mức chịu dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn ≥ 40kA trong ≥ 0,3 giây và bộ ngắt mạch của bạn phải có Icw ≥ 40kA trong tối thiểu 0,3 giây. Luôn bao gồm biên độ an toàn 10-20% trong các tính toán này.²Câu hỏi 5: "Phối hợp chọn lọc" có nghĩa là gì đối với việc lắp đặt ATS?²t(sự cố) < I²cw(ATS) × t(định mức)²t(sự cố) < I²ATS định mức chịu dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn là bắt buộc khi: (1) Bộ ngắt mạch ở thượng nguồn sử dụng độ trễ thời gian có chủ ý (bộ ngắt mạch Loại B) để phối hợp chọn lọc, hoặc (2) Thông số kỹ thuật NEC hoặc hợp đồng yêu cầu rõ ràng sự phối hợp chọn lọc cho hệ thống điện khẩn cấp, y tế hoặc vận hành quan trọng. Nó cũng được khuyến nghị cho bất kỳ ứng dụng quan trọng nào, nơi việc duy trì tính liên tục dịch vụ tối đa trong quá trình xảy ra sự cố mang lại giá trị vận hành biện minh cho mức phí bảo hiểm chi phí 30-60%.²Hướng dẫn Phối hợp ATS & Bộ ngắt mạch: Giải thích về Icw & Tính chọn lọc² Lắp đặt ATS 600A công nghiệp với các tiếp điểm có thể nhìn thấy và bộ ngắt mạch ở thượng nguồn trong phòng phân phối điện.

So sánh kỹ thuật bộ ngắt mạch Loại A so với Loại B cho thấy các thành phần bên trong, đặc tính ngắt và định mức Icw

Phối hợp chọn lọc có nghĩa là khi xảy ra sự cố ở bất kỳ đâu trong hệ thống phân phối hạ nguồn của ATS, chỉ thiết bị bảo vệ ngay phía trên sự cố hoạt động—aptomat phía trên ATS vẫn đóng, duy trì nguồn điện cho tất cả các tải trừ nhánh bị sự cố. Điều này đòi hỏi lựa chọn đúng loại, định mức và cài đặt của aptomat, phối hợp với khả năng chịu ngắn mạch của ATS. Điều 700.28 của NEC quy định phối hợp chọn lọc cho các hệ thống khẩn cấp, điều này thường thúc đẩy yêu cầu đối với các bộ ATS có định mức chịu đựng ngắn mạch trong thời gian ngắn.

Q6: Khi nào thì cần đến ATS có dòng ngắn mạch định mức chịu đựng ngắn hạn?

Ảnh cận cảnh cụm tiếp điểm bộ ngắt mạch cho thấy khả năng dập hồ quang và phân phối nhiệt.

Q7: Trở kháng nguồn máy phát ảnh hưởng đến sự phối hợp ATS như thế nào?

Do các nguồn máy phát điện thường có dòng sự cố thấp hơn 4-10 lần so với nguồn điện lưới do điện kháng quá độ, cần phải phân tích riêng biệt hai kịch bản phối hợp khác nhau: một cho sự cố từ nguồn điện lưới (dòng điện cao hơn, có khả năng nghiêm trọng hơn) và một cho sự cố từ nguồn máy phát điện (dòng điện thấp hơn, yêu cầu phối hợp khác). ATS của bạn phải được định mức cho dòng sự cố tối đa từ một trong hai nguồn và nghiên cứu phối hợp của bạn phải xác minh tính chọn lọc trong cả hai kịch bản. Một số cài đặt yêu cầu cài đặt bộ ngắt mạch khác nhau hoặc các thiết bị định mức kép để phù hợp với sự khác biệt này.