Khi chỉ định một công tắc ngắt mạch hoặc công tắc cắt tải cho một hệ thống điện, bạn sẽ bắt gặp bốn ký hiệu khó hiểu trong bảng dữ liệu của nhà sản xuất: AC-20A, AC-21A, AC-22A và AC-23A. Đây không phải là các mã tùy ý—chúng đại diện cho các loại sử dụng IEC 60947-3, một hệ thống phân loại xác định loại tải điện mà mỗi thiết bị chuyển mạch được thiết kế để xử lý.
Sự khác biệt này có ý nghĩa sâu sắc. Một công tắc được định mức cho AC-21A (tải điện trở như máy sưởi) sẽ bị hỏng sớm nếu được áp dụng cho nhiệm vụ AC-23A (chuyển mạch động cơ với dòng điện khởi động cao). Tuy nhiên, nhiều kỹ sư chọn thiết bị chuyển mạch chỉ dựa trên định mức dòng điện, bỏ qua hoàn toàn loại sử dụng. Hậu quả: lỗi gây phiền toái, tuổi thọ thiết bị bị rút ngắn và các mối nguy hiểm về an toàn từ các thiết bị hoạt động vượt quá giới hạn thiết kế của chúng.
Đối với các kỹ sư điện thiết kế hệ thống điều khiển động cơ, các nhà chế tạo tủ điện chọn thiết bị chuyển mạch và các chuyên gia bảo trì thay thế thiết bị bị hỏng, việc hiểu các loại sử dụng là rất cần thiết. Hướng dẫn này giải thích hệ thống phân loại IEC 60947-3, các đặc điểm và ứng dụng của từng loại, và các tiêu chí thực tế để kết hợp các thiết bị chuyển mạch với tải dự kiến của chúng.
IEC 60947-3 là gì?
Hình 1: IEC 60947-3 chi phối các công tắc ngắt mạch và các loại sử dụng của chúng (AC-20A, AC-21A, AC-22A, AC-23A), phân loại các thiết bị theo loại tải điện mà chúng được thiết kế để chuyển mạch. VIOX Electric sản xuất các công tắc ngắt mạch được thiết kế theo tiêu chuẩn IEC 60947-3.
Tiêu chuẩn IEC 60947-3 là tiêu chuẩn quốc tế chi phối các công tắc, bộ ngắt mạch, công tắc ngắt mạch và các tổ hợp cầu chì được sử dụng trong các hệ thống điện hạ thế (lên đến 1.000 V AC hoặc 1.500 V DC). Được xuất bản và duy trì bởi Ủy ban Kỹ thuật 121 của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế, tiêu chuẩn này thiết lập các yêu cầu về hiệu suất, quy trình kiểm tra và hệ thống phân loại cho các thiết bị chuyển mạch cơ học.
Tiêu chuẩn phân biệt giữa ba loại thiết bị chính:
Công tắc là các thiết bị cơ học có khả năng đóng, dẫn và cắt dòng điện trong điều kiện hoạt động bình thường, bao gồm cả quá tải được chỉ định. Chúng có thể dẫn dòng điện sự cố trong một khoảng thời gian nhất định và có thể có khả năng đóng (nhưng không cắt) dòng điện ngắn mạch.
Bộ ngắt mạch là các thiết bị cơ học mà khi mở, cung cấp chức năng cách ly—tạo ra một khe hở không khí có thể nhìn thấy hoặc xác minh được, đảm bảo ngắt điện an toàn cho việc bảo trì. Bộ ngắt mạch không được thiết kế để cắt dòng điện tải; chúng chỉ hoạt động trong điều kiện không tải hoặc tải không đáng kể.
Công tắc ngắt mạch (còn được gọi là công tắc cắt tải) kết hợp cả hai khả năng: chúng có thể đóng, dẫn và cắt dòng điện trong điều kiện tải bình thường, đồng thời cung cấp chức năng cách ly khi mở. Khả năng kép này làm cho công tắc ngắt mạch trở thành các thiết bị linh hoạt nhất và thường được chỉ định trong các ứng dụng điều khiển động cơ và phân phối.
Phiên bản hợp nhất năm 2025 (IEC 60947-3:2020+AMD1:2025) đã giới thiệu các cập nhật quan trọng, bao gồm định mức ngắn mạch có điều kiện cho các thiết bị được bảo vệ bởi bộ ngắt mạch, ở thượng nguồn, các thử nghiệm dòng điện tải quan trọng cho các ứng dụng DC và các loại mới cho động cơ hiệu suất cao với dòng điện rôto khóa cao. Những cập nhật này phản ánh nhu cầu ngày càng tăng của các hệ thống điện hiện đại và công nghệ truyền động biến tần.
Hiểu các loại sử dụng
IEC 60947-3 phân loại các thiết bị chuyển mạch theo loại sử dụng—một ký hiệu xác định loại tải điện mà thiết bị được thiết kế để chuyển mạch và nhiệm vụ vận hành mà nó phải chịu được. Hệ thống phân loại này nhận ra rằng việc chuyển mạch một máy sưởi điện trở (nơi dòng điện cùng pha với điện áp và dòng điện khởi động là tối thiểu) gây ra các ứng suất khác nhau rất nhiều so với việc chuyển mạch một động cơ (nơi dòng điện rôto khóa có thể đạt gấp 6-8 lần dòng điện định mức và hệ số công suất kém trong quá trình khởi động).
Loại sử dụng xác định dòng điện vận hành định mức (Ie)—dòng điện tối đa mà thiết bị có thể đóng, dẫn và cắt một cách an toàn theo nhiệm vụ dự kiến của nó. Điều quan trọng là, cùng một công tắc vật lý có thể có các định mức Ie khác nhau tùy thuộc vào loại sử dụng. Ví dụ: một công tắc ngắt mạch có thể được định mức 100A ở AC-21A (nhiệm vụ điện trở) nhưng chỉ 63A ở AC-23A (nhiệm vụ động cơ) ở cùng một điện áp, vì việc chuyển mạch động cơ với dòng điện khởi động cao đòi hỏi phải giảm định mức.
Đối với các ứng dụng AC, IEC 60947-3 xác định bốn loại chính, được chỉ định bằng hậu tố “A” (AC-20A, AC-21A, AC-22A, AC-23A) để phân biệt chúng với các loại DC. Hiểu các loại này là nền tảng để lựa chọn thiết bị phù hợp và hiệu suất hệ thống đáng tin cậy.
AC-20A: Nhiệm vụ cách ly không tải
AC-20A là loại sử dụng có nhiệm vụ thấp nhất, được thiết kế dành riêng cho việc chuyển mạch cách ly trong điều kiện không tải hoặc tải không đáng kể. Các thiết bị được định mức cho AC-20A không nhằm mục đích cắt dòng điện đáng kể; chức năng chính của chúng là cung cấp một kết nối ngắt cách ly an toàn khi các mạch đã được ngắt điện hoặc mang dòng điện tối thiểu.
Loại này thường áp dụng cho bộ ngắt mạch—các thiết bị được sử dụng để phân đoạn và cách ly nơi việc cắt tải được xử lý bởi các thiết bị khác (chẳng hạn như các tiếp điểm hoặc bộ ngắt mạch ở thượng nguồn). Ký hiệu AC-20A có nghĩa là thiết bị được định mức để đóng và mở trong điều kiện dòng điện về cơ bản bằng không hoặc giới hạn ở các dòng điện điện dung hoặc rò rỉ nhỏ.
Các ứng dụng AC-20A điển hình
- Công tắc cách ly chính trong các bảng phân phối nơi tải đã được ngắt kết nối bằng các phương tiện khác trước khi vận hành bộ cách ly
- Công tắc phân đoạn để cách ly bảo trì, cung cấp một khoảng hở có thể nhìn thấy để thực hiện các quy trình khóa/treo biển báo
- Bộ phân đoạn thanh cái trong tủ điện để phân đoạn các hệ thống phân phối
- Cách ly công tắc chuyển mạch nơi việc chuyển tải được xử lý bởi các phần tử chuyển mạch khác
Vì các thiết bị AC-20A không cắt dòng điện tải đáng kể, chúng có thể đơn giản và kinh tế hơn so với các công tắc cắt tải. Tuy nhiên, điều quan trọng là các quy trình vận hành phải đảm bảo mạch được ngắt điện hoặc giảm tải trước khi vận hành thiết bị AC-20A. Cố gắng cắt dòng điện tải bằng một bộ ngắt mạch được định mức AC-20A có thể gây ra hiện tượng hàn tiếp điểm, hư hỏng do hồ quang và các mối nguy hiểm về an toàn.
AC-21A: Chuyển mạch tải điện trở
AC-21A là loại sử dụng để chuyển mạch các tải điện trở hoặc hơi cảm ứng, nơi dòng điện khởi động là tối thiểu và dạng sóng dòng điện về cơ bản cùng pha với điện áp. Loại này đại diện cho việc chuyển mạch cắt tải đơn giản mà không có các biến chứng của dòng điện khởi động cao hoặc hệ số công suất kém.
Trong nhiệm vụ AC-21A, dòng điện đóng (dòng điện khi đóng tiếp điểm) xấp xỉ bằng dòng điện tải ổn định. Không có sự tăng vọt dòng điện khởi động đáng kể và thao tác cắt xảy ra với dòng điện và điện áp cùng pha, tạo ra các điều kiện hồ quang tương đối lành tính. Điều này làm cho AC-21A trở thành đường cơ sở cho khả năng chuyển mạch cắt tải.
Các ứng dụng AC-21A điển hình
- Tải sưởi điện trở: Lò điện, máy sưởi không gian, lò nướng công nghiệp và các phần tử sưởi quy trình nơi tải hoàn toàn là điện trở
- Mạch chiếu sáng sợi đốt: Chiếu sáng bằng sợi đốt truyền thống (mặc dù chiếu sáng LED giới thiệu các đặc điểm khác)
- Mạch phân phối chung: Đường dây cấp và mạch nhánh cung cấp chủ yếu tải điện trở
- Chuyển mạch sơ cấp máy biến áp: Nơi dòng điện khởi động từ hóa không phải là mối quan tâm (tùy thuộc vào thiết kế máy biến áp và chiến lược chuyển mạch)
Định mức và hiệu suất AC-21A
Các công tắc ngắt mạch được định mức cho nhiệm vụ AC-21A thường cung cấp định mức dòng điện Ie cao nhất ở một điện áp nhất định so với các loại khác. Ví dụ: một thiết bị có thể được định mức:
- 100A ở 400V AC cho nhiệm vụ AC-21A
- 80A ở 400V AC cho nhiệm vụ AC-22A
- 63A ở 400V AC cho nhiệm vụ AC-23A
Định mức AC-21A cao hơn phản ánh ứng suất thấp hơn do chuyển mạch điện trở gây ra. Các tiếp điểm, buồng dập hồ quang và cơ cấu vận hành không cần phải xử lý dòng điện đóng cao và các điều kiện hệ số công suất kém của tải cảm ứng.
AC-22A: Tải hỗn hợp điện trở và cảm ứng
AC-22A giải quyết điểm giữa: tải hỗn hợp kết hợp cả thành phần điện trở và cảm ứng, với khả năng quá tải vừa phải. Loại này bao gồm các mạch phân phối và thiết bị nơi có một số điện cảm nhưng việc khởi động động cơ với dòng điện rôto khóa cao không phải là nhiệm vụ chính.
Nhiệm vụ AC-22A nhận ra rằng nhiều tải trong thế giới thực không hoàn toàn là điện trở. Các mạch cấp cho máy công cụ, thiết bị công nghiệp hoặc bảng phân phối hỗn hợp thường bao gồm máy biến áp, cuộn dây điện từ, động cơ nhỏ và nguồn điện cùng với các phần tử điện trở. Thành phần cảm ứng giới thiệu độ trễ pha giữa điện áp và dòng điện, tạo ra các điều kiện dập tắt hồ quang khó khăn hơn so với AC-21A.
Các ứng dụng AC-22A điển hình
- Các nhánh phân phối hỗn hợp: Bảng điện hoặc mạch phân phối phụ cung cấp kết hợp tải điện trở và tải cảm ứng
- Mạch máy móc: Máy móc công nghiệp có cả bộ phận làm nóng và các thành phần điện từ (cuộn dây, solenoid, động cơ nhỏ)
- Mạch chiếu sáng có ballast: Chiếu sáng huỳnh quang hoặc phóng điện, nơi điện cảm của ballast ảnh hưởng đến hệ số công suất
- Thiết bị hàn: Máy hàn điện trở hoặc thiết bị có điện cảm biến áp đáng kể
- Ngắt kết nối thiết bị HVAC: Nơi tải bao gồm cả động cơ máy nén và điện trở đốt nóng (mặc dù chế độ hoạt động thuần túy của động cơ sẽ là AC-23A)
Yêu cầu AC-22A
Tiêu chuẩn yêu cầu các thiết bị AC-22A phải xử lý quá tải vừa phải và đóng cắt dòng điện ở hệ số công suất thấp hơn AC-21A. Khả năng đóng mạch phải đáp ứng được các xung tăng vọt ngắn liên quan đến tải cảm ứng, mặc dù không đến mức dòng điện rotor bị khóa của động cơ.
Các nhà sản xuất giảm định mức Ie cho AC-22A so với AC-21A ở cùng điện áp, thường là 10-20%, phản ánh mức độ nghiêm trọng của nhiệm vụ tăng lên. Các tiếp điểm và hệ thống dập hồ quang phải xử lý các điều kiện hệ số công suất trễ, nơi dòng điện và điện áp lệch pha, gây khó khăn hơn cho việc dập tắt hồ quang.
AC-23A: Động cơ và Tải có Tính Cảm Ứng Cao
AC-23A là loại sử dụng đòi hỏi khắt khe nhất, được thiết kế đặc biệt để chuyển mạch động cơ và các tải có tính cảm ứng cao khác, nơi dòng điện rotor bị khóa (khởi động) gây ra ứng suất đóng cắt nghiêm trọng. Đây là loại quan trọng nhất trong các ứng dụng điều khiển động cơ và việc chọn sai loại ở đây dẫn trực tiếp đến hỏng hóc công tắc sớm.
Khi một động cơ cảm ứng khởi động, nó hút dòng điện rotor bị khóa, thường gấp 5 đến 8 lần dòng điện định mức đầy tải của nó, với hệ số công suất thấp tới 0,3 đến 0,5. Một công tắc đóng vào một động cơ khởi động phải tạo ra dòng điện khởi động cao này mà không bị hàn tiếp điểm hoặc hồ quang quá mức. Khi ngắt mạch động cơ, hệ số công suất trễ và năng lượng cảm ứng tích trữ tạo ra hồ quang kéo dài gây ứng suất cho cơ cấu chuyển mạch.
Các ứng dụng AC-23A điển hình
- Khởi động động cơ trực tiếp (DOL): Công tắc-cách ly cung cấp cả chuyển mạch ngắt tải và cách ly cho mạch động cơ
- Ngắt kết nối nhánh cấp động cơ: Công tắc chính ở thượng nguồn của trung tâm điều khiển động cơ hoặc bộ khởi động động cơ riêng lẻ
- Mạch bơm và máy nén: Chuyển mạch trực tiếp thiết bị dẫn động bằng động cơ có dòng khởi động cao
- Điều khiển quạt và máy thổi: Động cơ thông gió công nghiệp và thiết bị xử lý không khí quy trình
- Hệ thống băng tải: Động cơ xử lý vật liệu có chu kỳ khởi động-dừng thường xuyên
- Chuyển mạch động cơ hiệu suất cao (AC-23Ae): Một danh mục con được giới thiệu trong các tiêu chuẩn gần đây cho động cơ hiệu suất cao IE3/IE4, loại động cơ này thể hiện dòng điện rotor bị khóa thậm chí còn cao hơn do thiết kế điện từ được tối ưu hóa
Yêu cầu và Định mức AC-23A
IEC 60947-3 yêu cầu các thiết bị AC-23A phải xử lý dòng điện đóng mạch rotor bị khóa và ngắt mạch động cơ trong điều kiện đầy tải với hệ số công suất kém. Tiêu chuẩn quy định các trình tự thử nghiệm bao gồm:
- Thao tác đóng mạch ở dòng điện gấp 6-10 lần dòng điện định mức (mô phỏng điều kiện rotor bị khóa của động cơ)
- Thao tác ngắt mạch ở dòng điện định mức với tải cảm ứng ở hệ số công suất quy định
- Thử nghiệm độ bền qua hàng nghìn thao tác để xác minh tuổi thọ tiếp điểm
Do đó, định mức AC-23A thấp hơn đáng kể so với định mức AC-21A cho cùng một thiết bị. Công tắc 100A được định mức AC-21A ở 400V có thể chỉ được định mức 63A cho nhiệm vụ AC-23A—mức giảm 37% phản ánh mức độ nghiêm trọng của việc chuyển mạch động cơ.
AC-23Ae: Động cơ Hiệu suất Cao
Phiên bản tiêu chuẩn mới nhất công nhận AC-23Ae, một danh mục con chuyên dụng cho động cơ hiệu suất cao đáp ứng các cấp hiệu suất IEC 60034-12 và IEC 60034-30-1 (IE3, IE4). Các động cơ này đạt được hiệu suất vượt trội thông qua các thay đổi thiết kế làm tăng vô tình công suất biểu kiến rotor bị khóa và dòng điện khởi động. Các công tắc được định mức AC-23Ae được thử nghiệm với dòng điện đóng mạch cao hơn và phải xử lý các yêu cầu dòng điện khởi động tăng cao của các thiết kế động cơ hiệu quả hiện đại.
Sự Khác Biệt Kỹ Thuật Chính Giữa Các Danh Mục
Hiểu điều gì phân biệt các danh mục sử dụng giúp làm rõ tại sao việc lựa chọn phù hợp lại quan trọng và điều gì xảy ra khi một thiết bị bị áp dụng sai.
Mức Độ Nghiêm Trọng của Nhiệm Vụ và Định Mức Dòng Điện
Các danh mục thể hiện một sự tiến triển về mức độ nghiêm trọng của nhiệm vụ tăng dần:
- AC-20A: Chỉ cách ly không tải; không được định mức để ngắt tải
- AC-21A: Khả năng ngắt tải cơ bản với tải điện trở; dòng điện khởi động tối thiểu, đồng pha
- AC-22A: Nhiệm vụ cảm ứng vừa phải với tải hỗn hợp; một số độ trễ pha và dòng điện khởi động vừa phải
- AC-23A: Nhiệm vụ động cơ nghiêm trọng với dòng điện khởi động rotor bị khóa cao và hệ số công suất kém khi ngắt
Sự tiến triển mức độ nghiêm trọng này xác định trực tiếp định mức dòng điện. Đối với một công tắc-cách ly điển hình ở 400V AC:
| Mục | Dòng Điện Hoạt Động Định Mức (Ie) | Định Mức Tương Đối |
| AC-21A | 100 | 100% (cơ sở) |
| AC-22A | 80A | 80% |
| AC-23A | 63A | 63% |
Định mức thấp hơn cho AC-22A và AC-23A không phải là giảm định mức tùy ý—chúng phản ánh các giới hạn vật lý thực tế do khả năng xử lý dòng điện khởi động, khả năng dập tắt hồ quang và độ bền tiếp điểm trong điều kiện đòi hỏi khắt khe.
Dòng Điện Đóng Mạch (Đóng)
Làm cho hiện tại là dòng điện chạy khi công tắc đóng vào một mạch được cấp điện. Điều này phân biệt các danh mục một cách đáng kể:
- AC-20A: Về cơ bản không có dòng điện đóng mạch (không tải)
- AC-21A: Dòng điện đóng mạch ≈ dòng điện tải ổn định (không có dòng điện khởi động đáng kể)
- AC-22A: Dòng điện đóng mạch = 1,5-3× dòng điện ổn định (dòng điện khởi động vừa phải từ điện cảm)
- AC-23A: Dòng điện đóng mạch = 6-10× dòng điện định mức (điều kiện rotor bị khóa của động cơ)
Các thiết bị AC-23A phải đóng các tiếp điểm vào dòng điện khởi động động cơ mà không bị hàn, đòi hỏi vật liệu tiếp điểm chắc chắn, áp suất tiếp điểm cao và các tính năng triệt tiêu hồ quang mà các thiết bị AC-21A không cần.
Dòng Điện Ngắt Mạch (Mở) và Hệ Số Công Suất
Ngắt mạch gây ra các ứng suất khác nhau. Tải điện trở (AC-21A) thể hiện dòng điện và điện áp đồng pha; khi các tiếp điểm tách ra gần điểm không dòng điện tự nhiên, hồ quang sẽ tắt dễ dàng. Tải cảm ứng (AC-22A, AC-23A) thể hiện dòng điện trễ; hồ quang duy trì lâu hơn vì dòng điện không vượt qua điểm không khi điện áp vượt qua.
Các thiết bị AC-23A phải ngắt dòng điện động cơ ở hệ số công suất thấp tới 0,35, tạo ra hồ quang kéo dài đòi hỏi máng dập hồ quang chắc chắn, cuộn dây thổi hoặc lệch hồ quang từ tính để buộc dập tắt. Đây là lý do tại sao các công tắc được định mức AC-23A có khả năng quản lý hồ quang phức tạp hơn các thiết bị AC-21A.
Độ bền hoạt động
Tiêu chuẩn yêu cầu các thử nghiệm độ bền khác nhau theo từng loại. Các thiết bị AC-23A trải qua các thử nghiệm khắc nghiệt hơn với dòng điện đóng cao hơn và hệ số công suất cắt thấp hơn, dẫn đến tuổi thọ tiếp điểm định mức ngắn hơn so với AC-21A ở cùng một thiết kế công tắc vật lý. Các nhà sản xuất công bố các số liệu về độ bền điện (số lần hoạt động ở dòng điện định mức) giảm từ AC-21A xuống AC-23A.
Ứng dụng, Sử dụng trường Hợp
Việc kết hợp các loại sử dụng với các ứng dụng thực tế đảm bảo hiệu suất chuyển mạch đáng tin cậy và tránh hỏng hóc thiết bị sớm.
Điều khiển động cơ công nghiệp
Điều khiển động cơ là ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất và là trường hợp sử dụng chính cho các thiết bị AC-23A. Trong các cơ sở sản xuất, nhà máy chế biến và cơ sở hạ tầng công nghiệp:
- Trung tâm điều khiển động cơ (MCC): Các bộ ngắt kết nối được định mức AC-23A đóng vai trò là bộ ngắt kết nối chính cho từng nhánh cấp động cơ riêng lẻ, cung cấp khả năng cắt tải và cách ly để bảo trì. Chúng phải xử lý việc khởi động động cơ lặp đi lặp lại với dòng điện rotor bị khóa gấp 6-8 lần dòng điện đầy tải.
- Khởi động trực tiếp (Direct-on-line starters): Kết hợp với công tắc tơ và rơ le quá tải, bộ ngắt kết nối AC-23A cho phép khởi động, dừng và cách ly động cơ an toàn mà không cần các thiết bị cách ly riêng biệt.
- Trạm bơm và máy nén: Động cơ điều khiển thiết bị cơ sở hạ tầng quan trọng, nơi việc chuyển mạch đáng tin cậy dưới tải cảm ứng là rất cần thiết.
- Ngắt kết nối đầu vào của biến tần (VFD): Mặc dù VFD khởi động mềm động cơ, nhưng bộ ngắt kết nối đầu vào vẫn phải đối mặt với dòng điện khởi động từ việc sạc tụ điện bus DC và từ hóa máy biến áp, làm cho AC-22A hoặc AC-23A phù hợp tùy thuộc vào thiết kế của biến tần.
Phân phối điện trong tòa nhà thương mại
Các cơ sở thương mại sử dụng bộ ngắt kết nối trên tất cả các loại:
- Ngắt kết nối thiết bị HVAC: Các thiết bị trên mái nhà và bộ xử lý không khí có động cơ máy nén yêu cầu định mức AC-23A. Quạt xử lý không khí thuần túy có thể sử dụng AC-22A nếu dòng điện khởi động ở mức vừa phải.
- Ngắt kết nối chính của bảng đèn: AC-21A cho tải điện trở (đèn sợi đốt, đèn LED không có dòng điện khởi động đáng kể); AC-22A cho đèn huỳnh quang hoặc đèn phóng điện có chấn lưu từ tính.
- Công tắc chính của bảng phân phối: AC-21A hoặc AC-22A tùy thuộc vào hỗn hợp tải hạ nguồn. Tải thương mại hỗn hợp thường đảm bảo AC-22A.
- Chuyển nguồn điện khẩn cấp: AC-22A hoặc AC-23A tùy thuộc vào tải được kết nối, vì công tắc phải xử lý dòng điện đóng khi chuyển đổi giữa các nguồn.
Thiết bị chế biến và sản xuất
Máy móc công nghiệp có các nhiệm vụ chuyển mạch khác nhau:
- Ngắt kết nối máy công cụ: AC-22A cho máy có động cơ trục chính hỗn hợp, van điện từ và nguồn điều khiển. AC-23A nếu có động cơ khởi động trực tiếp lớn.
- Băng tải và xử lý vật liệu: AC-23A cho động cơ băng tải khởi động trực tiếp; AC-22A nếu sử dụng điều khiển khởi động mềm hoặc VFD.
- Thiết bị hàn: AC-22A cho máy hàn điện trở có điện cảm máy biến áp đáng kể nhưng không có nhiệm vụ khởi động động cơ.
- Lò sưởi và lò nướng công nghiệp: AC-21A cho các phần tử làm nóng hoàn toàn bằng điện trở; AC-22A nếu điều khiển SCR/thyristor tạo ra nội dung sóng hài hoặc nếu có liên quan đến ghép nối máy biến áp.
Hậu quả của việc sử dụng sai
Áp dụng sai loại tạo ra các chế độ hỏng hóc có thể dự đoán được:
- Sử dụng AC-21A cho nhiệm vụ động cơ (yêu cầu AC-23A): Các tiếp điểm bị hàn trong quá trình khởi động động cơ do khả năng đóng không đủ; các tiếp điểm bị ăn mòn nhanh chóng do hồ quang kéo dài trong quá trình cắt; độ bền điện giảm xuống rất thấp so với mong đợi, dẫn đến các sự cố gây phiền toái và thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch.
- Sử dụng AC-20A dưới tải (yêu cầu bất kỳ loại cắt tải nào): Hồ quang nghiêm trọng làm hỏng các tiếp điểm và vỏ bọc; khả năng tiếp điểm bị hàn, tạo ra nguy cơ mất an toàn; thiết bị có thể không cung cấp chức năng cách ly sau khi hoạt động cắt tải.
- Chọn loại quá mức cần thiết: Sử dụng AC-23A khi AC-21A là đủ sẽ làm tăng chi phí mà không có lợi ích, mặc dù đây là một lỗi ít nghiêm trọng hơn so với việc chỉ định thấp hơn.
Tiêu chí lựa chọn: Kết hợp loại với ứng dụng
Chọn đúng loại sử dụng đòi hỏi phải phân tích các đặc tính tải và nhiệm vụ vận hành. Thực hiện theo phương pháp có hệ thống này:
Bước 1: Xác định loại và đặc tính tải
Xác định những gì công tắc sẽ điều khiển:
- Chỉ cách ly, không cắt tải: AC-20A (chức năng ngắt kết nối)
- Trở vô (lò sưởi, đèn sợi đốt, phân phối cấp cho thiết bị chủ yếu là điện trở): AC-21A
- Tải hỗn hợp điện trở và điện cảm (phân phối có điện cảm vừa phải, máy móc hỗn hợp, đèn huỳnh quang): AC-22A
- Động cơ hoặc tải có tính cảm ứng cao (khởi động động cơ trực tiếp, động cơ bơm/máy nén/quạt, thiết bị có dòng điện khởi động cao): AC-23A
- Động cơ hiệu suất cao (Động cơ IE3/IE4 theo IEC 60034-30-1): AC-23Ae nếu có, nếu không thì AC-23A với giảm định mức phù hợp
Bước 2: Tính toán dòng điện hoạt động cần thiết
Xác định dòng điện tải ổn định (dòng điện đầy tải cho động cơ, dòng điện định mức cho tải điện trở). Đối với các ứng dụng động cơ, cũng xác định:
- Dòng điện đầy tải của động cơ (FLC)
- Dòng điện rotor bị khóa hoặc dòng điện khởi động (thường là 6-8 × FLC đối với động cơ tiêu chuẩn)
- Hệ số công suất của động cơ ở điều kiện khởi động và chạy
Dòng điện hoạt động định mức của công tắc Ie cho loại sử dụng đã chọn phải đáp ứng hoặc vượt quá dòng điện ổn định của tải. Không sử dụng định mức dòng điện AC-21A cho tải động cơ — bạn phải sử dụng định mức AC-23A.
Bước 3: Xác minh định mức điện áp và khả năng tương thích của hệ thống
Xác nhận điện áp cách điện định mức (Ui) và điện áp hoạt động định mức (Ue) của công tắc phù hợp với điện áp hệ thống. Kiểm tra điện áp chịu xung (Uimp) cho loại lắp đặt (thường là CAT III hoặc CAT IV cho các lắp đặt cố định).
Bước 4: Kiểm tra khả năng đóng
Đối với các ứng dụng AC-23A, hãy xác minh công tắc có thể xử lý dòng điện rotor bị khóa của động cơ trong quá trình đóng. Bảng dữ liệu của nhà sản xuất chỉ định khả năng đóng cắt như một bội số của Ie (ví dụ: “khả năng đóng cắt: 10×Ie cho AC-23A”). Đối với động cơ có dòng điện rotor bị khóa 6×FLC và FLC = 50A, dòng điện rotor bị khóa là 300A. Một công tắc AC-23A có Ie ≥ 50A và khả năng đóng cắt ≥10×Ie sẽ đóng an toàn vào động cơ này.
Bước 5: Đánh giá Tần suất Hoạt động
Xem xét tần suất hoạt động của công tắc. Việc chuyển mạch tần số cao (nhiều thao tác mỗi giờ) đòi hỏi sự chú ý đến định mức độ bền điện. Bảng dữ liệu của nhà sản xuất công bố tuổi thọ hoạt động dự kiến (ví dụ: “độ bền điện: 8.000 thao tác ở Ie cho AC-23A”). Nếu tần suất hoạt động vượt quá điều này, hãy xem xét:
- Giảm định mức của công tắc (hoạt động dưới Ie đầy đủ để kéo dài tuổi thọ tiếp điểm)
- Sử dụng contactor cho việc chuyển mạch thường xuyên, dành riêng cầu dao cách ly cho việc cách ly và chuyển mạch chính không thường xuyên
Bước 6: Xem xét Yêu cầu Cách ly
Nếu thiết bị phải cung cấp khả năng cách ly (khóa/treo biển báo, ngắt kết nối bảo trì), hãy chỉ định một công tắc ngắt mạch thay vì một công tắc. Xác minh thiết bị đáp ứng các yêu cầu cách ly của cầu dao cách ly theo tiêu chuẩn IEC 60947-3 (khoảng hở nhìn thấy được hoặc chỉ báo vị trí, khoảng cách ly và khoảng cách rò đủ).
Bước 7: Xem xét Phối hợp và Bảo vệ
Đảm bảo công tắc phối hợp với bảo vệ thượng nguồn và hạ nguồn:
- Dòng điện ngắn mạch có điều kiện định mức của công tắc (nếu có) phải đáp ứng hoặc vượt quá dòng điện sự cố dự kiến, giả sử bảo vệ bằng cầu dao hoặc cầu chì thượng nguồn
- Đối với mạch động cơ, hãy xác nhận khả năng tương thích với rơ le quá tải và thiết bị bảo vệ ngắn mạch
Các Tình huống Lựa chọn Phổ biến
Tình huống 1: Động cơ ba pha 15 kW / 400V, FLC = 30A, rotor bị khóa = 180A (6×FLC)
- Loại tải: Động cơ → Yêu cầu AC-23A
- Ie yêu cầu: ≥30A ở AC-23A, 400V
- Kiểm tra khả năng đóng cắt: Thiết bị phải xử lý dòng điện đóng cắt 180A → Xác minh 10×Ie ≥180A → Ie = 30A, 10×30 = 300A ✓
- Lựa chọn: Cầu dao cách ly định mức Ie ≥30A, AC-23A, 400V, có chức năng cách ly
Tình huống 2: Máy sưởi điện trở 50 kW, ba pha 400V, FLC = 72A
- Loại tải: Điện trở → AC-21A phù hợp
- Ie yêu cầu: ≥72A ở AC-21A, 400V
- Không có dòng điện khởi động đáng kể, đóng cắt ≈ trạng thái ổn định
- Lựa chọn: Cầu dao cách ly định mức Ie ≥80A, AC-21A, 400V
Tình huống 3: Bảng phân phối cấp nguồn cho tải hỗn hợp, định mức 100A
- Loại tải: Hỗn hợp thương mại/công nghiệp → AC-22A phù hợp (trừ khi có các bộ cấp nguồn động cơ cụ thể, nên được chuyển mạch riêng)
- Ie yêu cầu: ≥100A ở AC-22A
- Lựa chọn: Cầu dao cách ly định mức Ie ≥100A, AC-22A, có cách ly
Kết luận
Các loại sử dụng IEC 60947-3—AC-20A, AC-21A, AC-22A và AC-23A—cung cấp một khuôn khổ có hệ thống để phân loại các thiết bị chuyển mạch theo loại tải điện mà chúng được thiết kế để xử lý. Phân loại này xác định trực tiếp định mức của thiết bị, với cùng một công tắc vật lý cung cấp các giá trị dòng điện hoạt động (Ie) khác nhau tùy thuộc vào loại: cao nhất cho nhiệm vụ điện trở AC-21A, thấp hơn dần cho tải hỗn hợp AC-22A và thấp nhất cho nhiệm vụ động cơ AC-23A với nhu cầu dòng điện khởi động khắc nghiệt.
Đối với các kỹ sư điện chỉ định thiết bị chuyển mạch, các nhà thiết kế bảng điện chọn linh kiện và các chuyên gia bảo trì thay thế thiết bị, việc hiểu các loại sử dụng là điều cần thiết để hệ thống hoạt động đáng tin cậy. Việc áp dụng sai—đặc biệt là sử dụng các thiết bị AC-21A trên tải động cơ yêu cầu AC-23A—dẫn đến các lỗi có thể dự đoán được: tiếp điểm bị hàn do khả năng đóng cắt không đủ, tiếp điểm bị ăn mòn nhanh chóng do hồ quang điện cảm duy trì và tuổi thọ hoạt động bị rút ngắn.
Việc lựa chọn loại phù hợp đòi hỏi phải phân tích đặc tính tải (điện trở, hỗn hợp hoặc động cơ), tính toán các yêu cầu về dòng điện hoạt động, xác minh khả năng đóng cắt cho các điều kiện dòng điện khởi động và đảm bảo thiết bị đáp ứng các yêu cầu cách ly khi cần thiết. Ký hiệu loại trên bảng dữ liệu của nhà sản xuất không phải là thông tin tùy chọn—nó xác định nhiệm vụ chuyển mạch mà thiết bị đã được kiểm tra để xử lý và các điều kiện mà các định mức đã công bố được áp dụng.
VIOX Electric sản xuất cầu dao cách ly được thiết kế theo tiêu chuẩn IEC 60947-3, với xếp hạng loại sử dụng rõ ràng và tài liệu kỹ thuật toàn diện. Để được hướng dẫn ứng dụng, thông số kỹ thuật hoặc thảo luận về các yêu cầu chuyển mạch cụ thể của bạn, hãy liên hệ với đội ngũ kỹ thuật của VIOX.
Chọn đúng loại sử dụng để có hiệu suất chuyển mạch đáng tin cậy. Liên hệ VIOX Electric để thảo luận về các yêu cầu cầu dao cách ly của bạn.
