CB là gì? Định nghĩa, Cấu tạo và ứng dụng của nó

        CB viết tắt của cầu dao bảo vệ ( CIRCLE BREAKER ), là một aptomat điện dùng để ngắt hoặc kết nối mạch điện. CB có chức năng bảo vệ mạch điện khỏi quá tải hoặc ngắn mạch, quá dòng, đoản mạch, đồng thời cũng có thể điều khiển mở hoặc đóng mạch điện theo ý muốn. CB là một phần không thể thiếu trong hệ thống điện của các công trình xây dựng, nhà máy, nhà ở, văn phòng, trường học, bệnh viện và nhiều nơi khác. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về các loại CB phổ biến hiện nay, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng, cũng như cách lựa chọn và sử dụng CB an toàn và hiệu quả.

CB là gì?

        Cầu dao hay bộ ngắt mạch an toàn là một khí cụ điện được sử dụng để bảo vệ các mạch điện khỏi những hư hại do quá tải hoặc ngắn mạch. Nhiệm vụ chính của nó là cắt nguồn điện khi có sự cố xảy ra để tránh những thiệt hại cho các thiết bị điện và ngăn chặn nguy cơ chập cháy. Khác với cầu chì chỉ có thể hoạt động một lần rồi phải được thay mới, cầu dao có thể được khôi phục lại trạng thái ban đầu một cách thủ công ( cần một thao tác đơn giản là gạt cần ) hoặc tự động để tiếp tục hoạt động bình thường 

        CB là viết tắt của cầu dao bảo vệ, còn aptomat là Aptomat là từ tiếng Nga dùng để gọi thiết bị đóng cắt tự động hay còn gọi là cầu dao tự động. Đây là những thiết bị điện thay thế cho cầu giao sứ tổng trước đây hay dùng.

       Cầu dao có nhiều loại và kích thước khác nhau, từ những thiết bị nhỏ dùng để bảo vệ các mạch điện yếu hoặc các thiết bị điện gia dụng đơn lẻ cho đến những thiết bị chuyển đổi lớn dùng để bảo vệ các mạch điện áp cao phục vụ cho toàn bộ khu vực. Chức năng chung của cầu dao hoặc cầu chì, là một phương tiện tự động ngắt điện khỏi hệ thống bị lỗi, thường được gọi tắt là OCPD (Thiết bị bảo vệ quá tải).

Lịch sử phát triển của CB ( Circle Breaker )

Năm 1879, Thomas Edison phát minh ra cầu chì, một loại thiết bị bảo vệ điện đơn giản, dùng để ngắt mạch khi dòng điện quá tải.
Năm 1898, Charles Vincent phát minh ra CB dạng cơ khí, dùng để ngắt mạch khi dòng điện ngắn mạch.
Năm 1904, Hugo Stotz phát minh ra CB dạng điện từ, dùng để ngắt mạch khi dòng điện quá tải hoặc ngắn mạch.
Năm 1924, Brown, Boveri & Cie phát triển CB dạng không khí, dùng để ngắt mạch điện áp cao, bằng cách dùng không khí làm chất dập hồ quang.
Năm 1930, Westinghouse phát triển CB dạng dầu, dùng để ngắt mạch điện áp cao, bằng cách dùng dầu làm chất dập hồ quang.
Năm 1956, Siemens phát triển CB dạng chân không, dùng để ngắt mạch điện áp cao, bằng cách dùng chân không làm chất dập hồ quang.
Năm 1964, General Electric phát triển CB dạng khí sulfur hexafluoride (SF6), dùng để ngắt mạch điện áp cao, bằng cách dùng khí SF6 làm chất dập hồ quang.
Năm 1987, ABB phát triển CB dạng thế hệ mới, dùng để ngắt mạch điện áp cao, bằng cách kết hợp các công nghệ không khí, chân không và SF6.
Năm 1991, Schneider Electric phát triển CB dạng Compact NSX, dùng để ngắt mạch điện áp thấp, bằng cách sử dụng các công nghệ điện tử và cơ khí.
Năm 2003, Siemens phát triển CB dạng Sentron, dùng để ngắt mạch điện áp thấp, bằng cách sử dụng các công nghệ điện tử và cơ khí.

Cấu tạo của CB/Aptomat
Cấu tạo của CB/Aptomat gồm có các bộ phận sau:

Vỏ CB
       Vỏ CB làm bằng nhựa chịu nhiệt, có vai trò bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi ảnh hưởng của môi trường.

Cuộn dây nam châm điện
       Cuộn dây nam châm điện là bộ phận phát hiện sự cố ngắn mạch, khi có dòng điện quá lớn chạy qua cuộn dây sẽ tạo ra từ trường kéo tiếp điểm di động ngắt mạch.

Cần gạt
       Cần gạt: là bộ phận dùng để bật tắt CB/aptomat thủ công, có thể chỉ thị trạng thái của CB là ON (đóng), OFF (ngắt) hoặc TRIP (tự động ngắt do sự cố). Cơ cấu truyền động cắt CB có 2 cách truyền động cắt CB, đó là bằng tay hoặc bằng cơ điện.

Khung bảo vệ
       Khung là phần giữ các bộ phận khác của CB/Aptomat ở vị trí cố định và bảo vệ chúng khỏi các tác động bên ngoài. Khung cũng có tác dụng cách điện, giúp ngăn chặn hiện tượng rò rỉ điện ra ngoài và giảm nguy cơ giật điện cho người sử dụng. Khung thường được làm từ vật liệu cách điện và chống va đập, như nhựa, gỗ, sứ, v.v.

Tiếp điểm cố định
       Tiếp điểm cố định là bộ phận kết nối với ngõ vào dây điện ( tiếp điểm trên ) và ngõ ra dây điện (tiếp điểm dưới), không di chuyển khi aptomat hoạt động. 
        Ngõ vào dây điện (tiếp điểm trên) là nơi kết nối dây điện vào aptomat, thường có ký hiệu L (line) hoặc P ( phase )
        Ngõ ra dây điện (tiếp điểm dưới) là nơi kết nối dây điện ra khỏi aptomat, thường có ký hiệu N (neutral) hoặc T (terminal)

Tiếp điểm bên trong ( tiếp điểm di động )
        Tiếp điểm bên trong hay còn gọi là tiếp điểm di động là phần chịu trách nhiệm đóng và cắt mạch điện. Tiếp điểm bên trong có thể có 2 hoặc 3 cấp, tùy theo loại CB/Aptomat. Cấp tiếp điểm đầu tiên là tiếp điểm hồ quang, dùng để chịu dòng hồ quang khi cắt mạch. Cấp tiếp điểm thứ hai là tiếp điểm chính, dùng để chịu dòng điện chính khi đóng mạch. Cấp tiếp điểm thứ ba là tiếp điểm phụ, dùng để kết nối với các thiết bị phụ trợ như relay, đèn báo, công tắc, v.v.

       Khi đóng mạch, thứ tự đóng của các cấp tiếp điểm là: tiếp điểm hồ quang -> tiếp điểm phụ -> tiếp điểm chính. Khi cắt mạch, thứ tự mở của các cấp tiếp điểm là: tiếp điểm chính -> tiếp điểm phụ -> tiếp điểm hồ quang.

Buồng dập hồ quang
       Buồng dập hồ quang là phần dùng để dập tắt hồ quang khi cắt mạch. Buồng dập hồ quang được chia thành nhiều ngăn bằng các tấm thép có khả năng chịu nhiệt cao. Mỗi ngăn có khe hở để cho hồ quang chạy qua và bị làm lạnh bởi không khí. Có hai loại buồng dập hồ quang thông dụng là buồng dập kiểu hở và buồng dập kiểu nửa kín.

       Buồng dập kiểu hở có khe hở rộng, cho phép hồ quang thoát ra ngoài và được làm lạnh bởi không khí xung quanh. Buồng dập kiểu hở thường được dùng cho CB/Aptomat có khả năng cắt dòng điện lớn (trên 50kA) hoặc điện áp cao (trên 1000V).

       Buồng dập kiểu nửa kín có khe hở nhỏ, cho phép hồ quang chỉ thoát ra một phần và được làm lạnh bởi không khí trong buồng. Buồng dập kiểu nửa kín thường được dùng cho CB/Aptomat có khả năng cắt dòng điện nhỏ (dưới 50kA).

Thanh dẫn hồ quang
        Thanh dẫn hồ quang là bộ phận dẫn hồ quang từ tiếp điểm di động sang buồng dập hồ quang khi aptomat ngắt mạch.

Thanh lưỡng kim
       Thanh lưỡng kim: là bộ phận phát hiện sự cố quá tải, khi có dòng điện vượt quá giới hạn cho phép sẽ làm nóng thanh lưỡng kim và làm cong thanh lưỡng kim, kéo theo tiếp điểm di động ngắt mạch.

Nguyên lý hoạt động của CB

Phân loại CB hiện có trên thị trường

      CB/aptomat trên thị trường hiện nay rất đa dạng và phong phú. Có thể kể đến một số loại CB/aptomat phổ biến như: CB/aptomat dòng xoay chiều, CB/aptomat dòng một chiều, CB/aptomat từ tính, CB/aptomat nhiệt, CB/aptomat kết hợp từ tính và nhiệt, CB/aptomat điện tử... Mỗi loại CB/aptomat có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

Có nhiều loại CB khác nhau, có chức năng và cấu tạo khác nhau. Một số loại CB phổ biến là:

       CB tép (MCB): CB loại tép, dùng để ngắt mạch quá tải thấp phù hợp để cắt dòng đến 100A hoặc hơn, thường dùng cho các mạng điện hạ thế, dân dụng, công nghiệp nhỏ.
       CB khối (MCCB): CB loại khối, có dòng cắt ngắn mạch lớn, thường dùng cho các mạng điện công nghiệp, tòa nhà, nhà xưởng có thể cắt dòng đến 2400A.
       CB chống giật (RCCB): CB có chức năng nâng cao chống dòng rò, bảo vệ người sử dụng khỏi bị giật.
       CB 2 chức năng (RCBO): CB có khả năng chống dòng rò và bảo vệ quá dòng, tích hợp 2 chức năng của RCCB và MCB.
       CB 3 chức năng (ELCB): CB có khả năng chống dòng rò, bảo vệ quá dòng và ngắn mạch, tích hợp 3 chức năng của RCCB, MCB và MCCB.
       CB động cơ (MPCB): CB chuyên dụng cho động cơ, có đặc tính bảo vệ động cơ, cho phép dòng vào nhưng ngăn chặn mọi tình trạng quá dòng.
      CB chuyển mạch không khí (ACB): CB loại không khí, có buồng dập hồ quang là không khí, có khả năng ngắt mạch điện áp cao, thường dùng trong các tủ hạ thế, tủ máy biến áp, tủ hòa đồng bộ máy phát điện.
      CB chuyển mạch chân không (VCB): CB loại chân không, có buồng dập hồ quang là chân không, có khả năng ngắt mạch điện áp cao, thường dùng trong các tủ trung thế với điện áp từ 6.6kV trở lên.