Khởi động từ và rơ-le nhiệt: chọn contactor theo AC-3, chỉnh rơ-le theo dòng động cơ

2. Loại sử dụng AC-1, AC-3, AC-4

IEC 60947-4-1 chia contactor xoay chiều theo loại sử dụng (utilization category), tức kiểu tải mà định mức được thử. Bốn loại hay gặp, theo Schneider Electrical Installation Guide (mục "Motor starter configurations"):

Cùng một contactor có định mức rất khác nhau ở mỗi loại sử dụng. Bảng dưới là dòng S-N của Mitsubishi ở 380–440 V: S-N65 đóng cắt được 30 kW ở AC-3 nhưng chỉ 11 kW ở AC-4. Số lần đóng cắt cho phép mỗi giờ cũng thấp hơn: S-N10 đến S-N35 cho 1 800 lần mỗi giờ ở AC-3, 600 lần mỗi giờ ở AC-4. Máy có nhắp hoặc đảo chiều bằng đảo pha thì tra cột AC-4, không tra AC-3.

• AC-1: tải không cảm hoặc cảm nhẹ, ví dụ lò điện trở.
• AC-2: động cơ rô-to dây quấn, khởi động và cắt.
• AC-3: động cơ lồng sóc, khởi động và cắt động cơ khi đang chạy. Phần lớn bơm, quạt, băng tải thuộc loại này.
• AC-4: động cơ lồng sóc, khởi động, hãm bằng đảo pha (plugging: đảo đấu dây sơ cấp khi động cơ đang chạy để dừng hoặc đảo chiều nhanh) và nhắp (inching: cấp điện từng đợt ngắn để dịch chuyển máy từng chút).

3. Chọn contactor theo dòng AC-3

Thông số chính để chọn contactor cho động cơ là dòng làm việc định mức AC-3 (Ie) ở đúng điện áp hệ thống. Dòng này giảm khi điện áp tăng: LS Metasol MC-18a có Ie AC-3 là 18 A ở 380/400 V, 13 A ở 500 V và 9 A ở 690 V (catalogue LS Metasol MC, không ghi năm). Hệ ba pha 380/400 V thì đọc cột 380/400 V.

Catalogue in thêm cột kW để tra nhanh, nhưng kW đó ứng với động cơ tham chiếu của hãng. Hai hãng có thể gán hai dòng khác nhau cho cùng một công suất: động cơ 22 kW được ABB tính 44 A ở 400 V, còn LS ghi 41 A ở 400 V (bảng phối hợp của hai hãng, mục 6). Vì vậy hãy so dòng định mức trên nhãn động cơ với dòng AC-3 của contactor. Cột kW chỉ để đối chiếu.

Khi khởi động trực tiếp, động cơ lồng sóc thường kéo dòng khởi động gấp 6 đến 7 lần dòng đầy tải (Schneider Electrical Installation Guide, mục "Motor starter configurations"). Định mức AC-3 đã bao gồm việc đóng dòng này: theo cùng nguồn, contactor AC-3 150 A phải đóng được tối thiểu 10 lần dòng định mức (1 500 A) và cắt được 8 lần (1 200 A) ở hệ số công suất 0,35.

• Lấy dòng định mức trên nhãn động cơ ở điện áp hệ thống.
• Chọn contactor có Ie AC-3 ở điện áp đó không nhỏ hơn dòng động cơ. Máy có nhắp, đảo pha thì tra cột AC-4.
• Chọn điện áp cuộn hút theo mạch điều khiển. Mỗi mã contactor có nhiều điện áp cuộn hút khác nhau (ví dụ CHINT NXC có cuộn 24, 110, 220, 380 V AC).
• Nếu thiết kế yêu cầu phối hợp kiểu 2, kiểm lại cỡ contactor trong bảng phối hợp của hãng (mục 6), vì bảng có thể chỉ định cỡ lớn hơn.

4. Chỉnh rơ-le nhiệt theo dòng động cơ

Thang chỉnh trên rơ-le nhiệt ghi bằng ampe. Con số cần vặn là dòng định mức của động cơ, không phải dòng cắt. Rơ-le không được tác động ở 1,05 lần dòng chỉnh và phải tác động ở 1,2 lần dòng chỉnh (ABB, catalogue rơ-le nhiệt, mục "Design and function"). Mitsubishi cũng lưu ý rơ-le xuất xưởng ở một trị số mặc định và phải chỉnh lại theo dòng đầy tải của động cơ tại công trường (catalogue MS-N, mục khởi động sao–tam giác EYD-N).

Vì thế chọn rơ-le có dải chỉnh chứa dòng nhãn động cơ, rồi vặn đúng con số đó. Ví dụ, bảng phối hợp của ABB cho động cơ 7,5 kW (15,5 A ở 400 V) dùng dải 12,5–16 A. Bảng của LS cho động cơ 11 kW (22 A ở 400 V) dùng rơ-le MT-63 dải 18–25 A. Bảng dưới là các ngưỡng thử của rơ-le CHINT NXR:

• Mất pha: rơ-le ABB loại TA có cơ cấu bảo vệ mất pha theo IEC 947-4-1, rút ngắn thời gian cắt khi mất một pha. CHINT NXR quy định: hai pha 1,15 lần dòng chỉnh, pha còn lại bằng 0 thì phải tác động trong 2 giờ.
• Bù nhiệt độ môi trường: rơ-le ABB loại TA bù nhiệt trong khoảng −25 đến +55 °C, rơ-le LS MT ghi −5 đến +40 °C. Ngoài dải này phải tra hệ số hiệu chỉnh của hãng. Ví dụ CHINT NXR in bảng hệ số cho nhiệt độ trên +40 °C và dưới −5 °C.
• Rơ-le LS MT có loại 2 phần tử nhiệt và loại 3 phần tử nhiệt, loại vi sai (differential) và không vi sai. Chọn theo yêu cầu bảo vệ ghi trong thiết kế.

5. Cấp cắt 10A, 10, 20, 30

Rơ-le phải cho động cơ chịu được quá dòng tạm thời lúc khởi động và chỉ cắt khi thời gian khởi động dài bất thường. Thời gian khởi động có thể từ vài giây (khởi động không tải) tới vài chục giây (tải có mô-men cản lớn, quán tính lớn). Vì vậy IEC 60947-4-1 chia rơ-le thành các cấp cắt (trip class), mỗi cấp một đường đặc tính (Schneider Electrical Installation Guide, mục "Motor protection functions").

Theo biểu đồ của ABB, con số của cấp cắt là thời gian cắt tối đa, tính bằng giây, ở 7,2 lần dòng chỉnh, khởi động từ trạng thái nguội. Bảng dưới ghép biểu đồ đó với khuyến nghị của Schneider:

• Cấp 10A hay gặp ở rơ-le nhiệt thông dụng. LS MT có cấp 10A (loại 2 và 3 phần tử nhiệt) và cấp 20 (loại vi sai MT-…/3D). CHINT NXR quy định ở 7,2 lần dòng chỉnh rơ-le cắt sau hơn 2 s, không quá 10 s.
• Ở ABB, rơ-le nhiệt TA tiêu chuẩn là cấp 10 (dải 0,1–310 A). Cấp 20 có ở TA25 đến TA80 (0,1–80 A), cấp 30 có ở dải 40–310 A. Rơ-le điện tử E16DU…E1250DU chỉnh được cấp 10, 20, 30.
• Rơ-le được chọn theo dòng định mức động cơ và thời gian khởi động tính toán (Schneider). Tải khởi động không tải, mô-men cản nhỏ, chỉ vài giây thì cấp 10 thường đủ. Tải mô-men cản lớn, quán tính lớn, khởi động vài chục giây thì xét cấp 20 hoặc 30, rồi đối chiếu thời gian khởi động với đường đặc tính của rơ-le.

6. Phối hợp kiểu 1, kiểu 2 với aptomat

IEC 60947-4-1 định nghĩa hai kiểu phối hợp giữa thiết bị bảo vệ ngắn mạch (aptomat hoặc cầu chì) và khởi động từ. Kiểu 1: khi ngắn mạch, contactor hoặc bộ khởi động không gây nguy hiểm cho người và công trình, nhưng có thể phải sửa hoặc thay phần tử mới dùng tiếp. Kiểu này hợp với máy thông dụng. Kiểu 2: không gây nguy hiểm và dùng tiếp được. Tiêu chuẩn chấp nhận rủi ro dính tiếp điểm, khi đó hãng phải chỉ dẫn cách bảo dưỡng. Kiểu này hợp với dây chuyền liên tục, máy quan trọng (Schneider Electrical Installation Guide, mục "Motor protection coordination"). Một số hãng còn có phối hợp toàn phần, không cho phép hư hỏng hay lệch chỉnh nào.

Phối hợp kiểu 2 chỉ đạt khi dùng đúng tổ hợp hãng đã thử, ở mức dòng ngắn mạch hãng ghi. Bảng dưới trích hai bảng phối hợp kiểu 2 ở 400 V. Ở tổ hợp ABB, aptomat bảo vệ động cơ MS (manual motor starter) có sẵn phần cắt nhiệt và cắt từ, nên dải trong ngoặc là dải chỉnh của MS và bảng không ghép rơ-le nhiệt riêng. LS ghép động cơ 4 kW và 7,5 kW với MC-40a, dù MC-18a đã có định mức AC-3 7,5 kW. Nghĩa là tổ hợp kiểu 2 có thể cần contactor lớn hơn mức AC-3 đơn thuần.

• Dòng ngắn mạch dự kiến tại tủ không được lớn hơn mức kA ghi ở đầu bảng phối hợp. Cách đọc khả năng cắt của aptomat xem chọn MCCB theo dòng ngắn mạch.
• Dùng cầu chì thay aptomat thì lấy cỡ cầu chì lớn nhất hãng cho phép với dải rơ-le, xem cầu chì gG, aM dùng khi nào.
• Cáp cấp cho động cơ chọn và kiểm điều kiện bảo vệ như mọi tuyến cáp khác, xem phối hợp cáp và aptomat.

7. Khởi động sao–tam giác

Khởi động sao–tam giác đấu động cơ hình sao lúc khởi động, làm dòng và mô-men giảm còn 1/3 so với khởi động trực tiếp, nhờ đó giảm sụt áp do dòng khởi động. Mitsubishi ghi bộ EYD-N hợp với động cơ lồng sóc 4 đến 250 kW khởi động không tải hoặc giảm tải. Mỗi bộ gồm ba contactor (chạy, tam giác, sao), một rơ-le nhiệt và một rơ-le thời gian. Thời gian chuyển sao sang tam giác đặt sẵn 10 s, chỉnh được từ 3 đến 30 s (catalogue Mitsubishi MS-N, mục 5).

Mitsubishi chỉ ghi cách này cho khởi động không tải hoặc giảm tải. Với động cơ lớn, Schneider nêu hai cách khác để giảm dòng khởi động là khởi động mềm và biến tần; xem biến tần cho quạt, bơm. Bảng dưới trích bảng chọn EYD-N cho động cơ 380–440 V: