Máy Cắt Không Khí ACB Là Gì? Cấu Tạo, Nguyên Lý & Bảo Dưỡng (2025)

Máy cắt không khí (Air Circuit Breaker – ACB) là một thiết bị đóng cắt tự động then chốt, được thiết kế để bảo vệ các hệ thống điện hạ thế khỏi các sự cố nghiêm trọng như quá tải và ngắn mạch. Điểm đặc trưng của ACB là nó sử dụng không khí làm môi trường để dập tắt hồ quang điện, thay vì dầu hay chân không (VCB).

ACB là “người khổng lồ” trong gia đình các thiết bị bảo vệ. Nếu bạn đã quen thuộc với Aptomat (CB), thì ACB chính là dòng aptomat tổng, chịu trách nhiệm cho các tải công suất cực lớn.

ACB (Air Circuit Breaker) Là Gì?

ACB (Air Circuit Breaker) là máy cắt không khí tự động, hoạt động ở cấp điện hạ thế (thường 380-690V) với dòng định mức rất cao (630A – 6300A). Chức năng chính là bảo vệ tổng cho hệ thống điện công nghiệp khỏi quá tải và ngắn mạch, sử dụng không khí để dập hồ quang.

Về cơ bản, ACB là một máy cắt không khí tự động, hoạt động ở cấp phân biệt điện trung thế, điện hạ thế và điện cao thế (điện áp đến 1kV, thường là 3 pha 380-690V). Nó được sử dụng cho các dòng định mức rất cao, thường từ 630A đến 6300A.

Trong khi MCB là gì? bảo vệ cho các nhánh tải nhỏ (đèn, ổ cắm) và MCCB là gì? dùng cho các nhánh động lực hoặc tủ phân phối nhỏ, thì ACB đứng ở vị trí tổng, bảo vệ toàn bộ nhà máy, tòa nhà hoặc một phân xưởng lớn.

Chức Năng Chính, Ưu & Nhược Điểm

Ngắt mạch tự động khi phát hiện quá tải (Ir), ngắn mạch (Ii), hoặc thấp áp (UVT). Ưu điểm: Giá thành thường thấp hơn VCB (máy cắt chân không), cấu tạo cơ khí dễ bảo dưỡng, và khả năng chịu dòng cắt ngắn mạch (Icu) cực cao (đến 150kA). Nhược điểm: Kích thước vật lý rất lớn, và cần bảo dưỡng định kỳ nghiêm ngặt do tiếp điểm tiếp xúc không khí dễ bị oxy hóa.

• Chức năng: Tự động ngắt mạch khi phát hiện quá tải (Ir = 0.4-1.0 In), ngắn mạch (Ii = 2-10 In), hoặc thấp áp (UVT). Nó bảo vệ các feeder nguồn chính hoặc các tải có công suất cực lớn (>400A).
• Ưu điểm: Giá thành thường thấp hơn VCB (máy cắt chân không), cấu tạo cơ khí dễ bảo dưỡng, và có khả năng chịu dòng cắt ngắn mạch (Icu) cực cao, lên đến 150kA.
• Nhược điểm: Kích thước vật lý rất lớn so với các loại CB khác. Do dập hồ quang bằng không khí, tiếp điểm dễ bị oxy hóa, đòi hỏi bảo dưỡng định kỳ nghiêm ngặt.

Ứng Dụng Của Máy Cắt Không Khí

ACB là thiết bị bảo vệ tổng không thể thiếu, thường được tìm thấy ở: Tủ điện tổng (MSB) của nhà máy, tòa nhà; lắp đặt ngay sau đầu ra hạ thế của Trạm biến áp phân phối; và là thành phần chính (liên động cơ khí) trong Tủ chuyển nguồn tự động (ATS).

ACB là trái tim của hệ thống điện công nghiệp. Bạn sẽ tìm thấy chúng ở:

• Tủ điện tổng (MSB): Đóng cắt cho toàn bộ hệ thống.
• Trạm biến áp phân phối: ACB được lắp ngay sau đầu ra hạ thế của máy biến áp.
• Tủ ATS (Chuyển nguồn tự động): Dùng 2 hoặc 3 ACB liên động cơ khí (Mechanical Interlock) để chuyển đổi giữa nguồn lưới và máy phát điện.

Ví dụ: Trong một nhà máy, khi xảy ra ngắn mạch nghiêm trọng, ACB tổng sẽ cắt nguồn trong vòng 50ms, ngăn chặn cháy nổ và bảo vệ các thiết bị đắt tiền phía sau nó.

Cấu Tạo Máy Cắt Không Khí ACB

Cấu tạo ACB có dạng module, gồm 2 phần: Cấu tạo bên trong (Buồng dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm chính/hồ quang, cơ cấu lò xo, bộ rơ le điện tử, biến dòng CT) và Cấu tạo bên ngoài (Nút nhấn On/Off, cần nạp lò xo, màn hình rơ le, bộ hiển thị trạng thái). ACB có 2 kiểu lắp đặt là Cố định (Fixed) và Kéo ra (Drawout).

ACB có cấu tạo phức tạp, dạng module, chia thành các bộ phận cơ khí bảo vệ bên trong và giao diện vận hành bên ngoài.

Cấu Tạo Bên Trong

Các bộ phận cơ khí cốt lõi bên trong ACB bao gồm: Buồng dập hồ quang (dập lửa điện), Hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang để giảm mài mòn), Cơ cấu truyền động lò xo (dự trữ năng lượng để đóng/cắt), Bộ Rơ le điện tử (bộ não xử lý tín hiệu) và Biến dòng (CT) (đo lường dòng điện).

1. Buồng dập hồ quang (Arc Chute): Bộ phận quan trọng nhất, chứa các tấm ngăn kim loại hình chữ V (V-shaped plates) và đôi khi là cuộn từ trường để kéo dài, phân chia và làm nguội hồ quang nhanh chóng.
2. Hệ thống tiếp điểm: Gồm tiếp điểm chính (bằng hợp kim bạc, chịu tải) và tiếp điểm hồ quang (bằng vật liệu bền, chịu hồ quang). Khi đóng, tiếp điểm hồ quang đóng trước. Khi mở, tiếp điểm chính mở trước, đảm bảo hồ quang luôn “cháy” trên tiếp điểm hồ quang, bảo vệ tiếp điểm chính.
3. Cơ cấu truyền động (Lò xo): ACB sử dụng cơ chế lò xo dự trữ năng lượng. Lò xo này được “nạp” (charged) bằng tay (cần gạt) hoặc bằng động cơ (Motor Drive).
4. Bộ Rơ le điện tử (Trip Unit): Đây là “bộ não” của ACB, nhận tín hiệu từ các Biến dòng (CT) tích hợp bên trong. Nó cho phép cài đặt chính xác các thông số bảo vệ (Ir, Ii) và thường có màn hình LCD hiển thị cường độ dòng điện là gì? và các thông số khác.
5. Các cuộn dây (Coils): Bao gồm Cuộn đóng (Closing Coil – CC) và Cuộn ngắt (Shunt Trip – SHT).

Cấu Tạo Bên Ngoài

Phần bên ngoài là giao diện vận hành, bao gồm: Các nút nhấn On/Off (đóng/mở thủ công tại chỗ), Cần nạp lò xo (dùng tay để nạp cơ khí), Bộ hiển thị trạng thái (chỉ thị ON/OFF, chỉ thị lò xo đã nạp/chưa nạp), và Màn hình Rơ le (dùng để cài đặt và đọc thông số).

• Buồng dập hồ quang: Thường thấy rõ ở phía trên.
• Các nút nhấn On/Off: Để đóng/mở tại chỗ.
• Cần nạp lò xo (Charging Handle): Dùng để nạp cơ khí.
• Bộ hiển thị trạng thái: Chỉ thị ON/OFF, chỉ thị lò xo đã nạp (Charged/Discharged).
• Màn hình Rơ le (Trip Unit): Để cài đặt và đọc thông số.
• Bộ đếm số lần đóng cắt (Counter).

ACB có 2 kiểu lắp đặt chính: Loại cố định (Fixed type) và Loại kéo ra (Drawout type). Loại drawout được gắn trên một cơ cấu giá trượt, cho phép kéo toàn bộ ACB ra khỏi tủ điện là gì? để bảo trì hoặc thay thế mà không cần ngắt điện toàn bộ hệ thống (busbar).

Nguyên Lý Hoạt Động Của Máy Cắt Không Khí ACB

ACB hoạt động dựa trên cơ chế lò xo dự trữ năng lượng. Khi ở trạng thái bình thường, lò xo đã nạp và tiếp điểm đóng. Khi rơ le phát hiện lỗi (quá tải, ngắn mạch) qua CT, nó sẽ cấp tín hiệu cho Cuộn ngắt (SHT). Cuộn ngắt kích hoạt, giải phóng năng lượng lò xo, làm mở tiếp điểm. Hồ quang điện sinh ra ngay lập tức bị luồng không khí mạnh thổi vào buồng dập, nơi nó bị kéo dài, phân chia, làm nguội và dập tắt hoàn toàn.

ACB hoạt động dựa trên cơ chế lò xo dự trữ năng lượng để đóng/mở và dập hồ quang bằng không khí.

1. Trạng thái bình thường: Lò xo ở trạng thái đã nạp (Charged). Các tiếp điểm chính đóng, dòng điện chạy qua. Bộ CT liên tục giám sát dòng điện thực tế.
2. Phát hiện lỗi (Quá tải/Ngắn mạch): Khi cường độ dòng điện vượt quá giá trị cài đặt trên rơ le (ví dụ, quá tải Ir hoặc ngắn mạch Ii), bộ vi xử lý của rơ le sẽ nhận tín hiệu từ CT.
3. Mở mạch (Trip): Rơ le tức thời gửi tín hiệu điện đến Cuộn ngắt (Shunt Trip). Cuộn ngắt kích hoạt cơ cấu lẫy, giải phóng năng lượng của lò xo đã nạp. Lò xo kéo hệ thống tiếp điểm mở ra.
4. Dập hồ quang: Ngay khi tiếp điểm tách rời, một hồ quang điện khổng lồ sẽ hình thành. Hồ quang này ngay lập tức bị luồng không khí mạnh (sinh ra do cơ chế cắt hoặc khí nén) thổi vào buồng dập hồ quang. Tại đây, hồ quang bị kéo dài ra, phân chia thành nhiều hồ quang nhỏ qua các tấm ngăn kim loại, nguội đi và bị dập tắt hoàn toàn khi dòng điện về 0.
5. Đóng lại: Để đóng ACB lại (sau khi lỗi đã được khắc phục), người vận hành phải nạp lại lò xo (bằng tay hoặc motor) và sau đó nhấn nút ON (hoặc cấp điện cho Cuộn đóng – CC).

Toàn bộ quá trình cắt (từ khi phát hiện lỗi đến khi dập tắt hồ quang) diễn ra cực nhanh, chỉ trong khoảng 30-50 mili giây (ms), đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Phân Loại Và Các Phụ Kiện Thường Gặp

ACB chủ yếu được phân loại dựa trên cơ chế dập hồ quang (thổi chéo, khí nén, từ tính). Các phụ kiện lắp thêm phổ biến nhất bao gồm: Motor Drive (MD) (để nạp lò xo tự động), Closing Coil (CC) (để đóng mạch từ xa), Shunt Trip (SHT) (để ngắt mạch từ xa), Under Voltage Trip (UVT) (bảo vệ thấp áp), và Mechanical Interlock (MI) (khóa liên động cơ khí cho tủ ATS).

Phân Loại ACB

Phân loại chính của ACB dựa trên phương pháp dập tắt hồ quang điện, bao gồm: Thổi chéo (Cross-blast) nơi luồng khí thổi ngang hồ quang, Thổi khí nén (Air-blast) dùng khí nén áp suất cao, và Thổi từ tính (Magnetic-blast) dùng từ trường để kéo dài và kiểm soát hồ quang.

ACB chủ yếu được phân loại dựa trên cơ chế dập hồ quang:

• Thổi chéo (Cross-blast): Luồng khí thổi ngang hồ quang.
• Thổi khí nén (Air-blast): Dùng luồng khí nén áp suất cao.
• Thổi từ tính (Magnetic-blast): Dùng từ trường để kéo dài và kiểm soát hồ quang.

Phụ Kiện Lắp Thêm (Accessories)

Đây là các module tùy chọn để tăng cường tự động hóa và giám sát, phổ biến nhất là: Motor Drive (MD) (tự động nạp lò xo), Shunt Trip (SHT) (ngắt từ xa), Closing Coil (CC) (đóng từ xa), Under Voltage Trip (UVT) (bảo vệ thấp áp), và Auxiliary Switch (AX) (tiếp điểm phụ báo trạng thái).

Đây là các module tùy chọn để tăng cường khả năng tự động hóa và giám sát:

• Motor Drive (MD): Động cơ điện (AC/DC 200-250V) để tự động nạp lại lò xo sau mỗi lần cắt. Rất cần thiết cho các hệ thống tự động.
• Closing Coil (CC): Cuộn đóng, dùng để đóng ACB từ xa (ví dụ: từ phòng điều khiển).
• Shunt Trip (SHT): Cuộn ngắt, dùng để ngắt ACB từ xa (kết hợp với rơ le bảo vệ ngoài, nút dừng khẩn cấp).
• Under Voltage Trip (UVT): Rơ le thấp áp, tự động ngắt ACB khi điện áp nguồn sụt giảm xuống dưới mức cho phép (thường 35-70% Uđm) để bảo vệ tải.
• Auxiliary Switch (AX): Tiếp điểm phụ, dùng để báo trạng thái ON/OFF của ACB về hệ thống điều khiển (PLC, SCADA).
• Mechanical Interlock (MI): Khóa liên động cơ khí, bắt buộc phải có khi lắp 2-3 ACB cho tủ ATS, ngăn chặn tuyệt đối việc cả hai nguồn cùng đóng vào một thời điểm.

Bảo Dưỡng Và Troubleshooting Máy Cắt ACB

Bảo dưỡng ACB định kỳ là một phần bắt buộc trong dịch vụ bảo trì hệ thống điện, bao gồm các bước: làm sạch buồng dập hồ quang, kiểm tra tiếp điểm (đo điện trở, độ mòn), bôi trơn cơ cấu, và test rơ le. Các lỗi phổ biến thường liên quan đến lò xo không nạp, hỏng cuộn đóng/ngắt (CC/SHT), hoặc tiếp điểm bị ăn mòn nhanh do môi trường.

Bảo dưỡng ACB là một phần bắt buộc trong dịch vụ bảo trì hệ thống điện định kỳ. Do hoạt động trong môi trường không khí và chịu tải nặng, tiếp điểm và cơ cấu cơ khí cần được kiểm tra thường xuyên theo tiêu chuẩn IEC 60947.

Đây là một phần quan trọng trong quy trình bảo trì tủ điện hạ thế tổng thể.

6 Bước Bảo Dưỡng ACB (HowTo)

Quy trình 6 bước chuẩn: 1. Ngắt nguồn và An toàn: Ngắt điện, khóa an toàn (LOTO). 2. Làm sạch: Vệ sinh buồng dập hồ quang, lau bụi than. 3. Kiểm tra tiếp điểm: Đo điện trở tiếp xúc (phải < 50μΩ) và độ mòn (thay nếu mòn > 20-30%). 4. Bôi trơn cơ cấu: Tra mỡ chuyên dụng. 5. Test Rơ le: Dùng máy test chuyên dụng bơm dòng giả lập lỗi. 6. Kiểm tra vận hành: Nạp/nhả 10 lần, đo thời gian đóng/cắt.

1. Ngắt nguồn và An toàn: Ngắt điện hoàn toàn, kéo ACB ra khỏi tủ (nếu là loại drawout), khóa an toàn (LOTO).
2. Làm sạch buồng dập hồ quang: Tháo buồng dập, dùng máy hút bụi và khăn sạch lau bụi than, kiểm tra các tấm ngăn không bị nứt vỡ.
3. Kiểm tra tiếp điểm: Đây là bước quan trọng nhất. Đo điện trở tiếp xúc (phải < 50μΩ). Kiểm tra độ mòn của tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang. Thay thế ngay nếu độ ăn mòn vượt quá 20-30% (tùy hãng).
4. Bôi trơn cơ cấu: Tra mỡ bôi trơn chuyên dụng vào các cơ cấu cơ khí, lò xo, bánh răng theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
5. Test Rơ le (Trip Unit): Sử dụng máy test rơ le chuyên dụng, bơm dòng giả lập các kịch bản quá tải, ngắn mạch để kiểm tra xem rơ le có tác động đúng theo cài đặt không.
6. Kiểm tra vận hành: Nạp/nhả lò xo bằng tay và bằng điện (nếu có MD) khoảng 10 lần. Đo thời gian đóng/cắt (< 50ms).

Trong quá trình bảo trì, kỹ sư thường kết hợp dịch vụ scan nhiệt tủ điện (Thermal Scan) để phát hiện các điểm tiếp xúc lỏng lẻo hoặc quá nhiệt tại đầu nối ACB với thanh cái Busbar là gì?.

Troubleshooting Lỗi Phổ Biến

Các lỗi phổ biến và cách khắc phục: Không đóng được (On): Kiểm tra lò xo (đã nạp chưa?), kiểm tra/thay cuộn CC. Không ngắt được (Off): Kiểm tra/thay cuộn SHT, kiểm tra cơ cấu kẹt. Bị ngắt (Trip) không rõ lý do: Calibrate lại rơ le, kiểm tra CT. Tiếp điểm mòn nhanh: Tăng tần suất bảo dưỡng, kiểm tra môi trường (bụi/ẩm).

Update 2025 Và Các Hãng Sản Xuất Phổ Biến

Update 2025: Xu hướng mới là số hóa và IoT (ví dụ: Schneider EasyPact MVS), cho phép giám sát thời gian thực các thông số (dòng, áp, cosφ) và thực hiện bảo trì dự đoán.
Các hãng phổ biến: Tại Việt Nam, các thương hiệu được tin dùng gồm Mitsubishi (bền bỉ), LS (giá cạnh tranh), Hyundai (Icu cao), Chint (kinh tế), và Schneider (mạnh về công nghệ số).

Update 2025: Xu hướng số hóa đang thay đổi ACB. Các dòng mới như Schneider EasyPact MVS hay Siemens 3WA tích hợp IoT, cho phép giám sát thông số thời gian thực (dòng, áp, hệ số công suất cosφ) và bảo trì dự đoán (predictive maintenance) dựa trên số lần cắt và độ mòn tiếp điểm, tăng hiệu suất vận hành lên đến 20%.

Các hãng phổ biến tại Việt Nam:

• Mitsubishi (Nhật Bản): Dòng AE-SW, nổi tiếng về độ bền bỉ, Icu cao (65-130kA).
• LS (Hàn Quốc): Dòng Metasol, chất lượng tốt, giá cạnh tranh, được dùng rất phổ biến.
• Hyundai (Hàn Quốc): Dòng UAS, khả năng chịu dòng cắt cao (đến 150kA).
• Chint (Trung Quốc): Dòng NXA, giải pháp kinh tế cho các dự án ngân sách vừa phải.
• Schneider Electric (Pháp): Dòng MasterPact và EasyPact MVS, mạnh về công nghệ số hóa và kết nối.

Việc lựa chọn hãng sản xuất phụ thuộc vào yêu cầu về dòng cắt (Icu) và ngân sách dự án.

Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ) Về ACB

1. ACB khác VCB thế nào? ACB dùng không khí cho hạ thế (<1kV), VCB dùng chân không cho trung thế (>1kV).
2. ACB có chống giật không? Không. ACB bảo vệ quá tải/ngắn mạch, không bảo vệ dòng rò. Cần dùng RCCB hoặc ELCB.
3. Icu là gì? Là khả năng chịu dòng ngắn mạch tối đa (ví dụ 65kA) mà ACB có thể cắt.
4. Chọn ACB thế nào? Phải dựa trên công suất toàn tải và dòng ngắn mạch tính toán, bắt buộc cần kỹ sư thiết kế.

1. ACB khác VCB (Máy cắt chân không) như thế nào?
   ACB (Máy cắt không khí): Dùng không khí dập hồ quang, chuyên dùng cho hạ thế (dưới 1kV).
   VCB (Máy cắt chân không): Dùng môi trường chân không dập hồ quang, chuyên dùng cho trung thế (từ 1kV đến 35kV).
   Bạn có thể xem thêm tại bài viết phân biệt điện trung thế, điện hạ thế và điện cao thế.
2. ACB có chống giật không?
   Không. Chức năng chính của ACB là bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Để bảo vệ chống dòng rò (chống giật), hệ thống phải lắp thêm các thiết bị chuyên dụng như RCCB hoặc ELCB ở các cấp phụ tải phía sau.
3. Dòng cắt Icu nghĩa là gì?
   Icu (Ultimate Breaking Capacity) là khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch tối đa mà ACB có thể cắt được (ví dụ 65kA, 100kA). Thông số này là một trong các ký hiệu và thông số trên Aptomat (CB) quan trọng nhất.
4. Làm thế nào để chọn ACB cho hệ thống?
   Việc lựa chọn phải dựa trên công suất của toàn bộ tải, dòng ngắn mạch tính toán tại điểm lắp đặt. Bạn có thể tham khảo bảng chọn Aptomat theo công suất (kW) để có cái nhìn sơ bộ, nhưng với ACB, việc này bắt buộc phải được thực hiện bởi kỹ sư thiết kế điện chuyên nghiệp.

*(Disclaimer: Thông tin trong bài viết được tổng hợp từ các nguồn chuyên gia và tài liệu kỹ thuật uy tín, chỉ mang tính chất tham khảo. Mọi hoạt động lắp đặt và bảo dưỡng phải được thực hiện bởi kỹ sư có đầy đủ chứng chỉ và chuyên môn. Cập nhật: 03/11/2025.)*