Tại sao Lỗi Chạm Đất DC Lại Nguy Hiểm?

Lời mở đầu

Lỗi chạm đất (Ground Fault) là một trong những sự cố phổ biến nhất trong các hệ thống điện mặt trời (PV), và chúng thường là nguyên nhân nguy hiểm nhất.

Khi một dây dẫn dòng điện một chiều (DC) trong mảng PV vô tình tiếp xúc với kim loại được nối đất, nó tạo ra lỗi chạm đất DC. Sự cố này có thể dẫn đến cháy nổ điện, hồ quang điện, hỏng hóc thiết bị và rủi ro an toàn nghiêm trọng cho nhân viên vận hành.

Với vai trò là nhà phân phối chính thức của Fluke tại Việt Nam, UNITEK cam kết mang đến những giải pháp đo lường chính xác nhất để bảo vệ an toàn và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời của quý khách hàng. Việc hiểu rõ cơ chế lỗi và có công cụ kiểm tra phù hợp là chìa khóa để duy trì độ tin cậy của hệ thống.

Cơ chế Lỗi chạm đất DC

Lỗi chạm đất DC phát sinh như thế nào?

Lỗi chạm đất DC xảy ra khi một dây dẫn mang dòng điện (như cực dương hoặc cực âm DC) tiếp xúc với một bề mặt kim loại được nối đất, chẳng hạn như khung module PV, giàn đỡ, ống dẫn hoặc dây dẫn nối đất thiết bị (EGC). Điều này khiến dòng điện chạy qua các đường dẫn ngoài ý muốn, thoát ra khỏi mạch điện được thiết kế ban đầu.

Mặc dù một lỗi đơn lẻ có thể không làm hệ thống ngừng hoạt động ngay lập tức, nhưng nó tạo ra dòng điện rò rỉ đi vòng qua các thiết bị bảo vệ và làm tăng rủi ro theo thời gian.

Nguy cơ cháy nổ và Lỗi thứ cấp

Nguy hiểm thực sự của lỗi chạm đất DC nằm ở sự kết hợp giữa dòng điện rò rỉ không được phát hiện và khả năng xảy ra lỗi chạm đất thứ cấp.

Trong một hệ thống được nối đất đúng cách, lỗi chạm đất thứ nhất tạo ra một đường dẫn xuống đất nhưng có thể quá nhỏ để kích hoạt thiết bị bảo vệ lỗi chạm đất (GFP - Ground Fault Protection). Trên thực tế, nhiều lỗi có dòng điện dưới 1 Ampe - nằm dưới ngưỡng phát hiện của các thiết bị ngắt phát hiện lỗi chạm đất thế hệ cũ (GFDI - Ground Fault Detection Interrupters).

Nếu lỗi chạm đất thứ hai phát sinh trên một dây dẫn khác, hai lỗi này có thể tạo ra một đường dẫn dòng điện song song, đi vòng qua cơ chế bảo vệ bên trong của inverter và cho phép một lượng lớn dòng điện chạy trực tiếp qua các bề mặt kim loại. Điều này có thể:

• Gây ra lỗi hồ quang DC (DC arc fault), gây ra rủi ro an toàn cho nhân viên

• Làm chảy lớp cách điện và dây dẫn, gây hỏng hóc thiết bị

• Đốt cháy các vật liệu xung quanh, gây ra hỏa hoạn

Case study: Vụ cháy Bakersfield năm 2009

Một trong những sự cố cháy PV do lỗi chạm đất được biết đến nhiều nhất xảy ra tại Bakersfield, California vào năm 2009.

Một hệ thống áp mái 383 kW đã gặp phải lỗi chạm đất 2,5 Ampe trên một dây dẫn 12 AWG. Hệ thống vẫn tiếp tục hoạt động vì dòng điện quá thấp để kích hoạt GFDI.

Sau đó, lỗi thứ hai xảy ra: một khớp giãn nở bị tách ra trên dây dẫn 500 MCM, gây ra lỗi chạm đất lớn với dòng điện 311 Ampe. Thay vì ngắt mạch an toàn, dòng điện quay trở lại qua lỗi chạm đất nhỏ ban đầu, làm dây dẫn quá nhiệt nhanh chóng và gây ra đám cháy trên mái nhà.

Hỏa hoạn trong một mảng PV 383kW, tại Bakersfield, California, năm 2009

Chuỗi sự kiện bi thảm này nhấn mạnh hai điểm quan trọng:

1. Ngay cả những lỗi nhỏ cũng tiềm ẩn nguy cơ lớn

2. Lỗi chạm đất không được phát hiện có thể leo thang thành sự cố thảm khốc

Khó khăn trong phát hiện Lỗi chạm đất

Hầu hết các lỗi chạm đất, đặc biệt là lỗi không liên tục hoặc lỗi ở mức thấp, không tạo ra đủ dòng điện để kích hoạt cơ chế bảo vệ lỗi chạm đất tiêu chuẩn, nhất là trong các inverter đã cũ, loại có biến áp  (transformer-based).

Dưới đây là các lý do:

1. Bảo vệ bằng cầu chì GFDI trong các inverter có biến áp thường yêu cầu vài Ampe để làm đứt cầu chì.

2. Bộ dò dòng điện dư (RCD - Residual Current Detectors) trong các inverter không biến áp nhạy hơn nhưng vẫn có ngưỡng nhất định (khoảng 300 mA trở lên).

3. Điều kiện môi trường (ví dụ: thời tiết hanh khô) có thể tạm thời làm tăng điện trở và che đi dấu hiệu lỗi.

4. Sự cố cách điện có thể chỉ gây rò rỉ dòng điện không liên tục (ví dụ: trong trời mưa hoặc khi mảng PV di chuyển theo bộ phận theo dõi).

Đó là lý do tại sao việc kiểm tra chủ động là rất cần thiết. Ngay cả khi một hệ thống đang chạy, nó vẫn có thể đang hoạt động với các lỗi ẩn.

Lỗi hồ quang và An toàn cho nhân viên

Lỗi chạm đất có thể gây ra lỗi hồ quang khi dây dẫn bị hỏng tạo ra một đường dẫn có điện trở cao, sinh ra nhiệt và tia lửa điện.

Hồ quang DC đặc biệt nguy hiểm vì:

- Chúng có thể tồn tại vô thời hạn cho đến khi nguồn điện bị ngắt.

- Chúng khó dập tắt hơn hồ quang AC.

- Chúng có thể đốt cháy các vật liệu xung quanh (bụi, nhựa, vật liệu cách điện, cỏ, vật liệu mái nhà).

Các mảng PV điện áp cao, chẳng hạn như loại hoạt động ở 1.000 VDC hoặc 1.500 VDC, đặc biệt dễ bị hồ quang kéo dài sau khi lỗi chạm đất hình thành.

Tác động gây nguy hiểm tính mạng

Ngoài việc gây cháy, lỗi chạm đất DC có thể dẫn đến các sự cố hồ quang điện (arc flash) gây rủi ro đe dọa tính mạng cho kỹ thuật viên.

Nếu hệ thống chứa một lỗi chạm đất ẩn, việc mở cầu chì hoặc tháo dây dẫn khỏi đầu cực có thể làm mở một mạch điện có dòng điện lưu thông và có khả năng gây ra sự phóng điện (flashover). Trong trường hợp xấu nhất, điều này dẫn đến:

• Bỏng nặng

• Tổn thương thính giác

• Chấn thương do vụ nổ

• Hỏng hóc thiết bị

Đây là lý do tại sao việc kiểm tra dòng điện trước khi mở bộ ngắt kết nối không có khả năng ngắt tải và sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE) là điều cần thiết khi làm việc với các hệ thống đang có điện, ngay cả khi hệ thống có vẻ hoạt động bình thường.

Quy trình và Biện pháp An toàn bắt buộc

Để kiểm tra an toàn, các kỹ thuật viên phải tuân thủ nghiêm ngặt các biện pháp sau:

1. Kiểm tra dòng điện trong mạch bằng Ampe kìm đo dòng không tiếp xúc trước khi mở các thiết bị ngắt kết nối không có khả năng ngắt tải như cầu chì hoặc kết nối giữa các module.

2. Sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân phù hợp:

     - Găng tay cách điện

     - Quần áo chống cháy

     - Tấm che mặt hoặc bộ đồ chống hồ quang điện, tùy thuộc vào quy mô hệ thống

Lỗi Chạm đất ảnh hưởng đến thiết bị ra sao?

Bên cạnh vấn đề an toàn, lỗi chạm đất còn làm suy giảm hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị. Nếu không được phát hiện và sửa chữa, chúng có thể:

• Khiến inverter bị ngắt liên tục, làm giảm thời gian hoạt động (uptime)

• Gây ra dữ liệu sai lệch trong hệ thống giám sát

• Dẫn đến ăn mòn hoặc hao mòn lâu dài tại vị trí lỗi

• Phá hủy module PV, hộp đấu dây hoặc dây dẫn chính

Ngoài ra, việc inverter bị ngắt lặp đi lặp lại do lỗi không được chẩn đoán có thể che giấu các vấn đề khác và làm tăng chi phí dịch vụ theo thời gian.

Tầm quan trọng của việc Phát hiện chủ động: Giải pháp từ Fluke và UNITEK

Cách tốt nhất để bảo vệ hệ thống là thông qua phát hiện sớm và cô lập. Tại Việt Nam, UNITEK - Nhà phân phối chính thức của Fluke, cung cấp các công cụ kiểm tra đẳng cấp thế giới, giúp kỹ thuật viên chủ động giải quyết nguy cơ. Dưới đây là ba công cụ chủ lực cho việc kiểm tra lỗi chạm đất DC:

Đồng hồ vạn năng cách điện Fluke 1587 FC

Thiết bị 2-trong-1 này là công cụ thiết yếu để đo điện áp, dòng điện, và đặc biệt là kiểm tra điện trở cách điện. Fluke 1587 FC cho phép kỹ thuật viên phát hiện sớm các điểm suy yếu cách điện trên dây dẫn, ống dẫn, hoặc đầu nối, ngăn chặn lỗi chạm đất phát sinh và leo thang thành sự cố nghiêm trọng.

Thiết bị định vị lỗi chạm đất Fluke GFL-1500

Công cụ chuyên dụng này giúp kỹ thuật viên nhanh chóng xác định chính xác vị trí lỗi chạm đất bằng cách tiêm tín hiệu và theo dõi đường đi của dòng rò rỉ, ngay cả khi dòng lỗi rất thấp. GFL-1500 loại bỏ phương pháp thử và sai tốn thời gian, giúp cô lập và sửa chữa lỗi một cách hiệu quả, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động của hệ thống.

Máy phân tích quang điện đa chức năng Fluke SMFT-1000

Đây là giải pháp toàn diện để kiểm tra hiệu suất, đường cong I-V và điện trở cách điện. SMFT-1000 đảm bảo hệ thống PV hoạt động theo thông số kỹ thuật, đồng thời cung cấp khả năng kiểm tra cách điện tiên tiến để xác nhận không có lỗi chạm đất ẩn sau khi lắp đặt hoặc bảo trì, đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn IEC 62446.

UNITEK cam kết cung cấp thiết bị chính hãng, kèm theo dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật và dịch vụ hiệu chuẩn chất lượng cao, đảm bảo thiết bị đo của bạn luôn đạt độ chính xác tối đa.

Thiết kế để phát hiện Lỗi Chạm đất an toàn hơn

Các kiến trúc hệ thống mới hơn giúp giảm thiểu rủi ro lỗi ẩn:

- Inverter không biến áp sử dụng tính năng phát hiện dòng điện dư (RCD) để tăng độ nhạy lỗi.

- Thiết bị điện tử công suất cấp module (MLPEs) giới hạn lỗi trong một module đơn lẻ.

- Các hệ thống không nối đất hoặc hệ thống nổi (floating systems) giảm khả năng tạo ra các đường dẫn xuống đất ngoài ý muốn.

Mặc dù vậy, những công nghệ này không phải là hoàn hảo. Kiểm tra và lập tài liệu thường xuyên phải là một phần của mọi quy trình bảo trì.

Lời kết

Lỗi chạm đất DC là một mối đe dọa thầm lặng đối với các hệ thống PV. Hiểu được tại sao lỗi chạm đất lại nguy hiểm là bước đầu tiên để phát triển các hệ thống điện mặt trời an toàn và đáng tin cậy hơn. 

Bước tiếp theo là hành động bằng cách sử dụng các quy trình và công cụ kiểm tra phù hợp. Đừng để những lỗi nhỏ đe dọa toàn bộ hệ thống của bạn.

Hãy liên hệ với UNITEK ngay hôm nay để được tư vấn về giải pháp bảo vệ hệ thống PV toàn diện!

📞 Hotline: 0946.999.975

📧 Email: customer@unitekco.com

🌐 Website: shop.unitekco.com