Bảo vệ hồ quang trong tủ điện quan trọng đến mức nào?

Trong những năm gần đây, người ta bắt đầu quan tâm nhiều hơn đến sự nguy hại của hồ quang điện đối với thiết bị điện và đặc biệt là những tai nạn đối với con người khi thiếu trang thiết bị đầy đủ để ngăn ngừa và bảo vệ.

Hồ quang điện là một dạng giải phóng năng lượng khi xảy ra sự cố ngắn mạch giữa pha – pha hoặc pha – đất dưới dạng nhiệt và ánh sáng mạnh. Nhiệt độ tại trung tâm có thể vượt quá 20.000 độ C làm làm nóng chảy và bốc hơi kim loại. Sự gia tăng nhiệt đột biến lan tỏa rất nhanh đối với các lớp không khí xung quanh gây ra áp lực cực lớn, hình thành vụ nổ nghiêm trọng làm phá hủy các thiết bị và gây tổn thương cho người xung quanh.

Video ghi lại cảnh phóng hồ quang khi thao tác máy cắt trung thế (có đến 80% sự cố điện gây ra bởi lỗi của con người theo khảo sát của OSHA)

Hiện nay trong tủ điện trung áp và hạ áp nói chung mới chỉ được trang bị bảo vệ quá dòng phạm vi từ biến dòng điện trở ra, còn phần từ biến dòng điện đến máy cắt và cả thanh cái lại nằm ngoài vùng bảo vệ của ngăn lộ, nếu có sự cố trong “vùng chết” này thì bảo vệ ngăn lộ này sẽ không tác động, khi đó phải trông chờ vào bảo vệ cấp trên (upstream) tác động. Tuy nhiên để đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ, thời gian tác động của bảo vệ cấp trên thường trễ hơn 500ms, khi đó hồ quang điện đã phát triển rộng và gây hậu quả nghiêm trọng.

Trong thiết kế tủ điện hiện nay, thông thường thanh cái chính và các thiết bị đóng cắt được lựa chọn đủ sức chịu đựng các lực điện động gây ra bởi dòng ngắn mạch lớn nhất khi tính toán trong vòng khoảng 1s. Thời gian đó là đủ lớn để bảo vệ cấp trên (upstream) tác động nếu không may sự cố xảy ra trong “vùng chết” của các ngăn lộ.

Điều không may đối với sự cố phóng hồ quang là khi mới bắt đầu hình thành phóng tia lửa điện (do cách điện lão hóa hoặc khoảng cách cách điện không đảm bảo, môi trường bụi bẩn…) thì dòng điện phóng trong không khí khi đó khá bé. Chỉ đến khi lớp không khí bị ô xy hóa và dòng điện ngắn mạch chảy qua hồ quang lúc này mới thực sự lớn. Dòng này có thể không phải là lớn so với khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch lớn nhất của thanh cái và thiết bị. Tuy nhiên, nhiệt độ phát sinh trong hồ quang rất lớn và tăng nhanh là nguyên nhân làm các bộ phận của tủ điện cháy thành tro chỉ trong thời gian vài miligiây. Áp suất tăng nhanh do giải thoát năng lượng sẽ làm mở tung các vách ngăn của tủ điện.

Thời gian khi xảy ra sự cố hồ quang là rất ngắn, chưa đến 10ms và là không đủ cho bất cứ thiết bị bảo vệ nào có thể tác động kịp. Do đó các rơ le phát hiện hồ quang được lắp trong các tủ điện ngày nay thường được sử dụng để phát hiện sớm (khi mới bắt đầu phát tia lửa điện đầu tiên).

Thường thì sự cố ngắn mạch xảy ra trong nội bộ tủ là rất hiếm và phần lớn có thể loại trừ được từ khi lắp đặt. Đa phần các sự cố xảy ra gây hỏa hoạn và phá hủy tủ điện đều xuất phát từ phóng điện hồ quang nội bộ (Internal Arc). Kể cả quá áp thao tác khi đóng cắt tụ bù không đúng cách cũng do hồ quang gây nên.

Kết luận:

Trong một công trình được đầu tư thì hệ thống tủ điện có giá trị đầu tư rất bé nhưng lại có vai trò rất quan trọng với hệ thống. Việc trang bị rơ le phát hiện hồ quang cho tủ điện là quan trọng hơn nhiều so với việc thiết kế, lựa chọn khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch cao của thanh cái và thiết bị. Việc chọn thiết bị có khả năng chịu ngắn mạch lớn hơn nhiều so với dòng ngắn mạch thực tế được tính toán chỉ làm cho giá trị tủ điện tăng lên (chi phí này có thể lớn hơn cả đầu tư rơ le bảo vệ hồ quang) nhưng lại không có hiệu quả bảo vệ.

Do đó để tối ưu trong thiết kế tủ bảng, việc lựa chọn dòng chịu đựng ngắn mạch cho thiết bị và thanh cái chỉ nên vừa đủ với tính toán. Trang bị thêm rơ le phát hiện hồ quang để ngăn ngừa các hiểm họa có thể xảy ra cho hệ thống tủ và tính mạng người vận hành là hết sức cần thiết.

Cảm ơn bạn đã đọc bài viết này, nếu thấy bài viết có ích giúp Namchip chia sẻ nó ngay bạn nhé. Hoặc bạn có thể để lại comment ở dưới. Namchip rất muốn nhận thêm chia sẻ và góp ý từ bạn!

2 Comments

Bình luận của bạn

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.

Đăng ký nhận thông báo

Đăng ký danh sách gửi email của Namchip để nhận thông tin các nội dung hữu ích và bài viết mới đến email của bạn.

Bạn đã đăng ký thành công! Vui lòng kiểm tra mail để xác nhận đăng ký!

Đã xảy ra lỗi.