Dòng rò điện có thể gây sự cố gì cho hệ thống

Trong vận hành các nhà máy công nghiệp hiện đại, sự ổn định của nguồn cấp điện đóng vai trò quyết định đến hiệu suất của toàn bộ dây chuyền sản xuất. Các thiết bị máy móc ngày nay không chỉ đơn thuần là động cơ cơ khí mà còn tích hợp nhiều hệ thống điều khiển điện tử vi xử lý nhạy cảm. Do đó, chất lượng điện năng không chỉ dừng lại ở việc duy trì điện áp ổn định mà còn liên quan mật thiết đến việc kiểm soát các dòng điện chạy sai lệch trong hệ thống.

Hiện tượng dòng điện rò rỉ xảy ra khi dòng điện không đi hoàn toàn trong dây dẫn pha và dây trung tính mà thoát ra ngoài qua vỏ máy, máng cáp hoặc đi xuống đất. Sự rò rỉ này xuất phát từ việc suy giảm chất lượng lớp cách điện hoặc do đặc tính điện dung ký sinh của các thiết bị bán dẫn công suất lớn. Khi dòng điện rò rỉ này xuất hiện, nó gây ra nhiễu loạn cho các tín hiệu điều khiển và có thể kích hoạt sai các thiết bị bảo vệ.

Để xác định và xử lý triệt để vấn đề này, các kỹ sư bảo trì cần sử dụng các công cụ đo lường chuyên biệt có khả năng phân tích dòng điện ở mức mili ampe. Việc trang bị ampe kìm đo dòng rò chất lượng cao cho phép đội ngũ kỹ thuật giám sát tình trạng hệ thống liên tục mà không cần ngắt điện. Nhờ đó, nhà máy có thể phát hiện sớm các nguy cơ tiềm ẩn để lên kế hoạch bảo dưỡng chủ động thay vì phải dừng máy để sửa chữa sự cố.

Dòng rò điện có thể gây sự cố gì cho hệ thống

I. TÁC ĐỘNG CỦA DÒNG ĐIỆN RÒ RỈ ĐẾN TÍN HIỆU CẢM BIẾN VÀ PLC

Hệ thống tự động hóa trong các nhà máy hoạt động dựa trên sự trao đổi tín hiệu liên tục giữa các cảm biến, bộ điều khiển lập trình PLC và cơ cấu chấp hành. Các tín hiệu này thường hoạt động ở mức điện áp thấp 24V DC hoặc dòng điện tín hiệu 4 đến 20 mA. Đây là những tín hiệu rất dễ bị sai lệch nếu môi trường xung quanh có sự xuất hiện của nhiễu điện từ trường mạnh.

Khi xảy ra hiện tượng rò điện, dòng điện rò rỉ sẽ chạy trên hệ thống vỏ máy và khung kim loại nhà xưởng để tìm đường về nguồn hoặc xuống đất. Dòng điện này tạo ra một trường điện từ biến thiên bao quanh các dây dẫn tín hiệu nằm gần đó. Nếu dây tín hiệu không được chống nhiễu tốt, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trong mạch điều khiển. Điều này làm thay đổi giá trị thực tế mà cảm biến gửi về bộ xử lý trung tâm.

Hậu quả của việc nhiễu tín hiệu do dòng rò bao gồm các hiện tượng sau:

Sai lệch số liệu đo lường: Các cảm biến nhiệt độ, áp suất hoặc lưu lượng báo về giá trị không chính xác. Ví dụ, nhiệt độ thực tế là 100 độ C nhưng bộ hiển thị lại nhận được tín hiệu tương đương 120 độ C hoặc dao động liên tục không ổn định.
Kích hoạt sai quy trình: Bộ điều khiển PLC nhận tín hiệu giả và ra lệnh đóng mở van hoặc khởi động động cơ không đúng thời điểm. Điều này có thể làm hỏng sản phẩm đang trên băng chuyền hoặc gây va chạm cơ khí.
Mất kết nối truyền thông: Dòng rò tần số cao gây nhiễu các giao thức truyền tin công nghiệp như Modbus, Profibus hoặc Ethernet IP. Các mô đun mở rộng I/O có thể bị mất tín hiệu kết nối ngắt quãng, làm gián đoạn quá trình giám sát trung tâm.

Dòng rò điện có thể gây sự cố gì cho hệ thống

II. HIỆN TƯỢNG THIẾT BỊ BẢO VỆ NGẮT MẠCH KHÔNG RÕ NGUYÊN NHÂN

Một vấn đề kỹ thuật phổ biến gây ảnh hưởng lớn đến thời gian hoạt động của nhà máy là việc các Aptomat chống dòng rò RCD hoặc ELCB bị tác động cắt điện dù không có sự cố quá tải hay ngắn mạch. Trong kỹ thuật điện, hiện tượng này được gọi là ngắt mạch sai hoặc ngắt mạch phiền toái. Nguyên nhân chính thường bắt nguồn từ sự tích tụ của dòng rò tự nhiên trong hệ thống điện.

Mỗi thiết bị điện tử như máy tính văn phòng, bộ nguồn chuyển đổi AC DC hay các bộ lọc nhiễu EMC đều có một lượng dòng rò nhỏ chạy qua tụ điện nối đất. Khi một tủ điện cấp nguồn cho hàng chục hoặc hàng trăm thiết bị như vậy, tổng dòng rò tại aptomat tổng sẽ là tổng đại số của tất cả các dòng rò nhánh cộng lại. Nếu giá trị tổng này tiệm cận ngưỡng bảo vệ của aptomat (thường là 30mA, 100mA hoặc 300mA), chỉ cần một dao động nhỏ khi khởi động cũng đủ để làm aptomat nhảy.

Việc xác định nguyên nhân trong trường hợp này đòi hỏi kỹ thuật viên phải đo đạc chính xác dòng rò tại từng nhánh tải. Sử dụng thiết bị đo chuyên dụng giúp phân tách hệ thống và xác định xem dòng rò đến từ hư hỏng cách điện thực sự hay chỉ là do cộng dồn thiết bị. Quy trình kiểm tra thường tập trung vào các yếu tố:

Đo dòng rò nền khi hệ thống hoạt động ổn định từ đó xác định giá trị dòng rò thường trực để chọn ngưỡng cài đặt aptomat phù hợp.
Đo dòng rò khởi động để kỹ sư ghi lại giá trị dòng điện rò rỉ cực đại xuất hiện trong thời gian ngắn khi bật máy để đánh giá khả năng chịu đựng của thiết bị bảo vệ.
Kiểm tra cân bằng pha đảm bảo tải được phân bố đều trên các pha để giảm thiểu dòng điện chạy trong dây trung tính và dòng rò tổng hợp.

Dòng rò điện có thể gây sự cố gì cho hệ thống

III. ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI TỪ BIẾN TẦN ĐẾN KẾT QUẢ ĐO LƯỜNG VÀ VẬN HÀNH

Trong các dây chuyền sản xuất hiện đại, biến tần VFD được sử dụng rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ. Tuy nhiên, nguyên lý hoạt động của biến tần dựa trên việc băm xung điện áp ở tần số cao, tạo ra các thành phần sóng hài bậc cao. Các thành phần tần số cao này dễ dàng rò rỉ qua điện dung ký sinh của dây dẫn động lực và cuộn dây động cơ xuống đất.

Dòng rò do sóng hài tần số cao này có đặc điểm vật lý khác hoàn toàn so với dòng rò do lỗi cách điện ở tần số lưới 50Hz. Dòng rò tần số cao thường không gây nguy hiểm trực tiếp về mặt điện giật cho con người nhưng lại gây nhiễu nghiêm trọng cho các thiết bị điện tử khác. Vấn đề nảy sinh khi các thiết bị đo lường thông thường không phân biệt được hai loại dòng điện này, dẫn đến việc báo cáo sai tình trạng kỹ thuật của hệ thống.

Để đánh giá đúng bản chất của sự cố, cần sử dụng các thiết bị đo có chức năng lọc tần số Filter. Chức năng này cho phép loại bỏ các thành phần nhiễu tần số cao, chỉ giữ lại thành phần dòng rò ở tần số cơ bản 50Hz hoặc 60Hz.

Lợi ích của việc phân tích dòng rò có lọc và không lọc:

Chế độ tắt lọc Filter OFF: Thiết bị đo hiển thị tổng dòng rò bao gồm cả thành phần tần số cao. Giá trị này dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm nhiễu điện từ của hệ thống và tính toán khả năng tác động của aptomat chống giật loại thông thường.
Chế độ bật lọc Filter ON: Thiết bị đo chỉ hiển thị dòng rò do điện trở cách điện suy giảm. Nếu giá trị này cao, chứng tỏ lớp vỏ cách điện của dây dẫn hoặc động cơ đã bị hư hỏng, cần dừng máy để thay thế ngay lập tức. Đây là chỉ số quan trọng để đánh giá an toàn điện.

Dòng rò điện có thể gây sự cố gì cho hệ thống

IV. GIẢI PHÁP GIÁM SÁT TRẠNG THÁI CÁCH ĐIỆN ONLINE KHÔNG CẮT ĐIỆN

Đối với các hệ thống quan trọng như trung tâm dữ liệu, bệnh viện, hoặc các nhà máy hóa chất hoạt động liên tục, việc cắt điện để kiểm tra điện trở cách điện bằng Megomet là phương án khó thực hiện. Phương pháp này yêu cầu cô lập hoàn toàn thiết bị, gây gián đoạn hoạt động kinh doanh. Do đó, kỹ thuật giám sát dòng rò trực tiếp trên đường dây đang mang điện trở thành giải pháp tối ưu.

Nguyên lý của phương pháp này dựa trên định luật Kirchhoff về dòng điện. Khi kẹp thiết bị đo bao quanh tất cả các dây dẫn hoạt động (bao gồm dây pha và dây trung tính), tổng từ trường sinh ra sẽ bằng không nếu không có dòng rò. Nếu có dòng điện rò rỉ ra ngoài vỏ máy hoặc xuống đất, tổng vector dòng điện sẽ khác không và thiết bị đo sẽ hiển thị giá trị chênh lệch này.

Phương pháp này mang lại hiệu quả rõ rệt trong công tác bảo trì ngăn ngừa nhờ khả năng theo dõi và phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường của hệ thống điện. Khi vật liệu cách điện dần lão hóa theo thời gian, dòng rò thường có xu hướng tăng lên, và việc giám sát chỉ số này giúp kỹ thuật viên dự đoán trước thời điểm cần bảo dưỡng, tránh nguy cơ xảy ra ngắn mạch đột ngột.

Quá trình đo đạc trực tiếp trên hệ thống đang vận hành cho phép xác định nhanh khu vực có vấn đề bằng cách kiểm tra tuần tự từ tủ điện tổng đến các tủ phân phối và từng thiết bị, mà không cần tháo dây hay dừng máy. Nhiều lỗi rò điện chỉ xuất hiện khi thiết bị hoạt động ở nhiệt độ cao hoặc tải lớn, nên phương pháp đo trong điều kiện vận hành thực tế sẽ phản ánh chính xác tình trạng cách điện, giúp phát hiện những rủi ro mà các phép đo khi hệ thống ngừng hoạt động không thể ghi nhận được.

V. YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI THIẾT BỊ ĐO DÒNG RÒ CHÍNH XÁC

Đo lường dòng điện rò rỉ đòi hỏi độ chính xác cao hơn rất nhiều so với đo dòng điện tải thông thường. Dòng rò thường có giá trị rất nhỏ, từ vài mili ampe đến vài ampe, trong khi dòng tải chạy trong dây dẫn có thể lên tới hàng trăm ampe. Để tách biệt được dòng rò nhỏ bé khỏi từ trường mạnh của dòng tải, thiết bị đo cần phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe về vật liệu và thiết kế. Sự sai lệch trong kết quả đo có thể dẫn đến việc nhận định sai lầm, hoặc bỏ sót lỗi nguy hiểm hoặc thay thế oan thiết bị còn tốt. Do đó, khi lựa chọn thiết bị, người sử dụng cần chú trọng đến các thông số kỹ thuật cốt lõi sau đây.

Các yếu tố quyết định chất lượng của thiết bị đo dòng rò:

1. Vật liệu lõi từ thẩm thấu cao:

Lõi của gọng kìm cần được chế tạo từ các hợp kim từ tính đặc biệt như Permalloy để đảm bảo độ nhạy cao nhất với các dòng điện yếu. Vật liệu thông thường sẽ không thể cảm ứng được dòng rò ở mức mili ampe.

2. Cấu trúc chắn từ Shielding:

Gọng kìm phải được bao bọc bởi lớp chắn từ để ngăn chặn nhiễu từ các dây dẫn lân cận. Trong tủ điện chật hẹp, từ trường của các dây cáp bên cạnh rất mạnh, nếu không có lớp chắn này, thiết bị sẽ hiển thị giá trị ảo.

3. Độ chính xác của hàm kẹp:

Bề mặt tiếp xúc của hai gọng kìm phải được gia công cơ khí chính xác tuyệt đối. Bất kỳ khe hở không khí nào dù nhỏ cũng làm thay đổi từ trở của mạch từ, dẫn đến sai số lớn khi đo dòng điện nhỏ.

4. Khả năng đo True RMS:

Dòng rò trong môi trường công nghiệp thường không có dạng sóng hình sin chuẩn do ảnh hưởng của các tải phi tuyến. Tính năng đo giá trị hiệu dụng thực True RMS giúp đảm bảo kết quả đo chính xác bất kể dạng sóng bị méo dạng như thế nào.

VI. MUA SẮM CÁC THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG TẠI HIOKI VIỆT NAM

Để đảm bảo hệ thống điện vận hành ổn định và giảm thiểu rủi ro dừng máy do các sự cố liên quan đến dòng rò, việc đầu tư vào thiết bị đo lường chất lượng là bước đi cần thiết. Hioki Việt Nam cung cấp các giải pháp đo lường điện toàn diện, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật khắt khe của ngành công nghiệp hiện đại. Các sản phẩm thiết bị đo tại Hioki Việt Nam được phát triển dựa trên nền tảng công nghệ cảm biến dòng điện tiên tiến, mang lại độ chính xác và độ bền cao.

Khi lựa chọn sản phẩm và dịch vụ tại Hioki Việt Nam, khách hàng sẽ nhận được:

Hệ thống sản phẩm đa dạng từ các dòng máy cầm tay nhỏ gọn đến các thiết bị ghi và phân tích dữ liệu chuyên sâu.
Tư vấn giải pháp kỹ thuật phù hợp với đặc thù hệ thống điện của từng nhà máy.
Dịch vụ bảo hành, hiệu chuẩn và sửa chữa theo tiêu chuẩn chính hãng.
Hỗ trợ kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng chi tiết để khai thác tối đa tính năng của thiết bị.

Trang bị thiết bị đo lường chính xác là giải pháp tối ưu để bảo vệ hệ thống điều khiển và duy trì hoạt động sản xuất liên tục. Hãy liên hệ với Hioki Việt Nam để được hỗ trợ các giải pháp kỹ thuật tốt nhất.

Sản phẩm liên quan