Lỗi chạm đất DC - Tảng băng chìm của hệ thống năng lượng mặt trời

TOP 10 sự kiện tiêu biểu của ngành năng lượng Việt Nam năm 2025 Năm 2025 khép lại, đánh dấu một “điểm rơi” quan trọng trong lịch sử phát triển năng lượng Việt Nam. Không còn là những bản quy hoạch nằm trên giấy, hay những tranh luận về cơ chế, 2025 là năm của hành động thực tiễn. Từ việc dòng khí LNG đầu tiên chính thức phát ra điện, đến việc định hình lại cơ cấu giá thị trường, ngành năng lượng đã thực sự bước qua giai đoạn “tăng trưởng nóng” để tiến vào kỷ nguyên “tối ưu hóa chiều sâu”. Dưới đây là 10 sự kiện tiêu biểu nhất, khắc họa bức tranh toàn cảnh đầy sống động của ngành năng lượng quốc gia trong năm qua do Hội đồng Khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam bình chọn.

Một hệ thống điện mặt trời áp mái 383 kW tại Bakersfỉeld 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 (Ground Fault Detection Interrupters). 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.

Vụ cháy solar áp mái tại Bakersfield năm 2009.

Chuỗi sự kiện 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.

Đồng hồ kiểm tra điện trở cách điện Fluke 1587 FC.

Tại sao lỗi chạm đất DC (DC Ground Fault) nguy hiểm?

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 PV module, 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.

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). 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 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. 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 dẫn đến:

- 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.

Thiết bị định vị lỗi chạm đất Fluke GFL-1500.

Tại sao lỗi chạm đất lại khó bị phát hiện?

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. Một vài lý do có thể kể đến gồm:

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

- 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).

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

- 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).

Các kiến trúc hệ thống solar mới sau này 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. Ngay cả khi một hệ thống đang chạy có vẻ ổn định, nó vẫn có thể đang chứa các lỗi ẩn. Kiểm tra và lập tài liệu thường xuyên phải là một phần của mọi quy trình bảo trì.

Thiết bị kiểm tra năng lượng mặt trời đa chức năng Fluke SMFT-1000.

Tầm quan trọng của việc phát hiện chủ động:

Cách tốt nhất để ngăn lỗi chạm đất trở nên nguy hiểm là phát hiện sớm và cô lập. Bằng sự kết hợp của nhiều công cụ đo khác nhau, kỹ thuật viên hiện trường có thể nhanh chóng phát hiện lỗi chạm đất DC tiềm ẩn và khắc phục trước khi nó trở nên nghiêm trọng.

Theo ông William White (Solar Subject Matter Expert | Senior Application Specialist tại Fluke Corporation), kỹ thuật viên solar có thể phát hiện sớm lỗi chạm đất DC thông qua các bước:

- Tiến hành kiểm tra điện trở cách điện.

- Xác định các dây dẫn có điện trở xuống đất thấp.

- Cô lập các chuỗi hoặc mạch điện có vấn đề trước khi xảy ra sự cố lớn.

- Tìm vị trí chính xác của lỗi chạm đất.

- Khắc phục sự cố.

Lỗi chạm đất DC không chỉ là một sự phiền toái, chúng còn là một mối đe dọa thầm lặng đối với các hệ thống PV. Nếu không được phát hiện, chúng có thể leo thang thành nguy cơ hỏa hoạn, hồ quang điện hoặc sự cố hệ thống hoàn toàn.

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./.

BBT TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM