Hard

Kỹ Sư Điện Nhất Định Phải Biết Những Thiết Bị Này! (Phần 3)

Hành trình khám phá những “người bạn đồng hành” của kỹ sư điện vẫn chưa dừng lại!

Tiếp nối series thiết bị điện mà kỹ sư điện cần biết, hôm nay chúng ta sẽ gặp gỡ thêm những trợ thủ đắc lực khi làm việc tại hiện trường: máy kiểm tra cách điện, máy đo điện trở đất, và thiết bị kiểm tra rò rỉ điện.

Đây đều là những thiết bị không thể thiếu để đảm bảo an toàn, phát hiện sự cố sớm, và duy trì hệ thống điện hoạt động ổn định.

Hãy cùng khám phá vai trò của chúng qua những tình huống thực tế và bài học kinh nghiệm trong công việc nhé!

1. Máy kiểm tra cách điện (絶縁抵抗計) – “Người kiểm tra” an toàn điện

Anh Hùng, một thợ điện, vừa hoàn thành hệ thống điện cho một tòa chung cư. Trước khi bàn giao, anh dùng máy kiểm tra cách điện (Megger) để kiểm tra dây cáp. Kết quả cho thấy một đoạn cáp chỉ có điện trở cách điện 0.3MΩ – quá thấp so với tiêu chuẩn 1MΩ! Anh phát hiện lớp cách điện bị hỏng do thi công sai, thay cáp mới, và tránh được nguy cơ rò điện nguy hiểm.

Chức năng

Máy đo điện trở cách điện là công cụ đo lường điện trở của lớp cách điện, nhằm phát hiện các hư hỏng như rò rỉ điện hoặc hở cách điện. Thiết bị này áp dụng một điện áp cao vào vật cần đo và đo dòng điện rò để tính toán điện trở. Kết quả đo giúp đánh giá xem lớp cách điện có đảm bảo an toàn hay không, đặc biệt trong các hệ thống điện công nghiệp hoặc dân dụng.

Điện trở cách điện là khả năng ngăn dòng điện rò rỉ ra ngoài mạch chính. Nếu điện trở cách điện thấp, có thể gây rò điện, tăng nhiệt, hư hỏng thiết bị, thậm chí cháy nổ. Điện trở cách điện bị ảnh hưởng bởi môi trường và giảm dần theo thời gian, nên cần kiểm tra định kỳ. Đơn vị đo thường dùng là [MΩ].

Nguyên lý hoạt động

Máy đo điện trở cách điện tạo ra điện áp một chiều cao (DC100V ~ DC1000V) để đo dòng rò qua vật liệu cách điện, từ đó tính ra điện trở. Kết quả được hiển thị trên màn hình kỹ thuật số hoặc kim chỉ, cho phép đánh giá nhanh chóng.

Điện áp cần thiết để đo được tạo ra trong máy đo điện trở cách điện, nhưng trong máy đo cũ, máy phát điện quay tay đã được sử dụng. Ngày nay, hầu hết các máy đo điện trở cách điện đều sử dụng biến tần để tạo ra điện áp cao từ pin tích hợp.

Khi đo điện trở cách điện của cáp cao áp, lớp cách điện bên ngoài của cáp cũng dẫn dòng điện rò nhẹ, làm kết quả đo sai lệch so với giá trị thực của điện trở cách điện bên trong. Đây gọi là ảnh hưởng của điện trở bề mặt.

Để loại bỏ sai số này, các máy đo điện trở cách điện hiện đại (điện áp đo từ 500V trở lên, thang đo đến 1000 MΩ) thường được trang bị một đầu cực bảo vệ (G terminal).

Nếu bạn nối đầu G này quanh lớp cách điện bên ngoài cáp, dòng rò bề mặt sẽ bị triệt tiêu, giúp kết quả đo phản ánh đúng điện trở cách điện thật sự bên trong cáp.

Ngoài đo điện trở, một số loại còn tích hợp chức năng đo điện áp, kiểm tra thông mạch.

Các loại kiểm tra điện trở cách điện

Với thiết bị điện hạ thế (AC 100–200V), giá trị điện trở cách điện yêu cầu tối thiểu là 1 MΩ để đảm bảo an toàn, tránh nguy cơ rò điện, giật điện hoặc cháy nổ.

Giá trị này được quy định trong các tiêu chuẩn kỹ thuật thiết bị điện, nhằm đảm bảo cách điện luôn đạt yêu cầu trong suốt quá trình sử dụng thiết bị.

Ngoài đo ban đầu khi lắp đặt, điện trở cách điện cần được kiểm tra định kỳ mỗi năm một lần. Ngoài ra, còn có các hình thức kiểm tra khác:

Kiểm tra hoàn thiện: Sau khi lắp đặt xong thiết bị mới.
Kiểm tra hàng tháng: Tùy loại thiết bị, thực hiện từ 2 đến 12 lần/năm.
Kiểm tra định kỳ: Thực hiện thường niên, bắt buộc theo tiêu chuẩn.
Kiểm tra chính xác: Khi cần xác minh chi tiết hơn (không có tần suất cố định).
Kiểm tra tạm thời: Sau sự cố hoặc tai nạn, để tìm nguyên nhân và phòng ngừa tái phát.

Các vị trí cần đo điện trở cách điện. Một số ví dụ về nơi cần đo và ghi lại kết quả:

Thiết bị trạm biến áp: máy biến áp, tụ điện, thiết bị đóng cắt, chống sét, v.v.
Từ công tắc chính trạm biến áp đến các nhánh mạch tại bảng phân phối tầng.
Từ bảng phân phối đến thiết bị chiếu sáng, ổ cắm, tải.
Từ công tắc điều khiển động cơ đến động cơ ở mỗi tầng.
Từ khởi động từ (contactor) đến động cơ điện.

Cách sử dụng

Trước khi đo, kỹ sư phải tắt hoàn toàn nguồn điện của thiết bị hoặc hệ thống để đảm bảo an toàn.
Kết nối các đầu dò của máy đo: một đầu nối vào dây pha (dây dẫn), đầu còn lại nối vào vỏ thiết bị hoặc giữa các dây dẫn cần đo.
Chọn mức điện áp phù hợp để đo, ví dụ như 500V cho hệ thống điện dân dụng.
Khởi động máy và đọc kết quả điện trở cách điện trên màn hình. So sánh giá trị đo được với tiêu chuẩn kỹ thuật (thường là trên 1 MΩ).
Trong quá trình đo, tuyệt đối không được chạm vào dây hoặc đầu dò vì máy đang cấp điện áp cao, có thể gây nguy hiểm.

4. Máy đo điện trở đất (接地抵抗計) – “Lá chắn” bảo vệ hệ thống

Chị Mai, kỹ sư tại một trạm biến áp, được báo về một cột chống sét không hoạt động tốt sau cơn bão. Chị dùng máy đo điện trở đất, cắm ba cọc vào đất và đo. Kết quả cho thấy điện trở đất là 40Ω – quá cao so với tiêu chuẩn 5Ω! Chị kiểm tra, phát hiện cọc tiếp địa bị lỏng, sửa lại, và điện trở giảm xuống 2Ω, đảm bảo an toàn cho trạm.

Chức năng

Nối đất là việc tạo ra một kết nối có điện trở thấp giữa mạch điện hoặc thiết bị với đất. Hệ thống điện cần được đấu dây và nối đất đúng cách để đảm bảo thiết bị hoạt động an toàn. Việc này đòi hỏi toàn bộ hệ thống, các tải và thành phần mạch đều phải nối đất theo tiêu chuẩn kỹ thuật và các quy định của các tổ chức uy tín như IEEE.

Điện trở này bao gồm: Điện trở của dây nối đất, điện trở tiếp xúc giữa vật nối đất và đất, điện trở đất giữa các vật nối đất hoặc đến vô cực.
Các loại nối đất chính

Nối đất bảo vệ
Nối vỏ kim loại của thiết bị, cột điện, bê tông… nhằm ngăn ngừa nguy cơ điện tích tích tụ do hỏng cách điện.
Tiếp đất chống tĩnh điện
Nối đất cho các khu vực dễ cháy, bể chứa nhiên liệu, đường ống dẫn khí, thiết bị điện tử… để ngăn tĩnh điện gây cháy nổ hoặc hư hại.
Tiếp địa chống sét
Nối đầu nối đất của thiết bị chống sét như cột thu lôi với đất nhằm dẫn sét xuống đất, bảo vệ thiết bị điện và tài sản khỏi quá áp do sét. Còn gọi là nối đất bảo vệ quá áp.

Nguyên lý hoạt động

1. Nguyên lý đo kẹp đơn

Máy đo điện trở đất kiểu kẹp đơn hoạt động theo nguyên lý đo điện trở mạch vòng. Phần hàm kẹp của máy gồm hai cuộn dây: cuộn dây điện áp và cuộn dây dòng điện.

Cuộn dây điện áp tạo ra một điện thế kích thích E trên đoạn mạch cần đo.
Dưới tác dụng của điện áp này, dòng điện I sẽ chạy trong mạch đo.
Từ đó tính ra điện trở theo công thức: (R = E / I)

2. Nguyên lý đo 3 dây và 4 dây

Phương pháp 3 dây và 4 dây dùng để đo điện trở nối đất chính xác, đặc biệt thích hợp với hệ thống nối đất một điểm.Dòng điện xoay chiều danh định I chạy qua mạch giữa điện cực nối đất cần đo (E) và điện cực dòng điện (C hoặc H).
Điện áp V được đo giữa điện cực nối đất (E) và điện cực điện áp (P hoặc S).
Giá trị điện trở được tính bằng công thức:(R = V / I)

Phương pháp 4 dây còn thêm một điện cực nối đất phụ (ES) để tăng độ chính xác đo. Thường trong thực tế, điện cực ES và E được kẹp chung tại cùng một điểm trên thân nối đất.

3. Nguyên lý đo kẹp đôi

Phương pháp kẹp đôi dùng để đo điện trở nối đất của hệ thống nhiều điểm nối đất độc lập mà không cần cọc điện cực phụ.Một suất điện động xoay chiều V được tạo ra khi kẹp CT1 được kích hoạt, tạo dòng điện I chạy trong mạch vòng.
Dòng điện phản hồi I được đo qua kẹp CT2.
Điện trở được tính theo công thức:(R = V / I)

R là điện trở tổng của các điển trở cọc mắc song song.

5. Máy kiểm tra rò rỉ (漏れ電流測定器) – “Thám tử” tìm dòng điện trốn thoát

Câu chuyện thực tế

Anh Tuấn, thợ sửa chữa thiết bị y tế, được gọi đến bệnh viện vì một máy siêu âm cứ làm ngắt cầu dao. Anh dùng máy kiểm tra rò rỉ, kẹp vào dây pha và trung tính, phát hiện dòng rò rỉ lên tới 6mA – vượt xa ngưỡng an toàn 0.5mA! Anh kiểm tra, tìm ra một dây cách điện bị hỏng, thay mới, và máy hoạt động bình thường.