A-ISOMETER@iso-PV giám sát, tìm kiếm lỗi chạm đất một chiều cho nhà máy năng lượng mặt trời

Tổng quan

        Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ, hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Phía một chiều của hệ thống có thể được nối đất trực tiếp tại một cực, không nối đất hoặc nối đất ở phía AC. Hệ thống có thể cách ly hoàn toàn hoặc không cách ly giữa phía AC và DC. Các yếu tố thiết kế này ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu lỗi của hệ thống và đáp ứng hệ thống với sự cố chạm đất, làm tăng sự phức tạp trong thiết kế bảo vệ chạm đất.

Bài viết điểm qua hai cấu hình mạng nối đất DC và phương án bảo vệ, định vị lỗi chạm đất DC phổ biến hiện nay trong các nhà máy năng lượng mặt trời trên thế giới:

1. Hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng cấu hình nối đất phía DC

        Cấu hình phổ biến trong các hệ thống điện năng lượng mặt trời tại Mỹ và các hệ thống điện năng lượng mặt trời thương mại hiện nay là nối đất phía một chiều và cách ly hoàn toàn với phía xoay chiều. Cấu hình này sử dụng các bộ nghịch lưu, phần lớn được nối đất một cực của phía DC thông qua một cầu chì hoặc một bộ bảo vệ quá dòng. Đầu ra của các bộ nghịch lưu sử dụng máy biến áp cách ly nhằm cách ly toàn bộ phía DC với lưới. Một số bộ nghịch lưu nhỏ có thể sử dụng các máy biến áp tần số cao trong các mạch đóng cắt DC.

        Tiêu chuẩn Mỹ UL 1741 chỉ rõ yêu cầu về giá trị tối đa cho các thiết bị bảo vệ quá dòng cho các thiết bị phát hiện và cắt sự cố chạm đất trong các mạch nghịch lưu quang điện. Như ở bảng dưới đây, giá trị cài đặt phụ thuộc vào công suất của bộ nghịch lưu.

         Trước khi xây dựng lên bảng này, tiêu chuẩn không có yêu cầu về ngắt sự cố chạm đất. Những sửa đổi được bổ xung vào trong một vài trường hợp xảy ra lỗi chạm đất một pha trong hệ thống tại điện cực không nối đất dẫn đến phát sinh hồ quang giữa cáp và các thiết bị kim loại. Hồ quang trong một số trường hợp có thể phát sinh hỏa hoạn. Cài đặt các thiết bị bảo vệ quá dòng theo bảng trên thông thường có thể tránh được lỗi như vậy nhưng khó có thể tránh được các lỗi phát sinh do dòng điện rò giữa các phần tử quang điện trong hệ thống với đất. Với các bộ nghịch lưu công suất lớn, giá trị cài đặt dòng chạm đất càng lớn. Với các hệ thống pin năng lượng mặt trời công suất lớn, trong điều kiện làm việc bình thường với đủ bức xạ, vẫn có thể tồn tại dòng rò lớn hơn 1A từ thiết bị đến đất. Do đó, nếu cài đặt giá trị bảo vệ nhỏ có thể dẫn đến sự cố cắt điện ngoài ý muốn.

Hình 1. Chạm đất trên cực nối đất

        Khi xảy ra sự cố chạm đất giữa cực được nối đất và đất sẽ xuất hiện dòng điện dò chạy qua thiết bị bảo vệ quá dòng chạm đất vào đất qua dây nối đất của hệ thống. Thực tế, điện áp rơi trên cực nối đất rất nhỏ, và thông thường, trở kháng của mạch chạm đất lớn hơn so với dây dẫn nên tồn tại dòng chạy qua dây nối đất và chì bảo vệ của bộ bảo vệ chạm đất GFP không cắt. Sự tồn tại của dòng chạm đất không được phát hiện này có thể dẫn đến hiện tượng phát sinh hồ quang và hỏa hoạn khi xảy ra chạm đất ở điện cực còn lại với đất. Đây được gọi là điểm mù trong bảo vệ chạm đất với mạng cấu trúc kiểu này.

        Khi xảy ra chạm đất thứ hai tại cực không nối đất, dòng chạm đất sẽ đánh thủng cầu chì của mạch bảo vệ chạm đất. Tuy nhiên dòng chạm đất vẫn tồn tại khép mạch qua vị trí chạm đất của cực được nối đất. Với các hệ thống pin năng lượng mặt trời công suất lớn trên 500kW, dòng ngắn mạch có thể lên tới 1300A, phát sinh hồ quang với nhiệt độ lên đến 20000C dẫn đến nguy cơ phát sinh hỏa hoạn và phá hủy toàn bộ hệ thống.

Hình 2. Lỗi chạm đất tại điện cực không nối đất (chạm đất thứ hai)

         Như vậy với phương án bảo vệ chạm đất DC của cấu hình này là rất đơn gian và rẻ tiền, tuy nhiên tiềm ẩn lớn nguy cơ "mù chạm đất" và sự cố ngắn mạch xẩy ra.

2. Hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng cấu hình không nối đất phía DC

        Cấu hình mạng IT cho hệ thống năng lượng mặt trời được sử dụng phổ biến ở châu Âu và các vùng lãnh thổ bên ngoài Mỹ. Với cấu trúc mạng IT, không một cực nào của mạng pin quang điện được nối trực tiếp với hệ thống nối đất. Do đó, điểm mù trong bảo vệ chạm đất gần như khó có thể xảy ra giống như cấu trúc mạng TN. Tuy nhiên, khi xảy ra chạm đất thứ hai ở điện cực đối lập, có thể dẫn đến ngắn mạch và phá hủy toàn bộ hệ thống.

        Trong mạng IT, bảo vệ chạm đất được thực hiện trên cơ sở đo liên tục điện trở cách điện các cực so với đất. Trong điều kiện làm việc bình thường, điện trở cách điện hệ thống có thể lên đến vài trăm hoặc  vài nghìn kΩ. (Với hệ thống năng lượng mặt trời không sử dụng máy biến áp cách ly phía nghịch lưu, chuẩn DIN VDE V 0126-1-1:2006 – 01 quy định rõ, giá trị điện trở cách điện tối thiểu phải đạt mức ≥ 1kΩ/V (min.500kΩ) trước khi hệ thống được đóng vào lưới điện). Lỗi chạm đất được phát hiện khi điện trở hệ thống giảm xuống dưới mức cài đặt cho phép.

        Cấu hình hiện rất phổ biến trên thế giới do nhiều ưu việt mạng lại về tính liên tục và an toàn khi có sự cố chạm đất xẩy ra. Tại Việt Nam, theo tìm hiểu của chúng tôi, cấu hình này cũng được sử dụng phổ biến.

        Một trong những yêu cầu cơ bản của hệ thống mạng IT là phải đảm bảo hệ thống vẫn có thể làm việc bình thường khi xảy ra chạm đất đầu tiên mà không bỏ qua các yêu cầu an toàn cần thiết, đồng thời phải nhanh chóng cô lập được vị trí chạm đất. Để đảm bảo yêu cầu này, các mạng IT theo chuẩn IEC 60364-4-41:2005-12 và IEC 60364-7-712:2002 được sử dụng. Yêu cầu an toàn cho việc giám sát liên tục cách điện hệ thống được thực hiện bởi bộ A-Isometer Iso-PV của Bender. Thiết bị này giám sát liên tục điện trở cách điện hệ thống quang điện và đưa ra các cảnh báo sớm về thông tin cách điện của hệ thống để ngăn chặn trước khả năng gây gián đoạn hệ thống do sự cố suy giảm cách điện.

Hình 3. Nguyên lý bảo vệ chạm đất của hệ thống pin năng lượng mặt trời không nối đất.

        Trên hình 3 ta thấy điện trở cách điện của hệ thống được giám sát liên tục theo thời gian thực. Khi xảy ra chạm đất thứ nhất trên bất kỳ cực nào, hệ thống đều ghi nhận và đưa ra cảnh báo. Việc tìm kiếm sự cố chạm đất được thực hiện bởi bộ tìm kiếm sự cố chạm đất cầm tay EDS3090PG như sơ đồ nguyên lý dưới đây.

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống tìm kiếm sự cố chạm đất cầm tay sử dụng bộ EDS3090PG.

        Về bản chất, bộ EDS3090PG gồm một thiết bị phát xung tìm kiếm sự cố chạm đất PGH471 và bộ định vị sự cố chạm đất cầm tay EDS195P. Khi có sự cố chạm đất, người dùng có thể kết nối trực tiếp bộ PGH471 vào mạch DC của hệ thống để phát xung tìm kiếm sự cố, đồng thời sử dụng bộ EDS195P để định vị chính xác vị trí xảy ra sự cố. Việc này cho phép tìm kiếm sự cố chạm đất nhanh, chính xác mà không phải cắt điện, đảm bảo hệ thống vận hành liên tục.

        Với các hệ thống pin năng lượng mặt trời công suất lớn, người dùng có thể sử dụng kết hợp định bộ định vị sự cố chạm đất tự động EDS460-DG và bộ định vị vị trí cầm tay để giảm thời gian tìm kiếm sự cố chạm đất, nâng cao hiệu quả tìm kiếm.

Hình 5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống giám sát và tìm kiếm sự cố chạm đất cầm tay/tự động của Bender.

Các ưu điểm của hệ thống IT

  • Không gây gián đoạn cung cấp điện khi xảy ra sự cố chạm đất đầu tiên.
  • Tiêu chuẩn bảo vệ chống cháy cao.
  • Phát hiện sớm và đưa ra biểu đồ diễn biến quá trình suy giảm cách điện hệ thống.
  • Tăng cường bảo vệ an toàn cho người.
  • Chỉ có dòng DC tại các module quang điện, không có các xung dòng AC.
  • Hệ thống quang điện được giữ ở trạng thái sẵn sàng cao.
  • Cho phép định vị, dò tìm vị trí chạm đất trong quá trình vận hành.
  • Chi phí cho thời gian và con người giảm đáng kể.
  • Định vị chính xác vị trí lỗi cách điện tại các module quang điện.

Về cơ bản, với hệ thống IT, chi phí đầu tư ban đầu cho thiết bị bảo vệ chạm đất cao. Tuy nhiên, hệ thống IT có ưu thế cơ bản là không xuất hiện điểm mù trong bảo vệ chạm đất như hệ thống TN. Điện trở cách điện của hệ thống được đo lường, giám sát liên tục theo thời gian thực. Sự cố chạm đất có thể dễ dàng được định vị chính xác, nhanh chóng, giảm thiểu thời gian tìm kiếm và nguy cơ dừng hệ thống ngoài ý muốn trong quá trình vận hành.

Tài liệu tham khảo

  1. Renewable energy – Reliable and efficient use of the power of nature – Bender.
  2. Inverter ground fault detection “Blind spot” and mitigation methods – Greg ball, Bill Brooks, Jay Johnson, Jack Flicker.
  3. The ground fault protection Blind spot: A safety concert for larger photovoltaic systems in the US – A solar ABCs white paper.

Các bài viết khác

Giải pháp Giám sát năng lượng nhà máy

MES Engineering cung cấp giải pháp Quản lý KPI năng lượng cho nhà máy, bao gồm giải pháp trọn gói từ phần cứng tới hệ thống phần mềm quản lý, giúp nhà máy có cái nhìn toàn diện về tình hình sử dụng điện năng của mình và hiệu quả tương ứng đối với sản … Continue reading Giải pháp Giám sát năng lượng nhà máy

Bộ kiểm tra ắc quy cầm tay IBEX-Series

Bộ kiểm tra ắc quy cầm tay IBEX-Series

Bộ kiểm tra ắc quy cầm tay IBEX-Series là thiết bị kiểm tra ắc quy nhanh nhất,nhỏ nhất và chính xác nhất trong ngành công nghiệp hiện nay. Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống điện dự phòng và ngăn ngừa sự cố không mong muốn với IBEX-Series. Eagle Eye Power Solutions cungcấp nhiều bộ … Continue reading Bộ kiểm tra ắc quy cầm tay IBEX-Series

Hệ thống giám sát ắc quy iPQMS

Hệ thống giám sát ắc quy iPQMS

Hệ thống giám sát ắc quy iPQMS được thiết kế để đo trạng thái lão hóa của ắc quy dự phòng quan trọng bằng cách đo và ghi: điện áp hệ thống, dòng điện tải, điện áp đơn vị, điện trở nội tại / kết nối và nhiệt độ. IPQMS được thiết kế để sử dụng cho tối đa … Continue reading Hệ thống giám sát ắc quy iPQMS

THÔNG TƯ 25/2016/TT-BCT QUY ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI

THÔNG TƯ 25/2016/TT-BCT QUY ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI

Thông tư 25/2016/TT-BCT ngày 30/11/2016 quy định về các yêu cầu trong vận hành hệ thống điện truyền tải; dự báo nhu cầu phụ tải điện; lập kế hoạch phát triển lưới điện truyền tải; điều kiện, yêu cầu kỹ thuật và trình tự đấu nối vào lưới điện truyền tải; đánh giá an ninh hệ thống … Continue reading THÔNG TƯ 25/2016/TT-BCT QUY ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI

MCM: PHƯƠNG PHÁP THEO DÕI TÌNH TRẠNG ĐỘNG CƠ DỰA TRÊN MÔ HÌNH TOÁN HỌC

MCM: PHƯƠNG PHÁP THEO DÕI TÌNH TRẠNG ĐỘNG CƠ DỰA TRÊN MÔ HÌNH TOÁN HỌC

Khái quát Bài báo này trình bày về một sản phẩm/giải pháp đã được công nhận và đánh giá cao: Giải pháp giám sát tình trạng động cơ (MCM), để dự đoán bảo dưỡng hệ thống ba pha, bao gồm động cơ điện, máy phát điện, máy biến thế và các thiết bị hoặc quá … Continue reading MCM: PHƯƠNG PHÁP THEO DÕI TÌNH TRẠNG ĐỘNG CƠ DỰA TRÊN MÔ HÌNH TOÁN HỌC

Dự án tại Bệnh viện đa khoa Thanh Nhàn

Dự án tại Bệnh viện đa khoa Thanh Nhàn

Năm thực hiện: 2019 Địa điểm: Số 42 đường Thanh Nhàn, quận Hai Bà Trưng, thành phố Hà Nội Nội dung: Cung cấp hệ thống Tủ biến áp cách ly y tế cho phòng mổ, phòng gây mê, hồi tỉnh, Bộ cảnh báo đặt trong phòng mổ, Bộ cảnh báo từ xa, Bộ chuyển đổi giao thức mạng kết nối giám … Continue reading Dự án tại Bệnh viện đa khoa Thanh Nhàn

Chúc mừng năm mới – Xuân Kỷ Hợi 2019!

Chúc mừng năm mới – Xuân Kỷ Hợi 2019!

Thân gửi Quý Khách hàng, Lời đầu tiên xin cảm ơn Quý Khách hàng đã quan tâm,  lựa chọn và sử dụng các sản phẩm, dịch vụ do Công ty cổ phần MES-Engineering Việt Nam cung cấp. Sự tin tưởng lựa chọn của Quý Khách hàng là động lực thúc đẩy sự phát triển của MES-Engineering Việt Nam để cung cấp … Continue reading Chúc mừng năm mới – Xuân Kỷ Hợi 2019!

SmartPV: Giải pháp quản lý giám sát các trạm năng lượng mặt trời

SmartPV: Giải pháp quản lý giám sát các trạm năng lượng mặt trời

Giới thiệu Nền tảng Giải pháp hệ thống quản lý điện mặt trời SmartPV, là một giải pháp tổng thể cho việc giám sát và quản lý các trạm điện mặt trời với sự tích hợp thông suốt từ phần cứng tới phần mềm. SmartPV cho phép thu thập dữ liệu, truyền dẫn và theo … Continue reading SmartPV: Giải pháp quản lý giám sát các trạm năng lượng mặt trời

Dự án tại Bệnh viện Da liễu Trung Ương

Dự án tại Bệnh viện Da liễu Trung Ương

Năm thực hiện: 2018 Nội dung: Cung cấp tủ biến áp cách ly, hộp cảnh báo từ xa MK2007và bộ cảnh báo tủ IPS khu phòng mổ cho dự án tại Bệnh viện Da liễu Trung Ương. Địa điểm: 15 Phương Mai – Đống Đa – Hà Nội Bệnh Viện Da liễu Trung ương là Bệnh Viện chuyên khoa đầu ngành về chuyên ngành … Continue reading Dự án tại Bệnh viện Da liễu Trung Ương

Thư mời tham dự Triển lãm Electric & Power Vietnam 2018

Thư mời tham dự Triển lãm Electric & Power Vietnam 2018

Electric & Power Vietnam – Triển lãm quy mô quốc tế về Giải pháp Năng lượng và Điện của Việt Nam sẽ trở lại từ ngày 12 – 14 tháng 9 năm 2018 tại Trung tâm Hội chợ và Triển lãm Sài Gòn (SECC), Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam. Kết hợp với Industrial Automation … Continue reading Thư mời tham dự Triển lãm Electric & Power Vietnam 2018

Danh sách dự án Bệnh viện – sử dụng tủ BACL do MES-Engineering Việt Nam cung cấp

Danh sách dự án Bệnh viện – sử dụng tủ BACL do MES-Engineering Việt Nam cung cấp

Chúng tôi trân trọng cám ơn sự tin tưởng lựa chọn sản phẩm Hệ thống điện chuyên dụng y tế, điện cách ly y tế do MES-Engineering/BENDER cung cấp tại Việt Nam trong thời gian qua. Đây cũng là niềm vinh dự, tự hào của Chúng tôi với vai trò là Công ty tư vấn, … Continue reading Danh sách dự án Bệnh viện – sử dụng tủ BACL do MES-Engineering Việt Nam cung cấp

CHẠM ĐẤT MỘT CHIỀU TRONG NHÀ MÁY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (NLMT)

CHẠM ĐẤT MỘT CHIỀU TRONG NHÀ MÁY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (NLMT)

      Theo đánh giá của Hiệp hội năng lượng sạch Việt Nam, Việt Nam là một trong những quốc gia có ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong bản đồ bức xạ mặt trời thế giới. Vì thế, trong quy hoạch điện VII đã điều chỉnh đưa ra triển vọng và đặt kế … Continue reading CHẠM ĐẤT MỘT CHIỀU TRONG NHÀ MÁY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (NLMT)