“Sự cố hồ quang điện thường gây ra hư hỏng nặng các thiết bị điện khi bị sự cố của hệ thống điện tự dùng cũng như của lưới điện trung áp và hạ áp. Ngoài ra nó còn gây thương tích thậm chí chết người khi hồ quang điện xảy ra”

1. Đặt vấn đề

Hầu hết mọi người đều ý thức được mối nguy hiểm của điện giật và nguy cơ chết người do điện giật, tuy nhiên, không phải ai cũng đánh giá đúng mức độ nguy hiểm của hồ quang điện và nguy cơ gây bỏng nặng tiềm ẩn của nó. Các nghiên cứu gần đây về thương vong do điện gây nên cho thấy khoảng 75% các trường hợp bị thương theo hồ sơ bệnh án là bị bỏng, hậu quả của việc da thịt tiếp xúc trực diện với năng lượng bức xạ từ hồ quang điện.

Trong hệ thống điện thì hệ thống điện tự dùng trong các trạm biến áp và các nhà máy điện có vai trò rất quan trọng với hệ thống. Cũng như trong lưới điện trung áp và hạ áp, hiện nay để bảo vệ sự cố mới chỉ có trang bị các bảo vệ quá dòng điện, không có bảo vệ chống sự cố hồ quang điện. Trong phạm vi từ máy cắt tới biến dòng của mỗi ngăn lộ lại nằm ngoài vùng của các bộ bảo vệ của chính ngăn lộ đó, khi sự cố hồ quang điện xảy ra trong vùng chết này thì bảo vệ ngăn lộ không tác động. Trong các sự cố thì các sự cố do phóng điện hồ quang điện trong phạm vi khu vực máy cắt chiếm tỷ lệ lớn. Khi hồ quang xuất hiện thì hệ thống điện tự dùng của chúng ta lại không có bảo vệ để loại sự cố kịp thời mà phải đợi đến khi sự cố phóng điện hồ quang phát triển lan tràn thành 2 pha hoặc 3 pha thì bảo vệ mới tác động cắt máy cắt tổng ra. Khi đó hậu quả đã gây thiệt hại nặng về thiết bị và mất điện tự dùng phục vụ cho trạm biến áp và nhà máy điện.

Hình 1: Sự cố hồ quang điện gây ra

2. Các vấn đề liên quan đến hồ quang điện

2.1. Hồ quang điện là gì?

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 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.

Hình 2: Hồ quang điện

2.2. Tính chất của hồ quang điện

– Hiện tại phóng điện hồ quang hầu hết chỉ xảy ra khi dòng điện có trị số lớn;

– Trung tâm hồ quang thường có nhiệt độ rất lớn, trong các khí cụ nhiệt độ có thể lên đến 6000 – 80000 độ K;

– Ở cathode, mật độ dòng điện lớn, vào khoảng 104 – 105 A/cm2;

– Thực tế, sụt áp ở cathode không phụ thuộc vào dòng điện và thường bằng 10 – 20V;

– Ánh sáng mạnh, cháy và chói mắt;

– Không khí bị đốt nóng => Áp suất và âm thanh;

– ….

Hình 2: Tính chất của hồ quang điện

2.3. Tác hại của hồ quang điện

Hình 3: Sự nguy hiểm của hồ quang điện theo thời gian

– Ảnh hưởng đến các thiết bị điện:

+ Hiện tượng phóng hồ quang điện làm cho các thiết bị điện bị phá hủy. Nguyên nhân là do sự thay đổi điện áp đột ngột, ngắn mạch hệ thống cục bộ. Cụ thể, các tiếp điểm động lực bị đánh mòn, hỏng hóc dưới nền nhiệt tăng cao;

+ Phải thay thế các thiết bị đóng cắt hàng năm, có thể với số lượng lớn sẽ gây khó khăn cho doanh nghiệp;

+ 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 oxy 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 nhiệt, 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 trong thời gian vài ms. Áp suất tăng nhanh do giải thoát năng lượng sẽ làm mở tung các vách ngăn của tủ điện và gây ảnh hưởng tới tính mạng con người.

Hình 4: Ảnh hưởng của hồ quang điện tới thiết bị

– Ảnh hưởng đến con người:

+ Phóng điện hồ quang có thể gây cháy nổ, hỏa hoạn làm ảnh hưởng đến sức khỏe và tính mạng con người;

+ Nếu nhìn trực tiếp vào tia lửa hồ quang có thể làm cho các tế bào niêm mạc mắt bị chết, dẫn tới đau mắt hàn. Nếu không trang bị đồ bảo hộ trong quá trình, có thể làm cho các tế bào ngoài da bị chết, làm bong da mặt.

2.4. Nguyên nhân gây ra hồ quang điện

– Tiếp điểm lỗi:

+ Do nhiệt độ tăng cao hoặc quá tải trong thời gian dài;

+ Siết ốc không đủ lực;

+ Vận hành rung lắc;

+ Quá điện áp.

– Đông vật: Các động vật nhỏ làm tổ trong khoang tủ.

– Hư hỏng cách điện trong tủ điện;

– Hư hỏng thiết bị:

+ Sự cố hư hỏng đầu cáp;

+ Hư hỏng máy biến dòng điện/ máy biến điện áp;

+ Hư hỏng máy cắt.

– Lỗi người vận hành:

+ Làm rơi dụng cụ làm việc, ốc, vít,..

+ Bỏ quên tiếp địa, nối đất sau khi bảo dưỡng định kỳ,…

2.5. Cách phòng ngừa hiện tượng hồ quang trong tủ điện

– Tính toán kỹ các phụ tải sử dụng để tránh gây quá tải cho hệ thống;

– Bảo dưỡng, bảo trì tủ điện thường xuyên;

– Chú ý vị trí lắp đặt tủ điện, chỉ nên lắp đặt tại nơi khô ráo, sạch sẽ và tuyệt đối không đặt các vật, thiết bị khác lại gần tủ điện;

– Kiểm tra kĩ các thiết bị và kết nối bên trong tủ điện, thử nghiệm một cách nghiêm ngặt, quy củ để tránh các thiệt hại không đáng có.

2.6. Biện pháp và trang bị dập hồ quang

– Dập hồ quang trong thiết bị hạ áp:

+ Kéo dài hồ quang bằng cơ khí;

+ Phân chia hồ quang ra làm nhiều đoạn ngắn;

+ Dùng cuộn dây thổi từ kết hợp buồng dập hồ quang;

+ Dùng buồng dập hồ quang có khe hở quanh co;

+ Tăng tốc độ chuyển động của tiếp điểm động;

+ Kết cấu tiếp điểm kiểu bắc cầu.

– Dập hồ quang trong thiết bị cao áp:

+ Dập hồ quang trong dầu biến áp kết hợp phân chia hồ quang;

+ Dập hồ quang bằng khí nén;

+ Dập hồ quang trong chân không;

+ Dập hồ quang trong khí áp suất cao.

Ngoài các biện pháp trên, để hạn chế ảnh hưởng tối đa nhất của hồ quang, việc trang bi role bảo vệ hồ quang cho tủ điện là biện pháp hợp lý. Role sẽ tác động để ngắt nguồn điện đầu vào từ đó hạn chế sinh ra hồ quang.

3. Kết luận

Hồ quang điện là một hiện tượng thường xuất hiện trong tủ điện, lưới điện, tác hại của nó có thể gây thương tích cho con người, gây hư hỏng nặng cho thiết bị và gây sự cố lưới điện. Vì vậy cần phải có biện pháp hạn chế cũng như xử lý hồ quang. Ngoài các biện pháp truyền thống, việc ứng dụng thêm công nghệ bảo vệ mới như sử dụng role bảo vệ hồ quang,… cũng nên được áp dụng.