Những sai lầm thường gặp khi lắp đặt thiết bị giám sát nối đất

Các lỗi nối đất trong quá trình lắp đặt thiết bị giám sát cách điện cảm biến là nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến sai số đo lường, các sự cố an toàn lao động và hỏng hóc thiết bị sớm trong các hệ thống phân phối điện trung và cao áp — đồng thời cũng là loại sự cố tại hiện trường thường xuyên bị chẩn đoán sai nhất. Khi một cách điện cảm biến tạo ra các chỉ số điện áp dao động, rơle bảo vệ hoạt động sai hoặc thiết bị giám sát bị hỏng trong vòng hai năm kể từ khi đưa vào vận hành, cuộc điều tra hầu như luôn tập trung vào thân cách điện cảm biến, mô-đun điện tử hoặc cáp tín hiệu trước khi ai đó kiểm tra cấu hình nối đất. Khi lỗi nối đất được xác định, thiệt hại đã xảy ra: hồ sơ tài sản ghi nhận sự cố linh kiện, việc thay thế đã được đặt hàng, và nguyên nhân gốc rễ sẽ gây ra sự cố tương tự trên thiết bị thay thế vẫn còn tồn tại. Các sai sót về nối đất trong các hệ thống giám sát cách điện cảm biến không phải là những lỗi ngẫu nhiên tại hiện trường — đó là những sơ suất có hệ thống trong thiết kế và lắp đặt, lặp lại trong mọi dự án nơi nối đất được coi là vấn đề thứ yếu thay vì là thông số kỹ thuật chính. Hướng dẫn này xác định những sai sót về nối đất có hậu quả nghiêm trọng nhất, giải thích cơ chế hỏng hóc vật lý của chúng và cung cấp khung lắp đặt giúp loại bỏ chúng trước khi đưa vào vận hành.

Mục lục

• Tại sao cấu hình nối đất lại là một thông số kỹ thuật chính đối với các thiết bị giám sát cách điện cảm biến?
• Những sai lầm nghiêm trọng nhất trong việc nối đất khi lắp đặt thiết bị giám sát điện áp cao là gì?
• Các lỗi nối đất biểu hiện như thế nào dưới dạng các sự cố đo lường và tai nạn an toàn?
• Khung nối đất phù hợp cho việc lắp đặt thiết bị giám sát cách điện cảm biến là gì?
• Câu hỏi thường gặp

Tại sao cấu hình nối đất lại là một thông số kỹ thuật chính đối với các thiết bị giám sát cách điện cảm biến?

Việc nối đất trong các hệ thống lắp đặt thiết bị giám sát cách điện cảm biến đảm nhận ba chức năng đồng thời và phần nào mâu thuẫn với nhau — mỗi chức năng tuân theo các yêu cầu khác nhau của Tiêu chuẩn IEC và mỗi chức năng sẽ gặp sự cố theo cách khác nhau khi cấu hình nối đất không đúng.

Chức năng 1 — Nối đất an toàn

Nối đất an toàn là việc kết nối các vỏ kim loại, kết cấu lắp đặt và các bộ phận dẫn điện có thể tiếp xúc của các thiết bị giám sát với hệ thống nối đất của trạm biến áp hoặc hệ thống phân phối điện, nhằm đảm bảo rằng các điện áp sự cố xuất hiện trên các bề mặt này sẽ được hệ thống bảo vệ triệt tiêu thay vì duy trì ở mức nguy hiểm mà nhân viên có thể tiếp xúc. Theo IEC 60364-4-41¹, dây dẫn nối đất an toàn phải đảm bảo tính liên tục và có điện trở đủ thấp để dòng điện sự cố có thể chạy với cường độ đủ lớn nhằm kích hoạt thiết bị bảo vệ phía thượng nguồn trong thời gian ngắt mạch theo yêu cầu đối với mức điện áp của hệ thống.

Đối với các thiết bị giám sát cách điện cảm biến trong hệ thống phân phối điện cao áp, yêu cầu về nối đất an toàn trở nên phức tạp do kết nối điện dung² giữa dây dẫn cao áp và thiết bị giám sát thông qua thân cách điện của cảm biến. Trong các tình huống sự cố — hiện tượng phóng điện qua cách điện, quá áp đột biến — đường dẫn điện dung này có thể truyền năng lượng sự cố đến vỏ thiết bị giám sát với tốc độ vượt quá khả năng chịu nhiệt của các dây dẫn nối đất an toàn có kích thước không phù hợp.

Chức năng 2 — Nối đất tham chiếu tín hiệu

Điểm nối đất tham chiếu tín hiệu xác định điểm tham chiếu điện áp cho mạch đo của bộ cách điện cảm biến — tức là điện thế làm chuẩn để đo tín hiệu điện áp được phân chia theo điện dung. Độ chính xác của mọi phép đo điện áp do bộ cách điện cảm biến tạo ra phụ thuộc trực tiếp vào độ ổn định và trở kháng của kết nối điểm nối đất tham chiếu tín hiệu này.

Khác với nối đất an toàn – vốn tận dụng được nhiều đường dẫn song song và có trở kháng thấp ở mọi tần số – nối đất tham chiếu tín hiệu đòi hỏi một điểm tham chiếu duy nhất, được xác định rõ ràng với các đặc tính trở kháng được kiểm soát. Việc sử dụng nhiều điểm nối đất tham chiếu tín hiệu sẽ tạo ra các vòng lặp nối đất; các kết nối tham chiếu tín hiệu có trở kháng cao sẽ gây ra nhiễu; và việc chia sẻ các điểm nối đất tham chiếu tín hiệu với các dây dẫn nối đất an toàn dòng điện cao sẽ đưa nhiễu tần số nguồn và nhiễu hài trực tiếp vào mạch đo lường.

Chức năng 3 — Nối đất EMC

Việc nối đất EMC giúp kiểm soát môi trường nhiễu điện từ của các linh kiện điện tử trong thiết bị giám sát bằng cách cung cấp các đường dẫn hồi lưu có trở kháng thấp cho các dòng điện nhiễu tần số cao, che chắn mạch tín hiệu khỏi các trường điện từ bên ngoài, đồng thời ngăn chặn nhiễu do thiết bị giám sát tạo ra lan truyền sang các mạch lân cận. Theo IEC 61000-5-2³, việc nối đất EMC hiệu quả đòi hỏi phải quản lý trở kháng theo tần số — một yêu cầu về cơ bản không tương thích với các nguyên tắc thiết kế tần số thấp, dòng điện cao của các hệ thống nối đất an toàn.

Xung đột giữa ba chức năng là nguyên nhân gốc rễ của hầu hết các sai sót trong hệ thống nối đất: các hệ thống được thiết kế chỉ nhằm đảm bảo hiệu suất nối đất an toàn sẽ làm ảnh hưởng đến độ ổn định của tham chiếu tín hiệu và hiệu suất tương thích điện từ (EMC); các hệ thống được tối ưu hóa cho độ chính xác của tham chiếu tín hiệu lại gây ra các thiếu sót trong nối đất an toàn; và các hệ thống cố gắng thực hiện cả ba chức năng bằng một dây dẫn nối đất duy nhất sẽ không thể đáp ứng đầy đủ bất kỳ chức năng nào trong số đó.

Chức năng nối đất	Tiêu chuẩn áp dụng	Cấu hình tối ưu	Chế độ lỗi nếu sai
Nối đất an toàn	IEC 60364-4-41	Nhiều đường dẫn song song, trở kháng DC thấp	Nguy cơ điện giật đối với nhân viên, hư hỏng thiết bị khi xảy ra sự cố
Tham chiếu tín hiệu	IEC 61869-1	Một điểm, điện thế ổn định, độ ồn thấp	Lỗi đo lường, vi phạm cấp độ chính xác
Nối đất EMC	IEC 61000-5-2	Cáp có lớp chắn, phụ thuộc tần số, một điểm	Sự can thiệp gây nhiễu, báo động giả

Những sai lầm nghiêm trọng nhất trong việc nối đất khi lắp đặt thiết bị giám sát điện áp cao là gì?

Sai lầm 1 — Nối đất tham chiếu tín hiệu với lưới nối đất bằng thép kết cấu

Sai lầm nghiêm trọng nhất trong việc nối đất khi lắp đặt các thiết bị cách điện cảm biến phân phối điện là việc nối trực tiếp cực nối đất tham chiếu tín hiệu của thiết bị giám sát vào lưới nối đất bằng thép kết cấu của trạm biến áp hoặc phòng điều khiển. Các kỹ sư thực hiện kết nối này vì lý do thuận tiện về mặt vật lý — thép kết cấu đã có sẵn, đã được nối đất, và việc nối vào đó dường như đáp ứng đồng thời cả yêu cầu về an toàn lẫn yêu cầu về tham chiếu tín hiệu.

Mạng lưới nối đất bằng thép kết cấu trong trạm biến áp phân phối điện dẫn dòng điện hồi do sự cố, dòng điện trung tính của máy biến áp và dòng điện hài từ các tải phi tuyến. Trong điều kiện vận hành bình thường, điện thế của mạng lưới nối đất bằng thép kết cấu dao động từ 0,5 V đến 5 V trên toàn bộ khu vực trạm biến áp do sự sụt áp điện trở gây ra bởi các dòng điện tuần hoàn này. Trong trường hợp xảy ra sự cố, sự dao động này có thể lên tới hàng trăm volt trong suốt thời gian khắc phục sự cố.

Một thiết bị giám sát cách điện cảm biến có điểm nối đất tham chiếu tín hiệu được kết nối với lưới nối đất bằng thép kết cấu sẽ đo điện áp so với một điểm tham chiếu vốn đang thay đổi — dẫn đến các sai số đo lường không thể phân biệt được với những dao động điện áp thực sự trên dây dẫn được giám sát. Độ lớn của sai số bằng với sự biến đổi điện thế của lưới tiếp đất: 0,5 V đến 5 V chồng lên tín hiệu 5 V đến 10 V dẫn đến sai lệch đo lường từ 5% đến 100% mà không có quy trình hiệu chuẩn nào có thể khắc phục được vì chính điểm tham chiếu cũng không ổn định.

Lỗi 2 — Bỏ qua việc nối đất cho vỏ thiết bị giám sát

Điều ngược lại với Sai lầm 1 cũng nguy hiểm không kém: bỏ qua hoàn toàn việc nối đất an toàn từ vỏ thiết bị giám sát, với lý do thiết bị này là “điện áp thấp” và do đó không cần nối đất an toàn. Cách suy luận này đã bỏ qua đường dẫn ghép điện dung giữa dây dẫn điện áp cao và thiết bị giám sát thông qua thân cách điện của cảm biến.

Trong điều kiện hoạt động bình thường, trở kháng điện dung của thân cách điện cảm biến giới hạn dòng điện tại vỏ thiết bị giám sát ở mức microampere — không đủ để gây hại. Trong các tình huống sự cố — như hiện tượng phóng điện qua thân cách điện, đột biến điện áp do sét đánh hoặc dao động tạm thời khi chuyển mạch — toàn bộ điện áp hệ thống sẽ xuất hiện tức thì tại vỏ thiết bị giám sát. Vỏ thiết bị không được nối đất sẽ trở thành bề mặt điện áp cao không nối đất, mà nhân viên bảo trì có thể tiếp xúc khi tiếp cận do nhầm lẫn với phân loại “điện áp thấp” của thiết bị.

Theo IEC 61140⁴, tất cả các bộ phận dẫn điện của thiết bị điện có thể bị nhiễm điện trong trường hợp sự cố đều phải được nối với hệ thống nối đất bảo vệ. Vỏ của thiết bị giám sát cách điện cảm biến rõ ràng nằm trong phạm vi áp dụng của yêu cầu này.

Lỗi 3 — Sử dụng cùng một dây dẫn cho cả đất an toàn và đất tham chiếu tín hiệu

Việc kết hợp nối đất an toàn và nối đất tham chiếu tín hiệu trên cùng một dây dẫn được quy định trong một tỷ lệ đáng kể các bản vẽ lắp đặt cách điện cảm biến — thường nhằm mục đích giảm chi phí và độ phức tạp. Dây dẫn kết hợp này phải đồng thời dẫn dòng điện hồi khi sự cố (chức năng an toàn) và duy trì một mức điện áp tham chiếu ổn định, ít nhiễu (chức năng tín hiệu). Những yêu cầu này về mặt vật lý là không tương thích với nhau.

Điện trở của dây dẫn nối đất tổng hợp đủ tiêu chuẩn cho việc nối đất an toàn — thường là từ 4 mm² đến 16 mm² đồng trên IEC 60364-5-54⁵ — dẫn dòng điện sự cố gây ra sụt áp dọc theo chiều dài dây dẫn. Đối với một dây dẫn nối đất kết hợp dài 10 mét, có tiết diện 4 mm² bằng đồng (điện trở ≈ 0,045 Ω/m) dẫn dòng điện sự cố 100 A:

$U_{drop} = I_{fault} × R_{conductor} = 100 × (0,045 × 10) = 45 V$

Sự sụt áp 45 V này xuất hiện trực tiếp tại cực nối đất tham chiếu tín hiệu của thiết bị giám sát — một sai số điện áp tham chiếu 45 V trên tín hiệu đo từ 5 V đến 10 V có thể làm hỏng mạch đo và có khả năng gây hư hỏng các thiết bị đo lường được kết nối.

Lỗi 4 — Có nhiều điểm nối đất trên lớp vỏ bọc của cáp tín hiệu

Theo hướng dẫn về lắp đặt dây tín hiệu đã nêu trước đây, lớp vỏ bọc của cáp tín hiệu chỉ được nối đất ở một đầu — cụ thể là ở đầu phía phòng điều khiển. Trong các hệ thống lắp đặt chú trọng đến việc nối đất, các kỹ sư hiện trường thường thêm một điểm nối đất cho lớp vỏ bọc ở đầu thiết bị giám sát cách điện cảm biến, với lý do rằng việc có thêm một điểm nối đất sẽ nâng cao độ an toàn bằng cách cung cấp một đường dẫn hồi dòng sự cố bổ sung.

Lý luận này đúng đối với việc nối đất an toàn nhưng sai đối với việc che chắn mạch tín hiệu. Lớp nối đất bổ sung tạo ra một vòng lặp nối đất với đường dẫn trở kháng đi qua lớp che chắn của cáp. Trong môi trường phân phối điện, sự chênh lệch điện thế nối đất giữa vị trí thiết bị giám sát và phòng điều khiển — cách nhau từ 20 m đến 200 m — tạo ra dòng điện tuần hoàn trong vòng lặp này, dẫn đến sụt áp trên điện trở của lớp che chắn, biểu hiện dưới dạng nhiễu chế độ chung trên mạch tín hiệu.

Đối với một sợi cáp có lớp chắn dài 50 mét, có điện trở lớp chắn là 0,02 Ω/m và chênh lệch điện thế so với đất giữa hai đầu là 2 V:

$I_{loop} = \frac{V_{EPD}}{R_{screen}} = \frac{2}{0,02 \times 50} = 2\ \text{A}$

Dòng điện tuần hoàn trong lớp vỏ bảo vệ cáp tạo ra nhiễu điện từ trong các dây dẫn tín hiệu, khiến các tín hiệu ở mức milivôn từ đầu ra của bộ cách điện cảm biến bị lấn át hoàn toàn.

Sai lầm 5 — Diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn đất không đủ để chịu được năng lượng sự cố

Các thiết bị giám sát cách điện cảm biến trong hệ thống phân phối điện cao áp được kết nối — thông qua thân cách điện cảm biến — với các dây dẫn có năng lượng sự cố lên đến hàng MVA. Dây dẫn nối đất an toàn từ vỏ thiết bị giám sát phải có khả năng chịu được dòng điện sự cố dự kiến trong thời gian ngắt mạch của hệ thống bảo vệ phía thượng nguồn mà không bị hư hỏng do nhiệt.

Theo tiêu chuẩn IEC 60364-5-54, tiết diện tối thiểu của dây dẫn nối đất bảo vệ là:

$S = \frac{I \times \sqrt{t}}{k}$

Ở đâu $I$ là dòng điện sự cố dự kiến (A),$t$ là thời gian khắc phục sự cố (giây), và $k$ là hằng số vật liệu (115 đối với đồng có lớp cách điện PVC). Đối với hệ thống phân phối 12 kV có dòng sự cố dự kiến là 10 kA và thời gian ngắt mạch là 0,5 giây:

$S = \frac{10.000 \times \sqrt{0,5}}{115} \approx 61,5\ \text{mm}^2$

Các hệ thống lắp đặt tại hiện trường thường sử dụng dây dẫn nối đất an toàn có tiết diện 4 mm² hoặc 6 mm² cho các thiết bị giám sát — những dây dẫn này sẽ bị phá hủy do nhiệt chỉ trong vài mili giây sau khi xảy ra sự cố, khiến vỏ thiết bị giám sát bị mất nối đất vào thời điểm nguy hiểm nhất.

Các lỗi nối đất biểu hiện như thế nào dưới dạng các sự cố đo lường và tai nạn an toàn?

Các lỗi nối đất trong hệ thống giám sát cách điện cảm biến tạo ra các dấu hiệu sự cố thường bị nhầm lẫn với các nguyên nhân khác. Việc nhận diện các dấu hiệu này như là các chỉ báo về sự cố nối đất — thay vì sự cố của các bộ phận — là chìa khóa để khắc phục sự cố một cách hiệu quả.

Các dấu hiệu cho thấy lỗi đo lường

Giá trị hiển thị bằng không khi không tải — khi dây dẫn được giám sát không có điện, thiết bị giám sát cách điện cảm biến được nối đất đúng cách sẽ hiển thị giá trị bằng không. Thiết bị có điểm tham chiếu tín hiệu nổi hoặc được nối đất không đúng cách sẽ hiển thị giá trị khác không, phụ thuộc vào điện thế đất tại cực tham chiếu của nó. Các giá trị từ 0,1 V đến 2 V khi không tải là đặc trưng của các lỗi nối đất tham chiếu tín hiệu và thường được chấp nhận là “độ lệch của thiết bị” thay vì được điều tra như các sự cố nối đất.

Các giá trị đo có mối tương quan với tải của đường dây phân phối liền kề — tức là các sai số đo lường tăng hoặc giảm tỷ lệ thuận với dòng tải trên đường dây phân phối liền kề — chứ không phải trên đường dây phân phối đang được giám sát — cho thấy điểm nối đất tham chiếu tín hiệu được kết nối với một điểm trên lưới nối đất dẫn dòng hồi từ đường dây phân phối liền kề. Mô hình tương quan này là dấu hiệu đặc trưng cho việc kết nối điểm nối đất tham chiếu tín hiệu với lưới nối đất bằng thép kết cấu (Lỗi 1).

Các sai số đo lường chỉ xuất hiện trong các sự cố trên các mạch lân cận — các thiết bị giám sát hoạt động chính xác trong điều kiện bình thường nhưng lại cho kết quả sai lệch khi xử lý sự cố trên các mạch lân cận thường có dây dẫn nối đất an toàn có tiết diện không đủ để chịu được năng lượng sự cố (Lỗi 5) hoặc các điểm nối đất tham chiếu tín hiệu được kết nối với đường dẫn hồi dòng sự cố.

Sự suy giảm độ chính xác theo từng đợt có mối liên hệ với nhiệt độ môi trường — các kết nối dây dẫn nối đất dựa trên lực nén cơ học thay vì các mối hàn hoặc mối hàn thiếc sẽ có điện trở tiếp xúc ngày càng tăng khi chịu tác động của chu kỳ nhiệt. Sự suy giảm độ chính xác trở nên nghiêm trọng hơn vào mùa hè và phục hồi vào mùa đông cho thấy điện trở của kết nối nối đất đang chịu tác động của chu kỳ nhiệt — một dạng hỏng hóc tiến triển thành tình trạng ngắt mạch của kết nối nối đất mà không có bất kỳ sự thay đổi đột ngột nào có thể quan sát được.

Các dấu hiệu của sự cố an toàn

Cảm giác giật điện khi chạm vào vỏ thiết bị giám sát trong quá trình đóng cắt — các điện áp thoáng qua do hiện tượng kết hợp điện dung xuất hiện trên vỏ thiết bị giám sát không được nối đất đầy đủ trong quá trình đóng cắt cho thấy hoặc là dây dẫn nối đất an toàn có tiết diện quá nhỏ (Lỗi 5) hoặc là thiếu kết nối nối đất cho vỏ thiết bị (Lỗi 2). Đây là một sự cố an toàn báo trước đòi hỏi phải tiến hành kiểm tra hệ thống nối đất ngay lập tức — chứ không phải là một hiện tượng phiền toái có thể chấp nhận như một hành vi bình thường của tủ đóng cắt.

Sự cố mô-đun điện tử của thiết bị giám sát trong vòng 18 tháng kể từ khi đưa vào vận hành — sự cố sớm của mô-đun điện tử trong các thiết bị giám sát cách điện cảm biến là hậu quả phổ biến nhất do việc nối đất EMC không đảm bảo. Các dòng điện nhiễu tần số cao, vốn lẽ ra phải được dẫn xuống đất một cách an toàn thông qua hệ thống nối đất EMC được cấu hình đúng cách, lại đi qua các mạch bên trong của mô-đun điện tử, từ đó làm hỏng các linh kiện được thiết kế để chịu dòng điện ở mức tín hiệu.

Khung nối đất phù hợp cho việc lắp đặt thiết bị giám sát cách điện cảm biến là gì?

Bước 1 — Thiết lập các hệ thống đất tham chiếu an toàn và tín hiệu riêng biệt
Ngay từ đầu, cần thiết kế hệ thống nối đất với các dây dẫn riêng biệt về mặt vật lý cho nối đất an toàn và nối đất tham chiếu tín hiệu. Dây dẫn nối đất an toàn kết nối vỏ thiết bị giám sát với thanh nối đất chính của trạm biến áp thông qua một dây dẫn chuyên dụng có kích thước được tính toán theo công thức năng lượng sự cố IEC 60364-5-54. Dây dẫn nối đất tham chiếu tín hiệu kết nối đầu nối tham chiếu tín hiệu của thiết bị giám sát với một điểm tham chiếu nối đất chuyên dụng, ít nhiễu — thường là thanh nối đất thiết bị trong phòng điều khiển, được cách ly khỏi lưới nối đất kết cấu thép bằng một trở kháng xác định.

Bước 2 — Xác định kích thước dây dẫn nối đất an toàn để chịu được năng lượng sự cố
Tính toán tiết diện tối thiểu của dây dẫn nối đất an toàn bằng công thức IEC 60364-5-54 cho từng vị trí lắp đặt thiết bị giám sát cách điện cảm biến. Sử dụng dòng điện sự cố dự kiến tại vị trí lắp đặt thiết bị giám sát — chứ không phải mức định mức bảo vệ phía thượng lưu — và thời gian ngắt mạch sự cố tối đa của thiết bị bảo vệ phía thượng lưu. Chỉ định tiết diện dây dẫn theo kích thước tiêu chuẩn gần nhất lớn hơn giá trị tối thiểu đã tính toán, với mức tối thiểu là 16 mm² cho tất cả các lắp đặt thiết bị giám sát phân phối điện cao áp, bất kể giá trị tính toán là bao nhiêu.

Bước 3 — Nối đất tham chiếu tín hiệu với thanh nối đất của thiết bị
Kết nối cực nối đất tham chiếu tín hiệu của mỗi thiết bị giám sát cách điện cảm biến với thanh nối đất thiết bị trong phòng điều khiển bằng cách sử dụng dây dẫn có vỏ bọc chống nhiễu chuyên dụng — không được sử dụng dây dẫn nối đất an toàn cũng như lưới nối đất bằng thép kết cấu. Thanh nối đất thiết bị phải đáp ứng các yêu cầu sau:

• Chỉ được nối đất với lưới nối đất của trạm biến áp chính tại một điểm duy nhất — nhằm ngăn chặn dòng điện tuần hoàn từ lưới điện chính xâm nhập vào hệ thống nối đất của thiết bị
• Được cách ly hoàn toàn với kết cấu thép và hệ thống máng cáp dọc theo toàn bộ chiều dài
• Đã kiểm tra độ ổn định điện thế đất: độ dao động < 50 mV trong điều kiện tải tối đa

Bước 4 — Thực hiện nối đất màn chắn cáp tại một điểm
Chỉ nối đất tất cả các lớp vỏ bọc của cáp tín hiệu tại đầu thanh nối đất của thiết bị đo lường trong phòng điều khiển. Tại đầu thiết bị giám sát cách điện của cảm biến, nối lớp vỏ bọc vào một đầu nối vỏ bọc cách ly — được kết nối cơ học với dây dẫn vỏ bọc nhưng cách ly điện với vỏ thiết bị giám sát và với điểm nối đất an toàn tại chỗ. Dán nhãn tất cả các đầu nối vỏ bọc cách ly bằng bút đánh dấu vĩnh viễn và ghi chép cấu hình nối đất một điểm vào bản vẽ hoàn công.

Bước 5 — Lắp đặt thiết bị chống sét tại đầu nối tín hiệu của thiết bị giám sát
Lắp đặt các thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61643-1 giữa đầu ra tín hiệu của cách điện cảm biến và điểm nối đất tham chiếu tín hiệu tại thiết bị giám sát. Yêu cầu điện áp kẹp của SPD phải thấp hơn điện áp định mức đầu vào của thiết bị đo lường được kết nối — thông thường là < 50 V đối với các mạch tín hiệu từ 5 V đến 10 V. SPD cung cấp một đường dẫn có trở kháng thấp cho năng lượng sự cố thoáng qua từ các sự kiện phóng điện qua cách điện, bảo vệ mạch tín hiệu và thiết bị đo lường được kết nối mà không ảnh hưởng đến độ chính xác đo lường bình thường.

Bước 6 — Kiểm tra tính liên tục và điện trở của dây dẫn nối đất trước khi cấp điện
Trước khi cấp điện cho hệ thống, hãy đo và ghi lại:

• Điện trở của dây dẫn nối đất an toàn từ vỏ thiết bị giám sát đến thanh nối đất chính: tối đa 0,1 Ω theo tiêu chuẩn IEC 60364-6
• Điện trở của dây dẫn nối đất tham chiếu tín hiệu từ đầu nối tín hiệu của thiết bị giám sát đến thanh nối đất của thiết bị: tối đa 1 Ω
• Độ liên tục của lớp chắn cáp từ đầu nối ngoài trời cách ly đến điểm nối đất trong phòng điều khiển: tối đa 1 Ω
• Độ cách ly giữa hệ thống đất tham chiếu tín hiệu và hệ thống đất an toàn: tối thiểu 1 MΩ ở 500 V DC

Bước 7 — Tiến hành kiểm tra hiệu suất trên mặt đất sau khi cấp điện
Sau khi cấp điện ở điện áp hoạt động, hãy kiểm tra hiệu quả nối đất trong điều kiện có tải:

• Đo sự dao động điện thế thanh nối đất của thiết bị đo trong quá trình thay đổi tải: phải duy trì ở mức < 50 mV
• Đo điện áp chế độ chung trên các dây tín hiệu so với điểm nối đất của thiết bị: giá trị này phải duy trì dưới 100 mV ở tần số nguồn
• Kiểm tra độ ổn định của chỉ số thiết bị giám sát: chỉ số bằng không trên dây dẫn ngắt điện phải nhỏ hơn 0,1% của điện áp định mức
• Đo điện thế trên vỏ thiết bị giám sát so với kết cấu thép tại chỗ trong quá trình vận hành bình thường: phải duy trì ở mức < 5 V liên tục và < 50 V trong các trạng thái chuyển mạch tạm thời

Bước 8 — Ghi chép cấu hình nối đất vào hồ sơ tài sản
Ghi lại toàn bộ cấu hình nối đất — kích thước dây dẫn, các điểm kết nối, giá trị điện trở đo được và giá trị cách điện — vào hồ sơ tài sản của thiết bị giám sát cách điện cảm biến. Tài liệu này là rất cần thiết để:

• Nhân viên bảo trì trong tương lai, những người phải kiểm tra tính toàn vẹn của hệ thống nối đất mà không có thông tin về ý định thiết kế ban đầu
• Các nhóm điều tra sự cố cần xác định xem sự cố đo lường hoặc sự cố an toàn có nguyên nhân gốc rễ liên quan đến hệ thống nối đất hay không
• Các đợt kiểm tra xác minh nối đất định kỳ được lên lịch với tần suất phù hợp với điều kiện lắp đặt

Môi trường	Kiểm tra an toàn mặt đất	Xác minh tham chiếu tín hiệu	Kiểm tra nối đất màn hình
Trạm biến áp trong nhà sạch sẽ	Cứ 3 năm một lần	Cứ 3 năm một lần	Cứ 5 năm một lần
Phân phối điện công nghiệp	Hàng năm	Cứ 2 năm một lần	Cứ 3 năm một lần
Hệ thống điện cao áp ngoài trời	Cứ sau 6 tháng	Hàng năm	Cứ 2 năm một lần
Vùng ven biển / môi trường ăn mòn cao	Hàng quý	Cứ sau 6 tháng	Hàng năm

Kết luận

Các sai sót về nối đất trong quá trình lắp đặt thiết bị giám sát cách điện cảm biến không phải là những lỗi ngẫu nhiên tại hiện trường — đó là những hệ quả có thể dự đoán được khi coi việc nối đất là vấn đề thứ yếu thay vì một thông số kỹ thuật chính, với ba chức năng riêng biệt, ba tiêu chuẩn quy định và ba chế độ hỏng hóc độc lập. Năm sai lầm được ghi nhận trong hướng dẫn này — kết nối tham chiếu tín hiệu thép kết cấu, thiếu nối đất vỏ thiết bị, kết hợp dây dẫn an toàn và tín hiệu, nối đất màn kép, và khả năng chịu năng lượng sự cố không đủ — chiếm phần lớn các trường hợp sai lệch độ chính xác đo lường, hỏng hóc sớm của mô-đun điện tử và các sự cố an toàn nhân viên trong các hệ thống giám sát phân phối điện trung và cao áp. Khung làm đất tám bước loại bỏ những sai lầm này thông qua thiết kế hệ thống làm đất riêng biệt, tính toán kích thước dây dẫn dựa trên năng lượng sự cố, cách ly thanh làm đất của thiết bị, làm đất màn chắn tại một điểm duy nhất, và kiểm tra trước và sau khi cấp điện. Làm đất thiết bị giám sát đúng cách ngay từ lần lắp đặt đầu tiên, và hệ thống cách điện cảm biến mà nó hỗ trợ sẽ cung cấp dữ liệu chính xác, đáng tin cậy một cách an toàn trong suốt vòng đời hoạt động của nó.

Câu hỏi thường gặp về thiết bị giám sát tiếp đất trong hệ thống lắp đặt cách điện cảm biến

1. Tiêu chuẩn chính thức của IEC quy định chi tiết các yêu cầu về bảo vệ chống điện giật, đặc biệt liên quan đến nối đất bảo vệ và ngắt nguồn tự động. ↩

2. Giải thích kỹ thuật về cách thức ghép nối điện dung truyền năng lượng điện giữa các mạng thông qua dòng điện dịch chuyển, một khái niệm quan trọng đối với độ chính xác của cảm biến cao áp. ↩

3. Báo cáo kỹ thuật của IEC cung cấp hướng dẫn về các nguyên tắc lắp đặt và giảm thiểu rủi ro liên quan đến hệ thống nối đất và hệ thống cáp nhằm đảm bảo khả năng tương thích điện từ (EMC). ↩

4. Tiêu chuẩn quốc tế quy định các nguyên tắc cơ bản về bảo vệ chống điện giật đối với cả hệ thống điện và thiết bị điện. ↩

5. Tiêu chuẩn IEC quy định các yêu cầu đối với hệ thống nối đất, dây dẫn bảo vệ và dây dẫn nối bảo vệ trong các hệ thống điện. ↩