Mục lục · 11 phần
Bảo vệ quá dòng AC (AC overcurrent protection) là chức năng bảo vệ bên trong biến tần (inverter), ngắt biến tần khi dòng xoay chiều (AC) vượt ngưỡng tác động.[1][2] Quá dòng là dòng điện có giá trị vượt một giá trị giới hạn quy định, gồm dòng quá tải và dòng ngắn mạch.[3] Linh kiện bán dẫn trong biến tần thường chỉ chịu quá dòng 1,2 đến 2 lần dòng định mức, còn máy phát đồng bộ chịu được 5 đến 7 lần.[4] Biến tần Huawei SUN2000-10KTL-M1 ghi "AC overcurrent protection: Yes" trên trang thông số, kèm dòng ra tối đa 16,9 A.[5] Mạch ra AC vẫn cần thiết bị bảo vệ quá dòng đặt ngoài, vì lưới điện là nguồn dòng sự cố phải xử lý bằng thiết bị này.[6]
Dòng ra liên tục lớn nhất, dòng sự cố của biến tần và cách chọn aptomat theo dòng ra được trình bày ở bài Dòng điện đầu ra tối đa.
Tóm tắt nhanh
| Mục | Thông tin chính |
|---|---|
| Tên tiếng Anh | AC overcurrent protection; datasheet có thể in thêm dòng AC short-circuit protection[5] |
| Định nghĩa | Bảo vệ quá dòng AC (AC overcurrent protection) là chức năng bảo vệ bên trong biến tần (inverter), ngắt biến tần khi dòng xoay chiều (AC) vượt ngưỡng tác động[1][2] |
| Quá dòng | Dòng điện vượt giá trị giới hạn quy định, gồm dòng quá tải và dòng ngắn mạch[3] |
| Khả năng chịu quá dòng của biến tần | Thường 1,2 đến 2 lần dòng định mức[4] |
| Mức giới hạn dòng trong điều khiển | Thường chọn 1,2 đến 1,5 lần dòng định mức[1] |
| Cách phát hiện ngắn mạch ở linh kiện | Phát hiện bão hòa, đo di/dt, đo dòng bằng shunt hoặc cảm biến[7][8] |
| Tiêu chuẩn an toàn | IEC 62109-1:2010 mục 9.3 và IEC 62109-2:2011 mục 9.3[9][10] |
| Thiết bị đặt ngoài | Aptomat hoặc cầu chì theo sách hướng dẫn; Huawei khuyến nghị aptomat ba pha 25 A cho SUN2000-10KTL-M1[11] |
| Nguồn dòng sự cố lớn nhất trên mạch ra AC | Thường là lưới điện, không phải biến tần[6] |
1. Bảo vệ quá dòng AC (AC overcurrent protection) là gì?
Bảo vệ quá dòng AC (AC overcurrent protection) là chức năng bảo vệ bên trong biến tần (inverter), ngắt biến tần khi dòng xoay chiều (AC) vượt ngưỡng tác động.[1][2] Bảo vệ quá dòng AC thuộc nhóm bảo vệ bên trong (internal protection) của nguồn điện dùng biến tần, cùng nhóm với bảo vệ thấp áp DC.[1] Các mục dưới đây giải thích quá dòng là gì, bảo vệ nằm ở đâu và datasheet ghi chức năng này ra sao.
Quá dòng (Overcurrent) là gì?
Quá dòng (Overcurrent) là dòng điện có giá trị vượt một giá trị giới hạn quy định.[3] Với dây dẫn, giá trị giới hạn đó bằng khả năng mang dòng của dây.[3] IEC 60364-4-43:2023 xếp quá dòng thành hai loại là dòng quá tải và dòng ngắn mạch.[3] Ấn bản 4.0 của IEC 60364-4-43 phát hành tháng 07/2023 và thay ấn bản 3 năm 2008.[3]
Mục tiêu của bảo vệ quá dòng
IEC 60364-4-43 đặt yêu cầu bảo vệ dây dẫn mang điện trước tác hại do quá dòng gây ra.[3] Tiêu chuẩn IEC 60364-4-43:2023 chọn biện pháp tự động cắt nguồn làm biện pháp ưu tiên.[3] Trong biến tần, dòng pha phải giữ dưới giới hạn cho phép để bảo vệ linh kiện bán dẫn công suất.[4]
Bảo vệ quá dòng AC nằm ở đâu trong biến tần?
Bộ điều khiển dòng bên trong của biến tần dùng bộ bù PI để bám dòng tham chiếu của cuộn cảm.[1] Bộ giới hạn bão hòa tức thời đặt giới hạn cứng lên các dòng tham chiếu này.[1] Khi dòng AC vượt ngưỡng tác động, bảo vệ quá dòng AC tức thời ngắt biến tần.[2] Ở hãng biến tần được phân tích trong sự cố Odessa 2022, bảo vệ này dùng để bảo vệ transistor IGBT và không có thời gian trễ.[2] Một hãng biến tần trong sự cố Odessa đặt hai mức tác động 1,4 và 1,5 lần dòng AC định mức, không chỉnh được, theo báo cáo NERC 2022.[2] Lệnh ngắt ở hãng này thường xảy ra trong 0,2 ms.[2]
Bảo vệ quá dòng AC và bảo vệ ngắn mạch AC trên datasheet
Trang thông số của Huawei SUN2000-10KTL-M1 in hai dòng riêng là AC overcurrent protection và AC short-circuit protection, cả hai ghi Yes.[5] Danh mục bảo vệ của model này còn có bảo vệ quá áp AC, giám sát dòng dư và bảo vệ chống tách đảo.[5] Trang thông số chỉ ghi Yes, không in ngưỡng dòng hay thời gian tác động của từng bảo vệ.[5]
Bảo vệ quá dòng trong tiêu chuẩn an toàn biến tần
IEC 62109-1:2010 là tiêu chuẩn an toàn cho thiết bị chuyển đổi công suất (PCE, power conversion equipment) dùng trong hệ điện mặt trời.[9] IEC 62109-1 đặt yêu cầu tối thiểu về thiết kế và chế tạo PCE để chống điện giật, nguy cơ năng lượng, cháy, cơ khí và các nguy cơ khác.[12] Mục 9.3 của IEC 62109-1 mang tên bảo vệ ngắn mạch và quá dòng, nằm trong chương 9 về bảo vệ chống nguy cơ cháy.[9] Theo báo cáo thử TÜV SÜD cho Solplanet ASW-LT-G2, mục 9.3.1 yêu cầu PCE không gây nguy hiểm khi ngắn mạch hoặc quá dòng ở bất kỳ cổng nào.[13] Nội dung chung của tiêu chuẩn được giới thiệu ở bài IEC 62109-1.
Mục 2 giải thích vì sao linh kiện trong biến tần cần lớp bảo vệ quá dòng riêng.
2. Vì sao biến tần cần bảo vệ quá dòng AC?
Biến tần cần bảo vệ quá dòng AC vì linh kiện bán dẫn công suất chịu quá dòng thấp hơn máy phát đồng bộ.[4] Bảo vệ quá dòng AC tức thời ở hãng biến tần được phân tích trong sự cố Odessa 2022 dùng để bảo vệ transistor IGBT khỏi hỏng thiết bị.[2]
Linh kiện bán dẫn chỉ chịu 1,2 đến 2 lần dòng định mức
Biến tần dùng linh kiện bán dẫn thường chỉ chịu quá dòng 1,2 đến 2 lần dòng định mức.[4] Máy phát đồng bộ nói chung cấp được quá dòng 5 đến 7 lần dòng định mức.[4] Biến tần dùng transistor lưỡng cực cổng cách ly (IGBT) có khả năng cấp dòng sự cố hạn chế.[14] Phần so sánh dòng sự cố giữa biến tần và máy phát được trình bày ở bài Dòng điện đầu ra tối đa.
Thời gian chịu ngắn mạch (Short-circuit withstand time) là gì?
Thời gian chịu ngắn mạch (Short-circuit withstand time) là khoảng thời gian linh kiện bán dẫn công suất chịu được trạng thái ngắn mạch trước khi mất ổn định nhiệt.[7][8] IGBT chịu được trạng thái ngắn mạch khoảng 10 µs trước khi mất ổn định nhiệt (thermal runaway).[7] IGBT IKW25N120H3 loại 1,2 kV, 25 A có thời gian chịu ngắn mạch khoảng 33 µs.[8] SiC MOSFET C2M160120D có thời gian chịu ngắn mạch khoảng 10 µs.[8]
SiC MOSFET chịu ngắn mạch kém hơn IGBT
SiC MOSFET thế hệ thứ nhất của Cree loại 1,2 kV chịu ngắn mạch 12 µs ở 25 °C và điện áp DC 600 V.[8] SiC MOSFET có thời gian chịu ngắn mạch ngắn hơn IGBT vì mật độ dòng cao hơn và nhiệt dung nhỏ hơn.[8] Bảo vệ ngắn mạch cho SiC MOSFET thường gồm hai phần là phát hiện ngắn mạch và tắt mềm.[8]
Ngắn mạch là lỗi hay gặp của IGBT
Sự cố ngắn mạch thuộc nhóm lỗi IGBT được báo cáo nhiều nhất.[7] Dòng đỉnh khi ngắn mạch là dạng hỏng phổ biến, do mạch bảo vệ có độ trễ tương đối dài.[7]
Đầu ra của biến tần hòa lưới bị giới hạn dòng
Đầu ra AC của biến tần hòa lưới được giới hạn dòng (current-limited), dù công suất biến tần lớn hay nhỏ.[6] Các mạch dây ở đầu ra được tính theo dòng ra liên tục định mức của biến tần, vì biến tần đã được giới hạn dòng.[6]
Mục 3 trình bày các mạch đo, giới hạn và tắt bên trong biến tần.
3. Bảo vệ quá dòng AC hoạt động thế nào trong biến tần?
Bảo vệ quá dòng AC hoạt động bằng cách đo dòng, giới hạn dòng tham chiếu trong vòng điều khiển và tắt linh kiện khi phát hiện ngắn mạch.[1][8] Mạch đo di/dt ở mức linh kiện phát hiện ngắn mạch trong khoảng 100 ns.[8]
Đo dòng điện bằng điện trở shunt hoặc cảm biến dòng
Một cách phát hiện ngắn mạch là đo trực tiếp dòng qua linh kiện bằng điện trở shunt hoặc cảm biến dòng.[7] Cách đo này có độ trễ không tránh được do khâu lọc tín hiệu.[7] Điện trở shunt dễ lắp nhưng làm tăng tổn hao đóng cắt và tổn hao dẫn.[8] Cuộn Rogowski đo không tiếp xúc, đổi lại khó tích hợp, có băng thông giới hạn và giá thành cao.[8]
Giới hạn dòng (Current limiting) là gì?
Giới hạn dòng (Current limiting) là cách điều khiển giữ độ lớn dòng pha của biến tần tạo lưới (grid-forming) trong giới hạn cho phép bằng vòng dòng kín.[4] Bộ giới hạn dòng thường làm biến tần hoạt động như một nguồn dòng khi có quá dòng.[4] Trong mô phỏng, cả hai loại bộ giới hạn dòng giữ nhanh độ lớn dòng pha của biến tần ở 1,2 p.u..[4] Một cách khác là tăng tổng trở ảo (virtual impedance) để giảm độ lớn dòng pha.[4]
Mức giới hạn và các loại bộ giới hạn
Bộ giới hạn bão hòa theo độ lớn thường chọn mức giới hạn 1,2 đến 1,5 lần dòng định mức của nguồn dùng biến tần.[1] Giả định một biến tần có dòng định mức 16 A, mức giới hạn tương ứng là 1,2 × 16 = 19,2 A đến 1,5 × 16 = 24 A. Bộ giới hạn theo độ lớn dạng vòng tròn thường được dùng cho bộ điều khiển trong hệ tọa độ αβ.[1] Bộ giới hạn bão hòa tức thời đặt giới hạn cứng lên dòng tham chiếu của cuộn cảm.[1] Khi áp lên tín hiệu hình sin, bộ giới hạn tức thời cắt phần đỉnh của sóng và có thể làm méo dòng ra.[1] Bộ giới hạn tức thời dao động nhiều hơn và cần lâu hơn để ổn định so với bộ giới hạn theo độ lớn.[1] Cách chọn bộ giới hạn ảnh hưởng lớn tới đáp ứng sự cố của nguồn dùng biến tần.[1]
Phát hiện bão hòa (Desaturation detection) là gì?
Phát hiện bão hòa (Desaturation detection) là phương pháp theo dõi điện áp hai cực công suất của linh kiện sau lệnh mở để nhận biết ngắn mạch.[7][8] Điện áp này cao bất thường cho thấy IGBT đang làm việc trong vùng tích cực do sự cố và cần được tắt.[7] Phương pháp cần một thời gian che (blanking time) từ 1 đến 5 µs sau lệnh mở.[7] Phát hiện bão hòa là phương pháp đơn giản nhưng chậm.[8]
Phát hiện theo tốc độ tăng dòng di/dt
Một nhóm mạch khác phát hiện ngắn mạch qua tốc độ tăng dòng di/dt, rồi lọc tín hiệu bằng mạch RC hoặc RCD.[8] Với sự cố mở vào mạch đang ngắn mạch, mạch RC và mạch RCD cùng cho thời gian bảo vệ khoảng 100 ns.[8] Với sự cố khi đang mang tải, mạch RCD phát hiện trong 72 ns, mạch RC trong 100 ns.[8] Cách đo điện áp trên điện cảm Kelvin cho đáp ứng nhanh, nhưng chỉ dùng được với vỏ linh kiện có điện cảm Kelvin.[7]
Tắt mềm (Soft turn-off) là gì?
Tắt mềm (Soft turn-off) là cách giảm dần dòng qua linh kiện khi ngắn mạch để hạn chế quá áp đột biến.[8] SiC MOSFET không tắt đột ngột được khi ngắn mạch, vì có thể sinh xung điện áp nguy hiểm giữa hai cực công suất.[8] Phương pháp tắt theo độ dốc mềm giảm dần điện áp cổng, nhờ vậy dòng giảm có kiểm soát.[8] Với IGBT, phương pháp hạn chế dòng ngắn mạch cũng tắt linh kiện một cách êm khi sự cố kéo dài.[7]
Biến tần tự tắt khi bộ điều khiển phát hiện sự cố
Khi bộ điều khiển phát hiện bất thường, biến tần tắt ngay.[14] Một phép thử năm 1994, được trích lại trong báo cáo NREL, ghi biến tần tắt trong 0,5 chu kỳ sau sự cố.[14] Phép thử đó cũng ghi biến tần không ảnh hưởng tới hệ bảo vệ của xuất tuyến.[14] Thời gian biến tần đáp ứng với sự cố lập trình được.[14]
Dòng ở đầu ra có thể tăng vì quá tải hoặc vì ngắn mạch.[3] Mục 4 tách hai loại quá dòng này ở phía AC.
4. Quá tải và ngắn mạch phía AC của biến tần khác nhau thế nào?
Quá tải và ngắn mạch là hai loại quá dòng theo IEC 60364-4-43.[3] Ở biến tần hòa lưới, dòng tăng khi điện áp lưới sụt và tăng vọt trong thời gian ngắn khi lưới ngắn mạch.[15][16]
Nguyên nhân gây quá dòng AC
Biến tần hòa lưới loại bám lưới (grid-following) hoạt động như nguồn công suất không đổi cho tới khi dòng chạm mức bão hòa.[15] Khi điện áp lưới sụt mạnh, dòng của biến tần bão hòa và công suất tác dụng cấp ra giảm.[15] Ngắn mạch pha với pha hoặc pha với đất trên lưới tạo dòng sự cố trên mạch ra AC.[6]
Dòng tăng khi điện áp lưới sụt
Biến tần bám lưới giữ công suất không đổi tới điểm dòng bão hòa, sau điểm đó công suất tác dụng giảm theo điện áp.[15] Phần lớn dòng biến tần bám lưới bơm vào khi sự cố là dòng thứ tự thuận.[15] Yêu cầu giữ kết nối khi điện áp lưới sụt được trình bày ở bài LVRT.
Dòng quá độ khi lưới ngắn mạch
Khi lưới ngắn mạch, nguồn dùng biến tần có một xung dòng quá độ ngắn, khoảng 2 đến 3 p.u. (đơn vị tương đối).[16] Sau xung này là một khoảng ngắn dòng cao hơn định mức một chút, chỉ kéo dài trong thời gian yêu cầu ngừng cấp điện tạm thời cho phép.[16] Độ lớn và thời gian của dòng sự cố biến tần được trình bày ở bài Dòng điện đầu ra tối đa.
Ngắn mạch khi mở và ngắn mạch khi đang mang tải
Ở mức linh kiện, ngắn mạch khi mở (HSF, hard switching fault) xảy ra khi MOSFET được mở ngay vào mạch đang ngắn mạch.[8] Ngắn mạch khi đang mang tải (FUL, fault under load) xảy ra khi MOSFET đang dẫn dòng tải bình thường và mạch bị ngắn mạch.[8]
Giảm công suất (Power foldback) là gì?
Giảm công suất (Power foldback) là chức năng biến tần tự hạ công suất ra khi nhiệt độ cao, công suất vào quá lớn hoặc gặp điều kiện khác.[17] Giảm công suất theo nhiệt nhằm bảo vệ biến tần.[17] Cách biến tần phản ứng khi nhiệt độ vượt ngưỡng được trình bày ở bài Bảo vệ quá nhiệt.
Bảng phân biệt các tình huống dòng tăng
| Tình huống | Dòng điện | Đáp ứng của biến tần |
|---|---|---|
| Điện áp lưới sụt mạnh | Tăng tới mức bão hòa[15] | Giữ dòng ở mức bão hòa, công suất tác dụng giảm[15] |
| Lưới ngắn mạch | Xung ngắn 2 đến 3 p.u., sau đó cao hơn định mức một chút[16] | Dòng chỉ kéo dài trong thời gian ngừng cấp điện tạm thời cho phép[16] |
| Ngắn mạch tại linh kiện | Tăng nhanh, linh kiện chịu khoảng 10 µs[7] | Phát hiện bão hòa hoặc di/dt, rồi tắt mềm[8] |
Dòng sự cố lớn nhất trên mạch ra AC thường do lưới điện cấp, không do biến tần.[6] Mục 5 so bảo vệ bên trong biến tần với aptomat và cầu chì đặt ngoài.
5. Bảo vệ quá dòng AC trong biến tần khác aptomat và cầu chì đặt ngoài thế nào?
Bảo vệ quá dòng AC tức thời bảo vệ transistor IGBT, còn thiết bị bảo vệ quá dòng đặt ngoài bảo vệ dây dẫn mạch ra AC.[2][6] Mạch ra AC chịu dòng sự cố từ cả biến tần lẫn lưới điện.[6]
Thiết bị bảo vệ quá dòng (OCPD) là gì?
Thiết bị bảo vệ quá dòng (OCPD) là thiết bị đặt ở đầu mạch, cắt dòng trước khi dây dẫn vượt giới hạn nhiệt I²t.[18] OCPD vẫn phải cho dòng tải lớn nhất IB chạy liên tục, không cắt.[18] Với aptomat, dòng định mức In là dòng lớn nhất aptomat mang được liên tục ở điều kiện quy định.[19] Ngưỡng Ir là dòng điện, vượt qua giá trị này aptomat sẽ cắt.[19] Rơle ngắn mạch trong aptomat cắt nhanh khi dòng sự cố lớn.[19]
Lưới điện là nguồn dòng sự cố lớn nhất
Trong phần lớn tình huống sự cố, lưới điện là nguồn dòng sự cố lớn nhất trên mạch ra AC.[6] Dòng sự cố lưới cấp không bị giới hạn theo công suất của hệ điện mặt trời.[6] NEC 690.9(A) của Mỹ coi lưới là nguồn dòng sự cố phải xử lý bằng thiết bị bảo vệ quá dòng.[6] NEC 690.9(A) yêu cầu dây dẫn đầu ra của biến tần và thiết bị trên mạch đó được bảo vệ quá dòng.[20]
Vì sao dòng sự cố của biến tần không làm tác động thiết bị bảo vệ?
Dòng sự cố của biến tần không làm tác động thiết bị bảo vệ dòng sự cố vì xung dòng quá độ mang ít năng lượng.[16] Xung quá độ cũng không tạo xung điện áp đủ để kích hoạt thiết bị chống sét lan truyền.[16] Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) được trình bày ở bài SPD.
Vị trí aptomat trên mạch ra AC
Trong gần như mọi trường hợp, thiết bị bảo vệ dây dẫn đầu ra của biến tần hòa lưới đặt ở đầu phía lưới của mạch.[6] Đặt thêm thiết bị bảo vệ ngay tại đầu ra biến tần không bắt buộc, và có thể làm tăng yêu cầu khả năng mang dòng của dây.[6] Huawei yêu cầu không đấu tải giữa SUN2000 và công tắc AC nối trực tiếp với biến tần.[11]
Cỡ aptomat do sách hướng dẫn của hãng quy định
Sách hướng dẫn biến tần có yêu cầu riêng về thiết bị bảo vệ quá dòng lớn nhất được dùng ở mạch ra AC.[6] Huawei khuyến nghị aptomat ba pha 25 A, điện áp định mức ít nhất 380 V AC cho SUN2000-10KTL-M1.[11] Cách chọn aptomat và dây dẫn theo dòng ra được trình bày ở bài Dòng điện đầu ra tối đa.
Bảng so sánh bảo vệ trong biến tần và thiết bị đặt ngoài
| Tiêu chí | Bảo vệ quá dòng AC trong biến tần | Aptomat hoặc cầu chì đặt ngoài |
|---|---|---|
| Đối tượng bảo vệ | Linh kiện bán dẫn công suất[4] | Dây dẫn của mạch ra AC[6] |
| Nguồn dòng xử lý | Dòng do biến tần cấp, giữ dưới mức giới hạn[1] | Chủ yếu dòng sự cố do lưới cấp[6] |
| Cách tác động | Giới hạn dòng tham chiếu, tắt linh kiện, tắt biến tần[1][14] | Cắt mạch khi dòng vượt ngưỡng Ir hoặc ngưỡng ngắn mạch[19] |
| Tốc độ phát hiện | Khoảng 100 ns với mạch đo di/dt ở mức linh kiện[8] | Rơle ngắn mạch cắt nhanh khi dòng sự cố lớn[19] |
| Thông tin trên tài liệu | Datasheet ghi AC overcurrent protection: Yes[5] | Sách hướng dẫn ghi cỡ aptomat, ví dụ 25 A[11] |
| Tiêu chuẩn liên quan | IEC 62109-1, IEC 62109-2[9][10] | IEC 60364-4-43, IEC 60898-1[3][21] |
Giám sát dòng dư là chức năng khác bảo vệ quá dòng
IEC 62109-2 quy định phát hiện dòng dư của dàn pin ở mục 4.8.3, tách khỏi mục 9.3 về ngắn mạch và quá dòng.[10] Huawei SUN2000-KTL-M1 có bộ giám sát dòng dư tích hợp bên trong.[11] Nếu dùng công tắc AC có bảo vệ dòng rò, Huawei yêu cầu dòng tác động định mức ít nhất 100 mA cho mỗi biến tần.[11] Các loại CB chống giật được trình bày ở bài CB chống giật, bộ giám sát dòng dư ở bài RCMU.
Mục 6 đọc các điều khoản về bảo vệ quá dòng trong bộ IEC 62109.
6. IEC 62109-1 và IEC 62109-2 quy định gì về bảo vệ quá dòng AC?
IEC 62109-1 và IEC 62109-2 quy định bảo vệ ngắn mạch và quá dòng ở mục 9.3.[9][10] Phép thử ngắn mạch và quá tải đầu ra thuộc nhóm phép thử lỗi đơn, kết quả từng mục ghi trong báo cáo thử.[13][22]
Phạm vi của IEC 62109-1 và IEC 62109-2
IEC 62109-1:2010 ấn bản 1.0 phát hành ngày 28/04/2010, thuộc ban kỹ thuật TC 82 về hệ thống năng lượng điện mặt trời.[12] IEC 62109-2:2011 ấn bản 1.0 phát hành ngày 23/06/2011, quy định riêng cho biến tần DC sang AC dùng trong hệ điện mặt trời.[23] IEC 62109-2 phải dùng cùng IEC 62109-1.[23] Biến tần thuộc phạm vi IEC 62109-2 có thể là loại hòa lưới, độc lập hoặc đa chế độ.[23] Các biến tần này có thể dùng cùng pin lưu trữ hoặc dạng lưu trữ năng lượng khác.[23] Ấn bản 2 của IEC 62109-1 ở giai đoạn chuẩn bị xuất bản từ 30/10/2026, dự kiến phát hành ngày 11/12/2026 và thay ấn bản năm 2010.[24] Tiêu chuẩn phần 2 được giới thiệu ở bài IEC 62109-2.
Yêu cầu chung của mục 9.3
Theo báo cáo thử TÜV SÜD cho Solplanet ASW-LT-G2, mục 9.3.1 yêu cầu PCE không gây nguy hiểm khi ngắn mạch hoặc quá dòng ở bất kỳ cổng nào.[13] Theo lời báo cáo, yêu cầu này gồm cả ngắn mạch pha với pha, pha với đất và pha với trung tính.[13] Báo cáo cũng chép yêu cầu phải có đủ thông tin để chọn đúng dây dẫn và thiết bị bảo vệ đặt ngoài.[13] Báo cáo này chép tiếp yêu cầu bảo vệ ngắn mạch và quá dòng cho mọi mạch đầu vào.[13] Mạch đầu ra cũng cần bảo vệ này khi không đạt yêu cầu nguồn công suất giới hạn của mục 9.2, theo cùng báo cáo.[13] Mục 9.3.2 của IEC 62109-1 mang tên số lượng và vị trí thiết bị bảo vệ quá dòng.[9]
Khả năng cắt và bảo vệ dự phòng
Theo báo cáo thử Solplanet, thiết bị bảo vệ hãng lắp sẵn hoặc chỉ định phải cắt được dòng ngắn mạch lớn nhất công bố cho cổng nối vào.[13] Theo cùng báo cáo, cổng vào có bảo vệ lắp sẵn không đủ định mức dòng ngắn mạch cần thêm bảo vệ dự phòng phía trước.[13] Mục 9.3.3 của IEC 62109-1 mang tên phối hợp ngắn mạch (bảo vệ dự phòng, backup protection).[9] Khả năng cắt là dòng lớn nhất aptomat cắt được, không làm aptomat hư hỏng, thường ghi bằng kA hiệu dụng.[19]
Thử ngắn mạch đầu ra (Output short circuit)
Theo báo cáo thử TÜV SÜD cho Sungrow SH3.0RS đến SH6.0RS, mục 4.4.4.5 là phép thử ngắn mạch đầu ra, thuộc nhóm lỗi đơn của mục 4.4.4.[22] Theo cùng báo cáo, các tổ hợp cực đầu ra được đấu tắt lần lượt, mỗi lần một tổ hợp.[22] Báo cáo thử Solplanet ASW8K-LT-G2 đến ASW20K-LT-G2 ghi ba tổ hợp là pha với trung tính, pha với PE và pha với pha.[13]
Thử quá tải đầu ra (Output overload)
Theo báo cáo thử Sungrow, mục 4.4.4.7 là phép thử quá tải đầu ra, cũng thuộc nhóm điều kiện lỗi đơn của mục 4.4.4.[22] Danh mục lỗi đơn trong báo cáo còn có hỏng hệ thống làm mát, đấu ngược cực DC và ngắn mạch bảng mạch in.[22] Bảo vệ khi đấu ngược cực phía DC được trình bày ở bài Bảo vệ ngược cực DC.
Tiêu chí đạt khi thử lỗi đơn
Mục 4.4.3 của IEC 62109-1 mang tên tiêu chí đạt khi thử trong điều kiện lỗi.[9] Báo cáo thử Sungrow ghi bốn mục con của 4.4.3 là chống điện giật, chống cháy lan, chống nguy cơ khác và chống văng bắn linh kiện.[22] IEC 62109-2 có thêm mục 4.4.4.15 về khả năng chịu lỗi của mạch bảo vệ trong biến tần hòa lưới.[10]
Dòng ngược từ biến tần về dàn pin (Inverter backfeed current) là gì?
Dòng ngược từ biến tần về dàn pin (Inverter backfeed current) là dòng lớn nhất biến tần đẩy được vào dàn pin mặt trời (PV) và dây dẫn của dàn.[10] IEC 62109-2 xét dòng này ở mục 9.3.4, trong phần ngắn mạch và quá dòng.[10]
Báo cáo thử cho biết biến tần đạt hay không và dòng ngắn mạch đầu ra đo được. Mục 7 đặt dòng sự cố của biến tần cạnh bảo vệ của lưới điện.
7. Bảo vệ quá dòng AC liên quan gì đến bảo vệ của lưới điện?
Dòng sự cố của nguồn dùng biến tần bị giới hạn, và mức dòng sự cố thấp là một khó khăn chính trong đáp ứng sự cố của nguồn này.[1] Đáp ứng sự cố của nguồn dùng biến tần khác nhiều so với máy phát đồng bộ.[1]
Rơle quá dòng của lưới điện
IEC 60255-151:2009 quy định yêu cầu tối thiểu cho rơle quá dòng và rơle kém dòng.[25] Phạm vi của IEC 60255-151 gồm bảo vệ quá dòng pha và quá dòng chạm đất, loại tác động tức thời và loại có thời gian trễ.[25] IEC 60255-151 ấn bản 1.0 phát hành tháng 08/2009, thay IEC 60255-3 năm 1989.[25]
Dòng sự cố thấp làm rơle kém nhạy
Một nguồn sự cố thêm vào có thể làm giảm dòng rơle nhìn thấy, tức làm rơle kém nhạy.[14] Nhiều nguồn phân tán nhỏ có thể làm đổi mức dòng sự cố đủ để gây mất phối hợp bảo vệ quá dòng.[14] Nguồn phân tán có thể làm thay đổi phối hợp bảo vệ tới mức phải đổi chỉnh định rơle và cỡ cầu chì.[14]
Ưu tiên dòng phản kháng trong bộ giới hạn
Bộ giới hạn dòng có thể ưu tiên dòng trục q theo khuyến nghị của IEEE Std 2800.[1] Quy chuẩn lưới có thể yêu cầu biến tần tạo lưới (grid-forming) bắt đầu bơm dòng phản kháng trong dưới 5 ms.[4] Cách điều khiển giới hạn dòng đôi khi là gốc của dòng thứ tự nghịch khó dự đoán.[1]
Ngừng cấp điện tạm thời và tách khỏi lưới
Ngừng cấp điện tạm thời (momentary cessation) có thể xảy ra trong ba chu kỳ đầu của sự cố.[1] Trong sự cố pha với pha và pha với đất, mạch chống tách đảo của biến tần thường nhận ra điện áp ngoài dải và tắt ngay.[6] Trong một số sự cố hồ quang, biến tần có thể vẫn chạy và cấp dòng sự cố.[6] Ngưỡng điện áp và thời gian cắt khỏi lưới được trình bày ở bài Dải điện áp lưới. IEC 62109-2 có mục 13.9 về chỉ báo lỗi và mục 5.3.2.10 về chỉ báo lỗi từ xa.[10]
Mục 8 đọc thông tin bảo vệ quá dòng AC trên tài liệu của một biến tần ba pha 10 kW.
8. Ví dụ đọc bảo vệ quá dòng AC cho biến tần ba pha 10 kW
Ví dụ dùng biến tần Huawei SUN2000-10KTL-M1, số liệu lấy từ trang thông số và sách hướng dẫn của hãng.[5][11] Phép tính cỡ aptomat cho cùng model nằm ở bài Dòng điện đầu ra tối đa.
Bước 1: đọc mục bảo vệ trên trang thông số
Mục Protection của SUN2000-10KTL-M1 ghi AC overcurrent protection: Yes và AC short-circuit protection: Yes.[5] Cùng mục này ghi Yes cho giám sát dòng dư, bảo vệ quá áp AC và bảo vệ chống tách đảo.[5]
Bước 2: đọc dòng ra tối đa và điện áp ra
SUN2000-10KTL-M1 có công suất ra định mức 10.000 W, công suất biểu kiến tối đa 11.000 VA và dòng ra tối đa 16,9 A.[5] Điện áp ra định mức của SUN2000-10KTL-M1 là 220/380 V hoặc 230/400 V AC, ba pha có dây trung tính và dây PE.[5] Trang thông số không in dòng ra định mức của SUN2000-10KTL-M1.[5]
Bước 3: tìm ngưỡng tác động của bảo vệ
Trang thông số SUN2000-10KTL-M1 ghi Yes cho bảo vệ quá dòng AC, không in ngưỡng dòng hay thời gian tác động.[5]
Bước 4: đọc thiết bị bảo vệ đặt ngoài trong sách hướng dẫn
Sách hướng dẫn Huawei khuyến nghị aptomat ba pha 25 A, điện áp định mức ít nhất 380 V AC cho SUN2000-10KTL-M1.[11] Cách tính cỡ aptomat theo dòng ra 16,9 A được trình bày ở bài Dòng điện đầu ra tối đa.
Bước 5: kiểm khả năng cắt theo dòng ngắn mạch của lưới
Dòng sự cố lớn nhất trên mạch ra AC thường do lưới cấp.[6] Theo lời chép trong báo cáo thử Solplanet, thiết bị bảo vệ do hãng chỉ định phải cắt được dòng ngắn mạch lớn nhất công bố cho cổng nối vào.[13] Khả năng cắt của aptomat dân dụng ký hiệu Icn, ghi bằng kA hiệu dụng.[19] IEC 60898-1 áp cho aptomat AC có điện áp định mức đến 440 V, dòng định mức đến 125 A và khả năng ngắn mạch định mức đến 25.000 A.[21]
Bước 6: kiểm cách đấu mạch ra AC
Huawei yêu cầu không đấu tải giữa SUN2000-10KTL-M1 và công tắc AC nối trực tiếp với biến tần.[11] Nếu công tắc AC có bảo vệ dòng rò, dòng tác động định mức phải từ 100 mA trở lên cho mỗi biến tần.[11]
Mỗi thông tin trong ví dụ nằm ở một tài liệu khác nhau: trang thông số, sách hướng dẫn và báo cáo thử. Mục 9 gom cách đọc các tài liệu này khi chọn biến tần ở Việt Nam.
9. Đọc bảo vệ quá dòng AC trên datasheet khi chọn biến tần ở Việt Nam
Thông tin về bảo vệ quá dòng AC nằm ở trang thông số và sách hướng dẫn của hãng.[5][11] Kết quả thử ngắn mạch và quá tải đầu ra nằm trong báo cáo thử IEC 62109-1.[13] Ở Việt Nam, dòng ngắn mạch lớn nhất tại điểm đấu nối do đơn vị truyền tải hoặc đơn vị phân phối điện thông báo.[26]
Tìm nhãn AC overcurrent protection và AC short-circuit protection
Huawei SUN2000-10KTL-M1 đặt hai nhãn AC overcurrent protection và AC short-circuit protection trong mục Protection của trang thông số.[5] Cùng mục này có giám sát cách điện, giám sát dòng dư, bảo vệ hồ quang và chống sét lan truyền loại II theo EN/IEC 61643-11.[5]
Nhãn Yes chưa cho biết ngưỡng tác động
Trang thông số SUN2000-10KTL-M1 ghi Yes cho từng bảo vệ, không in ngưỡng dòng hay thời gian tác động.[5] Kết quả thử ngắn mạch và quá tải đầu ra nằm trong báo cáo thử IEC 62109-1, ở mục 4.4.4.5 và 4.4.4.7.[22]
Đọc báo cáo thử IEC 62109-1
Báo cáo TÜV SÜD ngày 04/06/2021 cho Solplanet ASW8K-LT-G2 đến ASW20K-LT-G2 ghi dòng ngắn mạch đầu ra lớn nhất 109,5 A hiệu dụng, kéo dài 17 ms.[13] Dòng ra liên tục tối đa của dải model Solplanet này đi từ 3 × 12,8 A đến 3 × 31,9 A.[13] Báo cáo Solplanet ghi kết quả P, tức đạt, cho các mục 4.4.4.5, 4.4.4.7 và 9.3.[13] Ở mục 9.3, báo cáo Solplanet ASW-LT-G2 ghi yêu cầu lắp ngoài aptomat loại C 400 V, 50 A hoặc cầu chì gL/gG tương đương.[13]
Dòng ngắn mạch tại điểm đấu nối ở Việt Nam
Thông tư 05/2025/TT-BCT, hợp nhất với Thông tư 46/2025/TT-BCT, yêu cầu thiết bị đóng cắt trên lưới phân phối đủ khả năng cắt dòng ngắn mạch lớn nhất.[26] Đơn vị truyền tải và đơn vị phân phối điện có trách nhiệm thông báo dòng ngắn mạch lớn nhất tại điểm đấu nối.[26] Giá trị thông báo gồm giá trị hiện tại và giá trị tính toán cho ít nhất 10 năm tới, để khách hàng phối hợp chọn thiết bị.[26]
Ba cặp thông số dễ nhầm
- Bảo vệ quá dòng AC và dòng ra tối đa: bảo vệ quá dòng AC là chức năng ngắt biến tần khi dòng AC vượt ngưỡng tác động.[2] Dòng ra tối đa 16,9 A của SUN2000-10KTL-M1 là thông số đầu ra riêng.[5]
- Bảo vệ quá dòng AC và chống sét lan truyền AC: Huawei ghi riêng hai dòng, chống sét lan truyền AC đạt loại II theo EN/IEC 61643-11.[5]
- Bảo vệ quá dòng và giám sát dòng dư: IEC 62109-2 đặt quá dòng ở mục 9.3, dòng dư của dàn pin ở mục 4.8.3.[10]
10. Câu hỏi thường gặp về bảo vệ quá dòng AC
Q1Bảo vệ quá dòng AC (AC overcurrent protection) là gì?
Bảo vệ quá dòng AC (AC overcurrent protection) là chức năng bảo vệ bên trong biến tần (inverter), ngắt biến tần khi dòng xoay chiều (AC) vượt ngưỡng tác động.[1][2] Quá dòng gồm dòng quá tải và dòng ngắn mạch.[3]
Q2Biến tần đã có bảo vệ quá dòng AC có cần lắp aptomat ở đầu ra không?
Q3Vì sao dòng sự cố của biến tần không làm tác động thiết bị bảo vệ?
Dòng sự cố của biến tần không làm tác động thiết bị bảo vệ dòng sự cố vì xung dòng quá độ của biến tần mang ít năng lượng.[16] Dòng sự cố lớn nhất trên mạch ra AC thường đến từ lưới điện.[6] Độ lớn dòng sự cố của biến tần được trình bày ở bài Dòng điện đầu ra tối đa.
Q4Quá dòng ở biến tần hòa lưới xảy ra khi nào?
Q5Bảo vệ quá dòng AC và bảo vệ ngắn mạch AC khác nhau thế nào?
Q6Biến tần giới hạn dòng ở mức bao nhiêu?
Q7IGBT chịu được ngắn mạch trong bao lâu?
Q8IEC 62109-1 thử bảo vệ quá dòng đầu ra như thế nào?
IEC 62109-1 thử bảo vệ quá dòng đầu ra bằng phép thử ngắn mạch đầu ra (4.4.4.5) và quá tải đầu ra (4.4.4.7), theo báo cáo thử TÜV SÜD.[13][22] Phép thử ngắn mạch đấu tắt lần lượt từng tổ hợp cực đầu ra như pha với PE và pha với pha.[22] Báo cáo Solplanet ASW-LT-G2 ghi dòng ngắn mạch đầu ra lớn nhất 109,5 A hiệu dụng trong 17 ms.[13]
Q9Bảo vệ quá dòng AC có thay cho CB chống giật không?
Bảo vệ quá dòng AC và bảo vệ dòng dư là hai chức năng được IEC 62109-2 quy định ở hai mục riêng, mục 9.3 và mục 4.8.3.[10] Huawei SUN2000-KTL-M1 có bộ giám sát dòng dư riêng và yêu cầu RCD ngoài, nếu có, từ 100 mA trở lên.[11] Các loại CB chống giật như RCCB và RCBO được trình bày ở bài CB chống giật.
Q10Aptomat đầu ra của biến tần hòa lưới đặt ở đâu?
Q11Datasheet ghi "AC overcurrent protection: Yes" nghĩa là gì?
Q12Bảo vệ quá dòng AC khác giảm công suất theo nhiệt ở điểm nào?
11. Việt Nam Solar và danh sách cửa hàng
Việt Nam Solar là công ty cung cấp toàn bộ giải pháp điện mặt trời, phân phối chính hãng hơn 20 thương hiệu thiết bị. Công ty hoạt động từ năm 2018, làm tổng thầu EPC và ESCO cho các dự án điện mặt trời. Đội kỹ thuật tư vấn chọn biến tần và aptomat đầu ra AC dựa trên bảo vệ quá dòng của từng thiết bị trong dự án. Khách hàng được khảo sát tận nơi, thiết kế và lắp đặt hoàn chỉnh. Ba chi nhánh tại Hồ Chí Minh, Cần Thơ và Khánh Hòa trưng bày sản phẩm thật và nhận yêu cầu báo giá.
| Chi nhánh | Địa chỉ | Kho | Đường dây nóng |
|---|---|---|---|
| Trụ sở chính Hồ Chí Minh | 188 ĐHT41, Phường Đông Hưng Thuận, Tp. HCM | 2939 QL1A, Phường Đông Hưng Thuận, Tp. HCM | 088.60.60.660 |
| Chi nhánh Cần Thơ | 41D Mậu Thân, Phường Cái Khế, Tp. Cần Thơ | Khu vực Tràng Thọ A, Phường Trung Nhứt, Tp. Cần Thơ | 094.42.44.424 |
| Chi nhánh Khánh Hòa | Thôn Đông Dinh, Xã Diên Khánh, Tỉnh Khánh Hòa | Thôn Đông Dinh, Xã Diên Khánh, Tỉnh Khánh Hòa | 081.60.60.660 |
Thông tin chi nhánh lấy theo danh sách cửa hàng của Việt Nam Solar.[27]
Tài liệu tham khảo từ nguồn quốc tế
- 1Wang, J., Pinheiro, P. H., Chakraborty, S., Johnson, B., Bainy, R. G., & Hoke, A. (2025). A Comprehensive Study of the Impact of Inverter-Based Resource (IBR) Modeling and Control on Protection Relay Elements, NREL/TP-5D00-94430. National Renewable Energy Laboratory.
- 2North American Electric Reliability Corporation, & Texas Reliability Entity. (2022). 2022 Odessa Disturbance, Texas Event June 4, 2022, Joint NERC and Texas RE Staff Report. NERC.
- 3International Electrotechnical Commission. (2023). IEC 60364-4-43 Ed. 4.0, Low-voltage electrical installations, Part 4-43, Protection for safety, Protection against overcurrent, preview. VDE Verlag.
- 4Fan, B., Liu, T., Zhao, F., Wu, H., & Wang, X. (2022). A Review of Current-Limiting Control of Grid-Forming Inverters Under Symmetrical Disturbances. IEEE Open Journal of Power Electronics, 3, 955-969. Aalborg University.
- 5Huawei Digital Power. (n.d.). SUN2000-3/4/5/6/8/10KTL-M1 Specs. Huawei Smart PV.
- 6Wiles, J. (2019). Conductors, currents, and circuit protection, The AC side. IAEI Magazine.
- 7Mohsenzade, S., Naghibi, J., & Mehran, K. (2021). Reliability Enhancement of Power IGBTs under Short-Circuit Fault Condition Using Short-Circuit Current Limiting-Based Technique. Energies, 14(21), 7397. MDPI.
- 8Lyu, G., Ali, H., Tan, H., Peng, L., & Ding, X. (2024). Review on Short-Circuit Protection Methods for SiC MOSFETs. Energies, 17(17), 4523. MDPI.
- 9International Electrotechnical Commission. (2010). IEC 62109-1 Ed. 1.0, Safety of power converters for use in photovoltaic power systems, Part 1, General requirements, preview. VDE Verlag.
- 10International Electrotechnical Commission. (2011). IEC 62109-2 Ed. 1.0, Safety of power converters for use in photovoltaic power systems, Part 2, Particular requirements for inverters, preview. VDE Verlag.
- 11Huawei Technologies. (2022). SUN2000-(3KTL-10KTL)-M1 User Manual, Issue 05. Huawei, bản sao do bên thứ ba lưu trên cdn.shopify.com.
- 12International Electrotechnical Commission. (2010). IEC 62109-1:2010 Safety of power converters for use in photovoltaic power systems, Part 1, General requirements. IEC Webstore.
- 13TÜV SÜD Certification and Testing (China) Co., Ltd. Guangzhou Branch. (2021). Test report IEC 62109-1, No. 70.409.20.075.07-00, Grid-Connected PV Inverter ASW8K-LT-G2 to ASW20K-LT-G2. Solplanet.
- 14Keller, J., & Kroposki, B. (2010). Understanding Fault Characteristics of Inverter-Based Distributed Energy Resources, NREL/TP-550-46698. National Renewable Energy Laboratory.
- 15Mabote, T. R., Tabarez, J. E., Barnes, A. K., Mate, A., Bent, R. W., & Cotilla-Sanchez, E. (2023). Developing Optimization-Based Inverter Models for Short Circuit Studies, LA-UR-22-32454. Los Alamos National Laboratory, arXiv.
- 16Gonzalez, S., Gurule, N. S., Johnson, J. T., & Reno, M. J. (2018). Fault Current Experimental Results of Photovoltaic Inverters Operating with Grid-Support Functionality, SAND2018-5995C. Sandia National Laboratories.
- 17Bower, W., Whitaker, C., Erdman, W., Behnke, M., & Fitzgerald, M. (2004). Performance Test Protocol for Evaluating Inverters Used in Grid-Connected Photovoltaic Systems, draft. Sandia National Laboratories, California Energy Commission.
- 18Schneider Electric. (n.d.). Overcurrent protection principles. Electrical Installation Guide.
- 19Schneider Electric. (n.d.). Fundamental characteristics of a circuit-breaker. Electrical Installation Guide.
- 20Holt, M. (2024). NEC Requirements for Solar, Part 2. EC&M.
- 21International Electrotechnical Commission. (2015). IEC 60898-1 Ed. 2.0, Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations, Part 1, preview. VDE Verlag.
- 22TÜV SÜD Certification and Testing (China) Co., Ltd. Guangzhou Branch. (2021). Test report IEC 62109-1, No. 70.409.21.035.11-00, SH3.0RS to SH6.0RS. Sungrow Power Supply, bản sao do bên thứ ba lưu trên cdn.estg.eu.
- 23International Electrotechnical Commission. (2011). IEC 62109-2:2011 Safety of power converters for use in photovoltaic power systems, Part 2, Particular requirements for inverters. IEC Webstore.
- 24Institute for Standardization of Serbia. (2026). IEC 62109-1 ED2, project status, stage 60.00 Standard under publication. ISS.
- 25International Electrotechnical Commission. (2009). IEC 60255-151 Ed. 1.0, Measuring relays and protection equipment, Part 151, Functional requirements for over/under current protection, preview. VDE Verlag.
- 26Bộ Công Thương. (2025). Văn bản hợp nhất số 38/VBHN-BCT, Thông tư 05/2025/TT-BCT quy định hệ thống truyền tải điện, phân phối điện và đo đếm điện năng, hợp nhất với Thông tư 46/2025/TT-BCT. Bộ Công Thương.
- 27Việt Nam Solar. (n.d.). Danh sách cửa hàng và hệ thống chi nhánh. Công ty TNHH Việt Nam Solar.
Bài viết do đội ngũ 50 kỹ sư của Công ty TNHH Việt Nam Solar biên soạn và kiểm duyệt. Công ty hoạt động liên tục trong lĩnh vực điện mặt trời từ năm 2018, đã khảo sát, thiết kế và thi công hàng nghìn công trình trên cả nước, đồng thời là nhà phân phối chính hãng hơn 20 thương hiệu biến tần, tấm pin và pin lưu trữ. Mọi kỹ sư tham gia biên soạn đều nắm chứng chỉ hành nghề về điện và xây dựng do cơ quan quản lý Nhà nước cấp.
Việt Nam Solar hoạt động với đầy đủ tư cách pháp nhân, gồm Giấy phép hoạt động điện lực số 175/GP-SCT do Sở Công Thương cấp, Giấy phép năng lực hoạt động xây dựng HCM-00076550 công bố trên cổng thông tin Bộ Xây dựng, cùng nhãn hiệu độc quyền số 604703 do Cục Sở hữu trí tuệ cấp văn bằng bảo hộ. Công ty duy trì ba chứng nhận hệ thống quản lý còn hiệu lực gồm ISO 9001:2015, ISO 14001:2018 và ISO 45001:2018, trạng thái hiệu lực xác minh trên IAF CertSearch.
Mọi số liệu kỹ thuật, thông tin pháp lý và mốc thời gian nêu trong bài đều được đối chiếu với hồ sơ chính hãng của nhà sản xuất và văn bản pháp luật hiện hành trước khi xuất bản, để nội dung công bố có thể kiểm chứng độc lập.
