Cấp bảo vệ chống điện giật loại I (Protection class I) là gì?

Thiết bị loại I gồm những thành phần nào?

Thiết bị loại I gồm phần mang điện bọc cách điện chính và các bộ phận dẫn điện hở có nối đất bảo vệ.[1] Đầu nối dành cho dây bảo vệ được nhận diện bằng ký hiệu IEC 60417-5019.[8] Vỏ kim loại và mọi tấm chắn kim loại tháo được phải liên kết với dây nối đất bảo vệ của hệ thống lắp đặt.[3]

Cách điện chính (basic insulation)

Cách điện chính là lớp cách điện bọc bộ phận mang điện nguy hiểm, có nhiệm vụ bảo vệ cơ bản.[7] Bộ phận mang điện nguy hiểm là bộ phận mang điện có thể gây điện giật nguy hại trong một số điều kiện.[7]

Bộ phận dẫn điện hở (exposed-conductive-part)

Bộ phận dẫn điện hở là phần dẫn điện của thiết bị chạm tới được và không mang điện trong điều kiện bình thường.[2] Bộ phận dẫn điện hở có thể mang điện khi cách điện chính hỏng.[2][7]

Định nghĩa ở mục 1 dựa trên hai lớp bảo vệ, nên cần xét từng lớp hoạt động ra sao khi thiết bị bình thường và khi có sự cố.

Bảo vệ cơ bản (basic protection)

Bảo vệ cơ bản là bảo vệ chống điện giật trong điều kiện không có sự cố.[6] Mục 5.2 của IEC 61140 liệt kê các biện pháp bảo vệ cơ bản, mở đầu bằng cách điện chính ở mục 5.2.2.[6] Danh mục bảo vệ cơ bản còn có rào chắn, vỏ bọc, vật cản và đặt ngoài tầm với.[6]

Bảo vệ khi có sự cố (fault protection)

Bảo vệ khi có sự cố là bảo vệ chống điện giật trong điều kiện sự cố đơn.[7] Sự cố đơn là khi một phương tiện bảo vệ chống điện giật bị hỏng, hoặc có một sự cố có thể gây nguy hiểm.[7] Mục 5.3 của IEC 61140 xếp liên kết đẳng thế bảo vệ và tự động ngắt nguồn vào nhóm bảo vệ khi có sự cố.[6]

Điện áp chạm khi cách điện hỏng

Điện áp chạm Uc là điện áp xuất hiện do hỏng cách điện, giữa bộ phận dẫn điện hở và phần dẫn điện ở điện thế khác.[3] Giá trị Uc cao nhất người chịu được lâu dài không gây nguy hiểm là 50 V xoay chiều.[3] Với điện một chiều, giá trị tương ứng là 120 V.[3] Uc càng cao, nguồn càng phải ngắt nhanh để bảo vệ người.[3]

Ba nhóm biện pháp chống điện giật theo IEC

Bảo vệ chống điện giật theo IEC chia thành ba nhóm biện pháp cơ bản.[12] Nhóm thứ ba ngăn phần dẫn điện bình thường không mang điện trở nên mang điện.[12] Nhóm thứ ba dùng nối đất kèm tự động ngắt nguồn, thiết bị loại II hoặc tách nguồn khỏi đất.[12] Thiết bị loại I thuộc con đường nối đất kèm tự động ngắt nguồn.[1][4]

Nguyên tắc hai lớp được quy định trong IEC 61140, nên bước tiếp theo là xem tiêu chuẩn này sắp xếp các cấp bảo vệ ra sao.

IEC 61140 là ấn phẩm an toàn cơ bản

IEC 61140 chủ yếu dành cho các ban kỹ thuật soạn tiêu chuẩn.[6] IEC 62109-1 cho biến tần điện mặt trời có mục 5.1.8 về thiết bị loại II.[13] IEC 62109-1 còn có mục 7.3.6 về bảo vệ khi chạm gián tiếp.[13]

Mục 7.3 dành cho thiết bị loại I

Mục 7 của IEC 61140 phối hợp thiết bị điện với các biện pháp bảo vệ trong hệ thống lắp đặt.[6] Mục 7.3 Class I equipment có năm tiểu mục.[6] Các tiểu mục gồm General, Insulation, Connection to the protective conductor, Accessible surfaces of parts of insulating material và Connection of a protective conductor.[6] Mục 7.2 dành cho thiết bị loại 0, mục 7.4 cho loại II, mục 7.5 cho loại III.[6] Bảng 3 trình bày việc áp dụng thiết bị trong hệ thống lắp đặt hạ áp.[6]

Dòng điện chạm và dòng trong dây bảo vệ

Dòng điện chạm là dòng điện đi qua cơ thể người hoặc vật nuôi khi chạm vào phần chạm tới được.[7] Mục 7.6 của IEC 61140 quy định dòng điện chạm và dòng trong dây bảo vệ.[6] Bảng 4 và Bảng 5 cho dòng tối đa trong dây bảo vệ ở tần số đến 1 kHz và ở điện một chiều.[6]

IEC 61140 gắn thiết bị loại I với hệ thống lắp đặt, nên phần tiếp theo là cơ chế tự động ngắt nguồn trong IEC 60364-4-41.

Tự động ngắt nguồn trong IEC 60364-4-41

Trong biện pháp tự động ngắt nguồn, bảo vệ cơ bản do cách điện chính, rào chắn hoặc vỏ bọc đảm nhận.[4] Bảo vệ khi có sự cố do liên kết đẳng thế bảo vệ và tự động ngắt nguồn đảm nhận.[4] Bộ phận dẫn điện hở phải được nối với dây bảo vệ theo điều 411.3.1.1.[4] Thiết bị loại II cũng được phép dùng trong biện pháp này, theo ghi chú ở điều 411.1.[4]

Thời gian ngắt lớn nhất

Thời gian ngắt lớn nhất của mạch cuối phụ thuộc kiểu hệ thống TN hoặc TT và điện áp Uo.[4] Uo là điện áp danh nghĩa giữa dây pha và đất.[4] Mạch cuối ở đây gồm mạch có ổ cắm đến 63 A và mạch chỉ cấp thiết bị cố định đến 32 A.[4][3] Bảng dưới chép phần xoay chiều của Bảng 41.1.[4][3]

Mạch phân phối trong hệ thống TN được phép ngắt trong tối đa 5 s.[4][3] Mạch phân phối trong hệ thống TT được phép ngắt trong tối đa 1 s.[4][3]

Bảo vệ bổ sung bằng RCD 30 mA

Bảo vệ bổ sung trong điều 411.1 dùng thiết bị dòng dư (RCD) có dòng tác động định mức không quá 30 mA.[4] RCD độ nhạy cao là biện pháp bổ sung chống nguy hiểm khi chạm vào phần mang điện.[14] Mạch ổ cắm thông dụng đến 32 A do người không chuyên sử dụng phải có RCD độ nhạy cao.[14]

Tự động ngắt nguồn chỉ bảo vệ khi bộ phận dẫn điện hở được nối đất đúng cách, nên dây PE là khâu quyết định.[3]

Cách đi dây PE

Dây PE không được có phương tiện làm gián đoạn mạch như công tắc hay thanh nối tháo được.[15] Dây PE phải có vỏ cách điện, sọc màu vàng và xanh lá.[15] Ống luồn kim loại, ống gas và ống nước nóng bị cấm dùng làm dây PE.[15] Mỗi bộ phận dẫn điện hở phải nối riêng vào dây PE chính, tức đấu song song.[15] Khi đấu nối tiếp, một mối nối kém làm mọi thiết bị phía sau mất bảo vệ.[15]

Tiết diện dây PE

Tiết diện dây nối đất bảo vệ bên ngoài của biến tần được xác định theo Bảng 11 của IEC 62109-1.[10] Dây PE đi tách khỏi dây pha cần tối thiểu 2,5 mm² khi có bảo vệ cơ học.[9][10] Không có bảo vệ cơ học, dây PE đi tách cần tối thiểu 4 mm².[9][10]

Ký hiệu IEC 60417-5019

Ký hiệu IEC 60417-5019 có tên "Protective class I; Protective earth/ground".[8] Ký hiệu 5019 nhận diện đầu nối dành cho dây dẫn bên ngoài, nhằm bảo vệ chống điện giật.[8][16] Ký hiệu IEC 60417-5017 chỉ dùng khi không có yêu cầu dùng ký hiệu 5018 hay 5019.[8][16]

Các quy định về dây PE được cụ thể hóa trong tiêu chuẩn biến tần, nên phần tiếp theo xét cách thử nghiệm biến tần loại I.

Báo cáo thử nghiệm Solplanet ASW8K-LT-G2 đến ASW20K-LT-G2

Dòng Solplanet ASW8K-LT-G2 đến ASW20K-LT-G2 được ghi "Protective class Class I" trong báo cáo IEC 62109-1 do TÜV SÜD lập.[10] Dòng ASW LT-G2 nối đất bảo vệ qua đầu nối lắp đặt phía AC.[10] Dây nối đất bảo vệ phải luôn được nối khi PCE loại I có điện.[10] Yêu cầu a) giới hạn trở kháng liên kết bảo vệ ở 0,1 Ω.[10] Yêu cầu b) giới hạn sụt áp khi thử liên kết bảo vệ ở 2,5 V.[10] Liên kết bảo vệ cũng có thể thiết kế theo yêu cầu của dây nối đất bảo vệ bên ngoài, khi đó không cần thử.[10]

Báo cáo thử nghiệm Sungrow SH3.0RS đến SH6.0RS

Biến tần hybrid Sungrow SH3.0RS đến SH6.0RS được ghi "Protection class I" trong báo cáo IEC 62109-1 số 70.409.21.035.11-00.[5] Cáp AC của dòng SH RS là cáp đồng ba lõi 6 đến 16 mm², khuyến nghị 10 mm².[28] Dây tiếp địa bảo vệ bên ngoài cần tối thiểu 10 mm² nếu bằng đồng, 16 mm² nếu bằng nhôm.[28] Dây nhỏ hơn mức này buộc phải nối đất cả đầu tiếp địa bên ngoài và đầu tiếp địa phía AC.[28] Đầu nối dây PE được đánh dấu bằng ký hiệu số 7 của Phụ lục C.[5] Biến tần hybrid được giới thiệu ở bài Inverter hybrid.

Dòng điện chạm lớn và dây PE thứ hai

Dòng điện chạm đo được của dòng ASW LT-G2 tối đa 4,5 mA, lớn hơn 3,5 mA.[10] Vì vậy dòng ASW LT-G2 nối thêm dây nối đất bảo vệ thứ hai, tối thiểu 6 mm², vào vỏ kim loại.[10] Thiết bị phải dán ký hiệu cảnh báo số 15 của Phụ lục C.[10] Dòng SH RS đo được dòng điện chạm dưới 3,5 mA.[5]

Yêu cầu tại Việt Nam

TCVN 7447-7-712:2019 hoàn toàn tương đương với IEC 60364-7-712:2017.[19] Theo TCVN 7447-7-712:2019, PCE phải phù hợp với TCVN 12231-1 (IEC 62109-1) và TCVN 12231-2 (IEC 62109-2).[19]

Cấp bảo vệ được ghi trên tài liệu của từng sản phẩm, nên người lắp đặt cần biết đọc các dòng này.

Các dòng phân loại trong báo cáo thử nghiệm

Các dòng phân loại thiết bị của Sungrow SH3.0RS đến SH6.0RS trong báo cáo IEC 62109-1 như sau.[5]

```

Protection class I

Overvoltage category II (PV, Battery), III (MAINS)

Degree of protection IP65

Pollution degree 3(external environment), 2(internal environment)

```

Dòng "Protection class I" cho biết biến tần cần dây PE.[5][10] Ba dòng còn lại ghi cấp quá áp, cấp bảo vệ IP và cấp độ ô nhiễm.[5] Cấp độ ô nhiễm được giải thích ở bài Cấp độ ô nhiễm.

Ký hiệu trên nhãn và tại đầu nối

Ký hiệu IEC 60417-5019 tại đầu nối cho biết vị trí đấu dây bảo vệ.[8] Trên biến tần SMA Sunny Boy SBxx-1AV-41, một ký hiệu riêng chỉ vị trí nối dây nối đất.[21] Một ký hiệu khác báo sản phẩm phải nối đất bổ sung khi có yêu cầu.[21]

Tiết diện dây PE trong hướng dẫn lắp đặt

Dây PE của Huawei SUN2000-(2KTL-6KTL)-L1 là cáp đồng một lõi ngoài trời, đầu cos OT M6.[20] Tiết diện khuyến nghị của dây PE là 4 đến 10 mm².[20] Tiết diện tối thiểu của cáp AC đầu ra chọn theo dòng định mức của cầu chì AC.[20] Đường kính cáp tối thiểu phải theo tiêu chuẩn cáp địa phương.[20]

Ví dụ kiểm tra dây PE cho biến tần loại I

Giả sử biến tần Huawei SUN2000-L1 dự kiến dùng dây PE đồng một lõi 6 mm².

1. Đọc cấp bảo vệ: tìm dòng "Protection class" trong báo cáo thử nghiệm của đúng model Huawei; thiết bị loại I có bộ phận dẫn điện hở nối đất bảo vệ.[1]
2. So với hướng dẫn hãng: 4 mm² ≤ 6 mm² ≤ 10 mm², nên 6 mm² nằm trong dải khuyến nghị của Huawei SUN2000-L1.[20]
3. Kiểm đầu cos: dây PE của Huawei SUN2000-L1 dùng đầu cos OT M6.[20]
4. Xem dòng điện chạm: nếu báo cáo thử nghiệm của model ghi trên 3,5 mA, cần dây PE thứ hai, như trường hợp dòng ASW LT-G2.[10]
5. Xem thời gian ngắt: lưới 230 V kiểu TN cần ngắt mạch cuối trong 0,4 s.[4][3]

Biến tần loại I nối đất đúng cách vẫn có dòng rò về đất, nên phần tiếp theo xét quan hệ giữa cấp bảo vệ và giám sát dòng rò.

RCMU trong biến tần

Bộ giám sát dòng rò RCMU tích hợp đo tổng dòng điện hiệu dụng gồm cả thành phần xoay chiều và một chiều.[23][24] Dòng Fronius Symo không biến áp có RCMU tích hợp, dẫn chiếu IEC 62109-2 và VDE 0126-1-1.[24] Chi tiết có ở bài Bộ giám sát dòng rò RCMU.

Ngưỡng ngắt dòng rò

Với biến tần đến 30 kVA, ngưỡng dòng rò liên tục tối đa là 300 mA.[23][25] Trên 30 kVA, ngưỡng tối đa là 10 mA cho mỗi kVA công suất định mức.[23][25] Dòng ASW LT-G2 phải ngắt trong 0,3 s khi vượt ngưỡng liên tục.[23] Với dòng rò tăng đột ngột, mức 30 mA ngắt trong 0,3 s, 60 mA trong 0,15 s và 150 mA trong 0,04 s.[23] Tiêu chuẩn gốc được giới thiệu ở bài Tiêu chuẩn IEC 62109-2.

RCD đặt phía AC

Trong hệ dùng biến tần không biến áp, dòng sự cố được cấp từ phía AC.[25] Vì vậy RCD có thể lắp ở phía AC của biến tần.[25] Với dòng ASW LT-G2, phương án RCD 30 mA đặt giữa biến tần và lưới được nêu trong báo cáo IEC 62109-2.[23]

Đo điện trở cách điện trước khi hòa lưới

Biến tần không biến áp phải đo điện trở cách điện của dàn pin trước khi vận hành.[22] Biến tần chỉ hòa lưới khi điện trở cách điện đạt mức tối thiểu.[22] Ngưỡng cài đặt xuất xưởng của dòng ASW LT-G2 là 200 kΩ.[23] Cách theo dõi có ở bài Giám sát điện trở cách điện.

Dòng rò và cách điện liên quan tới cả các cấp bảo vệ khác, nên cần so thiết bị loại I với loại II và loại III.

Thiết bị loại II và loại III

Thiết bị loại II dùng cách điện chính cùng cách điện kép hoặc cách điện tăng cường.[1] Cách điện kép gồm cả cách điện chính và cách điện phụ.[7] Cách điện tăng cường cho mức bảo vệ tương đương cách điện kép.[7] Không có phần dẫn điện nào của thiết bị loại II được nối với dây bảo vệ.[11] Thiết bị loại III lấy điện từ nguồn SELV không quá 50 V xoay chiều hoặc 120 V một chiều.[1] Hệ SELV có điện áp không vượt điện áp cực thấp ở điều kiện bình thường và sự cố đơn.[26] Chi tiết có ở bài Cấp bảo vệ chống điện giật loại II và bài Điện áp siêu thấp bảo vệ PELV.

Bảng so sánh ba cấp bảo vệ

Phần loại II trong hệ có thiết bị loại I

Đầu nối PV, đầu nối AC và nắp màn hình của dòng ASW LT-G2 dùng cách điện tăng cường như phần loại II.[10] Biến tần SMA Sunny Boy SBxx-1AV-41 chỉ được vận hành với tấm pin mặt trời cấp bảo vệ loại II.[21] Chạm vào tấm pin hoặc khung dàn pin không nối đất có thể gây tử vong do điện giật.[21]

Phần so sánh khép lại nội dung kỹ thuật, các câu hỏi dưới đây gom những điểm người lắp đặt hay hỏi.