Mục lục · 11 phần
Giám sát điện trở cách điện (Insulation resistance monitoring) là chức năng của biến tần (inverter) đo điện trở cách điện giữa dàn pin mặt trời (PV) và đất trước khi hòa lưới, rồi báo lỗi khi điện trở thấp hơn ngưỡng tối thiểu.[1][2] Phép đo này thường diễn ra trước lúc biến tần bắt đầu phát điện lên lưới, nên còn được gọi là phép kiểm tra buổi sáng (morning check).[2] Điện trở cách điện hiệu dụng của cả dàn pin với đất được ký hiệu là Riso.[3] Với biến tần có điện áp DC đầu vào tối đa 1.000 V, ngưỡng tối thiểu theo IEC 62109-2 là 1.000 V / 30 mA ≈ 33,3 kΩ.[2] Khi Riso thấp hơn mức cho phép, biến tần không cách ly không hòa lưới.[1][4] Với sự kiện 3501 về điện trở cách điện thấp, biến tần SMA hướng dẫn đo và kiểm tra cáp, đầu nối, tấm pin trên từng chuỗi.[4]
Sau khi biến tần hòa lưới, dòng rò được theo dõi bằng bộ giám sát dòng rò, trình bày ở bài Bộ giám sát dòng rò RCMU.[3]
Tóm tắt nhanh
| Mục | Thông tin chính |
|---|---|
| Tên tiếng Anh | Insulation resistance monitoring; IEC 62109-2 gọi là phát hiện điện trở cách điện của dàn (Array insulation resistance detection)[5] |
| Định nghĩa | Giám sát điện trở cách điện (Insulation resistance monitoring) là chức năng của biến tần (inverter) đo điện trở cách điện giữa dàn pin mặt trời (PV) và đất trước khi hòa lưới, rồi báo lỗi khi điện trở thấp hơn ngưỡng tối thiểu[1][2] |
| Ký hiệu | Riso, điện trở cách điện hiệu dụng của dàn pin với đất[3] |
| Thời điểm đo | Trước khi phát điện lên lưới, thường mỗi sáng (morning check)[2] |
| Ngưỡng tối thiểu theo IEC 62109-2 | Điện áp DC tối đa chia cho 30 mA; 1.000 V ứng với 33,3 kΩ[2] |
| Khi Riso thấp hơn ngưỡng | Biến tần không cách ly không hòa lưới;[1] biến tần SMA báo sự kiện 3501[4] |
| Nguyên nhân thường gặp | Cách điện cáp hỏng, đầu nối lỗi, mưa hoặc sương[4] |
| Tiêu chí của tấm pin | Điện trở ướt nhân diện tích ít nhất 40 MΩ·m² (phép thử MQT 15)[6] |
| Thử khi nghiệm thu | IEC 62446-1; dàn 500 đến 1.000 V thử ở 1.000 V, tối thiểu 1 MΩ[7][8] |
| Ví dụ datasheet | Huawei SUN2000-50KTL-M3: DC Insulation Resistance Detection: Yes; điện áp vào tối đa 1.100 V[9] |
1. Giám sát điện trở cách điện (Insulation resistance monitoring) là gì?
Giám sát điện trở cách điện (Insulation resistance monitoring) là chức năng của biến tần (inverter) đo điện trở cách điện giữa dàn pin mặt trời (PV) và đất trước khi hòa lưới, rồi báo lỗi khi điện trở thấp hơn ngưỡng tối thiểu.[1][2] Biến tần không cách ly chỉ hòa lưới khi điện trở đo được đạt yêu cầu tối thiểu.[1] Sau một lần ngắt, biến tần được hòa lưới lại khi đo được điện trở cách điện lớn hơn giới hạn.[1] Phép đo Riso ghi nhận dòng rò của dàn, từ tấm pin hoặc từ biến tần, như một dạng lỗi.[10]
Điện trở cách điện (Insulation resistance) là gì?
Điện trở cách điện (Insulation resistance) là điện trở giữa hệ thống được giám sát và đất, tính cả điện trở với đất của mọi thiết bị nối vào.[11] Với tấm pin, đại lượng này còn được gọi là trở kháng với đất (ground impedance).[6] Khi điện trở cách điện quá thấp, dòng rò tăng và bộ phát hiện lỗi chạm đất có thể tác động nhiều lần.[6]
Điện trở cách điện của dàn pin (Riso) là gì?
Điện trở cách điện của dàn pin (Riso) là điện trở cách điện hiệu dụng của cả hệ điện mặt trời với đất, quy đổi từ dòng rò.[3] Dòng rò đó đến từ tấm pin, cáp DC và chính biến tần.[3] Riso còn được gọi là điện trở cách ly với đất (isolation resistance).[2]
Lỗi chạm đất (Earth fault) là gì?
Lỗi chạm đất (Earth fault) là sự xuất hiện ngoài ý muốn của một đường dẫn điện giữa dây dẫn mang điện và đất.[12] Trên dàn pin, lỗi chạm đất là đường dẫn điện giữa một hoặc nhiều dây dẫn của dàn và đất.[10] Lỗi chạm đất thường phát sinh từ sự xuống cấp cơ học, điện hoặc hóa học của các thành phần trong dàn pin.[10] Giám sát Riso là một trong các cách phát hiện lỗi chạm đất, bên cạnh giám sát dòng điện.[2]
Thiết bị giám sát cách điện (IMD) là gì?
Thiết bị giám sát cách điện (IMD) là thiết bị theo dõi liên tục điện trở cách điện với đất của hệ thống IT không nối đất.[11] Phạm vi của IEC 61557-8 gồm cả hệ IT một chiều không nối đất tới 1.500 V.[11] Tên tiếng Anh đầy đủ của IMD là Insulation monitoring device, quy định trong IEC 61557-8:2014.[11] Ngưỡng tác động (response value) là giá trị điện trở cách điện tại đó thiết bị tác động trong điều kiện quy định.[11] Phụ lục C của IEC 61557-8 dành cho thiết bị giám sát cách điện của hệ điện mặt trời (PV-IMD).[11] Phụ lục D dành cho chức năng giám sát cách điện tích hợp trong biến tần hoặc bộ điều khiển sạc (PV-IMF).[11]
Giám sát điện trở cách điện trong các tiêu chuẩn IEC
IEC 62109-2:2011 đặt các yêu cầu an toàn riêng cho biến tần chuyển đổi điện một chiều sang xoay chiều.[5] Điều 4.8.2 của IEC 62109-2 quy định phát hiện điện trở cách điện của dàn cho biến tần dùng với dàn không nối đất và nối đất chức năng.[5] Nội dung chung của IEC 62109-2 được giới thiệu ở bài IEC 62109-2. IEC 63112:2021 áp cho thiết bị bảo vệ lỗi chạm đất của dàn pin, có chức năng phát hiện, ngắt và cảnh báo lỗi chạm đất.[12] Điều 5 của IEC 63112 dành riêng cho giám sát cách điện của dàn pin với đất.[12] IEC 62548-1:2023 thay IEC 62548 năm 2016, với Điều 6 sửa đổi gồm giám sát cách điện của dàn và phát hiện lỗi chạm đất.[13]
Định nghĩa ở mục 1 cho thấy phép đo Riso nhằm chặn lỗi cách điện trước khi biến tần vận hành. Mục 2 giải thích vì sao lỗi cách điện nguy hiểm, nhất là với biến tần không cách ly.
2. Vì sao biến tần cần giám sát điện trở cách điện?
Biến tần cần giám sát điện trở cách điện vì lỗi chạm đất phía một chiều (DC) là một trong các sự cố nguy hiểm nhất trên dàn pin.[14] Ấn bản IEC 62548:2016 có riêng mục 6.4 về bảo vệ chống tác động của lỗi cách điện.[15]
Lỗi chạm đất gây điện giật và cháy
Lỗi chạm đất trên dàn pin là mối nguy điện giật và đã gây nhiều vụ cháy ở Hoa Kỳ và trên thế giới.[10] Đám cháy từ lỗi trên hệ mái có thể thiêu rụi công trình và đe dọa tính mạng người bên trong.[2] Lỗi chạm đất và lỗi hồ quang là hai nguyên nhân phổ biến nhất gây cháy dàn pin.[14] Lỗi kéo dài tiêu tán an toàn tối đa 70 W, không gây nguy cơ cháy, theo IEC 60364-4-42 được trích lại trong báo cáo Sandia.[10] Lỗi hồ quang một chiều được trình bày ở bài Lỗi hồ quang DC.
Biến tần không cách ly và dòng rò
Biến tần không cách ly (transformerless inverter) không có cách ly điện giữa dàn pin và lưới, và đặc điểm này góp phần làm dòng rò lớn.[1] Cấu trúc không cách ly có hiệu suất cao hơn, nhẹ hơn, gọn hơn và rẻ hơn cấu trúc có cách ly điện.[16] Dòng rò qua điện dung ký sinh giữa dàn pin và đất được trình bày ở bài Bộ giám sát dòng rò RCMU.
Lỗi chạm đất có thể làm hỏng biến tần không cách ly
Biến tần SMA không biến áp có thể bị phá hủy khi lỗi chạm đất xảy ra trong lúc vận hành.[4] Với biến tần SMA không biến áp, chuỗi pin có cách điện hỏng không được đấu vào biến tần.[4] Giám sát dòng rò của biến tần SMA phát hiện được lỗi chạm đất lúc vận hành, nhưng ngắt lưới không đủ nhanh để tránh hỏng linh kiện.[4]
Biến tần có cách ly (Isolated inverter) là gì?
Biến tần có cách ly (Isolated inverter) là biến tần có ít nhất mức tách biệt đơn giản (simple separation) giữa mạch lưới và mạch dàn pin.[5] Bảng 30 của IEC 62109-2 đặt yêu cầu theo kiểu cách ly của biến tần và cách nối đất của dàn pin.[5] Biến tần SMA có biến áp chỉ hiển thị cảnh báo khi Riso thấp và không chặn việc hòa lưới.[3]
Dàn nối đất chức năng (Functionally grounded array) là gì?
Dàn nối đất chức năng (Functionally grounded array) là dàn pin có một dây dẫn được nối đất có chủ đích vì mục đích khác an toàn.[5] Cách nối đất của dàn nối đất chức năng không theo yêu cầu nối đất bảo vệ.[5] Phép đo Riso dùng cho dàn không nối đất, hoặc dàn nối đất có ngắt tạm khỏi đất trong lúc đo.[2]
Vì sao RCMU không thay được phép đo Riso trước khi hòa lưới
Biến tần không biến áp không đo được Riso liên tục khi đang vận hành, nên phải đo Riso trước khi hòa lưới.[3] Trong lúc vận hành, bộ giám sát dòng rò nhạy mọi loại dòng (RCMU) theo dõi dòng rò thay cho phép đo Riso.[3] Thiết bị chống dòng rò đặt ngoài biến tần (RCD, RCCB, RCBO) được trình bày ở bài CB chống giật.
Lỗi chạm đất vừa nguy hiểm cho người vừa có thể phá hủy biến tần không cách ly. Mục 3 mô tả cách biến tần đo Riso để phát hiện lỗi này trước khi hòa lưới.
3. Biến tần đo điện trở cách điện như thế nào?
Biến tần đo Riso bằng cách đặt xung điện áp lên dây dẫn mang dòng so với đất, rồi tính Riso từ dòng nguồn đo cấp ra.[2] Phép đo thường làm mỗi ngày một lần lúc khởi động, và kết quả được so với ngưỡng đặt trước.[2]
Phép kiểm tra buổi sáng (Morning check) là gì?
Phép kiểm tra buổi sáng (Morning check) là phép đo Riso biến tần thực hiện trước khi bắt đầu phát điện lên lưới.[2] Nhiều biến tần đo điện trở cách điện một lần mỗi ngày, trong lúc khởi động.[2] Phép đo Riso cho kết quả tốt nhất ở dạng tín hiệu có hoặc không, thường ở lần kiểm tra buổi sáng.[10]
Nguyên lý bơm xung điện áp và đo dòng
Phép đo Riso được thực hiện bằng cách bơm một xung điện áp lên các dây dẫn mang dòng so với đất, dùng một nguồn điện ngoài.[2] Điện trở cách điện với đất được tính từ dòng điện nguồn này cấp ra.[2] Nếu điện trở cách điện thấp hơn ngưỡng, bộ giám sát cách điện tác động.[2] Trong mô phỏng, số đo Riso không phụ thuộc vị trí lỗi trên dàn và mức bức xạ mặt trời.[2]
Đo một lần mỗi ngày và đo liên tục
Giám sát Riso liên tục chỉ dùng được cho dàn không nối đất, vì xung dòng hoặc áp được chồng lên thanh cái DC khi dàn làm việc.[2] Bộ giám sát cách điện trên dàn không nối đất làm việc liên tục, phát hiện và báo động khi cách điện hỏng.[14] Thiết bị IMD theo IEC 61557-8 cũng theo dõi liên tục điện trở cách điện với đất.[11]
Vì sao phép đo Riso chậm
Phép đo Riso là cách phát hiện chậm do điện dung của dàn pin, nên không phù hợp để xử lý lỗi nhanh.[10] Lỗi xuất hiện sau khi biến tần đã hòa lưới được giao cho chức năng giám sát dòng rò.[3]
Phân biệt giám sát Riso, RCMU và thiết bị IMD
Bốn cách giám sát cách điện dưới đây khác nhau ở thời điểm đo và đại lượng theo dõi.
| Cách giám sát | Thời điểm | Đại lượng theo dõi | Nguồn |
|---|---|---|---|
| Giám sát Riso của biến tần | Trước khi phát điện lên lưới, thường mỗi sáng | Điện trở cách điện của dàn với đất | [2] |
| RCMU của biến tần | Trong lúc vận hành | Dòng rò | [3] |
| Thiết bị IMD theo IEC 61557-8 | Liên tục, cho hệ IT không nối đất | Điện trở cách điện với đất | [11] |
| Thử bằng máy đo cách điện theo IEC 62446-1 | Khi nghiệm thu | Điện trở cách điện ở điện áp thử quy định | [7] |
Kết quả phép đo Riso được so với một ngưỡng tối thiểu.[2] Mục 4 trình bày ngưỡng theo IEC 62109-2.
4. Ngưỡng điện trở cách điện tối thiểu là bao nhiêu?
Ngưỡng điện trở cách điện tối thiểu theo IEC 62109-2 cho biến tần dùng với dàn không nối đất bằng điện áp tối đa chia cho 30 mA.[2] Với biến tần có điện áp DC đầu vào tối đa 1.000 V, ngưỡng này là 1.000 / 0,03 ≈ 33.333 Ω, tức khoảng 33,3 kΩ.[2]
Công thức ngưỡng Riso theo IEC 62109-2
Ngưỡng điện trở cách điện tối thiểu (Ω) = Điện áp DC tối đa (V) / 0,03 A, trong đó 30 mA được viết thành 0,03 A.[2] Ngưỡng 33,3 kΩ cũng là mức IEC 62109-2 đặt cho bộ phát hiện lỗi chạm đất tác động.[2]
Ngưỡng tăng theo điện áp DC tối đa
Theo công thức trên, ngưỡng Riso tăng tỷ lệ thuận với điện áp DC tối đa.[2] Bảng quy đổi dưới đây áp công thức cho bốn mức điện áp.
| Điện áp DC tối đa | Phép tính | Ngưỡng Riso (quy đổi) |
|---|---|---|
| 600 V | 600 / 0,03 | 20.000 Ω, tức 20 kΩ |
| 1.000 V | 1.000 / 0,03 | Khoảng 33,3 kΩ |
| 1.100 V | 1.100 / 0,03 | Khoảng 36,7 kΩ |
| 1.500 V | 1.500 / 0,03 | 50.000 Ω, tức 50 kΩ |
Điện áp DC đầu vào tối đa của biến tần được giải thích ở bài Điện áp DC đầu vào tối đa.
Bảng ngưỡng trong IEC 62548 và IEC 60364-7-712
Ấn bản IEC 62548:2016 có Bảng 2 về ngưỡng điện trở cách điện tối thiểu để phát hiện hư hỏng cách điện với đất.[15] IEC 60364-7-712:2017 có Bảng 712.4 mang cùng tên gọi.[17] IEC 60364-7-712 còn dẫn chiếu IEC 61557-8 về thiết bị giám sát cách điện.[17]
Ngưỡng theo từng dàn và hiện tượng tác động nhầm
Không xác định được một giá trị Riso mặc định cho một biến tần, vì hệ có dòng rò lớn sẽ bị tác động ngoài ý muốn.[10] Ngưỡng Riso cần được người vận hành xác định cho từng dàn, với biên độ đủ rộng.[10] Ngưỡng phải mở rộng vùng phát hiện lỗi, đồng thời tránh tác động nhầm do mưa và thay đổi thời tiết.[2] Trong mô phỏng một dàn có tấm pin rò nhiều, Riso của dàn chưa có lỗi chỉ còn 7,85 kΩ.[10]
Ngưỡng theo công suất trên biến tần SMA Sunny Mini Central
Biến tần SMA Sunny Mini Central 9000TL đến 11000TL dùng ngưỡng mới Riso = 2.000 kΩ × kW / công suất DC của biến tần.[3] Ngưỡng mới của Sunny Mini Central có mức sàn ít nhất 200 kΩ.[3] Với biến tần 10 kW, ngưỡng mới là 2.000 × 1 / 10 = 200 kΩ, trùng mức sàn.
Ngưỡng cố định của biến tần đối diện với một Riso thay đổi theo kích thước dàn và thời tiết. Mục 5 xét các yếu tố làm Riso cao hay thấp.
5. Điện trở cách điện của dàn pin phụ thuộc vào yếu tố nào?
Điện trở cách điện của dàn pin phụ thuộc số tấm pin, diện tích dàn, cách điện của biến tần với đất và một phần vào thời tiết.[2][3]
Dàn càng nhiều tấm pin, Riso càng thấp
Điện trở tổng của dàn pin với đất giảm khi số tấm pin đấu vào tăng.[3] Dàn lớn có Riso thấp hơn vì cần nhiều diện tích tấm pin và nhiều tấm đấu song song hơn.[3]
Tiêu chí 40 MΩ·m² của tấm pin
IEC 61215-2:2021 gồm phép thử cách điện MQT 03 và phép thử dòng rò ướt MQT 15.[18] Theo phép thử MQT 15, tấm pin lớn hơn 0,1 m² đạt khi điện trở ướt nhân diện tích ít nhất 40 MΩ·m².[6] Tấm pin 1 m² cần ít nhất 40 MΩ, tấm pin 2 m² cần ít nhất 20 MΩ.[3] Với tấm pin 1,8 m², tiêu chí này tương ứng 40 / 1,8 ≈ 22,2 MΩ.[6]
Ví dụ dàn 60 m² theo tiêu chí tấm pin
Với dàn 60 m², tiêu chí tấm pin cho Riso 40 MΩ·m² / 60 m² ≈ 667 kΩ.[3] Ở điện áp hệ thống 700 V, giá trị 667 kΩ xung đột với yêu cầu của tiêu chuẩn biến tần khi đó.[3] Với hiệu suất tấm pin 10%, dàn 60 m² tương ứng khoảng 6 kW.[3]
Cách điện của biến tần chiếm phần lớn dòng rò
Phần lớn dòng rò đo được đến từ cách điện thấp giữa biến tần và đất, không phải từ tấm pin.[2] Tấm pin còn tốt chỉ tạo dòng rò cỡ nanoampe (nA).[2] Với dàn 760 kW gồm 216 chuỗi, mô hình chỉ khớp số đo khi cách điện biến tần với đất nhỏ hơn cách điện tấm pin khoảng 1.000 lần.[2] Số đo Riso vì vậy có thể khác nhiều giữa các hệ, tùy loại biến tần dùng trong hệ.[2]
Riso thay đổi trong ngày và theo thời tiết
Điện trở cách điện đo khi hệ không phát điện cao hơn khi biến tần vận hành ban ngày.[2] Khi biến tần bắt đầu vận hành buổi sáng, Riso giảm gần một nửa, từ khoảng 350 kΩ xuống khoảng 200 kΩ.[2] Thời tiết và điện áp thanh cái DC chỉ có ảnh hưởng thứ cấp tới Riso của dàn này.[2] Qua 8 ngày theo dõi dàn 760 kW, Riso không xuống dưới 164,0 kΩ, cao hơn ngưỡng 33,3 kΩ của IEC 62109-2.[2]
Riso của một dàn khỏe vẫn dao động trong ngày; khi Riso tụt dưới ngưỡng, nguyên nhân nằm ở các hư hỏng cụ thể. Mục 6 liệt kê các nguyên nhân này.
6. Nguyên nhân gây điện trở cách điện thấp
Điện trở cách điện thấp thường do cách điện hỏng hoặc đầu nối lỗi trên tấm pin hay trong dây DC.[4] Nước trên bề mặt tấm pin và sự xuống cấp của lớp nền sau làm vấn đề nặng thêm.[6][19]
Hơi ẩm, sương và mưa buổi sáng
Nhiều cảnh báo điện trở cách điện và lần tác động bảo vệ chạm đất ở nhà máy đang vận hành xảy ra ngay sau bình minh.[6] Tấm pin ngoài thực địa thường làm việc ở trạng thái ướt do sương, sương mù hoặc mưa, nhất là sáng sớm.[6] Màng nước mỏng và giọt nước tạo thêm đường dẫn điện, làm giảm điện trở bề mặt.[6] Trên biến tần SMA, mưa hoặc sương có thể làm sự kiện 3501 xuất hiện tạm thời.[4]
Điện trở ướt của tấm pin thấp hơn nhiều so với điện trở khô
Trên 37 tấm pin đã vận hành ngoài trời, trung vị điện trở khô là 42,4 GΩ, trung vị điện trở ướt là 462,5 MΩ.[6] Tính riêng cho từng tấm rồi lấy trung vị, điện trở khô gấp 109,7 lần điện trở ướt.[6] Năm tấm trong nhóm có điện trở ướt gần bằng 0 Ω.[6] Với diện tích 1,8 m², 3 tấm không đạt ở trạng thái khô, 8 tấm không đạt ở trạng thái ướt.[6] Phép đo khô đánh giá cao hơn mức cách điện thực tế khi tấm pin làm việc ướt.[6]
Cáp và đầu nối hỏng cách điện
Cách điện dây dẫn có thể xuống cấp do hư hỏng khi lắp đặt, chu kỳ nhiệt của dây và ống luồn, hoặc quá nhiệt ở mối nối kém.[14] Hệ trên 10 kW có thêm lỗi cách điện ở cáp và đầu nối có thể bị báo lỗi gián đoạn.[3] Đầu nối dùng phổ biến cho dàn pin được trình bày ở bài Đầu nối MC4.
Lớp nền sau (Backsheet) của tấm pin bị nứt
Vết nứt lớp nền sau làm giảm đáng kể tính cách điện của tấm pin và làm tăng rủi ro an toàn.[19] Vết nứt cũng làm tăng khả năng biến tần ngừng chạy, được ghi nhận ở sáu trong 26 nhà máy được phân tích.[19] 46 tấm pin từ 9 nhà máy không đạt phép thử dòng rò ướt MQT 15 của IEC 61215-2:2016.[19] Năm tấm ban đầu đạt phép thử có điện trở cách điện giảm mạnh sau thời gian ngâm nước kéo dài, khớp với các lần biến tần ngừng chạy.[19]
Tác động cơ học và động vật
Tác động cơ học như gió mạnh có thể làm cáp DC mang điện chạm vào phần kim loại nối đất.[4] Tấm pin bị vỡ và dây bị chồn (marten) cắn là các lỗi cách điện thực tế.[3] Các nguyên nhân khác gồm lỗi sản xuất, lỗi lắp đặt, thời tiết, động vật, cọ xát vào giá đỡ, giàn xoay chuyển động và bụi bẩn.[8]
Lỗi chạm đất ngắt quãng khó tìm
Lỗi chạm đất ngắt quãng là loại lỗi khó tìm nhất trên dàn pin.[14] Để bắt được loại lỗi này, cần bộ phát hiện lỗi có độ nhạy cao, lắp cố định trong hệ.[14]
Khi một trong các nguyên nhân trên kéo Riso xuống dưới ngưỡng, biến tần báo mã lỗi. Mục 7 trình bày mã lỗi và các bước khắc phục theo tài liệu hãng.
7. Mã lỗi cách điện thấp và các bước khắc phục
Biến tần không cách ly không được hòa lưới khi điện trở cách điện dưới giới hạn của IEC 62109-2 và IEC 63112.[1] Biến tần SMA báo lỗi này bằng sự kiện 3501, biến tần Huawei SUN2000-50KTL-M0 báo bằng mã 2062.[4][20]
Chỉ báo lỗi (Indicate a fault) là gì?
Chỉ báo lỗi (Indicate a fault) là việc thông báo một lỗi đã xảy ra, theo Điều 13.9 của IEC 62109-2.[5] Điều 8 của IEC 63112 dành cho việc chỉ báo lỗi của thiết bị bảo vệ lỗi chạm đất.[12]
Sự kiện 3501 trên biến tần SMA
Biến tần SMA đo điện trở cách điện của chuỗi pin đấu vào trước khi hòa lưới.[4] Khi giá trị đo thấp, biến tần SMA báo sự kiện 3501 và không hòa lưới.[4]
Lỗi 2062 Low Insulation Resistance trên Huawei SUN2000-50KTL-M0
Biến tần Huawei SUN2000-50KTL-M0 báo lỗi cách điện thấp bằng mã 2062, tên Low Insulation Resistance, mức nghiêm trọng Major.[20] Nguyên nhân của lỗi 2062 trên SUN2000-50KTL-M0 gồm ngắn mạch giữa dàn pin và đất, hoặc dàn ở môi trường ẩm và cáp cách điện kém với đất.[20] Bước đầu tiên với SUN2000-50KTL-M0 là kiểm tra trở kháng của dàn pin với đất và khắc phục chỗ ngắn mạch hay thiếu cách điện.[20] Bước tiếp theo là kiểm tra dây nối đất bảo vệ (PE) của SUN2000-50KTL-M0 đã đấu đúng chưa.[20]
Quy trình tìm chuỗi bị lỗi cách điện
Biện pháp khắc phục sự kiện 3501 trên biến tần SMA gồm sáu bước.[4]
- Ghi lại tần suất và thời gian xuất hiện sự kiện 3501, tốt nhất trong cùng điều kiện thời tiết và giờ trong ngày khi lỗi xảy ra.[4]
- Khi hệ có thiết bị ngắt cấp tấm pin tương thích SunSpec, cần thêm một thiết bị để duy trì tín hiệu SunSpec truyền qua đường dây điện (PLC).[4]
- So điện áp hở mạch của từng chuỗi với thiết kế hệ thống và mức bức xạ.[4]
- Đo điện áp từng chuỗi giữa DC+ và PE, giữa DC- và PE; điện áp ổn định gần bằng điện áp chuỗi cho thấy có lỗi chạm đất.[4]
- Đo điện trở cách điện từng chuỗi bằng máy đo cách điện, chuỗi được nối tắt khi đo, không vượt điện áp hệ thống tối đa của tấm pin.[4]
- Kiểm tra bằng mắt toàn bộ phần DC để tìm chỗ xốp, vết nứt, chỗ dập, biến dạng hoặc đổi màu, rồi sửa hoặc thay phần hỏng.[4]
Lỗi chạm đất tìm thấy ở bước 4 hoặc bước 5 phải được sửa trước khi đấu chuỗi đó lại vào biến tần SMA.[4] Camera nhiệt hồng ngoại được gợi ý dùng để hỗ trợ tìm lỗi.[4]
An toàn khi đo và sửa lỗi cách điện
Các biện pháp khắc phục sự kiện 3501 của SMA chỉ được thực hiện bởi người có chuyên môn.[4] Khi máy đo cách điện được cấp điện, khu vực thử có điện áp, nên cần hạn chế người vào và không chạm vào bề mặt kim loại.[7] Máy đo cách điện cần có khả năng tự xả điện.[7] Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) hoặc thiết bị dễ hỏng do điện áp thử phải được ngắt tạm trước khi thử.[7] Người thử cần mang tối thiểu găng tay cách điện cao áp và kính bảo hộ.[8] Thiết bị chống sét lan truyền được trình bày ở bài SPD. Cách tách dàn pin khỏi biến tần được trình bày ở bài Công tắc DC.
Hạ ngưỡng bảo vệ khi trời mưa
Ngưỡng bảo vệ trở kháng cách điện của Huawei SUN2000-50KTL-M0 đặt lại được qua ứng dụng, SmartLogger hoặc NMS.[20] Việc đặt lại trên SUN2000-50KTL-M0 chỉ áp dụng khi đã chắc chắn trở kháng thấp hơn ngưỡng đặt trước là do trời nhiều mây hoặc mưa.[20] Ngưỡng Riso cần được người vận hành xác định theo từng dàn, có biên độ đủ rộng.[10]
Mã lỗi giúp phát hiện sự cố khi hệ đã vận hành. Mục 8 trình bày phép thử cách điện khi nghiệm thu, giúp phát hiện lỗi trước khi hệ chạy.
8. Thử điện trở cách điện khi nghiệm thu theo IEC 62446-1 và TCVN 11855-1
Thử điện trở cách điện của dàn pin là một hạng mục trong chế độ thử Phân loại 1 của IEC 62446-1, áp cho mọi hệ.[21] Phép thử cách điện thường được dùng trong thi công, nghiệm thu và chạy thử hệ thống.[14]
IEC 62446-1 và TCVN 11855-1
IEC 62446-1:2016 quy định tài liệu bàn giao, phép thử nghiệm thu và tiêu chí kiểm tra cho hệ điện mặt trời nối lưới.[22] IEC 62446-1 ấn bản 1.0 phát hành ngày 19/01/2016, thay IEC 62446 năm 2009.[22] Bản hợp nhất IEC 62446-1:2016+AMD1:2018, ấn bản 1.1, phát hành ngày 10/08/2018.[23] TCVN 11855-1:2017 hoàn toàn tương đương IEC 62446-1:2016, do Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.[24]
Các phép thử Phân loại 1 phía DC
Chế độ thử Phân loại 1 phía DC trong TCVN 11855-1 gồm thử nối đất, cực tính, hộp kết nối và dòng chuỗi.[24] Phân loại 1 phía DC còn gồm thử chức năng và thử điện trở cách điện của mạch một chiều.[24] Thử cực tính và thử hộp kết nối được làm trước khi các chuỗi được đấu chung, vì lý do an toàn.[24] Bảo vệ chống lại tác động của lỗi cách điện phía DC cũng là một mục kiểm tra trong IEC 62446-1.[21] Phép thử Phân loại 2 gồm đo đường cong I-V của chuỗi và kiểm tra bằng camera hồng ngoại.[21] Phép đo đường cong I-V được trình bày ở bài Quét đường cong I-V.
Hai phương pháp thử điện trở cách điện
Phương pháp 1 thử giữa cực âm của dàn và đất, sau đó thử giữa cực dương và đất.[7] Phương pháp 2 thử giữa đất và cực dương, cực âm của dàn đã nối tắt với nhau.[7] Khi dùng phương pháp 2, cáp dương và cáp âm của dàn cần được nối tắt một cách an toàn.[7] Điện áp đỉnh khi thử không được vượt định mức của tấm pin, công tắc, thiết bị chống sét và các thành phần khác.[7] Phép thử có thể làm riêng cho từng chuỗi nếu cần.[7]
Điện áp thử và điện trở cách điện tối thiểu
Bảng 2 của IEC 62446-1, được trích lại trong hướng dẫn kiểm tra của Kahramaa (Qatar), cho giá trị tối thiểu với dàn tới 10 kWp.[7] Điện áp hệ thống trong bảng bằng điện áp hở mạch ở điều kiện chuẩn (Voc ở STC) nhân 1,25.[7][8] Kết quả đạt khi mỗi mạch có điện trở cách điện không nhỏ hơn giá trị tương ứng.[7]
| Điện áp hệ thống (Voc ở STC × 1,25)[7][8] | Điện áp thử | Điện trở cách điện tối thiểu |
|---|---|---|
| Dưới 120 V | 250 V[7][8] | 0,5 MΩ[7][8] |
| 500 đến 1.000 V | 1.000 V[7][8] | 1 MΩ[7][8] |
Dàn pin trên 10 kWp
Với dàn trên 10 kWp, phép thử làm trên các nhóm chuỗi gộp có tổng công suất không quá 10 kWp, hoặc trên từng chuỗi.[7] Các nhóm chuỗi này dùng cùng giá trị tối thiểu của Bảng 2.[7]
Thử điện trở cách điện ướt (Wet insulation resistance test) là gì?
Thử điện trở cách điện ướt (Wet insulation resistance test) là phép thử cách điện trên dàn pin đã làm ướt bằng nước pha chất hoạt động bề mặt.[7] Phép thử cách điện ướt dùng chủ yếu khi tìm lỗi.[7] Trong TCVN 11855-1, thử nghiệm cách điện ướt chủ yếu được dùng để tìm sự cố.[24] Quy trình thử ướt nằm ở Điều 8.3 của IEC 62446-1.[21] Phép thử ướt được khuyến nghị khi kết quả thử khô chưa kết luận được hoặc lỗi vẫn tiếp diễn.[8] Phép thử ướt nên có ít nhất hai người thực hiện.[7]
So sánh tương đối giữa các chuỗi
Khi thử cách điện, điều quan trọng là tìm khác biệt tương đối giữa các giá trị điện trở, không chỉ nhìn giá trị tuyệt đối.[14] Một lần thử dòng rò ướt chưa đủ để kết luận về độ ổn định cách điện của tấm pin.[19] Hệ phát hiện và báo động điện trở cách điện dàn với đất, thường tích hợp trong biến tần, là một mục kiểm tra nghiệm thu tại Qatar.[7]
Phép thử nghiệm thu dùng điện áp thử 1.000 V và ngưỡng 1 MΩ, còn biến tần dùng ngưỡng tính theo 30 mA. Mục 9 đặt hai con số này cạnh nhau trên một biến tần cụ thể.
9. Ví dụ đọc datasheet và tính ngưỡng cho biến tần 1.100 V
Ví dụ dùng biến tần Huawei SUN2000-50KTL-M3, áp công thức ngưỡng của IEC 62109-2 và Bảng 2 của IEC 62446-1.[9] Mọi số tự tính trong mục này có phép tính ghi ngay trong câu; điện áp chuỗi 720 V ở Bước 4 là giả định.
Bước 1: đọc mục bảo vệ trên datasheet
Datasheet SUN2000-50KTL-M3 ghi DC Insulation Resistance Detection: Yes và Residual Current Monitoring Unit: Yes.[9] Mục bảo vệ của SUN2000-50KTL-M3 còn có DC Reverse-polarity Protection, PV-array String Fault Monitoring và Arc Fault Protection.[9] Giám sát dòng của từng chuỗi được trình bày ở bài Giám sát lỗi chuỗi PV.
Bước 2: đọc điện áp DC đầu vào tối đa
Điện áp đầu vào tối đa của SUN2000-50KTL-M3 là 1.100 V, dải điện áp MPPT từ 200 V đến 1.000 V.[9] Biến tần SUN2000-50KTL-M3 có 4 bộ MPPT và 8 đầu vào chuỗi.[9]
Bước 3: tính ngưỡng Riso theo IEC 62109-2
Áp công thức ngưỡng của IEC 62109-2,[2] ngưỡng ứng với 1.100 V là 1.100 / 0,03 ≈ 36.667 Ω, tức khoảng 36,7 kΩ. Con số 36,7 kΩ là ngưỡng tính theo công thức của IEC 62109-2, không phải thông số Huawei công bố cho SUN2000-50KTL-M3.
Bước 4: chọn điện áp thử khi nghiệm thu
Giả định một chuỗi có điện áp hở mạch ở điều kiện chuẩn (STC) là 720 V. Điện áp hệ thống theo Bảng 2 là 720 × 1,25 = 900 V, nằm trong khoảng 500 đến 1.000 V.[7] Điện áp thử là 1.000 V và điện trở cách điện tối thiểu là 1 MΩ.[7][8] Điện áp thử 1.000 V không được vượt định mức của tấm pin, công tắc và thiết bị chống sét trong mạch.[7]
Bước 5: so sánh hai mức ngưỡng
Mức tối thiểu 1 MΩ khi nghiệm thu gấp khoảng 1.000 / 36,7 ≈ 27 lần ngưỡng 36,7 kΩ tính ở Bước 3. Mức 1 MΩ áp cho dàn tới 10 kWp, hoặc cho từng nhóm chuỗi không quá 10 kWp.[7]
Các bước trên dùng công thức và bảng đã nêu ở mục 4 và mục 8. Mục 10 trả lời các câu hỏi thường gặp về giám sát điện trở cách điện.
10. Câu hỏi thường gặp về giám sát điện trở cách điện
Q1Lỗi cách điện thấp (Low insulation resistance) là gì?
Lỗi cách điện thấp (Low insulation resistance) là lỗi biến tần báo khi điện trở cách điện của dàn pin với đất thấp hơn ngưỡng tối thiểu.[4][20] Biến tần SMA báo lỗi này bằng sự kiện 3501, biến tần Huawei SUN2000-50KTL-M0 báo bằng mã 2062.[4][20] Khi lỗi xảy ra trước lúc hòa lưới, biến tần không cách ly không phát điện lên lưới.[1]
Q2Vì sao biến tần hay báo lỗi cách điện vào buổi sáng?
Biến tần hay báo lỗi cách điện vào buổi sáng vì tấm pin lúc sáng sớm thường còn ướt sương, sương mù hoặc mưa.[6] Nhiều cảnh báo điện trở cách điện ở nhà máy đang vận hành xuất hiện ngay sau bình minh.[6] Phép đo Riso cũng thường diễn ra vào lúc này, trước khi biến tần phát điện lên lưới.[2] Màng nước trên tấm pin tạo thêm đường dẫn điện xuống đất.[6]
Q3Điện trở cách điện tối thiểu của biến tần 1.000 V là bao nhiêu?
Điện trở cách điện tối thiểu của biến tần 1.000 V theo IEC 62109-2 là 33,3 kΩ, tức 1.000 V / 30 mA.[2] Biến tần không cách ly không được hòa lưới khi điện trở cách điện dưới giới hạn.[1] Khi nghiệm thu theo IEC 62446-1, dàn có điện áp hệ thống 500 đến 1.000 V cần ít nhất 1 MΩ ở điện áp thử 1.000 V.[7]
Q4Biến tần có cách ly có đo điện trở cách điện không?
Biến tần có cách ly nằm trong Bảng 30 của IEC 62109-2, bảng đặt yêu cầu theo kiểu cách ly của biến tần và cách nối đất của dàn.[5] Điều 4.8.2 của IEC 62109-2 áp cho biến tần dùng với dàn không nối đất và dàn nối đất chức năng.[5] Biến tần SMA có biến áp chỉ hiện cảnh báo khi Riso thấp và không chặn hòa lưới.[3]
Q5Giám sát điện trở cách điện khác RCMU ở điểm nào?
Q6Vì sao dàn pin lớn có điện trở cách điện thấp hơn?
Q7Tấm pin cần điện trở cách điện bao nhiêu?
Q8Đo điện trở cách điện dàn pin bằng thiết bị gì?
Q9Có nên hạ ngưỡng bảo vệ cách điện khi trời mưa?
Hạ ngưỡng bảo vệ cách điện khi trời mưa chỉ được hướng dẫn cho Huawei SUN2000-50KTL-M0, khi đã chắc chắn trở kháng thấp do trời nhiều mây hoặc mưa.[20] Ngưỡng Riso cần được xác định cho từng dàn, có biên độ đủ rộng.[10] Với biến tần SMA, chuỗi có cách điện hỏng không được đấu vào biến tần không biến áp.[4]
Q10Thử điện trở cách điện ướt (Wet insulation resistance test) dùng khi nào?
Q11Lỗi chạm đất trên dàn pin nguy hiểm thế nào?
Q12Datasheet ghi DC Insulation Resistance Detection: Yes nghĩa là gì?
Dòng DC Insulation Resistance Detection: Yes trên datasheet Huawei SUN2000-50KTL-M3 cho biết biến tần này có chức năng phát hiện điện trở cách điện phía DC.[9] Cùng mục bảo vệ, datasheet ghi Residual Current Monitoring Unit: Yes.[9] Theo cùng datasheet, điện áp đầu vào tối đa của SUN2000-50KTL-M3 là 1.100 V.[9]
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 có chức năng giám sát điện trở cách điện và kiểm tra cách điện dàn pin khi nghiệm thu 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.[25]
Tài liệu tham khảo từ nguồn quốc tế
- 1Morari, H. B., Bortolini, R. J. F., Bellinaso, L. V., & Michels, L. (2023). Improved Methodology for Testing the Compliance of Residual Current Detection of Non-Isolated Grid-Connected Photovoltaic Inverters. Eletrônica de Potência, 28(3), 256-263. SOBRAEP.
- 2Flicker, J., Johnson, J., Albers, M., & Ball, G. (2014). Recommendations for CSM and Riso Ground Fault Detector Trip Thresholds, SAND2014-18509C. Sandia National Laboratories.
- 3SMA Solar Technology. (n.d.). Insulation Resistance (Riso) of Non-Galvanically Isolated PV Plants with Sunny Mini Central 9000TL/10000TL/11000TL, Riso-UEN123622 Version 2.2. SMA Solar Technology AG.
- 4SMA Solar Technology. (n.d.). Insulation Error in PV Systems, Technical Information Isolationsfehler-TI-en-10, Version 1.0. SMA Solar Technology AG.
- 5International 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.
- 6Poulek, V., Beranek, V., Finsterle, T., & Kozelka, M. (2026). Dry Pass, Wet Fail: Ground Impedance Testing of Field-Aged PV Modules, Implications for Repowering/Revamping Within 5 to 10 Years and for Environmental Sustainability. Sustainability, 18(3), 1212. MDPI.
- 7Kahramaa. (n.d.). Inspection and Testing Guidelines for Solar PV Systems connected to the LV and MV Distribution Network, CS-CSI-P3/G2. Qatar General Electricity and Water Corporation.
- 8Megger. (2023). Insulation Resistance Testing in PV Systems, Electrical Testing Standards Guide. Megger Limited, bản lưu trên transcat.ca.
- 9Huawei Digital Power. (2023). SUN2000-50KTL-M3 Technical Specification, Version 11-202309. Huawei Smart PV.
- 10Lavrova, O., Flicker, J., & Johnson, J. (2015). PV Systems Reliability Final Technical Report: Ground Fault Detection, SAND2016-0145R. Sandia National Laboratories.
- 11International Electrotechnical Commission. (2014). IEC 61557-8 Ed. 3.0, Electrical safety in low voltage distribution systems up to 1 000 V a.c. and 1 500 V d.c., Part 8, Insulation monitoring devices for IT systems, preview. VDE Verlag.
- 12International Electrotechnical Commission. (2021). IEC 63112 Ed. 1.0, Photovoltaic (PV) arrays, Earth fault protection equipment, Safety and safety-related functionality, preview. VDE Verlag.
- 13International Electrotechnical Commission. (2023). IEC 62548-1:2023, Photovoltaic (PV) arrays, Part 1, Design requirements. IEC Webstore.
- 14Brooks, W. (2015). Field Guide for Testing Existing Photovoltaic Systems for Ground Faults and Installing Equipment to Mitigate Fire Hazards, NREL/SR-5D00-65050. National Renewable Energy Laboratory.
- 15International Electrotechnical Commission. (2016). IEC 62548 Ed. 1.0, Photovoltaic (PV) arrays, Design requirements, preview. VDE Verlag.
- 16Liu, W., Niazi, K. A. K., Kerekes, T., & Yang, Y. (2019). A Review on Transformerless Step-Up Single-Phase Inverters with Different DC-Link Voltage for Photovoltaic Applications. Energies, 12(19), 3626. MDPI.
- 17International Electrotechnical Commission. (2017). IEC 60364-7-712 Ed. 2.0, Low voltage electrical installations, Part 7-712, Requirements for special installations or locations, preview. VDE Verlag.
- 18International Electrotechnical Commission. (2021). IEC 61215-2 Ed. 2.0, Terrestrial photovoltaic (PV) modules, Design qualification and type approval, Part 2, Test procedures, preview. VDE Verlag.
- 19Markert, J., Kotterer, S., Mansour, D. E., Philipp, D., & Gebhardt, P. (2021). Advanced analysis of backsheet failures from 26 power plants. EPJ Photovoltaics, 12, 7. EDP Sciences.
- 20Huawei Digital Power. (n.d.). HUAWEI SUN2000-50KTL-M0 Inverter Low Insulation Resistance Fault Indication Guide. Huawei Smart PV.
- 21International Electrotechnical Commission. (2016). IEC 62446-1 Ed. 1.0, Photovoltaic (PV) systems, Requirements for testing, documentation and maintenance, Part 1, Grid connected systems, Documentation, commissioning tests and inspection, preview. VDE Verlag.
- 22International Electrotechnical Commission. (2016). IEC 62446-1:2016, Photovoltaic (PV) systems, Requirements for testing, documentation and maintenance, Part 1. IEC Webstore.
- 23International Electrotechnical Commission. (2018). IEC 62446-1:2016+AMD1:2018 CSV, Photovoltaic (PV) systems, Requirements for testing, documentation and maintenance, Part 1. IEC Webstore.
- 24Bộ Khoa học và Công nghệ. (2017). TCVN 11855-1:2017 (IEC 62446-1:2016), Hệ thống quang điện, Phần 1, Hệ thống nối lưới. Thư viện Pháp luật.
- 25Việt 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.
