Dòng điện dư (residual current) là dòng rò điện đi từ hệ thống điện xuống đất. Nó xảy ra do sự cố chạm đất. Dòng điện dư rất nguy hiểm vì có thể gây thương tích hoặc bỏng, điện giật và hiện tượng quá nhiệt dẫn đến cháy. Thiết bị chống dòng rò (RCD – Residual Current Device) hoặc aptomat chống dòng rò (RCCB – Residual Current Circuit Breaker) được sử dụng để phát hiện dòng điện này và tự động ngắt mạch khi giá trị vượt quá giới hạn cài đặt. Bộ giám sát dòng rò (Residual Current Monitoring Unit) có chức năng tương tự RCD và sẽ kích hoạt cảnh báo, tuy nhiên không bao gồm chức năng ngắt mạch.

Các loại RCD:
Theo tiêu chuẩn IEC 60755, các loại RCD khác nhau được phân loại dựa trên khả năng tác động (trip), phát hiện và chịu được các dạng dòng điện khác nhau.

• Loại AC: Nhạy với dòng điện dư xoay chiều hình sin (AC).

• Loại A: Nhạy với dòng AC và dòng DC hoặc dòng một chiều dạng xung.

• Loại B: RCCB loại B nhạy với dòng AC dư, dòng AC dạng xung và dòng DC trơn (smooth DC).

Các hệ thống quang điện (PV) yêu cầu nhiều quy định phải được đáp ứng, bao gồm cả việc phát hiện hoặc giám sát dòng điện dư. Để thực hiện các chức năng này, RCD được tích hợp vào biến tần quang điện (photovoltaic inverter). Thiết bị chống dòng rò được tích hợp trong biến tần PV cho các hệ thống điện mặt trời. Chúng thường được lắp đặt trong các lưới không cách ly và yêu cầu bộ phát hiện liên tục.

RCCB không thể bảo vệ mạch điện giữa biến tần PV và lưới điện. Việc bảo vệ phải được thực hiện tại nguồn chính hoặc ở cuối mạch. Đối với các quy định yêu cầu bảo vệ bằng RCD ở phía AC, mạch điện cũng sẽ cần một RCD bên ngoài.

Hiểu cách biến tần PV ảnh hưởng đến việc lựa chọn RCD

Đường đi của dòng điện có thể cần hoặc không cần, tùy thuộc vào thiết kế của biến tần. Ví dụ, một biến tần không có cách ly có thể cho phép dòng DC đi sang phía AC, trừ khi thiết kế của biến tần ngăn chặn điều này.

Ở bất cứ đâu có sử dụng RCD ở phía AC của mạch điện, việc lựa chọn loại A, C hoặc B sẽ dựa trên hiểu biết về loại dòng điện dư xuất hiện trong mạch phía AC. Trong quá trình lắp đặt biến tần, có khả năng xuất hiện dòng điện dư ở phía AC do biến tần được thiết kế sao cho dòng điện dư DC được giới hạn riêng biệt.

Việc vận hành đúng của RCD chỉ có thể được đảm bảo khi lựa chọn RCD loại B. ICD trong biến tần quang điện sẽ bảo vệ dàn pin quang điện và không thể bị thay thế bởi ICD ở phía AC của biến tần quang điện.

Những điều cần biết trước khi lựa chọn Thiết bị chống dòng rò (RCD)

RCD hoạt động như thế nào?

Thiết bị chống dòng rò hoạt động bằng cách giám sát dòng điện chạy trong mạch. Nếu dòng điện bị mất cân bằng do hiện tượng rò điện, thiết bị sẽ tác động (trip) và ngắt nguồn cung cấp cho mạch. RCD thường có dòng điện danh định, tuy nhiên chúng cũng có thể tác động khi giá trị vượt quá mức danh định đó. Dù vậy, RCD không có khả năng giới hạn dòng điện hay điện áp. Thay vào đó, chúng bảo vệ bằng cách giới hạn khoảng thời gian mà một dòng điện nhất định có thể tồn tại.

Trong một mạch điện bình thường, tổng dòng điện chạy trong các dây dẫn phải bằng 0. Khi xảy ra sự cố và xuất hiện dòng điện chạy xuống đất, sự mất cân bằng này sẽ khiến RCD tác động ngắt mạch.

Những mối nguy hiểm liên quan là gì?

Trong các hệ thống lắp đặt, có thể thấy tủ điện tiêu thụ (consumer unit) đã được trang bị sẵn các RCD đi kèm. Đáng tiếc là các RCD này thường thuộc loại AC, và có thể không hiệu quả do các thiết bị điện hiện đại tạo ra dòng sự cố dư DC. Nhiều thợ lắp đặt vẫn chưa hiểu rõ các giới hạn của RCD, đặc biệt là RCD loại AC; họ cho rằng việc lắp đặt rất đơn giản, nhưng thực tế không phải như vậy.

Các thiết bị điện hiện đại ngày càng tinh vi và sử dụng công nghệ mới nhằm giảm tiêu thụ năng lượng. Do đó, các nhà sản xuất RCD đã tích hợp các biện pháp tiết kiệm năng lượng, ví dụ như điều khiển tốc độ, vốn cũng là một yếu tố tạo ra dòng sự cố dư DC.

Làm thế nào để chọn đúng loại RCD?

Việc lựa chọn đúng loại RCD cho thiết bị sử dụng là vô cùng quan trọng. Loại RCD phụ thuộc vào đặc tính của thiết bị được kết nối. Nhà sản xuất thiết bị phải chỉ rõ loại RCD cần sử dụng. Nếu thiết bị có chứa biến tần (inverter), cần tuân thủ các yêu cầu an toàn khác nhau.

Có các hướng dẫn cụ thể để lựa chọn RCD phù hợp cho biến tần quang điện (PV inverter). Tuy nhiên, nếu không thể tiếp cận được thông tin này, nên lắp đặt RCD loại B dành cho hệ thống điện mặt trời để đáp ứng kịch bản xấu nhất. Vì vậy, việc hiểu rõ yêu cầu là rất quan trọng để tránh lãng phí chi phí, bởi hệ thống RCD cho năng lượng mặt trời cũng khá đắt đỏ.

Làm thế nào để kiểm tra các loại RCD khác nhau?

Không cần thêm yêu cầu đặc biệt nào đối với người lắp đặt để kiểm tra khả năng hoạt động liên tục của RCD. Việc kiểm tra được thực hiện ngay trong quá trình sản xuất, gọi là thử nghiệm kiểu (type testing), tương tự như cách các aptomat được kiểm tra trong điều kiện sự cố. RCD loại A và B cũng được kiểm tra theo cùng phương pháp như các loại khác.

Không nên cho rằng RCD loại AC luôn phù hợp cho mọi ứng dụng. Việc lựa chọn RCD phải tuân theo các hướng dẫn và chỉ dẫn do nhà sản xuất đưa ra.