Lỗi chạm đất DC – “Tảng băng chìm” đe dọa an toàn hệ thống điện mặt trời

Bài học từ vụ cháy hệ thống điện mặt trời áp mái tại Bakersfield

Hệ thống điện mặt trời áp mái công suất 383 kW tại Bakersfield đã gặp lỗi chạm đất DC ban đầu với dòng rò chỉ 2,5 A trên dây dẫn 12 AWG. Do dòng điện quá nhỏ, thiết bị bảo vệ lỗi chạm đất GFDI (Ground Fault Detection Interrupter) không kích hoạt, khiến hệ thống vẫn tiếp tục vận hành bình thường.

Tuy nhiên, sau đó một lỗi chạm đất thứ hai xảy ra khi khớp giãn nở trên dây dẫn 500 MCM bị tách rời, tạo ra dòng lỗi lớn lên tới 311 A. Thay vì được ngắt mạch an toàn, dòng điện lại quay trở về qua điểm lỗi nhỏ ban đầu, làm dây dẫn quá nhiệt nhanh chóng và gây ra đám cháy lớn trên mái nhà.

👉 Chuỗi sự kiện này cho thấy:

• Ngay cả lỗi chạm đất DC nhỏ cũng tiềm ẩn nguy cơ rất lớn

• Lỗi không được phát hiện có thể âm thầm leo thang thành sự cố thảm khốc

Lỗi chạm đất DC là gì và vì sao đặc biệt nguy hiểm?

Lỗi chạm đất DC xảy ra khi dây dẫn mang điện (cực dương hoặc cực âm DC) tiếp xúc với các bề mặt kim loại được nối đất như:

• Khung module pin mặt trời

• Giàn đỡ, ray nhôm

• Ống luồn cáp

• Dây nối đất thiết bị (EGC)

Khi đó, dòng điện không còn chạy theo mạch thiết kế ban đầu mà thoát ra qua các đường dẫn ngoài ý muốn, tạo thành dòng rò nguy hiểm.

Trong nhiều hệ thống được nối đất đúng kỹ thuật, lỗi chạm đất thứ nhất thường có dòng rất nhỏ, không đủ để kích hoạt các thiết bị bảo vệ. Dù không gây dừng hệ thống ngay lập tức, nhưng lỗi này tạo ra dòng rò âm thầm, tích tụ rủi ro theo thời gian.

👉 Nguy hiểm thực sự xuất hiện khi xảy ra lỗi chạm đất thứ hai. Hai điểm lỗi có thể tạo thành đường dẫn dòng điện song song, cho phép dòng điện lớn đi vòng qua cơ chế bảo vệ của inverter và chạy trực tiếp qua các bề mặt kim loại.

Hậu quả có thể bao gồm:

• Phát sinh hồ quang DC (DC Arc Fault), đe dọa an toàn kỹ thuật viên

• Làm chảy lớp cách điện, hư hỏng cáp và thiết bị

• Gây cháy lan vật liệu xung quanh, dẫn đến hỏa hoạn nghiêm trọng

Vì sao lỗi chạm đất DC rất khó phát hiện?

Trên thực tế, phần lớn lỗi chạm đất DC – đặc biệt là lỗi mức thấp hoặc không liên tục – không tạo ra đủ dòng điện để kích hoạt các cơ chế bảo vệ tiêu chuẩn.

Một số nguyên nhân phổ biến gồm:

• Cầu chì GFDI trong inverter có biến áp thường cần vài ampe mới đứt

• RCD (Residual Current Detector) trong inverter không biến áp nhạy hơn nhưng vẫn có ngưỡng (khoảng ≥300 mA)

• Điều kiện môi trường như thời tiết hanh khô làm tăng điện trở tạm thời

• Lỗi cách điện chỉ xuất hiện không liên tục, ví dụ khi trời mưa hoặc khi mảng pin di chuyển theo bộ theo dõi (tracker)

Công nghệ mới có giảm được rủi ro lỗi chạm đất DC?

Các kiến trúc hệ thống điện mặt trời hiện đại đã cải thiện đáng kể khả năng kiểm soát lỗi ẩn, bao gồm:

• Inverter không biến áp với khả năng phát hiện dòng điện dư (RCD) nhạy hơn

• Thiết bị MLPE (Module-Level Power Electronics) giúp cô lập lỗi trong từng module

• Hệ thống không nối đất hoặc hệ thống nổi (floating system), giảm khả năng hình thành đường dẫn xuống đất ngoài ý muốn

Tuy nhiên, không công nghệ nào hoàn hảo tuyệt đối. Một hệ thống vận hành ổn định vẫn có thể đang tồn tại lỗi chạm đất DC tiềm ẩn nếu không được kiểm tra định kỳ.

Phát hiện chủ động – chìa khóa ngăn ngừa thảm họa

Theo ông William White – Solar Subject Matter Expert | Senior Application Specialist tại Fluke Corporation, cách hiệu quả nhất để ngăn lỗi chạm đất DC trở nên nguy hiểm là phát hiện sớm và cô lập kịp thời.

Các bước kỹ thuật viên solar nên thực hiện gồm:

• Kiểm tra điện trở cách điện toàn hệ thống

• Xác định dây dẫn hoặc chuỗi có điện trở xuống đất thấp bất thường

• Cô lập chuỗi/mạch có vấn đề trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng

• Định vị chính xác vị trí lỗi chạm đất DC

• Khắc phục triệt để nguyên nhân gây lỗi

Kết luận

Lỗi chạm đất DC không chỉ là một sự cố kỹ thuật nhỏ mà là mối đe dọa thầm lặng đối với mọi hệ thống điện mặt trời. Nếu không được phát hiện và xử lý kịp thời, chúng có thể dẫn đến cháy nổ, hồ quang điện và sự cố hệ thống nghiêm trọng.

👉 Hiểu rõ bản chất, nguyên nhân và cách phòng ngừa lỗi chạm đất DC chính là bước đầu tiên để xây dựng hệ thống năng lượng mặt trời an toàn, bền vững và đáng tin cậy trong dài hạn.