Thực hành cách điện hệ thống điện tàu thủy: Nguyên lý, thiết bị giám sát và hướng dẫn toàn diện về khắc phục sự cố

Giáo trình kỹ thuật cốt lõi cho kỹ thuật viên điện tử hàng hải (ETO)

I. Tổng quan về cách điện hệ thống điện tàu thủy

Hệ thống điện trên tàu thường sử dụng hệ thống cách điện ba pha ba dây. Nếu xảy ra sự cố tiếp đất một pha trên hệ thống điện tàu, mặc dù không ảnh hưởng đến tính đối xứng của điện áp ba pha và không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị sử dụng điện, nhưng vẫn tiềm ẩn nguy cơ nguy hiểm, tăng nguy cơ điện giật cho con người; nếu một pha khác tiếp tục bị tiếp đất, lúc này, hai pha còn lại đã có điện áp giữa các pha, và nếu có thêm một pha bị tiếp đất nữa, sẽ gây ra sự cố chập điện giữa các pha. Mọi trường hợp chạm đất một pha tại bất kỳ điểm nào trong mạng lưới điện đều thuộc tình trạng hoạt động bất thường, cần được phát hiện và khắc phục kịp thời. Để đảm bảo hoạt động bình thường của mạng lưới điện,Điện trở cách điện của mạng điện tàu không được thấp hơn 1 MΩ.。

Hệ thống phân phối điện cách điện dùng cho điện lực, sưởi ấm và chiếu sáng, dù là hệ thống sơ cấp hay thứ cấp, đều phải được trang bị thiết bị giám sát điện trở cách điện liên tục và có khả năng phát ra tín hiệu cảnh báo âm thanh hoặc hình ảnh khi điện trở cách điện có sự cố bất thường.

Trên bảng phân phối điện chính của tàu, có các thiết bị giám sát cách điện của mạng điện, bao gồm đèn báo đất, máy đo điện trở cách điện dạng bảng phân phối, và thiết bị giám sát cách điện mạng điện. Tất cả các thiết bị này đều hoạt động khi mạng điện có điện. Thông thường, đèn báo cách điện được sử dụng để giám sát xem mạng điện có bị chạm đất một pha hay không; máy đo điện trở cách điện dạng bảng phân phối (hoặc thiết bị giám sát) được sử dụng để giám sát giá trị điện trở cách điện của mạng điện.

II. Nguyên lý giám sát đèn báo cách điện

Hệ thống giám sát cách điện bằng đèn chỉ thị cách điện chỉ áp dụng cho hệ thống cách điện ba pha, nguyên lý hoạt động được minh họa trong Hình 7-1.

Hình 7-1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của đèn báo cách điện

Phân tích logic công việc:

Ba đèn chỉ thị L₁, L₂, L₃ được kết nối theo hình chữ Y. Khi cách điện của lưới điện bình thường, cả hai đầu của ba đèn đều có điện áp pha và độ sáng như nhau. Khi một pha nào đó xảy ra sự cố nối đất, ví dụ như pha A nối đất, nhân viên trực nhấn nút kiểm tra ELS, điện áp ở hai đầu đèn L₃ là 0, đèn không sáng; lúc này có thể coi điện thế pha A tương đương với điện thế dây nối đất. Như vậy, điện áp ở hai đầu hai đèn còn lại lần lượt là UBA và UcA, là điện áp dây, nên độ sáng của đèn L₁ và L₂ tăng lên.

Nếu chỉ có pha A bị giảm khả năng cách điện, đèn L₃ sẽ mờ đi, đèn L₁ và L₂ sẽ sáng hơn, từ đó cảnh báo nhân viên trực ca rằng “có sự cố chạm đất ở pha A trong hệ thống điện”. Tuy nhiên, khi cả ba pha đều bị giảm khả năng cách điện, rất khó để xác định, do đó, nó còn được gọi là giám sát chạm đất một pha.

III. Phân tích chi tiết về máy đo điện trở bảng phân phối điện

Máy đo điện trở cách điện dạng bảng phân phối được lắp đặt trên bảng phân phối chính. Máy đo điện trở cách điện dạng bảng phân phối bao gồm đầu đo và các thiết bị phụ trợ, như hình 7-2. Nó có thể theo dõi liên tục điện trở cách điện của mạng điện tàu, thông qua công tắc chuyển đổi để đo điện trở cách điện của mạng điện động lực 380 V (440 V) và mạng điện chiếu sáng 220 V (110 V), như hình 7-3.

(a) Đầu đo

(b) Đầu nối dây phía sau

Hình 7-2 Máy đo điện trở bảng phân phối điện

Hình 7-3 Hình ảnh thực tế của đồng hồ đo điện trở phân phối và công tắc chuyển đổi

(1) Nguyên lý hoạt động của thiết bị giám sát liên tục

Thiết bị giám sát liên tục megohmmeter bảng phân phối điện có thể phát ra cảnh báo âm thanh và ánh sáng khi có sự cố tiếp đất bất thường. Nguyên lý hoạt động của thiết bị được thể hiện trong Hình 7-4: Giả sử khi điện áp C của lưới điện có tính cách điện thấp, dòng rò sẽ hình thành mạch điện như trong hình, làm cho kim chỉ thị của cơ cấu đo bị lệch, góc lệch tương ứng với mức độ tiếp đất.

Hình 7-4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo điện trở bảng phân phối điện

1. Giám sát mạng lưới điện động lực:Khi đo điện trở cách điện của mạng điện động lực, khi điện trở cách điện của mạng điện giảm, dòng rò sẽ tăng lên. Dòng rò đi qua cực dương của nguồn điện (cực 3) → mạng điện → điện trở cách điện Rx → thiết bị đo → cực 4 (cực âm của nguồn điện). Càng nhiều dòng rò, kim chỉ của thiết bị đo càng lệch nhiều, điều này cho thấy điện trở cách điện càng nhỏ. Việc nối đất của pha A hoặc B cũng làm kim chỉ của thiết bị đo lệch tương tự.

2. Giám sát mạng lưới điện chiếu sáng:Khi đo điện trở cách điện của mạng điện chiếu sáng so với đất, chuyển công tắc từ vị trí 0 sang vị trí 220V. Dòng điện một chiều chảy ra từ cực dương của thiết bị phụ trợ qua công tắc chuyển mạch đến mạng điện chiếu sáng 220V, sau đó qua điện trở cách điện của mạng điện chiếu sáng so với đất chảy đến đầu đo, cuối cùng chảy trở lại cực âm của thiết bị phụ trợ.

3. Kết quả đánh giá:Đo cách điện giữa lưới điện động lực và đất tương tự như mạng chiếu sáng. Cách điện giữa lưới điện và đất càng thấp, kim đồng hồ càng lệch nhiều. Khi một pha bị chạm đất, kim đồng hồ lệch nhiều nhất, chỉ ra giá trị cách điện là 0.

(2) Yêu cầu tiêu chuẩn của tổ chức phân loại tàu biển

Đối với tàu mới được đóng, các tổ chức phân loại tàu quy định: Hệ thống phân phối điện cách điện dùng cho điện, sưởi ấm và chiếu sáng, dù là mạng phân phối điện sơ cấp hay thứ cấp, đều phải được trang bị thiết bị giám sát liên tục để theo dõi điện trở cách điện so với thân tàu, và phát tín hiệu âm thanh và ánh sáng khi điện trở cách điện xuống mức bất thường thấp.Khi điện trở cách điện của thân tàu giảm xuống dưới 100 Ω trên mỗi volt điện áp nguồn, thiết bị báo động phải được kích hoạt.

IV. Thực hành tìm kiếm sự cố nối đất mạng chiếu sáng

Hầu hết các sự cố chạm đất của mạng điện tàu thuyền xảy ra trong mạng chiếu sáng. Khi nhân viên trực ca phát hiện điện trở cách điện thấp thông qua máy đo điện trở cách điện dạng bảng phân phối, cần kịp thời xác định vị trí chạm đất, loại bỏ nguy cơ sự cố. Nếu cần thiết, có thể áp dụng phương pháp ngắt điện theo khu vực để kiểm tra, tiến hành kiểm tra từng cấp một cho đến khi xác định được vị trí sự cố.

Tìm kiếm các bước SOP

(1) Chuyển công tắc đo điện trở sang mạng chiếu sáng, lúc này chỉ số cách điện hiển thị là 0.

(2) Trên bảng phân phối điện chính, tắt từng công tắc một và kiểm tra xem chỉ số của đồng hồ megohm có trở lại bình thường hay không.

(3) Thứ tự tắt các công tắc là: Khu vực sinh hoạt → Đèn chiếu sáng boong tàu → Đèn chiếu sáng khoang máy → Thiết bị dẫn đường và liên lạc trên buồng lái.

(4) Sau khi tìm thấy công tắc phân phối điện bị chạm đất, hãy ngắt nguồn điện của đường dây đó. Lúc này, màn hình hiển thị sẽ trở lại giá trị bình thường.

(5) Đến hộp phân phối điện được điều khiển bởi công tắc này, sử dụng máy đo điện trở cầm tay để tìm mạng thứ cấp, đo từng cái một cho đến khi tìm thấy nhánh bị lỗi.

(6) Tắt công tắc phân phối điện của nhánh đó, bật các công tắc khác và khôi phục nguồn điện cho khu vực này trên bảng phân phối chính (giảm phạm vi ảnh hưởng của sự cố mất điện).

(7) Để xác định chính xác vị trí hỏng hóc, có thể ngắt kết nối từ hộp nối dây ở giữa để xác định chính xác vị trí hỏng hóc.

(8) Trong khu vực nhỏ (phòng) chỉ có một số thiết bị cấp điện hạn chế, thường không quá 5 thiết bị, có thể kiểm tra từng thiết bị một. Thông thường, bắt đầu kiểm tra từ đèn, ổ cắm, công tắc, cuối cùng là kiểm tra dây nối đất.