Tại sao cầu chì tiêu chuẩn không bảo vệ được chống lại sự cố chạm đất?

Một đường dây trung tính bị hỏng trong mạch điện có bộ ngắt tiêu chuẩn tạo ra nguy cơ giật điện vì bộ ngắt không theo dõi hoặc bảo vệ dây trung tính. Cơ chế bên trong của bộ ngắt tiêu chuẩn không được thiết kế để phát hiện dòng điện rò rỉ xuống đất trong quá trình hoạt động. Bộ ngắt mạch điện tiêu chuẩn được thiết kế để bảo vệ chống lại quá tải và ngắn mạch, không phải lỗi rò rỉ.

Bộ ngắt tiêu chuẩn theo dõi dòng điện trong dây nóng và sẽ nhảy nếu dòng điện vượt quá định mức của bộ ngắt - thường là do quá tải hoặc ngắn mạch. Tuy nhiên, với dây trung tính bị hỏng, dòng điện lỗi có thể trở về nguồn thông qua dây nối đất. Điều này xảy ra vì thanh tiếp địa và thanh trung tính được nối ở tủ phân phối chính.

Kết quả là, một dòng điện thấp hơn định mức của bộ ngắt có thể chảy qua mạch theo một đường đi không mong muốn. Do không có dòng điện quá mức chảy qua dây nóng, bộ ngắt không phát hiện lỗi và vẫn đóng. Kết quả là, các phần của mạch vẫn còn điện, tạo ra nguy cơ giật điện tiềm ẩn mà bộ ngắt không giải quyết.

Các lỗi phổ biến nhất trong mạch điện là như sau:
Quá tải và Ngắn mạch

Bộ ngắt tiêu chuẩn phản ứng với dòng điện quá mức do quá tải hoặc ngắn mạch trực tiếp (lỗi dòng điện cao khi dòng điện chảy trực tiếp từ dây nóng đến dây trung tính hoặc dây nóng đến dây nóng). Những điều kiện này tạo ra sự gia tăng dòng điện, mà bộ ngắt phát hiện và nhảy để ngăn chặn hư hại.

Lỗi Rò Rỉ Đất

Lỗi rò rỉ đất xảy ra khi dòng điện rò rỉ từ dây nóng đến bề mặt tiếp đất, bỏ qua dây trung tính (ví dụ, do dây trung tính bị hỏng hoặc dây nóng tiếp xúc với vỏ thiết bị kim loại hoặc bề mặt ẩm ướt). Lỗi rò rỉ đất có thể không tạo ra dòng điện lớn cần thiết để bộ ngắt tiêu chuẩn nhảy, đặc biệt nếu chỉ có một lượng nhỏ dòng điện rò rỉ xuống đất. Sự rò rỉ này có thể tạo ra nguy cơ giật điện nghiêm trọng mà không đạt đến ngưỡng nhảy của bộ ngắt.

Bộ Ngắt Tiêu Chuẩn Phản Ứng Như Thế Nào Khi Có Ngắn Mạch Hoặc Lỗi Rò Rỉ Đất?

Hãy xem xét cách bộ ngắt tiêu chuẩn hành xử và phản ứng với ngắn mạch hoặc lỗi rò rỉ đất trong mạch, như được minh họa dưới đây.

Xem xét ví dụ này: Trong bảng phân phối chính 120V/240V, mạch chiếu sáng được kiểm soát và bảo vệ bởi bộ ngắt tiêu chuẩn 15 ampe trên nguồn 120V, và kết nối trung tính bị mất.

Như được hiển thị trong hình, nếu thanh trung tính trong bảng phân phối chính không có sẵn, dòng điện trả về cố gắng chảy trở lại thanh trung tính. Vì thanh trung tính được nối với thanh tiếp đất, đường duy nhất cho dòng điện trở về nguồn (thường là biến áp) là thông qua dây nối đất. Điều này tạo thành một mạch, cho phép khoảng 2.4 ampe dòng điện lỗi chảy. Bóng đèn có thể vẫn phát sáng mờ.

Dòng điện lỗi 2.4 ampe này thấp hơn nhiều so với định mức 15 ampe của bộ ngắt, nên nó không nhảy. Kết quả là, mạch tạo ra nguy cơ giật điện, vì tất cả các thành phần kim loại - bao gồm vỏ thiết bị, máng cáp kim loại và thân máy móc kết nối - đều được điện hóa với khoảng 72V AC.

Bây giờ, hãy xem xét kịch bản khác khi trung tính bị mất và dây nóng tiếp xúc với thân kim loại của thiết bị, tạo ra "lỗi kép". Trong trường hợp này, đèn tắt do thiếu kháng tải. Như được hiển thị trong hình, dòng điện lỗi khoảng 4 ampe chảy qua dây dẫn tiếp đất trở về nguồn.

Lại một lần nữa, tất cả các thành phần kim loại trong mạch đều được điện hóa ở 120V AC. Dòng điện lỗi 4 ampe này vẫn thấp hơn ngưỡng 15 ampe của bộ ngắt, nên bộ ngắt không nhảy. Nếu người vận hành chạm vào vỏ thiết bị, máng cáp kim loại hoặc thân máy móc, họ có nguy cơ bị giật điện nghiêm trọng.

Để giảm thiểu những nguy cơ này, việc sử dụng bộ ngắt GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter) được khuyến nghị thay vì bộ ngắt tiêu chuẩn. Bộ ngắt GFCI được thiết kế để phát hiện lỗi rò rỉ đất và nhảy trong các tình huống nguy hiểm - bao gồm cả do dây trung tính bị hỏng - đảm bảo an toàn hơn khi vận hành.