Đoản mạch là gì? Cách phòng ngừa và khắc phục sự cố

Đoản mạch là sự cố dẫn đến các vụ cháy nổ, hư hỏng thiết bị điện chớp nhoáng trong gia đình. Hiện tượng dòng điện đi qua một đường tắt có điện trở siêu nhỏ hoặc bằng không, khiến cường độ dòng điện tăng vọt lên. Trong vận hành hệ thống điện dân dụng cũng như các giàn pin lưu trữ năng lượng mặt trời, hiểu rõ bản chất đoản mạch là gì giúp bạn chủ động phòng ngừa, bảo vệ an toàn tuyệt đối cho tính mạng con người và tài sản.

Đoản mạch là gì?

Đoản mạch hay còn được gọi phổ biến là chập điện. Đây là hiện tượng dòng điện đi qua một đường tắt có điện trở siêu nhỏ hoặc bằng không, nối trực tiếp giữa hai cực của nguồn điện (cực âm và cực dương đối với điện một chiều DC, hoặc dây pha và dây trung tính đối với điện xoay chiều AC).

Trong điều kiện vận hành bình thường, dòng điện phải đi qua các thiết bị tiêu thụ. Các thiết bị này đóng vai trò là điện trở giúp kìm hãm dòng điện ở mức an toàn. Khi xảy ra đoản mạch, điện trở lúc này đột ngột tụt về gần bằng 0.

Khi đó cường độ dòng điện sẽ tăng vọt lên mức vô hạn. Dòng điện siêu mạnh này chạy qua dây dẫn, sinh ra một nhiệt lượng khổng lồ trong tích tắc làm nóng chảy lớp vỏ nhựa cách điện, phóng tia lửa điện và kích nổ gây hỏa hoạn.

Nguyên nhân gây ra đoản mạch

Bản chất của hiện tượng đoản mạch là sự sụt giảm điện trở về mức gần bằng không, khiến cường độ dòng điện tăng vọt lên vô hạn trong tích tắc. Dưới đây là các nguyên nhân chi tiết gây ra hiện tượng đoản mạch:

Do sự xuống cấp của vật liệu cách điện

Dây dẫn điện theo thời gian luôn chịu tác động của quá trình oxy hóa, nhiệt độ môi trường và dòng nhiệt nội tại khi tải điện. Sau nhiều năm sử dụng, lớp vỏ bọc cách điện (như nhựa PVC hoặc cao su) sẽ bị giòn, nứt nẻ, bong tróc hoặc mất đi tính cách điện nguyên bản.

Khi lớp vỏ bọc này bị hở, chỉ cần một tác động rung lắc nhỏ hoặc độ ẩm không khí tăng cao. Lúc này các lõi đồng trần mang điện cực khác nhau sẽ lập tức tiếp xúc trực tiếp, gây ra nổ đoản mạch.

Do lỗi kỹ thuật trong khâu thi công, đấu nối dây

Đây là lỗi chủ quan thường gặp nhất trong quá trình lắp đặt hệ thống điện mà không tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt. Thợ điện tuốt vỏ dây quá dài làm lộ lõi đồng ra ngoài, vặn ốc vít tại các cọc đấu nối không chặt gây lỏng lẻo, hoặc phân bổ khoảng cách giữa các thanh cái (Busbar) quá sát nhau.

Khi hệ thống đi vào vận hành, các điểm nối lỏng sẽ sinh nhiệt cao, làm chảy lan nhựa cách điện xung quanh và tạo điều kiện cho các pha điện chập vào nhau.

Do hiệu ứng dây chuyền từ hiện tượng quá tải điện

Quá tải và đoản mạch là hai khái niệm khác nhau, nhưng quá tải có thể dẫn đến đoản mạch. Khi hệ thống phải gánh quá nhiều thiết bị công suất lớn đồng thời, dòng điện sẽ vượt ngưỡng ampe chịu đựng của dây. 

Nhiệt độ tăng cao đột ngột sẽ làm nóng chảy toàn bộ lớp vỏ nhựa bảo vệ. Khi hai hoặc ba lõi dây nóng chảy và dính chặt vào nhau, hệ thống lập tức chuyển từ trạng thái quá tải sang đoản mạch.

Do các tác động môi trường

Các yếu tố bất khả kháng từ môi trường tự nhiên luôn là mối đe dọa trực tiếp đến cấu trúc vật lý của lưới điện.

• Sét đánh trực tiếp hoặc lan truyền: Sét chứa điện áp hàng triệu vôn và dòng điện hàng trăm nghìn ampe. Khi phóng vào đường dây, luồng năng lượng khổng lồ này sẽ đánh thủng mọi lớp cách điện cứng cáp nhất của thiết bị, tạo ra một đường tắt đoản mạch dòng cao ngay lập tức.

• Mưa bão, ngập lụt và độ ẩm: Gió bão làm cây đổ gãy đè đứt cáp điện, khiến các dây chạm nhau. Nước mưa hoặc ngập lụt lọt vào các tủ điện ngoài trời sẽ đóng vai trò là chất dẫn điện dung môi, kết nối trực tiếp các cực điện với nhau gây chập mạch diện rộng.

• Sinh vật phá hoại: Chuột, gián, mối gặm nhấm lớp vỏ cách điện trong các hộp gen, hộp kỹ thuật cũ cũng là nguyên nhân gián tiếp cực kỳ phổ biến.

4 hiện tượng đoản mạch thường gặp

Dưới đây là 4 loại đoản mạch phổ biến nhất trong hệ thống điện:

Ngắn mạch ba pha

Sự cố xảy ra khi cả ba dây pha chập trực tiếp lại với nhau tại cùng một điểm. Đây là loại ngắn mạch đối xứng, dù dòng điện tăng vọt nhưng trị số dòng điện ở cả ba pha vẫn bằng nhau và lệch pha nhau một góc 120 độ như bình thường.

Hiện tượng đoản mạch ít khi xảy ra nhưng rất nguy hiểm vì cả ba pha đều chập nhau, điện trở vòng lặp tụt về mức thấp kỷ lục khiến cường độ dòng điện ngắn mạch tăng vọt lên mức lớn nhất trong mọi loại sự cố. Từ đó gây áp lực lớn lên hệ thống dây cáp, thanh cái và máy biến áp. 

Ngắn mạch hai pha

Sự cố xảy ra khi chỉ có hai trong ba dây pha chạm trực tiếp vào nhau mà không có sự tham gia của dây trung tính hay hệ thống nối đất. Dòng điện trong hai pha bị chập sẽ tăng mạnh, làm mất cân bằng điện áp toàn hệ thống nghiêm trọng. Trường hợp đoản mạch hai pha xảy ra thường do gió bão làm các đường dây trần lắc lư rồi va đập vào nhau.

Ngắn mạch hai pha nối đất

Loại đoản mạch này xảy ra khi hai dây pha chập vào nhau, đồng thời ngay tại điểm tiếp xúc đó, chúng bị chạm thẳng xuống đất hoặc chạm vào dây trung tính. Đây là sự cố phức tạp, kết hợp giữa chập pha-pha và chập pha-đất. Dòng điện ngắn mạch sẽ chia làm hai ngả: một phần chạy vòng giữa hai dây pha bị sự cố, phần còn lại đi thẳng xuống hệ thống cọc tiếp địa.

Hiện tượng này gây sụt áp nghiêm trọng trên diện rộng và tạo ra dòng điện đi vào lòng đất lớn, dễ làm kích hoạt các thiết bị bảo vệ dòng rò hoặc rơ-le đất của trạm biến áp.

Ngắn mạch một pha

Sự cố xảy ra khi một dây pha bất kỳ bị chập trực tiếp vào dây trung tính hoặc chạm vào vỏ thiết bị kim loại đã được kết nối với hệ thống tiếp địa. Đây là loại ngắn mạch phổ biến nhất, là nguyên nhân hàng đầu gây hỏa hoạn, giật điện chết người và làm cháy các thiết bị điện tử nhạy cảm do hiện tượng lệch pha.

Hậu quả của hiện tượng đoản mạch 

Tùy thuộc vào cường độ dòng điện sinh ra, sự cố này sẽ để lại những hậu quả nặng nề đối với thiết bị, công trình: 

• Gây hư hỏng các thiết bị điện: Khi dòng điện ngắn mạch siêu mạnh chạy qua hệ thống, tấn công trực tiếp các thiết bị điện và linh kiện phụ tải gây hư hỏng.

• Kích nổ, chập cháy và gây hỏa hoạn: Tại điểm hai dây điện chạm vào nhau, dòng điện cường độ cao sẽ ion hóa không khí, nhiệt độ cực cao này ngay lập tức làm bốc cháy lớp vỏ nhựa cách điện PVC bên ngoài dây dẫn nguy cơ gây hỏa hoạn.

• Nguy cơ giật điện: Khi xảy ra đoản mạch một pha chạm vỏ thiết bị kim loại mà hệ thống không có tiếp địa tốt, dễ gây giật điện khi vô tình chạm vào vỏ thiết bị.

• Nhiễm độc khí hoặc bỏng: Các vụ nổ tủ điện do ngắn mạch ba pha giải phóng một nhiệt lượng lớn kèm theo khí độc từ nhựa cháy, gây bỏng và làm ngạt khí độc.

Làm thế nào để phòng ngừa hiện tượng đoản mạch?

Để phòng ngừa các nguyên nhân gây chập điện ngay từ đầu, hệ thống điện cần được trang bị và bảo dưỡng theo các tiêu chuẩn sau:

• Lắp đặt thiết bị bảo vệ thông minh (Aptomat/Cầu chì): Bạn cần trang bị Aptomat có dòng cắt định mức phù hợp tại tủ điện tổng. Đối với các thiết bị công suất lớn hoặc hệ thống điện mặt trời, bắt buộc sử dụng CB chuyên dụng để hệ thống tự động ngắt dòng điện khi dòng điện gặp sự cố. 

• Kiểm tra, bảo dưỡng định kỳ hệ thống dây dẫn: Lớp vỏ cách điện PVC sẽ bị giòn nứt sau nhiều năm sử dụng. Đo đạc điện trở cách điện bằng đồng hồ chuyên dụng định kỳ sẽ giúp phát hiện sớm các điểm dây bị mục yếu, chuột cắn hoặc quá nhiệt để thay thế kịp thời.

• Tính toán tiết diện dây để hạn chế quá tải: Quá tải kéo dài làm nóng chảy vỏ nhựa và dẫn trực tiếp đến đoản mạch. Vì vậy, khi đi dây phải chọn tiết diện lõi đồng có hệ số an toàn cao hơn công suất tiêu thụ tối đa của thiết bị từ 1.25 đến 1.5 lần. 

• Đấu nối chuẩn kỹ thuật: Các điểm nối dây phải được vặn siết ốc thật chặt. Mối nối lỏng sẽ sinh ra điện trở tiếp xúc lớn, gây phát nhiệt cục bộ và làm chảy nhựa cách điện xung quanh, tạo cơ hội cho các dây pha chạm vào nhau. Các đầu dây trần phải được bọc băng keo cách điện chuyên dụng hoặc dùng đầu cốt (cosse) ép chặt.

• Chủ động ứng phó với thiên tai, sấm sét: Khi có dông bão lớn hoặc sấm sét, nên chủ động ngắt Aptomat của các thiết bị điện tử nhạy cảm để tránh dòng sét lan truyền làm đánh thủng cách điện gây đoản mạch chập cháy.

Đối với hệ thống điện mặt trời, rủi ro đoản mạch DC từ các tấm pin trên mái nhà còn nguy hiểm hơn điện dân dụng rất nhiều. Để đảm bảo an toàn, KITAWA áp dụng bộ tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt khi lắp đặt hệ thống:

• Thiết bị bảo vệ dòng cắt lớn: Tủ điện do KITAWA lắp đặt bắt buộc phải có Aptomat và cầu chì DC/AC chuyên dụng từ các thương hiệu hàng đầu thế giới. Các thiết bị này có khả năng chịu được dòng ngắn mạch cực cao và sẽ tự động ngắt mạch ngay cô lập hoàn toàn vùng bị chập.

• Hệ thống dập hồ quang thông minh: Trên các bộ Inverter năng lượng mặt trời cao cấp luôn tích hợp công nghệ AFCI, tự động phát hiện các tia lửa điện nhỏ phát sinh do dây lỏng hoặc vỏ dây bị chuột cắn để ngắt hệ thống ngay lập tức.

• Hệ thống tiếp địa an toàn chủ động: 100% công trình của KITAWA đều được đo đạc và đóng hệ thống cọc tiếp địa đạt điện trở giúp triệt tiêu dòng rò và dẫn dòng điện sự cố xuống đất an toàn, bảo vệ tuyệt đối tính mạng người sử dụng.

Quy trình khắc phục tình trạng đoản mạch

Nếu không may nghe thấy tiếng nổ, thấy tia lửa điện phóng ra hoặc Aptomat tổng đột ngột nhảy do đoản mạch, bạn cần giữ bình tĩnh và thực hiện chính xác theo các bước an toàn sau:

• Bước 1: Ngắt nguồn điện tổng lập tức: Gạt Aptomat tổng xuống trạng thái OFF. Không cố gắng bật lại Aptomat nếu nó vừa tự động nhảy, vì dòng đoản mạch vẫn còn tồn tại sẽ tiếp tục gây nổ và phá hủy nặng hơn.

• Bước 2: Rút phích cắm tất cả các thiết bị: Cô lập vùng phụ tải giúp tách rời hoàn toàn các thiết bị tiêu thụ khỏi đường dây bị chập.

• Bước 3: Xử lý hỏa hoạn cục bộ: Nếu điểm đoản mạch đang bốc cháy hoặc có khói, tuyệt đối không được dùng nước để dập lửa, chỉ được phép sử dụng bình chữa cháy dạng khí CO2 hoặc bình bột chuyên dụng cho đám cháy điện để dập tắt ngọn lửa.

• Bước 4: Kiểm tra phân vùng tìm điểm chập: Sử dụng đồng hồ đo vạn năng để đo thông mạch giữa các dây pha và dây trung tính của từng nhánh dây. Nếu kim đồng hồ chỉ về số 0 hoặc có tiếng bíp liên tục, chứng tỏ đoạn dây đó đang bị dính chặt vào nhau.

Hiểu rõ đoản mạch là gì và các nguyên nhân gây nên hiện tượng này giúp bạn chủ động bảo vệ tài sản và sự an toàn của mình. Bạn đang tìm kiếm một giải pháp điện mặt trời lưu trữ thông minh, an toàn tuyệt đối và được thiết kế chống đoản mạch đa tầng chuẩn kỹ thuật? Liên hệ ngay với Điện Mặt Trời KITAWA để nhận tư vấn giải pháp và hưởng trọn gói ưu đãi.