Lỗi chạm đất GF ở biến tần: nguyên nhân và cách xử lý an toàn

Lỗi chạm đất GF ở biến tần là hiện tượng dòng điện rò ra vỏ máy hoặc xuống đất thay vì chạy hết qua motor. Máy có thể vẫn chạy rồi mới báo lỗi, aptomat chống giật nhảy, hoặc người sờ vào vỏ máy thấy tê tay.

GF khác SC ở chỗ dòng rò nhỏ hơn dòng ngắn mạch nhiều, không làm nổ cầu chì ngay; khác OC ở chỗ GF không do tải gây ra. Điểm quan trọng nhất của bài này: chạm đất là lỗi liên quan trực tiếp đến an toàn điện giật, nên nối đất bắt buộc phải còn nguyên và tuyệt đối không câu tắt bảo vệ chạm đất để máy chạy tiếp.

Chạm đất GF là gì?

Chạm đất xảy ra khi cách điện ở một điểm nào đó suy giảm, để dòng điện rò từ dây dẫn hoặc cuộn dây ra vỏ máy, vỏ tủ hoặc xuống đất. Biến tần so sánh dòng đi và dòng về: khi chênh lệch vượt ngưỡng, máy báo lỗi chạm đất và cắt ra để bảo vệ người và thiết bị.

Ngưỡng phát hiện thường gặp là dòng chạm đất vượt 50% dòng định mức, như ở Yaskawa và Delta. Ở một số model Yaskawa, chức năng phát hiện chạm đất được bật bằng tham số L8-09. Vì dòng rò nhỏ hơn dòng ngắn mạch rất nhiều nên máy không nổ cầu chì, aptomat tổng không nhảy ngay, mà máy chạy một lúc rồi mới trip, hoặc chỉ trip khi tải tăng, khi trời ẩm.

Dấu hiệu nhận biết chạm đất

Màn hình báo mã chạm đất của hãng đang dùng, như GF, EF, GFF hoặc F0016. Aptomat chống giật nhảy khi biến tần chạy, nhất là khi vừa tăng tốc hoặc vừa có tải. Đây là dấu hiệu rõ nhất nhưng cũng dễ bị hiểu nhầm là aptomat hỏng, trong khi aptomat đang làm đúng việc bảo vệ của nó.

Dấu hiệu nguy hiểm nhất là sờ vào vỏ máy, vỏ tủ hoặc vỏ motor thấy tê tay, tê mạnh khi tay ướt hoặc chân ướt. Gặp dấu hiệu này thì ngắt nguồn ngay, không chạm tiếp để thử, và kiểm tra nối đất cùng cách điện trước khi cho chạy lại. Trường hợp khó nhất là GF chập chờn: máy lúc báo lúc không, thường theo độ ẩm, theo nhiệt độ, theo rung động của dây.

Phân biệt GF với SC và OC

Cùng một máy báo OC nhưng gốc có thể là chạm đất, vì dòng chạm đất cũng gây quá dòng. Ngược lại, máy báo GF thì gần như chắc chắn có rò, vì chức năng phát hiện chạm đất so dòng đi và dòng về. Bảng dưới đây giúp xếp lỗi đúng nhóm trước khi đo kiểm.

Chẩn đoán ngắn mạch được viết kỹ tại bài lỗi ngắn mạch SC ở biến tần, chẩn đoán quá dòng theo tải và theo khối tại bài lỗi quá dòng OC ở biến tần. Bài này chỉ đi sâu vào chạm đất.

Nguyên nhân theo 3 vị trí

Dòng rò chỉ xuất phát từ 3 vị trí: motor, dây ra và trong máy. Xác định đúng vị trí rò thì mới xử lý trúng, không thay linh kiện theo quán tính.

Motor: cuộn dây ẩm, cách điện kém do già hóa, hộp đấu dây ẩm hoặc dính bụi dẫn. Motor từng ngập nước, từng cháy cuộn hoặc làm việc trong môi trường ẩm, nhiều bụi đều thuộc nhóm nguy cơ cao. Motor rò thường báo lỗi khi chạy có tải, đo cách điện thấy thấp.

Dây ra: dây dập nát, chuột cắn, đấu nối lỏng chạm vỏ tủ, hộp đấu dây ẩm. Dây đi trong máng, trong ống rất khó nhìn hết, nên vết rò ở dây hay bị bỏ qua nhất, trong khi anh em thường nghi motor hoặc nghi máy trước.

Trong máy: lỗi mạch, cảm biến dòng hỏng, board ẩm hoặc dính bụi dẫn. Rò trong máy thường đi kèm các biểu hiện khác như báo lỗi chập chờn, số đo dòng bất thường. Ca trong bài là một ca lỗi mạch trong máy, xác định được sau khi đã loại trừ motor và dây.

Tác nhân môi trường: ẩm, bụi dẫn và côn trùng cũng gây rò: ẩm làm cách điện suy giảm, bụi kim loại bắc cầu giữa các điểm có điện, côn trùng chui vào tủ gây rò và chập. Cơ chế hỏng của từng tác nhân được viết kỹ tại bài lỗi biến tần do bụi bẩn, độ ẩm, nhiệt độ cao.

Nguy hiểm và an toàn khi gặp GF

Chạm đất nguy hiểm ở chỗ vỏ máy mang điện. Người chạm vào vỏ máy, vỏ tủ hoặc vỏ motor có thể bị điện giật, nhất là khi tay ướt, chân ướt hoặc đứng trên nền ẩm. Mức độ nguy hiểm không phụ thuộc vào việc máy còn chạy hay không: chỉ cần nguồn chưa ngắt thì vỏ vẫn có thể mang điện.

Nối đất bắt buộc phải còn nguyên. Dây nối đất là đường thoát của dòng rò, giúp aptomat chống giật và bảo vệ của biến tần cắt kịp thời. Tuyệt đối không tháo nối đất, không bỏ nối đất để máy hết báo lỗi, không câu tắt bảo vệ chạm đất. Máy hết báo sau khi bỏ bảo vệ không có nghĩa là hết rò, mà là mất luôn lớp bảo vệ cuối cùng của người vận hành.

Khi phát hiện dấu hiệu chạm đất, việc đầu tiên là ngắt nguồn, treo biển cảnh báo và không cho ai chạm vào máy cho đến khi đo kiểm xong. Mọi thao tác đo kiểm bên trong máy đều phải chờ xả tụ và đo bus DC xuống mức an toàn, như quy trình chẩn đoán ở mục sau.

Chẩn đoán chạm đất từng bước

Chẩn đoán chạm đất bắt đầu bằng đo cách điện từng phần, không cấp điện. Thứ tự dưới đây đi từ ngoài vào trong, từ dễ đến khó, và dừng lại ngay khi tìm thấy chỗ rò.

1. Ngắt nguồn, chờ xả tụ: ngắt hoàn toàn nguồn, chờ tụ xả theo thời gian ghi trong manual và đo điện áp DC bus xuống mức an toàn (dưới 50V) rồi mới chạm vào bên trong.
2. Đo cách điện motor: đo riêng motor, ghi số đo từng pha để so sánh. Số đo thấp hoặc chênh lệch lớn giữa các pha thì nghi rò ở motor.
3. Đo cách điện dây ra: đo riêng dây, kiểm tra hộp đấu dây, kiểm tra đoạn dây đi trong máng, trong ống. Dây rò thường lộ khi đo từng đoạn, vì vết dập hay nằm ở chỗ khuất.
4. Đo trong máy: tách motor khỏi biến tần rồi đo, kiểm tra mạch và cảm biến dòng theo đúng manual của dòng máy. Đo trong máy phải làm sau khi đã loại trừ motor và dây.
5. Chia đôi, kết luận: tháo dây motor mà máy hết báo lỗi thì rò ở ngoài (dây hoặc motor); máy vẫn báo lỗi thì rò trong máy. Phép thử này chỉ khẳng định một vế: tháo motor mà máy vẫn báo đúng lỗi ban đầu thì khẳng định biến tần lỗi; nếu máy chuyển sang báo lỗi khác thì không tính.

Lưu ý khi đo cách điện: nhiều hãng không cho đo megger vào mạch điều khiển, và yêu cầu tháo dây motor, nối tắt các cực mạch chính trước khi đo. Đo sai cách có thể làm hỏng thêm biến tần. Với ca GF chập chờn, đo cả lúc ẩm và lúc khô, lúc nguội và lúc nóng, vì có vết rò chỉ lộ ra ở một trạng thái.

Xử lý theo nguyên nhân

Tìm đúng chỗ rò rồi mới xử lý. Thay board, thay cảm biến khi gốc rò ở dây hoặc motor thì lỗi vẫn còn, mà tiền thay linh kiện thì mất. Thứ tự xử lý: xử lý chỗ rò, thay linh kiện hỏng, đo cách điện lại toàn bộ, chạy thử không tải rồi mới có tải.

Rò ở motor: sấy khô motor ẩm, vệ sinh hộp đấu dây, siết lại đầu cốt. Motor chập cuộn dây hoặc cách điện đã hỏng nặng thì gửi quấn lại hoặc thay motor, tùy mức độ và giá trị motor. Đo cách điện sau khi xử lý phải đạt theo manual rồi mới nối lại vào biến tần.

Rò ở dây ra: thay đoạn dây dập nát, bọc lại điểm chạm vỏ, vệ sinh hộp đấu dây, kiểm tra hết tuyến dây đi trong máng. Dây bị chuột cắn thì thay đoạn dây, đồng thời xử lý chỗ chuột vào tủ để lỗi không tái diễn.

Rò trong máy: sửa mạch theo đúng lỗi đã xác định, thay cảm biến dòng hỏng, vệ sinh board ẩm hoặc dính bụi dẫn. Sửa mạch phải làm sau khi đo kiểm tĩnh đầy đủ, vì thay linh kiện khi chưa biết đúng gốc thì linh kiện mới hỏng tiếp.

Sau khi xử lý: đo cách điện lại toàn bộ, kiểm tra nối đất còn nguyên, chạy thử không tải rồi mới cho chạy có tải và theo dõi vài ca làm việc đầu. GF chập chờn thì theo dõi lâu hơn, vì vết rò có thể chỉ lộ ra khi ẩm hoặc khi máy nóng.

Bảng mã GF theo hãng

Không phải hãng nào cũng có mã GF riêng, và có hãng dùng chung một mã cho cả ngắn mạch lẫn chạm đất. Tra đúng manual của dòng máy đang dùng thay vì suy ra từ hãng khác.

Hai ngoại lệ cần nhớ: Lenze: mã GF ở Lenze không phải chạm đất mà là lỗi dữ liệu EPM hỏng; chạm đất trên Lenze nằm ở mã OF. Inovance: mã Err23 là ngắn mạch chạm đất, tương đương với GF của các hãng khác.

Chi phí dự kiến

Chạm đất thường thuộc mức nhẹ đến trung bình nếu chỉ ẩm hoặc rò ở dây, và lên mức nặng khi cháy board hoặc hỏng cảm biến. Mức giá là khoảng dự kiến theo bảng chuẩn chung, chi phí thực tế chốt sau khi kiểm tra máy.

Case thực tế: LS iS7 30kW báo Ground Trip chập chờn

Bối cảnh: Khách hàng trong lĩnh vực CNC tại Hưng Yên, biến tần LS iS7, công suất 30kW.

Triệu chứng: Máy báo lỗi Ground Trip, chập chờn, lúc bị lúc không.

Kiểm tra: Đo cách điện từng phần, loại trừ motor và dây, xác định lỗi nằm ở mạch trong máy. Với ca chập chờn, đo một lần không đủ: phải đo cả khi máy nguội và khi máy nóng, ghi số đo từng pha để đối chiếu thì mới khoanh đúng chỗ rò.

Giải pháp: Sửa mạch theo đúng lỗi đã xác định, sau đó đo cách điện lại toàn bộ trước khi chạy thử.

Kết quả: Chi phí khoảng 3,5 triệu đồng; thời gian xử lý xong trong ngày.

Bài học: Không phải cứ báo GF là motor ẩm. Lỗi mạch trong máy cũng gây rò, và ca chập chờn chỉ bắt được bằng cách đo từng phần, loại trừ dần. Kết luận vội ở motor thì vừa thay oan linh kiện, vừa để nguyên lỗi thật trong máy.

Câu hỏi thường gặp

Kết luận

Chạm đất không xử lý bằng cách bỏ bảo vệ hay thay linh kiện theo quán tính. Đo cách điện từng phần, tìm đúng chỗ rò, giữ nguyên nối đất thì ca GF mới dứt điểm và an toàn cho người vận hành. Tổng quan các lỗi xem tại trang các lỗi thường gặp ở biến tần.