Lỗi ngắn mạch SC ở biến tần: nguyên nhân và cách xử lý an toàn

Lỗi ngắn mạch SC ở biến tần là sự cố chập thật: hai điểm có điện thế khác nhau nối tắt qua điện trở gần bằng không, dòng điện tăng gần như tức thời và máy cắt ngay. Dấu hiệu dễ thấy nhất là aptomat nhảy, cầu chì nổ hoặc màn hình báo SC ngay khi cấp nguồn.

SC khác OC ở chỗ OC thường do tải hoặc quá tải, dòng tăng theo tải; SC là chập thật trong máy, dây ra hoặc motor, không xử lý bằng cách reset hay cài lại tham số. Điểm quan trọng nhất của bài này: nghi chập thì tuyệt đối không cấp điện thử, vì mỗi lần cấp điện vào chỗ chập là một lần phá thêm.

Ngắn mạch SC là gì?

Ngắn mạch xảy ra khi hai điểm có điện thế khác nhau nối tắt qua điện trở rất nhỏ. Dòng điện qua chỗ chập tăng vọt trong thời gian rất ngắn, vượt xa khả năng chịu của IGBT và dây dẫn. Trong biến tần, chỗ chập có thể nằm ở khối công suất, ở dây ra hoặc ở motor.

Bảo vệ của máy phản ứng theo nhiều lớp: IGBT tự ngắt khi phát hiện dòng vượt ngưỡng, cầu chì FUS nổ để cắt dòng, aptomat đầu vào nhảy. Nếu bảo vệ không kịp, IGBT cháy, board cháy lan và chi phí sửa tăng vọt. Vì vậy SC không phải lỗi để thử đi thử lại: đóng điện lại khi chưa biết chỗ chập ở đâu là cách nhanh nhất để biến một ca sửa được thành ca bỏ máy.

Dấu hiệu nhận biết ngắn mạch

Aptomat tổng nhảy ngay khi đóng điện cho biến tần là dấu hiệu nặng nhất: gần như chắc chắn có chập ở đầu vào, khối công suất hoặc dây ra. Cầu chì đầu vào hoặc cầu chì trong máy nổ, kèm mùi khét hoặc vết cháy, cũng chỉ về chập thật chứ không phải lỗi cài đặt.

Màn hình báo SC ở hãng có mã riêng, hoặc báo OC ngay khi cấp nguồn ở hãng không có mã SC riêng. Trường hợp khó nhất là chập chập chờn: máy chạy được một lúc rồi mới báo lỗi, do dây chạm khi rung, ẩm khi trời nồm hoặc côn trùng vào tủ lúc đêm. Với ca chập chờn, đo cách điện và kiểm tra dây khi máy nguội cũng như khi máy nóng đều cần làm, vì có vết chập chỉ lộ ra ở một trạng thái.

Phân biệt SC với OC và GF

Cùng một máy báo OC nhưng gốc có thể là SC, vì nhiều hãng không có mã SC riêng mà thể hiện ngắn mạch qua mã OC. Ngược lại, hãng có mã SC riêng thì OC và SC tách bạch. Bảng dưới đây giúp xếp lỗi đúng nhóm trước khi đo kiểm.

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

Nguyên nhân theo 3 vị trí

Ngắn mạch chỉ xảy ra ở 3 vị trí: trong máy, ở dây ra và ở motor. Xác định đúng vị trí chập thì mới xử lý trúng, không thay linh kiện theo quán tính.

Trong máy: IGBT chập do quá nhiệt, quá áp hoặc già hóa; DC bus chập do tụ hỏng hoặc vật lạ rơi vào; cầu chì FUS nổ là hậu quả của chập, không phải nguyên nhân. Chập trong máy thường để lại vết cháy, mùi khét và linh kiện nứt vỡ nhìn thấy được.

Dây ra: dây pha chạm nhau, dây chạm vỏ tủ hoặc vỏ máy do dập nát, chuột cắn, đấu nối lỏng chạm vỏ, hộp đấu dây ẩm. Dây ra chập là nguyên nhân hay bị bỏ qua nhất, vì anh em thường nghi máy trước, trong khi dây đi trong máng, trong ống rất khó nhìn hết.

Motor: chập cuộn dây, chập ra vỏ, hộp đấu dây ẩm hoặc dính bụi kim loại. Motor chập thường báo lỗi khi chạy có tải, đo cách điện thấy thấp. Motor cũ, từng ngập nước hoặc từng cháy cuộn đều thuộc nhóm nguy cơ cao.

Tác nhân môi trường: mạt sắt, ẩm và côn trùng cũng gây chập: mạt sắt bắc cầu giữa các điểm có điện, ẩm tạo màng dẫn, thạch sùng và chuột chui vào tủ gây chập cháy. Cơ chế hỏng của từng tác nhân được viết kỹ tại bài lỗi biến tần do bụi bẩn, độ ẩm, nhiệt độ cao.

Chẩn đoán an toàn từng bước

Chẩn đoán ngắn mạch bắt đầu bằng đo kiểm tĩnh, không cấp điện. Thứ tự dưới đây đi từ ngoài vào trong, từ an toàn đến chi tiết, và dừng lại ngay khi tìm thấy chỗ chập.

1. Ngắt nguồn, chờ xả tụ: ngắt hoàn toàn nguồn, chờ tụ xả theo thời gian ghi trong manual (thường vài phút trở lên, máy công suất lớn lâu hơn) và đo điện áp DC bus xuống mức an toàn (dưới 50V) rồi mới chạm vào bên trong.
2. Quan sát: vết cháy, mùi khét, cầu chì nổ, dây dập nát, hộp đấu dây ẩm. Ghi nhận lại trước khi tháo gì, vì dấu vết này chỉ rõ vị trí chập.
3. Đo điện trở pha U-V-W ở đầu ra: đo khi không cấp điện. Các pha cân nhau và ở mức cao thì chưa thấy chập ở đầu ra; một pha bằng không hoặc thấp bất thường so với hai pha còn lại thì nghi chập ở pha đó.
4. Đo IGBT và cầu chì: đo theo đúng manual của dòng máy đang dùng, vì cách đo và ngưỡng khác nhau theo hãng và theo đời máy. Cầu chì đứt thì thay đúng trị số, không thay cầu chì to hơn, không câu tắt.
5. Tách motor, đo riêng: tháo dây motor khỏi biến tần, đo cách điện motor và đo dây riêng. Tháo dây motor mà máy hết báo chập thì lỗi ở ngoài (dây hoặc motor); máy vẫn báo chập thì lỗi 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. Đo xong phải ghi lại số đo từng pha để so sánh, vì chập chập chờn chỉ lộ ra khi đối chiếu số đo lúc nguội và lúc nóng.

Xử lý theo nguyên nhân

Tìm đúng gốc rồi mới thay. Thay IGBT mới khi chưa tìm đúng chỗ chập thì IGBT mới nổ tiếp, có khi nổ lan sang mạch lái. Thứ tự xử lý: xử lý chỗ chập, thay linh kiện hỏng, đo kiểm tĩnh lại toàn bộ, chạy thử không tải rồi mới có tải.

Chập trong máy: thay IGBT hỏng, ưu tiên đúng mã; không có đúng mã thì đúng thông số và đúng loại chân, so sánh datasheet trước khi quyết. Thay cầu chì đúng trị số. Kiểm tra mạch lái trước khi đóng điện, vì mạch lái hỏng sẽ đánh chết IGBT mới.

Chập dây ra: thay đoạn dây dập nát, siết lại đầu cốt, bọc lại điểm chạm vỏ, vệ sinh hộp đấu dây. Dây đi trong máng phải kiểm tra hết tuyến, vì vết dập thường nằm ở chỗ khuất.

Chập motor: motor chập cuộn dây 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.

Khi nào bỏ máy: cháy lan board, nhiều khối hỏng cùng lúc, linh kiện không còn thì so sánh chi phí sửa với thay máy mới. Máy công suất lớn, linh kiện đắt, thời gian đặt hàng lâu thì cân nhắc này càng phải làm sớm, trước khi tháo sâu.

Bảng mã SC theo hãng

Không phải hãng nào cũng có mã SC riêng. Hãng không có mã riêng thì ngắn mạch thể hiện qua mã OC hoặc mã bảo vệ IGBT, nên tra đúng manual của dòng máy đang dùng thay vì suy ra từ hãng khác.

Chi phí dự kiến

Ngắn mạch phần lớn thuộc mức trung bình đến nặng, vì thường hỏng IGBT hoặc cháy lan. Ca chỉ chập dây hoặc chập nhẹ ở đầu ra thì thuộc mức nhẹ. Mức giá là khoảng dự kiến theo bảng chuẩn chung, chi phí thực tế chốt sau khi kiểm tra máy.

Case thực tế: Fuji 5000VG 315kW nổ công suất, lỗi E7

Bối cảnh: Khách sửa chữa tại Hà Nội, biến tần Fuji 5000VG, công suất 315kW.

Triệu chứng: Nổ công suất, báo lỗi E7, cầu chì đứt và phải thay cầu chì.

Kiểm tra: Máy công suất lớn, nổ khối công suất kèm cầu chì đứt. Với ca nổ công suất, việc đầu tiên là đo kiểm tĩnh toàn bộ khối công suất trước khi thay bất kỳ linh kiện nào, vì cấp điện lại khi chưa biết chỗ chập sẽ làm hỏng thêm.

Giải pháp: Thay cầu chì theo ghi nhận trong hồ sơ ca, sau khi đã kiểm tra khối công suất. Cầu chì chỉ là lớp bảo vệ cắt dòng, không phải gốc lỗi, nên xử lý xong vẫn phải đo kiểm lại toàn bộ trước khi chạy thử.

Kết quả: Chi phí khoảng 18 triệu đồng; thời gian xử lý 23 ngày.

Bài học: Máy càng lớn, chập công suất càng đắt và càng lâu: linh kiện công suất lớn đắt tiền, thời gian kiểm tra và đặt hàng kéo dài. Cầu chì nổ là dấu hiệu có chập thật trong máy. Thay cầu chì mới mà chưa đo kiểm tĩnh thì cầu chì mới nổ tiếp, có khi nổ lan sang các khối khác.

Câu hỏi thường gặp

Kết luận

Ngắn mạch không xử lý bằng cách reset hay đóng điện thử. Xác định đúng vị trí chập, đo kiểm tĩnh, xử lý đúng gốc rồi mới cấp điện chạy thử thì ca chập mới dứt điểm và không tái diễn. Tổng quan các lỗi xem tại trang các lỗi thường gặp ở biến tần.