Việc đo dòng điện một chiều cao áp (HVDC) tiềm ẩn nhiều rủi ro về an toàn vận hành. Xử lý điện áp DC cao áp trong công nghiệp, thiết bị điện tử hoặc hệ thống năng lượng mặt trời đòi hỏi tuân thủ quy định về hiệu quả vận hành và phòng ngừa nguy hiểm. Đo điện áp DC cao áp giúp tăng cường an toàn và độ tin cậy của hệ thống và thiết bị điện. Đánh giá đúng đắn giúp ngăn ngừa hư hỏng cơ sở hạ tầng và sự cố thiết bị bằng cách duy trì sự ổn định của hệ thống.

Định nghĩa

Trong mạch điện, điện áp (hay còn gọi là hiệu điện thế) là đại lượng biểu thị sự chênh lệch về điện thế giữa hai điểm. Nói cách khác, điện áp chính là "sức ép" khiến dòng điện di chuyển. Điện áp cao hơn sẽ tạo ra dòng điện lớn hơn, giúp thiết bị điện tử hoạt động mạnh hơn. Điện thế tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho năng lượng điện tiềm năng của một điện tích đơn vị đặt tại điểm đó so với một điểm được chọn làm mốc (điểm có điện thế bằng 0). Mối liên hệ giữa hiệu điện thế và điện thế: Hiệu điện thế giữa hai điểm chính là hiệu số giữa điện thế của hai điểm đó. Ví dụ, ở bảng điện nhà bạn có điện thế là 220V và dưới đất có điện thế là 0V, thì hiệu điện thế giữa bảng điện và mặt đất là 220V.

Cách đo điện áp

Điện áp 1 chiều

Để đo điện áp một chiều, ta có thể dùng vôn kế một chiều hoặc vôn kế xoay chiều. Nhưng để có độ chính xác cao và độ nhạy lớn, vôn kế kiểu từ điện là lựa chọn tốt nhất.

Để mở rộng thang đo vôn kế ta cần thêm điện trở phụ nối tiếp với cơ cấu đo.

Gọi

là hệ số mở rộng thang đo; trong đó U là điện áp cần đo, Uv là điện áp đặt vào cơ cấu đo.

Dòng điện 1 chiều

Để đo dòng điện một chiều, ta có thể sử dụng ampe kế xoay chiều hoặc ampe kế một chiều. Để đạt được độ chính xác cao, tốt nhất nên sử dụng ampe kế kiểu từ điện. Các ampe kế này cho phép đo dòng điện trong khoảng từ 25mA đến 100mA.

Để đo dòng điện lớn hơn, cần mở rộng thang đo bằng cách ghép song song điện trở shunt (resistor shunt) với cơ cấu đo. Điện trở sưn thường được làm bằng hợp kim có hệ số nhiệt điện trở nhỏ, giúp đảm bảo trị số điện trở không thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Gọi I, I_A tương ứng là dòng điện ở mạch chính cần đo, dòng điện qua cơ cấu đo, và dòng điện qua điện trở:

là hệ số mở rộng thang đo.

Điện áp xoay chiều

Để đo điện áp xoay chiều ta có thể dùng vôn-mét kiểu điện từ, điện động hay từ điện có chỉnh lưu. Loại điện từ tuy có độ chính xác thấp nhưng được dùng phổ biến trong công nghiệp vì, chế tạo dễ, giá thành rẻ.

Để mở rộng thang đo của vôn-mét điện từ dưới 600V ta có thể dùng điện trở phụ. Muốn đo điện áp cao hơn nữa ta dùng máy biến điện áp đo lường nó làm nhiệm vụ biến điện áp cao cần đo xuống điện áp thấp đưa vào vôn-mét

Dòng điện xoay chiều

Để đo dòng điện xoay chiều ta dùng các loại ampe-mét xoay chiều có cơ cấu đo kiểu điện từ, điện động hay kiểu từ điện có chỉnh lưu. Trong các loại trên thì ampe-mét cơ cấu đo kiểu điện từ có cấp chính xác thấp nhất, nhưng lại được dùng nhiều nhất vì dễ chế tạo và rẻ.

Để mở rộng thang đo ampe-mét xoay chiều kiểu điện từ và điện động, người ta chia cuộn dây phần tĩnh của cơ cấu đo thành hai hay nhiều đoạn hoàn toàn giống nhau. Nếu cuộn dây được chia làm hai đoạn thì khi nối nối tiếp hai đoạn ấy, dòng điện đo bằng dòng điện qua cơ cấu đo; còn khi nối song song thì dòng điện đo gấp hai lần dòng điện qua cơ cấu đo. Trong cả hai trường hợp, lực từ hóa của cuộn dây giữ không đổi.

Như vậy khi đấu song song hai nửa cuộn dây, thang đo được mởrộng hai lần. Nếu cuộn dây phần tĩnh chia làm bốn đoạn đấu song song với nhau thì thang đo được mở rộng bốn lần.

Để phạm vi mở rộng lớn hơn, người ta dùng máy biến dòng điện. Cuộn dây sơ cấp của máy biến dòng mắc nôì tiếp với dòng điện cần đo. Cuộn dây thứ cấp mắc nối tiếp với ampe-mét có dòng điện I₂ bé chạy qua. Chọn máy biến dòng điện có hệ số” biến dòng thích hợp, ta có thể giảm dòng điện I2 đến mức phù hợp với thang đo của ampe-mét.

Các nguyên tắc an toàn

Trước khi đo điện áp cao, cần đánh giá môi trường làm việc. Điện áp cao thường xuất hiện ở trạm biến áp, dây dẫn cao thế, thiết bị đóng cắt và hệ thống phân phối công nghiệp. Những môi trường này có điện áp có thể vượt quá hàng nghìn volt, và chỉ một sơ suất nhỏ cũng có thể gây ra tai nạn nghiêm trọng.

Thiết bị đo điện hiện nay thường được chia theo mức điện áp tối đa cho phép. Ví dụ, đồng hồ đo điện trở cách điện Hioki có các model chuyên dụng cho môi trường 500 V, 1 kV, 5 kV, thậm chí 10 kV. Việc chọn đúng thiết bị phù hợp với điện áp và dòng điện của hệ thống là nguyên tắc đầu tiên trong an toàn.

Ngoài ra, cần hiểu rõ chức năng và phạm vi sử dụng của từng thiết bị:

• Đồng hồ vạn năng đo điện áp, dòng điện và điện trở cơ bản, thích hợp cho các phép đo điện áp thấp và trung bình.
• Đồng hồ đo điện trở cách điện, thiết kế riêng cho phép đo điện trở cách điện của cáp, động cơ, máy biến áp, giúp phát hiện sớm nguy cơ rò điện.
• Thiết bị đo dòng điện AC/DC và công suất, dùng để kiểm tra tải, dòng điện quá tải và hiệu suất vận hành của thiết bị.

Hiểu rõ môi trường và thiết bị sẽ giúp người vận hành đánh giá được rủi ro và lựa chọn biện pháp bảo vệ phù hợp trước khi bắt đầu thao tác.

Trang bị bảo hộ cá nhân (PPE – Personal Protective Equipment) là yếu tố không thể thiếu khi làm việc trong môi trường điện áp cao. Ngay cả khi bạn sử dụng thiết bị đo điện chất lượng cao, thiếu trang bị bảo hộ vẫn có thể dẫn đến tai nạn. Một số dụng cụ cơ bản bao gồm:

• Găng Tay Cách Điện: Bảo vệ tay khỏi dòng điện cao áp trực tiếp, đặc biệt khi thao tác với cáp hoặc thanh dẫn điện. Găng tay cần được kiểm tra định kỳ để đảm bảo không rách, nứt hay giảm khả năng cách điện.
• Giày Cách Điện: Giúp ngăn dòng điện đi qua cơ thể xuống đất, giảm nguy cơ điện giật. Giày cần chống trơn trượt và phù hợp với môi trường làm việc.
• Mũ Cách Điện Và Kính Bảo Hộ: Bảo vệ đầu và mắt khỏi tia lửa điện, phóng điện cục bộ hoặc các mảnh vật liệu bắn ra khi thiết bị gặp sự cố.
• Quần Áo Chống Tĩnh Điện Và Chống Cháy: Hạn chế rủi ro chập điện gây cháy, bảo vệ toàn thân khỏi tia lửa và nhiệt độ cao.

Ứng dụng

1. Hệ thống truyền tải và phân phối điện‍
   Việc đo điện áp cao, thường trên 100 kV, rất quan trọng đối với việc giám sát lưới điện để đảm bảo dòng điện ổn định và thông suốt cũng như hệ thống hoạt động hiệu quả. Giám sát mức tiêu thụ điện năng và đảm bảo độ chính xác của các thiết bị đo để đánh giá cân bằng tải, phát hiện lỗi và ngăn ngừa sự cố thiết bị đều rất quan trọng và đòi hỏi dữ liệu đáng tin cậy, điều chỉ có thể thu thập được thông qua các phép đo thực tế. Những phép đo này cung cấp dữ liệu thời gian thực khi tối ưu hóa lưới điện giúp tăng cường độ tin cậy của năng lượng.

2. Kiểm tra thiết bị điện cao áp‍
   Máy biến áp cao áp, cầu dao và sứ cách điện trải qua quá trình kiểm tra nghiêm ngặt để đảm bảo hoạt động và chịu được sự cố đánh thủng cách điện. Điện áp đánh thủng được kiểm soát, dòng rò và tính toàn vẹn điện môi cũng cho kết quả nhưng trong môi trường động khác với các thử nghiệm tiêu chuẩn đối với thiết bị.

3. Hệ thống năng lượng tái tạo‍
   Các trang trại điện gió và điện mặt trời tích cực ưu tiên hiệu quả cần tối đa hóa việc truyền tải năng lượng, thường hoạt động ở điện áp cao với các hệ thống điện mặt trời lên tới 1.500V DC. Việc giám sát mức điện áp đảm bảo tuân thủ các quy định về lưới điện, các thành phần hệ thống được bảo vệ khỏi tình trạng quá áp và các thiết bị bảo vệ được đáp ứng.

4. Ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ và quốc phòngTrong hàng không vũ trụ và quốc phòng, đo điện áp cao được áp dụng cho radar, thiết bị điện tử hàng không và động cơ đẩy ion, đảm bảo an toàn và độ tin cậy theo tiêu chuẩn nghiêm ngặt. Chi phí trong phạm vi hàng chục kV cho phép đạt được các mục tiêu này và đo lường độ an toàn và độ tin cậy.

5. Sản xuất công nghiệp‍
   Việc đo điện áp cao rất quan trọng trong ngành sản xuất chất bán dẫn và công nghiệp phủ vật liệu sử dụng máy móc công suất cao hoặc các quy trình tĩnh điện. Các phép đo này kiểm soát năng lượng đầu vào và đảm bảo độ chính xác trong các quy trình sản xuất. Tùy thuộc vào ứng dụng, điện áp cần thiết có thể dao động từ 1 kV đến 50 kV.