Bộ ngắt mạch sự cố chạm đất (GFCI hoặc GFI) là thiết bị an toàn được thiết kế để bảo vệ mạch hai dây 120 vôn hoàn chỉnh hoặc một ổ cắm duy nhất chống lại dòng điện sự cố chạm đất.
Có một cấp độ bảo vệ bổ sung đã rất thành công kể từ khi việc sử dụng nó trở nên phổ biến vào những năm 1960. Đó là bộ ngắt mạch nối đất (GFCI). Với việc sử dụng ngày càng nhiều trong những thập kỷ sau đó, các trường hợp tử vong do điện giật đã giảm đáng kể, đặc biệt là trong nhà. Thiết bị trông đơn giản này đã cứu sống hàng ngàn người.
Bộ phận ngắt mạch chạm đất (GFCI) được sử dụng để ngăn người bị điện giật. Chúng hoạt động bằng cách cảm nhận cường độ dòng điện trên cả dây dẫn không nối đất (nóng) và nối đất (trung tính) cung cấp điện cho thiết bị. Về lý thuyết, cường độ dòng điện trong cả hai dây dẫn phải bằng nhau, nhưng ngược cực.
Bộ ngắt mạch nối đất hoạt động như thế nào?
Nếu có lỗi giữa dây nóng và khung của dụng cụ hoặc thiết bị bị lỗi do một người cầm, bộ ngắt mạch do chạm đất sẽ mở mạch đủ nhanh để giữ cho điện giật không nguy hiểm, ngay cả khi có thể cảm nhận được.
Lỗi chạm đất xảy ra khi một đường dẫn xuống đất, khác với đường dẫn dự kiến, được thiết lập. Giả sử rằng một người tiếp xúc với một thiết bị điện bị lỗi. Nếu người đó được nối đất, một đường dẫn hiện tại có thể được thiết lập thông qua cơ thể của người đó. Trong ví dụ minh họa trong hình bên dưới, giả sử rằng dòng điện 0,1 ampe chạy qua người.
Điều này có nghĩa là dây nóng hiện có dòng điện 10,1 ampe, nhưng dây trung tính chỉ có dòng điện 10 ampe. GFCI được thiết kế để phát hiện sự chênh lệch dòng điện này nhằm bảo vệ nhân viên bằng cách mở mạch khi phát hiện thấy sự chênh lệch dòng điện xấp xỉ 5 miliampe (0,005 ampe). Mục 210.8 của Bộ luật Điện Quốc gia liệt kê những nơi cần bảo vệ chống chạm đất trong nhà ở.
Các tiêu chuẩn sản phẩm hiện tại yêu cầu GFCI ngắt mạch nếu dòng điện sự cố đạt từ 4 đến 6 mA. Thời gian ngắt cho phép thay đổi tỷ lệ nghịch với cường độ dòng điện.
Một nguyên tắc hoạt động khác được thể hiện trong Hình C. Trong mạch điện 120 vôn, hai dây được lắp đặt đúng cách, cường độ dòng điện chạy trong dây nối đất hoàn toàn giống với dòng điện chạy trong dây nóng (không nối đất). Nhưng nếu có sự cố trong dụng cụ hoặc thiết bị, thì một phần dòng điện (dòng điện sự cố) sẽ chạy qua dây dẫn nối đất, nếu có. Một số sẽ chảy qua cơ thể của người vận hành. Do đó, lượng dòng điện trong dây dẫn nối đất sẽ ít hơn trong dây dẫn nóng. GFCI cảm nhận được sự khác biệt này và mở toàn bộ mạch hoặc dây không nối đất tới ổ cắm mà nó bảo vệ.
Một GFCI thông thường sẽ không bảo vệ mạch ba dây hoặc ổ cắm được kết nối với hai trong số các dây của mạch ba dây. Nhưng nếu mạch ba dây được chia thành hai mạch 2 dây, GFCI có thể được sử dụng để bảo vệ một trong các mạch hai dây đó hoặc để bảo vệ một hoặc nhiều ổ cắm trên một trong các mạch đó. Đảm bảo rằng GFCI có cùng định mức ampe như mạch và đảm bảo rằng nó được liệt kê cho loại bảo vệ mà bạn đang sử dụng. Bộ ngắt mạch GFCI hai cực cũng có sẵn để bảo vệ toàn bộ mạch ba dây hoặc mạch hai dây 240 vôn thẳng không cần dây trung tính.
Các loại ngắt mạch chạm đất
GFCIs thông thường có nhiều loại khác nhau. Một dạng là một thiết bị riêng biệt được cài đặt để bảo vệ ổ cắm hoặc mạch điện. Phổ biến hơn là bộ ngắt mạch kết hợp và GFCI, được lắp đặt trong bảng điều khiển để bảo vệ toàn bộ mạch điện 120 vôn.
Để lắp đặt thiết bị, chạy dây màu trắng cuộn tròn đến thanh cái trung tính trong bảng điều khiển và kết thúc cả dây dẫn mạch không nối đất và nối đất tại các điểm thích hợp trên cầu dao. Cầu dao cần cảm nhận dòng điện ở cả hai phía của đường dây để chức năng GFCI của nó hoạt động. Bộ ngắt mạch cung cấp khả năng bảo vệ sự cố chạm đất cho toàn bộ mạch, vì vậy bất kỳ thiết bị nào được kết nối với mạch đều được bảo vệ khỏi sự cố chạm đất. Phương pháp bảo vệ thứ hai, ổ cắm tiếp đất (Hình E) cung cấp khả năng bảo vệ tại điểm gắn.
Ổ cắm trong Hình E là một thiết bị “nạp qua”, có nghĩa là nó có các ký hiệu ĐƯỜNG DÂY và TẢI. Nó bảo vệ tải hạ lưu được kết nối với các thiết bị đầu cuối tải của nó. Không trộn lẫn các mặt đường dây và tải của các thiết bị này. Nếu bạn nối dây ngược thiết bị, tải xuôi dòng sẽ được bảo vệ, nhưng các thiết bị được cắm vào ổ cắm sẽ không được bảo vệ. Nút kiểm tra sẽ ngắt, có vẻ như hoạt động bình thường, nhưng các khe cắm ổ cắm không được nối đất sẽ vẫn nóng.
Trường hợp cần ngắt mạch nối đất?
NEC yêu cầu bảo vệ GFCI cho các ổ cắm 125 volt 15 hoặc 20 amp như sau (có nhiều vị trí bắt buộc khác, nhưng danh sách này bao gồm hầu hết các ví dụ phổ biến):
- Trong các khu dân cư, đối với tất cả các thùng chứa ở các vị trí sau: ngoài trời bao gồm cả ban công (ngoại trừ thiết bị làm tan tuyết trên mái nhà, áp dụng các quy tắc đặc biệt), phòng tắm, nhà để xe, mặt bàn bếp phục vụ, trong phạm vi 6 ft từ bất kỳ bồn rửa, bồn tắm, vòi hoa sen nào gian hàng, khu vực giặt ủi, không gian thu thập thông tin, tầng hầm chưa hoàn thành và nhà thuyền. GFCI có thể được cài đặt để bảo vệ các ổ cắm riêng lẻ hoặc toàn bộ mạch nhánh cung cấp cho các ổ cắm.
- Trong các công việc khác, đối với tất cả các ngăn chứa trong phòng tắm, trên mái nhà và ngoài trời, ngoại trừ thiết bị làm tan băng trên mái nhà áp dụng các quy tắc đặc biệt. Yêu cầu này cũng áp dụng cho tất cả các thùng chứa nhà bếp không dành cho khu dân cư (“nhà bếp” được định nghĩa cho mục đích này là khu vực có bồn rửa và các cơ sở cố định để chuẩn bị thức ăn). NEC cũng áp dụng yêu cầu này cho các ổ cắm trong phạm vi 6 ft tính từ bồn rửa, chỉ có hai trường hợp ngoại lệ bao gồm các ứng dụng nằm ngoài phạm vi của cuốn sách này. Ngoài ra, NEC yêu cầu phủ sóng các vị trí ẩm ướt trong nhà, nhà để xe và khoang dịch vụ và những nơi tương tự (nhưng không phải phòng triển lãm và phòng trưng bày) và phòng thay đồ nếu chúng có thiết bị tắm vòi sen đi kèm.
- Trước đây chỉ dành cho các công trường xây dựng, giờ đây dành cho tất cả các ổ cắm một pha 15-, 20- và 30-amp, 125-volt được sử dụng cho các hoạt động “xây dựng, tu sửa, bảo trì, sửa chữa và phá dỡ”, cho dù có bật hay không. một công trường xây dựng. Một ngoại lệ áp dụng cho một số ngành nghề công nghiệp có sự giám sát của chuyên gia, nhưng chỉ trong trường hợp một chuyến đi phiền toái ngẫu nhiên sẽ tạo ra mối nguy hiểm lớn hơn hoặc trong trường hợp thiết bị được cấp điện có thể không tương thích với thiết bị GFCI.
- Máy rửa bát và cần trục thuyền, ngay cả khi đã được nối dây cứng.
Bảo vệ thiết bị khỏi sự cố nối đất (GFPE)
Có một hình thức bảo vệ liên quan chặt chẽ đến GFCI được sử dụng để ngăn chặn các lỗi phóng điện hồ quang ở mức độ rất thấp gây ra hỏa hoạn. Nó thường có sẵn trong các bộ ngắt mạch chuyên dụng. Hãy tưởng tượng mạch giống hệt mạch của GFCI, nhưng với hành trình được đặt trong vùng lân cận 30 mA. Điều này sẽ không cung cấp khả năng chống sốc đầy đủ, nhưng NEC yêu cầu sự bảo vệ này đối với các hệ thống chống băng giá chạy cho mục đích làm tan tuyết (NEC 426.28) và cùng với các hệ thống đường ống (NEC 427.22). Kinh nghiệm cho thấy rằng các dây cáp này có nhiều điện trở đến mức các sự cố sẽ không làm ngắt thiết bị quá dòng, nhưng chúng sẽ phát ra tiếng nổ trong thời gian dài, cuối cùng gây ra hỏa hoạn. Mặc dù GFPE theo nghĩa này có “cảm giác” khác xa so với các hệ thống công nghiệp, với các điểm kích hoạt mất cân bằng hiện tại của chúng được đặt cho hàng trăm ampe, các nguyên tắc đều giống nhau. Sự cố hồ quang điện thường tạo ra dòng điện chạy bên ngoài đường dẫn mạch thông thường; sự khác biệt đó có thể được phát hiện và mạch sẽ tự động được mở. Hãy chắc chắn rằng bạn hiểu sự khác biệt để bạn có thể đặt hàng và áp dụng các thiết bị bảo vệ thích hợp. đừng lừakết hợp bất kỳ thiết bị nào trong số này với AFCI mới, cũng được thiết kế để loại bỏ các lỗi hồ quang điện ở mức độ thấp. Các thiết bị AFCI sử dụng công nghệ khác nhau để cung cấp một cách tiếp cận toàn diện hơn để giải quyết các lỗi này, có thể liên quan đến lỗi giữa các đường dây hoặc thậm chí phóng điện hồ quang qua hai đầu bị hỏng của một dây dẫn.
