IEC 60947 là gì? Ứng dụng & lựa chọn thiết bị đóng cắt chuẩn

IEC 60947 là bộ tiêu chuẩn quốc tế do Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) ban hành, quy định các yêu cầu kỹ thuật, hiệu suất, độ an toàn và phương pháp thử nghiệm cho các thiết bị đóng cắt và điều khiển điện áp thấp (dưới 1000V AC hoặc 1500V DC).

Với tư cách đội ngũ kỹ sư điện mặt trời tại DAT Group, chúng tôi xây dựng bài viết cẩm nang chuyên sâu này nhằm phân tích chi tiết cấu trúc bộ tiêu chuẩn IEC 60947, nguyên lý dập hồ quang điện một chiều DC và hướng dẫn lựa chọn thiết bị đóng cắt chuẩn kỹ thuật quốc tế cho công trình điện mặt trời mái nhà.

Tiêu chuẩn IEC 60947 là gì?

Bộ tiêu chuẩn IEC 60947 là hệ thống tiêu chuẩn quốc tế do Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) ban hành, áp dụng cho các thiết bị đóng cắt và điều khiển hạ áp (Low-voltage switchgear and controlgear).

Bộ tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về đặc tính kỹ thuật, độ an toàn, phương pháp thử nghiệm và điều kiện vận hành cho các thiết bị điện hoạt động ở điện áp dưới 1.000V xoay chiều (AC) hoặc 1.500V một chiều (DC).

6 phần chính trong bộ tiêu chuẩn IEC 60947

1. Phần IEC 60947-1

Phần đầu tiên của bộ tiêu chuẩn thiết lập các định nghĩa nền tảng, điều kiện môi trường hoạt động chuẩn và các thử nghiệm độ tăng nhiệt cho toàn bộ dòng thiết bị đóng cắt hạ áp.

Tiêu chuẩn này quy định rõ các chỉ số kỹ thuật bắt buộc như điện áp cách điện định mức Ui, điện áp chịu xung định mức Uimp và khoảng cách rò (creepage distance) tối thiểu trên bề mặt cách điện.

2. Phần IEC 60947-2

Phần 2 tập trung quy định các yêu cầu kỹ thuật khắt khe đối với thiết bị ngắt mạch tự động bao gồm Aptomat dạng tép (MCB) và Aptomat khối (MCCB) sử dụng trong môi trường công nghiệp và hệ thống năng lượng tái tạo.

Tiêu chuẩn này xác định khả năng cắt dòng ngắn mạch giới hạn Icu và khả năng cắt dòng ngắn mạch vận hành Ics của thiết bị.

3. Phần IEC 60947-3

IEC 60947-3 là phân phần quan trọng nhất quyết định mức độ an toàn của mạch điện một chiều từ giàn pin mặt trời.

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật đối với công tắc cách ly (Switch-disconnector) và tổ hợp cầu chì bảo vệ, đảm bảo thiết bị có thể đóng cắt có tải an toàn ở cấp điện áp cao từ 600V DC đến 1,500V DC.

4. Phần IEC 60947-4

Phân phần IEC 60947-4 (đặc biệt là IEC 60947-4-1) thiết lập các tiêu chuẩn an toàn cho khởi động từ Contactor AC/DC và rơ le nhiệt/điện tử bảo vệ quá tải. Trong các hệ thống điện mặt trời thông minh, Contactor đóng vai trò then chốt trong việc tự động cách ly các phụ tải công suất lớn không ưu tiên (như máy bơm, bình nóng lạnh, sạc xe điện) khi hệ thống chuyển sang vận hành bằng nguồn pin lưu trữ EPS dự phòng.

5. Phần IEC 60947-5

Phân phần IEC 60947-5 quy định chi tiết về các thiết bị mạch điều khiển hạ áp và phần tử chuyển mạch (Control circuit devices), tiêu biểu là tiêu chuẩn IEC 60947-5-5 dành cho nút nhấn dừng khẩn cấp (Emergency Stop Button / E-Stop) và rơ le phụ trợ tín hiệu.

Nút dừng khẩn cấp chuẩn IEC 60947-5-5 bắt buộc phải có cơ chế ngắt cưỡng bức (Direct Opening Action) và khóa cơ khí giữ vị trí.

Khi xảy ra các tình huống hỏa hoạn, báo động PCCC hoặc sự cố rò điện bất thường, người sử dụng chỉ cần nhấn nút E-Stop để ngắt tín hiệu điều khiển tức thời, kích hoạt Inverter dừng phát điện và ngắt toàn bộ các mạch tiếp điểm trong vòng dưới 0.1 giây.

6. Phần IEC 60947-6

Đối với các hệ thống điện mặt trời hybrid có pin lưu trữ Lithium, bộ chuyển nguồn tự động ATS (Automatic Transfer Switching Equipment) phải tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn IEC 60947-6-1. Phân phần này quy định thời gian tác động chuyển đổi nguồn điện giữa lưới điện quốc gia của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và nguồn điện dự phòng từ cổng EPS của Inverter.

Một bộ ATS đạt chuẩn đảm bảo tốc độ chuyển mạch cực nhanh dưới 10ms, đồng thời có khả năng cách ly cơ khí chắc chắn giữa hai nguồn điện độc lập, ngăn chặn hoàn toàn hiện tượng hòa lẫn nguồn điện trái phép gây chập cháy hệ thống điện gia đình.

Tầm quan trọng của tiêu chuẩn IEC 60947 trong an toàn điện mặt trời

Tiêu chuẩn IEC 60947 giữ vai trò cốt lõi trong việc đảm bảo an toàn điện mặt trời bằng cách quy định các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt cho thiết bị đóng cắt và điều khiển hạ thế, giúp hệ thống vận hành ổn định dưới dòng điện một chiều (DC) điện áp cao.

Hệ thống điện mặt trời (PV) thường hoạt động ở điện áp DC lên đến 1000V hoặc 1500V, nơi hồ quang điện cực kỳ nguy hiểm và khó dập tắt hơn điện áp xoay chiều (AC).

5 bước kiểm tra và lựa chọn thiết bị đóng cắt chuẩn IEC 60947

Bước 1: Kiểm tra nhãn chứng nhận IEC 60947-3 và cấp DC-PV1 hoặc DC-PV2

Quan sát nhãn mác kỹ thuật trên thân công tắc cách ly DC Isolator Switch để đảm bảo thiết bị có in rõ ràng dòng chữ tiêu chuẩn IEC 60947-3 kèm cấp sử dụng DC-PV1 hoặc DC-PV2, tuyệt đối không dùng loại chỉ đạt chuẩn AC thông thường.

Bước 2: Tính toán điện áp hở mạch cực đại Voc tại nhiệt độ thấp nhất

Xác định điện áp hở mạch tối đa của chuỗi pin trong điều kiện nhiệt độ môi trường mùa đông lạnh nhất (khi Voc tăng cao).

Thiết bị đóng cắt phải có điện áp định mức Ue lớn hơn ít nhất 1.2 lần điện áp Voc tổng của chuỗi pin (thường chọn loại định mức 1,000V DC cho hệ dân dụng).

Bước 3: Xác định dòng điện ngắn mạch Isc và dòng định mức In

Tính toán dòng ngắn mạch danh định Isc của tấm pin nhân với hệ số an toàn 1.25 để chọn dòng định mức In của Aptomat DC và công tắc cách ly (thường chọn dòng 16A, 20A, 25A hoặc 32A cho từng chuỗi pin).

Bước 4: Kiểm tra cơ chế dập hồ quang kép DMB và tiếp điểm xoay

Ưu tiên lựa chọn các thiết bị sử dụng công nghệ dập hồ quang kép (Dual Magnetic Breaking) và cơ chế đóng cắt kiểu tiếp điểm xoay độc lập với tốc độ tay gạt của con người, đảm bảo tiếp điểm dập tắt tia lửa điện tức thì khi ngắt công tắc.

Bước 5: Đảm bảo cấp bảo vệ vỏ tủ đạt chuẩn IP65 trở lên

Toàn bộ thiết bị đóng cắt phải được lắp đặt bên trong tủ điện bảo vệ chuyên dụng làm bằng nhựa ABS chống cháy hoặc kim loại sơn tĩnh điện, đạt chuẩn kháng nước chống bụi từ IP65 đến IP66 để bảo vệ thiết bị trước nắng mưa ngoài trời.

Bảng tổng hợp các phần tiêu chuẩn IEC 60947 và ứng dụng

Câu hỏi thường gặp về tiêu chuẩn IEC 60947

Bộ tiêu chuẩn IEC 60947 áp dụng cho dải điện áp nào?

Bộ tiêu chuẩn IEC 60947 áp dụng cho các thiết bị đóng cắt và điều khiển hạ thế có điện áp định mức không vượt quá 1.000 V đối với dòng điện xoay chiều (AC) hoặc không vượt quá 1.500 V đối với dòng điện một chiều (DC).

Tiêu chuẩn IEC 60947 khác với tiêu chuẩn IEC 60898 (dành cho dân dụng) ở những điểm cốt lõi nào?

Tiêu chuẩn IEC 60947-2 (công nghiệp) khác biệt cốt lõi với IEC 60898-1 (dân dụng) ở đối tượng vận hành, khả năng chịu đựng ngắn mạch (Icu so với Icn), dải dòng điện định mức, và mức độ linh hoạt của các đặc tính cắt cũng như phụ kiện đi kèm.

Công tắc cách ly DC Isolator Switch có bắt buộc phải lắp gần biến tần không?

Theo tiêu chuẩn an toàn điện mặt trời quốc tế IEC 60364-7-712 và IEC 60947-3, công tắc cách ly DC bắt buộc phải được bố trí ngay sát cạnh biến tần Inverter (khoảng cách tối đa không quá 1 mét) hoặc được tích hợp sẵn ngay dưới đáy thân máy biến tần