Tủ điện và hộp đấu dây phòng nổ: Các sai lầm thường gặp khi lắp đặt

15 phút đọc

Một nhà máy hóa chất trang bị hệ thống trạm điều khiển và hộp đấu dây phòng nổ đạt đầy đủ chứng nhận ATEX và IECEx. Tuy nhiên, khi cơ quan kiểm định kiểm tra thực tế, toàn bộ hệ thống bị đánh giá không đạt tiêu chuẩn an toàn. Lý do không nằm ở chất lượng thiết bị của nhà sản xuất. Nguyên nhân xuất phát từ những sai sót trong quá trình thi công và lắp đặt tại công trường.

Thiết bị phòng nổ không thể duy trì độ an toàn nếu lắp đặt sai quy cách. Một tủ điện dạng vỏ cách nổ hay hộp nối tăng cường an toàn chỉ phát huy hiệu quả khi mọi chi tiết đấu nối tuân thủ đúng tiêu chuẩn kỹ thuật. Để hiểu rõ nguyên lý chung về phòng nổ trong nhà máy, kỹ sư an toàn và kỹ sư điện cần kiểm soát chặt chẽ từng thao tác lắp đặt thực tế.

Below là tổng hợp các sai lầm kỹ thuật phổ biến nhất khiến vỏ tủ và hộp đấu dây phòng nổ bị mất tác dụng bảo vệ.

1. Ốc siết cáp (cable gland): Mắt xích bị xem nhẹ nhất

Ốc siết cáp là bộ phận làm kín điểm nhập cáp vào thiết bị. Bộ phận này chịu trách nhiệm duy trì cấp bảo vệ IP và ngăn chặn ngọn lửa thoát ra ngoài. Trong thực tế thi công, ốc siết cáp lại là nơi phát sinh nhiều lỗi nhất.

Dùng sai chủng loại ốc siết cáp cho dạng bảo vệ Ex

Lỗi nghiêm trọng thường gặp là sử dụng ốc siết cáp dạng Ex e (tăng cường an toàn) cho vỏ tủ dạng Ex d (cách nổ).

Vỏ Ex d được thiết kế để chứa đựng vụ nổ bên trong. Áp suất vụ nổ tạo ra lực nén rất lớn lên điểm nhập cáp. Ốc siết cáp dùng cho vỏ Ex d (như mã DQM-I/I-D) bắt buộc phải chịu được áp suất nổ và có độ dài ren ăn khớp theo IEC 60079-1. Nếu cáp sử dụng không có lớp độn kín ruột (non-effectively filled cable), kỹ sư phải dùng loại ốc siết cáp hợp chất chèn kín (barrier gland).

Việc dùng sai ốc siết cáp Ex e cho vỏ Ex d sẽ khiến áp suất vụ nổ xé rách điểm nhập cáp, làm ngọn lửa lan ra môi trường khí quyển nổ bên ngoài.

Không khớp đường kính ngoài của cáp với dải kẹp gioăng

Mỗi kích thước ốc siết cáp DQM-I/I-D có một dải đường kính cáp (cable outer diameter range) tiêu chuẩn.

Khi đường kính cáp nhỏ hơn dải kẹp: Kỹ sư cố gắng siết chặt đai ốc. Gioăng cao su bị biến dạng nén quá mức nhưng vẫn không thể bám kín toàn bộ chu vi cáp.
Khi đường kính cáp lớn hơn dải kẹp: Kỹ sư gọt bớt lớp vỏ cáp hoặc bỏ bớt gioăng làm kín để nhét vừa cáp.

Cả hai cách làm trên đều phá hủy khả năng làm kín. Cấp bảo vệ của hộp nối bị giảm từ IP66 xuống dưới mức an toàn. Nước, hơi ẩm và khí cháy dễ dàng xâm nhập vào bên trong thiết bị.

Không bịt lỗ nhập cáp thừa hoặc dùng nút bịt không đạt chuẩn

Các dòng hộp đấu dây như BXJ8050 hay BXJ-IIB thường được nhà sản xuất đục sẵn nhiều lỗ nhập cáp chờ. Trong nhiều trường hợp, hệ thống không sử dụng hết các lỗ này.

Kỹ sư thi công đôi khi bỏ trống lỗ chờ, hoặc dùng nút bịt bằng nhựa công nghiệp, quấn băng keo để bịt lại. Điều này vô hiệu hóa hoàn toàn khả năng bảo vệ của toàn bộ vỏ tủ. Tất cả các lỗ nhập cáp chưa sử dụng bắt buộc phải được bịt bằng nút bịt phòng nổ đạt chứng nhận (Ex stop plug) có dạng bảo vệ tương đương với vỏ tủ.

Kỹ sư có thể tra cứu các loại ốc siết cáp DQM-I/I-D và phụ kiện làm kín đạt chuẩn tại trang /san-pham.

2. Sai lầm khi xử lý bề mặt khe cản lửa (flamepath) của vỏ Ex d

Dạng bảo vệ Ex d hoạt động theo nguyên lý dập tắt ngọn lửa qua khe hở kỹ thuật. Khi xảy ra cháy nổ bên trong hộp đấu dây BXJ-IIB hay BXJ95, khí nóng giãn nở thoát qua khe hở giữa các bề mặt lắp ghép. Độ dài và khoảng cách khe hở cực nhỏ sẽ làm nguội khí nổ xuống dưới nhiệt độ mồi cháy trước khi tiếp xúc với môi trường xung quanh.

Kỹ sư có thể đọc thêm bài viết chi tiết về các dạng bảo vệ Ex để hiểu rõ cơ chế dập lửa của dạng vỏ cách nổ.

Sơn phủ đè lên bề mặt khe cản lửa

Trong quá trình bảo trì xưởng, thợ sơn thường sơn đè lên đường nối nắp và thân tủ điện Ex d. Lớp sơn lỏng chui vào khe hở hoặc bám dày trên bề mặt mặt bích phẳng.

Khi siết nắp tủ, độ dày lớp sơn làm tăng khoảng cách khe hở (gap dimension) vượt quá giới hạn an toàn theo IEC 60079-1. Ngọn lửa từ vụ nổ bên trong không được làm nguội hoàn toàn và sẽ kích nổ khí quyển bên ngoài. Bề mặt khe cản lửa phải luôn giữ sạch, không được bôi sơn hay chất phủ làm thay đổi khoảng cách khe hở.

Sử dụng sai loại mỡ bảo vệ bề mặt

Để chống ăn mòn cho khe cản lửa kim loại ngoài trời, bề mặt này cần được bôi mỡ bảo vệ. Tuy nhiên, việc sử dụng keo silicone RTV, mỡ bò thông thường hay chất tự cứng là sai kỹ thuật.

Chất bôi trơn tự cứng sẽ đóng rắn, làm giãn khoảng cách giữa hai mặt bích. Chất chứa silicone khi gặp tia lửa điện sẽ phân hủy tạo thành silic dioxit cách điện, gây hỏng tiếp điểm bên trong. Tiêu chuẩn IEC 60079-14 quy định chỉ được dùng mỡ chuyên dụng không tự cứng, không chứa silicon (non-setting, non-silicone grease) bôi một lớp thật mỏng lên bề mặt khe cản lửa trước khi đóng nắp.

Tự ý chèn thêm gioăng cao su vào mặt cản lửa phẳng

Để tăng khả năng chống nước cho hộp đấu dây vỏ nhôm BXJ-IIB, một số thợ điện tự ý cắt gioăng cao su chèn vào giữa hai mặt bích cản lửa.

Vỏ Ex d phẳng dập lửa bằng sự tiếp xúc kim loại - kim loại chính xác. Khi chèn thêm gioăng không có trong thiết kế ban đầu của nhà sản xuất, khoảng cách giữa hai phần vỏ bị đẩy ra xa. Khi nổ xảy ra, lực nổ xé rách gioăng cao su, tạo ra khoảng hở lớn cho ngọn lửa thoát ra ngoài.

3. Siết bu lông nắp tủ không đủ lực hoặc siết không cân đối

Vỏ tủ cách nổ chịu áp suất nổ nén từ bên trong. Hệ thống bu lông giữ nắp tủ đóng vai trò chịu lực chính.

Không dùng cần siết lực và siết không đủ trị số

Bu lông trên vỏ tủ BXJ95 hay trạm điều khiển BZC8050 đều có quy định về lực siết (torque). Siết bu lông bằng tay gạt thông thường thường không đạt đủ lực nén theo yêu cầu kỹ thuật.

Khi có nổ nội bộ, áp suất khí đẩy nắp tủ biến dạng nhẹ. Bu lông siết thiếu lực khiến nắp tủ bị hở ra trong khoảng thời gian vài miligiây. Khoảng hở tức thời này đủ để ngọn lửa lọt ra ngoài.

Siết bu lông theo thứ tự vòng tròn

Siết lần lượt các bu lông theo chiều kim đồng hồ khiến lực nén phân bố không đều. Một bên nắp tủ bị ép chặt trước, bên đối diện bị vênh lên.

Quy trình chuẩn bắt buộc siết bu lông theo hình sao (đối ứng chéo góc). Việc siết phải chia làm 3 lượt: lượt 1 đạt 50% lực, lượt 2 đạt 80% lực, lượt 3 đạt 100% lực siết định mức. Điều này đảm bảo mặt bích cản lửa áp sát song song hoàn toàn.

Thay thế bu lông nguyên bản bằng bu lông không đúng cấp bền

Bu lông dùng cho vỏ cách nổ Ex d thường làm bằng thép hợp kim cường độ cao hoặc thép không gỉ 316. Chúng có bước ren và cấp bền chịu lực kéo riêng biệt.

Khi làm mất bu lông trong quá trình bảo trì, việc lấy bu lông thông thường ngoài thị trường lắp thay thế là cực kỳ nguy hiểm. Bu lông cấp bền thấp sẽ bị biến dạng dẻo hoặc gãy đứt ngay khi vỏ tủ phát sinh áp suất nổ.

4. Tự ý gia công, khoan thêm lỗ trên vỏ tủ rỗng

Để tiết kiệm chi phí, một số đơn vị mua vỏ tủ rỗng đạt chứng nhận phòng nổ như BXT8050 về tự đục lỗ, khoan thêm vị trí lắp thiết bị.

Làm hủy bỏ hiệu lực chứng nhận an toàn

Vỏ tủ rỗng BXT8050 khi xuất xưởng mang chứng nhận linh kiện (U Certificate). Chứng nhận này chỉ xác nhận bản thân vỏ rỗng đạt độ bền cơ học và kín khí khi chưa bị can thiệp.

Khi tự ý khoan lỗ tại công trường, chứng nhận U Certificate lập tức mất hiệu lực. Toàn bộ tủ điện sau khi lắp linh kiện phải được đơn vị kiểm định có thẩm quyền đánh giá và thử nghiệm lại để cấp chứng nhận hoàn chỉnh (X Certificate hoặc chứng nhận hệ thống).

Vi phạm quy chuẩn bước ren và độ dày thành tủ

Tiêu chuẩn IEC 60079-1 quy định rõ lỗ ren nhập cáp trên vỏ Ex d phải có độ dày thành vỏ đảm bảo tối thiểu 5 bước ren ăn khớp liên tục.

Khoan thủ công bằng máy khoan tay tại công trường dễ gây hiện tượng:

Lệch góc tâm ren, khiến ốc siết cáp DQM-I/I-D vặn vào bị kẹt hoặc hở.
Thành vỏ tủ ở vị trí đục lỗ bị mỏng, không đủ 5 bước ren.
Ren bị trượt lực khi siết ốc siết cáp.

Khi cần hệ thống tủ phân phối chiếu sáng BXMD8050 hay trạm điều khiển BZC8050 có cấu hình lỗ nhập cáp riêng, nhà máy nên đặt hàng gia công hoàn thiện trực tiếp từ nhà sản xuất. Xem các mẫu tủ tiêu chuẩn trên trang /san-pham.

5. Chọn sai vật liệu vỏ tủ theo điều kiện môi trường

Độ bền vật liệu quyết định tuổi thọ và khả năng duy trì đặc tính phòng nổ của hộp nối. Chọn sai vật liệu làm vỏ tủ bị ăn mòn, thủng vỏ hoặc giòn vỡ sau một thời gian vận hành.

Đặc tính của các dòng vật liệu phổ biến

Vật liệu	Dòng sản phẩm tiêu biểu	Ưu điểm	Môi trường ứng dụng phù hợp
Polyester gia cường sợi thủy tinh (GRP)	`BZC8050`, `BXJ8050`, `BXMD8050`	Chống ăn mòn hóa chất tuyệt đối, không tích điện, trọng lượng nhẹ	Nhà máy dược phẩm, hóa chất, môi trường biển, Zone 1, Zone 2
Hợp kim nhôm (Aluminium Alloy)	`BXJ-IIB`, `BXJ95`	Chịu va đập cơ học cao, tản nhiệt tốt	Xưởng cơ khí, nhà máy chế biến, khu vực indoor/outdoor tiêu chuẩn
Thép không gỉ (Stainless Steel 304/316L)	Bản tùy chọn của `BZC8050`, vỏ tủ phân phối	Chịu lực cực tốt, chống ăn mòn muối biển và axit	Giàn khoan dầu khí, tàu biển, xưởng hóa chất đậm đặc

Sai lầm gây ăn mòn điện hóa (Galvanic Corrosion)

Một lỗi phổ biến khi lắp đặt hộp đấu dây vỏ nhôm BXJ-IIB hoặc vỏ inox ngoài trời là dùng phụ kiện kim loại khác bản chất.

Ví dụ: Dùng ốc siết cáp bằng đồng mạ niken không có đệm cách ly lắp vào vỏ nhôm, hoặc dùng bu lông thép carbon giữ cọc tiếp địa trên vỏ inox. Khi có nước mưa và muối mù, cặp kim loại bất đồng bản chất này tạo thành pin galvanic. Kim loại hoạt động mạnh hơn (nhôm) sẽ bị ăn mòn ngầm rất nhanh.

Theo IEC 60079-14, bu lông, ốc siết cáp và cọc tiếp địa bên ngoài phải cùng hệ vật liệu với vỏ tủ hoặc phải qua xử lý mạ tương thích điện hóa.

6. Thiếu sót trong kết nối tiếp địa và kiểm tra cấp bảo vệ IP

Quên nối cọc tiếp địa bên ngoài vỏ tủ

Các dòng hộp đấu dây phòng nổ luôn thiết kế 2 vị trí tiếp địa:

Tiếp địa bên trong: Nối lõi tiếp địa (PE) của cáp điện.
Tiếp địa bên ngoài: Nối dây tiếp địa vỏ tủ vào hệ thống đẳng thế của nhà máy.

Thi công thường bỏ qua cọc tiếp địa bên ngoài vỏ. Trong môi trường Zone 1 và Zone 2, hiện tượng tích tụ điện tĩnh trên vỏ kim loại hoặc rò điện từ thiết bị bên trong không được triệt tiêu kịp thời sẽ tạo ra tia lửa điện bề mặt gây cháy nổ.

Gioăng làm kín IP bị lệch hoặc lão hóa

Hộp đấu dây tăng cường an toàn Ex e (như BXJ8050) phụ thuộc hoàn toàn vào gioăng làm kín để duy trì cấp bảo vệ IP66. Dạng Ex e không có vỏ chịu áp nổ như Ex d. Nếu nước và bụi xâm nhập vào bên trong, tia lửa điện từ cầu đấu dây sẽ gây sự cố ngay lập tức.

Trong quá trình thi công, thợ điện siết lệch nắp tủ khiến gioăng cao su bị gập, lòi ra ngoài. Hoặc khi lắp đặt ở môi trường bụi dẫn điện IIIC (như bụi nhôm, bụi than), việc hở gioăng làm bụi chui vào đọng trên cầu nối điện, gây ngắn mạch và phát nổ.

Sau khi hoàn thiện lắp đặt, nhà máy bắt buộc phải tổ chức nghiệm thu và xây dựng quy trình bảo trì thiết bị phòng nổ định kỳ để kiểm tra lực siết bu lông và tình trạng gioăng làm kín.

Bảng kiểm nhanh (Checklist) trước khi đưa tủ điện phòng nổ vào vận hành

Kỹ sư giám sát thi công có thể sử dụng bảng kiểm dưới đây để đánh giá nhanh tại công trường:

Ốc siết cáp: Đã chọn đúng mã DQM-I/I-D đạt chuẩn Ex d cho vỏ cách nổ chưa? Đường kính cáp có nằm trong dải làm kín của gioăng không?
Lỗ thừa: Tất cả các lỗ nhập cáp chưa dùng đã được bịt bằng nút bịt Ex đạt chứng nhận chưa?
Khe cản lửa: Bề mặt lắp ghép Ex d có bị dính sơn, keo silicone hay vết xước không? Đã bôi mỡ chuyên dụng không chứa silicon chưa?
Lực siết bu lông: Đã siết chéo đối ứng bằng cần siết lực đúng trị số nhà sản xuất quy định chưa? Bu lông có đúng chủng loại nguyên bản không?
Vỏ tủ: Vỏ tủ rỗng BXT8050 hay trạm điều khiển BZC8050 có bị tự ý khoan thêm lỗ thủng tại công trường không?
Vật liệu & Tiếp địa: Ốc siết cáp và bu lông ngoài vỏ có đồng bộ vật liệu để tránh ăn mòn điện hóa không? Cọc tiếp địa ngoài vỏ đã nối dây đẳng thế chưa?
Cấp bảo vệ: Gioăng làm kín đạt IP66 có bị lệch, đứt hoặc biến dạng khi đóng nắp không?

Tuân thủ đúng các nguyên tắc lắp đặt trên giúp thiết bị phòng nổ vận hành an toàn, bền bỉ và bảo vệ tối đa cho công trình của nhà máy.