Trang 41 Giáo trình An Tồn Điện Bảng 4-1 HÌNH THỨC NỐI ĐẤT - Thanh dẹt chôn nằm ngang cách mặt đất 0,5m - Thanh dẹt chôn nằm ngang cách mặt đất 0,8 m - Cọc thép, ống thép, thép góc đóng sâu cách mặt đất 0,5-0,8m K1 6,5 3,0 2,0 K2 2,0 1,5 K3 4,5 1,6 1,4 (Chú thích: K1; K2; K3 đất ẩm, đất ẩm trung bình, đất khơ) 4.6 CÁC QUY ĐỊNH VỀ ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT TIÊU CHUẨN: Điện trở nối đất an tồn hệ thống khơng lớn trị số nối đất tiêu chuẩn quy định quy phạm cụ thể:  Đối với thiết bị điện áp > 1000V có dịng chạm đất lớn (>500A) thiết bị điện mạng điện có điện áp từ 110kV trở lên điện trở nối đất tiêu chuẩn: Rđ ≤ 0,5Ω Với mạng có dịng chạm đất lớn này, có chạm đất (chạm vỏ) điện áp vỏ thiết bị so với đất (đã thoả mãn điều kiện Rđ ≤ 0,5Ω) đạt trị số lớn (hàng trăm chí hàng ngàn vơn) có cân điện áp tiếp xúc khơng vượt q 250-300V Rõ ràng điện áp nguy hiểm cho người với cấp điện áp có chạm đất, chạm vỏ rơle bảo vệ tác động cắt nhanh phần cố Mặt khác, với cấp điện áp không cho phép người tiếp xúc trực tiếp (khi khơng có thiết bị bảo vệ) với thiết bị chưa cắt điện nên xác suất người bị điện giật bé Trong mạng điện có dịng chạm đất lớn, bắt buộc phải có nối đất nhân tạo trường hợp không phụ thuộc vào điện trở nối đất tự nhiên Ngay điện trở nối đất tự nhiên thoả mãn yêu cầu (Rđ ≤ 0,5Ω) phải thực nối đất nhân tạo trị số điện trở nhân tạo không lớn 1Ω (Rnt≤ 1Ω )  Đối với thiết bị điện có điện áp >1000V có dịng chạm đất bé (1000V: Rd ≤ 250V Id ( phải thoả mãn :Rđ ≤ 10Ω ) * Khi hệ thống nối đất dùng cho thiết bị có điện áp 1000V) 125V (khi điện áp 1000V có dịng chạm đất bé thiết bị có điện áp < 1000V có trung tính cách điện nên sử dụng nối đất tự nhiên có sẵn Nếu trị số điện trở nối đất tự nhiên nhỏ trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn mà qui phạm qui định cho phép khơng cần phải thực hiên nối đất nhân tạo Chú ý trường hợp có nhiều thiết bị điện có điện áp khác nên thực nối đất chung Trị số điện trở nối đất chung cần phải thỏa mãn yêu cầu hệ thống nối đất đòi hỏi điện trở nối đất có giá trị nhỏ  Đối với đường dây tải điện không: Với đường dây tải điện không ta phân biệt trường hợp sau: * Khi điện áp mạng điện U≥ 110KV Trong trường hợp nối đất cột điện để chống sét qui phạm không yêu cầu nối đất bảo vệ cột điện mạng có dịng chạm đất lớn vì: - Trong mạng điện (có U≥110KV) có chạm đất rơle bảo vệ tác động cắt nhanh cố với thời gian từ 0.12-0,8 sec nên xác suất người bị điện giật điện áp tiếp xúc bé - Vì dịng điện chạm đất mạng lớn nên điện áp xuất hệ thống cột nối đất lớn, việc thực nối đất cho cột điện phức tạp tốn Ví dụ: Với dịng điện chạm đất từ 1,5-2KA giả sử điện trở nối đất an tồn cột 10 Ω điện áp hệ thống nối đất cột có trị số là: U = Iđ Rđ = 15-20KV * Với mạng điện có dịng chạm đất bé (mạng 3-35KV có trung tính cách điện) Trong mạng dịng chạm đất có trị số bé (thường từ 10-30A) nên điện áp hệ thống nối đất cột có trị số bé bảo đảm an tồn cho người cách nối đất cột điện (ví dụ: điện trở nối đất cột điện 10 Ω điện áp xuất hệ thống nối đất khoảng 100-300V ) Như nối đất cột điện mạng có dịng chạm đất bé vừa chống sét, vừa bảo vệ an toàn qui định sau: Phải thực nối đất cột đường dây 35KV Với đường dây từ 3-22KV cho phép nối đất cột vùng có dân cư nối đất cột thiết bị chống sét hay thiết bị thao tác đo lường Điện trở nối đất cột điện qui định bảng 4-2 * Trong mạng điện, điện áp < 1000V có trung tính cách điện, cột thép bê tơng cốt thép phải có điện trở nối đất không 50 Ω Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 43 Giáo trình An Tồn Điện Bảng 4-2 Điện trở nối đất cột đường dây cao áp Điện trở suất đất Ω cm Dưới 104 Từ 104 - 5.104 Từ 5.104-10.104 Trên 10.104 Trị số cực đại điện trở nối đất 10 15 20 30 4.7 TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT: 4.7.1 Cách thực nối đất: Trước hết cần phải phân biệt nối đất tự nhiên nối đất nhân tạo Nối đất tự nhiên sử dụng ống dẫn nước, cọc sắt, sàn sắt có sẵn đất Hay sử dụng kết cấu nhà cửa, cơng trình có nối đất, vỏ cáp đất làm điện cực nối đất Khi xây dựng vật nối đất cần phải sử dụng, tận dụng vật nối đất tự nhiên có sẵn Điện trở nối đất vật nối đất tự nhiên xác định cách đo chổ hay lấy theo sách tham khảo Nối đất nhân tạo thường thực cọc thép trịn, thép góc, thép ống, thép dẹt dài -5m chôn sâu xuống đất cho đầu chúng cách mặt đất 0,5 - 0,8m Kinh nghiệm tính tốn cho thấy điện trở nối đất giảm xuống tăng độ dài chơn sâu vật nối đất (vì giảm ảnh hưởng thời tiết) lúc chiều dài cọc vượt 5m điện trở nối đất giảm xuống khơng rõ rệt Đường kính hay bề dày vật nối đất ảnh hưởng đến trị số điện trở vật nối đất Vì ống thép đặt đất phải có bề dày khơng nhỏ 3,5mm, thép dẹt không nhỏ 4mm tiết diện nhỏ không bé 48mm để đảm bảo độ bền học Các cọc thép chôn thẳng đứng nối với thép nằm ngang (thường thép dẹt) Dây nối đất (hay nối đất trung tính) phải có tiết diện thỏa mãn độ bền khí ổn định nhiệt, chịu dòng điện cho phép lâu dài Khi thực bảo vệ nối đất tất phần kim loại thiết bị điện, kết cấu kim loại (vỏ thiết bị, khung, bệ thiết bị phân phối điện ) mà xuất điện áp cách điện bị hư hỏng phải nối cách chắn với hệ thống nối đất Các mối nối hệ thống nối đất tốt nên thực cách hàn (có thể cho phép nối bulông), mối thiết bị điện phải có dây nối đất riêng, khơng cho phép dùng dây nối đất chung cho nhiều thiết bị Khi thực nối đất mà có sử dụng nối đất tự nhiên trị số điện trở nối đất tự nhiên (Rtn) lớn trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn (R đ ) trị số điện trở nối đất nhân tạo là: Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 44 Giáo trình An Tồn Điện R nt = R d R tn R tn − R d Mặt khác điện trở nối đất nhân tạo gồm hệ thống điện cực (cọc) chơn thẳng đứng có điện trở RC nối ngang nối cọc có điện trở Rn R nt = R c R n Rc + R n Trong thực tế người ta sử dụng nhiều loại vật nối đất có hình dáng cách lắp đặt khác với cơng thức nối đất tính điện trở khác Sau ta xét số trường hợp thường dùng  Vật nối đất thép trịn, thép ống chơn sát mặt đất hình 4-5 điện trở nối đất cột là: ρ 4l d l R1c = tt ln 2.l.π d l>>d Trong đó: ρtt = ρ (Ω.m) điện trở suất tính tốn đất Hình 4.5 d: đường kính ngồi cọc nối đất, dùng thép góc đường kính đẳng trị là: d = 0,95.b (b: chiều rộng thép góc )  Vật nối đất thép trịn, thép ống đóng sâu xuống cho đầu chúng cách mặt đất khoảng (Hình 4.6) Lúc điện trở nối đất cọc là: R1C ρ tt  2l 4t + =  ln + ⋅ ln 2π ⋅ l  d 4t − 1  1 t d Trong đó: t: khoảng cách từ mặt đất đến điểm cọc l Hình 4.6  Vật nối đất thép dẹt, thép trịn chơn nằm ngang đất (hình 4.7) điện trở nối đất là: R tt ρ tt 2l = ⋅ ln 2π ⋅ l b⋅ t t Trong : l b: chiều rộng thép, dùng thép trịn thay b=2d Hình 4.7 d: đường kính Một điều cần ý xác định điện trở nối đất cần phải xét đến ảnh hưởng điện cực tản dịng điện vào đất Q trình tản dịng điện đất điện cực bị hạn chế q trình tản dịng điện cực từ điện cực lân cận, làm tăng số điện trở nối đất ảnh hưởng tính việc đưa vào cơng thức xác định điện trở nối đất hệ số gọi hệ số sử dụng Vì điện trở nối đất n cọc (đóng thẳng đứng) có xét đến hệ số sử dụng: Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 45 Giáo trình An Tồn Điện Rc = R 1c n⋅ µ c Trong đó: R1c : trị số điện trở nối đất cọc µc : hệ số sử dụng cọc Hệ số µc phụ thuộc vào số cọc n tỉ số a/l Trong đó: a : khoảng cách cọc chơn thẳng đứng l: chiều dài cọc Thông thường a/l =1,2,3 Tương tự điện trở nối đất ngang có tính đến hệ số sử dụng: , Rn Rn = µn Trong : R’n : điện trở nối đất ngang chưa tính đến hệ số sử dụng ngang µn µn phụ thuộc vào n a/l Hệ số µn µc thường cho sổ tay Rõ ràng µn hay µc ln ln nhỏ 4.7.2 Các bước tính tốn nối đất: Mục đích tính tốn nối đất xác định hình thức nối đất thích hợp (nối đất tập trung hay mạch vịng), xác định thơng số chủ yếu hệ thống nối đất (như số lượng, hình dáng cọc, thanh) xuất phát từ trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn điều kiện cụ thể nơi cần lắp đặt Trong điều kiện cho phép cần thực nối đất theo nối đất mạch vòng Tuy mạng có dịng chạm đất bé điều kiện lắp đặt mặt bị hạn chế cho phép nối đất tập trung Với mạng có dịng chạm đất lớn bắt buộc phải thực nối đất mạch vịng Ngồi phải thực cân (để giảm điện áp tiếp xúc điện áp bước) mạng điện có dịng chạm đất l a lớn người ta thường đặt thêm nối ngang phía thiết bị có độ sâu từ 0,5-0,7m dạng mặt lưới (hình 4.8) Sau số liệu cần thiết ban đầu (như mặt bằng, hình dạng, kích thước vật nối đất, chế độ làm việc điểm trung tính, điện trở nối đất tự nhiên, Hình 4.8 Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 46 Giáo trình An Toàn Điện điện trở suất đất ) Các bước tính tốn hệ thống nối đất tính sau:  Xác định điện trở nối đất yêu cầu Rđ  Xác định điện trở nối đất nhân tạo Nếu có sử dụng điện trở nối đất tự nhiên với trị số Rtn điện trở nối đất nhân tạo cần thiết là: R ⋅R R nt = d tn R tn − R d  Xác định điện trở suất tính tốn đất: Ở cần ý cọc chơn thẳng đứng nối ngang có độ chơn sâu khác nên chúng có điện trở suất tính khác Cụ thể: + Với cọc ρttc = Kmc.ρ + Với nối ngang: ρttn = Kmn.ρ Trong đó: - Kmc: hệ số mùa cọc - Kmn: hệ số mùa ngang  Theo địa hình thực tế mà bố trí hệ thống nối đất mà từ xác định gần số lượng cọc ban đầu chiều dài tổng nối ngang (nbđ ln) Ở cần lưu ý khoảng cách cọc không bé chiều dài cọc ( a ≥ ) l Cũng theo điều kiện yêu cầu thực tế mà chọn cách lắp đặt, kích thước, hình dạng vật nối đất từ xác định điện trở nối đất cọc (R 1c) theo công thức biết  Xác định số lượng cọc cần dùng: n sb = R 1c R nt ⋅ µ c Trong đó: µc: hệ số sử dụng cọc phụ thuộc vào số lượng cọc ban đầu (nbđ) tỉ số a/l Rnt: điện trở suất nhân tạo yêu cầu tính đến điện trở nối đất tự nhiên (nếu có) Nếu khơng có sử dụng nối đất tự nhiên Rnt trị số nối đất tiêu chuẩn yêu cầu: Rnt = Rđ  Xác định điện trở nối đất ngang nối đất cọc theo công thức biết có tính đến hệ số sử dụng ngang: Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 47 Giáo trình An Tồn Điện R nt = ρ ttn ⋅ ln2 ⋅ 2π ⋅ µ n ⋅ l n b ⋅ t Trong đó: µn: hệ số sử dụng ngang phụ thuộc vào nbđ a/l ln: tổng chiều dài ngang nối cọc ta coi ngang  Xác định trị số điện trở nối đất yêu cầu cọc có xét đến điện trở nối đất ngang: R n ⋅ R nt Rc = Chú ý có bất đẳng thức: R d ≤ R nt < R c R n − R nt  Xác định xác số cọc cần dùng: R1c nc = R c ⋅ µ c, Trong đó: µc: hệ số sử dụng cọc biết số cọc sơ nsb Lưu ý số cọc dùng nối đất không nhỏ Phương pháp tính tốn hệ thống nối đất phương pháp tính tốn dựa theo điện trở nối đất tiêu chuẩn (Rđ) với giả thiết đất có điện trở suất khơng đổi ρ nên có sai số định thực tế điện trở suất đất thay đổi theo thay đổi độ sâu Vì ngồi phương pháp coi điện trở suất đất số khơng đổi cịn có phương pháp tính tốn nối đất xác hơn, có tính đến thay đổi điện trở suất đất phụ thuộc vào độ sâu đất Mặt khác, nhằm mục đích tiết kiệm giảm bớt phức tạp tốn xây dựng hệ thống nối đất cho thiết bị có dòng chạm đất lớn Hiện nay, số trường hợp người ta tính tốn hệ thống nối đất theo trị số điện áp tiếp xúc cho phép mà theo trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn trình bày Ví dụ tính tốn hệ thống nối đất: Hãy tính tốn hệ thống nối đất trạm biến áp 35/6KV Lưới 35 6KV có trung tính cách điện đất Phía 35KV có dịng chạm đất pha là: I đ = 8A, phía 6KV là: Iđ = 25A tự dùng trạm cung cấp máy biến áp 6/0,4KV có trung tính nối đất trực tiếp phía hạ áp Điện trở suất đất đo 86Ω.m Thiết bị trạm chiếm diện tích (18 x 8)m2 Biết khơng có sử dụng điện trở nối đất tự nhiên cho hệ số mùa cọc Kmc = 2, ngang Kmn = Giải: Ta tính theo bước sau: 1.Xác định điện trở nối đất tiêu chuẩn theo yêu cầu hệ thống nối đất: Giả sử ta dùng hệ thống nối đất chung cho thiết bị cao áp thiết bị Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 48 Giáo trình An Tồn Điện hạ áp - Điện trở nối đất cần thiết thiết bị cao áp 35KV là: 250 250 R d1 ≤ = = 31,4Ω Id - Điện trở nối đất cần thiết phía 6KV là: 250 250 R d2 ≤ = = 10Ω Id 25 - Khi dùng cho thiết bị cao áp hạ áp : 250 125 R d3 ≤ = = 5Ω Id 25 Điện trở nối đất trung tính máy biến áp tự dùng 6/0,4KV qui định ≤ 4Ω Như điện trở nối đất chung cho toàn trạm lấy theo trị số bé Ω Rđiện = Ω Xác định điện trở nối đất nhân tạo: Ở khơng có sử dụng nối đất tự nhiên nên ta có điện trở nối đất nhân tạo trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn0: Rnt = Rđ = 4Ω 3.Xác định điện trở suất tính tốn đất: Với cọc : ρttc = Kmc.ρ = 2.86 = 172 Ω.m Với ngang: ρttn = Kmn.ρ = 3.86 = 258 Ω.m Dự định: Hệ thống nối đất, trạm dùng cho cọc thép trịn đường kính 12mm, dài 5m đóng cách 5m nối ngang nối cọc đặt độ sâu 0,7m Dự kiến mạch vòng nối đất là: 2.(20+10) = 60m Như chiều dài Hình 4.9: Mặt hệ thống nối đất nối ngang là: Diện tích đặt thiết bị (18x8m2) Ln = 60m, tỉ số a/l = số mạch vòng nối đất Hàng rào lượng cọc ban đầu là: nbđ = 60/5 = 12 Điện trở nối đất cọc nối đất thẳng đứng theo cách lắp đặt là: Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 49 Giáo trình An Tồn Điện ρ ttc  l 4t +  ln + ⋅ ln 2π ⋅ l  d 4t − = 172 Ω ⋅ m R 1c = ρ ttc l  l = 3,2 m 172  2⋅ ⋅ 3,2 +  = + ln  ln  = 38,8 Ω −3 π ⋅  12 ⋅ 10 ⋅ 3,2 −  t = 0,7 + R 1c Xác định số lượng cọc: n sb = R 1c R nt ⋅ µ c Rnt = Rđ = Ω ; µc tra bảng theo nsb = 12 a/l = 38,8 n bd = = 17,1 cọc ⋅ 0,57 Xác định điện trở nối đất ngang: Trong đó: ρ ttn ln2 ⋅ Rn = ⋅ 2π ⋅ µ n ⋅ l n b ⋅ t Ta có: n = 60m; b = 40.10-3m; trung tính = 0,7m µn = 0,326 tra bảng theo n = 17 a/l = 258 ⋅ 60 Rn = ⋅ ln = 25,8Ω 2π ⋅ 60 ⋅ 0,326 40 ⋅ 10 − ⋅ 0,7 Xác định điện trở nối đất yêu cầu cọc sau xét tới điện trở nối đất nối ngang: Rc = Rn ⋅ Rt 26,8 ⋅ = = 4,7Ω R n − R t 26,8 − Dễ dàng ta thấy: Rđ = Rtn = 4< Rc = 4,7 Ω Xác định số lượng cọc cần thiết: nc = R1c Rc ⋅ µ c , Ở µc = 0,52 tra bảng theo n = 17 a/l = 38,8 nc = = 15,8 Vậy 4,7 ⋅ 0,52 Kết ta lấy n = 16 cọc Như so với dự kiến ban đầu ta phải đóng thêm cọc Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Giáo trình An Tồn Điện Trang 50 CHƯƠNG BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG: Trong mạng điện pha dây điện áp nhỏ 1000V có trung tính trực tiếp nối đất người ta khơng áp dụng hình thức bảo vệ nối đất mà thay hình thức bảo vệ nối dây trung tính Trong bảo vệ nối dây trung tính người ta nối phần kim loại thiết bị điện kết cấu kim loại mà phận xuất điện áp cách điện bị hư hỏng với dây trung tính 5.2 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH: 5.2.1 Mục đích: Bảo vệ nối dây trung tính nhằm bảo đảm an tồn cho người có chạm vỏ pha cách nhanh chóng cắt phần điện có chạm vỏ 5.2.2 Ý nghĩa: Bảo vệ nối dây trung tính dùng để thay cho bảo vệ nối đất mạng điện pha dây điện áp nhỏ 1000 V có trung tính trực tiếp nối đất mạng điện 380/ 220 V, 220/ 127 V Ý nghĩa việc thay xuất phát từ thực tế mạng điện pha dây trung tính trực tiếp nối đất mà áp dụng hình thức bảo vệ nối đất khơng thể bảo đảm an tồn cho người Điều giải thích ví dụ sau: * Giả sử ta có mạng điện pha dây trung tính trực tiếp nối đất, điện áp nhỏ 1000 V hình 4-1 giả thiết ta bảo vệ an toàn cho người bảo vệ nối đất tức nối vỏ thiết bị với hệ thống nối đất có điện trở nối đất Rđ Khi có chạm vỏ pha cách điện bị hư hỏng (pha h 5-1) có dịng điện qua vỏ thiết bị vào đất với trị số: Uf Iđ = R0 + Rd I đ Trong : - Uf điện áp pha mạng điện R0 Rđ - R0 ,Rđ điện trở nối đất trung tính thiết bị cần bảo vệ Trị số dòng điện Iđ lúc Hình 5.1: Thiết bị bị chạm vỏ mạng điện có điện áp nhỏ 1000 V khơng phải trung tính nối đất có điện áp 1000V lúc đủ lớn để làm cho thiết bị bảo vệ (như cầu chì, áp tơ mát ) tác Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Giáo trình An Toàn Điện Trang 51 động cách chắn nhanh để cắt phần bị chạm vỏ ra, vỏ thiết bị có điện áp nguy hiểm tồn lâu dài là: U đ = Iđ Rđ Ví dụ: Mạng 380/220 V có trung tính trực tiếp nối đất với R0 = R đ = 4Ω Iđ = 220 = 27,5 A 4+ Dịng điện 27,5 A làm cho cầu chì có dịng định mức dây chảy có trị số khoảng 10A tác động.Thực tế dòng định mức dây chảy lớn trị số 10 A nhiều ( trị số phụ thuộc chủ yếu vào công suất chế độ làm việc thiết bị điện) Lúc thiết bị bảo khơng tác động, vỏ thiết có điện áp nguy hiểm là: Uđ = Iđ.Rđ = 27,5 = 110 V Điện áp tồn lâu dài Ở Rđ = R0 nên:Uđ = Uf / Nếu Rđ > R0 Uđ lớn * Để giảm Uđ: - Giảm Rđ so với R0 không kinh tế - Trong trường hợp cách tăng dịng chạm vỏ Iđ đến giá trị đủ lớn để thiết bị bảo vệ cắt nhanh chổ bị cố chạm vỏ bảo vệ an toàn cho người Biện pháp đơn giản dùng dây dẫn để nối vỏ thiết bị với dây trung tính Như ý nghĩa bảo vệ nối dây trung tính biến chạm vỏ thiết bị thành ngắn mạch pha để thiết bị bảo vệ cắt nhanh chắn phần bị chạm vỏ bảo đảm an toàn cho người Cần lưu ý bảo vệ nối dây trung tính tác động tốt có chạm vỏ thiết bị cịn có chạm đất bảo vệ nối dây trung tính khơng tác dụng bảo vệ lúc dịng chạm đất bé nên thiết bị bảo vệ khơng tác động cố chạm đất tồn lâu dài nguy hiểm (trong mạng trung tính trực tiếp nối đất điện áp nhỏ 1000 V cần phân biệt hai khái niệm chạm đất chạm vỏ 5.3 PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH : Nói chung, không phụ thuộc vào môi trường xung quanh sở sản xuất với mạng điện pha dây điện áp nhỏ 1000 V có trung tính trực tiếp nối đất phải ln ln thực biện pháp bảo vệ nối dây trung tính Tuy cần lưu ý số điểm sau: .Với mạng điện pha dây trung tính trực tiếp nối đất, điện áp 220/127 V cho phép thực bảo vệ nối dây trung tính trường hợp sau: a Xưởng đặc biệt nguy hiểm mặt an toàn b Các thiết bị đặt trời Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Giáo trình An Tồn Điện Trang 52 c Các phận kim loại thiết bị điện mà người thường tiếp xúc tay cầm, cần điều khiển  Với phịng làm việc, nhà có cao với điện áp 380/220 V 220/127 V (trong mạng có trung tính nối đất) cho phép khơng cần bảo vệ nối dây trung tính  Trên đường dây pha dây điện áp 380/ 220 V có trung tính trực tiếp nối đất cột thép, xà thép phải nối với dây trung tính 5.4 NỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐÂT LẶP LẠI TRONG BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH: Khi thực bảo vệ nối dây trung tính, dây trung tính nối đất đầu nguồn (gọi nối đất làm việc) nối đất lặp lại đoạn mạng điện gọi nối đất lặp lại dây trung tính Nhiệm vụ nối đất làm việc tạo điều kiện làm việc bình thường cho thiết bị điện , ví dụ nối đất làm việc nối đất trung tính MBA, máy phát, cuộn dập hồ quang Quy phạm quy định điện trở nối đất làm việc đầu nguồn mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất khơng q Ω tương ứng với mạng 380/220 V 220/127 V (chỉ với nguồn công suất bé 100 KVA mạng 380/220 V cho phép đến 10Ω) Sở dĩ có quy định để hạn chế điện áp dây trung tính đất lúc có xâm nhập điện áp cao sang phía điện áp thấp lúc xảy chạm đất pha phía hạ áp Nhiệm vụ nối đất lặp lại dây trung tính giảm điện áp vỏ thiết bị so với đất có chạm vỏ, trường hợp dây trung tính bị đứt Ta phân tích nhiệm vụ so sánh với trường hợp khơng có nối đất lặp lại A Trường hợp khơng có nối đất lặp lại : Khi dây trung tính khơng bị đứt (hình 5.2a): Khi chạm vỏ vỏ thiết bị có điện áp: U1 = I R Z K < Uf IN: Dòng ngắn mạch pha (dòng chạm vỏ) ZK: Tổng trở ngắn mạch dây trung tính tính từ nguồn đến điểm ngắn mạch R Hình 5.2a Khi đứt dây trung tính mà lại có chạm vỏ sau chổ bị đứt (hình 5.2b): Bộ mơn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng R Hình 5.2b 3 Giáo trình An Tồn Điện Trang 53 Điện áp vỏ thiết bị trước chổ đứt: U1 = Điện áp vỏ thiết bị sau chổ bị đứt: U2 = U = U f B Trường hợp có nối đất lặp lại dây trung tính: Khi dây trung tính khơng bị đứt (hình 5.3a): Khi có chạm vỏ thiết bị có điện áp: I N Z K R U2 = Iđ R = R0 + R U2 < U1 U1 : Điện áp vỏ thiết bị không nối đất lặp lại R0 : Điện trở nối đất trung tính R2 : Điện trở nối đất lặp lại R0 Rl Hình 5.3a Khi đứt dây trung tính mà có chạm vỏ sau chổ bị đứt (hình 5.3b): Điện áp vỏ thiết bị trước chổ bị đứt: Uf R < Uf U4 = Iđ.R0 = R0 + R2 Điện áp vỏ thiết bị sau chổ bị đứt: Uf R < Uf U5 = Iđ.R2 = R0 + R2 R0 Rl Hình 5.3b U4 + U5 = Uf ; Uf - Điện áp pha Ta thấy có nối đất lặp lại dây trung tính phân bố điện áp trước sau chổ bị đứt ( R0 = R2 điện áp Uf / 2) Qua phân tích so sánh trên, rõ ràng ta thấy nối đất lặp lại dây trung tính giảm nhiều mức độ nguy hiểm cho người dây trung tính bị đứt Quy phạm quy định điện trở nối đất lặp lại dây trung tính mạng 380/220 V không vượt 10 Ω Cũng cần lưu ý nối đất lặp lại dây trung tính có tác dụng làm giảm mức độ nguy hiểm cho người dây trung tính bị đứt mà có chạm vỏ phía sau chổ bị đứt (vì lúc cố tồn lâu dài) khơng thể đảm bảo an tồn Bộ mơn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Giáo trình An Tồn Điện Trang 54 tuyệt đối cho người trường hợp cần tránh xa dây đứt trung tính lý Các quy định liên quan đến việc nối đất lặp lại dây trung tính :  Khơng có nối đất lặp lại: Quy phạm cho phép không dùng nối đất lặp lại cho mạng điện dùng dây cáp Với mạng cáp thường dùng lõi riêng (cáp lõi) hay dùng vỏ kim loại cáp để làm dây trung tính xác suất đứt nhỏ  Nối đất lặp lại bố trí tập trung: Quy định dùng cho mạng đường dây không để đề phịng trường hợp dây trung tính bị đứt Quy phạm quy định phải nối đất lặp lại dây trung tính đầu cuối đường dây khơng có chiều dài lớn 200m điểm của đường dây có chiều dài khoảng 500 m  Nối đất lặp lại bố trí theo chu vi mạch vịng: Khơng phụ thuộc vào kết cấu mạng điện (đường dây không hay dây cáp) thiết bị cố định (trong phân xưởng, nhà máy sản xuất cố định ) phải dùng nối đất lặp lại dây trung tính bố trí theo chu vi mạch vòng 5.5 CÁCH THỰC HIỆN BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH: Khi thực bảo vệ nối dây trung tính tất phần kim loại thiết bị điện, kết cấu kim loại (như vỏ thiết bị, khung bệ thiết bị phân phối điện, vỏ kim loại cáp ) mà xuất điện áp có cố chạm vỏ phải nối cách chắn với dây trung tính Trên hình 4.4 cho ta cách thực bảo vệ nối dây trung tính: 1 • Hình 5-4: Ví dụ nối dây trung tính thiết bị - Điểm nối vỏ thiết bị với dây trung tính - Thiết bị đóng cắt bảo vệ (cầu dao, áp tô mát ) - Đèn chiếu sáng - Thiết bị pha - Thiết bị pha - Nối đất lặp lại dây trung * Khi thực tính vệ nối dây trung tính cần lưu ý số điểm sau: bảo  Để tránh làm hở mạch dây trung Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Hình 5-5: Sự nguy hiểm hở mạch dây trung tính Giáo trình An Tồn Điện Trang 55 tính người ta quy định dây trung tính khơng đặt cầu chì, cầu dao thiết bị đóng cắt khác (trừ trường hợp đặc biệt cắt đồng thời dây pha dây trung tính) Ví dụ hình 5.5 đặt cầu dao K mạch dây trung tính, lúc hở mạch (cầu dao K hở) mà người chạm vào vỏ thiết bị có nối dây trung tính có dịng điện nguy hiểm qua người cách điện tốt  Quy định dây nối trung tính bảo vệ phải dùng dây riêng, dây không đồng thời dùng làm dây dẫn điện, hình 5.6: .Trong mạng có trung tính trực tiếp nối đất, ngun nhân mà bị trung tính, người ta khơng cho phép dùng đất dây dẫn (hình 5.7) 1 Nối sai Nối Hình 5.6 Chỗ dễ bị đứt gây nguy hiểm cho người Hình 5.7  Khi xây dựng đường dây hạ áp phải ý bố trí dây trung tính nằm dây pha, bố trí dây pha gây nguy hiểm Hình 5.8:  Các dây nối bảo vệ (nối từ dây trung tính đến vỏ thiết bị) theo độ bền học chống ăn mịn phải có kích thước tối thiểu Hình 5.8: Bảng 5.1 Tiết diện tối thiểu (mm ) dây nối bảo vệ đồng nhôm thiết bị có điện áp nhỏ 1000 V Loại dây nối bảo vệ Dây trần đặt hở Dây bọc cách điện Lõi cáp dây dẫn nhiều sợi vỏ chung Đồng 1,5 Nhôm 2,5 1,5  Trong việc sử dụng vỏ kim loại cáp vào mục đích bảo vệ nối đất bảo vệ nối dây trung tính cần ý: Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Giáo trình An Tồn Điện Trang 56 Qua tính tốn người ta nhận thấy vỏ nhơm cáp sử dụng làm dây trung tính dây nối bảo vệ có đủ độ dẫn điện cần thiết cịn vỏ chì cáp thường có độ dẫn điện nên khơng sử dụng làm dây trung tính dây nối bảo vệ Ngược lại vỏ nhôm cáp lại không sử dụng điện cực nối đất (khi đặt đất) bên ngồi vỏ nhơm cáp thường có lớp phủ cách điện bên ngồi (để bảo vệ nhơm chống ăn mịn) cịn vỏ chì cáp lại sử dụng điện cực nối đất có cáp đặt đất khơng nhỏ 5.6 TÍNH TỐN BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH: Trong bảo vệ nối dây trung tính, để thiết bị bảo vệ (như cầu chì, áp tơ mát ) cắt nhanh chắn phần bị chạm vỏ nguy hiểm cho người trị số dịng ngắn mạch (dịng chạm vỏ) phải đủ lớn, dòng điện định mức thiết bị bảo vệ phải chọn thích hợp Nếu dòng chạm vỏ bé hay dòng định mức thiết bị bảo vệ chọn không (quá lớn) thiết bị bảo vệ khơng tác động tác động chậm gây nguy hiểm cho người lúc vỏ thiết bị có điện áp : U = IN.ZK IN : Dòng điện chạm vỏ (ngắn mạch) ZK: Tổng trở dây trung tính từ nguồn đến điểm ngắn mạch Muốn tăng dịng điện chạm vỏ IN lên đến giá trị đủ lớn để thiết bị bảo vệ cắt nhanh chắn phải tìm cách giảm hợp lý tổng trở mạch ngắn mạch pha- trung tính Tổng trở mạch pha trung tính bao gồm tổng trở dây pha, dây trung tính, tổng trở máy biến áp nguồn Trong đó, tổng trở máy biến áp dòng ngắn mạch pha gồm tổng trở mạch từ tổng trở cuộn dây Tổng trở máy biến áp dòng ngắn mạch pha có ảnh hưởng lớn đến trị số dòng ngắn mạch, mà tổng trở máy biến áp lại phụ thuộc vào tổ nối dây máy biến áp Nhận thấy tổng trở máy biến áp pha dòng ngắn mạch pha lớn cuộn dây nối Y/∆, cịn nhỏ nhiều nối ∆/Y muốn tăng dịng IN nên dùng sơ đồ ∆/Y0 Ví dụ máy biến áp Liên Xơ có cơng suất định mức 400 KVA nên nối Y/Y tổng trở dòng ngắn mạch pha là: ZB = 0,065 Ω, với máy biến áp nối ∆/Y ZB 0,022 Ω Ngồi tăng dịng ngắn mạch cách tăng hợp lý độ dẫn điện dây trung tính (tức giảm điện trở dây trung tính) người ta quy định : bảo vệ nối dây trung tính độ dẫn điện dây trung tính khơng nhỏ 50% độ dẫn điện dây pha Xác định dòng điện ngắn mạch pha: Trong mạng điện pha dây có trung tính trực tiếp nối đất có điện áp nhỏ 1000 V dịng điện ngắn mạch pha có Bộ mơn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Giáo trình An Toàn Điện Trang 57 thể xác định gần sau: IN = Uf Zd + ZB Trong đó: Uf : Là điện áp pha ( V ) ZB : Là tổng trở máy biến áp dòng ngắn mạch pha Zd : Là tổng trở mạch pha trung tính Đối với máy biến áp có cơng suất lớn 630 KVA lấy ZB = Tổng trở Zd mạng xác định sau: Zd = R 2d + X 2d Rd: Điện trở tác dụng mạch pha - trung tính (gồm dây pha dây trung tính) Rd = Rf + Rtt Rf : Điện trở dây pha Rtt: Điện trở dây trung tính Xd: Cảm kháng mạch pha - trung tính Trong nhiều sổ tay điện người ta thường cho chung trị số Z d ứng với loại mạng cụ thể Để thiết bị bảo vệ cắt nhanh chắn có chạm vỏ bảo đảm an tồn cho người dịng ngắn mạch pha phải thỏa mãn bất đẳng thức sau: IN ≥ KBV Iđm KBV: Hệ số bảo vệ, tỉ số yêu cầu dòng ngắn mạch so với dòng định mức thiết bị bảo vệ Iđm: Dòng định mức thiết bị bảo vệ ( cầu chì, áp tơ mát ) cụ thể : a Dịng điện định mức dây chảy cầu chì bảo vệ cầu chì b Dịng điện định mức phận cắt bảo vệ áp tơ mát có phận cắt hổn hợp (quá tải ngắn mạch) hay áp tơ mát có phận cắt q tải (cắt nhiệt) c Dòng điện tác động tức thời áp tơ mát có phận cắt điện từ (cắt ngắn mạch) Quy định: - KBV ≥ bảo vệ cầu chì áp tơ mát có phận cắt tải - KBV = 1,4 bảo vệ áp tơ mát có phận cắt điện từ dịng điện định mức áptơmát ≤ 100A KBV =1.25 dịng định mức áp tơ mát >100A Trong xưởng có nguy cháy nổ : - KBV ≥ bảo vệ cầu chì - KBV ≥ bảo vệ áp tơ mát có phận cắt q tải Các trường hợp cịn lại khơng thay đổi Bộ mơn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Giáo trình An Tồn Điện Trang 58 Ví dụ: Một đường dây cáp nhơm ruột đặt ống thép nhận điện từ tủ phân phối điện áp 380/220 V, với máy biến áp công suất 1000 KVA có trung tính trực tiếp nối đất Hãy kiểm tra lại làm việc thiết bị bảo vệ có ngắn mạch pha (có chạm vỏ) điểm xa mạng điểm C nếu: Mạng bảo vệ cầu chì với dịng điện định mức dây chảy 100 A : Iđo = 100 A Mạng điện bảo vệ áp tơ mát có phận cắt hổn hợp với dòng định mức phận cắt 80 A Mạng bảo vệ áp tô mát có phận cắt điện từ ( ngắn mạch ) với dòng điện tác động tức thời 200 A Cho biết loại áp tô mát có dịng định mức lớn 100 A Sơ đồ mạng: A x 95 + x 35 B 0,08 Km x 70 + x 35 C 0,38 Km GIẢI: Ta có điều kiện để kiểm tra : IN ≥ KBV.Iđm Trước hết ta xác định dịng ngắn mạch IN có ngắn mạch điểm xa nhất, điểm C là: Với cáp : x 95 + x 35 có Zđo1 = 1,45 Ω/Km Với cáp : x 70 + x 35 có Zđo2 = 1,59 Ω/Km Vì cơng suất định mức máy biến áp Sđm = 1000 KVA nên cách gần ta lấy ZB = Tổng trở mạch pha - trung tính tính từ nguồn ( máy biến áp) đến điểm xa C là: Zd = 1,45 0,08 + 1,59 0,38 = 0,72 Ω Vậy: IN = Uf 229 = = 306 A Z d + Z B / 0,72 Bây ta tiến hành kiểm tra làm việc thiết bị bảo vệ trường hợp cho * Trường hợp 1: Khi dùng cầu chì bảo vệ ta có : KBV = 3; Iđm = Iđo = 100 A Iđm KBV = 3.100 = 300 A < IN = 306 A Vậy dùng cầu chì để bảo vệ với Iđo = 100 A bảo đảm cắt chắn có Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Giáo trình An Tồn Điện Trang 59 ngắn mạch (chạm vỏ) bảo vệ an toàn cho người * Trường hợp 2: Khi dùng áp tơ mát có phận cắt hỗn hợp ( có phận cắt nhiệt ) ta có : KBV = , Iđm = I0 = 80 A Vậy: KBV Iđm = 80 = 240 A < IN = 306 A Do bảo vệ tác động tốt * Trường hợp 3: Khi dùng áp tơ mát có phận cắt điện từ, ta có: Iđm = 200 A , KBV = 1,25 Vậy : Iđm KBV = 200 1,25 = 250 A < IN = 306 A Do bảo vệ tác động tốt Tóm lại: Dùng phương án để bảo vệ bảo đảm tác động tốt xảy ngắn mạch (chạm vỏ) pha, bảo vệ an tồn cho người Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Giáo trình An Toàn Điện Trang 60 CHƯƠNG BẢO VỆ CHỐNG SỰ XÂM NHẬP ĐIỆN ÁP CAO SANG ĐIỆN ÁP THẤP 6.1 Sự nguy hiểm có xâm nhập từ điện áp cao sang điện áp thấp Khi cách điện máy biến áp bị hư hỏng khơng xảy tượng chạm vỏ mà cịn có xâm nhập từ điện áp phía cao (sơ cấp) sang phía thấp (thứ cấp) Lúc phía thứ cấp có điện áp cao nguy hiểm khơng cho người mà cịn cho thiết bị Ta xét trường hợp sau: 6.1.1 Mạng điện phía sơ cấp thứ cấp có trung tính cách điện: Ucsc Ubsc Uasc UO Ca UA Cb UB Cc UC a b c Yc TB2 a R Uasc Uo U c Ucsc Ua Ub Ubsc đ Hình 6.1: Xâm nhập điện áp cao sang điện áp thấp a Sơ đồ nguyên lý b đồ thị vec tơ b Giả sử máy biến áp có cấp biến đổi điện áp 6000/380V phía sơ thứ cấp trung tính cách điện đất Cũng giả thiết điện trở cách điện điện dung pha mạng điện thì: UA = UB = UC = 6000 = 3460V Khi có xâm nhập điện áp cao từ phía sơ cấp sang phía thứ cấp trung tính phía điện áp 380 nối điện với phía điện áp cao có điện áp 3460V Nếu tổ nối dây máy biến áp Y/Y0 thi trung tính hạ áp có điện áp trùng với điện áp pha A phía cao áp Do từ đồ thị vectơ ta có: Điện áp pha a phía sơ cấp so với đất: Uasc = 3460 + 220 = 3680 V Điện áp pha b,c so với đất: Ubsc = Ucsc = 3460 + a 220 = 3460 + a.220 = 3350V Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng ... tính cách điện, cột thép bê tông cốt thép phải có điện trở nối đất khơng q 50 Ω Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 43 Giáo trình An Toàn Điện Bảng 4-2 Điện. .. môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 48 Giáo trình An Tồn Điện hạ áp - Điện trở nối đất cần thiết thiết bị cao áp 35 KV là: 250 250 R d1 ≤ = = 31 ,4Ω Id - Điện. .. tính, điện trở nối đất tự nhiên, Hình 4.8 Bộ mơn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Trang 46 Giáo trình An Tồn Điện điện trở suất đất ) Các bước tính tốn hệ thống nối