Đồán an toàn điện thiết kế chống sét cho tòa nhà bộ môn an toàn điện

ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY LỜI NÓI ĐẦU Sét mộ t tượ ng tự nhiên xuấ t hiện, tồ n tạ i rấ t lâ u trình hình nh phá t triển củ a ngườ i Nó gâ y khơ ng tá c hạ i cho ngườ i thiên nhiên, đặ c biệt cá c cô ng trình xây dự ng Vì vậ y ng tá c phị ng chố ng sét cho ng trình xâ y dự ng đượ c đề cậ p từ nhiều nă m Đâ y mộ t vấn đề liên quan đến nhiều lĩnh vự c xâ y dự ng như: quy hoạ ch, thiết kế, thi cô ng… Tuy nhiên, sét mộ t tượ ng khí tượ ng phứ c tạ p nên ng ta cầ n phả i tìm hiểu kỹ để hạ n chế nhữ ng ả nh hưở ng củ a đến ngườ i, cũ ng nhữ ng tà i vậ t củ a ngườ i mô i trườ ng Từ nhữ ng yêu cầ u thự c tiễn , nhiều ngườ i bỏ rấ t nhiều thờ i gian quý bá u củ a cho ng tá c nghiên u họ cũ ng gặ t há i đượ c khơ ng nh ng Điển hình nh ng từ rấ t sớ m củ a B.Franklin (nă m 1750), sau hà ng loạ t cá c đầ u thu tiên đạ o sớ m tiện ích hiệu lầ n lượ t đờ i Kế thừ a nh củ a nhữ ng ngườ i nên em chọ n nộ i dung “Thiết kế chố ng sét cho tị a nhà mơ n An Toà n Điện” Đâ y mộ t đề tà i lý thú mang tín thự c tế cao Qua , em họ c hỏ i đượ c rấ t nhiều điều bổ ích mở rộ ng thêm hiểu biết củ a nhờ tham khả o tà i liệu cũ ng từ dẫ n tậ n tình củ a thầ y “NGUYỄ N QUỐ C THỊNH” hướ ng dẫ n Do thờ i gian có hạ n nguồ n tà i liệu nên phầ n trình bà y đồ n nà y khô ng trá nh khỏ i nhữ ng hạ n chế, thiếu só t, rấ t mong nhậ n đượ c nhữ ng ý kiến ng gó p từ phía cá c Thầ y Xin châ n nh m ơn! Nguyễn Quố c Huy ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ………………… MỤ C LỤ C NHẬ N XÉ T CỦ A GIẢ NG VIÊ N HƯỚ NG DẪ N .2 CHƯƠNG I: GIỚ I THIỆ U 1.1 Giới thiệu cơng trình: .7 1.2 Nhiệm vụ bảo vệ chống sét, nối đất an toàn 1.3 Các thành phần hệ thống 10 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY 1.4 Yêu cầu thiết kế 12 1.5 Nhiệm vụ thiết kế 15 CHƯƠNG II TÍNH TỐ N BẢ O VỆ CHỐ NG SÉ T ĐÁ NH TRỤ C TIẾ P 18 2.1 Khái quát sét 18 2.1.1 Định nghĩa 18 2.1.2 Hậu phóng điện sét .21 2.2 Bảo vệ sét đánh trực tiếp 22 2.2.1 Nguyên tắc thực 22 2.2.2 Cá c ng bả o vệ chố ng sét đá nh trự c tiếp 22 2.2.3 Bảo vệ dây chống sét 29 2.3 Tính tố n bả o vệ chố ng sét cho tò a nhà 31 2.3.1 Tính tốn chọn kim thu sét 31 2.3.2 Tính tố n hệ thố ng nố i đấ t chố ng sét 32 CHƯƠNG III: BẢ O VỆ CHỐ NG SÉ T CẢ M Ứ NG 37 3.1 Giới thiệu chống sét lan truyền 37 3.2 Thiết kế chống sét lan truyền cho tòa nhà 38 CHƯƠNG IV: THIẾ T KẾ BẢ O VỆ AN TOÀ N ĐIỆ N 41 4.1 Mộ t số i niệm .41 4.1.1 Hiện tượ ng điện giậ t .41 4.1.2 Cá c ng chạm điện .41 4.1.3 Tác hại củ a dò ng điện chạ y qua ngườ i 41 4.2 Cá c yếu tố liên quan 43 4.2.1 Dò ng điện qua ngườ i Ing 43 4.2.2 Ảnh hưởng đường dòng điện qua người 47 4.2.3 Ảnh hưởng tần số dòng điện .47 4.3 Vấ n đề an n ngườ i chạm o điện 49 4.3.1 Chạ m trự c tiếp .49 4.3.1.1 Lưới điện đơn giản (mạng pha điện DC) U  1000V 49 4.3.2 Chạ m giá n tiếp .56 4.3.2.1 Hiện tượng dòng điện đất (I đất) tăng điện đất (GPR: Ground Potential Rise) 56 4.3.2.2 Điện áp tiếp xúc (Utx) 57 4.4 Cá c biện phá p bả o vệ an n 59 4.4.1 Bảo vệ tiếp xúc trực tiếp 59 4.4.2 Tiếp xú c giá n tiếp o điện 61 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY 4.4.3 Bả o vệ khô ng cắ t nguồ n 67 4.4.3.1 Sử dụng mạng SELV (Safety by Extra Low Voltage) 67 4.4.3.2 Sử dụng mạng PELV (Protection by Extra Low Voltage) 68 4.4.3.4 Các thiết bị cách điện cấp II 69 4.4.3.5 Đặt thiết bị sàn cách điện 70 4.4.3.6 Phòng đẳng cách ly với đất .70 4.5 Tính tố n hệ thố ng nố i đấ t bả o vệ cho tò a nhà ( R ≤ Ω) 71 CHƯƠNG V: KẾ T LUẬ N .73 Tài liệu tham khả o 74 5.1 Giáo trình an tồn điện Th.S Phan Thị Thu Vân 74 5.2 Tiêu chuẩn, quy phạm trang bị điện,quy phạm nối đất nối không…nguồn internet 74 5.3 Tiêu chuẩn quốc gia lắp đặt hệ thống nối đất cho cơng trình nguồn internet 74 Mục lục hình bảng - Hình 1.1: Mặ t bằ ng tị a nhà …………………………7 Hình 2.1: Qú a trình hình nh tia sét…………………20 Hình 2.2: Phương thứ c bả o vệ chố ng sét trọ ng điểm……….22 Hình 2.3: Cấ u trú c cộ t thu sét sử dụ ng…………………… 23 Hình 2.4: Phạ m vi bả o vệ cộ t thu sét………………………….23 Hình 2.5: Phạ m vi bả o vệ củ a cộ t thu sét vớ i cá ch vẽ đơn giả n hó a…24 Hình 2.6: Phạ m vi bả o vệ củ a cộ t thu sét bằ ng nhau……………….25 Hình 2.7: Phạ m vi bả o vệ độ cao hx củ a ba cộ t thu sét có độ cao bằ ng nhau.26 Hình 2.8: Phạ m vi bả o vệ củ a hai kim thu sét có độ cao khơ ng bằ ng nhau… 26 - Hình 2.9: Cá ch lắ p đặ t đầ u ESE bả o vệ chố ng sét trự c tiếp cho ng trình… 27 - Hình 2.11: Phạ m vi bả o vệ củ a cộ t dâ y thu sét………… 31 Hình 2.12: Mặ t bằ ng lắ p kim chố ng sét………………….34 Hình 2.13: hình ả nh lắ p kim thự c tế………………….35 Hình 2.14: Sơ đồ bã i tiếp địa……………… 36 Hình 3.1: SRF mộ t pha…………………… 37 Hình 3.2: SRF ba pha………………………… 38 Hình 3.3: Mặ t bằ ng bã i tiếp địa chố ng sét lan truyền…………40 Hình 4.1: Cá c ng chạ m điện……………41 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY - Hình 4.2: Phạ m vi ả nh hưở ng sinh họ c củ a dò ng Ing theo biên độ thờ i gian tồ n tạ i…………………………… 42 - Hình 4.3: Sơ đồ thay ……………………44 Hình 4.4: Quan hệ Rng = f(p)…………………45 Hình 4.5: Tiếp xú c trự c tiếp o điện p…………………………46 Hình 4.6: Tiếp xú c giá n tiếp o điện p………… 47 Hình 4.7: Đồ thị giớ i hạ n nguy hiểm I = f(f)…………………………….49 Hình 4.8: Chạ m o hai cự c (2 dâ y) củ a mạ ng…………………………50 Hình 4.9: Chạ m o dâ y 51 Hình 4.10: Chạ m o dâ y 51 Hình 4.11: Dâ y trung tính chạ m đấ t 52 Hình 4.12: Dâ y pha chạ m đấ t…………………………… 52 Hình 4.13: Sơ đồ thay chạ m o dâ y pha…………………53 Hình 4.14: Sơ đồ thay chạ m o dâ y trung tính…………….54 Hình 4.15: Chạ m hai dâ y nguồ n vừ a đượ c cắ t………………55 Hình 4.16: chạ m o dâ y sau cắ t nguồ n……………………55 Hình 4.17: Chạ m mộ t dâ y mạ ng DC có điện dung lớ n……………56 Hình 4.18: Chạ m mộ t dâ y mạ ng AC có điện dung lớ n………………56 Hình 4.19: Cấ u trú c mạ ng ba pha trung tính nố i đấ t trự c tiếp…………….57 Hình 4.20: Cá c cấ u trú c mạ ng ba pha khô ng nố i đấ t trự c tiếp……………58 - Hình 4.21: Chạ m đấ t mộ t pha dị ng cố ………………58 Hình 4.22: Chạ m o hai pha mạ ng khô ng nố i đấ t (a) mạ ng có nố i đấ t (b)…………………………………………….59 Hình 4.23: Chạ m o dâ y pha dâ y trung tính mạ ng khô ng nố i đấ t (a) mạ ng có nố i đấ t (b)…………………………………………60 Hình 4.24: Chạ m o mộ t pha mạ ng khơ ng nố i đấ t………60 Hình 4.25: Chạ m trự c tiếp mộ t pha mạ ng trung tính nố i đấ t…………62 Hình 4.26: Ví dụ tính Utx chạ m dâ y trung………………….63 Hình 4.27: Mạ ch tương đương hình 4.26……………………63 Hình 4.28: Đồ thị biểu diễn Uđ (GPR) = f(x)………………….65 Hình 4.29: Ví dụ điện p tiếp xú c……………………….65 Hình 4.30: Cá ch xá c định Ubướ c ……………………….67 Hình 4.31: Nguyên lý tá c độ ng củ a RCD……………….68 Hình 4.32: Nguyên lý m việc củ a RCD……………………….68 Hình 4.33: Sơ đồ nố i đấ t TN-C……………………………….70 Hình 4.34: Sơ đồ TN-S………………………………71 Hình 4.35: Sơ đồ TN-C-S………………………… 72 Hình 4.36: Nố i vỏ thiết bị o dâ y PEN sơ đồ TN-C………….72 - ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY - - Hình 4.37: Sơ đồ TT……………………………………………72 Hình 4.38: Sơ đồ IT loạ i I……………………………………73 Hình 4.39: Cá ch điện pha-đấ t ……………………………… 74 Hình 4.40: Sơ đồ IT loạ i II (nố i đấ t qua tổ ng trở )…………………74 Hình 4.41 Điện p thấ p đượ c lấ y từ má y biến p cá ch ly an n đ định nghĩa IEC742………………………………………… 76 Hình 4.42: Cấ p điện từ biến cá ch ly…………………….77 Hình 4.43: Nguyên lý củ a mứ c cá ch điện loạ i II……………………77 Hình 4.44: Bả o vệ bằ ng cá ch đặ t cá c thiết bị ngoà i tầ m tay vớ i hoặ c ngă n cá ch cá c thiết bị bằ ng vậ t chắ n cá ch điện………………………………… 78 Hình 4.45: Bả o vệ bằ ng cá ch đặ t cá c thiết bị sà n đẳ ng thế………………79 Hình 4.46: Bã i tiếp địa cho hệ thố ng nố i đấ t an n……………………….80 Bả ng 2.1: Bá n kính bả o vệ củ a đầ u thu sét hiệu Saint – Elmo…………….29 Bả ng 4.2: Cá c I ngưỡ ng tá c hạ i đố i vớ i ngườ i……………………………43 Bả ng 4.3: Giá trị Rng theo Utx (TC IEC-479)…………………………….45 Bả ng 4.4: tcp theo Utx (TC IEC 364-4-4.1)…………………………… 46 Bả ng 4.5: Ả nh hưở ng củ a đườ ng Ing……………………….48 - Bả ng 4.6: Trị số thờ i gian cắ t nguồ n max……………………………69 - ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu cơng trình: Cơ ng trình Tồ nhà FPT Là tồ nhà chun biệt a nhiều server hay phị ng má y tính.Và vă n phị ng m việc củ a ng ty FPT Nằ m khu chế xuấ t tâ n thuậ n Quậ n 7, Thà nh Phố Hồ Chí Minh Đâ y nơi đặ t, vậ n hà nh n lý sever Diện tích mặ t sà n: 22m *26m =572 m2 Cô ng trình gồ m: 10 tầ ng nổ i tầ ng hầ m Chiều cao ng trình so vớ i mặ t đấ t : h x = 48m Hình 1.1 Mặ t bằ ng điển hình tầ ng ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY Mặ t cắ t đứ ng tò a nhà Trong mộ t ng trình xây dự ng hệ thố ng nố i đấ t bao gồ m: hệ thố ng nố i đấ t thu sét, hệ thố ng nố i đấ t an n chố ng sét lan truyền HỆ THỐNG TIẾP ĐẤT TÒA NHÀ PHẢI ĐẠT YÊU CẦU : Gồ m 03 hệ thố ng tiếp đấ t sau:  Hệ thố ng tiếp đấ t cho điện nhẹ chố ng sét lan truyền có giá trị điện trở đấ t khơ ng lớ n 1Ω  Hệ thố ng tiếp đấ t cho chố ng sét trự c tiếp có giá trị điện trở đấ t khô ng lớ n 10Ω  Hệ thố ng tiếp đấ t an n chố ng sét lan truyền có giá trị điện trở đấ t khơ ng lớ n Ω.Vì tính chấ t ng trình nên điện trở phả i < 1Ω 1.2 Nhiệm vụ bảo vệ chống sét, nối đất an tồn Nhằ m mụ c đích chớ ng sét đá nh trự c tiếp và o tò a nhà , sét cả m ứ ng lan truyền gâ y nguy hiểm cho ngườ i và là m hư hỏ ng cá c thiết bị điện – điện tử …., chú ng ta cầ n sử dụ ng cá c thiết bị chố ng sét Khi sét đá nh trự c tiếp, nă ng lượ ng củ a mộ t cú sét lớ n nên sứ c phá hoạ i củ a cũ ng rấ t lớ n Khi mộ t ng trình bị sét đá nh trự c tiếp bị ả nh hưở ng đến độ bền họ c, khí củ a cá c thiết bị ng trình, phá hủ y ng trình, gâ y chá y nổ … : + Biên độ dò ng sét ả nh hưở ng đến điện p xung quanh ả nh hưở ng đến độ bền khí củ a cá c thiết bị ng trình + Thờ i gian xung sét ả nh hưở ng đến vấn đề điện p xung cá c thiết bị, ả nh hưở ng đến độ bền họ c củ a cá c thiết bị hay ng trình bị sét đá nh + Ngoà i khả nă ng bị chá y nổ cũ ng xả y rấ t cao đố i vớ i ng trình bị sét đá nh trự c tiếp ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY Đố i vớ i ngườ i cá c sú c vậ t, sét nguy hiểm trướ c hết mộ t nguồ n điện cao p dò ng lớ n Như ng ta biết, cầ n mộ t dò ng điện rấ t nhỏ khoả ng i chụ c (mA) qua cũ ng gâ y chết ngườ i Vì thế, dễ hiểu tạ i bị sét đá nh trự c tiếp ngườ i thườ ng bị chết Nhiều sét khơ ng phó ng trự c tiếp cũ ng gâ y nguy hiểm Lý dò ng điện sét qua mộ t vậ t nố i đấ t, gâ y nên mộ t chênh lệch điện lớ n tạ i nhữ ng vù ng đấ t gầ n Khi ngườ i hoặ c gia sú c trú mưa có giơ ng dướ i cá c câ y cao ngoà i cá nh đồ ng, câ y bị sét đá nh điện p bướ c gâ y nguy hiểm cho ngườ i hoặ c gia sú c Trong thự c tế có nhữ ng trườ ng hợ p hàng tră m bị bị chết sét đá nh Dị ng sét có nhiệt độ rấ t lớ n, phó ng o cá c vậ t chá y đượ c má i nhà tranh, gỗ khô … gâ y nên đá m chá y lớ n Điểm nà y cầ n đặ c biệt ý đố i vớ i việc bả o vệ cá c kho nhiên liệu cá c vậ t liệu dễ nổ Sét cị n phá hủ y mặ t họ c, có nhiều trườ ng hợ p cá c thá p cao, câ y cố i bị nổ tung Vì dị ng sét qua nung ng phầ n lõ i, nướ c bố c nhanh phá vỡ thá p, thâ n câ y Nếu cá c ng trình nố i liền vớ i cá c vậ t dẫ n điện kéo dà i như: đườ ng dâ y điện, dâ y điện thoạ i, đườ ng ray, ố ng nướ c…., nhữ ng vậ t dẫ n ấ y mang điện cao từ xa tớ i (khi ng bị sét đá nh) gâ y nguy hiểm cho ngườ i hoặ c cá c vậ t dễ chá y nổ Cầ n ý điện p m ứ ng cá c vậ t dẫ n (cả m ứ ng tĩnh điện, hoặ c cá c dâ y dà i tạ o nh nhữ ng mạ ch vò ng m ứ ng điện từ ) có phó ng điện sét gầ n Điện p nà y lên đến hà ng chụ c kV rấ t nguy hiểm.Ả nh hưở ng lan truyền só ng điện từ gâ y bở i dị ng điện sét: xả y phó ng điện sét gâ y mộ t só ng điện từ tỏ a xung quanh vớ i tố c độ rấ t lớ n, khơ ng khí tố c độ củ a tương đương vớ i tố c độ nh sá ng Só ng điện từ truyền o ng trình theo cá c đườ ng dâ y điện lự c, thô ng tin… gâ y điện p tá c dụ ng lên cá c thiết bị ng trình, gâ y hư hỏ ng đặ c biệt đố i vớ i cá c thiết bị ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY nhạ y m, thiết bị điện tử , má y tính cũ ng mạ ng má y tính… gâ y thiệt hạ i rấ t lớ n 1.3 Các thành phần hệ thống Để chố ng sét có hiệu quả cho ng trình Tị a nhà và cá c thiết bị mạ ng má y tính, nên sử dụ ng giả i phá p chố ng sét sau:  Chố ng sét trự c tiếp cho Tị a nhà  Chớ ng sét lan truyền cho trang thiết bị điện  Hệ thố ng tiếp đấ t chố ng sét có tổ ng trở thấ p Giả i phá p chố ng sét nêu đả m bả o ngă n cả n sét đá nh trự c tiếp và o tò a nhà và sét lan truyền và o thiết bị điện tử – má y tính gâ y phá hủ y chú ng, đồ ng thờ i tiêu tá n nhanh nă ng lượ ng sét và o đấ t Đâ y là giả i phá p chố ng sét lan truyền đả m bả o hiệu quả cao và quá trình đề phương á n chớ ng sét, Tị a nhà trung tâ m liệu cầ n phả i thự c hiện đầ y đủ cá c điểm nêu Cá c yếu tố cầ n quan tâ m thiết kế cá c hệ thố ng chố ng sét đá nh trự c tiếp: + Phả i đo điện trở suấ t củ a đấ t khu vự c dự kiến chố ng sét + Khả o sá t, xem xét cá c đườ ng dâ y ố ng (kể dướ i mặ t đấ t) dẫ n o nhà + Xem xét cá c dâ y Anten, cộ t cờ , ố ng khó i, ố ng hú t khí hoặ c phị ng thang má y c nhà + Xem xét có chỗ nà o c nhà nhơ lên cao vị trí điện cự c thu sét + Xem xét cô ng trình xây dự ng có bị thấ m nướ c (qua má i nhà ) hay khô ng? + Chú ý đến cá c điểm nố i củ a cá c cộ t chố ng bê tô ng cố t thép mặ t đấ t + Chú ý đến cá c dâ y dẫ n xuố ng xuyên qua má i o bên nhà + Chú ý đến cá c đầ u đỡ thu lô i 10 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY I 1=−I ; ⇒ I RCD =I 3=0 Khi có ngườ i chạ m o dâ y pha I 1=−I 2+ I người ⇒ I RCD =I =I người  ,nếu dò ng rò vượ t giá trị ngưỡ ng In thiết bị nà y điều khiển tự độ ng cắ t nguồ n điện RCD P P N ĐK cắt I1 I2 I3 ĐK cắt I1 Ingười (a) N I2 I3 (b) Hình 4.31: Nguyên lý tác động RCD (a)Làm việc bình thường ; (b) Người chạm dây pha Ví dụ : Mạ ng điện mộ t pha trung tính nố i đấ t trự c tiếp có U = 220V, ngườ i tiếp xú c trự c tiếp o dâ y pha : Nếu sử dụ ng RCD có dị ng ngưỡ ng tá c độ ng cắ t In = 30 mA đả m bả o cắ t nhanh nguồ n điện, khô ng gâ y nguy hiểm chết ngườ i Mạ ng U  kV, RCD thườ ng đượ c sử dụ ng loạ i ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker), ECB (Earth Circuit Breaker) , hoặ c GFCI (Ground Fault Current Interruptor)… Test R (1) Sơ đồ nguyên lý (2) Mạ ch thự c tế 1,2: đầ u o củ a RCD; 3: nú t reset; 4: tiếp điểm chính; 5: cuộ n dâ y m ứ ng; 6: lõ i từ lọ c dò ng rò ; 7: mạ61 ch khuếch đạ i; 8: nú t Test; dâ y nố i mạ ch thử Hình 4.32a: Nguyên lý làm việc RCD loại pha ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY Hình 4.32b: Nguyên lý làm việc RCD bảo vệ động pha 4.4.2 Tiếp xúc gián tiếp vào điện a Cách thực - Nố i đấ t vỏ kim loạ i thiết bị (theo sơ đồ nố i đấ t an n) - Khi chạ m vỏ , sử dụ ng thiết bị bả o vệ cắ t nguồ n thích hợ p vớ i thờ i gian giớ i hạ n cho phép hoặ c bá o tín hiệu để ngườ i vậ n hà nh xử lý Bảng 4.6: Trị số thời gian cắt nguồn max Utx Thời gian cho phép tồn (s) Ucp = 50 V Thời gian cho phép tồn (s) Ucp =25 V (V) Điện AC Điện DC Điện AC Điện DC < 50 5,00 5,0 5,00 5,00 50 5,00 5,0 0,48 5,00 75 0,60 5,0 0,30 2,00 90 0,45 5,0 0,25 0,80 120 0,34 5,0 0,18 0,50 150 0,27 1,0 0,12 0,25 220 0,17 0,4 0,05 0,06 62 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY 280 0,12 0,3 0,02 0,02 350 0,08 0,2 - - 500 0,04 0,1 - - b Các sơ đồ nối đất an toàn Sơ đồ TN( Terre-Neutral ) (Bảo vệ nối trung tính, nối khơng) - Sơ đồ TN-C (3 pha dây) (C- compound, composed) A B C RnđHT Rnđll Rnđll Hình 4.33: Sơ đồ nối đất TN-C Dâ y trung tính dâ y bả o vệ đượ c gọ i PEN Sơ đồ nà y khô ng đượ c phép sử dụ ng đố i vớ i cá c dâ y nhỏ 10 mm2 (dâ y Cu) 16 mm2 (Al) thiết bị điện cầ m tay, dâ y mềm kéo di độ ng Dâ y PEN cầ n thỏ a cá c điều kiện củ a hai c nă ng dâ y trung tính c nă ng PE Sơ đồ TN-C cầ n phả i thự c nhiều điểm nố i đấ t lặ p lạ i dọ c dâ y trung tính để tạ o đẳ ng trung tính vớ i đấ t - Cá c đặ c điểm  Độ tin cậy cung cấp điện, nhiễu điện từ phòng cháy : hỏ ng cá ch điện dò ng chạ m vỏ rấ t lớ n (và i kA), độ sụ t p nguồ n, nhiễu điện từ thườ ng cao Sơ đồ TN-C khô ng dù ng nơi có khả nă ng chá y nổ cao nố i cá c vậ t dẫ n tự nhiên củ a tò a nhà vớ i dâ y PEN, dò ng chạ m vỏ lớ n dễ gâ y hiểm họ a chá y  Tương hợ p điện từ : Khi có dâ y PEN, dị ng tả i khô ng đố i xứ ng chạ y qua tạ o nên điện p rơi tạ o cá c độ lệch điện Sẽ phá t sinh dò ng chạ y 63 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY mạ ch tạ o bở i vỏ thiết bị, vậ t dẫ n tự nhiên, cá p đồ ng trụ c vỏ má y tính hoặ c hệ thố ng thơ ng tin  Ă n mò n : bắ t nguồ n từ nh phầ n dò ng DC mà dâ y PEN tả i nh phầ n dò ng điện đấ t Chú ng ă n mò n điện cự c nố i đấ t kết cấ u kim loạ i trườ ng hợ p nố i đấ t lặ p lạ i nhiều lầ n Sơ đồ TN-S (3 pha dây) (S - Seperate) A B C RnđHT Hình 4.34: Sơ đồ TN-S  Các đặc điểm - Dâ y bả o vệ trung tính tá ch biệt Đố i vớ i cá p có vỏ bọ c chì, dâ y bả o vệ thườ ng vỏ chì Mạ ng TN-S bắ t buộ c đố i vớ i mạ ch có tiết diện nhỏ 10 mm2 (Cu) 16 mm2 (Al) hoặ c cá c thiết bị di độ ng - Dâ y PE khô ng đượ c nố i đấ t lặ p lạ i nhằ m trá nh điện p rơi dò ng dâ y bả o vệ điều kiện vậ n hà nh bình thườ ng - Bố trí bảo vệ chống chạm điện: dò ng cố điện p tiếp xú c lớ n nên  Tự độ ng ngắ t điện có hư hỏ ng cá ch điện  CB, cầ u chì đả m nhậ n vai trị này, hoặ c RCD, chạ m vỏ dò ng cố chạ y dâ y PE c vớ i ngắ n mạ ch pha - pha hoặ c pha - trung tính - Quá điện áp,tính liên tục cung cấp điện, nhiễu điện từ, phòng cháy: tương tự sơ đồ TN-C Sơ đồ TN-C-S 64 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY Sơ đồ TN-C TN-S đượ c cù ng sử dụ ng cù ng mộ t lướ i Trong sơ đồ TN-C-S, sơ đồ TN-C (4 dâ y) khô ng đượ c phép sử dụ ng sau sơ đồ TN-S Điểm phâ n dâ y PE tá ch khỏ i dâ y PEN thườ ng điểm đầ u củ a lướ i Hình 4.36: Nối vỏ thiết bị vào dây PEN sơ đồ TN-C Sơ đồ TT (Terre-Terre) (Bảo vệ nối đất) Hình 4.37: Sơ đồ TT  Các đặc điểm - Tương hợp điện từ: Khi có cố chạ m vỏ , dị ng cố thườ ng nhỏ Ví dụ, cá c cự c nố i đấ t có R  14 , dò ng cố khoả ng 220V/14   15,71A Là m việc bình thườ ng, dâ y PE khơ ng có điện p rơi nên khơ ng gâ y nhiễu cho thiết bị Khi bị hỏ ng cá ch điện, xung điện p xuấ t PE thườ ng thấ p cá c nhiễu bỏ qua 65 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY - Bố trí bảo vệ chống chạm điện gián tiếp: Utxmax  Ichạ mx Rnđ có giá trị lớ n , cầ n tự độ ng ngắ t điện có cố hỏ ng cá ch điện bằ ng CB hoặ c cầ u chì (CC) hoặ c RCD ; RCD thườ ng đượ c lắ p thêm dướ i ng rơle o CB dướ i ng RCCB o cầ u chì - Hỏa hoạn: Sử dụ ng RCD vớ i dò ng  300 mA trá nh đượ c hỏ a hoạ n chạ m điện Sơ đồ IT (Isolate – Terre) ( bảo vệ nối đất) Sơ đồ IT loại I (trung tính cách ly hồn tồn với đất ) Rnđ thiết bị Hình 4.38: Sơ đồ IT loại I Thự c tế, mọ i dâ y dẫ n có mộ t điện ng đố i vớ i đấ t khơ ng có cá ch điện nà o hoà n o Song song vớ i đườ ng rị điện trở có đườ ng rị dị ng dung vớ i đấ t Hình 4.39a: Cách điện phađất Hình 4.39b: Tổng trở tương đương với tổng trở cách điện 66 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY Sơ đồ IT loại II (nối đất qua điện trở) Bộ hạn chế áp OL (Overvoltag Hình 4.40: Sơ đồ IT loại II (nối đất qua tổng trở)  Các đặc điểm : - Tính liên tụ c cung cấ p điện : Dò ng cố chạ m vỏ điểm thứ nhấ t hỏ ng cá ch điện thườ ng thấ p Do khơ ng tạ o sụ t p hoặ c nhiễu điện từ , khô ng cầ n cắ t thiết bị chạ m vỏ khỏ i nguồ n điện - Quá p: Trong điều kiện bình thườ ng, dâ y trung tính, vỏ thiết bị cự c nố i đấ t có điện bằ ng Chạ m vỏ điểm thứ nhấ t, cá c thiết bị tiếp tụ c m việc bình thườ ng củ a dâ y PE (thế củ a đấ t) củ a pha bị chạ m vỏ , điện p dâ y xuấ t giữ a pha khô ng bị chạ m vỏ thiết bị Cá ch điện củ a thiết bị điện cầ n đượ c chọ n theo điều kiện tứ c bằ ng Udâ y  Bố trí chống chạm điện gián tiếp: - Dị ng cố có cố chạ m vỏ điểm thứ nhấ t thườ ng rấ t bé khô ng nguy hiểm Cầ n lắ p đặ t thiết bị kiểm soá t cá ch điện để theo dõ i cá ch điện củ a mạ ng bá o tín hiệu chạ m mộ t điểm ; ngườ i vậ n hà nh cắ t điện , sử a chữ a trá nh cố chạ m vỏ hai điểm đồ ng thờ i - Thiết bị chố ng dị ng rị cũ ng đượ c dù ng Nếu hai nơi cù ng lướ i sử dụ ng sơ đồ IT có cá c điện cự c nố i đấ t củ a ng tá ch biệt RCD cầ n phả i đượ c đặ t từ ng đầ u o củ a ng 67 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY  Thiết kế vận hành - Cá c nhâ n viên bả o trì đượ c huấ n luyện để có khả định vị đú ng loạ i trừ cố điểm thứ nhấ t Nếu RCD 30mA đượ c dù ng để bả o vệ mạ ch ổ cắ m dị ng rị điện dung - đấ t phía sau RCD khô ng đượ c vượ t 10mA 4.4.3 Bảo vệ không cắt nguồn 4.4.3.1 Sử dụng mạng SELV (Safety by Extra Low Voltage) Mạ ng đả m bả o an n bằ ng điện p cự c thấ p (SELV) đượ c sử dụ ng nhữ ng nơi có nhiều nguy hiểm vậ n hà nh trang bị điện cá c bể bơi, cô ng viên giả i trí ) Mạ ng SELV đượ c cung cấ p vớ i mứ c điện p cự c thấ p từ thứ cấ p củ a má y biến p cá ch ly theo tiêu chuẩ n quố c tế (IEC 742) Mứ c cá ch điện xung giữ a cuộ n sơ thứ cấ p củ a má y biến p nà y rấ t cao, i sử dụ ng mộ t mà n kim loạ i có nố i đấ t đặ t giữ a hai cuộ n dâ y Giá trị hiệu dụ ng củ a điện p phía thứ cấ p khơ ng lớ n 50 V Ba điều kiện p dụ ng để đả m bả o chố ng chạ m điện giá n tiếp - Khô ng có bấ t kỳ dâ y pha nà o củ a mạ ng SELV đượ c nố i xuố ng đấ t; - Tấ t cá c phầ n vỏ kim loạ i củ a thiết bị đượ c cấ p từ mạ ng SELV khô ng đượ c nố i đấ t vớ i cá c vỏ kim loạ i củ a thiết bị c hoặ c vớ i vậ t dẫ n tự nhiên; - Tấ t cá c dâ y mang điện củ a mạ ch SELV cá c phầ n củ a mạ ch có p cao phả i đượ c cá ch ly bằ ng mộ t Rcđ nhấ t tương đương vớ i Rcđ giữ a cuộ n sơ thứ củ a má y biến p cá ch ly Cá c mạ ch SELV phả i đượ c đặ t ố ng cá ch điện chế tạ o đặ c biệt cho mạ ng này, cá p có cá ch điện theo điện p lớ n nhấ t củ a cá c mạ ch c dù ng cho SELV Cá c ổ cắ m ngoà i củ a mạ ng SELV khơ ng đượ c có đầ u cắ m vớ i dâ y đấ t Ổ cắ m đầ u cắ m củ a mạ ng SELV phả i đượ c chế tạ o đặ c biệt để trá nh cắ m nhầ m o cá c điện p c 4.4.3.2 Sử dụng mạng PELV (Protection by Extra Low Voltage) 68 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY Mạ ng thườ ng đượ c dù ng nơi cầ n cấ p điện p thấ p, hoặ c thích hợ p vớ i lý an n, hoặ c nơi nguy hiểm c vớ i nhữ ng nơi đề cậ p Cá c quan điểm thiết kế giố ng vớ i mạ ng SELV c chỗ mạ ch phía thứ cấ p nố i đấ t tạ i mộ t điểm Hình 4.41 Điện áp thấp lấy từ máy biến áp cách ly an toàn đ định nghĩa IEC742 Bả o vệ chố ng chạ m điện trự c tiếp thườ ng cầ n phả i đượ c lắ p đặ t trừ thiết bị đượ c đặ t vù ng có nố i đẳ ng hoặ c mứ c điện p định mứ c khô ng vượ t 25 V (trị hiệu dụ ng) thiết bị đượ c đặ t nơi khô rá o, khơ ng có khả tiếp xú c vớ i thể ngườ i phạ m vi rộ ng Trong tấ t cá c trườ ng hợ p c, V trị số điện p lớ n nhấ t cho phép (trị hiệu dụ ng), trườ ng hợ p khô ng cầ n bả o vệ chố ng chạ m điện trự c tiếp Vì lý vậ n hà nh, điện p 50 V hoặ c thấ p đượ c sử dụ ng khô ng phả i tấ t cá c yêu cầ u nêu SELV PELV đượ c đá p ứ ng đầ y đủ Chú ý: Nhữ ng điều kiện vậ y thườ ng thấ y mạ ch a cá c thiết bị (má y biến p, relays, cô ng tắ c tơ, cô ng tắ c điều khiển từ xa ) mà ng có mứ c cá ch điện khơ ng đủ so vớ i mạ ch phía điện p cao 4.4.3.3 Mạch điện cách ly Nguyên tắ c củ a cá ch ly mạ ch (thườ ng mạ ch mộ t pha) đả m bả o an n dự a nhữ ng yếu tố sau: - Hai dâ y dẫ n đượ c lấ y từ cuộ n thứ cấ p mộ t pha khô ng nố i đấ t củ a má y biến p cá ch ly đượ c cá ch điện so vớ i đấ t - Cá p đượ c sử dụ ng phả i có chiều dà i ngắ n mứ c cá ch điện cao 69 Hình 4.42: Cấp điện từ biến cách ly ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY Trườ ng hợ p có nhiều thiết bị đượ c nố i chung o mộ t má y biến p cá ch ly, cầ n phả i tuâ n thủ cá c điều kiện sau: - Vỏ củ a tấ t cá c thiết bị phả i đượ c nố i vớ i bằ ng mộ t dâ y bả o vệ có cá ch điện, khơ ng đượ c nố i xuố ng đấ t; - Cá c ổ cắ m phả i có châ n nố i đấ t, châ n nà y đượ c nố i o dâ y nố i đẳ ng chung củ a cá c thiết bị (khô ng đượ c nố i xuố ng đấ t) 4.4.3.4 Các thiết bị cách điện cấp II Hình 4.43: Nguyên lý mức cách điện loại II Nhữ ng thiết bị nà y cũ ng đượ c xem “có hai lầ n cá ch điện” mộ t lớ p cá ch điện phụ đượ c thêm o lớ p cá ch điện chính, khơ ng cầ n nố i dâ y bả o vệ - Hầu hết thiết bị cầm tay bán cố định, ví dụ vài loại đèn, máy biến áp thiết kế với mức cách điện đơi Điều quan trọng phải bảo trì cẩn thận thiết bị cách điện cấp II kiểm tra định kỳ để tránh trường hợp hư hỏng cách điện ví dụ hỏng lớp vỏ bọc, thiết bị điện tử, radio, vơ tuyến truyền hình (TV) có mức cách điện tương đương cấp II hay ví dụ đơn giản việc cáp ống PVC Đố i vớ i tủ phâ n phố i cá c thiết bị tương tự , IEC 439-11 mơ tả tồ n cá c u cầ u đố i vớ i “cá ch điện n ” tương đương cá ch điện cấ p II 4.4.3.5 - Đặt thiết bị sàn cách điện Sàn tường gian phịng phải làm vật khơng dẫn điện, điện trở đất điểm phải > 50 k (500 V < U 1000 V) 70 (U 500 V) > 100 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY - Lối vào phòng đặt thiết bị điện xét phải bố trí cho người từ ngồi bước vào khơng bị nguy hiểm, ví dụ người đứng sàn dẫn điện ngồi phịng chạm vào phần vỏ kim loại thiết bị phịng qua lối cửa chính, chẳng hạn cơng tắc đèn treo hộp kín vỏ kim loại Hình 4.44: Bảo vệ cách đặt thiết bị tầm tay với ngăn cách thiết bị vật chắn cách điện 4.4.3.6 Phòng đẳng cách ly với đất Phò ng đẳ ng cá ch ly vớ i đấ t đượ c p dụ ng đố i vớ i mạ ng điện đặ c biệt (ví dụ phị ng thí nghiệm ) Cần thiết phải có thiết bị đặc biệt để kiểm tra cách điện có hư hỏng cách điện khơng có dịng cố xuất mạng kiểu Hình 4.45: Bảo vệ cách đặt thiết bị sàn đẳng 71 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY 1.4Tính tốn hệ thống nối đất bảo vệ cho tòa nhà ( R ≤ Ω) Tương tự tính điện trở đấ t Dù ng 02 dâ y cu/pvc 150mm2 ố ng pvc chố ng chá y từ bã i cọ c tiếp địa tủ kiểm tra đấ u nố i theo gen phò ng điện Điện trở nố i đấ t nhỏ 1Ω,như vậ y cá c thô ng số cọ c tiếp địa ,dâ y nố i liên kết giữ cá c điện cự c cũ ng số lượ ng hó a chấ t… lấ y từ bã i nố i đấ t cho hệ thố ng nố i đấ t an n 72 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY Hình 4.46: Bãi tiếp địa cho hệ thống nối đất an toàn 73 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY CHƯƠNG V: KẾT LUẬN Sau thờ i gian thự c đồ n “Thiết kế chố ng sét cho Tò a Nhà ”, em rú t đượ c nhiều kinh nghiệm quý bá u cho bả n thâ n từ nhữ ng vấ n đề thự c tế từ giú p đỡ củ a Thầ y hướ ng dẫ n Nguyễn Quố c Thịnh Nó hà nh trang theo tô i suố t đoạ n đườ ng cò n lạ i củ a em Qua đề tà i nà y, em biết cá ch lự a chọ n đầ u thu chố ng sét cho phù hợ p vớ i điều kiện thự c tế, cũ ng tính tố n hệ thố ng nố i đấ t chố ng sét đầ y phứ c tạ p Vớ i khả o sá t lý thuyết kết hợ p thự c tế, tố i chọ n đầ u thu Prevectron loạ i TS 2.25 (bá n kính bả o vệ 39 m) để bả o vệ cho ng trình xâ y dự ng khỏ i bị tượ ng sét đá nh trú ng, đả m bả o an n cho ngườ i tà i sả n bên ng trình Thiết bị chố ng sét sử dụ ng đầ u thu tạ o tia tiên đạ o sớ m có nhiều ưu điểm so vớ i kim thu sét B.Franklin nên đượ c lự a chọ n ưu tiên Chính phá t triển củ a khoa họ c kỹ thuậ t tạ o nên lợ i cho loạ i đầ u thu sét ng nà y Nhìn chung, phương phá p B.Franklin độ tin cậ y khô ng cao nên dù ng chố ng sét cho nhữ ng cô ng trình nhỏ , thấ p tầ m quan trọ ng khô ng cao Nếu sử dụ ng nhữ ng đầ u thu tiên đạ o sớ m để bả o vệ cho nhữ ng ng trình gâ y lã ng phí Vậ y, vớ i nhữ ng đặ t tính ưu việt củ a đầ u thu ESE đượ c thiết kế bả o vệ cho nhữ ng ng trình quy mơ đị i hỏ i mứ c độ an tồ n cao Vớ i Bộ mơ n An Tồ n Điện, ng trình khơ ng lớ n thiết bị bên rấ t giá trị đò i hỏ i mứ c độ bả o vệ cao nên ta sử dụ ng đầ u thu ESE để chố ng sét cho Bên cạ nh , hệ thố ng nố i đấ t chố ng sét cũ ng ng mộ t vai trị rấ t quan trọ ng ng tá c thiết kế chơ ng sét Nó đả m bả o dò ng điện sét tả n đấ t có nhanh chó ng hiệu hay khô ng Điều mộ t nhữ ng tiêu chí đá nh giá mứ c độ nh cô ng củ a cô ng tá c thiết kế chố ng sét cho bấ t cô ng trình xâ y dự ng nà o 74 ĐỒ Á N AN TOÀ N ĐIỆ N SVTT : NGUYỄ N QUỐ C HUY Như vậ y, Bộ mô n An Toà n Điện đượ c thiết kế chố ng sét nh ng nhữ ng thể phầ n trình bà y củ a đồ n nà y Tuy nhiên, để tă ng độ an n cho ngườ i tà i vậ t bên ng trình, ta dù ng hó a chấ t để m giả m điện trở củ a hệ thố ng nố i đấ t chố ng sét – giú p dò ng điện sét tả n nhanh đấ t Mặ t c, tă ng bá n kính bả o vệ (tă ng độ an tồ n cho ng trình) bằ ng cá ch chọ n loạ i đầ u thu có mứ c bả o vệ cao Tài liệu tham khảo 5.1 Giá o trình an n điện củ a Th.S Phan Thị Thu Vâ n 5.2 Tiêu chuẩ n, quy phạ m trang bị điện,quy phạ m nố i đấ t nố i khô ng…nguồ n internet 5.3 Tiêu chuẩ n quố c gia lắ p đặ t hệ thố ng nố i đấ t cho ng trình nguồ n internet 75 ... i đấ t chố ng sét 32 CHƯƠNG III: BẢ O VỆ CHỐ NG SÉ T CẢ M Ứ NG 37 3.1 Giới thiệu chống sét lan truyền 37 3.2 Thiết kế chống sét lan truyền cho tòa nhà 38... CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ BẢO VỆ AN TOÀN ĐIỆN Một số khái niệm 4.1.1 Hiện tượng điện giật Khi mộ t mạ ng điện vậ n hà nh, cá c dâ y pha mang điện p cá c thiết bị điện m việc đượ c cá ch điện vớ i vỏ... ng điện từ ) có phó ng điện sét gầ n Điện p nà y lên đến hà ng chụ c kV rấ t nguy hiểm.Ả nh hưở ng lan truyền só ng điện từ gâ y bở i dò ng điện sét: xả y phó ng điện sét gâ y mộ t só ng điện