Mục đích nối đất và nối dây trung tính

Khi người tiếp xúc với các phần tử có điện áp (chạm điện) sẽ có dòng điện chạy qua cơ thể. Nếu dòng điện đủ lớn gây tác dụng sinh lý đối với cơ thể như gây bỏng, làm tê liệt hệ thần kinh, phá vỡ các mô, gây tổn thương mắt, sưng màng phổi, hủy hoại cơ quan hô hấp và tuần hoàn não thì gọi là điện giật.

A B C

XC XB XA

Chương III Bảo vệ nối đất và nối dây trung tính

3.1 Mục đích, ý nghĩa của nối đất - Nối dây

trung tính

* Ở trạng thái làm việc bình thường cách điện của thiết bị tốt không xảy ra hiện tượng chạm vỏ (rò điện ra vỏ) thì người chạm vào thiết bị xem như chạm vào nguồn có U=0

A B C

XC XB XA

A B C

XC XB XA

A B C

Ing

* Khi có chạm vỏ nhưng không có nối đất: Sau một thời gian làm việc lâu dài dẫn đến cách điện bị già hoá cách điện và cách điện bị đánh thủng lúc này xảy ra hiện tượng chạm vỏ 1 pha (giả sử chạm vỏ pha C như hình vẽ) Lúc này người chạm vào vỏ thiết bị xem như tiếp xúc với nguồn Upha→người bị điện giật

XC XB XA

A B C

6

3.1 MỤC ĐÍCH-Ý NGHĨA CỦA BẢO VỆ NỐI ĐẤT

Mục đích :

Nhằm giảm dòng điện qua người đến trị số an toàn;

Tăng dòng điện sự cố pha-vỏ để các thiết bị bảo vệ quá dòng truyền thống (CC, ATM, BVRL) cắt phần tự này ra khỏi mạng điện, an toàn cho người và thiết bị

Ý nghĩa : Khi cách điện giữa pha và phần tử bình

thường không mang điện bị hỏng, nối đất sẽ duy trì 1 điện áp giữa các phần tử này với đất nhỏ sẽ an toàn cho người chạm phải

b Đào rónh:

Rãnh đặt các thanh nối đất th ờng sâu (0.8 - 1)m, rộng 0.5m Khi đào nếu ở gần vật kiến trúc thi tâm của rãnh phải cách móng của vât kiến trúc

≥ 2m.

Căn cứ vào vị trí thiết kế để đóng cọc nối đất vào đường tâm của rãnh, sau khi đóng xong, đầu cọc nhô lên khỏi rãnh từ (0.15 - 0.2)m để hàn thanh nối đất chính vào đó Khoảng cách giữa các cọc nối đất tùy theo yêu cầu của thiết kế nói chung không nhỏ hơn (2.5 - 3)m Khi đóng cọc phải đóng thẳng góc với mặt đất

3.2 Các bước kỹ thuật nối đất

ThiÕt bÞ ph©n phèi

®iÖn cao ¸p 2-3 m

2-3 m

Cäc thÐp Thanh ghÐp nèi

b)

3.2.Các loại nối đất

ng ng

g

g g

U

* Nối đất tập trung

Đặc điểm:

 Điện cực nối đất là các ống sắt tròn (hoặc sắt góc) có đường kính từ (4 ÷ 6)cm, dài (2 ÷ 3)m chôn thẳng đứng trong đất sâu trong đất (0,5 ÷ 1)m hoặc các thanh sắt chôn nằm ngang cách mặt đất (0,5 ÷ 1)m.

 Nối đất riêng lẻ cho từng thiết bị điện là không hợp lý và rất nguy hiểm vì khi có chạm đất ở hai điểm tạo nên thế hiệu nguy hiểm trên phần nối đất của thiết bị Vì vậy cần thiết phải nối chung lại thành một hệ thống nối đất  Nối đất mạch vòng

3.2.2 Nối đất mạch vòng

 Để khắc phục nhược điểm của nối đất tập trung người ta

sử dụng hình thức nối đất mạch vòng Đó là hình thức dùng nhiều cọc đóng theo chu vi và có thể ở giữa khu vực đặt thiết bị điện.(H3.2)

 Từ các đường cong phân bố điện áp (H3.1) có thể nhận thấy trị số điện áp bước giảm đi nhiều so với các hình thức nối đất tập trung, đồng thời trị số điện áp tiếp xúc cũng được giảm thấp (H3.2).

Nối đất mạch

vòng

Nối đất mạch vòng: đặt theo chu vi công trình cần bảo vệ, đặt ngay trong khu vực công trình

Nối đất mạch vòng nên dùng ở các trang thiết bị có U > 1000V dòng chạm đất lớn

2-3

Thiết bị phân phối Điện áp

cao

Ống thép nối

Hệ thống cọc nối đất.

H 3.2 Nối đất mạch vòng

* Nối đất hình vòng

A-B

3.2.3 Nối đất tự

nhiên Là tận dụng những vật dẫn điện có sẵn trong tự nhiên nh  :

- Ống dẫn kim loại, nền móng bê tông cốt thép

- Điện trở nối đất tự nhiên đ ợc xác

định bằng cách đo l ờng thực tế hay nếu biết hình dáng điện cực cũng có thể tính toán công thức tính điện trở cọc

3.3 Hình dáng điện cực nối đất

3.3.1 Khái niệm chung:

 Mục đích của việc nối đất là nhằm tản dòng điện xuống đất, hạn chế dòng qua người lúc xảy ra sự cố hoặc khi có sét đánh xuống đất.

 Muốn tản được dòng điện trong đất dễ dàng thì điện cực nối đất phải có điện trở đủ nhỏ

 Muốn tản điện cực trong đất phải thảo mãn 2 điều kiện sau:

- Điện trở đủ nhỏ để không gây nguy hiểm cho người và

thiết bị

-Hình dáng phải phù hợp để không gây phóng điện trong

đất

Hình ảnh minh họa các điện cực nối đất hiện đại

Thanh điện nối đất

Hình ảnh minh họa các điện cực nối đất hiện đại

Kẹp nối đất dây đồng

Kẹp nối đất thanh đồng

3.2.2 Hình dáng điện cực nối đất

Với cọc nối đất riêng rẽ điện trở phân tán được tính như sau:

Trong đó :

d -đường kính của ống hay thanh, cm

-điện trở suất của đất

d

l l

3.3.3 Vật nối đất hình thanh mỏng

- Điện trở phân tán của thanh mỏng này tính theo công thức :

 Chiều rộng và bề dày ít ảnh hưởng đến trị số điện trở phân tán

 Các thanh này cần chôn sâu xuống đất khoảng 0,4 ÷0,6m.

 Nếu cần thanh tròn tínhtheo công trên nhưng thay b= 4r

2

ln 2

2

b h

l l

R t

π ρ

=

40 m 40 m

U®=I®R®

3.3.4 Nối đất hình vòng

 Nối đất là đem cỏc bộ phận bằng kim loại cú nguy cơ bị tiếp xỳc với dũng điện (hư hỏng cỏch điện) nối với hệ thống nối đất

 Tuỳ theo hiệu quả và nhiệm vụ người ta chia hệ thống nối đất thành ba loại

Một hệ thống nối đất cú thể là:

đất làm hệ thống nối đất.

là tốt nhất) chụn sõu trong đất làm hệ thống nối đất.

  3.4: Tính toán nối đất

3.4.1 Các đặc tính của nối đất.

R0 Rđ

BA

TBĐ

Trong tính toán thiết kế về nối đất, trị số điện trở suất của đất đ ợc tính theo biểu thức:

Khi đo, nếu đất khô ráo sẽ lấy hệ số mùa

theo giới hạn trên và đất ẩm lấy theo giới hạn

d ới

3.4.2 Tính toán điện trở nối đất

1 Điện trở tản xoay chiều tần số công

R tt c

.

4 ln

R tt c

95 ,

0

.

4 ln

.

2 π ρ

=

2(ln

2

0

l t

t

l t

l

t d

l l

=

π ρ

195

,0

2(ln

.2

0

l t

t

l t

l

t b

l l

=

π ρ

* Nhiều cọc ghép song song:

Tr ờng hợp có n cọc giống nhau và cách đều nhau một khoảng là a và dây nối giữa chúng không đáng kể Điện trở của hệ thống đ ợc tính theo biểu thức:

VD2 Tính toán chiều dài của một cọc nối đất chôn nổi theo ph ơng thẳng đứng có đ ờng kính 26mm

đóng vào trong đất có điện trở suất đã quy đổi về tính toán là

nối đất xoay chiều tần số công

b Thanh nối đất:

* Thanh chôn chìm:

- Thanh làm bằng thép tròn:

d

l t

d

l l

R tt

.

ln

2π

ρ

- Thanh làm bằng thép dẹt (sắt góc) có bề rộng là b thì ta thay d = b/2 lúc này:

d

l t

b

l l

R tt

.

2 ln

2π

ρ

* Nhiều thanh ghép song song:

Tr ờng hợp có n thanh giống nhau, dây nối giữa chúng không đáng kể Điện trở của hệ thống

Rt: Điện trở tản của 1 thanh

η: Hệ số sử dụng của hệ thống (tra bảng)

8 ln

D d

D D

R tt

V

π π

ρ

D: § êng kÝnh h×nh xuyÕn

d: § êng kÝnh cña vËt liÖu

lµm h×nh xuyÕn

2 Điện trở nối đất của các dạng thanh

đặc biệt.

l t

d

L

K L

R tt

.

ln

2

2π

3 Điện trở nối đất xoay chiều tần số công nghiệp của hệ phức hợp thanh – cọc.

Khảo sát một hệ nối đất phức hợp gồm

thanh và cọc

l

a

t c

t c

t c

t c

t

c th

R n

R

R

R R

R

R

R R

.

=

Σ Σ

Σ Σ

ảnh hưởng của thanh

ηt: hệ số sử dụng của thanh đối với tổ hợp cọc

Khi dùng bảo vệ nối dây trung tính, dây trung tính này

sẽ được nối đất ở đầu nguồn (nối đất làm việc) và nối đất lặp lại trong từng đoạn của toàn mạng (nối đất lặp lại)

Bảo vệ nối dây trung tính không thể dùng được nếu dây trung tính không nối đất

*Phải nối đất lặp lại trong mạng điện vì các lí do:

Giảm điện áp của dây trung tính đối vói đất néu xảy ra

Hiện t ợng chạm vỏ thiết bị ở sau chỗ đứt khi

không dùng nối đất lặp lại

Hiện t ợng chạm vỏ thiết bị ở sau chỗ đứt khi

dùng nối đất lặp lại

Bảo vệ nối dây trung tính là thực hiện nối các bộ phận không mang điện áp với dây trung tính

Dây trung tính này được nối đất ở nhiều chỗ

 Bảo vệ nối dây trung tính dùng thay thế cho bảo vệ nối

đất trong các mạng điện 4 dây điện áp thấp 380/220V và

220/110V nếu trung tính của các mạng này trực tiếp nối đất

3.6 Tính toán bảo vệ nối dây trung tính

Câu hỏi chương 3

1 Phân tích an toàn trong các mạng điện 3 pha?

2 So sánh mạng điện 3 pha trung tính cách điện với đất và mạng

trung tính nối đất dưới góc độ an toàn điện?

3 * Hãy xác định dòng điện qua người khi người chạm vào 1 pha

của mạng điện 3 pha trung tính cách điện với đất trong các trường hợp:

Người chạm điện trong chế độ mạng điện làm việc bình thường?

Người chạm điện trong chế độ mạng điện đang xảy ra chạm đất pha khác?

* Có nhận xét gì sau khi tính toán 2 trường hợp trên?

Biết: - Mạng có điện điện áp 380/220 V, f = 50Hz;

- Điện trở cách điện Rcđ = 40k Ω ; điện dung không đáng kể;

- Điện trở người Rng = 1k Ω

* Hãy xác định Rcđ tối thiểu để người có Rng = 1000 Ω chạm vào 1 pha vẫn an toàn?