Trong maïng ñieän ba pha boán daây khoâng coù noái ñaát laëp laïi daây trung tính, khi ngaén maïch chaïm voû xaûy ra ôû sau choã daây trung tính bò ñöùt (Hình 5.4) thì voû kim loaïi c[r]
(1)CHƯƠNG
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
5.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Khi có cố cách điện thiết bị bị hư hỏng xảy ngắn mạch pha có cố với dây trung tính lưới điện Để tránh cố loại xảy ra, phải nối vỏ thiết bị điện đến dây trung tính bảo vệ, tức thực bảo vệ dây nối dây trung tính
5.2 BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN Mạng điện hạ áp ba pha bốn dây, trung tính trực tiếp nối đất
Đối với mạng điện hạ áp ba pha bốn dây trung tính trực tiếp nối đất 380/220V 220/127V, biện pháp bảo vệ nối đất cho thiết bị điện khơng an tồn (Hình 5.1) Điều giải thích sau:
Khi cách điện bị hư hỏng (chạm vỏ) dịng điện ngắn mạch xác định theo biểu thức:
o d d
R R
U I
+ =
Ở đây: Ro, Rđ điện trở nối đất trung tính điện trở nối đất vỏ thiết bị; U điện
aùp pha chạm vỏ
Do q tải cân lưới điện cố chạm vỏ có điện áp U nhỏ giá trị định mức khiến dịng điện ngắn mạch khơng lớn, khơng làm khí cụ điện bảo vệ (cầu chì, máy cắt…) tác động Điều làm cho tình trạng ngắn mạch chạm đất kéo dài vỏ thiết bị điện sẽ tồn lâu dài điện áp so với đất Uđ xác định theo biểu thức:
o d
d d
d d
R R
UR R
I U
+ = =
Giá trị điện áp Uđ gây nguy hiểm cho người tiếp xúc với vỏ thiết bị điện Vì
vậy, muốn bảo vệ đạt mục đích có cố chạm vỏ thiết bị điện để cắt mạch điện phải tăng dịng điện ngắn mạch Inm (Inm ≥ Iđm) cách nối vỏ thiết bị điện với dây trung
tính giá trị điện trở nối đất trung tính Ro nhỏù khí cụ điện bảo vệ tác động
nhanh xuất cố chạm đất Như vậy, mục đích bảo vệ nối dây trung tính làm cho Hình 5.1 Bảo vệ nối đất mạng pha dây
trung tính trực tiếp nối đất
(5.1)
(2)dòng điện chạm vỏ đạt trị số đủ lớn làm cho khí cụ điện bảo vệ tác động cắt điện cho thiết bị điện bị chạm vỏ
Thông thường, mạng điện hạ áp ba pha bốn dây trung tính trực tiếp nối đất, vỏ kim loại thiết bị phải nối với dây trung tính dây trung tính dây bảo vệ
Sơ đồ nối dây trung tính cho trang thiết bị có điện áp U ≤ 1000V có trung tính trực tiếp nối đất trình bày û Hình 5.2
2 Mạch điện hạ áp ba pha năm dây
Với mạng điện ba pha bốn dây tải khơng cân có điện dây trung tính Do đo,ù thao tác vận hành lưới điện nguy hiểm Để khắc phục, áp dụng mạng điện ba pha năm dây (Hình 5.3)
Ở mạng điện ba pha năm dây, dây trung tính N làm nhiệm vụ dẫn điện, dây PE dây bảo vệ, dây dẫn điện có cố điện chạm vỏ
5.3 NỐI ĐẤT LẶP LẠI DÂY TRUNG TÍNH
Khi sử dụng biện pháp bảo vệ nối dây trung tính, thiết khơng dây trung tính ngun nhân mà cách điện đất Vì ngắn mạch chạm vỏ, điện áp dây trung tính tăng đến trị số điện áp pha Vì vậy, dây trung tính khơng nối đất nguồn cung cấp có trị số R0 = 4Ω mà cịn nối đất lặp lại nơi khác mạng điện
Hình 5.3 Bảo vệ nối dây trung tính mạng điện pha dây
1 Bulong vít dùng cho nối đất
2 Khí cụ điện bảo vệ Đèn
4 Nối đất trung tính lập lại
Hình 5.2 Bảo vệ nối dây trung tính mạng điện pha dây trung tính trực tiếp nối đất
Ro
PE
Ro
(3)Các nối đất lặp lại nhằm mục đích giảm thấp trị số điện áp dây trung tính đề phịng trường hợp đứt dây trung tính Nối đất lặp lại cần có trị số điện trở nối đất R0 ≤ 10Ω
Mạng điện ba pha bốn dây
Trong mạng điện ba pha bốn dây khơng có nối đất lặp lại dây trung tính, ngắn mạch chạm vỏ xảy sau chỗ dây trung tính bị đứt (Hình 5.4) vỏ kim loại thiết bị điện bị nối dây trung tính sau chỗ bị đứt chịu điện áp Uch điện áp pha U
Uch = U
Trong mạng điện ba pha bốn dây có nối đất lặp lại dây trung tính, việc nối đất lặp lại cho dây trung tính khơng đảm bảo an tồn tuyệt đối làm giảm điện áp vỏ máy từ giá trị điện áp pha xuống giá trị nhỏ (Hình 5.5)
0
R R
UR R
I U
n n n
d
ch = = +
Vỏ thiết bị điện nối vào dây trung tính chỗ trước dây trung tính bị đứt khơng có nối đất lặp lại dây trung tính có điện áp:
Uch =
Vỏ thiết bị điện nối vào dây trung tính chỗ trước dây trung tính bị đứt có nối đất lặp lại dây trung tính có điện áp:
0
R R
UR R
I U
n o d
ch = = +
Hình 5.4 Đứt dây trung tính mạng điện pha dây khơng có nối đất lặp lại
Hình 5.5 Đứt dây trung tính mạng điện pha dây có nối đất lặp lại
R0 R0 R0
R0 R01
R0 R01
(5.3)
(5.4)
(5.5)
(4)
Như nối đất lặp lại dây trung tính phần làm cân phân bố điện áp thiết bị điện đặt trước sau chỗ đứt dây trung tính
Khi thực nối đất lặp lại dây trung tính cần ý điểm sau:
• Chỗ nối đất lặp lại cần thực cuối đường dây không, chỗ rẽ nhánh đoạn khơng có rẽ nhánh (cỏch khong ln lt 1ữ2km )
ã Trong cỏc mạng cáp điện, dùng ruột đặt biệt cáp vỏ kim loại làm dây trung tính cần nối đất lặp lại cuối đường dây
• Điện trở nối đất chỗ nối đất lặp lại không vượt qúa 10Ω R0 ≤ 4Ω
không vượt không vượt 30Ω R0 < 10Ω
Nên sử dụng nối đất tự nhiên có trị số điện trở nối đất phù hợp với trị số nêu làm phận nối đất làm việc lặp lại Khi bảo vệ thiết bị điện cách nối trung tính sử dụng dây nối dây kim loại đặt hở, kết cấu kim loại khác có nối đất, vỏ nhôm cáp điện (không dùng vỏ thép)
Tiết diện tối thiểu dây dẫn bảo vệ theo điều kiện độ bền trình bày Bảng 5.1 Bảng 5.2
Bảng 5.1 Tiết diện nhỏ dây dẫn bảo vệ thép
Dây dẫn Trong nhà Ngoài nhà Trong đất
- Thép trịn đường kính [mm] - Thép chữ nhật
Tiết diện [mm 2] Chiều dày [mm]
- Thép góc chiều dày [mm] - Ống nước chiều dày thành ống [mm] - Ống sắt mỏng chiều dày thành ống [mm]
5 24
3 2,5 1,5
6 48
4 2,5 2,5 khoâng cho
phép
10 48 4 3,5 không cho
phép
Sơ đồ nối dây trung tính lặp lại mạng điện hạ áp ba pha bốn dây trung tính trực tiếp nối đất trình bày Hình 5.2
Việc kiểm tra đo đạt thử nghiệm dùng bảo vệ nối dây trung tính tiến hành nơi như:
o Bộ phận nối đất làm việc o Bộ phận nối đất lặp lại
o Mạng dây bảo vệ nối với dây trung tính
(5)o Cầu chì máy cắt
Bảng 5.2 Tiết diện nhỏ dây dẫn bảo vệ đồng và nhôm trang thiết bị có điện áp U ≤ 1000V
Dây dẫn Đồng Nhôm
- Dây dẫn trần đặt hở [mm2 ] - Dây dẫn có cách điện [mm2]
- Ruột nối đất có cáp điện dây dẫn chiều ruột đặt vỏ chung [mm2]
4 1,5 (*)
1
6 2,5 2,5
(*) Khi đặt dây dẫn ống, cho phép giảm ruột dây đồng xuống 1,2mm2 (nếu dây dẫn pha có tiết diện)
Bộ phận nối đất làm việc nối đất lặp lại phận nối đất bảo vệ kiểm tra theo định kỳ, năm lần (thường vào mùa khô) giá trị điện trở khơng vượt q qui định Việc kiểm tra dẫn, dây dẫn nối với dây trung tính tiến hành mạng nối đất
Mạng điện ba pha năm dây
Để đảm bảo an tồn cho biện pháp bảo vệ nối dây trung tính, mạng điện ba pha nên dùng mạng điện ba pha năm dây (Hình 5.7)
Ở mạng điện dây trung tính N để dẫn điện cho thiết bị pha, dây bảo vệ PE dẫn điện có ngắn mạch hay chạm vỏ
Khi cấp điện pha cho gia đình, phải dẫn vào ba dây: dây pha L, dây trung tính N dây bảo vệ PE, cầu chì, máy cắt cực đặt dây pha L
Ở mạng điện dân dụng thường có hai loại cố: cố đứt dây trung tính cố chập dây pha vào dây trung tính
Thường dây trần bên nhà bị cố dây pha chập vào dây trung tính Khi đó, hộ dùng điện pha điện, hộ sử dụng điện hai pha khác chịu điện áp dây (từ điện áp pha 220V lên điện áp dây 380V), gây hư hỏng thiết bị điện
Theo tiêu chuẩn nối đất dây trung tính thiết bị điện, để phịng ngừa điện áp dây trung tính tăng cao cố ngắn mạch pha, phải nối đất lặp lại cho dây trung tính cuối đường dây cung cấp điện có chiều dài lớn 200m, đầu vào đường dây dẫn đến thiết bị điện Ở hộ hình thành hộ tiêu thụ điện nên có nối đất lặp lại dây trung tính
Hình 5.7 Biện pháp bảo vệ nối dây trung tính mạng pha dây
Ro
PE
Ro
PE
R Rn
Nối đất công tác Nối đất lập lại
Ro
PE
Ro
PE
R Rn
(6)5.4 PHẠM VI ỨNG DỤNG BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
Mục đích bảo vệ nối dây trung tính làm cho dịng điện chạm vỏ đạt trị số đủ lớn làm cho thiết bị điện bảo vệ tác động cắt điện cho thiết bị điện bị chạm vỏ
Trong mạng điện ba pha bốn dây 380/220V có trung tính trực tiếp nối đất, tất vỏ kim loại bình thường cách điện với phần dẫn điện thiết bị điện, máy điện, tủ phân phối điện, hộp nối cáp, vỏ kim loại cáp điện, ống luồn dây, vỏ kim loại thiết bị điện chiếu sáng phải nối với dây trung tính
Trong mạng điện ba pha bốn dây 220/127V có trung tính trực tiếp nối đất, việc nối dây trung tính thực phịng đặc biệt có nguy hiểm an toàn điện trang thiết bị đặt trời
Khi thực bảo vệ nối dây trung tính, mạng điện cần nối đất nguồn điện (nối đất làm việc) lặp lại mạng điện (nối đất lặp lại)
5.5 KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ Cầu chì
Cầu chì khí cụ điện bảo vệ thơng dụng dùng để đề phòng cố ngắn mạch tải gây Bộ phận cầu chì có chức bảo vệ dây chảy Ngun lý hoạt động có dịng điện lớn chạy qua dây chảy cầu chì, dây chảy nóng lên đến trị số giới hạn dây chảy chảy đứt, dẫn đến cắt mạch điện
Sử dụng cầu chì để bảo vệ cho mạch điện có ưu điểm đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp Tuy nhiên, cần phải có thời gian thay dây chảy cầu chì xảy cố điều trở nên bất tiện dùng hộp cầu chì mà khơng có dây chảy cầu chì dự trữ Để khắc phục nhược điểm này, loại cầu chì nhiều dây chảy thay liên tục (Multi fuses) chế tạo áp dụng để bảo vệ cho mạch điện Loại cầu chì làm việc theo nguyên tắc: dây chảy cầu chì thứ bị chảy đứt hộp cầu chì quay nấc sang dây chảy cầu chì thứ hai, tương tự tất dây chảy cầu chì sử dụng bỏ hộp cầu chì cũ thay hộp cầu chì Tuy nhiên, thành tựu lớn loại cầu chì có giá thành q cao không đáp ứng nhu cầu người sử dụng Từ yêu cầu thực tiễn đó, bước phát triển nguyên tắc cầu chì nhiều dây chảy bảo vệ mạch điện ứng dụng, đời loại công tắc tự động hay máy cắt (CB -Circuit breaker) ngày Công tắc tự động (CB -Circuit Breaker)
CB cơng tắc cầu dao tự động, có nhiệm vụ bảo vệ chống ngắn mạch hay tải tức bảo vệ chống nhiệt hay trường hợp hỏng hóc thiết bị, bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp với phần mang điện
Ưu điểm CB có cố dịng điện xảy CB tự động ngắt mạch cố dịng điện loại trừ, đóng CB lại để trở chế độ bình thường cắt mạch điện cường độ dịng ngắn mạch cao (từ 3kA đến 10kA)
a Các nguyên tắc hoạt động CB
Có hai nguyên tắc kỹ thuật cho giải pháp kỹ thuật sản xuất CB Trên thực tế cho thấy hai nguyên tắc khác khả chịu dòng điện ngắn mạch:
- Nguyên tắc thứ dập hồ quang điểm O với giới hạn dịng điện khơng cao nửa chu kỳ ngắn mạch hình sin Loại CB dập hồ quang điểm O có cơng suất cắt 3000A điện áp 220V xoay chiều
(7)địi hỏi có cơng suất cao hơn, loại CB hạn chế dịng điện có tính vượt trội so với loại CB dập hồ quang điểm O
b Caáu tạo nguyên lý làm việc CB
Cấu tạo CB chia thành nhóm chức sau:
* Voû
Vỏ CB có chức đảm bảo an tồn cho người sử dụng thao tác đóng cắt CB, đảm bảo an tồn chống tiếp xúc vơ tình với phần tử mang điện
* Cơ cấu đóng ngắt
Cơ cấu đóng ngắt phải thiết kế tốt nhằm đảm bảo tất cực CB đóng ngắt lúc, chắn xác Điều đảm bảo thao tác tin cậy, chí mơi trường khắt khe chế độ làm việc dài hạn
Hình 1.1 Cấu tạo CB * Cơ cấu ngắt điện từ
Hệ thống đóng ngắt theo cấu điện từ có phận cuộn dây mà dòng điện tải chạy qua Cuộn dây có lõi sắt cố định lõi chuyển động Nếu dòng điện vượt giá trị xác định trước, cuộn dây sinh lực điện từ đủ mạnh để thắng lực giữ lị xo hút phần ứng Cơ cấu đóng ngắt lúc tác động cần đóng ngắt làm tiếp điểm CB nhanh chóng mở Khi sử dụng loại CB cổ điển với cấu đóng ngắt chậm, nên có chậm trễ định vận hành phải qua nhiều khâu như: lực lò xo, đường chuyển động CB hạn chế dòng điện khắc phục nhược điểm chế tạo nguyên tắc “ lẫy cò” Nguyên tắc “lẫy cò” dựa hoạt động nam châm, sử dụng lực điện từ tích lũy từ khoảnh khắc dòng ngắn mạch chạy qua để trực tiếp tách tiếp điểm, tiếp điểm nhanh chóng tách cách dứt khốt tạo điện áp hồ quang lớn tiền đề để hạn chế dòng ngắn mạch cách hiệu
* Cơ cấu nhiệt bảo vệ tải lưỡng kim
Cơ cấu ngắt tải phụ thuộc vào hoạt động theo nguyên tắc lưỡng kim gồm hai kim loại xếp chồng lên Vì có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, hai kim loại giãn nở với mức độ khác bị đốt nóng cong lên Độ cong phụ thuộc trực tiếp vào độ nóng, độ nóng phụ thuộc vào cường độ dòng điện thời gian dòng điện chạy
3
9
10
4
5
2
Heä
7
1 Đầu vào Đầu
3 Cơ cấu đóng ngắt
4 Vận hành đóng ngắt tay Cơ cấu ngắt điện từ
6 Cơ cấu lưỡng kim nhiệt Tiếp điểm
8 Hệ thống dập hồ quang Khoá ráp
(8)qua Sau cong đến mức độ xác định (hay nhiệt độ định) lưỡng kim tác động tới cấu đóng cắt Thường lưỡng kim nối tiếp với mạch điện đốt nóng trực tiếp Trong trường hợp hoạt động với dòng nhảy lớn dòng định mức cần băng đốt nóng phụ trợ quanh kim loại
* Tiếp điểm
Tiếp điểm gồm có tiếp điểâm hồ quang, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh Do yêu cầu tiếp điểm phải có điện trở tiếp xúc nhỏ vật liệu làm tiếp điểm phải chịu nhiệt ngắn mạch nên đòi hỏi tiếp điểm phải làm chất liệu đặc biệt Người ta chế tạo tiếp điểm làm hợp kim bạc với tỉ lệ bạc nguyên chất cao Ngồi ra, cịn số tiêu chuẩn tăng tốc độ tách tiếp điểm dập hồ quang nhằm hạn chế tượng cháy tiếp điểm, đảm bảo độ bền tiếp điểm Nguyên tắc tách tiếp điểm lực “lẫy cò” thiết kế đặc biệt hệ thống dập hồ quang giải vấn đề Từ thiết điểm, lực đóng tiếp điểm việc lựa chọn vật liệu làm tiếp điểm phải phù hợp cân để đảm bảo thao tác CB an toàn khoảng điện áp định mức thay đổi từ 12-450V
* Hệ thống dập hồ quang