Trong bảo vệ nối dây trung tính, để các thiết bị bảo vệ (như cầu chì, áp tô mát..) có thể cắt nhanh và chắc chắn phần bị chạm vỏ nguy hiểm cho người thì trị số dòng ngắn mạch (dòng chạ[r]
(1)CHƯƠNG 5
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:
Iđ =
d
f R R
U + Trong :
- Uf điện áp pha mạng điện
- R0 ,Rđ điện trở nối đất trung
tính thiết bị cần bảo vệ
Trị số dòng điện Iđ lúc
điện áp nhỏ 1000 V
lúc đủ lớn để làm cho thiết bị bảo vệ (như cầu chì, áp tơ mát ) tác Hình 5.1: Thiết bị bị chạm vỏ mạng điện có trung tính nối đất có điện áp 1000V
3
Iđ
(2)động cách chắn nhanh để cắt phần bị chạm vỏ ra, vỏ thiết bị có điện áp nguy hiểm tồn lâu dài là:
Uđ = Iđ Rđ
Ví dụ: Mạng 380/220 V có trung tính trực tiếp nối đất với R0 = R đ = 4Ω thì.
Iđ= 27,5A
4
220
= +
Dòng 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 không 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 dòng chạm vỏ Iđ đến giá trị đủ lớn để thiết bị bảo vệ cắt nhanh chổ bị cố
chạm vỏ bảo vệ an tồn 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:
(3)c Các phận kim loại thiết bị điện mà người thường tiếp xúc tay cầm, cần điều khiển
Với phòng 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 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 = IR ZK < Uf
IN: Dòng ngắn mạch pha (dòng
chạm vỏ)
ZK: Tổng trở ngắn mạch dây
trung tính tính từ nguồn đến điểm ngắn mạch
Khi đứt dây trung tính mà lại có chạm vỏ sau chổ bị đứt (hình 5.2b):
3
(4)Điện áp vỏ thiết bị trước chổ đứt:
U1 =
Điện áp vỏ thiết bị sau chổ bị đứt:
U2 = U3 = Uf
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:
U2 = Iđ R2 =
0 K N .R
R R Z I + 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
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:
U4 = Iđ.R0 =
2 f R R R U
+ < Uf
Điện áp vỏ thiết bị sau chổ bị đứt:
U5 = Iđ.R2 =
2 f R R R U
+ < Uf
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 khơng vượt q 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 toàn
3
R0 Rl
Hình 5.3a R0
1
Rl Hình 5.3b
1
(5)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 khơng 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:
* Khi thực bảo vệ nối dây trung tính cần lưu ý số điểm sau: Để tránh làm hở mạch dây trung
•
1
1
1
2
4
6
1
1
Hình 5-4: Ví dụ nối dây trung tính thiết bị 1 - Điểm nối vỏ thiết bị với dây trung tính.
2 - Thiết bị đóng cắt bảo vệ (cầu dao, áp tô mát ) 3 - Đèn chiếu sáng - Thiết bị pha.
(6)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)
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
Loại dây nối bảo vệ Đồng Nhôm
1 Dây trần đặt hở Dây bọc cách điện
3 Lõi cáp dây dẫn nhiều sợi vỏ chung
4 1,5
1
6 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:
1
Nối Nối sai
Hình 5.6
1
Hình 5.7
Chỗ dễ bị đứt gây nguy hiểm cho người
Hình 5.8:
3
Bảng 5.1
Tiết diện tối thiểu (mm2) dây nối bảo vệ đồng nhôm thiết bị có điện
áp nhỏ 1000 V.
Đ ng
0
(7)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 (q lớn) thiết bị bảo vệ không 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 dòng 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 khơng phải tổng trở cuộn dây
Tổng trở máy biến áp dịng 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/Y0
tổng trở dòng ngắn mạch pha là: ZB = 0,065 Ω, cịn với máy biến áp
đó 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
(8)thể xác định gần sau:
3 Z Z
U I
B d
f N
+ =
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:
d d
d R X
Z = +
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 Zd ứng với
từng 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 q tải
- KBV = 1,4 bảo vệ áp tô mát có phận cắt điện từ dịng điện
định mức áptômát ≤ 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
(9)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:
1 Mạng bảo vệ cầu chì với dòng điện định mức dây chảy 100 A : Iđo = 100 A
2 Mạng điện bảo vệ áp tơ mát có phận cắt hổn hợp với dòng định mức phận cắt 80 A
3 Mạng bảo vệ áp tơ mát có phận cắt điện từ ( ngắn mạch ) với dòng điện tác động tức thời 200 A
Cho biết loại áp tơ mát có dịng định mức lớn 100 A Sơ đồ mạng:
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 =
3 / Z Z
U B d
f
+ = 0,72 229
= 306 A
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
3 x 95 + x 35 B x 70 + x 35
A C
(10)sự 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