để xác định hệ thống có bị rỉ sét ăn mòn không, tiến hành đo điện trở nối đất bằng dụng cụ đo điện trở nối đất chuyên dụng, phân tích số liệu và kiểm tra các thông số với tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam về nối đất trong hệ thống điện.
Sử dụng đồng hồ chuyên dụng Earth Resistance/Earth Resistivity Tester KEW 4106 để đo điện trở nối đất
Hình 3.1:Đồng hồ Kyoritsu KEW 4106 3.3. Nghiên cứu và đánh giá tình trạng an toàn điện
3.3.1. Nghiên cứu
Khảo sát các hệ thống nối đất, hệ thống chống sét có trong khu vực khoa Cơ Điện, các thiết bị đóng cắt bảo vệ như aptomat, cầu dao trong các phòng học, phòng thí nghiệm, các xưởng cơ khí.
Hình 3.2: Nối đất làm việc thiết bị
Hình 3.4: Nối Đất Chống Sét Tháp Nước và Văn Phòng Khoa
Hình 3.5: Hệ thống thanh nối đất và chống sét Nhà thực tập sửa chữa máy
Sử dụng đồng hồ đo Kyoritsu KEW 4016 để đo điện trở nối đất của các hệ thống nối đất, điện trở suất của đất em thu được kết quả trong bảng sau:
Bảng 3.1: Kết quả đo điện trở nối đất của 1 số thiết bị và hệ thống
STT Vị Trí Loại Nối Đất Kết Quả Đo 3 dây 4 dây 1 2 3 4 5 Tháp Nước Chống Sét 1,33 Ω 0,73 Ω Văn Phòng Khoa Chống Sét 1Chống Sét 2 1,78 Ω1,75 Ω 1,19 Ω1,19 Ω Nhà thực tập sửa chữa máy Hệ thống Chống sét Chống Sét 2,32 Ω 1,67 Ω Hệ thống Nối đất An Toàn 1,13 Ω 0,36 Ω PTN Sử Dụng Điện An Toàn 8,33 Ω 7,5 Ω PTN Cao Áp An Toàn 1,02 Ω 0,79 Ω 6 Xưởng Gia Công Cắt Gọt
Máy Tiện 1 Làm Việc 6,29 Ω 5,55 Ω
Máy Tiện 2 Làm Việc ∞ ∞
Máy Tiện 3 Làm Việc ∞ ∞
Máy Tiện 4 Làm Việc ∞ ∞
Máy Khoan Làm Việc 6,21 Ω 5,31 Ω Máy Phay Nằm Làm Việc 7,33 Ω 6,21 Ω
Máy Phay Đứng Làm Việc ∞ ∞
Máy Bào 1 Làm Việc ∞ ∞
Máy Bào 2 Làm Việc ∞ ∞
Máy Cưa Làm Việc ∞ ∞
Máy Mài Làm Việc ∞ ∞
7 Điện trở suất của đất 16,72 Ωm
3.3.2. Nhận xét và đánh giá tình trạng an toàn điện
Qua khảo sát tình trạng an toàn điện tại khoa cơ điện em nhận thấy các phòng học, phòng thí nghiệm trong Khoa Cơ Điện đã được nối đất chống sét, nối đất an toàn, và nối đất làm việc.
Nhận thấy ở Xưởng Gia Công Cắt Gọt, các thiết bị đã được nối đất an toàn, nhưng có thể do thời gian lâu mà các điểm tiếp xúc của vỏ thiết bị với hệ thống nối đất bị ăn mòn, gỉ sét dẫn tới tình trạng khi đo thì điện trở nối đất vô cùng lớn. Ta nên xem lại các điểm tiếp xúc này để có biện pháp đấu nối lại, hoặc thiết kế hệ thống nối đất mới cho các thiết bị để đảm bảo an toàn khi sử dụng.
Phòng thí nghiệm sử dụng điện có điện trở nối đất vượt quá giá trị cho phép, cần được cải tạo lại.
Một số phòng có các aptomat và cầu dao cũ có vỏ nhựa đã vỡ gây nguy hiểm cho người sử dụng cần được thay mới. Một số dây dẫn đấu nối không đảm bảo an toàn cần được thay thế.
Hình 3.7: Các thiết bị cũ nguy hiểm cần thay thế
Hình 3.9: Sơ đồ nối đất làm việc và nối đất an toàn Phòng thực tập sửa chữa máy
Hình 3.10: Sơ đồ nối đất làm việc và nối đất an toàn Xưởng Gia Công Cắt Gọt
Theo mục 4.8 của TCVN 9226-2012: Điện trở của hệ thống nối đất, điện áp chạm (tiếp xúc) phụ thuộc thời gian tác động phải nhỏ hơn giá trị cho phép tại mọi thời điểm trong năm. Điện trở nối đất của hệ thống chống sét phải không lớn hơn 10Ω, đối với hệ thống nối đất an toàn thiết bị điện thì điện trở nối đất không lớn hơn 4Ω nếu không có quy định riêng biệt.
Để đảm bảo an toàn cho người ta cần giảm bớt điện trở của hệ thống nối đất Phòng Thực Hành Sử Dụng Điện xuống Rđ ≤ 4Ω, xây dựng hệ thống nối đất đảm bảo cho các thiết bị của Xưởng Gia Công Cắt Gọt
CHƯƠNG 4
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NÂNG CAO AN TOÀN ĐIỆN
Để nâng cao an toàn điện cho các nhà xưởng , phòng thí nghiệm trong Khoa Cơ Điện ta có thể áp dụng các phương pháp sau đây:
- Phương pháp sử dụng hệ thống nối đất - Phương pháp nối dây trung tính
Nhận thấy không có thiết bị nào hoạt động dựa trên sơ đồ nối 3 pha 4 dây (có dây trung tính) nên việc sử dụng thiết bị chống dòng rò RCD là không khả thi.
Ngoài các phương pháp đã nêu trên em xin đề xuất phương án sử dụng các Rơle để cắt thiết bị có sự cố ra khỏi hệ thống.
4.1. Cải tạo hệ thống nối đất an toàn hiện tại cho Phòng thí nghiệm sử dụngđiện điện 4.1.1. Tính toán và thiết kế Điện trở hệ thống cũ: R = 7.5 Ω Điện trở cho phép : = 4 Ω Ta có : = - = - = 8.57
Vậy điện trở hệ thống nhân tạo cần thiết là = 8.57 Ω
Ta thiết kế hệ thống nối đất sử dụng cọc có thông số như sau: + Chiều dài cọc là: = 3m
+ Sắt dùng để đóng là sắt góc: 50x50x5mm + Khoảng cách từ mặt đất tới đỉnh cọc: = 0.7m
Sử dụng đồng hồ đo Kyoritsu KEW 4106 ta đo được điện trở của đất: = 16.72 Ω.m và hệ số thời tiết: = 1.4m (Phụ thuộc vào thời tiết với độ sâu từ 0,5÷ 0,8m)
Ta có: h = + = 0.7 + 1.5 = 2.2 (m) Điện trở suất tính toán của đất là: = 16.72×1.4 = 23.408 (Ω.m) Điện trở của 1 cọc là: = (ln + ln ) = (ln +ln) = 7.125 Ω Số cọc cần thiết là: = = = 0.831
Vậy ta cần thêm 1 cọc vào hệ thống nối đất của Phòng thí nghiệm Sử dụng điện để đảm bảo an toàn.
Hình 4.1: Sơ đồ bố trí mạch
4.1.2. Dự toán kinh phí
Qua hệ thống mới thiết kế ta có thể dự toán kinh phí như sau:
Bảng 4.1: Dự toán kinh phí hệ thống nối đất Phòng thí nghiệm sử dụng điện
STT Công việc Đơn vị tính (vnđ)Giá Số lượng Thành tiền(vnđ)
1 Cọc Sắt Cái 150.000 1 150.000
2 Nhân Công Người/ngày 300.000 2 600.000 3 Dây nối đất
( Sắt 8 )
Mét 14.000 20 280.000
Tổng 1.030.000
4.2. Thiết kế hệ thống nối đất an toàn cho Xưởng Gia Công Cắt Gọt
4.2.1. Tính toán và thiết kế
Ta sử dụng hệ thống nối đất gồm các cọc sắt góc có thông số như sau: - Chiều dài cọc là:= 2m
-
- Khoảng cách giữa các cọc là: a = 2m - Thanh ngang: 40x4mm
- Khoảng cách từ mặt đất tới đỉnh cọc: = 0.7m
Sử dụng đồng hồ đo Kyoritsu KEW 4106 ta đo được điện trở của đất: = 16.72 Ω.m và hệ số thời tiết: = 1.4m
Ta có: h = + = 0.7+1= 1.7 (m) Điện trở suất tính toán của đất là: = 16.72×1.4 = 23.408 (Ω.m) Điện trở của 1 cọc là: (ln) (ln)= 9.243 Ω Số cọc lý thuyết là: Chọn n = 2 cọc,khoảng cách giữa các cọc a = 2m Hệ số = = 1
Với số cọc n= 2, a/l =1 tra bảng ta có: Hệ số sử dụng của cọc là =0.855 Số cọc sơ bộ là: n == = 2.702
Vậy chọn số cọc là n = 3, tra bảng ta có hệ số sử dụng của cọc là= 0.78 Bố trí cọc thành dãy ta có hệ số thanh đặc biệt là K = 1
Thanh nối dài 4m và hệ số sử dụng của thanh nối là = 0.8 Điện trở của thanh nối:
ln=ln= 6.56 Ω Điện trở của hệ thống là:
= = = 2.666Ω
Điện trở của hệ thống mới thiết kế thỏa mãn điều kiện . Vậy hệ thống đạt yêu cầu
Qua khảo sát địa hình thì ta nên đặt hệ thống nối đất ở khoảng đất trống ngay phía sau Xưởng Gia Công Cắt Gọt.
Hình 4.3: Sơ đồ nối đất Xưởng Gia Công Cắt Gọt với hệ thống nối đất mới
4.2.2. Dự toán kinh phí
Qua hệ thống mới thiết kế ta có thể dự toán kinh phí như sau:
Bảng 4.2: Dự toán kinh phí hệ thống nối đất Xưởng Gia Công Cắt Gọt
Stt Công việc Đơn vị tính Giá (vnđ) Số lượng Thành tiền (vnđ) 1 Cọc Sắt Cái 100.000 3 300.000
2 Thanh Nối Cái 300.000 1 300.000
3 Nhân Công Người/
ngày 300.000 4 1.200.000
4 Dây nối đất ( Sắt 8 )
Mét 14.000 50 700.000
Tổng 2.500.000
4.2.3. Ưu, nhược điểm của hệ thống nối đất
Ưu điểm: Thứ nhất, bất kỳ một sự cố chạm chập điện nào đó ra bên ngoài vỏ máy sẽ đuợc đưa về đất tức thì, đảm bảo không tạo nên điện thế quá cao nơi vỏ máy, vỏ thiết bị điện,...là những nơi người vốn rất dễ tiếp xúc. Thứ hai, khi có sự cố chạm chập điện, dây tiếp đất tạo mạch kín làm dòng điện theo đất trở về nguồn và nếu dòng đủ lớn thì thiết bị bảo vệ sẽ làm việc và ngắt mạch sự cố ra khỏi nguồn, kết quả là đảm bảo an toàn được cho nguời sử dựng và thiết bị.
Nhược điểm: Nếu điện trở suất lớn thì khó thiết kế đảm bảo tiêu chuẩn Rđ
≤ 4Ω và sẽ rất tốn kém chi phí đầu tư hệ thống nối đất.
4.3. Thiết kế hệ thống nối dây trung tính cho Xưởng Gia Công Cắt Gọt
4.3.1. Tính toán và thiết kế
Hình 4.4: Sơ đồ cấp điện cho Khoa Cơ Điện
Qua khảo sát ta thấy Xưởng Gia Công Cắt Gọt có sẵn hệ thống dây trung tính, để đảm bảo an toàn cho người sử dụng ta cần nối dây trung tính vào vỏ thiết bị. Khi nối dây trung tính ta cần chú ý kiểm tra các thiết bị bảo vệ như Aptomat có đảm bảo an toàn hay không. Để các thiết bị bảo vệ như aptomat có thể cắt nhanh và chắc chắn phần bị chạm vỏ nguy hiểm cho người phải đủ lớn cũng như dòng định mức của thiết bị bảo vệ phải được lựa chọn phù hợp.
Thống kê các aptomat có trong Xưởng Gia Công Cắt Gọt trong bảng sau:
Bảng 4.3: Thông số của các aptomat trong Xưởng Gia Công Cắt Gọt ST
T
Loại Aptomat Đối Với Điện Áp Dòng Chịu Được Trong 1s
1 Aptomat MCCB LG 150A 240V AC 25kA 380V AC 14kA 2 Aptomat MCCB LG 40A 240V AC 5kA 380V AC 2.5kA 3 Aptomat MCCB MEC 30A 240V AC 10kA 380V AC 7.5kA 4 Aptomat MCCB LG 20A 240V AC 2.5kA 380V AC 1.5kA 5 Aptomat MCCB LG 10A 240V AC 2.5kA 380V AC 1.5kA
Hình 4.5: Một số Aptomat trong Xưởng Gia Công Cắt Gọt
Khi có sự cố rò điện ra vỏ máy thì điểm ngắn mạch sẽ là ngắn mạch ở tải. Để đảm bảo an toàn cho người vận hành và sử dụng thì các thiết bị đóng cắt như Aptomat, cầu dao phải phát hiện dòng rò ra vỏ máy và ngắt điện ngay lập tức.
Để đảm bảo các Aptomat cắt kịp thời thì phải thỏa mãn yêu cầu: Với là dòng điện ngắn mạch 3 pha
là hệ số bảo vệ, ở đây = 1.4 bảo vệ bằng Aptomat có bộ phận cắt điện từ khi dòng điện định mức của Aptomat < 100A.
là dòng điện định mức của Aptomat Áp dụng công thức tính dòng ngắn mạch:
Với : là tổng trở của dây dẫn là tổng trở của MBA
Theo sơ đồ cấp điện cho khoa Cơ Điện thì Máy Biến Áp là loại Máy Biến Áp 3 pha 2 dây quấn do Việt Nam sản xuất 560-35/0.4. Đường dây đi vào Xưởng Gia Công Cắt Gọt sử dụng 240m dây M70 và 13m dây M25. Tra bảng ta có các thông số sau:
+ Tổn thất không tải của MBA:
+ Tổn thất ngắn mạch của MBA: = 9400W + Điện áp ngắn mạch của MBA:% = 6.5% + Dòng điện không tải của MBA:
Điện trở kháng của MBA là: Ω
Điện kháng của MBA là:
= 0.0186 Ω Tổng trở của MBA là:
=Ω
Đối với dây dẫn:
Theo sơ đồ cấp điện cho Khoa Cơ Điện (Hình 4.4) ta thấy : + Dây M70 tra bảng ta có: Ω/km Ω/km + Dây M25 tra bảng ta có: Ω/km Ω = 0.379 = 0.3763 Ω/km Ω Tổng trở của dây dẫn là: =
0.116 Ω
Dòng điện ngắn mạch là:
= = 2823.2 A Kiểm tra với điều kiện : ta có = = 2016.57 A
Ta thấy tất cả các Aptomat đều thỏa mãn yêu cầu cắt sự cố trên. Nhưng với dòng ngắn mạch 3 pha là 2823.2A thì các Aptomat MCCB LG 40A, 20A, 10A không đảm bảo do vượt quá dòng ngắn mạch 3 pha chịu được trong 1 giây. Ta cần thay thế bởi các Aptomat khác có dòng ngắn mạch 3 pha chịu được trong 1 giây lớn hơn 2823.2A
4.3.2: Dự toán kinh phí:
Đề xuất thay thế các Aptomat MCCB LG 40A, 20A, 10A không đảm bảo bởi các Aptomat tương ứng trong bảng sau:
Bảng 4.4: Dự toán kinh phí thay thế Aptomat Xưởng Gia Công Cắt Gọt
Stt Công việc Dòng chịu được (380V) Đơn vị tính Giá (vnđ) Số lượng Thành tiền (vnđ) 1 Aptomat
MEC 10A 4.5kA Cái
382.00
0 1 382.000
2 Aptomat
MEC 20A 4.5kA Cái
415.00
0 4 1.660.000
3 Aptomat
MEC 40A 6kA Cái
487.00
0 2 974.000
4.3.3. Ý Nghĩa và Ưu điểm, Nhược điểm của hệ thống nối dây trung tính
Ý nghĩa của bảo vệ nối dây trung tính là biến sự chạm vỏ của thiết bị thành ngắn mạch 1 pha để các thiết bị bảo vệ cắt nhanh và chắc chắn phần bị chạm vỏ đảm bảo an toàn cho người.
Ưu điểm: Tránh được quá điện áp lớn trong mạng, cách điện của thiết bị chỉ phải thiết kế với điện áp pha, dễ dàng phát hiện các dạng sự cố, bảo vệ rơle đơn giản tin cậy, dễ dàng sử dụng các MBA công suất nhỏ 1 pha.
Nhược điểm: Khi thiết bị làm việc bình thường, luôn luôn có dòng điện không cân bằng đi trong dây trung tính và các kết cấu kim loại của công trình, gây nguy cơ hỏa hoạn, ăn mòn bộ phận kim loại, gây nhiễu điện từ, …
Cần chú ý:
- Bảo vệ nối dây trung tính chỉ tác động tốt khi có sự cố chạm vỏ thiết bị còn khi có sự cố chạm đất thì bảo vệ nối dây trung tính sẽ không tác động bảo vệ vì khi đó dòng chạm đất bé nên các thiết bị bảo vệ không tác động.
- Cấm không đặt các thiết bị cắt trên dây trung tính.
- Sơ đồ bảo vệ nối dây trung tính cấm không được sử dụng cho mạng điện tiết diện dây dẫn nhỏ hơn nếu là dây đồng hoặc nếu là dây nhôm. Sơ đồ này cũng cấm không được sử dụng cho các ổ cắm điện để cắm các dây mềm cung cấp điện cho các thiết bị lưu động.
4.4. Thiết kế hệ thống bảo vệ bằng Rơle cho Xưởng Gia Công Cắt Gọt
Ngoài các phương án nêu trên, ta có thể sử dụng phương pháp sử dụng các Contacto, Rơle dòng, Rơle áp để cắt thiết bị ra khỏi hệ thống khi có sự cố.
Ở đây ta thiết kế hệ thống sử dụng Rơle dòng RI , có thể thay thế bởi Rơle áp RU.
4.4.1.Hệ thống bảo vệ phía đầu nguồn
Ta thiết kế hệ thống bảo vệ cho aptomat 150A, ở đây ta dùng Rơle dòng RI. Khi có sự cố, dòng điện vượt quá mức cho phép sẽ khiến hệ thống hoạt động tách aptomat 150A ra khỏi mạch. Toàn bộ mạch sẽ mất điện.
Nguyên lý hoạt động: Ở chế độ làm việc bình thường, khi ta muốn cấp điện cho toàn bộ Xưởng hoặc 1 động cơ bất kỳ ta đóng Aptomat 150A, tiếp tục đóng các Aptomat nhánh rồi ấn nút Đ, lúc này cuộn K có điện dẫn tới các tiếp điểm thường mở trong contacto K sẽ chuyển sang trạng thái đóng cấp điện cho thiết bị.
Khi có sự cố rò điện ra vỏ máy, cuộn dây của rơle dòng RI có điện sẽ làm cho tiếp điểm thường đóng của RI mở ra, làm mất điện cuộn K dẫn tới contacto