2. Giới thiệu mô đun
5.1. Khái niệm về nối đất và chống sét trong hệ thống công nghiệp
5.1.1 Khái niệm và phân loại hệ thống nối đất.
a. Khái niệm hệ thống nối đất GND (grounding system).
Hệ thống "nối đất" thường gọi là "tiếp địa" được thực hiện bằng cách nối tất cả các phần kim loại của thiết bị điện hoặc của các kết cấu kim loại mà có thể xuất hiện điện áp khi cách điện bị hư hỏng hoặc bộ phận thu sét, phần trung tính của máy biến áp… với hệ thống nối đất. Là một trong những biện pháp bảo vệ an toàn cơ bản.
b. Phân loại.
Hệ thống “nối đất” hay cịn gọi là “tiếp địa” có 3 loại tiếp địa:
- Tiếp địa an tồn: dùng cho máy móc, thiết bị để tránh (hoặc giảm thiểu) tai
nạn khi vỏ thiết bị bị rò điện. Ở phần này chúng ta chỉ nghiên cứu hệ thống nối đất an toàn.
- Tiếp địa chống sét: dùng để chống sét cho thiết bị hoặc cơng trình kiến trúc.
- Tiếp địa công tác: dùng cho trạm biến áp, hệ thống truyền tải điện, thu phát
sóng..
Đặt vấn đề.
- Dòng điện đi qua cơ thể con người gây nên những tác hại nguy hiểm: giật, gây bỏng, trường hợp nặng có thể gây chết người.
- Nguyên Nhân: Thường do chạm phải những phần tử mang điện, hoặc do chạm phải các bộ phận của thiết bị điện bình thương khơng mang điện nhưng lại có điện áp khi cách điện bị ẩm ướt, hỏng (như vỏ động cơ điện, các giá thép đặt thiết bị điện,…). Trong trường hợp này, để đảm bảo an toàn, ta thường thực hiện bằng cách nối đất tất cả những bộ phận bình thường khơng mang điện, nhưng khi cách điện hỏng có thể có điện áp.
Tiếp đất, nối đất có tác dụng cân bằng điện thế đất và tiêu tán năng lượng quá áp, q dịng xuống đất với mục đích bảo vệ an toàn cho người và thiết bị đầu cuối cũng như các tài sản khác khi có sự cố, ví dụ như q dịng, q áp do sét, do các thiết bị đóng cắt...
116
Giá trị điện trở hệ thống tiếp địa theo tiêu chuẩn:
• Tiếp địa an tồn: tùy đặc thù thường <10 Ohm.
• Tiếp địa chống sét: với cột anten <4 Ohm, nhà <10 Ohm.
• Tiếp địa cơng tác: tùy đặc thù thiết bị, ví dụ: trạm biến áp 35KV <0,2 Ohm. Các bộ phận cần nối đất.
Phần dẫn điện của thiết bị khi bình thường khơng có điện, tuy nhiên trong điều kiện hư hỏng sẽ xuất hiện điện áp gọi chung là vỏ kim loại gồm:
+ Đường cáp: Ống dẫn; cáp cách điện vỏ kim loại.. + Thiết bị đóng cắt: phần tử có thể tháo rời.
+ Thiết bị điện: vỏ kim loại của thiết bị.
+ Các phần tử không điện: kết cấu kim loại đặt cáp (khay cáp, thang cáp ..); vật thể kim loại:(gần đường dây trên không, thanh dẫn hoặc tiếp xúc với thiết bị điện…)
5.2.1 Các hệ thống nối đất chuẩn IEC. Định nghĩa và ký hiệu sơ đồ nối đất
Định nghĩa sơ đồ nối đất
Sơ đồ nối đất là sự liên hệ với đất của hai phần tử sau đây: - Điểm trung tính của nguồn cung cấp điện;
- Các vỏ kim loại của thiết bị tại nơi sử dụng điện. Ký hiệu các loại sơ đồ nối đất
Gồm 2 hoặc 3 chữ cái:
- Chữ thứ nhất: thể hiện sự liên hệ với đất của điểm trung tính của nguồn cấp điện bằng một trong hai chữ cái sau đây:
T - điểm trung tính trực tiếp nối đất;
I - điểm trung tính cách ly với đất hoặc nối đất qua một trở kháng lớn (hàng ngàn ôm).
- Chữ thứ hai: thể hiện sự liên hệ với đất của các vỏ kim loại của thiết bị tại nơi sử dụng điện bằng một trong hai chữ sau đây:
T - vỏ kim loại nối đất trực tiếp;
N - vỏ kim loại nối với điểm trung tính N của nguồn cấp điện (điểm này đã được nối đất trực tiếp).
Quy chuẩn này quy định ba loại sơ đồ nối đất sau: IT, TT, TN-S. Sơ đồ IT
- Điểm trung tính của nguồn cấp điện: cách ly đối với đất hoặc nối đất qua một trở kháng lớn (hàng ngàn ôm);
117
- Vỏ kim loại của thiết bị tại nơi sử dụng điện: nối đất trực tiếp.
Khơng có dây trung tính
Hình 13. 1: Sơ đồ IT khơng có dây trung tính
Có dây trung tính
Hình 13. 2: Sơ đồ IT khơng có dây trung tính GHI CHÚ:
1) Trên Hình 25.1 và 25.2 không thể hiện trở kháng (có thể có) nối điểm trung tính của nguồn cấp điện với đất;
2) Trong sơ đồ IT khuyến nghị không nên có dây trung tính vì dù có hay khơng có dây trung tính, cách điện chính của mỗi pha đều phải tính tốn để chịu được điện áp dây.
Sơ đồ TT
- Điểm trung tính của nguồn cấp điện: nối đất trực tiếp;
118 Hình 13. 3: Sơ đồ TT Sơ đồ TN. Cách thực hiện: Trung tính Các phần vỏ kim loại Đất Trung tính
Hình 13. 4: Cách thực hiện nối đất theo sơ đồ TN
Nguồn được nối đất như sơ đồ TT. Trong mạng, cả vỏ kim loại và các vật dẫn tự nhiên của lưới sẽ được nối với dây trung tính.
Có hai loại hệ thống:
TNC: Dây trung tính và dây bảo vệ kết hợp với nhau.
TNS: Dây trung tính và dây nối đất bảo vệ riêng rẽ. ▪ Sơ đồ TN - C.
119
Hình 13. 5: Sơ đồ nối đất kiểu TN-C
Được định danh bằng chữ cái thứ ba C và gọi là hệ thống TNC. Sơ đồ này
đòi hỏi một sự đẳng áp hiệu quả trong lưới với nhiều điểm nối đất lặp lại.
Dây trung tính và dây nối đất bảo vệ kết hợp với nhau thành 1 dây gọi là PEN.
Phải nối đất lặp lại phân bố đều dọc theo dây PEN để tránh điện áp cao trên
các phần dẫn điện hở trong trường hợp có chạm đất.
Khơng được sử dụng với dây dẫn đồng có thiết diện dưới 10mm2 hoặc dây
dẫn nhôm dưới 16 mm2 và thiết bị xách tay. - Sơ đồ TN – S (5 dây).
120
Hình 13. 6: Sơ đồ nối đất kiểu TN-S
Điểm trung tính của nguồn cấp điện: nối đất trực tiếp; Dây trung tính và
dây nối đất bảo vệ (PE) riêng biệt.
Được định danh bằng chữ cái thứ ba S và gọi là TNS.
Phải nối đất lặp lại phân bố đều dọc theo dây dẫn PE để tránh điện áp cao
xuất hiện trên các phần dẫn điện hở khi có sự cố.
Dây N không được nối đất.
Khơng được dùng phía trước nguồn hệ thống TNC.
+ Đối với cáp có vỏ bọc chì, dây bảo vệ thường là vỏ chì. Hệ thống TN – S là bắt buộc đối với mạch có tiết diện nhỏ hơn 10 mm2 cho Cu và 16mm2 cho Al cho thiết bị di động.
Lựa chọn và cách mắc dây PE.
- Quy ước: dây PE được bọc cách điện sơn màu vàng sọc xanh và được bảo vệ chống hư hỏng cơ và hóa.
- Kết nối: theo các sơ đồ trên. Chú ý:
+ không được đấu vào các thiết bị đóng cắt.
+ Nối trực tiếp tới vỏ các thiết bị, nghĩa là nối song song.
+ Có đầu kết nối riêng trên đầu nối đất chung của tủ phân phối.
Kích thước dây PE và dây nối đất được chọn theo tiêu chuẩn Pháp NFC15- 100
Bảng 25.1: Tiết diện nhỏ nhất cho dây PE và dây nối đất
Tiết diện dây pha Sph (mm2) (c.s.a)
Tiết diện dây PE
Tiết diện dây PEN
Tiết diện dây nối đất của mạng và
Cu Al đầu nối dây chính
121 pháp đơn giản hóa 25 SPEN = 16mm2
với tiết diện nhỏ nhất 10mm2 (Cu) và 16mm2 (Al) vệ cơ (2) - Khi không có bảo vệ cơ nhưng có bảo vệ chống ăn mòn tiết diện nhỏ nhất 16mm2 cho Cu hoặc thép mạ - khơng có cả 2 bảo vệ trên tiết diện nhỏ nhất 25mm2 (Cu) và 50mm2 cho thép mạ 25, 35 35 SPEN = Sph/2
với tiết diện nhỏ nhất 10mm2 (Cu) và 25mm2 (Al) >35 >35 Phương pháp đẳng nhiệt Bất kỳ kích cỡ nào SPE = Sph *1.7 (1) (2)
(1) khi dây PE nằm xa dây pha, các giá trị Min cần được tuân thủ nghiêm ngặt
2.5 mm2 nếu PE có được bảo vệ cơ 4 mm2 nếu PE không được bảo vệ cơ (2) Giá trị k trong công thức (2)
Giá trị k Vỏ cách điện
Polyvinychrorid (PVC) 143
XLPE – Ethylene- propylene Cao su (EPR)
Nhiệt độ cuối cùng (0C)
160 250
Dây bọc không đặt chung với cáp hoặc dây trần tiếp xúc với vỏ cáp
Đồng Nhôm
Thép
Nhiệt độ ban đầu t0 = 300C
143
95 52
Nhiệt độ ban đầu t0 = 300C
176 116 64
122 Dây dẫn trong cáp nhiều lõi Đồng Nhôm
Nhiệt độ ban đầu t0 = 300C
115
76
Nhiệt độ ban đầu t0 = 300C
143 94
Các bộ phận của hệ thống nối đất an toàn. Hệ thống nối đất bao gồm:
Hình 13. 7: Ví dụ hệ thống nối đất của 1 chung cư
- Điện cực nối đất (1): Vật dẫn hay nhóm vật dẫn điện được tiếp xúc với nhau và liên kết về điện với đất.
- Đất: Phần dẫn điện của đất có điện áp bất kỳ điểm nào cũng quy ước lấy là 0 - Các điện cực nối đất độc lập: các điện cực nối đất đặt cách nhau một khoảng mà dòng cực đại đi qua một điện cực sẽ không ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của các điện cực khác.
- Điện trở của điện cực nối đất: là điện trở tiếp xúc của điện cực nối đất. - Dây nối đất (2):là dây bảo vệ nối đầu nối đất chính (6) của lưới với điện cực nối đất (1) hoặc với các dụng cụ nối đất khác (sơ đồ TN)
- Dây bảo vệ (3): dây dùng để bảo vệ tránh điện giật và dùng để nối các phần tử sau: các bộ phận cần nối đất của thiết bị (vỏ kim loại); các bộ phận nối đất tự nhiên; đầu nối đất chính; điện cực nối đất; điểm nối đất của nguồn hoặc trung tính nhân tạo…
- Nối đất tự nhiên(vật dẫn tự nhiên): Phần dẫn điện có khả năng tạo điện thế, thường là điện thế đất và khơng nằm trong lưới điện (4) ví dụ: khung kim loại tịa
123
nhà, trần nhà, ống kim loại dẫn nước, dẫn ga… - Dây liên kết (5): dây bảo vệ tạo liên kết đẳng thế.
- Đầu nối đất chính (6): đầu hoặc bản cực để nối các dây bảo vệ và các dây nối đất làm việc (nếu có) với trang thiết bị nối đất.
5.3. Công tác chuẩn bị.
5.3.1. Chuẩn bị các biện pháp an toàn
+ Chuẩn bị các bảng cảnh báo, thiết bị an toàn + Các phiếu an tồn khi thi cơng
5.3.2. Các dụng cụ, đồ nghề dùng trong quá trình lắp đặt
+ Các dụng cụ lắp đặt như: Bộ đồ lắp Đặt điện, khoan, cưa điện 5.3.3 Kiểm tra vật tư và phụ kiện theo danh mục
Các công việc Trước khi thiết kế và xây hệ thống nối đất, chống sét: Khảo sát địa hình, đọc bản vẽ xây dựng cơng trình cần bảo vệ Đo điện trở đất
Thiết kế bản vẽ nối đất và chống sét. Lắp đặt hệ thống
Đo và nghiệm cơng trình
5.4. Lắp đặt hệ thống nối đất.
Hệ thống nối đất an toàn bao gồm dây nối đất và cực nối đất. Cực nối đất:
Một điện cực nối đất có R bé sẽ cải thiện đáng kể việc bảo vệ cách điện chống ảnh hưởng điện từ và quá áp khí quyển. Chất lượng của điện cực nối đất phụ thuộc chủ yếu vào:
- Cách lắp đặt. - Bản chất của đất. Cách lắp đặt:
Cách lắp đặt có 3 loại:
Điện cực dạng dây dẫn tạo nên mạch vòng:
Nên dùng đặc biệt cho các tịa nhà mới. Điện cực cần chơn dọc theo chu vi hố đào của nền móng. Phải để dây trần tiếp xúc trực tiếp với đất (không được đặt trong sỏi, cát của nền bê tơng). Ít nhất cần có 4 dây thẳng nối lên từ điện cực để kết lưới và những nơi cần thiết, cọc của kết cấu bê tông phải được kết nối với điện cực. Dây dẫn sẽ tạo nên điện cực nối đất, nhất là khi chúng được chơn sâu 50cm dưới phần móng bê tơng. Cả điện cực lẫn dây dẫn nối lên đều không được tiếp xúc với nền móng bê tơng.
124
Đối với những tòa nhà cũ, dây dẫn điện cực cần chơn xung quanh tường, ở độ sâu ít nhất 1m. Theo quy định chung, mọi liên kết lên từ cực nối đất đến phần trên mặt đất cần bọc các điện với điện áp 600V – 1000V.
Hình 13. 8: Điện cực nối đất dạng dây dẫn
Dây có thể là:
- Đồng trần hoặc nhiều sởi với tiết diện > 25mm2 - Thép không gỉ hoặc nhiều sởi với tiết diện > 35mm2 - Thép mạ.
Đồng có điện trở nhỏ nhất nhưng lại đắt nhất và có tính ăn mịn cao nhất. Khơng nên sử dụng các vật liệu khác nhau trong cùng hệ thống.
Cọc nối đất.
Cọc nối đất thẳng đứng thường được dùng cho tòa nhà hiện hữu hoặc khi cần đóng sâu xuống khi cần cải thiện điện trở nối đất.
Hình 13. 9: Điện cực nối đất dạng cọc
Cọc nối đất có thể là:
- Đồng hoặc đồng mạ thép có chiều dài 1 tới 2m một đầu được vót nhọn. - Ống thép mạ có đường kính ≥25mm hoặc cọc đường kính ≥ 15mm, chiều dài hơn 2m. Thường dùng nhiều cọc và khoảng cách giữa chúng lớn hơn chiều dài khoảng 2 – 3 lần.
125
Bản hình chữ nhật, mỗi cạnh có chiều dài ≥ 0.5m, được chôn theo phương thẳng đứng sao cho tâm của bản cách mặt đất ít nhất 1m.
Hình 13. 10: Điện cực nối đất dạng bản cực
Bản này có thể là: - Đồng dày 2mm; - Thép mạ dày 3mm.
Quy định về cực nối đât.
Vật liệu và kích thước tối thiểu của điện cực nối đất
Bảng 25.1 - Kích thước tối thiểu của điện cực nối đất làm từ vật liệu thơng thường có xét đến khả năng chịu ăn mòn và độ bền cơ
Vật liệu
Bề mặt Hình dạng Kích thước tối thiểu Đường kính mm Tiết diện mm2 Chiều dày mm Chiều dày lớp phủ/lớp bọc Giá trị riêng m Giá trị trung bình m Thép Khơng gỉ (a,b) hoặc mạ kẽm nhúng nóng (a) Dẹt (c) 90 3 63 70 Thép góc 90 3 63 70 Thanh trịn chơn dưới đất 16 63 70 Dây tròn đặt nổi (d) 10 50 (đ) Ống 25 2 47 55
126 Bọc đồng Thanh trịn chơn dưới đất 15 2000 Có lớp phủ đồng bằng phương pháp mạ điện Thanh trịn chơn dưới đất 14 90 100 Đồng Để trần (a) Dẹt 50 2 Dây tròn đặt nổi (d) 25(e) Cáp 1,8 (từng dây bện) 25 Ống 20 2 Phủ thiếc Cáp 1,8 (từng dây bện) 25 1 5 Phủ kẽm Dẹt (g) 50 2 20 40
CHÚ THÍCH: (a) Cũng có thể dùng được cho điện cực đặt trong bê tơng; (b) Khơng có lớp phủ;
(c) Lá thép dẹt dạng cuộn hoặc xẻ rãnh lượn tròn ở mép;
(d) Điện cực được coi như đặt trên mặt đất nếu được lắp đặt ở độ sâu không quá 0,5 m; (đ) Trường hợp mạ nhúng liên tục, hiện tại về kỹ thuật chỉ đạt được chiều dày 50 m; (e) Nếu nguy cơ ăn mòn và hỏng về mặt cơ học thấp thì có thể dùng tiết diện 16 mm2; (g) Dẹt có lượn trịn ở mép.
127
Ảnh hưởng của các loại đất:
Dây nối đất:
- Dây nối đất được sử dụng bằng dây đồng trần có tiết diện nhỏ nhất 2.5mm2 - Một đầu dây được bắt bu lông chặn vào vật cần nối đất, một đầu được bắt vào cực nối đất.
5.5 .Lắp đặt hệ thống chống sét
5.5.1 Khái niệm và phân loại hệ thống chống sét. Giới thiệu:
Sét là một hiện tượng thiên nhiên tuy nhiên tác hại của nó rất lớn và khơng lường trước được. Để hạn chế một cách tối đa tác hại của sét người ta lắp đặt hệ thống chống sét. Bài 14 trình bày phương pháp lắp đặt hệ thống chống sét.