Điện, điện tử - An toàn điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINHKHOA VẬT LÝ VÀ CÔNG NGHỆHỌC PHẦN: AN TOÀN ĐIỆNGiảng viên : ThS.Hồ Sỹ PhươngNhóm thực hành : Trần Văn Hưng : Phạm Đăng Hoàng : Nguyễn Văn Hoàng : Trần Ngọc Hợp : Lê Trung HoànhBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHKHÁI NIỆM CHUNGMỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA BẢO VỆ NỐI ĐẤTPHẠM VI ỨNG DỤNGNỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐẤT LẶP LẠITÍNH TOÁN BẢO VỆ NỘI DUNG CHÍNHBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHKHÁI NIỆM CHUNGTrong mạng điện 3 pha 4 dây điện áp nhỏ hơn 1000V có trung tính trực tiếp nối đất người ta không áp dụng hình thức bảo vệ nối đất mà thay nó bằng hình thức bảo vệ nối dây trung tính.Trong bảo vệ nối dây trung tính người ta nối các phần kim loại của thiết bị điện hoặc các kết cấu kim loại mà những bộ phận đó có thể xuất hiện điện áp khi cách điện bị hư hỏng với dây trung tínhMỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨAMục đíchÝ nghĩaBảo vệ nối dây trung tính nhằm bảo đảm an toàn cho người khi có sự chạm vỏ của 1 pha nào đó bằng cách nhanh chóng cắt phần điện có sự chạm vỏ .Bảo vệ nối dây trung tính dùng để thay thế cho bảo vệ nối đất trong các mạng điện 3 pha 4 dây điện áp nhỏ hơn 1000 V có trung tính trực tiếp nối đất như ở mạng điện 380/ 220 V, 220/ 127 V...Ý nghĩa của việc thay thế này xuất phát từ thực tế là trong mạng điện 3 pha 4 dây trung tính trực tiếp nối đất mà vẫn áp dụng hình thức bảo vệ nối đất thì không thể bảo đảm an toàn cho người.BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHMỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨAHình 5.1: Thiết bị bị chạm vỏ trong mạng điện có trung tính nối đất có điện áp dưới 1000V  Trị số dòng điện Iđ này lúc điện áp nhỏ hơn 1000 V không phải lúc nào cũng đủ lớn để làm cho các thiết bị bảo vệ,tác động 1 cách chắc chắn và nhanh để cắt phần bị chạm vỏ ra, vì vậy trên vỏ thiết bị sẽ có một điện áp nguy hiểm tồn tại lâu dài làVí dụ: Mạng 380/220 V có trung tính trực tiếp nối đất với R0 = R đ = 4Ω thì.27,5 A chỉ có thể làm cho cầu chì có dòng định mức của dây chảy có trị số khoảng 10A tác động.BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHMỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨAHình 5.1: Thiết bị bị chạm vỏ trong mạng điện có trung tính nối đất có điện áp dưới 1000V Thực tế dòng định mức của dây chảy có thể lớn hơn trị số 10 A trên nhiều. Lúc này các thiết bị bảo sẽ không tác động, và trên vỏ thiết sẽ có điện áp nguy hiểm làĐiện áp này có thể tồn tại lâu dài.Ở đây Rđ = R0 nên Nếu Rđ > R0 thì Uđ sẽ lớn hơn.BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHMỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨAĐể có thể giảm Uđ: Giảm Rđ so với R0 nhưng như vậy sẽ không kinh tế.Trường hợp trên nếu chúng ta bằng cách nào đó có thể tăng dòng chạm vỏ Iđ đến một giá trị đủ lớn nào đó để các thiết bị bảo vệ có thể cắt nhanh chổ bị sự cố chạm vỏ thì mới có thể bảo vệ an toàn được cho người. Biện pháp đơn giản nhất là dùng dây dẫn để nối vỏ thiết bị với dây trung tính Như vậy ý nghĩa của bảo vệ nối dây trung tính là biến sự chạm vỏ của thiết bị thành ngắn mạch một pha để các thiết bị bảo vệ cắt nhanh và chắc chắn phần bị chạm vỏ bảo đảm an toàn cho người.Cần lưu ý rằng bảo vệ nối dây trung tính chỉ tác động tốt khi có sự chạm vỏ thiết bị còn khi có sự chạm đất thì bảo vệ nối dây trung tính sẽ không tác dụng bảo vệ vì lúc đó dòng chạm đất bé nên có thể các thiết bị bảo vệ không tác động vì vậy sự cố chạm đất này sẽ tồn tại lâu dài nguy hiểm (trong mạng trung tính trực tiếp nối đất điện áp nhỏ hơn 1000 V cần phân biệt hai khái niệm chạm đất và chạm vỏBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHMỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨAPHẠM VI ỨNG DỤNGBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHKhông phụ thuộc vào môi trường xung quanh trong các cơ sở sản xuất với các mạng điện 3 pha 4 dây điện áp nhỏ hơn 1000 V có trung tính trực tiếp nối đất phải luôn luôn thực hiện biện pháp bảo vệ nối dây trung tính.Với các mạng điện 3 pha 4 dây trung tính trực tiếp nối đất, điện áp 220/127 V cho phép chỉ thực hiện bảo vệ nối dây trung tính trong các trường hợp sau:Xưởng đặc biệt nguy hiểm về mặt an toàn .b. Các thiết bị đặt ngoài trời c. Các bộ phận bằng kim loại của các thiết bị điện mà người thường tiếp xúc như tay cầm, cần điều khiển...Với các phòng làm việc, nhà ở có nền cao ráo thì với điện áp 380/220 V và 220/127 V (trong mạng có trung tính nối đất) cho phép không cần bảo vệ nối dây trung tính.Trên các đường dây 3 pha 4 dây điện áp 380/ 220 V có trung tính trực tiếp nối đất các cột thép, xà thép phải được nối với dây trung tínhNỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐÂT LẶP LẠIBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHKhi thực hiện bảo vệ nối dây trung tính, dây trung tính sẽ được nối đất ở đầu nguồn (gọi là nối đất làm việc) và có thể được nối đất lặp lại trong từng đoạn của mạng điện gọi là nối đất lặp lại dây trung tính.Nhiệm vụ của nối đất làm việc là tạo ra các điều kiện làm việc bình thường cho các thiết bị điện , ví dụ của nối đất làm việc là nối đất trung tính MBA, máy phát, cuộn dập hồ quang.Quy phạm quy định điện trở nối đất làm việc đầu nguồn của mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất không được quá 4 và 8 Ω tương ứng với mạng 380/220 V và 220/127 V Sở dĩ có sự quy định như trên là để hạn chế điện áp của dây trung tính đối với đất lúc có sự xâm nhập điện áp cao sang phía điện áp thấp cũng như lúc xảy ra chạm đất của 1 pha nào đó ở phía hạ áp.NỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐÂT LẶP LẠIBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHNhiệm vụ của nối đất lặp lại dây trung tính là giảm điện áp trên vỏ thiết bị so với đất khi có sự chạm vỏ, nhất là trong trường hợp dây trung tính bị đứt.Các quy định liên quan đến việc nối đất lặp lại dây trung tính :Không có nối đất lặp lại: Quy phạm cho phép không dùng nối đất lặp lại cho các mạng điện dùng dây cáp. Với các mạng cáp này thường dùng một lõi riêng (cáp 4 lõi) hay dùng ngay vỏ kim loại của cáp để làm dây trung tính vì vậy xác suất đứt rất nhỏ.NỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐÂT LẶP LẠIBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHNối đất lặp lại bố trí tập trung: Quy định dùng cho các mạng đường dây trên không để đề phòng trường hợp dây trung tính bị đứt. Quy phạm quy định phải nối đất lặp lại dây trung tính tại đầu cuối của đường dây trên không có chiều dài lớn hơn 200m và cả tại điểm giữa của của đường dây có chiều dài khoảng 500 m.Nối đất lặp lại bố trí theo chu vi mạch vòng: Không phụ thuộc vào kết cấu của mạng điện (đường dây trên không hay dây cáp) đối với các thiết bị cố định (trong các phân xưởng, nhà máy sản xuất cố định...) phải dùng nối đất lặp lại dây trung tính bố trí theo chu vi mạch vòng.NỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐÂT LẶP LẠIBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHTính toán bảo vệ nối dây trung tínhĐiểm trung tính không nối đất lặp lạiBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHMục đích của nối dây trung tính là biến chạm vỏ thiết bị thành ngắn mạch dưa đến cắt nhanh chỗ bị hư hỏng.Biểu thức chính dùng dể tính toán bào vệ nối dây trung tính : Icc - dòng điện định mức của cầu chì trên đoạn dây cần tính toán ; rk - điên trở của dây trung tínhrph - điện trở của dây pha.Chính xác hơn chúng ta cần tính điện cảm của mạch dây trung tính và dây phaĐiện kháng x có thể tính như sau:Ở đây : l - chiều dài của mạch vòng, km ; D - khoảng cách giữa hai day cùa mạch dây trung tính-dây pha, cm ; r - bán kính của dây, cm.Tính toán bảo vệ nối dây trung tínhĐiểm trung tính không nối đất lặp lạiBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHChúng ta thấy x gần như không phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn và có thể lấy bằng 0,65 + 0,75 Ω/km.(Khi dùng áptômat có bảo vệ dòng diện cực đại thì tính theo điều kiện IN > 1,2 Itd ở đây Itđ - dòng diện tác động của áptômat).- Mục đích thứ hai của bảo vệ nối dây trung tính là giảm điện áp của vỏ thiết bị đối với đất đến trị số an toàn cho người. Khi dây trung tính không có nối đất lặp lại, để đảm bảo điện áp nói trên có trị số an toàn cần thoả mãn điều kiện sau : utxcp - điện áp tiếp xúc cho phép ; ZK - Tổng trở của dây trung tính, tính từ trạm biến áp đến thiết bị cần bảo vệ.Tính toán bảo vệ nối dây trung tínhĐiểm trung tính không nối đất lặp lạiBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHĐể thỏa mãn điều kiện trên một cách gần đúng cần xác định tỉ lệ giữa các thông số của dây dẫn và dây trung tính theo công thức sau:Chạm vỏ thiết bị nối dây trung tính lúc không có nối đất lặp lạiTính toán bảo vệ nối dây trung tínhDây trung tính có nối đất lặp lại bố trí tập trungBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH7.4.2Để giảm điện áp trên vỏ thiết bị đối với đất có thể làm đơn giản bằng cách nối đất dây trung tính lặp lại như hình:Chạm vỏ của thiết bị nối dây trung tính lúc có nối đất lặp lạiTính toán bảo vệ nối dây trung tínhDây trung tính có nối đất lặp lại bố trí tập trungBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHKhi vỏ thiết bị chạm đất, điện áp của nó đối với đất giảm xuống chỉ còn Id.rl Ở đây : Id - dòng điện chạm đất ; rl – điện trở của nối đất lặp lại.Có thể xem như :Điều kiện an toàn cho người khi bảo vệ tác động chậm hoặc không làm việc:Tính toán bảo vệ nối dây trung tínhBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHĐiện áp đặt trên dây trung tính phụ thuộc vào tỉ sốKhi rl=ro chúng ta có và điều kiện dễ dàng thực hiện : Khi càng bé thì hiệu quả an toàn của nối đất lặp lại càng cao.Trong thực tế với mạng điện bình thường nếu số lượng nối đất lặp lại nhiều sẽ làm cho điện áp tiếp xúc lớn lên (hình ) vì đại lượng r0 bây giờ ít ảnh hưởng đến sự phân bố điện áp. Tính toán bảo vệ nối dây trung tínhBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNHỞ đây rl1: điện trở nối đất lặp lại chỗ bị hư hỏng rdt: điện trở đẳng trị của các điện trở nối đất mắc song song rl2,rl3.rl0 Mạng điện dùng bảo vệ nối dây trung tính có nối đất lặp lại ở nhiều chỗTính toán bảo vệ nối dây trung tínhBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH7.4.3 Dây trung tính nối đất lặp lại bố trí hình mạng vòngPhần trên chúng ta có sử dụng biện pháp "đẳng áp" (chương “Điện áp tiếp xúc, điện áp bước”) để giảm điện áp tiếp xúc. Có thê đem biện pháp này áp dụng với bảo vệ nối dây trung tính bằng cách dùng mạch nối dây trung tính có nối đất lặp lại làm một mạch vòng. Ngoài ra tận dụng tất cà các cấu trúc kim loại tự nhiên khác nối chung với mạch vòng này ta có thể giảm điện áp tiếp xúc của vỏ thiết bị đối với đất.Ở đây :αl – hệ số tiếp xúc Rdl- điện trở đẳng trị của các nối đất lặp lại khác và r0Tính toán bảo vệ nối dây trung tínhBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH7.5. Tính toán điện trở làm việc Ro của bảo vệ nối dây trung tínhTrị số của điện trở làm việc r0 tính toán theo hai điều kiện sau đây: 1.) Chạm đất trong mạng điện điện áp thấp.2.) Khi có điện áp cao xâm nhập điện áp thấp.Trong mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất nếu một pha nào đấy bị chạm đất, điện áp của hai pha còn lại đối với đất có trị số đã tính ở biểu thức .Tính toán bảo vệ nối dây trung tínhBẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH