HỌC PHẦN: AN TOÀN ĐIỆN HỌC PHẦN: AN TOÀN ĐIỆN
Ộ
N I DUNG CHÍNH
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
KHÁI NIỆM CHUNG
Trong 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 tính
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA
Mục đích Ý nghĩa
Bảo 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
MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA
Hình 5.1: Thiết bị bị chạm vỏ trong mạng điện có trung tính nối đất có điện áp dưới 1000V
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA
=
U
d
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 là I R . d d
Ví dụ: Mạng 380/220 V có trung tính trực
=
27,5
dI =
Hình 5.1: Thiết bị bị chạm vỏ trong mạng điện có trung tính nối đất có điện áp dưới 1000V
220 + 4 4 27,5 A chỉ có thể làm cho cầu chì có dòng định mức của dây chảy có trị số khoảng 10A tác động.
tiếp nối đất với R0 = R đ = 4Ω thì.
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA
Để có thể giảm Uđ: Giảm Rđ so với R0 nhưng như vậy
sẽ không kinh tế.
=
=
=
U
V
27,5 .
4
110
d
I R . d d
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 là
Điện áp này có thể tồn tại lâu dài. Ở đây Rđ = R0 nên
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 Nếu Rđ > R0 thì Uđ sẽ lớn hơn.
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA
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 vỏ
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
PHẠM VI ỨNG DỤNG
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 tính Không 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: a.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...
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
NỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐÂT LẶP LẠI
Khi thực hiện bảo vệ nối dây trung tính, Quy phạm quy định điện trở nối đất làm
dây trung tính sẽ được nối đất ở đầu việc đầu nguồn của mạng điện có trung
nguồn (gọi là nối đất làm việc) và có thể tính trực tiếp nối đất không được quá 4 và
được nối đất lặp lại trong từng đoạn của 8 Ω tương ứng với mạng 380/220 V và
mạng điện gọi là nối đất lặp lại dây trung 220/127 V
tính. Sở dĩ có sự quy định như trên là để hạn
Nhiệm vụ của nối đất làm việc là tạo ra chế điện áp của dây trung tính đối với đất
các điều kiện làm việc bình thường cho lúc có sự xâm nhập điện áp cao sang
các thiết bị điện , ví dụ của nối đất làm phía điện áp thấp cũng như lúc xảy ra
việc là nối đất trung tính MBA, máy phát, chạm đất của 1 pha nào đó ở phía hạ áp.
cuộn dập hồ quang.
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
NỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐÂT LẶP LẠI
Nhiệm 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.
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
NỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐÂT LẶP LẠI
Nối 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.
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
NỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐÂT LẶP LẠI
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
Tính toán bảo vệ nối dây trung tính
Điểm trung tính không nối đất lặp lại
=
I
I
2,5
ccdin
N
2
2
Chính xác hơn chúng ta cần tính điện cảm của mạch dây trung tính và dây pha U Mục đích của nối dây trung tính là biến chạm vỏ thiết bị thành ngắn mạch dưa đến cắt nhanh chỗ bị hư hỏng. (cid:0)
+
+
x
)
(r k
ph
Biểu thức chính dùng dể tính toán bào vệ
r Điện kháng x có thể tính như sau:
=
nối dây trung tính :
I
I
2,5
N
ccdin
4
U +
=
l
x
r k
r ph
w 9, 2 . .lg
.10
D r
(cid:0) -
Icc - dòng điện định mức của cầu chì trên
đoạn dây cần tính toán ; rk - điên trở của dây trung tính rph - điện trở của dây pha. 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.
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
Tính toán bảo vệ nối dây trung tính
Điểm trung tính không nối đất lặp lại
Chúng ta thấy x gần như không phụ
Khi dây trung tính không có nối đất lặp lại, để đảm bảo điện áp nói trên có trị số an toàn cần
thuộc vào tiết diện dây dẫn và có thể lấy bằng 0,65 + 0,75 Ω/km.
U(cid:0)
txcp
thoả mãn điều kiện sau : I Z N K
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.
(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.
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
Tính toán bảo vệ nối dây trung tính
Điểm trung tính không nối đất lặp lại
Để 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
S
U
ph
K
=
=
thức sau:
Z Z
S
txcp U U
ph
K
txcp
Chạm vỏ thiết bị nối dây trung tính lúc không có nối đất lặp lại
-
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
Tính toán bảo vệ nối dây trung tính
Dây trung tính có nối đất lặp lại bố trí tập trung
7.4.2 • Để 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 lại
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
Tính toán bảo vệ nối dây trung tính
Dây trung tính có nối đất lặp lại bố trí tập trung
• Khi 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.
=
I r U = tx d l r r l l
I Z N K + r r n 0
• Có thể xem như :
• Điều kiện an toàn cho người khi bảo vệ tác động chậm hoặc
=
không làm việc:
U
U
tx
I Z N K
txcp
r l +
r l
r 0
(cid:0)
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
Tính toán bảo vệ nối dây trung tính
I Z N K
lr r 0
U
d l
tx
I r= • Khi rl=ro chúng ta có và điều kiện dễ dàng
I Z N K 2
• Điện áp đặt trên dây trung tính phụ thuộc vào tỉ số
U(cid:0) 2
I Z N K
txcp
lr r 0
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.
U
U
tx
I Z N K
txcp
r l 1 +
r dt
r l 1
(cid:0)
•
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
Tính toán bảo vệ nối dây trung tính
• Ở 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 chỗ
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
Tính toán bảo vệ nối dây trung tính
7.4.3 Dây trung tính nối đất lặp lại bố trí hình mạng vòng
a=
• Phần 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.
U
U
tx
I Z l N K
txcp
r l 1 +
r dt
r l 1
(cid:0)
• Ở đây :αl – hệ số tiếp xúc
• Rdl- điện trở đẳng trị của các nối đất lặp lại khác và r0
BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
Tính toán bảo vệ nối dây trung tính
7.5. Tính toán điện trở làm việc Ro của bảo vệ nối dây trung tính
• Trị 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
+
+
2 U U U U
ngU
2 0
0
đấy bị chạm đất, điện áp của hai pha còn lại đối với đất có trị số đã tính ở biểu thức . =
