trang Blog

caothanhphungTham gia: 08/02/2006
  • GIÁO TRÌNH AN TOÀN ĐIỆN CHƯƠNG 2-3-4-5
    Công Nghệ Thông Tin
    CameraNikon D3
    ISO3200
    Aperturef/8
    Exposure1/50th
    Focal Length200mm

    GIÁO TRÌNH AN TOÀN ĐIỆN CHƯƠNG 2-3-4-5

    CHƯƠNG 2  
     
    CÁC KHÁI NIỆM VỀ AN TOÀN ĐIỆN
    2.1. TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƯỜI
    Người bị điện giật là do tiếp xúc với mạch điện có điện áp hay nói một cách khác là do có dòng điện chạy qua cơ thể người. Dòng điện chạy qua cơ thể người sẽ gây ra các tác dụng sau đây:
    -Tác dụng nhiệt: làm cháy bỏng thân thể, thần kinh, tim não và các cơ quan nội tạng khác gây ra các rối loạn nghiêm trọng về chức năng.
    -Tác dụng điện phân: biểu hiện ở việc phân ly máu và các chất lỏng hữu cơ dẫn đến phá huỷ thành phần hoá lý của máu và các tế bào.
    -Tác dụng sinh lý: gây ra sự hưng phấn và kích thích các tổ chức sống dẫn đến co rút các bắp thịt trong đó có tim và phổi. Kết quả có thể đưa đến phá hoại, thậm chí làm ngừng hẳn hoạt động hô hấp và tuần hoàn.
    Các nguyên nhân chủ yếu gây chết người bởi dòng điện thường là tim phổi ngừng làm việc và sốc điện:
    Tim ngừng đập là trường hợp nguy hiểm nhất và thường cứu sống nạn nhân hơn là ngừng thở và sốc điện. Tác dụng dòng điện đến cơ tim có thể gây ra ngừng tim hoặc rung tim. Rung tim là hiện tượng co rút nhanh và lộn xộn các sợi cơ tim làm cho các mạch máu trong cơ thể bị ngừng hoạt động dẫn đến tim ngừng đập hoàn toàn.
    Ngừng thở thường xảy ra nhiều hơn so với ngừng tim, người ta thấy bắt đầu khó thở do sự co rút do có dòng điện 20-25mA tần số 50Hz chạy qua cơ thể. Nếu dòng điện tác dụng lâu thì sự co rút các cơ lồng ngực mạnh thêm dẫn đến ngạt thở, dần dần nạn nhân mất ý thức, mất cảm giác rồi ngạt thở cuối cùng tim ngừng đập và chết lâm sàng.
    Sốc điện là phản ứng phản xạ thần kinh đặc biệt của cơ thể do sự hưng phấn mạnh bởi tác dụng của dòng điện dẫn đến rối loạn nghiêm trọng tuần hoàn, hô hấp và quá trình trao đổi chất. Tình trạng sốc điện kéo dài độ vài chục phút cho đến một ngày đêm, nếu nạn nhân được cứu chữa kịp thời thì có thể bình phục.
    Hiện nay còn nhiều ý kiến khác nhau trong việc xác định nguyên nhân đầu tiên và quan trọng nhất dẫn đến chết người. ý kiến thứ nhất cho rằng đó là do tim ngừng đập song loại ý kiến thứ hai lại cho rằng đó là do phổi ngừng thở vì theo họ trong nhiều trường hợp tai nạn điện giật thì nạn nhân đã được cứu sống chỉ đơn thuần bằng biện pháp hô hấp nhân tạo thôi. Loại ý kiến thứ ba cho rằng khi có dòng điện qua người thì đầu tiên nó phá hoại hệ thống hô hấp sau đó nó làm ngừng trệ hoạt động tuần hoàn.
    Do có nhiều quan điểm khác nhau như vậy nên hiện nay trong việc cứu chữa nạn nhân bị điện giật người ta khuyên nên áp dụng tất cả các biện pháp để vừa phục hồi hệ thống hô hấp (thực hiện hô hấp nhân tạo) vừa phục hồi hệ thống tuần hoàn (xoa bóp tim )
    2.2. ĐIỆN TRỞ CƠ THỂ NGƯỜI:
    Thân thể người ta gồm có da thịt xương máu...tạo thành và có một tổng trở nào đó đối với dòng điện chạy qua người. Lớp da có điện trở lớn nhất mà điện trở của da là do điện trở của lớp sừng trên da quyết định. Điện trở của người là một đại lượng rất không ổn định và không chỉ phụ thuộc vào trạng thái sức khoẻ của cơ thể người từng lúc mà còn phụ thuộc vào môi trường xung quanh, điều kiện tổn thương...
    Qua nghiên cứu rút ra một số kết luận cơ bản về giá trị điện trở cơ thể người như sau:
    u Điện trở cơ thể người là một đại lượng không thuần nhất. Thí nghiệm cho thấy dòng điện đi qua người và điện áp đặt vào có sự lệch pha. Sơ đồ thay của điện trở người có thể biểu diển bằng hình vẽ sau:
    Trong đó:
    R1: điện trở tác dụng của da
    R2: điện trở của tổng các bộ phận bên trong cơ thể người
    C: điện dung của da và lớp thịt dưới da
    Vì thành phần điện dung rất bé nên trong tính toán thường bỏ qua.
    v Điện trở của người luôn luôn thay đổi trong một phạm vi rất lớn từ vài chục

     

    ngàn Ω đến 600Ω. Trong tính toán thường lấy
    giá trị trung bình là 1000Ω. Khi da bị ẩm hoặc
    14
    khi tiếp xúc với nước hoặc do mồ hôi đều làm
    12
    cho điện trở người giảm xuống.
    10
    w Điện trở của người phụ thuộc vào áp lực và diện tích tiếp xúc. Áp lực và diện tích
    6 8
    tiếp xúc càng tăng thì điện trở người càng
    1
    2
    giảm. Sự thay đổi này rất dễ nhìn thấy trong
    Hình 2.1: Sự phụ thuộc của điện trở
    vùng áp lực nhỏ hơn 1kG/cm2 (hình 2.1).
    người vào áp lực tiếp xúc
     

     

    x Điện trở người giảm đi khi có dòng điện đi qua người, giảm tỉ lệ với thời gian tác dụng của dòng điện. Điều này có thể giải thích vì da bị đốt nóng và có sự thay đổi về điện phân
     

     

     Giáo trình An Toàn Điện
     
    15
    Trang
     
     
    y Điện trở người phụ thuộc điện áp đặt
    1.10
     
    vào vì ngoài hiện tượng điện phân còn có hiện
    35
     
    tượng chọc thủng. Khi điện áp đặt vào 250V lúc này lớp da ngoài cùng mất hết tác dụng nên điện
    30
     
    trở người giảm xuống rất thấp.
    25
     
     
    20
     
    Hình 2.2: Sự phụ thuộc điện trở người vào điện áp ứng với các thời gian tiếp xúc khác
    15
     
    nhau (0,015s và 3s).
    10
     
             Đường đi của dòng điện tay – tay
    5
     
     
    0
     
                        Đường đi của dòng điện tay - chân
     
     
     

     

    2.3. ẢNH HƯỞNG CỦA TRỊ SỐ DÒNG ĐIỆN GIẬT ĐẾN TAI NẠN ĐIỆN
    Dòng điện là nhân tố vật lý trực tiếp gây tổn thương khi bị điện giật. Cho tới nay vẫn còn nhiều ý kiến khác nhau về giá trị dòng điện có thể gây nguy hiểm chết người.Trường hợp chung thì dòng điện 100mA xoay chiều gây nguy hiểm chết người. Tuy vậy cũng có trường hợp dòng điện chỉ khoảng 5- 10mA đã làm chết người bởi vì còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa như điều kiện nơi xảy ra tai nạn, sức khoẻ trạng thái thần kinh của từng nạn nhân, đường đi của dòng điện ..
    Trong tính toán thường lấy trị số dòng điện an toàn là 10mA đối với dòng điện xoay chiều và 50mA với dòng điện một chiều. Bảng 2.1 cho phép đánh giá tác dụng của dòng điện đối với cơ thể người:
    Bảng 2-1

     

    Trị số dòng điện (mA)
    Tác dụng của dòng điện xoay chiều
    Tác dụng của dòng điện một chiều
    0.6-1.5
    Bắt đầu thấy ngón tay tê
    Không có cảm giác gì
    2 - 3
    Ngón tay tê rất mạnh
    Không có cảm giác gì
    3 - 7
    Bắp thịt co lại và rung
    Đau như kim châm cảm thấy nóng
    8 - 10
    Tay đã khó rời khỏi vật có điện nhưng vẫn rời được. Ngón tay, khớp tay, lòng bàn tay cảm thấy đau
    Nóng tăng lên
    20 - 25
    Tay không rời khỏi vật có điện, đau khó thở
    Nóng càng tăng lên thịt co quắp lại nhưng chưa mạnh
    50 - 80
    Cơ quan hô hấp bị tê liệt. Tim bắt đầu đập mạnh
    Cảm giác nóng mạnh. Bắp thịt ở tay co rút, khó thở.
    90 - 100
    Cơ quan hô hấp bị tê liệt. Kéo dài 3 giây hoặc dài hơn tim bị tê liệt đến ngừng đập
    Cơ quan hô hấp bị tê liệt
     

     

    Qua bảng 2-1 ta thấy dòng điện xoay chiều nguy hiểm hơn dòng một chiều vì:
    -Qua nghiên cứu người ta thấy rằng trị số dòng điện tác dụng lên người không phải là trị số hiệu dụng mà là trị số biên độ của nó. -Đối với dòng xoay chiều trên cơ thể người tồn tại nhiều vùng nhạy nguy hiểm.
    2.4. ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG ĐIỆN GIẬT ĐẾN TAI NẠN ĐIỆN GIẬT
    Về đường đi của dòng điện qua người có thể có rất nhiều trường hợp khác nhau, tuy vậy có những đường đi cơ bản thường gặp là: dòng qua tay - chân, tay - tay, chân - chân. Một vấn đề còn tranh cải là đường đi nào là nguy hiểm nhất.
    Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng đường đi nguy hiểm nhất phụ thuộc vào số phần trăm dòng điện tổng qua tim và phổi. Theo quan điểm này thì dòng điện đi từ tay phải qua chân, đầu qua chân, đầu qua tay là những đường đi nguy hiểm nhất vì:
    Dòng đi từ tay qua tay có 3.3% dòng điện tổng qua tim Dòng đi từ tay trái qua chân có 3.7% dòng điện tổng qua tim Dòng đi từ tay phải qua chân có 6.7% dòng điện tổng qua tim Dòng đi từ chân qua chân có 0.4% dòng điện tổng qua tim Dòng đi từ đầu qua tay có 7% dòng điện tổng qua tim Dòng đi từ đầu qua chân có 6.8% dòng điện tổng qua tim.
    2.5. ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN DÒNG ĐIỆN QUA NGƯỜI ĐẾN TAI NẠN ĐIỆN GIẬT
    Yếu tố thời gian tác động của dòng điện vào cơ thể người rất quan trọng và biểu hiện dưới nhiều hình thái khác nhau. Đầu tiên chúng ta thấy thời gian tác dụng của dòng điện ảnh hưởng đến điện trở của người. Thời gian tác dụng càng lâu, điện trở của người càng bị giảm xuống vì lớp da bị nóng dần và lớp sừng trên da bị chọc thủng càng nhiều. Thứ hai là thời gian tác dụng của dòng điên càng lâu thì xác suất trùng hợp với thời điểm chạy qua tim với pha T (là pha dể thương tổn nhất của chu trình tim) tăng lên. Hay nói một cách khác trong mỗi chu kỳ của tim kéo dài độ một giây có 0,4s tim nghỉ làm việc (giữa trạng thái co và giãn) ở thời điểm này tim rất nhạy cảm với dòng điện đi qua nó.
    Hình 2.3: Sự nguy hiểm khi thời điểm dòng
    a.
    điện chạy qua tim trùng với pha T của chu trình tim.
    100
    a. Điện tâm đồ của người khoẻ
    60
    b.         Đặc tính phụ thuộc giữa xác suất xảy ra tai nạn và thời điểm dòng điện chạy qua 20
     
    t(s)
    tim       b.
    2.6. ẢNH HƯỞNG CỦA TẦN SỐ DÒNG ĐIỆN GIẬT ĐẾN TAI NẠN ĐIỆN
    GIẬT:
    Ta xét xem khi tần số thay đổi thì tai nạn xảy ra nặng hay nhẹ
    Theo lý luận thông thường thì khi tần số f tăng lên thì tổng trở cơ thể người giảm xuống vì điện kháng của da người do điện dung tạo ra: ... dẫn đến dòng điện tăng càng nguy hiểm. Tuy nhiên qua thực tế và nghiên cứu người ta thấy rằng tần số nguy hiểm nhất là từ (50 -60)Hz. Nếu tần số lớn hơn tần số này thì mức độ nguy hiểm giảm còn nếu tần số bé hơn thì mức độ nguy hiểm cũng giảm.
    Có thể giải thích như sau: Lúc đặt dòng điện một chiều vào tế bào, các phần tử trong tế bào bị phân thành những ion khác dấu và bị hút ra màng tế bào. Như vậy phân tử bị phân cực hoá, các chức năng sinh vật hoá học của tế bào bị phá hoại đến mức độ nhất định. Bây giờ nếu đặt nguồn điện xoay chiều vào thì ion cũng chạy theo hai chiều khác nhau ra phía ngoài của màng tế bào. Nhưng khi dòng điện đổi chiều thì chuyển động của ion cũng ngược lại. Với tần số nào đó của dòng điện, tốc độ của ion đủ lớn để trong một chu kỳ chạy được hai lần bề rộng của tế bào thì trường hợp này mức độ kích thích lớn nhất, chức năng sinh vật -hoá học của tế bào bị phá hoại nhiều nhất. Nếu dòng điện có tần số cao thì khi dòng điện đổi chiều thì ion chưa kịp đập vào màng tế bào.
    Khi nghiên cứu tác hại của dòng điện một chiều đối với người thấy rằng ở trường hợp một chiều điện trở của người lớn hơn xoay chiều. Điều này có thể giải thích là ở một chiều có điện dung và sự phân cực tăng lên. Nghiên cứu thấy rằng khi dòng điện một chiều lớn hơn 80mA mới ảnh hưởng đến tim và cơ quan hô hấp của con người.
    2.7. HIỆN TƯỢNG DÒNG ĐIỆN ĐI TRONG ĐẤT
    Khi cách điện của thiết bị điện bị chọc thủng sẽ có dòng điện chạm đất, dòng điện này đi vào đất trực tiếp hay qua một cấu trúc nào đó.
    Về phương diện an toàn mà nói thì dòng điện chạm đất thay đổi cơ bản trạng thái của mạng điện (điện áp giữa dây dẫn và đất thay đổi xuất hiện các thế hiệu khác nhau giữa các điểm trên mặt đất gần chổ chạm đất). Dòng điện đi vào đất sẽ tạo nên ở điểm chạm đất một vùng dòng điện rò trong đất và điện áp trong vùng này phân bố theo một quy luật nhất định. Để đơn giản nghiên cứu hiện tượng này ta giải thích dòng điện chạm đất đi vào đất qua một cực kim loại hình bán cầu. Đất thì thuần nhất và có điện trở suất là ρ (tính bằng Ohm.cm). Như thế có thể xem như dòng điện đi từ tâm hình bán kính cầu tỏa ra theo đường bán kính.
    Trên cơ sở lý thuyết tượng tự ta có thể xem trường của dòng điện đi trong đất giống dạng trường trong tĩnh điện, nghĩa là tập hợp của những đường sức và đường đẳng thế của chúng giống nhau.
    Đại lượng cơ bản trong điện trường của môi trường dẫn điện là mật độ dòng điện J. Vectơ này hướng theo hướng của vecto cường độ điện trường.
    Phương trình để khảo sát điện trường trong đất là phương trình theo định luật Ohm dưới dạng vi phân : E= J. ρ Trong đó : ρ là điện trở suất. E là điện áp trên đơn vị chiều dài dọc theo đường đi của dòng điện . Mật độ dòng điện tại điểm cách tâm bán cầu 1 khoảng X bằng : I
    d
    J =
    2
    2π .X ở đây Iđ là dòng điện chạm đất. Điện áp trên một đoạn vô cùng bé dX (Xem hình 2.4) dọc trên đường đi của
    I
    d
    dòng điện là : dU = E.dX = J.ρ .dX =ρ .dX
    2
    2π X Điện áp tại một điểm A nào đấy cũng tức là hiệu số điện thế giữa điểm A và điểm vô cùng xa ( thế của điểm vô cùng xa có thể xem như bằng 0) bằng :
    I ρdx I ρ
    UA = dU = d = d
    ∫∫
    2X
    XA xAx A
    Nếu dịch chuyển điểm A đến gần mặt của vât nối đất ta có điện áp cao nhất đối với đất Uđ :
    I.ρ
    d
    U =
    d
    2π .X
    d
    Trong đó Xđ là bán kính của vật nối đất hình bán cầu.
    Ở đây ta xem bản thân vật nối đất có bán kính Xđ như vật mà các điểm của nó có điện áp như nhau. Giả thiết này dựa trên cơ sở vật nối đất có điện dẫn rất lớn (Ví dụ : điện dẫn của thép gần như bằng 109 lần điện dẫn của đất)
    Ta có thể viết : Hình 2.4: Dòng chạm đất đi vào UX đất qua bản cực bán cầu
    Ad
    =
    UX
    dA
    d
    Hay : U = U .X
    Ad
    X
    A
    Thay tích Uđ . Xđ= K (là một hằng số ứng với những điều kiện nhất định) ta có
    K
    phương trình hyperbol sau : UA =
    X
    A
     Giáo trình An Toàn Điện Trang
     
    + Như vậy, sự phân bố điện áp trong vùng dòng điện rò trong đất đối với điểm vô cực ngoài vùng dòng điện rò có dạng hyperbol.
     
    + Tại điểm chạm đất trên mặt của vật nối đất ta có điện áp đối với đất là cực đại.
     
    + Không riêng gì vật nối đất có dạng hình bán cầu mà ngay đối với các dạng khác của vật nối đất như hình ống, thanh, chữ nhật... cũng đều có sự phân bố điện áp gần giống hình hyperbol.
     
    Dùng cách đo trực tiếp điện áp từng điểm trên mặt đất quanh chỗ chạm đất ta cũng vẽ được đường cong phân bố điện áp đối với đất trong vùng dòng điện rò trong đất có dạng hyperbol. 32
    + Khi x = r0 I ρ 8
    d
    Ta được Ur0 == Ud: gọi là
    2π .r    110 20
    0
    điện thế đất (điện thế tại bề mặt điện cực)           Hình 2.5: Đường cong chỉ sự phân bố điện áp của các điểm trên mặt đất lúc
    Đặt Rd =ρ : gọi là điện trở có chạm đất.
    2π .r
    0
    nối đất của điện cực kim loại bán cầu. Rđ chỉ phụ thuộc vào điện trở suất ρ của đất không phụ thuộc vào điện trở kim loại. Rđ còn gọi là điện trở tản. Trong thực tế điện trở suất của kim loại rất nhỏ so với điện trở suất của đất vì thế có thể xem điện cực là đẳng thế. Lúc này điện thế trên bề mặt kim loại là:
    Umax = Uđ = Iđ. Rđ
    + Khi x > 20m thì có thể xem như ngoài vùng dòng điện rò hay còn được gọi là những điểm có điện áp bằng không
    + Trong vùng gần 1m cách vật nối đất chiếm 68% điện áp rơi
    Những nhận xét trên đây cũng đúng với các loại điện cực khác, chỉ có hàm phân bố điện thế là khác (công thức khác)
    2.8. ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC VÀ ĐIỆN ÁP BƯỚC
    2.8.1. Điện áp tiếp xúc
    Trong quá trình tiếp xúc với thiết bị điện, nếu có mạch điện khép kín qua người thì điện áp giáng lên người lớn hay nhỏ là tuỳ thuộc vào điện trở khác mắc nối tiếp với người.
    Điện áp đặt vào người (tay-chân) khi người chạm phải vật có mang điện áp gọi là điện áp tiếp xúc. Hay nói cách khác điện áp giữa tay người khi chạm vào vật có mang điện áp và đất nơi người đứng gọi là điện áp tiếp xúc.
     Giáo trình An Toàn Điện Trang
    Vì chúng ta nghiên cứu an toàn trong điều kiện chạm vào một pha là chủ yếu cho nên có thể xem điện áp tiếp xúc là thế giữa hai điểm trên đường dòng điện đi mà người có thể chạm phải.
    Hình 2.6:
    Trên hình 2.6 vẽ hai thiết bị điện ( động cơ, máy sản xuất...) có vẽ máy được nối với vật nối đất có điện trở đất là Rđ. Giả sử cách điện của một pha của thiết bị 1 bị chọc thủng và có dòng điên chạm đất đi từ vỏ thiết bị vào đất qua vật nối đất. Lúc này, vật nối đất cũng như vỏ các thiết bị có nối đất đều mang điện áp đối với đất là :
    Uđ = Iđ.Rđ Trong đó , Iđ là dòng điện chạm đất. Tay người chạm vào thiết bị nào cũng đều có điện áp là Uđ trong lúc đó điện áp của chân người Uch lại phụ thuộc người đứng tức là phụ thuộc vào khoảng cách từ chỗ đứng đến vật nối đất. Kết quả là người bị tác động của hiệu số điện áp đặt vào tay và chân, đó là điện áp tiếp xúc : Utx=Uđ –Uch Như vậy, điện áp tiếp xúc phụ thuộc vào khoảng cách từ vỏ thiết bị được nối đất. Trường hợp chung có thể biểu diễn điện áp tiếp xúc theo biểu thức : Utx= α. Uđ trong đó α là hệ số tiếp xúc (α≤1) Trong thực tế điện áp tiếp xúc thường bé hơn điện áp giáng trên vật nối đất.
    Hình 2.7: Phân bố thế của các điểm trên mặt đất
     Giáo trình An Toàn Điện Trang đứng trên mặt đất gần chổ chạm đất thì hai chân người thường ở hai vị trí khác nhau cho nên người sẽ bị một điện áp nào đó tác dụng lên đó là điện áp bước. Điện áp bước là điện áp giữa hai chân người đứng trong vùng có dòng
    chạm đất. Gọi Ub là điện áp bước ta có :
    Ub =Uch1 -Uch2
    Trong đó : Uch1, Uch2 là điện áp đặt vào hai chân người.
    Hay nếu chân thứ nhất đứng ở vị trí cách điểm chạm đất là x còn chân thứ hai ở vị trí (x+a) thì :
    x + a
    Id.ρ dx Id.ρ⎛ 11 ⎞ Id.ρ .a
    Ub=Uch1 –Uch2 =Ux+Ux+a = 2 = ⎜− ⎟=
    2π x2π⎝ xx + a ⎠ 2π x(x + a)
    x
    Trong đó: a là độ dài khoảng bước của chân người, thường lấy a = 0,8 m.
    Từ công thức trên ta thấy càng xa chỗ chạm đất thì điện áp bước càng bé (khác với điện áp tiếp xúc). Ở khoảng cách xa chỗ chạm đất 20m trở lên có thể xem điện áp bước bằng không.
    Ví Dụ : Nếu có sự chạm đất với dòng chạm đất Iđ =100A ở nơi có điện trở suất của đất là ρ=104Ohm.cm thì điện áp bước đặt vào người khi người đứng cách chỗ chạm đất 2,2m (220cm) là :
    100.80.104
    Ub == 193V ở đây ta lấy a = 80cm.
    2π .220.300
                            Điện áp bước có thể bằng 0 mặc dầu người đứng gần chỗ chạm đất, đó là trường hợp khi hai chân người đều đặt trên cùng một vòng tròn đẳng thế.
                            Điện áp bước có thể đạt đến trị số lớn vì vậy mặc dù không tiêu chuẩn hoá điện áp bước nhưng để bảo đảm an toàn tuyệt đối cho người, quy định là khi có xảy ra chạm đất phải cấm người đến gần chổ bị chạm khoảng cách sau :
     
    -Từ 4÷5 m đối với thiết bị trong nhà.
     Giáo trình An Toàn Điện Trang
    -Từ 8÷10 m đối với thiết bị ngoài trời.
    Người ta không tiêu chuẩn hoá điện áp bước nhưng không nên cho rằng điện áp bước không nguy hiểm đến tính mạng con người. Dòng điện qua hai chân người thường ít nguy hiểm nhưng với trị số lớn ( trên 100V) thì các bắp cơ của người có thể bị co rút làm người ngã xuống và lúc đó sơ đồ nối điện sẽ thay đổi nguy hiểm hơn.
    2.9. ĐIỆN ÁP CHO PHÉP:
    Trị số dòng điện qua người là yếu tố quan trọng nhất gây ra tai nạn chết người nhưng dự đoán trị số dòng điện qua người trong nhiều trường hợp không thể làm được bởi vì ta biết rằng trị số đó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khó xác định được. Vì vậy, xác định giới hạn an toàn cho người không đưa ra khái niệm “dòng điện an toàn”, mà theo khái niệm “điện áp cho phép”. Dùng “điện áp cho phép” rất thuận lợi vì với mỗi mạng điện thường có một điện áp tương đối ổn định đã biết. Cũng cần nhấn mạnh rằng “điện áp cho phép” ở đây cũng có tính chất tương đối, đừng nghĩ rằng “điện áp cho phép “ là an toàn tuyệt đối với người vì thực tế đã xảy ra nhiều tai nạn điện nghiêm trọng ở các cấp điện áp rất thấp.
    Tuỳ theo mỗi bước mà điện áp cho phép qui định khác nhau :
                             Ba Lan, Thụy Sĩ, Tiệp Khắc điện áp cho phép là 50V
                             Hà Lan, Thụy Điển điện áp cho phép là 24V -Ở Pháp qui định là 24 V -Ở Liên Xô tuỳ theo môi trường làm việc mà trị số điện áp cho phép có thể là
     
    12V, 36V, 65 V.
    2.10. PHÂN LOẠI XÍ NGHIỆP THEO QUAN ĐIỂM AN TOÀN ĐIỆN:
    Môi trường xung quanh như bụi, độ ẩm , nhiệt độ, …ảnh hưởng rất lớn đến tại nạn điện giật vì vậy theo quy định an toàn điện các xí nghiệp (hay nơi đặt thiết bị điện) được chia ra :
    a. Nơi (Xí nghiệp) nguy hiểm: Đó là nơi có một trong các yếu tố sau : -Ẩm (độ ẩm tương đốI của không khí vượt quá 75% trong thờI gian dài. -Có bụI dẫn điện (bụI dẫn điện bám vào dây dẫn , hay lọt vào trong thiết bị
    điện) -Có nền,sàn nhà dẫn điện (sàn bằng kim loại, đất, bê tong cốt thép hoặc gạch) -Có nhiệt độ cao (nhiệt độ vượt quá 35 OC trong thờI gian dài hơn 1 ngày đêm.
    -Những nơi mà người đồng thời tiếp xúc với 1 bên là các kết cấu kim loại của nhà cữa, máy móc, thiết bị…đã được nối đất và 1 bên là vỏ kim loạI của các thiết bị điện.
    b.Những nơi (Xí nghiệp) đặc biệt nguy hiểm là nơi có 1 trong các yếu tố sau:
    -Rất ẩm: độ ẩm tương đối của không khí xấp xỉ 100% (Trần, tường, sàn nhà
    và đồ vật trong nhà có đọng sương) -Môi trường có hoạt tính hoá học: Thường xuyên hay trong thờI gian dàichứa hơi, khí,chất lỏng có thể dẫn đến phá huỷ cách điện và các bộ phận mang điện của thiết bị điện. -Đồng thời có từ hai hay nhiều hơn các yếu tố của nơi nguy hiểm đã kể ở trên, ví dụ như vừa ẩm vừa có sàn nhà dẫn điện .
    c. Nơi it nguy hiểm: Là nơi không thuộc 2 loại trên.
     
    CHƯƠNG 3
    3.1. KHÁI NIỆM:
    Phân tích an toàn trong mạng điện là tính toán, xác định giá trị dòng điện qua người trong các điều kiện khác nhau mà người có thể tiếp xúc với mạng điện trong quá trình vận hành lưới điện và thiết bị điện. Quá trình phân tích an toàn mạng điện cũng cần phải đánh giá được các yếu tố khác, cũng như các thông số của mạng điện ảnh hưởng đến tai nạn điện giật.
    Tai nạn điện giật có thể xảy ra khi ta tiếp xúc hai pha hoặc một pha nhưng ở đây ta chỉ xét một pha. Tiếp xúc một pha có thể được xem là chạm đất không an toàn và lúc này dòng điện qua người phụ thuộc vào chế độ trung tính của mạng điện.
    Dòng điện qua người khi người tiếp xúc với vật nối đất có dòng chạm đất đi qua phụ thuộc vào dòng điện chạm đất.
    Dòng điện chạm đất là dòng điện đi qua chỗ chạm đất vào đất phụ thuộc vào các thông số mạng điện và trung tính của lưới.
    Trung tính máy biến áp và máy phát có thể được nối đất trực tiếp hoặc cách điện đối với đất.
    Nếu trung tính máy biến áp, máy phát không nối với các thiết bị nối đất hoặc nối qua thiết bị để bù dòng điện dung trong mạng, qua máy biến điện áp ...hay qua khí cụ có điện trở lớn, được gọi là trung tính cách điện đối với đất. Ngược lại, nếu trung tính nối trực tiếp với thiết bị nối đất hoặc qua một điện trở bé (máy biến dòng) được gọi là trung tính trực tiếp nối đất.
    Theo “Quy trình thiết bị điện” người ta có thể chia ra:
     
    1. Thiết bị có điện áp dưới 1000V (hạ áp)
     
    2. Thiết bị có điện áp trên 1000V (cao áp)
     
                            Thiết bị có dòng chạm đất lớn (Iđ>500A, trong đó Iđ là dòng chạm đất 1 pha), thường là nằm trong mạng có trung tính trực tiếp nối đất.
                            Thiết bị có dòng chạm đất bé (Iđ<500A, trong đó Iđ là dòng chạm đất 1 pha) thường là nằm trong mạng có trung tính cách điện.
     
    3.2. MẠNG ĐIỆN MỘT PHA
                            Mạng điện một pha cách điện với đất
                            Mạng điện một pha có trung tính trực tiếp nối đất.
     
    3.2.1. MẠNG ĐIỆN MỘT PHA CÁCH ĐIỆN ĐỐI VỚI ĐẤT
    Xét mạng điện một pha cách điện đối với đất như hình vẽ (hình 3.1) trong mạng điện này mỗi pha ngoài điện trở cách điện (tác dụng) r1, r2 còn có điện dung đối với đất C1, C2
    2 2 I2 U20 Y         Y 10
    ng
    1 1
    Hinh 3.1: Chạm vào một dây của mạng điện một pha
    Điện dẫn toàn phần của mỗi pha đối với đất Y&1 = g1 + jb1
    Y& 2 = g2 + jb2 Điện dẫn của người 1
    &
    Y =
    ng
    R
    ng Điện dẫn tương đương:
    & &&
    Y = Y + Y
    td 1ng
    Ta có :            U& 10 , U& 20: điệnáp của pha1và pha 2 so với đất & &&
    I1,I2,I3 : dòngđiệnqua Y1,Y2  và qua người Theo sơ đồ thay thế tương đương ta có :
    &&
    Y .Y
    && 2        td
    I = U.
    2
    &&
    Y + Y
    2 td Dòng điện qua người Ing ta có thể tính được như sau:
    &
    &
    & I2.Yng && Y2
    I =       = U.Y
    ng            ng
    &        &&
    Y         Y + Y + Y
    td            12ng
    Trong mạng điện ta có : & = & = & = 1 ; Yng=1/Rng
    Y1Y2 Y&
    Z
    &
    Y
    &&
    Suy ra :           Ing = U.Yng
    &
    2Y + Y
    ng
    &
    &
    =
    Hay Ing U             (3-1)
    &
    2Y + Z
    ng
    Từ công thức 3-1 ta xét các trường hợp sau:
    a) Mạng điện có điện dung bé: Đây là các đường dây trên không có điện áp <1000V chiều dài ngắn
    111
    &
    Z = & = ≈= Rcd
    Yg + jb g do đó lúc này dòng qua người :
    &
    U
    &
    I =
    ng
    2Y + R
    ng cd
    b) Mạng điện có điện dung lớn:
    u Mạng điện đường dây trên không có điện áp >1000V có cách điện tốt 11 1
    Z == =− jX =−
    Yg + jb C ω c Từ đó xác định được trị hiệu dụng của dòng điên qua người: U
    &
    I =
    ng
    22
    ( 2R )+ X
    ng C
    v Với mạng điện dây cáp dài có điện áp bé hơn 1000V phải tính đến điện dẫn
    của cách điện và cả điện dung Khi người chạm vào dây 1 thì điện trở của dây dẫn 1 lúc này sẽ là: R = r1 // Rng Do vậy điện áp của dây dẫn 1 sẽ thay đổi từ U1 đến U’1, và điện áp của dây
    dẫn 2 cũng sẽ thay đổi từ U2 thành U’2. Đây chính là nguyên nhân sự phóng và nạp điện tích của C1 và C2. t Δ U R ng .(C1 + C2)
    Dòng điện qua người: Ing = .e R
    ng
    Ngoài ra, còn có dòng điện chạy qua điện trở cách điện qua người:
    U.r
    1
    I =
    ng
    (r1 + r2 ).R ng + r1.r2
    Vậy dòng điện qua là tổng hợp hai thành phần dòng điện trên.
    3.2.2. MẠNG ĐIỆN MỘT PHA CÓ TRUNG TÍNH TRỰC TIẾP NỐI ĐẤT
    Xét mạng điện 1 pha có trung tính nối đất như hình vẽ
    u Ở trạng thái làm việc bình thường với tải Zt
    -Nếu người chạm vào pha cách điện đối với đất một cách gần đúng có thể xác
    định dòng qua người : U
    &
    I =
    ng
    R + R
    0 ng
    -Nếu người chạm vào pha nối đất thì dòng qua người : Δ U IZ
    & bv d
    I =       =
    ng
    RR
    ng ng
    Trong đó : Zd : Tổng trở đoạn dây từ người đến chỗ chạm. ΔU : Điện áp rơi trên đoạn từ nguồn đến chỗ người chạm vào dây Ilv : Dòng điện làm việc.
    * Cho dù người chạm vào điểm b xa nhất thì điện áp trên người cũng không lớn hơn 5% U mạng điện.
    Hình 3.2          a) Chạm vào một dây trong mạng một pha trung tính nối đất b) Chạm vào một dây đồng thời xảy ra ngắn mạch trong mạng một pha trung tính nối đất
    v Trường hợp mạng điện bị ngắn mạch như hình b. Giả sử tiết diện của 2 dây là như nhau thì người chạm tại điểm C thì điện áp đặt vào người là:Ung=U/2. Người chạm càng gần nguồn thì điện áp càng giảm
    Nếu người chạm tại điểm E thì điên áp đặt vào người sẽ là : l
    Z
    U = U
    ng N
    l
    D
    Trong đó : UN : Điện áp tại điểm ngắn mạch một cách gần đúng có thể xem UN=U/2 lZ : Khoảng cách từ nguồn đến vị trí người chạm vào dây ld : Khoảng cách từ nguồn đến điểm ngắn mạch.
    3.3. PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG MẠNG ĐIỆN BA PHA
    3.3.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI MẠNG ĐIỆN BA PHA :
    1− Mạng điện ba pha bốn dây −Trung tính cách điện đối với đất −Trung tính nối đất trực tiếp −Trung tính nối đất qua cuộn kháng nhỏ
    2−Mạng điện ba pha ba dây −Trung tính cách điện đối với đất −Trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang −Trung tính nối đất trực tiếp
    3.3.2. PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG MẠNG BA PHA
    Ta xét mạng điện tổng quát là mạng điện 3 pha 4 dây (như hình vẽ) có trung tính nối đất qua điện trở R0 và điện kháng Xl
    3 2 1
    4
    1
    1
    3
    Ta có :
    -r1, r2, r3, r4 là điện trở cách điện của các dây
    -C1,C2,C3,C4 là điện dung của đường dây đối với đất -Yi là điện dẫn của các dây pha, dây trung tính và trung tính máy biến áp so
    với đất . 11
    Y&1 = g1 + jb 1 =+ jω C1                       Y& 2 = g2 + jb 2 =+ jω C2
    r           r
    1              2
    1          1
    Y& 3 = g3 + jb 3 =+ jω C3                     Y& 4 = g4 + jb 4 =+ jω C4
    r           r
    3              4
    Y& 0 = g0 − jb0 =            1 − j/ ω L điện dẫn người : Y& ng = 1 r0 Rng
    khi người tiếp xúc với một pha (ví dụ pha 1 như hình vẽ) điện áp tiếp xúc đặt vào người là :
    & &&
    U = U − U
    ng 10
    và dòng qua người : &Ing = U& ng.Y& ng = (U& 1 − U& 0).Y& ng
    trong đó : U& 1: Điện áp pha
    U& 0 : Điện áp trung tính đối với đất .
    Ta có:
    && & &&&&
    Σ U& .Y& U1(Yng + Y1) + U2.Y2 + U3.Y3
    &
    U ==
    0
    & &&&&&&
    YY + Y + Y + Y + Y + Y
    12 3 4 0 ng
    Với mạng ba pha đối xứng ta có :
    U& 1 = Uf              U& 1 = a2Uf U& 1 = aU f
    j1201 3
    trong đó : a = e =− + j
    22
    Uf là giá trị tuyệt đối của điện áp pha
    2
    & &&&
    Y + a .Y + a.Y + Y
    1 2 3ng
    Suy ra : U& 0 = Uf
    && && & &
    Y + Y + Y + Y + Y + Y
    12 3 4 0 ng
    Từ đó có thể xác định được điện áp tiếp xúc của người như sau :
    & &&&
    (1− a2 ).Y2 + (1− a).Y3 + Y0 + Y4
    &
    Ung =Uf              (3-2)
    && && & &
    Y + Y + Y + Y + Y + Y
    12 34 0 ng
    Dòng qua người :
    & &&&
    (1− a2).Y2 + (1− a).Y3 + Y0 + Y4
    &&& &
    Ing =Ung.Yng = Uf .Yng (3-3)
    && && & &
    Y + Y + Y + Y + Y + Y
    12 3 4 0 ng
    u Mạng điện ba pha bốn dây trung tính nối đất trực tiếp a.Người tiếp xúc với một pha trong chế độ làm việc bình thường:
    Hình 3.4: Người chạm vào một pha trong chế độ làm việc bình thường
    Trên
    1 hình vẽ ta có điện dẫn trung tính: Y0= = g0 (r0: là điện trở nối đất trung tính)
    r0
    -Trong trường hợp này điện dẫn của dây trung tính nhỏ hơn nhiều so với điện dẫn Y0 của điểm trung tính cho nên có thể xem : Y1=Y2=Y3=Y4 ≈0 cho nên điện áp tiếp xúc của người theo (2-2) đơn giản hơn nhiều :
    &
    Y
    0
    &
    U = U
    ng f
    &&
    Y + Y
    0 ng
    hay U& ng = Uf R ng (3-4)
    R + R
    0 ng
    &
    và dòng qua người là : Ing = Ing = Uf (3-5)
    R + R
    0 ng
    Nhận xét: Trong trường hợp này dòng điện qua người gần như không thay đổi khi điện trở của hệ thống thay đổi. Hay dòng điện qua người không phụ thuộc vào điện trở cách điện.
    b.Tiếp xúc với một pha trong trong trường hợp mạng sự cố :
    Hình 3.5: Chạm vào một pha trong khi pha khác chạm đất
    Giả thiết khi người chạm vào pha 1 và pha 3 chạm đất qua một điện trở nhỏ
    1 Rch và Y1,Y2,Y3,Y4 nhỏ hơn nhiều so vớiY0Ych = tức : Y1=Y2=Y3=Y4 ≈0
    R
    ch
    & (1− a)Y& ch + Y& 0Vậy từ (3-2) ta có : Ung = Uf
    && &
    Y + Y + Y
    0 ch ng
    11 1
    thay Ych = ; Y0 = ; Yng = vào biểu thức trên rồi biến đổi ta rút ra
    R R Rng
    ch 0
    2
    3R + 3R R + R
    0 0ch ch
    được trị hiệu dụng: U = U .R
    ng fng
    RR + RR + RR
    0ch 0ng ngch
    Để đơn giản ta giả thiết : 3RchR0=2
    3 RchR0 ta có :
    3R0 + Rch
    3R0 + RchU ng = Uf .Rng
    = Uf .Rng (3-6) R0 Rch + R0 Rng + Rng Rch R0 Rch + Rng (R0 + Rch )
    3R + Rvà : Ing = Uf
    0 ch (3-7)
    R0 Rch + Rng (R0 + Rch )
    U
    Ta xét hai trường hợp đặt trưng :
    1
    * Khi điện trở chạm đất : Rch = 0 ta có Ung=
    3 Uf tức trong trường hợp này điện áp đặt vào người bằng điện áp dây
    0
    * Khi R0 = 0 ta tính được:Ung =Uf trong thực tế
    0U
    0
    U
    2
    R0, Rch luôn luôn lớn hơn không nên :Ung = U13 - Uch U3 Uch
    Hinh 3.6: Giản đồ vectơ
    3U U U
    suy ra
    f ng f Điều này cũng được minh họa trên giản đồ véc tơ.
    Như vậy tiếp xúc với dây pha trong trong mạng có trung tính trực tiếp nối đất khi có sự cố sẽ nguy hiểm hơn trong trường hợp làm việc bình thường .
    Ví dụ 1: Một người chạm vào một pha của lưới điện ba pha bốn dây 380/220V có trung tính trực tiếp nối đất hãy xác định dòng điện qua người.
    Cho biết : r0=4Ω ; Rng=1000 Ω ; r1=r2=r3=r4=rc1=104 Ω
    1
    c1=c2=c3=c4=c=0,1µ f , hay XC = =32.103 Ω
    ω c 11 1
    Giải: Ta có : Y = 4 + j3 ⟨⟨ Y0 = 10 32 10 4 Do đó có thể coi : Y1=Y2=Y3=Y4=Y≈0 U 220
    f
    Nên: Ing = =≈ 220mA
    R + R 1000 + 4
    ng 0 U 220
    f
    hay nếu bỏ qua R0 thì: Ing == ≈ 220mA
    R 1000
    ng
    Ví dụ 2 : Một người chạm vào một pha của lưới điện ba pha 4 dây có trung tính trực tiếp nối đất, điện áp 380/220V khi pha 3 chạm đất như hình (2-3).
    Biết : R0=4 Ω ; Rng=1000 Ω ; r1=r2=r3=r4=rc1=104 Ω ; c1=c2=c3=c4=c=0,1µ f Hãy xác định các giá trị ứng với các giá trị của điện trở chạm đất Rch=100 Ω ; 50; 4; và 0,5 Ω
    Giải : Với Rch=100 Ω Tương tự ta cũng xem Y1=Y2=Y3=Y4≈0 Dòng điện qua người được xác định theo công thức (3-7)
    3R + R
    3.4 + 100
    0 ch
    I = U  
    = 220.
    = 226mA
    ng f
    RR + RR +     R R 4.100 + 100.1000 + 4.1000
    0ch chng                0ng
    Tương tự với :           Rch = 50 Ω→ Ing = 232mA Rch = 4 Ω→ Ing = 300mA Rch = 0,5 Ω→ Ing = 360mA
    v Mạng điện ba pha ba dây có trung tính cách điện
    a. Tiếp xúc một pha trong chế độ làm việc bình thường
    Hình 3.7: Chạm vào một pha trong chế độ làm việc bình thường
    dây hình (3-7). Y& (1− a2) + Y& (1− a) + Y& + Y&
    2 304
    &
    Áp dụng công thức: Ung = Uf
    & && && &
    Y + Y + Y + Y + Y + Y
    012 3 4 ng Ở đây do không nối đất nên: Y4=Y0=0 . Y& (1− a2) + Y& (1− a)
    23
    U& ng = Uf (3-8)
    && &&
    Y + Y + Y + Y
    123 ng
    &&
    Y (1− a2) + Y (1− a)
    23
    &&
    Suy ra: Ing = Uf .Yng (3.9)
    && &&
    Y + Y + Y + Y
    12 3 ng
    Sử dụng công thức (3-8) và (3.9) để đánh giá mức độ nguy hiểm khi tiếp xúc với một pha trong ba trường hợp sau :
    * Khi điện dung của các pha bằng nhau: C1= C2 = C3 = C và điện trở các cũng pha bằng nhau: R1 = R2 = R3 = R. Đây là mạng điện cáp có điện áp nhỏ hơn 1000V
    Từ (3-8 ) ta có : 2
    & Y& (1− a + 1− a) 3Y&
    Ung = Uf = Uf (vì 1-a2+1-a=3)
    && &&
    3Y + Y 3Y + Y
    1 ng ng
    &
    3Y 1
    &&
    I = U .Y = U.
    ngfng f
    && &
    Suy ra: 3Y + Yng Z (3-10)
    R +
    ng
    3 11 1
    &
    Z == =
    &
    Trongđó : Y g + jb 1
    + jω c
    R
    cd Khi chuyển qua giá tri hiệu dụng ta có : U1
    f
    I =
    ng
    R
    Rcd (Rcd + 6.R ng ) (3-11)
    ng
    1+
    222 2
    9(1+ Rcdω c )R ng
    * Khi : C1 = C2 = C3 = 0 và R1= R2 = R3 = RĐây là trường hợp trong mạng điện áp nhỏ hơn 1000V có chiều dài bé nên bỏ
    qua trị số điện dung. Ở đây Y1=Y2 =Y3 =Y = g =1/Rcd U
    f
    I =
    Theo (3-11) ta có ng Rcd (3-12)
    R +
    ng
    3
    * Khi : C1 = C2 = C3 = C và R1 = R2 = R3 = ∞ Đây là trường hợp của mạng điện áp lớn hơn 1000V.
    Lúc này ta có Y1=Y2=Y3=Y=jb=jωc=1/Z UU
    & ff
    I ==
    thay vào (3-11) ta được: ng 1 Xc (3-13)
    R + R ng − j
    ng j3ω c3 Hay giá trị hiệu dụng :
    X
     
    c U
     
    f
     
    Uf (Rng + j) Ing =
    3
    I =
    2 Xc 2 (3-14)
    ng
    Rng +⎜ ⎟
    2 c2
    R ng + (X )
    ⎝ 3 ⎠
    3 Ví dụ 3: Một người tiếp xúc với một pha của mạng điện 3 pha 3 dây có trung tính cách điện điện áp 380V. Biết Rng=1000 Ω . Hãy xác định dòng điện qua người
    trong hai trường hợp a−Khi C1=C2=C3= 0 và R1=R2=R3=3.103 Ω b−Khi C1=C2=C3= C=0,03µ f hay Xc=100.103 và R1=R2=R3=∞
    Giải:
    a) Ta áp dụng công thức (3-12):
    Ing = 220 = 110mA
    3000
    1000 +
    3 b) Ta áp dụng công thức :(3-14) ta có 220
    Ing =
    = 6,6mA
    3
    2 ⎛ 100.10 ⎞ 2
    1000 +
    3
    ⎝⎠
    b. Tiếp xúc một pha trong chế độ sự cố:
    3
    Giả thiết pha 3 chạm đất mà người tiếp xúc với pha 1, điện trở chạm đất là Rch. Ở đây có thể coi Y4 = Y0= 0 và Ych =1/Rch
    & Ych (1− a)Thay các giá trị này vào (3-9) ta được : Ing = Uf Yng (3-15)
    Y + Y
    ch ng
    Thay: Ych= 1/Ych và Yng=1/Rng và biến đổi ta tính được giá trị hiệu dụng của dòng điện qua người.
    3UUIng =
    f = d (3-16)
    R + RR + R
    ngch ngch
    và điện áp:
    R
    U = IR =
    3Uf ng (3-17)
    ng ngng
    R + R
    ng ch
    Nếu cho Rch ≈ 0 hoặc coi Rch<<Rng thì ta có :
    U ng =
    3Uf = Ud
    Tức là điện áp đặt vào người bằng điện áp dây. Như vậy chạm vào một pha trong tình trạng sự cố ở mạng trung tính cách điện nguy hiểm hơn trong mạng trung tính trực tiếp nối đất.
     
    CHƯƠNG 4
     BẢO VỆ NỐI ĐẤT
    4.1. KHÁI NIỆM CHUNG
    Bảo vệ nối đất là một trong những biện pháp bảo vệ an toàn cơ bản đã được áp dụng từ lâu. Bảo vệ nối đất là 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 với hệ thống nối đất.
    4.2. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA BẢO VỆ NỐI ĐẤT:
    4.2.1. Mục đích: Bảo vệ nối đất nhằm bảo vệ an toàn cho người khi người tiếp xúc với thiết bị đã bị chạm vỏ bằng cách giảm điện áp trên vỏ thiết bị xuống một trị số an toàn.
    Chú ý: Ở đây ta hiểu chạm vỏ là hiện tượng một pha nào đó bị hỏng cách điện và có sự tiếp xúc điện với vỏ thiết bị.
    4.2.2. Ý nghĩa:
    Để hiểu rõ ý nghĩa của bảo vệ nối đất ta xét mạng điện đơn giản sau (H 4.1a).
    R
    đ
    1
    2
    R
    đ Hình 4.1a       Hình 4.1b
    Xét 1 thiết bị làm việc trong lưới điện 2 pha có điện áp U. Giả sử thiết bị điện A trong mạng điện trên được nối bảo vệ với điện trở nối đất
    2
    là Rđ và xảy ra sự cố 1 pha chạm vỏ thiết bị trong lúc người đang tiếp xúc vỏ thiết bị. Điện trở cách điện hai pha tương
    R
    2
    ứng là R1, R2 và xem điện dung của các pha đối với đất là bé
    U
    có thể bỏ qua, ta có sơ đồ thay thế của mạng như ở hình 4.1b.
     R
    U
    ng
    - Điện áp đặt vào người: Ung = I0 . R
    1
    Trong đó:       I0 là dòng điện tổng R là điện trở tương đương: R= R1 // Rng // Rđ
    1
    I
    0
    R
    2
    U U
    RR
    1 ng
    ng
    R1 U
    U = I × R = U. td = U =
    ngo td
    R2 + Rtd 1 ⎛ 111
    R( ) + 1 ⎜⎟
    2 R2 + ++ 1
    R ⎜
    td RRR
    1ng d
    Vì R1, R2 và Rng >> Rđ nên có thể xác định một cách gần đúng: U Rd g2
    U == U.ngR2 gd Và dòng điện qua người là:
    Ung U.Rd U.g2.gngI == =
    ng Rng Rng.R2 gd
    Từ đây ta thấy vì U, R2, Rng là những giá trị tương đối ổn định nên để giảm dòng điện qua người ta cần phải giảm điện trở Rđ .
    Vì vậy ý nghĩa bảo vệ nối đất là tạo ra giữa vỏ thiết bị và đất một mạch điện có điện dẫn lớn làm giảm phân lượng dòng điện qua người (nói cách khác là giảm điện áp trên vỏ thiết bị) đến một trị số an toàn khi người chạm vào vỏ thiết bị đã bị chạm vỏ.
    4.3. CÁC HÌNH THỨC NỐI ĐẤT :
    Có hai hình thức nối đất
    4.3.1. Nối đất tập trung:
    Là hình thức dùng một số cọc nối đất tập trung trong đất tại một chổ, một vùng nhất định phía ngoài vùng bảo vệ.
    Hình 4.2: Nối đất tập trung
                             Phân bố điện áp
                             Sơ đồ mặt bằng nối đất
     
     1. các cực nối đất 2.Dây dẫn nối đất chính 3.Thiết bị điện
    Nhược điểm của nối
    đất tập trung là trong nhiều trường hợp nối đất tập trung không thể giảm được điện áp tiếp xúc và điện áp đến giá trị an toàn cho người.
    Theo hình 4.2a điện áp tiếp xúc khi có sự chạm vỏ khi tiếp xúc với thiết bị 1 là Utx1 nhỏ hơn tiếp xúc với thiết bị 2 (thiết bị 2 đặt xa vật nối đất từ 20m trở lên).
    b)
    Utx1<Utx2=Uđ Với điện áp bước thì ngược lại: Ub1>Ub2. Ta thấy càng xa vật nối đất thì điện áp tiếp xúc càng lớn.
    4.3.2. Nối đất mạch vòng:
    Để khắc phục nhược điểm của nối đất tập trung người ta sử dụng hình thức nối đất mạch vòng. Đó là hình thức dùng nhiều cọc đóng theo chu vi và có thể ở giữa khu vực đặt thiết bị điện (hình 4.3).
    = I.R
    b đđ
    Mặt cắt theo A -B
    Hình 4.3: Nối đất mạch vòng
    Mặt cắt AB (Hình 4.3c) chỉ cách xây dựng đường thế hiệu của mỗi ống nối đất riêng rẽ, và sau đấy cộng tất cả tung độ của các đường cong này lại sẽ xó mạng phân bố điện áp cho hệ thống nối đất trong vùng bảo vệ (đường liền nét).
    Trên hình (4.3a) chúng ta thấy rất nhiều điểm trên mặt đất có thế cực đại (các điểm nằm trên trục thẳng của vật nối đất), cho nên thế giữa các điểm trong vùng bảo vệ chênh lệch rất ít do đó giảm được điện áp tiếp xúc cũng như điện áp bước.
    Lưu ý: Ngoài vùng bảo vệ của mạng nối đất đường phân bố điện áp còn rất dốc nên điện áp bước nguy hiểm. Để tránh điều này người ta chôn các tấm bằng sắt và các tấm sắt này không nối với hệ thống nối đất.
    4.4. LĨNH VỰC ÁP DỤNG CỦA BẢO VỆ NỐI ĐẤT:
    Bảo vệ nối đất được áp dụng với tất cả các thiết bị có điện áp >1000V lẫn thiết bị có điện áp <1000V tuy nhiên trong mỗi trường hợp là khác nhau.
    u Đối với các thiết bị có điện áp > 1000V thì bảo vệ nối đất phải được áp dụng trong mọi trường hợp, không phụ thuộc vào chế độ làm việc của trung tính và loại nhà cửa.
    v Đối với các thiết bị có điện áp < 1000V thì việc có áp dụng bảo vệ nối đất hay không là phụ thuộc vào chế độ làm việc của trung tính. Khi trung tính cách điện đối với đất thì phải áp dụng bảo vệ nối đất còn nếu trung tính nối đất thì thay bảo vệ nối đất bằng biện pháp bảo vệ nối dây trung tính.
    Trong mạng có trung tính cách điện đối với đất điện áp < 1000V thì tùy theo điện áp áp mà chia ra các trường hợp sau:
     
    * Với mạng có trung tính cách điện và điện áp >150V (như các mạng điện 220, 380, 500...) đều phải được thực hiện nối đất trong tất cả các nhà sản xuất và các thiết bị điện đặt ngoài trời không phụ thuộc vào điều kiện môi trường.
     
    * Khi mạng điện có trung tính cách điện đối với đất từ 150V đến 65V (như mạng 110V) thì cho phép chỉ cần thực hiện nối đất:
                 Cho các nhà nguy hiểm đặc biệt, nhà có khả năng dể cháy nổ.
                 Cho các thiết bị điện ngoài trời.
     
    -Cho các bộ phận kim loại mà con người có thể tiếp xúc đến như: tay cầm, cần điều khiển, thiết bị điện.
    * Khi điện áp <65V cho phép không cần thực hiện nối đất bảo vệ trừ các trường hợp đặt biệt.
    4.5. ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT, ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT:
    4.5.1. Điện trở nối đất:
    Điện trở nối đất hay điện trở của hệ thống nối đất bao gồm:
    -Điện trở tản của vật nối đất hay nói chính xác hơn là điện trở tản của môi trường đất xung quanh điện cực. Đó chính là điện trở của đất đối với dòng điện đi từ vật nối đất vào đất.
                             Điện trở của bản thân cực nối đất (điện cực nối đất).
                             Điện trở của dây dẫn nối đất từ các thiết bị điện đến các vật nối đất.
     
    Do nối đất dùng vật liệu kim loại có trị số điện dẫn lớn hơn nhiều so với điện dẫn của đất nên điện trở bản thân của vật nối đất thường được bỏ qua. Như vậy khi nói đến điện trở nối đất, chủ yếu là nói đến điện trở tản của vật nối đất.
    Điện trở của đất được xác định bằng công thức:
    Rđ= Uđ/Iđ Trong đó: Uđ là điện áp đo được trên vỏ thiết bị có nối đất khi chạm vỏ có dòng điện đi vào đất là Iđ.
    Qua phân tích ở trên ta có điện trở của đất phụ thuộc rất nhiều vào điện trở của đất đối với dòng điện đi từ vật nối đất vào đất mà điện trở của đất lại phụ thuôc vào điện trở suất của đất tại nơi đặt nối đất.
    4.5.2.Điện trở suất của đất:
    Điện trở trở suất của đất (ρ) thường được tính bằng đơn vị Ω.m hay Ω.cm
    Do thành phần phức tạp của điện trở suất nên điện trở suất của đất được thay đổi trong một phạm vi rất rộng. Thực tế cho thấy rằng điện trở suất phụ thuộc vào các yếu tố chính sau:
    u.Thành phần của đất: Thành phần của đất khác nhau thì có điện trở suất khác nhau. Đất chứa nhiều muối, axít thì có điện trở suất nhỏ. Các trị số gần đúng của điện trở suất của đất tính bằng Ω.m như sau:
    Cát 7.104 Đất cát 3.10
    4                
     
    ρ
     
    1.10.cm Đất sét, sét lẫn sỏi 1.10
    4                
     
    3,6
     
    Đất đen, đất vườn 0,5.104      3,2
    Đất bùn 0,2.104                   2,8 2,4
    v. Độ ẩm:
    2,0
    Độ ẩm ảnh hưởng rất lớn đến 1,6 điện trở suất của đất. Ở trạng thái 1,2
    0,8
    hoàn toàn khô ráo có thể xem điện trở suất của đất bằng vô cùng. Khi tỉ lệ 0,40
    ϕ% độ ẩm từ 15% trở lên thì ảnh hưởng đến điện trở của đất không đáng kể. Hình 4.4: Sự phụ thuộc của điện trở suất của
    Tuy nhiên, lúc độ ẩm lớn hơn 70-80% đất vào lượng độ ẩm tính bằng phần trăm
    điện trở đất có thể tăng lên. Độ ẩm càng tăng thì ρ càng giảm.
    w. Nhiệt độ:
    Khi nhiệt độ hạ xuống quá thấp sẽ làm cho đất như bị đông kết lại và do đó ρ tăng lên rất nhanh. Khi nhiệt độ < 1000C thì ρ giảm xuống vì các chất muối trong đất được hòa tan dễ. Khi nhiệt độ > 1000C nước bị bốc hơi và ρ của nước tăng lên.
    x. Độ nén của đất:
    Tức là đất có được nén chặt hay không, đất được nén chặt tức là mật độ lớn nên ρ của đất giảm.
    Điện trở suất của đất không phải là một trị số nhất định trong năm mà thay đổi theo mùa do ảnh hưởng của độ ẩm và nhiệt độ của đất. Do đó làm cho ρ của hệ thống nối đất cũng thay đổi. Vì vậy trong tính toán nối đất người ta phải dùng khái niệm điện trở suất tính toán của đất, đó là trị số lớn nhất trong năm.
    ρtt = Km
    Trong đó:
    ρ : Trị số điện trở suất đo trực tiếp được.
    Km : Hệ số tăng cao hay hệ số mùa có thể tham khảo ở bảng 4.1 sau:
    10 20 30 4050 60
    Bảng 4-1

     

    HÌNH THỨC NỐI ĐẤT
    K1
    K2
    K3
    - Thanh dẹt chôn nằm ngang cách mặt đất 0,5m
    6,5
    5
    4,5
    - Thanh dẹt chôn nằm ngang cách mặt đất 0,8 m
    3,0
    2,0
    1,6
    - Cọc thép, ống thép, thép góc đóng sâu cách mặt đất 0,5-0,8m
    2,0
    1,5
    1,4
     

     

    (Chú thích: K1; K2; K3 là do khi đất ẩm, khi đất ẩm trung bình, khi đất khô)
    4.6. CÁC QUY ĐỊNH VỀ ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT TIÊU CHUẨN:
    Điện trở nối đất an toàn của hệ thống không được lớn hơn các trị số nối đất tiêu chuẩn đã được quy định trong các quy phạm cụ thể:
    u. Đối với các thiết bị điện áp > 1000V có dòng chạm đất lớn (>500A) như các thiết bị điện ở mạng điện có điện áp từ 110kV trở lên thì điện trở nối đất tiêu chuẩn:
    Rđ 0,5Ω
    Với các mạng có dòng chạm đất lớn này, khi có sự chạm đất (chạm vỏ) thì điện áp trên vỏ thiết bị so với đất (đã thoả mãn điều kiện Rđ ≤ 0,5Ω) vẫn có thể đạt trị số lớn (hàng trăm thậm chí hàng ngàn vôn) nhưng khi có cân bằng thì điện áp tiếp xúc không vượt quá 250-300V. Rõ ràng điện áp này vẫn nguy hiểm cho người nhưng với cấp điện áp này thì khi có sự chạm đất, chạm vỏ thì rơle bảo vệ sẽ tác động cắt nhanh phần sự cố. Mặt khác, với cấp điện áp này không cho phép con người tiếp xúc trực tiếp (khi không có thiết bị bảo vệ) với thiết bị khi chưa cắt điện nên xác suất người bị điện giật rất bé.
    Trong mạng điện có dòng chạm đất lớn, bắt buộc phải có nối đất nhân tạo trong mọi trường hợp không phụ thuộc vào điện trở nối đất tự nhiên. Ngay cả khi điện trở nối đất tự nhiên thoả mãn yêu cầu (Rđ ≤ 0,5Ω) vẫn phải thực hiện nối đất nhân tạo trị số điện trở nhân tạo không được lớn hơn 1Ω (Rnt 1Ω ).
    v. Đối với các thiết bị điện có điện áp >1000V có dòng chạm đất bé (<500 A) như các thiết bị ở mạng điện 3-35kV thì quy định điện trở nối đất tiêu chuẩn tại thời điểm bất kỳ trong năm như sau:
    * Khi hệ thống nối đất chỉ dùng cho các thiết bị có điện áp >1000V:
    250VRd I ( nhưng phải thoả mãn :Rđ 10Ω )
    d
    * Khi hệ thống nối đất dùng cho cả thiết bị có điện áp <1000V:
    125VRd (Rđ 10Ω)Id
    Trong mạng có dòng chạm đất bé (mạng có trung tính cách điện) khi có 1 pha chạm đất, các thiết bị rơle bảo vệ thường không cắt phần sự cố. Vì vậy chạm đất 1 pha có thể bị kéo dài làm tăng xác suất người tiếp xúc với điện áp nguy hiểm. Do dó người ta mới qui định điện áp lớn nhất cho phép trên hệ thống nối đất là 250V (khi điện áp > 1000V) và 125V (khi điện áp <1000V) với dòng chạm đất là Iđ.
    w Đối với các thiết bị điện trong các mạng có điện áp < 1000V có trung tính cách điện thì điện trở nối đất tại mọi thời điểm trong năm không quá 4Ω.
    Riêng với các thiết bị nhỏ mà công suất tổng của máy phát điện hoặc máy biến áp có công suất không quá 100KVA thì cho phép: Rđ 10Ω
    Đối với các thiết bị có điện áp > 1000V có dòng chạm đất bé và các thiết bị có điện áp < 1000V có trung tính cách điện nên sử dụng nối đất tự nhiên có sẵn. Nếu trị số của điện trở nối đất tự nhiên nhỏ hơn trị số của điện trở nối đất tiêu chuẩn mà qui phạm đã qui định thì cho phép không cần phải thực hiên nối đất nhân tạo.
    Chú ý trong các trường hợp có nhiều thiết bị điện có điện áp khác nhau nên thực hiện nối đất chung. Trị số điện trở nối đất chung cần phải thỏa mãn yêu cầu của hệ thống nối đất nào đòi hỏi điện trở nối đất có giá trị nhỏ nhất.
    x Đối với đường dây tải điện trên không:
    Với các đường dây tải điện trên không ta phân biệt các trường hợp sau:
    * Khi điện áp của mạng điện U≥ 110KV. Trong trường hợp này thì nối đất ở các cột điện chỉ để chống sét và qui phạm không yêu cầu nối đất bảo vệ các cột điện ở các mạng có dòng chạm đất lớn này vì:
    -Trong các mạng điện này (có U≥110KV) khi có sự chạm đất thì rơle bảo vệ tác động cắt nhanh sự cố với thời gian từ 0.12-0,8 sec nên xác suất người bị điện giật do điện áp tiếp xúc là rất bé.
    -Vì dòng điện chạm đất trong mạng này rất lớn nên điện áp xuất hiện trên hệ thống cột nối đất cũng rất lớn, do vậy việc thực hiện nối đất cho các cột điện rất phức tạp và tốn kém
    Ví dụ: Với dòng điện chạm đất từ 1,5-2KA và giả sử điện trở nối đất an toàn của cột là 10 Ω thì điện áp trên hệ thống nối đất của cột sẽ có trị số là: U = Iđ .Rđ = 15-20KV.
    * Với các mạng điện có dòng chạm đất bé (mạng 3-35KV có trung tính cách điện).
    Trong mạng này vì dòng chạm đất có trị số bé (thường từ 10-30A) nên điện áp trên hệ thống nối đất cột sẽ có trị số bé do đó có thể bảo đảm an toàn cho người bằng cách nối đất các cột điện (ví dụ: nếu điện trở nối đất của cột điện là 10 Ω. thì điện áp xuất hiện trên hệ thống nối đất là khoảng 100-300V ).
    Như vậy nối đất cột điện ở mạng có dòng chạm đất bé có thể vừa chống sét, vừa bảo vệ an toàn và qui định như sau:
    Phải thực hiện nối đất các cột của đường dây 35KV. Với các đường dây từ 3-22KV cho phép chỉ nối đất các cột trong vùng có dân cư và nối đất các cột các thiết bị chống sét hay thiết bị thao tác đo lường.
    Điện trở nối đất của các cột điện qui định ở bảng 4-2
    * Trong các mạng điện, điện áp < 1000V có trung tính cách điện, các cột thép và bê tông cốt thép phải có điện trở nối đất không quá 50 Ω..
    Bảng 4-2. Điện trở nối đất của cột đường dây cao áp.

     

    Điện trở suất của đất Ω .cm
    Trị số cực đại của điện trở nối đất
    Dưới 104
    10
    Từ 104 -5.104
    15
    Từ 5.104-10.104
    20
    Trên 10.104
    30
     

     

    4.7. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT:
    4.7.1. Cách thực hiện nối đất:
    Trước hết cần phải phân biệt nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo.
    Nối đất tự nhiên là sử dụng các ống dẫn nước, các cọc sắt, các sàn sắt có sẵn trong đất. Hay sử dụng các kết cấu nhà cửa, các công trình có nối đất, các vỏ cáp trong đất ... làm điện cực nối đất.
    Khi xây dựng vật nối đất cần phải sử dụng, tận dụng các vật nối đất tự nhiên có sẵn. Điện trở nối đất của các vật nối đất tự nhiên được xác định bằng cách đo tại chổ hay có thể lấy theo các sách tham khảo.
    Nối đất nhân tạo thường được thực hiện bằng các cọc thép tròn, thép góc, thép ống, thép dẹt ... dài 2 -5m chôn sâu xuống đất sao cho đầu trên cùng của chúng cách mặt đất 0,5 -0,8m. 
    Kinh nghiệm cũng như tính toán cho thấy rằng điện trở nối đất giảm xuống khi tăng độ dài chôn sâu của vật nối đất (vì giảm ảnh hưởng của thời tiết) nhưng lúc chiều dài các cọc vượt quá 5m thì điện trở nối đất giảm xuống không rõ rệt. Đường kính hay bề dày của vật nối đất ảnh hưởng rất ít đến trị số điện trở của vật nối đất. Vì vậy các ống thép đặt trong đất phải có bề dày không được nhỏ hơn 3,5mm, các thanh thép dẹt không được nhỏ hơn 4mm và tiết diện nhỏ nhất không được bé hơn 48mm2 để đảm bảo độ bền cơ học. Các cọc thép chôn thẳng đứng được nối với nhau bằng thanh thép nằm ngang (thường bằng thép dẹt).
    Dây nối đất (hay nối đất trung tính) phải có tiết diện thỏa mãn độ bền cơ khí và ổn định nhiệt, chịu được dòng điện cho phép lâu dài.
    Khi thực hiện bảo vệ nối đất thì tất cả các phần kim loại của các thiết bị điện, của các kết cấu kim loại (vỏ thiết bị, khung, bệ của các thiết bị phân phối điện ... ) mà có thể xuất hiện điện áp khi cách điện bị hư hỏng phải được nối một cách chắc chắn với hệ thống nối đất. Các mối nối của hệ thống nối đất tốt nhất nên thực hiện bằng cách hàn (có thể cho phép nối bằng bulông), mối thiết bị điện phải có một dây nối đất riêng, không cho phép dùng một dây nối đất chung cho nhiều thiết bị.
    Khi thực hiện nối đất mà có sử dụng nối đất tự nhiên nếu trị số điện trở nối đất tự nhiên (Rtn) lớn hơn trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn (Rđ ) thì trị số điện trở nối đất nhân tạo là:
    Rd.Rtn
    Rnt =
    Rtn − Rd
    Mặt khác điện trở nối đất nhân tạo là gồm hệ thống các điện cực (cọc) chôn thẳng đứng có điện trở là RC và thanh nối ngang nối giữa các cọc có điện trở Rn
    Rc.Rn
    Rnt =
    Rc + Rn
     Trong thực tế người ta sử dụng nhiều loại vật nối đất có hình dáng và cách lắp đặt khác nhau với những công thức nối đất tính điện trở khác nhau. Sau đây ta xét một số trường hợp thường dùng nhất.
    u Vật nối đất là thép tròn, thép ống chôn sát mặt đất như hình 4-5 thì điện trở nối đất của một cột là:
    ρ tt 4l
    R1c = .ln
    2.l.π d
    Trong đó: ρtt = ρ (Ω.m) là điện trở suất tính toán của đất Hình 4.5
    d: là đường kính ngoài của cọc nối đất, nếu dùng thép góc thì đường kính đẳng
    trị là: d = 0,95.b (b: là chiều rộng của thép góc ) v Vật nối đất cũng là thép tròn, thép ống nhưng được đóng sâu xuống sao cho
    đầu trên cùng của chúng cách mặt đất 1 khoảng nào đó (Hình 4.6). Lúc này điện trở nối đất của cọc là:
    ρ⎛ 2l1 4t + 1
    R = tt ln + ln
    1C l d2 4t − 1
    Trong đó:
    t: khoảng cách từ mặt đất đến điểm giữa của cọc.
    Hình 4.6
    w Vật nối đất là thép dẹt, thép tròn chôn nằm ngang trong đất (hình 4.7) thì
    ρ
     
    2l
     
    2
     
    điện trở nối đất là: R = tt ln tt lb t
    Trong đó :
     b: là chiều rộng của thanh thép, nếu dùng thép tròn thì thay b=2d
    Hình 4.7
    d: là đường kính
    Một điều cần chú ý khi xác định điện trở nối đất cần phải xét đến ảnh hưởng của nhau giữa các điện cực khi tản dòng điện vào đất. Quá trình tản dòng điện trong đất ở điện cực nào đó sẽ bị hạn chế bởi quá trình tản dòng điện cực từ các điện cực lân cận, do đó làm tăng chỉ số điện trở nối đất ảnh hưởng này được tính bằng việc đưa vào công thức xác định điện trở nối đất một hệ số gọi là hệ số sử dụng.
    Vì vậy điện trở nối đất của n cọc (đóng thẳng đứng) có xét đến hệ số sử dụng:
    R
    R = 1c cn µ c
    Trong đó: R1c : là trị số điện trở nối đất của một cọc. µc : là hệ số sử dụng của các cọc.
    Hệ số µc này phụ thuộc vào số cọc n và tỉ số a/l. Trong đó:
    a : là khoảng cách giữa các cọc chôn thẳng đứng
    l: là chiều dài giữa các cọc.
    Thông thường a/l =1,2,3 Tương tự điện trở nối đất của các thanh ngang khi có tính đến hệ số sử dụng:
    ,
    R
    Rn = n µ
    n
    Trong đó : R’n : là điện trở nối đất của các thanh ngang khi chưa tính đến hệ số sử dụng của các thanh ngang µn
    µn cũng phụ thuộc vào n và a/l.
    Hệ số µn cũng như µc thường cho trong các sổ tay. Rõ ràng µn hay µc luôn luôn nhỏ hơn 1.
    4.7.2. Các bước tính toán nối đất:
    Mục đích tính toán nối đất là xác định hình thức nối đất thích hợp (nối đất tập trung hay mạch vòng), xác định các thông số chủ yếu của hệ thống nối đất (như số lượng, hình dáng cọc, các thanh) xuất phát từ trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn và các điều kiện cụ thể nơi cần lắp đặt.
    Trong các điều kiện cho phép cần thực hiện nối đất theo nối đất mạch vòng.
    Tuy vậy trong các mạng có dòng chạm đất bé nếu điều kiện lắp đặt mặt bằng bị hạn chế thì có thể cho phép nối đất tập trung. Với các mạng có dòng chạm đất lớn bắt buộc phải thực hiện nối đất mạch vòng. Ngoài ra phải thực hiện cân bằng thế (để giảm điện áp tiếp xúc và điện áp bước) trong các mạng điện có dòng chạm đất l lớn này người ta thường đặt thêm các
    thanh nối ngang ở ngay phía dưới các thiết bị có độ sâu từ 0,5-0,7m dưới dạng mặt lưới (hình 4.8)
    Sau khi đã được các số liệu cần
    thiết ban đầu (như mặt bằng, hình dạng, kích thước vật nối đất, chế độ làm việc của điểm trung tính, điện trở nối đất tự nhiên,
    Hình 4.8
    điện trở suất của đất... )
    Các bước tính toán hệ thống nối đất được tính như sau:
    u Xác định điện trở nối đất yêu cầu Rđ.
    v Xác định điện trở nối đất nhân tạo. Nếu có sử dụng điện trở nối đất tự nhiên với trị số là Rtn thì điện trở nối đất nhân tạo cần thiết là:
    R
    Rd tn Rnt = Rtn − Rd
    w Xác định điện trở suất tính toán của đất:
    Ở đây cần chú ý là vì các cọc chôn thẳng đứng và các thanh nối ngang có độ chôn sâu khác nhau nên chúng có điện trở suất tính khác nhau. Cụ thể:
    + Với các cọc ρttc = Kmc
    + Với các thanh nối ngang: ρttn = Kmn.ρ Trong đó:
    -Kmc: là hệ số mùa của các cọc.
    -Kmn: là hệ số mùa các thanh ngang.
    x Theo địa hình thực tế mà bố trí hệ thống nối đất mà từ đó xác định gần đúng số lượng cọc ban đầu và chiều dài tổng của các thanh nối ngang (nvà ln). Ở đây cần
    a
    lưu ý là khoảng cách giữa các cọc không được bé hơn chiều dài các cọc ( ≥ 1).
    l Cũng theo điều kiện và yêu cầu thực tế mà chọn cách lắp đặt, kích thước, hình dạng của vật nối đất... rồi từ đó xác định được điện trở nối đất của một cọc (R1c) theo công thức đã biết.
    y Xác định số lượng cọc cần dùng:
    R
    1c
    n =
    sb
    R µ
    nt c Trong đó:
    µc: là hệ số sử dụng của các cọc phụ thuộc vào số lượng cọc ban đầu (n) và tỉ số a/l.
    Rnt: là điện trở suất nhân tạo yêu cầu khi đã tính đến điện trở nối đất tự nhiên (nếu có).
    Nếu không có sử dụng nối đất tự nhiên thì Rnt bằng trị số nối đất tiêu chuẩn yêu cầu: Rnt = Rđ .
    z Xác định điện trở nối đất của các thanh ngang nối đất giữa các cọc theo công thức đã biết có tính đến hệ số sử dụng của các thanh ngang:
    2
    ρ 2 l
    ttn n
    Rnt =
    µ lb t
    nn
    Trong đó:
    µn: là hệ số sử dụng của các thanh ngang phụ thuộc vào nbđ và a/l.
    ln: tổng chiều dài của các thanh ngang nối giữa các cọc ở đây ta coi đó là một thanh ngang duy nhất.
    { Xác định trị số điện trở nối đất yêu cầu của cọc khi có xét đến điện trở nối đất của các thanh ngang:
    R
    Rn nt
    Rc = Chú ý có bất đẳng thức: Rd ≤ Rnt < Rc
    Rn − Rnt
    | Xác định chính xác số cọc cần dùng:
    R
    1c
    n =
    c
    ,
    R µ
    cc
    Trong đó: µc: hệ số sử dụng của các cọc khi đã biết số cọc sơ bộ nsb.
    Lưu ý là số cọc dùng trong nối đất không được nhỏ hơn 2.
    Phương pháp tính toán hệ thống nối đất ở trên là phương pháp tính toán dựa theo điện trở nối đất tiêu chuẩn (Rđ) với giả thiết là đất thuần nhất có điện trở suất không đổi là ρ nên có sai số nhất định vì trong thực tế điện trở suất của đất thay đổi theo sự thay đổi độ sâu. Vì vậy ngoài phương pháp coi điện trở suất của đất là một số không đổi còn có những phương pháp tính toán nối đất chính xác hơn, trong đó có tính đến sự thay đổi điện trở suất của đất phụ thuộc vào độ sâu của đất.
    Mặt khác, nhằm mục đích tiết kiệm và giảm bớt phức tạp tốn kém khi xây dựng hệ thống nối đất cho các thiết bị có dòng chạm đất lớn. Hiện nay, trong một số trường hợp người ta có thể tính toán hệ thống nối đất theo trị số điện áp tiếp xúc cho phép mà không phải theo trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn như đã trình bày ở trên.
    Ví dụ tính toán hệ thống nối đất:
    Hãy tính toán hệ thống nối đất của trạm biến áp 35/6KV. Lưới 35 và 6KV có trung tính cách điện đối với đất. Phía 35KV có dòng chạm đất 1 pha là: Iđ = 8A, phía 6KV là: Iđ = 25A tự dùng của trạm được cung cấp bằng máy biến áp 6/0,4KV có trung tính nối đất trực tiếp ở phía hạ áp. Điện trở suất của đất đo được là 86Ω.m . Thiết bị của trạm chiếm diện tích (18 x 8)m2. Biết không có sử dụng điện trở nối đất tự nhiên và cho hệ số mùa của các cọc Kmc = 2, của các thanh ngang Kmn = 3. Giải:
    Ta tính theo các bước sau:
    1.Xác định điện trở nối đất tiêu chuẩn theo yêu cầu của hệ thống nối đất:
    Giả sử ở đây ta dùng hệ thống nối đất chung cho các thiết bị cao áp và thiết bị
    hạ áp.
    - Điện trở nối đất cần thiết của các thiết bị cao áp 35KV là:
    250 250
    Rd1 ≤== 31,4Ω
    I8
    d
    - Điện trở nối đất cần thiết phía 6KV là:
    250 250
    R ≤== 10Ω
    d2
    I 25
    d
    - Khi dùng cho cả thiết bị cao áp và hạ áp :
    250 125
    R ≤ == 5Ω
    d3
    I 25
    d
    Điện trở nối đất của trung tính máy biến áp tự dùng 6/0,4KV qui định là ≤ 4Ω. Như vậy điện trở nối đất chung cho toàn trạm lấy theo trị số bé nhất là 4 Ω.
    Rđiện = 4 Ω
    2. Xác định điện trở nối đất nhân tạo:
    Ở đây vì không có sử dụng nối đất tự nhiên nên ta có điện trở nối đất nhân tạo bằng trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn0: Rnt = Rđ = 4Ω
    3.Xác định điện trở suất tính toán của đất:
    Với các cọc : ρttc = Kmc.ρ = 2.86 = 172 Ω.m Với các thanh ngang: ρttn = Kmn.ρ = 3.86 = 258 Ω.m 
    4. Dự định:
    Hệ thống nối đất, trạm dùng cho các cọc thép tròn đường kính 12mm, dài 5m đóng cách nhau 5m và các thanh nối ngang nối các cọc đặt ở độ sâu 0,7m.
    Dự kiến mạch vòng nối đất là: 2.(20+10) = 60m
    Như vậy chiều dài của thanh
    Hình 4.9: Mặt bằng hệ thống nối đất
    nối ngang là:
    1. Diện tích đặt thiết bị (18x8m2)Ln = 60m, tỉ số a/l = 1 và số 2. mạch vòng nối đất
    lượng cọc ban đầu là: n = 60/5 = 12. 3. Hàng rào Điện trở nối đất của 1 cọc nối đất thẳng đứng theo cách lắp đặt trên là:
    ρ ttc 2l1 4t + l
    R1c = ln + ln
    l d2 4t − l ρ ttc = 172 Ω m 5
    t = 0,7 += 3,2 m
    2 172 2 5 14 3,2 + 5
    R1c = ln + ln = 38,8 Ω
    5 12 10324 3,2 − 5
    5. Xác định số lượng cọc:
    R
    1c
    n =
    sb
    R µ
    nt c
    Trong đó: Rnt=Rđ = 4 Ω ; µc tra bảng theo nsb = 12 và a/l = 1.
    38,8
    == 17,1 cọc
    nbd
    4 0,57
    6. Xác định điện trở nối đất của các thanh ngang:
    ρ ttn l2 2
    n
    R = .
    n
    µ lb t
    nn
    Ta có: n = 60m; b = 40.10-3m; trung tính = 0,7m. µn = 0,326 tra bảng theo n = 17 và a/l = 1.
    2
    258 2 60
    R = ln = 25,8Ω
    n
    60 0,326 40  10− 3  0,7
    7. Xác định điện trở nối đất yêu cầu của các cọc sau khi xét tới điện trở nối đất của các thanh nối ngang:
    R R 26,8 4
    nt
    R = == 4,7Ω
    c
    R − R 26,8 − 4
    nt
    Dễ dàng ta thấy: Rđ = Rtn = 4< Rc = 4,7 Ω
    8. Xác định số lượng cọc cần thiết:
    R
    1c
    n =
    c
    ,
    R µ
    cc
    Ở đây µc = 0,52 tra bảng theo n = 17 và a/l = 1.
    38,8
    Vậy nc == 15,8
    4,7 0,52
    Kết quả ta lấy n = 16 cọc.
    Như vậy so với dự kiến ban đầu ta phải đóng thêm 4 cọc nữa.
     ..........
    Giáo trình An Toàn Điện Trang
    CHƯƠNG 5  
     
    BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
    5.1. 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.
    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 toàn cho người khi có sự chạm vỏ của 1 pha nào đó bằng cách nhanh chóng cắt phần điện có sự chạm vỏ .
    5.2.2. Ý nghĩa:
    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. Điều này có thể giải thích bằng ví dụ sau:
    * Giả sử ta có mạng điện 3 pha 4 dây trung tính trực tiếp nối đất, điện áp nhỏ hơn 1000 V như hình 4-1 và giả thiết ta vẫn bảo vệ an toàn cho người là bảo vệ nối đất tức là nối vỏ thiết bị với hệ thống nối đất có điện trở nối đất là Rđ.
    Khi có sự chạm vỏ của 1 pha do cách điện bị hư hỏng (pha ở trong h 5-1) sẽ có dòng điện qua vỏ thiết bị đi vào đất với trị số:
    U
    f
    Iđ =
    R + R
    0d
    Trong đó : -Uf là điện áp pha của mạng điện. RR
    -R0 ,Rđ là điện trở nối đất của trung tính và của thiết bị cần bảo vệ.
    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 (như cầu chì, áp tô mát ...) tác
    Giáo trình An Toàn Điện Trang
    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:
    Uđ = Iđ. Rđ
    Ví dụ: Mạng 380/220 V có trung tính trực tiếp nối đất với R0 = R đ = 4Ω thì.
    220
    Iđ = = 27,5A
    4 + 4
    Dòng điện 27,5 A chỉ có thể làm cho cầu chì có dòng định mức của dây chảy có trị số khoảng 10A tác động.Thực tế dòng định mức của dây chảy có thể lớn hơn trị số 10 A trên nhiều ( trị số đó phụ thuộc chủ yếu vào công suất và chế độ làm việc của các thiết bị điện). Lúc này các thiết bị bảo sẽ không tác động, và trên vỏ thiết sẽ có điện áp nguy hiểm là:
    Uđ = Iđ.Rđ = 27,5 . 4 = 110 V
    Điện áp này có thể tồn tại lâu dài. Ở đây Rđ = R0 nên:Uđ = Uf / 2.
    Nếu Rđ > R0 thì Uđ sẽ lớn hơn.
    * Để có thể giảm Uđ:
    - Giảm Rđ so với R0 nhưng như vậy sẽ không kinh tế.
    -Trong 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 vỏ.
    5.3. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH :
    Nói chung, 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. Tuy vậy cần lưu ý một số điểm sau:
    u.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 .
                             Các thiết bị đặt ngoài trời.
     
    Giáo trình An Toàn Điện Trang
    c. Các bộ phận bằng kim loại của các thiết bị điện mà người thường tiếp xúc như tay cầm, cần điều khiển...
    v. 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.
    w. 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.
    5.4. NỐI ĐẤT LÀM VIỆC VÀ NỐI ĐÂT LẶP LẠI TRONG BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH:
    Khi 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 (chỉ với các nguồn công suất bé 100 KVA ở mạng 380/220 V thì cho phép đến 10Ω).
    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.
    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. Ta hãy phân tích nhiệm vụ đó khi so sánh với trường hợp khi không có nối đất lặp lại.
    A. Trường hợp không có nối đất lặp lại :
    1. Khi dây trung tính không bị đứt (hình 5.2a):
    Giáo trình An Toàn Điện Trang
    Điện áp trên vỏ thiết bị trước chổ đứt: U1 = 0 Điện áp trên vỏ thiết bị sau chổ bị đứt: U2 = U3 = Uf
    B. Trường hợp có nối đất lặp lại dây trung tính:
     1. Khi dây trung tính không bị đứt (hình 5.3a):
    Khi có sự chạm vỏ thì trên thiết bị sẽ có điện áp:
    I .Z
    U2 = Iđ . R2 = N K .R2
    R + R
    0
    U2 < U1
    U1 : Điện áp trên vỏ thiết bị khi không nối đất lặp lại
    R0 : Điện trở nối đất trung tính. R2 : Điện trở nối đất lặp lại. Hình 5.3a
    2. Khi đứt dây trung tính mà có sự chạm vỏ sau chổ bị đứt (hình 5.3b):
     3 2 1 0
    trước chổ bị đứt:
    U4 = Iđ.R0 =
    sau chổ bị đứt:
    R
    l
    U5 = Iđ.R2 =
    Hình 5.3b
    U4+U5=Uf ; Uf - Điện áp pha. Ta thấy khi có nối đất lặp lại dây trung tính thì sự phân bố điện áp trước và sau chổ bị đứt được đều hơn ( nếu R0 = R2 thì điện áp sẽ bằng Uf / 2). Qua phân tích so sánh trên, rõ ràng ta thấy nối đất lặp lại dây trung tính sẽ giảm rất nhiều mức độ nguy hiểm cho người nhất là khi dây trung tính bị đứt. Quy phạm quy định điện trở nối đất lặp lại dây trung tính trong mạng 380/220 V không được vượt quá 10 Ω
    Cũng cần lưu ý rằng nối đất lặp lại dây trung tính chỉ có tác dụng làm giảm mức độ nguy hiểm cho người nhất là khi dây trung tính bị đứt mà có sự chạm vỏ phía sau chổ bị đứt (vì lúc đó sự cố đó có thể tồn tại lâu dài) nó không thể đảm bảo an toàn
    Giáo trình An Toàn Điện Trang
    tuyệt đối cho người được vì vậy trong mọi trường hợp cần tránh xa dây đứt trung tính vì bất cứ lý do nào.
    Các quy định liên quan đến việc nối đất lặp lại dây trung tính :
    u. 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.
    v. 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.
    w. 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.
    5.5. CÁCH THỰC HIỆN BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH:
    Khi thực hiện bảo vệ nối dây trung tính thì tất cả các phần kim loại của các thiết bị điện, của các kết cấu kim loại (như vỏ thiết bị, khung bệ của thiết bị phân phối điện, vỏ kim loại của cáp...) mà có thể xuất hiện điện áp khi có sự cố chạm vỏ đều phải được nối một cách chắc chắn với dây trung tính. Trên hình 4.4 cho ta một cách thực hiện bảo vệ nối dây trung tính:
    3 2
    Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
    Giáo trình An Toàn Điện Trang
    tính người ta quy định rằng dây trung tính không được đặt cầu chì, cầu dao hoặc các thiết bị đóng cắt khác (trừ trường hợp đặc biệt khi cắt đồng thời các dây pha và dây trung tính). Ví dụ như ở hình 5.5 nếu đặt cầu dao K ở mạch dây trung tính, thì lúc hở mạch (cầu dao K hở) mà người chạm vào vỏ thiết bị có nối dây trung tính sẽ có dòng điện nguy hiểm qua người ngay cả khi cách điện tốt.
    v. Quy định rằng dây nối trung tính bảo vệ phải dùng một dây riêng, dây này không được đồng thời dùng làm dây dẫn điện, như hình 5.6: w.Trong mạng có trung tính trực tiếp nối đất, nếu vì một nguyên nhân nào đó mà bị mất trung tính, người ta không cho phép dùng đất như một dây dẫn (hình 5.7).
    1
    3 2 1
    0
    Nối sai
    Nối đúng
    Hình 5.6
    Chỗ dễ bị đứt gây nguy hiểm cho người
    x. Khi xây dựng đường dây hạ áp phải chú ý bố trí dây trung tính nằm dưới dây pha, vì nếu bố trí trên dây pha có thể gây nguy hiểm. Hình 5.8:
    y. Các dây nối bảo vệ (nối từ dây trung tính đến vỏ thiết bị) theo độ bền cơ học và chống ăn mòn phải có kích thước tối thiểu
    Hình 5.7
    0 3 2 1
    Hình 5.8:
    Bảng 5.1
    Tiết diện tối thiểu (mm2) của dây nối bảo vệ bằng đồng và nhôm trong các thiết bị có điện áp nhỏ hơn 1000 V.

     

    Loại dây nối bảo vệ
    Đồng
    Nhôm
    1. Dây trần khi đặt hở
    4
    6
    2. Dây bọc cách điện
    1,5
    2,5
    3. Lõi cáp hoặc dây dẫn nhiều sợi trong
    1
    1,5
    cùng một vỏ chung
     
     
     

     

    z. Trong việc sử dụng vỏ kim loại của cáp vào mục đích bảo vệ nối đất và bảo vệ nối dây trung tính cần chú ý:
    Giáo trình An Toàn Điện Trang
    Qua tính toán người ta nhận thấy rằng vỏ nhôm của cáp có thể sử dụng làm dây trung tính và dây nối bảo vệ vì nó có đủ độ dẫn điện cần thiết còn vỏ chì của cáp thường có độ dẫn điện kém hơn nên không được sử dụng làm dây trung tính hoặc dây nối bảo vệ. Ngược lại vỏ nhôm của cáp lại không được sử dụng như một điện cực nối đất (khi nó đặt trong đất) vì bên ngoài vỏ nhôm của cáp thường có lớp phủ cách điện bên ngoài (để bảo vệ nhôm chống sự ăn mòn) còn vỏ chì của cáp lại có thể sử dụng được như một điện cực nối đất khi có cáp đặt trong đất không nhỏ hơn 2.
    5.6. TÍNH TOÁN BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH:
    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 chạm vỏ) phải đủ lớn, cũng như dòng điện định mức của các thiết bị bảo vệ phải chọn thích hợp. Nếu do dòng chạm vỏ bé hay dòng định mức của các thiết bị bảo vệ chọn không đúng (quá lớn) thì các thiết bị bảo vệ có thể không tác động hoặc tác động chậm gây nguy hiểm cho người vì lúc đó trên vỏ thiết bị sẽ có điện áp :
    U = IN.ZK
     IN : Dòng điện chạm vỏ (ngắn mạch) .
     ZK: Tổng trở của dây trung tính từ nguồn đến điểm ngắn mạch.
    Muốn tăng dòng điện chạm vỏ IN lên đến một giá trị đủ lớn để các thiết bị bảo vệ cắt nhanh và chắc chắn thì phải tìm cách giảm hợp lý tổng trở của mạch ngắn mạch pha-trung tính. Tổng trở của mạch pha trung tính này bao gồm tổng trở của dây pha, dây trung tính, và cả tổng trở của máy biến áp nguồn. Trong đó, tổng trở của máy biến áp đối với dòng ngắn mạch 1 pha này là gồm cả tổng trở mạch từ của nó chứ không phải chỉ là tổng trở của cuộn dây.
    Tổng trở của máy biến áp đối với dòng ngắn mạch 1 pha có ảnh hưởng lớn đến trị số của dòng ngắn mạch, mà tổng trở của máy biến áp lại phụ thuộc vào tổ nối dây của máy biến áp. Nhận thấy rằng tổng trở của máy biến áp 3 pha đối với dòng ngắn mạch 1 pha sẽ lớn nhất khi các cuộn dây của nó nối Y/Δ, còn sẽ nhỏ hơn nhiều khi nối Δ/Y vì vậy muốn tăng dòng IN thì nên dùng sơ đồ Δ/Y0.
    Ví dụ máy biến áp Liên Xô có công suất định mức 400 KVA nên nối Y/Y0 thì tổng trở đối với dòng ngắn mạch một pha là: ZB = 0,065 Ω, còn cũng với máy biến áp đó nếu nối Δ/Y thì ZB chỉ bằng 0,022 Ω
    Ngoài ra cũng có thể tăng dòng ngắn mạch bằng cách tăng hợp lý độ dẫn điện của dây trung tính (tức là giảm điện trở của dây trung tính) vì vậy người ta quy định rằng : trong bảo vệ nối dây trung tính thì độ dẫn điện của dây trung tính không được nhỏ hơn 50% độ dẫn điện của dây pha.
    Xác định dòng điện ngắn mạch 1 pha: Trong mạng điện 3 pha 4 dây có trung tính trực tiếp nối đất có điện áp nhỏ hơn 1000 V thì dòng điện ngắn mạch 1 pha có
    Giáo trình An Toàn Điện Trang
    thể xác định gần đúng như sau: U
    f
    I =
    N
    Z
    B
    Z +
    d
    3 Trong đó: Uf: Là điện áp pha ( V ).
    ZB : Là tổng trở của máy biến áp đối với dòng ngắn mạch 1 pha.
    Zd : Là tổng trở của mạch pha trung tính. Đối với các máy biến áp có
    công suất lớn hơn 630 KVA có thể lấy ZB = 0.
    Tổng trở Zd của mạng có thể xác định như sau:
    22
    Z =
    Rd + Xd
    d
    Rd: Điện trở tác dụng của mạch pha - trung tính (gồm dây pha và dây trung tính).
    Rd = Rf + Rtt
     Rf : Điện trở dây pha.
     Rtt: Điện trở dây trung tính.
     Xd: Cảm kháng của mạch pha - trung tính. 
    Trong nhiều sổ tay về điện người ta thường cho chung một trị số Zd ứng với từng loại mạng cụ thể.
    Để các thiết bị bảo vệ cắt nhanh và chắc chắn khi có sự chạm vỏ bảo đảm an toàn cho người thì dòng ngắn mạch 1 pha phải thỏa mãn bất đẳng thức sau:
    IN ≥ KBV . Iđm
    KBV: Hệ số bảo vệ, là tỉ số yêu cầu giữa dòng ngắn mạch so với dòng định mức của thiết bị bảo vệ . Iđm: Dòng định mức của thiết bị bảo vệ ( cầu chì, áp tô mát ) cụ thể đó là :
    a. Dòng điện định mức của dây chảy cầu chì nếu bảo vệ bằng cầu chì.
                            Dòng điện định mức của bộ phận cắt của bảo vệ bằng áp tô mát có bộ phận cắt hổn hợp (quá tải và ngắn mạch) hay áp tô mát chỉ có bộ phận cắt quá tải (cắt nhiệt).
                            Dòng điện tác động tức thời của áp tô mát chỉ có bộ phận cắt điện từ (cắt ngắn mạch).
     
    Quy định:
    -KBV ≥ 3 nếu bảo vệ bằng cầu chì hoặc áp tô mát có bộ phận cắt quá tải. -KBV = 1,4 nếu bảo vệ bằng áp tô mát có bộ phận cắt điện từ khi dòng điện
    định mức của áptômát ≤ 100A và KBV =1.25 khi dòng định mức của áp tô mát >100A. Trong các xưởng có nguy cơ cháy nổ thì :
    -KBV ≥ 4 nếu bảo vệ bằng cầu chì .
    -KBV ≥ 6 nếu bảo vệ bằng áp tô mát có bộ phận cắt quá tải. Các trường hợp còn lại không thay đổi.
    Giáo trình An Toàn Điện Trang
    Ví dụ: Một đường dây cáp nhôm 4 ruột đặt trong 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 sự làm việc của các thiết bị bảo vệ khi có ngắn mạch một pha (có chạm vỏ) tại điểm xa nhất của mạng điểm C nếu:
     
    1. Mạng được bảo vệ bằng cầu chì với dòng điện định mức của dây chảy bằng 100 A : Iđo = 100 A.
     
    2. Mạng điện được bảo vệ bằng áp tô mát có bộ phận cắt hổn hợp với dòng định mức của bộ phận cắt bằng 80 A.
     
    3. Mạng được bảo vệ bằng áp tô mát chỉ có bộ phận cắt điện từ ( ngắn mạch )
    với dòng điện tác động tức thời bằng 200 A. Cho biết các loại áp tô mát trên đều có dòng định mức lớn hơn 100 A. Sơ đồ mạng:
    AB
    3 x 95 + 1 x 35 3 x 70 + 1 x 35 C
    GIẢI:
    Ta có điều kiện để kiểm tra là :
    IN ≥ KBV.Iđm
    Trước hết ta xác định dòng ngắn mạch IN khi có ngắn mạch tại điểm xa nhất, điểm C là:
    Vớicáp : 3 x 95 + 1 x 35 có Zđo1 = 1,45 Ω/Km.
    Vớicáp : 3 x 70 + 1 x 35 có Zđo2 = 1,59 Ω/Km.
    Vì ở đây công suất định mức của máy biến áp Sđm = 1000 KVA nên một cách gần đúng ta có thể lấy ZB = 0. Tổng trở của mạch pha -trung tính tính từ nguồn ( máy biến áp) đến điểm xa nhất C là: Zd = 1,45 . 0,08 + 1,59 . 0,38 = 0,72 Ω
    Uf 229
    Vậy: IN = = = 306 A.
    Zd + ZB /3 0,72
    Bây giờ ta tiến hành kiểm tra sự làm việc của các thiết bị bảo vệ trong 3 trường hợp đã 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 nếu dùng cầu chì để bảo vệ với Iđo = 100 A thì bảo đảm cắt chắc chắn khi có
    Giáo trình An Toàn Điện Trang
    sự ngắn mạch (chạm vỏ) bảo vệ an toàn cho người .
    * Trường hợp 2:
     Khi dùng áp tô mát có bộ phận cắt hỗn hợp ( có bộ phận cắt nhiệt ) ta có : KBV =3 , Iđm = I0 = 80 A. Vậy: KBV . Iđm=3 . 80 = 240 A < IN=306 A . Do đó bảo vệ cũng sẽ tác động tốt.
    * Trường hợp 3:
    Khi dùng áp tô mát chỉ có bộ phận cắt điện từ, ta có: Iđm = 200 A , KBV = 1,25
    Vậy : Iđm .KBV = 200 . 1,25 = 250 A < IN = 306 A. Do đó bảo vệ cũng sẽ tác động tốt. Tóm lại: Dùng 1 trong 3 phương án trên để bảo vệ sẽ bảo đảm tác động tốt khi
    xảy ra ngắn mạch (chạm vỏ) một pha, vì vậy bảo vệ an toàn cho người
    Giáo trình An Toàn Điện Trang