Kỹ thuật an toàn điện: Phần 2

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu Kỹ thuật an toàn điện tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Một số vấn đề cụ thể và các bài toán cần giải quyết trong an toàn điện; Giới thiệu một số nét về kỹ thuật chống sét mới, xuất hiện gầy đây trên thế giới; Các tiêu chuẩn tham khảo về khoảng cách và điện trở cách điện khi lắp đặt khí cụ và thiết bị điện áp cao. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

PHẦN HAI

• MỘT SỐ VẤN ĐỂ CỤ THỂ VÀ CÁC BÀI TOÁN CẦN GIẢI

QUYẾT TRONG AN TOÀN ĐIỆN

• KỸ THUẬT CHỐNG SÉT MỚI XUẤT hiện gan đây

TRÊN THẾ GIỚI

CHƯƠNG 12

MỘT SÔ VẤN ĐỀ CỤ THỂ VÀ CÁC BÀI TOÁN CAN GIẢI

12.1 MỘT SỐ NÉT TÓM TAT về sự NGUY HIỂM củadòngđiện12.1.1 CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN LÀ NGUYÊN NHÂN CHỦ YỂU

- điện áp tiếp xúc (Uc) : điện áp

đặt vàogiữa hai phầri củacơ thể

- trạng thái của da người : da

nhám hay trơn,khô hay ẩm

- Tình trạng tiếp xúc với đất

: chân không hay chân được đi

giày

Nếu tagọi :

+Ri là điện trở dưới da của các

bộ phận khác nhau tạo nên cơ thể

con người hay điện trở các cơ quan

nội tạng đã tạo ra nên cơ thể con

người (trừ da)

+Zp Jà tổng trởcủa da : tiếp xúc giữa tay và dây dẫn điện, được thểhiện tương đương về phương diện điện là một tập hợp của điện dung và

278

điện trở được nô'i song song nhau; nhữngthực nghiệm cho ta thấynếu điện

áp trên 80V thìđiện dung này bị ngắn mạch, (hình12.1)

Về phương diện thực nghiệm, người ta đã rút ra được kết luận là :

điện trở của cơthể con người làkhoảng 1000 Q.trong những điềukiện sau đây: da ởtrạng thái ẩm,chân không đigiàyvà trong khuvực bị ướt Trong những điều kiện đó, người ta có thể bị nguy hiểm đô'i với điệnáp : 0,025 X

1000 = 25 V Chính vì vậy nên người ta đã cho phép xác định điệnáp giới hạn an toàn là 24V

Điện áp giới hạn [U l ] = 24V

b) Hiệu ứng sinh lý đối với dòng điện xoay chiều 50 Hz.

Dòngđiện gây nên những ảnh hưởng chủyếu sau đây đô’i với sự sông :

hô hấpvà lưu thôngmáu Dòngđiện cũng có thể tạo nên cảm giác nóng rực khi đi qua nội tạng Hiệu ứng sinh lý đô'i với cường độ dòng điện ở ngườithành niên là như sau

- từ 0 đến 0,5 mA : khôngcó cảmgiác gì

- từ 0,5 đến 10mA : cảm giác đaunhẹ, khó chịu; sau đó, tay bắt đầu

đau, cảm giáctay khó rời vậtmang điệndần dần tăng lên

- từ 10mA đến 30mA : cơ bắp bi co cứng, áp suất máu tăng dần taykhó rời đến lúc không thể rời vật mang điện, sự đau đớn tăng đần và khó

thở Thờigian ở các trường hợp trên khôngxác định

- từ 30 mA đến 75 mA : đó là ngưỡng của sự tê liệt hô hấp Giai đoạnnày áp suất máu tảng lên tiếp tục, nhịp thở hỗn loạn đến lúc hô hấpbị tê liệt, tim đập mạnh hỗn loạn đến ngừng đập tứcthời;thể hiện sự làmviệc không bình thường củatim và dẫn đến giai đoạn tim rung, ngừngđập hẳn

Thời gian dòng điện chạytừ 25 đến 30 giây

- từ 75 mA đến 1A : đó là ngưỡng của sự rung tim không thuận nghịch :

và đưa đến ngừng đập hẳn, thêm vào đó có hiện tượng nộitạng nóng nhiều do

có dòngđiệnđi qua khá lớn Thời gian dòng điện chạytừ 0,1 đến0,3 giây

12.1.2 CÁC TRƯỜNGHỢP CHẾT DO ĐIỆN GIẬT:

- Do tiếp xúc trực tiếp : Khi người chạm hay tiếp xúc trựctiep một bộ

1 Tiếp xúc trực tiếp

Trong trườnghợpđiện áp thấp (< 1000V) nguồn điện đưađiện đến các

hộ tiêu thụ điện ở gia đình với thứ cấp của máy biến áp (của Sở điện) đã có

điểm trung tính được tiếp đất; đồng thời điểm trung tính này cũng là điểmxuấtphátcủađườngdâytrungtính (dây N - hình 12.2)

Trong trường hợpsự cố, đấtlà vật dẫn điện sẽ tạo nênvòngdẫn điện

khép kín có dòng điện chạy Ic (hình 12.2) Dòng điện này sẽ chạy qua cơ thể người để xuốngđất và dòng điện này chỉ đượcgiới hạn bởi :

- điện trở cơ thể người Rc

- điện trở tiếp xúc : giữa người - dây điện có điện áp và giữa người -

đất

- điện trở củađất

- điện trởcủa hệ thông tiếp đất(nối đất) của máy biến áp

Tập hợp của các điện trở sẽ gây ảnh hưởng đến trị số của dòng điện

chạy Ic Nhưtrường hợp ở hình 12.2 ta thấy : nguy hiểm chết do điện giật

rấtcaovì điện áp tiếpxúc uc gần bàng 220V của lưới điện 220/380V

Hình 12.2: Giói thiêu hình ảnh khi người tiếp xúc trực tiếp bộ phận có mang điện ap.

1 điện trở tiếp xúc giữa ngưởi - dây điện có điện áp.

2 điện trở cơ thể người Rc

3 điện trở tiếp xúc giữa người - đất.

4 máy biến áp của Sở điện280

2 Tiếp xúc gián tiếp

Hình 12.4 cho ta hình ảnh tiếpxúc gián tiếp

Dòng điện chạyqua cơ thế người Ic tùy thuộc vào điện áp tiêpxúc Uc

và vào điện trở cơ thể Rc- Người ta đang làmviệc ở một chỗ nào đó được

xác định cụ thể sẽ có một điện trở cơthể liên quan đến trạngtháitiếp xúccủangười này với đất

Tiêu chuẩn đã xếp hạng : những điện áp tiếp xúc lớn nhất cho phép hay điện áp giớihạn U l , phụ thuộc vào tình trạng khuvực và thời gian tiếp xúc (xem hình 12.3)

U l= 50 V : đối với một người có

điện trở cơ thể bình thường, da khô

hay ẩm, đi giày, hoạt động trong

những khu vực khô hay ẩm

U l - 25V đối với một người có

điện trở cơ thể yếu, da ướt, chân đi

đất, hoạt động trongkhu vực ẩm ướt

(xem hình 12.3 giới thiệu điện áp tiếp

Người chạm vào vỏ của thiết bị màthiếtbị bị sự cô' chạm mát

Rn - Hệ thốngtiếp đất của trung tính lưới điện

Id - Dòngđiện sự cô'

P e - Dây dẫn bảo vệ : nô'i giữa hệ thống tiếp đâ't bảo vệ của trang

thiết bị Ruvà vỏ kimloại của thiếtbị bị chạm mát

Ru- Hệ thống nối đất bảo vệ của trang thiết bị sử dụng điện

Ic- Dòng điện đi qua cơ thể người

12.1.3 CÁCBÀI TOÁN

Bài toán 1

Trên một đường dây 230/400 V, một người thợ điện muốn kiểm tra

dây dẫn phaxem có cung cấp điện tốt không.Anh tạchạm vào dâypha L3 nhờ một loại dụng cụ thử nghiệm như hình vẽ Dụng cụ này đươc cấu tạo

bởi một bản kimloại, đèn nêôn và một điện trở 56 Kíl đặt liêntiếp nhau, (hình 12.5) Đểthực hiện việc kiểm tra này, anh tađã đặt đôi chânlênnền

lát gạch vuông Như vậy,giông như bất cứ mộtmạch điện nào cũng đều bao

gồm nguồn điện (một máyphát điện)và một mạch vòng kíndẫn điện

1 Hây xác định mạch điện này và hãy vẽ con đường đòng điện Ic đi

là các điện trở tiếp xúc này bằng 0)

4 Anh ta thực hiện việc kiểm tra này lần nữa, lần này anh ta đứng trên chiếc ghế gỗ cáchđiện đối với đất, anh ta sẽ nhận thấy gì ?

5 Anh ta vẫn đứng trên ghê' gỗ, song lần này anh đặt tay kia trên

đường ống nước bằngđồng, nằm cạnh đó, đường ống này từ đất đưa lên

Vậy anh ta sẽ nhận thấy gì ? Hãyvẽ mạch điện đitrong trương hơp này

Bài giải 1

1 Dòng điện sẽ đi qua bản kim loại, đèn nêon, điện trờ 5Ỗ Krt điện

trở cơ thể con người Rc, đất, điện trở của hệ thống tiếp đát dây trung tính

Rn rờiđến điểmtrungtính củalướiđiện

282

2 Dòng điệnđi quacơ thể người :Ic là :

Ic = 230/(56 + 2) 103= 0.0039A (tức là 3,9mA : rõ rànganh ta ít cócảm giác về dòng điện chạy quangười)

3 Ngườithợ điện khônghề nguyhiểm vì:

Uc = 0,0039X 2000= 7,8V

Giá trị này nằm dưới giá trị an 25 toàn V

4 Ghếgỗ cách điện đô'i với đất nên sẽ làm tăng điện trở của mạch

dòng điện đi qua người Vì vậy nên dòng điện đi qua người sẽ bé hơn rấtnhiều so với giátrị đã tính ởtrường hợptrên (0,0039A) và đèn nêonởdụng

cụ thử nghiệm sẽcháy với ánh sáng yếuhơn

5 Khi tiếp xúc với ông nước thì sẽ làm giảm điện trở của mạch dòng

điện điqua người Dovậy, ở trườnghợpnàydòng điện Ic trở nên rất đáng

kể và đạt đến giá trị rất nguyhiểm đến tính mạng Đèn nêon ở đụng cụ thử nghiệm sẽ cháy rất sáng

Hình 12.5. Giới thiệu bài toán 1.

1 Máy biến áp điện lực;

2 Hệ thống tiếp đất dây trung tính Rn phía hạ áp máy biến áp;

3 Đèn nêon; 4 ống nước.

283

Bài toán 2

Anh A bất thình lình chạm vàodây dẫn pha trong thờigian giây

Điện trđ cơ thể của anh ta lúc này là 2000 £1 và không kể đến tất cả các điện trở nô’i nô'i tiếp trong mạch kín của dòng điện đi qua người

anh ta Thứ câ'p của máy biến áp cung câ'p một điện áp 230/400V(hình vẽ 12-6)

1 Giông như mọi mạch điện thông thường, trong mạch này sẽ có nguồn là một máy phát và một mạch vòng dẫn điện Hãyvẽ đường đi của

dòng điện Ictrongmạch này

2 Điện áp nàomà anh A phải chịu

3 Tính toán dòngđiện điqua người Ic của anhA

Anh Acó nguy hiểm không Hiện tượng sinh lý sẽ xảy ranhư thếnào đô'i với anh A

4 Anh B chạm vào dây trung tính Vậy anh B có bị nguyhiểm không,

vì sao ?

Bài giải 2

1 Dòng điện Ic sẽ xuất phát từ L3 rồi trở về điểm trung tính củalưới

điện hạ thế 230/400V, thông qua điện trở cơ thể người anh A là Rc, đất,điện trở của hệ thống tiếpđất dâytrung tính

2 Anh A phải chịumột điện áp là 230V Nếu không kể đến giá trị củađiện trở đất và giá trị của hệ thông tiếp đấtdâytrung tính phíahạ áp củamáy biến áp, thì anh A đã tiếp xúc trực tiếp với dây pha L3 bằng tay và

tiếp xúc với trung tính bằng chân Do vậy người anh ta sẽ chịu điện ápbằng điện áp giữa dâyphaL3 và trung tính N, tức là 230V

3 Anh Asẽ bị điện giật rất nguy hiểm vì :

Ic = 230 : 2000 Q =0,115A hay 115mA

Giá trị này khá lớn, nó có thể tạo nên tim ngừng đập hẳn, nội tạng

nóng nhiều và khả năng dẫn đếntử vong

4 Anh B sẽ không nguy hiểm

Trung tínhvà đất được liên hệ nhau qua một điện trở rất nhỏ, coi như

bằng không Do đó, điếm trung tính và đất đều có điện thế băng không,chính vì vậy nên anh B không hề chịu một điện áp nào; kết quả là không

có dòng điện đi qua người anhB (Ic= 0)

284

Bài toán 3

Sơ đồ sau đây (hình 12.7) là hệ thông điện 230/400V cung cấp cho một thiết bị điện Thiết bị này bị hư hỏng nên có một điện trở rò 30 Q Thiết bị

nối đến hệ thống tiếp đấtcóđiện trở Ru =20 Q Mộtngườicó điện trở Rc =

2000 Q chạm vào vỏ thiết bĩ Điện trở tiếp xúc giữa tay - thiết bị và giữachân - đất rất nhỏ coi như không đángkể

1 Hãy tính toán:

a) Dòng điện sự cố Id

b) Điện áp tiếpxúc Uc

c) Dòng điện đi qua người Ic

Các tổng trở còn lại của mạch vòng sự cố là không đáng kể(điện trởcủa đất và điện trở hệ thốngnối đất của trung tính máy biến áp được xemnhư bằng 0)

2 Người này có nguy hiểm không ?

Bài giải 3

Để đơn giản việc tính toán, trong thực tê' người ta thường không kểđến điện trở của cơthể con người Giá trị của điện trở này là 2000 Q đượcnối song song’với 20 Q sẽ không làm thay đổi một cách có ý nghĩa đối

285

với dòng điện Id Thậtvậy, (2000 X 20)/(2000 + 20) = 19,8 Í1 rõ ràng sấp

sỉvới 20 Q Người ta thực hiện bài toán coi như người không còn chạmvào vỏ

Ic = 92/2000 = 0,046A hay46 mA

2 Cường độ dòng điện qua người là 46mA trở nên nguy hiểm, cường

độ này đã đạt đến ngưỡng của sự têliệt hô hấp, có thề gây tửvong

12.2 CHẾ ĐỘ CỦA TRUNG TÍNH chê' độ TT

12.2.1 BẢO VỆ CON NGƯỜI Đốl VỚI CHẠM ĐIỆN

a) Trường hợp tiếp xúc trực tiếp

Toàn bộ đòngdiện rò đêu chạyquacơthể con người Có hai khả năngbảovệ

286

- Không cắt nguồn cung cấpđiện.

(tăngcường cách điện, sử dụng các rào chắn v.v )

- Cắttự động nguồn cung cấp điện bằng cách sửdụng cấcáp tô mátcó thiết bị bảo vệ so lệch với độ nhạy cao; đó chính là các thiết bị bảo vệ cókhả năng dò tìm và cắt dòng điện sự cố có trị số bé từ 10mA hay 30mA

một cách nhanh chóng

b) Trường hợp tiếp xúc gián tiếp

Chỉ có một phần của dòng điện rò di qua cơ thể con người, song sự

nguy hiểm vần rất nhiều Luôn luôn có hai khả năng bảo vệ :

- Khôngcắt nguồn cung cấp điện; bằng cách dùng vật liệu cấp 2 (hailần cách điện)

■ Cắt tựđộng nguồn cung cấp điợn; trong tình huốhg này, đây là yêu

cầu quan trọng cần nắm rô ché độ trungtínhcủa lưới điện

Hệ thống bảo vệ phải tuân đúng theo những yêu cầu củachế độ trung

tính được chọn hay bắt buộc Sự bảo vệ này là hiện thực nếu như hai điềukiên sau đây được tôn trọng :

- Tất cả các vỏ kim loại của thiếtbị phải đượcnôi đến cùng hệ thống

tiếp đất

- Việc cất tự động nguồn cung cấp điện phải đạt yêu cầu thậtnhanh

chóng, để cho người khôngchịu điện áp nguy hiểm vìchạm vỏ thiết bị bị sự

cố chạm điện ở điện áp quá lớn

ĐỐÌ với tất cả các loại sơ đồ có dây trung tính, thời gian chấp nhận tùy theo điện áp tiếp xúc giã định, phải đượctôn trọng (hình 12.3)

Trong tất cả mọi trường hợp : Uc <U l

12.2.2 ỮNG DỤNG Đối VỚI NHỮNG KHÁC NHAU ở CHẾ ĐỘTRUNG TÍNH : T.T

Sự khác nhau giữa các chế độ trung tính được đặt trongcác mối liênkếtcó thể xảy ra sau đây :

- Ở mức của máy biến áp : trung tính của máy biến áp được nốì đất(hay còn gọilà tiếp đất) hay cách điện đô'i với đất

- Ớ mức vỏ kim loại của thiết bị dùng điện : vỏ thiết bị được nốìđến

hệ thống nối đất haynô'i đến dâytrung tính ,

287

Những quyđịnh liênquanđến mỗi chếđộ trung tính đã được diễn đạtbởi cá,ch thứcthực hiện để đảmbảo cùngmột mứcđộ an toàn.

a) Người sử dụng không phải là chủ sở hữu của máy biến áp :

Để cung cấp điện cho cấc khu dân cư, thông thường, Sở điện lực (là

chủsở hữu máy biến áp) sẽáp đặt chếđộ trung tính

b) Người sử dụng là chủsở hữu củamáy biến áp :

Nếu muôn có được những điều kiện sử dụng thật phù hợp với yêu

cầu, thì ta sẽ phải lựa chọn trong sô' rất nhiều sơ đồ nô'i Đó là trường

hợp ở các nhà máy các bệnh viện, cáctrường học v.v Sự lựa chọn này phụ thuộc vào những điều kiện vận hàng và những đòi hỏi của yêu cầu

T - được nô'i với đâ't

I - cách điện đối với đất hoặc được nối đến đất qua một tổng trở lớn;Xin chú ý : ỉ đây trungtính được nối đến điểm giữa của các cuộc dây thứ

cấp của máy biến áp hạ áp 22KV/0,4KV hay 15KV/0,4 KV, hoặc 10KV/0,4

KVv.v

* Chữ thứ hai chỉ rõ tình trạngcủa vỏ kim loại của thiết bị sử dụngđiệp đối với đất

T : Nối giữa vỏ kim loại của thiếtbịsử dụng điện vớiđất

N : Nối giữa vỏ kim loại của thiết bị sử dụng điện với dây trung tính(dây trung hòa)

* Chữ thứ ba liên quan đến chế độ TN sẽ được đề cập cụ thể ở cáctrangsau

c - trong trường hợpnày, dãy dẫn bảo vệ PE và dây dẫn trungtính

Nđược hỗn hợp hay hòa lẫn vào nhau, mà ngườita thường gọi làPEN

s - trong trường hợp này, dây dẫn bảo vệ PE và dây dẫn trung hòađượctách biệt

288

12.2.4 CHÊ' ĐỘ TT

1 Sơ đồ Hình 12.8 giới thiệu chế độ này Ở đây : trung tính của thứ cấp máy biến áphạ áp, có điện áp 380/230V, đượcnốiđất Rn, đồng thờivỏcủa thiết bị sử dụng điện cũng đượcnối qua đườngdây bảo vệ PE để xuống

hệ thông tiếpđất Ru

Dòng điện sự cô' chạm mát sẽ chạy trong mạch vòng tạo nên bởi các

điện trở : điện trở của hệ thông nối đất của điểm trung tính Rn, điện trởcủa hệ thông nốiđất của thiết bị tiêu thụ điện Ru và đất(hình 12.8)

Điều kiện này bao hàm : quan hệ giữa điện trở của hệ thốngnối đấtcủa vỏthiết bị sửdụngđiện Ru, cường độdòng điện tác động để mởthiết bị

rơle bảo vệ so lệch lânvà điện áp giới hạn U ltheo biểu thức sau :

Ru X líVn — ƯL

289

Tất cả vỏ của các thiết bị sử dụng điện đều được bảo vệ bởi cùng một

thiết bị đóng cắt có rơle bảo vệ so lệch phải được nô'i đến cùng một hệ

thông tiếp đất Chế độ TT được áp đặtđối với hệ thống cung cấp điện xuấtpháttừ lưới điện công cộng có điện áp thấp(< 1000 V) Chỉ có nhữngngười

sứ dụng máy biến áp riêng của mình (như xí nghiệp công nghiệp, bệnh viện, trườnghọc) mới có thể ứng dụng các chế độ trung tính khác, theo yêu

cầu riêng của mình

3 Ưu điểm của chế độ TT

Đó là chế độ trung tính rấtđơn giản được đưa vào vận hànhlưới điện,

đượcdưa vào kiểm travà khai thác

- Dễdàng trong bảo dưỡng : Loại hệ thống trang thiết bị này không yêucầumột người cóchuyên môn đặc biệt, việctìm sự cố tươngđối đơn giản

- Loại trừ được nguy cơ hỏa hoạn : dòng điện ’sự cô rất nhỏ đã nhanh

chóng được ngắt ra bởi bảo vệ so lệch, (người ta đã nhận thấy răng dòng

điện 300 mA trong một sô' điềukiệnsẽ tạonên hỏa hoạn)

- Ý kiến về đảmbảoan toàn của người sử dụng : người ta cảm thấy an

tâm vì sựbảo vệ cho con người đã được thựchiện một cách đảm bảonhờ có

áptômát có bảo vệ solệch

- Ngắt điện cấp bách ở sự cố đầu tiên của cách điện : điều này có thể

tạo nên bất lợi ở môi trường côngnghiệp

- Muôn bảo vệ an toàn cho người đối với những tiếp xúc gián tiếp, thì

hệ thống trang thiết bị tiêu thụ điện cầp phải sử dụng áptômát bố trí bảo

vệ so lệch (DDR)

- Bảo vệ an toàn cho người đối với những tiếp xúc trực tiếp : nếu ta sửdụngcác áptômát có bảo vệ so lệch ờ nhánh rẽ có độ nhạy 500 mA hay 300 mA thì sẽ không đảm bảo an toàn cho người đốivới những tiếp xúc trực tiếp Bảo

vệ trong trườnghợp này có thể sử dụng áptômát có bảo vệ so lệch DDR với độ

nhạy cao (.10 mA).Điềunày có thể thực hiện ởsơ đồ TNS với bảo vệ so lệch.12.2.5 CÁC BÀI TOÁN

Bài toán 1 :Một ngôinhà đượccungcấpbởi một đường dây 3 pha bốn

dây 230/400 : (3 X 400 V + N), nguồn lấytừ lưới điện công cộng(chếđộ TT)

Khí cụ điện bảo vệ là một áptômát có bảo vệ so lệch với độ nhạy 500mA;rơle nhiệt được điểuchỉnh ở 20 A Hệ thốngtiếp đất của ngôi nhà là Ru -

20 Q Hệ thống tiêp đất củamáybiến ápRn là khôngđángkể

290

Tất cà các hộ tiêu thụ điện hay thiết bị sử dụng điện trong gia đìnhđều ở trạng tháikhông làmviệc, người ta bốtrí áptômát Q1 Sau đó ngươi

tathựchiện các thửnghiệm sau đây:

1 Người ta mắc một bóng đèn 230 V công suất 150 w giữa một dây pha và dây trung tính Hăy giải thích xem sẽ xảy ra như thế nào đối với đèn và đốivới áptômát?

2 Người ta mắc bóng đèn tròn giữa trungtính và đất Hãy giải thích

xem sẽ xảy ra hiệntượng gì ?

3 Người ta mắc bóng đèn giữa dây pha và đất Hãy giải thích xem sẽ

rasao ?

4 Trong quá trình đang vận hành, một sự cô’ cách điện thực sự xảy

ra giữa pha và vỏ máy (chạm mát) của máy giặt Kể từ điện áp đặt vào

Uc là bao nhiêu thì sẽ tác động áptômát có bộ phân bảo vệ so lệch,(hình 12.9)

3 Nếu mắc ngọn đèn giữa pha và đất, thì dòng điện đi qua bóngđèn

sẽ là Id = 150/230 = 0,65A hay 650mA Cường độ dòng điện này tương ứng

với dòngđiệnrò cao hơn mứclàmviệccủa áptômát có bảovệ so lệch với độ

nhay 500 mA Đèn chỉ được cung cấp điện và chỉ được cháy sáng trong thờigian rất ngăn rồi tắt vì chỉ trong một thời gian rất ngăn thì áptômát đãlàm việcvà cắtnguồn cung cấp

4 Khi có sự cô' hư hỏng cách điện ở máy giặt, thì áptômát có bảo vệ

so lệch DDR sẽ làm việc kể từ dòng điện lAn/211) Vậy dòngđiện qua dây

PE là :ỈAn/2 =-500/2 = 250 mA = 0,25A, tạo nên điện áp giữa dây BE và đất

là Uc= Ru X ỈAn/2 =20 X 0,25 =5V

*

291

Chú ý : * - Xem thêm phần 12.5.3 đểhiểu rõ đặc tính của DDR.VìDDR

có thểlàmviệc đối với tất cả đòngđiện solệch có giátrị từ ỈAn/2 trởđi

Bài toán 2.

Một xí nghiệp mà chế độ trung tính tương ứng với sơ đồ TT Các máymóc bố trí ở trong phân xưởng được cung cấp điện với điện áp 230/400 V Việcbảo vệ cho cácmáy này được thực hiện thông quacác áptômát có bảo

vệ solệchF1 và F2 : 30A/500 mA Hãy xem xét: ởhình vẽ 12-10

1 Nếumột pha củamáy 1 chạmmátvớimột điện trồ tiếp xúc là 4 íì :+ dòngđiện rò sẽ là bao nhiêu ?

+khingười chạmvào máy này thìngười phải chịu điện áp là baonhiêu?

+Áptômát có bảo vệ so lệchF1có làmviệc để ngắtmạch điệnkhông ?

Vì sao?

2 Máy 2 không được nối đến hệ thống tiếp đất, một dây phabị chạm

vàovỏ máy (chạm mát)

+ Nếu người chạm vào vỏ máysẽ chịu điện áp là bao nhiêu?

+Dòng điện rò là bao nhiêu ?

+Áptômát có bảo vệ so lệch F2 có làm việcđể ngắt mạch điện không,

vì sao ?

292

+ Bộphậnbảo vệ solệch của áptômát sẽ làm việc đểngắt mạch điện,

vì giá trị của dòng điện sựcố nàyrất lớn (5,2 A), lớn hơn nhiều so với giá

trị của bảo vệ so lệch là 500 mA hay 0,5 A

2 Nếucó sự cố chạmmát ở máy2 :

+ Người chạm vào vỏ máy này sẽ phải chịu một điện áp là điện áp

giữa dây pha và đất, tứclà Ưc =Upha = 230 V

+ Dòng điện rò hoàn toàn đi qua người; nếu điện trở của người là

1000 Q (giá trị được dùng để tính toán thôngthườngkhi chưa biết cụ thể),

thìdòngđiện đi qua người sẽ là : Ic = Id = 230/1000 = 0,23 A hay 230 mA.Trong trường hợp này, ta thấy dòng điện 230 mA < 500 mA/2 nên

áptômát có bảo vệ so lệch sẽ không tácđộngđể ngắt dòng điện sự cô' ra khỏi nguồn, kết quả là người sẽ bị tai nạn điện giật có thể đưa đến tửvong

Hình 12.10 Giới thiệu bài toán 2

293

mà người P2 chạm phải vỏ máy, vớiđất.

Cho rằng rơle bảo vệ so lệch thực hiện tácđộng bắt buộc ở những giá

trị nằm trong khoảng :

Iản/2 < Itác động cua bào vệ so lệch < I \n

Nếu Q1 và Q3 được dóng vào lưới, và Q2 : mở

Vậy

1 Điện áp tiếp xúc Ưẹ2 là bao nhiêu ?

294

Anh P2có bịnguyhiểmkhông nếu như anh tachạm vào vỏ máy bằng

kim loại đã được nối đến dâyđẫn bảo vệ ?

2 Chứngminh rằng anh P1 sẽ bị nguy hiểm nếu rửa tay

3 Xác định giá trị mới R’u của điện trở Ru để có thể loại trừ được sự

nguy hiểm đối với người

Bài giải 3 :

1 Dòng điện sự cô': Id = 230/(270 +50 + 30) = 0,657A

Điện áptiếp xúc : Uc2 = 0,657 X50 = 32.8V

Do vậy, điện áp tiếp Uc2 này không nguy hiểm đô'i với anh P2 vì :

Chế độ này gồm có 2 phương án khác nhau do vì có chữ thứba là chay s, tức là : TNC - chế độ dây trungtính chung với PE hay TNS - chế độdây trung tínhriêngbiệt với PE (hình 12.12 và hình 12-13).

đó là cầu chì hay áptômát điện từ; việc cắtnàycó hiệu quả ở sự cô' đầu tiên

do cách điện bị hỏng

Zd X If <Uc

Ở đây : If - dòng điện làm việc tạo nên động táccắtcủa bố trí bảo vệ

trong thời gian đã nêu bởi đường cong an toàn

Ưc-điện áptiếpxúc Nếu có mộtngườichạm vào vỏ kim loạicủa thiết bị

ởlúc xuất hiện sự cố điện, thì khí cụ điện bảo vệ phải cắt nhanhvị tríbị sự cô'

ra khỏi lưới điện để không còn nguyhiểm chongười chạmphải vỏ kim loại

Zd - tổng trở mạch vòng sự cố Thực tế, tổng trở này phụ thuộc vào

chiều dài và tiết diện của dây trung tính

Yêu cầu phải tuyệt đốì tránh việc làm đứt dây dẫn bảo vệ PEN Các

khung kim.loại, các đường cáp hay các phần tử dẫn điện khác không được

sử dụng như là dây dẫnbảo vệ

296

12.3.2 Sơ ĐỒ TỔ HỢP TNC - TNS (Hình 12.14)

(TNC)-(TNS)

Sơ đồTNC luôn luônđược nằm ở phíabêntrên sơ đồ TNS

Trên đường dây dẫn PEN, không bao giờ được bố trí bất kỳ loại bảo

vệ nào, cũng không được bô' trí các thiết bị điều khiển hay thiết bị ngăn

cáchnào

Trong đường cápbên trong của một thiết bị sử dụngđiện (máymóc), ở

sơ đồ TNS, đường dây trung tính không bao giờ được sử dụng như mộtđường đâybảo vệ (hình 12.14)

12.3.3 ƯU ĐIỂMCỬA CHẾ ĐỘ TN

- Tiết kiệm choviệc thực hiện : tiết kiệm mộtdây dẫn ở sơ đồ TNC, ở đây dây bảo vệ PEsẽ đi cùng đường ống dẫn với các dây dẫn pha

- Dễ dàng trong công tác duy tu, và chỉ cần một người công nhân

không yêu cầu bậccaolàcó thể thựchiện côngtác này

- Dễ dàngtrongviệc xác định vị trí sự cố, nhờ việc lựa chọn đúng giữa cácbảo vệ

- Dễ dàng phát triển do vì có thể dùng điện áp dây dẫn và điện áp

pha 230/400V ở trên các bảng phân phối khác nhau

Sơ đồ TN ngày càng được dùng phổ biến đối với hệ thống cung cấpđiện xí nghiẹp, đặc biệt trongcác hệ thống cung cấp có dòng điện rò trở

297

nên quan trọng như : máy tính, điện tử côngsuất, các bếp lớn ở các nhàhàngv.v

Trong các hệ thốngcung cấp điện có yêu cầu cao đòi hỏi phải có các

mạch điện an toàn (các cơ sở côngcộng hay các tòa nhà có chiều cao : cao,

người ta có thể tổ hợp sơ đồ IT với sơ đồ TN Các mạch an toàn có thểđược cung cấp điện từhệ thống cungcấp điện chung TNdo bởi mộtmáy biến áp

mà thứ cấp được mắc tùy theo sơ đồ IT, bằngcách tôn trọngcác điều kiệnđượcbắtbuộc của chế độ này

Sơ đồ TN cũng có thể kếthợp với sơ đồ TT, đó là trường hợp như ví

dụ ở hình sau : (hình 12.15)

Nhữngngười chuyên môn ngành điện rất ưa sử dụng sơ đồ TN, nhưng

sự pháttriền của chế độ TN luôn luôn bị hạn chế bởi nhiềulý đo khácnữa

12.3.4 Ví DỤ VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN VỚI Tổ HỢP CÁC CHẾ ĐỘ TNC - TNS- TT

Sơ đồ hình 12.15 sau đây trình bày ba cấp cung cấp điện :

- Cungcấp điện chính, đảm bảo theo sơ đồ với chế độ TNC, sơ đồ nàychỉ có 4 dây (3dây điện pha và 1 dây trung tính)

■ Phân phối điện cũng thực hiện theo sơ đồ TNC, luôn luôn có 4 dây (3

pha + 1 N)

- Các mạch phân chia và mạch tận cùng cần có mộtsơ đồ với chê' độ

TNS có bảo vệ so lệch : một pha ba dâydẫn (Pha + N + PE) và ba pha năm

đây đẫn (3 Ph + N + PE) ớ trường hợp sau I iy, người ta quay trởvề sơ đồ với chế độ TT,và cầnthiếtphải tôn trongcá (liều kiện vận hành

12.3.5 CẤC BÀI TOÁN

Bài toán 1 :

Chúng ta đã biết rằng ở chê' độ TN sự cô' về cách điện bị hỏng sẽ

tương đương với sự cô' về ngăn mạch giửa dây pha và trung dây tính Bảo vệ cho người đô'i với những tiếp xúc gián tiếp được bảo đảm ở điếu

kiện là đường dây không quá dài Chúng ta muô'n kiểm tra ở sơ đồ sau

đây, nếu trong trường hợp sự cô' do cách điện bị hỏng giữa pha và vỏ

kimloại, chiều dài củađường dây tươnghợp vớisự bô' trí bảovệ điện từ Theo hướng dẫn của tiêu chuẩn UTE C15-105, đề xuất một phương phápđơn giản hóa tínhtoán, cho phép, ta xác định chiều dài tô'i đa của đường

đây

298

ở đây : 1 Hệ thống cung cấp điện chinh (sơ đồ vởi chế độ TNG)

2 Hệ thống phân phối, sơ đồ TNC.

3 Hệ thống điện một pha với bảo vệ so lệch, chế độ chung TT

Ta phảigiả thiết rằng:

- tổng điện áp giữa các điểm A và B (giữa pha và trung tính) là ướctính khoảng 80% điện áp pha

- Sự phân phối điện áp trên mồi một dây dẫn (trong hai dâydẫn) có

mốì liên quan với nhau do bởi sự cô' giống hệt nhau

- Điện kháng của dây dẫn là khôngđángkể so với điện trở của chúng

Để cho việc tính toán có thể châ'p nhận được, ta giả thiết là chiều dài củahai dây dẫn bằngnhau

1 Chiều dài lớn nhâ'tcủa đường dây, đượccho bởi công thức :

T 0,8 X V X Sph Lmax =

2p(l + m) Iđiện từ

- Lmax - chiều dài lớnnhất củađường dây

- V- điện áp phalà 230V, đối với lưới điện 230/400V

- Sph - tiết diện của dây dẫn pha tính bằng : mm2

- p - điện trở suất của đồng (22,5 X 10' Q mm /m) ỏ nhiệt độ bình

thường

- Iđiện từ - cườngđộ dòngđiện đểmở áptômát điện từ

Bằng cách áp dụng định luậtohm, ta có thểtìm lại côngthức đượcchobởi hướngdẫn UTE

2 Áp dụng số học :

Mộtđườngdây dài 150m, tiết diện củadâydẫn pha là35 mm2 và tiết

diện của dây dẫn trung tính là 25mm2 được cung câ'p ở điện áp 240/400V.Bảo vệ cho đường dây này được thực hiện bằng mộtáptômát có cường độ dòng điện định mức là 32A, cườngđộ dòngđiện mở điện từ là : I điện từ=

10 X 32 = 320A

Vây việc bảo vệ cho người đô'i với tiếp xúc gián tiếp có luôn luôn được

đảm bẩo không ?

3 Nếu chiều dài của đường dâybây giờlà 200m

Vậy việc bảo vệ cho người đốivới tiếp xúc gián tiếp có luôn luôn đượcđảm bảo không ?

Nếu khpng luôn luôn được đảm bảo thì giải pháp nào cần được thực

hiện ?

300

2 Bảo vệ cho người đô'i với tiếp xúc gián tiếp, đối với một chiều dài

150m; thay sô'vào tính được :

Lmax = 186m Ta thấy giá trị

186m > 150m, vậy bảo vệ

được đảm bảo

3 Bảo vệ cho người

đô'i với tiếp xúc gián tiếp,

đô'i với chiều dài 200m : ta

thấy rõ ràng bảo vệ sẽ

Lmax = 186m < 200m

Vậy giải pháp cần được

thực hiện là sử dụng hai dây

dẫn có tiếtdiện 35mm2, trong

trườnghợp nàym = 1 và Lmax

= 223m

Hình 12.16

301

Bài toán 2

Bài toán này được trích ra từ tài liệu của Merlin - Gerin, làmnổibật

giá trị của tổngtrở rò tồn tại trên cáp giữa dâydẫn và đất ở tần sô'50HZ.Điềunày sẽ tốtsau khita nghiên cứuchế độ IT

Một lưới điện ba pha gồm có 3 cáp chiều dài lkm có những đặc trưng

sau đây :

- Điện dung rò phân phôi trênmột cáp là : 0,3 p.F/km

- Điệntrở cách điện được phân phốitrên mộtcáp là 10Mfì/km

1 Tính tổng trở cách điện củacáp so với đất

2 Người ta có thể nói gì về sử dụng chế độ IT trong trường hợplưới

điện rất dài ? Đế’ thực hiện tính toán, ta coi như điện trở và tổng trở điện

dung rò được ghép song song với nhau ở điểm trung, tính của thứ cấp máy

biếnáp,(bằng đường nét đứt trên sơđồ)

R: điện trởtương đươngvới Ri, R2,R3 được bố trí songsong

Zc : tổng trở điện dung tương đương với Cl, C2, C3 được bô' trí songsong

Bài giải 2

1 Tông trở cách điện của cáp :

- Điện trởtương đương đưa về điểm giữa củathứcâ'pcủamáy biến áp

2 Trong trường hợp một lưới điện quá dài, chê' độ IT sẽ không thích

hợp, chính vì cách điện của điểm trung tính của máy biến áp sẽ giảm theo chiều đài của đường dây

302

12.4 CHÊ' ĐỘ CỦA TRƯNG TÍNH - IT

12.4.1 Sơ Đổ : hình 12-18 giới thiệu chế độ : IT

Hình 12.18

1 Bộ phận kiểm tra thường xuyên cách điện

2 Thiết bị giới hạn quá điện áp (chống sét)

303

Chế độ này trình bày khả năng duytrì vận hành dẫu rằng xuất hiện

sự cố

Tổng trở mạch vònglớn, do bởi z giới hạn dòng điện sự cố đầu tiên (một trong ba pha có mối quan hệ sự cô' với đất) và tránh được xuất hiệncủamột điện áp tiếpxúcnguyhiểm

12.4.2 ĐIỂU HÀNH VẬNHÀNH

Nóchỉ có thể dùng trongnhữnghệthốngcung cấpđiệntừ một trạm biến

áp riêng Dòngđiện sự cố đầu tiên sẽ không tạo nên sựlàmviệc của bộ phậnbảovệ, vì nó nhỏ, nên không làmxuấthiện điệnáp sự cố nguy hiểm:

Id ắUd/Zn Zn=Ru + Rn + z và Ru+ Rn «< z

Thiết bị kiểm tra thường xuyên về cách điện phải đánh tín hiệu chobiết sự xuất hiện của sự cô' đầu tiên Trong trường hợp xuấthiện sự cô' thứ

hai (ngắn mạch giữa các pha) bảo vệ phải bảo đảm thực hiện tốt do bởi có

bô' trí bảo vệ đô'i với ngắnmạch :

- Bắtbuộc phải lắp đặt mộtthiếtbị giới hạn quá điện áp (hình 12.18)

- Sự giám sát cách điện cần thiết một người làmcông tác bảo dưỡng

phải có chuyên môn

- Tính chấtđẳngthê'củavỏ kimloại phải đượchoàn hảo

12.4.3 BÀI TOÁN : Một hệ thống cung cấp điện được thực hiện phù

hợp với sơ đồ sau đây (hình 12.19)

1 Xác định chê' độ trung tính này, cho những giải thích về sựnối của

trung tính, của vỏ kim loại của thiết bị dùng điện

2 Pha 2 chạm sự cốvới vỏ kim loại của thiết bị tiêu thụ điện2, nhưvậytạo nên sự cô' đầu tiên Người tacho : u = 400V (điện áp giữa cácpha),

z = 1000 Q (tổng trở của lưới bị rò điện), Ru = 10 Q; Rn «< Ru (không đáng kể)

+ Hãy tính giá trị của điện áp sự cố Udi của vỏ thiết bị tiêu thụ điện

1 so vớiđất

+ Làm thê' nào để đánhtín hiệuvề sự cô' đầu tiên này

+ Dịch vụ bảoquản phải tiến hành ra sao ?

3 Sự cố đầu tiên vẫn tồn tại, pha 3 bị chạm sựcô' với vỏ kimloại củathiết bịtiêu thụ điện 1

304

- Hãy giới thiệu trên sơ đồ, đường đi của dòng điện sựcô' Id2 sẽ phải

chạy

- Trongtrường hợp chính xác, khícụ nào sẽ đảm bảo việc bảo vệ cho

người đối với tiếp xúc giántiếp

Bài giải

1 Chế độ trungtính này là chế độ IT

Trung tính được xem như cách điện đối với đâ't, thể hiện ở chữ đầu tiên (I)

Tổng trở z được trình bày như tổng trở đưa vào trongmạch vòng sự cố

để giới hạn dòngđiện Id Tổngtrở z được hiệu chỉnh tùy theo chiều dài củađường dây

Vỏ của thiết bị tiêu thụ điện được nô'i đến đấtđược thể hiện ở chữ thứ

hai (T)

2 Giá trị của dòngđiện sự cốlà :

Id = 230/(1000 + 10) = 0,227A

Điện ápsự cô':

Ud = 0,227 X 10 = 2,27V: không nguy hiểm

Sự cô' đầu tiên này phải được đánh tín hiệucho biếtbởi đèn sáng haybằng còibáo hiệu

Nhóm người chuyênkhắc phụcsự cô' phải tìm sự cố để khắc phục ngay

trước khi xuất hiện bất ngờtìnhhuống sự cô' thứ hai

3 Sự xuấthiện một sự cô'thứ hai giữa pha 2 và pha 3 sẽ tạo nên ngắnmạch giữa hai pha này Dòng điện sự cô' Id2 trở nên rất đáng kể Dòng

điện sẽ đi giữa pha 3 và pha 2 thông qua vỏ kim loại của thiết bịtiêu thụ điện 1 vàvỏ thiết bị tiêu thụ điện2 (cả hai đều chạm mát)

Phần rơle điện từ của áptômát sẽ đảm bảo bảovệ cho người, do vì khi

đó áptômát sẽ mở và mạch điện bịsự cô' sẽ được ngắt ra khỏi nguồn điện

305

12.5.1 KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ DƯA VÀO DÒNG ĐIỆN SO LỆCH

Dư GỌITẮTLÀ : DDR- (DISJONCTEUR DIFFÉRENTIEL RÉSIDUEL)Khí cụ điện nhằm bảo vệ an toàn điện dựa trên cơ sở dòng điện so

lệch được gọi tắt là : DDR hay khí cụ bảo vệ dòng diện so lệch dư hoặc

áptômát solệch

DDR đo được sự khác biệt dòng điện nhờ có mộtđầu thu tổng vectơ

của cácdòng điệnchạy trong dây dẫn và nếu tổngnày đạt đến một giá trịnguy hiểm đô'i với người (do điều chỉnh dòng điện) thì DDR sẽ tác độngtrongthờigian được thiết kếrất ngắn để tựđộng ngắtmạch điện cung cấp.Sau đây làkýhiệu DDR trôn sơ đồ vàcác thành phần của nó- hình 12-20

(1) Người ta thưởng gọi áptômát hay cẩu dao tự động hoặc máy cắt điện hạ áp tự động (để phản biệt với máy cắt điện cao áp > 1000V) Đó là một loại khí cụ điện mà cơ cấu điéu khiển và bảo vệ cùa thiết bị thực tế là cơ cấu điện từ và nhiệt Điều đó có nghĩa là máy cắt này-gổm có một rơle nhiệt và một role điện từ đê’ bảo vệ quá tải và ngắn mạch-.

306

12.5.2 Sự KHÁC NHAU CỬA CÁCÁPTÔMÁT so LỆCH (DDR)

Áptômát so lệch : Hình 12.21 a) là sơ đồ thể hiện áptômát so lệch DDR Thêm vào chức năng bảovệ dựa vào dòng so lệch của áptômát, nó còn được bố

trí thêm : rơ le bảo vệ đối với quá dòng điện và ngắn mạch Từ nhiệmvụ này,

nó phảicó khả năng cắt ở dòngdiện ngắnmạchxuất hiện :

Icc-b) Công tắc hay cầu dao so lệch :(hình 12.21 b) ,

Nó có khả năng cắt bị giới hạn, nó phải kết hợp với một thiếtbị bảo

vệ đốì với quá dòngđiện

c) Rale so lệch :(hình12.2lc)

Nó chỉ baogồm một thiết bị dò sự cốvà phát tínhiệu Nó kết hợp với

bộ phận cơ khí hay điện ở một áptômát cổ điện để tạo động tác mở mạch điện bị sự cố rakhỏi nguồn cungcấp

12.5.3 ĐẶCTÍNH CỬACÁC KHÍcụ ĐIỆNCÓ BẢOVỆ so LỆCH

a) Dòng điện so lệch dư dược ký hiệu : I ab ’

Trước đây, người ta thường gọi là : "Cở" dòng điện so lệch dư làn’, đó

chính là giá trị định mức của tổng véctơ dòng điện, tạo nên sự tác động một cách chắcchắncủakhí cụ điện

Cácgiá trịđã được địnhmức như sau :

- Được sử dụng trong công nghiệp : 3, 5, 10 và 20A đó là áptômátcó

dòng điện định mức Ih’ cở 3, 5, 10 , 20A đi qua Cở dòng điện so lệch dư hay còngọi là"độ nhậy trung bình là : 100mA, 300mAvà 500mA

307

- Độ nhạycao : 6,10,30mA.

Áptômátcó bảo vệ so lệch có thểlàm việc đốìvới tất cả đòn? điện solệchcógiá trị bằng hay cao hơn7An’/2

b) Dòng điện dược kỷ hiệu : ỉn'

Đó là dòngđiện định mức mà thiếtbị có thể chịu đựng đượctrong quá

trình làmviệcbình thường,khônggâynên đô'tnóng quá mức

Các giá trị định mức là :

- Cầu dao so lệch : 10, 16,25, 32,40, 63, 80, 100 và 125A

- Các áptômát loạinhỏ : 6, 10, 13,16,20, 25,32, 40,50, 63,80, 100, 125A

- Áptômát công nghiệp : 100, 125, 160, 250, 400 và 630 (các giá trị

không được địnhmứcnhưnglại được dùngtrong thực tế)

- Áptômát đường nhánh : 30, 45, 60, và 90A (nhữngáptômát này làloại có khảnăng điều chỉnh)

12.5.4 ÁPTÔMÁTCÓ BẢO VỆ so LỆCHLOẠÍ GVÀ LOẠI s

Tiêu chuẩn mới CEI 1008 xác định các đặc tính củabảo vệ so lệch :

- Loại G - dùng ở trường hợptổngquát, với chức năng tức thời

- Loại s - loại có chọn lọc, vớichức năng "có thời gian"hay "trễ"Loại sđược chọnlọcso sánh với loạiG :(bảng 12.1)

Un’ 2lA ’ n 5 Un’ 500A

G nào đó nào đó 0,5gy 0.2gy 0,04gy 0,04gy Thời gian mở

áptômát

s > 25A > 30mA

0,5gy 0,2gy 0,1 5gy 0,15gy Mở

0,13gy 0,06gy 0,05gy 0,04gy không mở

Bảng trên đây cho ta thời gian mở và không mở áptômát tùy thuộcvào giá trị của dòng điện sựcố

- Đối với loại G,dù rằng dòngđiện định mức In’ và dòngđiện so lệch

lón’ là thế nào thì thời gian mở, phụ thuộc vào dòng điện sự cô', cũng là

hằng số

308

- Đơ'i với loại s : với In’>25 A và lAn’> 30 mA, bảng cho hai giá tri

tương ứng vớihai trạng thái

Vùng làm việc giữa đường cong mở (D) và đưởng cong khơng mở (ND) so với

đường cong bảo vệ của người (P)

Vùng làm việc của áptơmát loại G so với Vùng làm việc của áptơmat loại s so dịng điện mà cơ thể người phải chịu đựng vời điện áp tiếp xúc, ngươi phải chill

Hình 12.22a Hình 12 22b.

ở đâyp = đườngcong antồn(bảo vệ người)

D đường cong mở áptơmát;ND : đườngcongkhơng mớ áptơmát

Động tác mở áptõmát khơng mong muốn

' Động tác mở này cĩ thể phát sinh ra khi cĩ cơn giơng, tia sáng chớp

của sét ở gần đấy mà nĩ tạo nên quá điện ápquá độ nhất thời trong lưới điện cung cấp Để tránh những tác độngmởáptơinát như vậy, thì phầnláncác khí cụ bảo vệ so lệch hiện nay cùa loại G phải tránh đượcđối với quá

điện áp tạm thời Nét đặcthù nàyđược làmnổi bật trên áptơmát bàng một

biểu hiện cĩ dạng "vây cá mập" (_n_) Mặt khác, các áptịmát loại s do thựchiện thời gian trễ, nên sẽ cho đi qua quá điện áp tạm thời (khởi độngđõng cơ,đơ'tcháy đèn ốnghuỳnh quangv.v ) mà khơng bị kích thích

309

12.5.5 CẤU TẠO VÀ sự LÀM VIỆC CỬA ÁPTÔMÁT CÓ BẢO VỆ

SO LỆCH DDR

à) Cấu tạo :

Cácphần,tửchínhcấutạo nên DDR là (hình 12.23) :

- Mạch điện từ ở dạng hình xuyến mà trên đó đượcquấncác cuộn đây

của phần công suất (dây có tiết diện lớn), dòng điện cung cấp cho hộ tiêu

thụ điện sẽ cho chạyqua cuộndâynày

- Rale mở mạch cung cẩp đượcđiều khiển bởicuộn dây đo lường (dây tiết

diện bé) cũngđượcđặt trênhình xuyến này, nó tác độngtrêncác cựccắt

b) Làm việc :

* Hệ thống một pha :(Hình 12.23a)

Trong trường hợp sự cô': 11 = I2 + Id- dođó :

11 > I2, do vậy nênxuất hiện mất cân bằng trong hình xuyến từ, dẫnđếncẳm ứng một dòng điện trong cuộn dâydò tìm ->đưađến tácđộng rơle

và kết quảlàmmở mạch điện

* Hệ thống ba pha : (hình 12.23b)

Khi không có sự cô', chúng ta có : 11 +Ĩ2 + I3 + In = 0 Từ thôngtổnghợp trong hìnhxuyến từ bằng không Do đó sẽ khôngcó dòng điện cảmứng

trong cuộn dây dò tìm

Khixuất hiện sựcô' nào đó, ta có : 11 + Ĩ2 +I3+ In * 0 Từ thông tổnghợp trong hình xuyếntừ, trongtrường hợp này sẽ khác trị sô'không (0), do

vậy sẽ có dòng điện được cảm ứng trongcuộn đây dò tìm, vậy cuộn dây dò

tìmsẽ tặo nên động tác mỏ các cực ngắt điện

Hình 12.23 giới thiệu cấu tạo và sự làm việc của áptômát có bảo vệlệch dư DDR

ơ hình 12.23a) - 11 : dòng điện đi vào thiết bị tiêu thụ điện

- I2 : dòng điện đi từthiết bị tiêu thụ điện ra

1 Đo lưởng sự cân bằng

(Merlin-Gerin) là:

Áptômát mắc ở đường cung cấp diện nhánh DB90 với báo vệ so lệch.

Áptỗmát này có một rơlebảo vệ so lệch chọn lọc dùngđế duy trì cungcấpcho tậphợp củatrangtiếtbị sử dụng điện khi :

+ Mỗi một đường dây đira phía hạlưu được trang bị một rơle bảovệ

so lệch 30 mA, để cho khi ở đường đi ra có một sự cốcách điện thì nó sẽ

Ngôi nhà riêng này (có ƯLmax = 25 V) được cung cấp bởi một đường

dây 3 pha 4 dây (3 X 400 V + N) từ lưới điện công cộng của Sở điện lực(chế

độ TT) Thiết bị đóng cắt bảo vệ là một áptômát mắc ở nhánh có thời gian

trễ, độ nhậy 500 mArơlenhiệt được điều chỉnh ở20 A

1 Hãykể ranhững tiêu chuẩn lựa chọn của áptô mát

2 Hãy nêulên sự tham khảo về áptômát sao cho nó sẽ thích hợp nhất

khi dùng ở trongnhà

3 Giá trị lớnnhất nào của hệ thông nốiđất được dự kiến ?

Kể từ giá trị nào của dòng điện sự cốmà áptômátcó thể thực hiện tác

động mở mạch điện ?

Bài giải : (hình 12.24)

Hình 12.24 Giới thiệu bài toán.

1 Tiêu chuẩn lựachọn của áptômát :

- Áptômát mắc ở nhánh phải là áptômát được mở có thời gian trễ; do

đó,ta phảichọn một áptômát bảo vệ so lệch có chọn lọc;

- Đường dây cung cấp điện là đường dây 3 pha 4 đây (3 X 400 V + N);

ta phải chọn một áptômát có 4 cực cắt (loại 4 cực) với ba cực được bảo vệ (hình vẽ 12.24)

- Cỡ kích thước.dòngđiện tương ứng với giá trị cực đại mà áptômát có

thể chịu đựng được lâu dài thường xuyên là 20A Chúng ta phải chọn loại

chứa giá trị nàyở trong mộtdẫy có các cỡ kích thước; trong trường hợp này312

có loại 10/15/20A Chúngta kiểm tra và điều chỉnh phần nhiệt với cường độdòng điện 20A.

- Độ nhạy tươngứng với độ nhạy của bảo vệ so lệch là 500 mA, dòng

điện rò lớn nhất mà nếu nó không tạo nên động tác mở mạch điện thì cóthể vẫntồntại ở vỏ làm loạicủa ngôi nhà, do đó sẽ nguy hiểm

2 Chọn áptômát : xem bảng 12.2 loại : tham khảo số13123

3 Giá trị lớn nhất của điện trở hệ thống hốiđất : r=25/0,5 =50QÁptômát có thề mởra kể từdòng điện lAn/2 = 250mA

Bảng 12.2 Tài liệu kỹ thuật cùa Merlin Gerin

Bảo vệ so lệch tức thời Loại Điện áp Cỡ (dòng điện Độ nhạy Tham khảo

250

15/30/45 500 s 13120 30/45/60 500 s 13121

■(có 4 cực)

30/40/50/60 500 s 13124

313

12.6 BẢO VỆ SO LỆCH : TÍNH LựA chọn - sự PHÔÌ HƠP

Độ nhạy (mA)

Tham khảo

Hai cực 240

23192

23196 23198

23194 23199

12.6.1 TÍNH LựACHỌN GIỮACÁC DDR

Từ ngữ "tính lựa chọn "hay" khả năng chọn lọc" được dành riêng cho

sựphô'i hợp của các khí cụ điện được đặt nốitiếp nhau(mà tiêu chuẩn năm

1977 ở cácnước Pháp vàTây Âu) gọi làtỉnh lựa chọn thẳng đứng. Cách gọitên : "tính lựa chọn nằm ngang" của cùngmột tiêu chuẩn đã được thay thế

bằngthuật ngữ "khả năng chọn lọc các mạch điện"

a) Khả năng chọn' lọc tổng hợp.

Trong trường hợp sự cô', mục đích chính của khả năng chọn lọc

tổnghợp là : nhằm loại trừ duy nhất phần thiết bị bị nhiễu loạn dù chogiá trị của dòng điện sự cô' là nhưthê' nào Để đạt được khả năng chọn

lọc này, các khí cụ điện dùng vào mục đích bảo vệ phải thỏa mãn haiđiều kiện :

- Dòng điện không làm việc : Inf của khí cụ điện được đặt ở phía trên

(thượng lưu)Aphải có giá trịlớn hơn dòng điện làm việc If của khí cụ điện

đặt ờ phía dưới (hạ lưu) B (hình 12.25)

- Thời gian không làmviệc của khí cụ điện đặtở phíatrênphải có giá

tn lớn hơn thời gian làmviệc của khí cụ điện đặt ở phía dưới, đô'i với tất cả

giá trịcủa đồngđiệnso lệch sự cố

314

+ điều kiện thứ nhất: lAn’/2 (ở phíatrên) > lAn’ (ở phía dưới)

+ điềukiện thứhai: tn£A> tffi

Ở đây : ỈAn’ - dòng điện solệch dư định mức

tnf -thờigian tối thiểu không làm việccủarơle so lệch

tf -thờigian tói thiểu làm việc củarơle so lệch

Ví dụ : Khả năng chọn lọc tổng ở hai mức đối với trang thiết bị tiêu

thụ điện nhỏ Các DDR có dòng điện làn’ : 300 và 30 mA được chọn lọc

(hình 12.26) Hệ thông cung cấp côngnghiệpvới khả năng chọn lọc tổng ở

ba mức Cáckhí cụ bảo vệ dòng điện solệch, lAn’ = 30mA không bao giờcó

thời giantrễ (hình 12.27)

Ở Hình 12.26.

+ Áptômát tự động ở phíatrên : Iin’1 thờigiantrễ 400ms

lân ’ = 300mA+ Áptômát tự động ở phía dưới (hạ lưu) : lAn’2-

Thời gian : tức thời

Hình 12.25 Hình 12.26.

b) Tính chọn lọc từng phần : Tính chọn lọc được gọi là "từng phần"

khi nó không tiếp nhận đối với mộtsố giá trị dòng điện sự cố Tính chọn

lọc được thỏa mãn khi cáchệ quả của một sựcố có thểkéo theo ngắt điệntừng phần hay ngắt điện toàn bộ hệ thống cungcấp điện Sauđây là ví dụ

về tínhchọnlọctừng phần (hình 12.28)

315

cao hơn phânnừa dòng điện so lệch định mức của khícụđiệnỏphíathượng

lưu (loại G) là !An72 = 500/2 mA Rõ ràng khí cụ điện ở phía thượng lưusẽ tác động Thời gian trễ của khícụ điện Sù lệch cùa loại s : các thời giantrễđược dựkiến bởitiêu chuẩn lá 50ms, 200msvà tối đa là 1 giây

12.6.2 Sự PHỐI HỢP CAO KHÍ cụ DIỆN BẢO VỆ Đối VỚI QUÁ DÒNG ĐIỆN (QUA TẢI)

a) Trường hợp áptômát ch báo vệ so lệch.

Các áptômátnàyđàm baoviệc bảo vệ hệ thống cung cấp điện đối với

quátải và ngắn mạch,ngoài nhiệm vụ bảo vệ an toàn cho người

Vỉ' dụ : Một áptốmátphục vụ cho phân phối điện có các đặc tính sau

đây :

316

- Độ nhậy so lệch I’An: 500mA.

- Dòng điện định mức I’n = 45A

- Dòng điệnngắn mạch chấp nhậnđược 1’cc : 10 KA

Rơle so lệch sẽ mư áptômátđối với: 500/2 á Isựcốs 500 mA

- Nhữngtiếp điểm cắt sẽ chịu dòng điện thường xuyênđiqua là 45A;

- Nhưng trongtrường hợp quá tải, hệ thống bảo vệ đối với quá tải sẽ

cắt nguồn cung cấp ở dòng điện 45 X 1,2 = 54A

- Trong trường hợp ngắn mạch ở phía dưới của áptômát, các tiếp điểmcắtnguồn cung cấp có thể phải chịu một cường độ dòng điện là 10 KA (mà

khônghàn dính nhữngtiếp điếm này lại)

Hình 12.28 Hình 12.29

b) Trường hạp các cầu dao có bảo vệ so lệch

Cầu daocó bảo vệso lệch B, có mộtkhả năng cắt giới hạn,phải được phốihợp với một khí cụ điệnbảo vệ đốivới quá dòngđiệnvà ngắn mạch A (áptômátđiện từ - nhiệt) Nó phải để quá dòng điện chạy qua mà không bị hư hỏng vàkhôngđược mở mạch,(không được ngắtnguồnđiệncungcấp) (hình 12.29)

Tiêu chuẩn chấp nhận là : cầu dao có bảo vệ so lệch có thể chịu đựng

và làm việc đối với một dòng điện ngắn mạch đến 6 X I’n Vậy, nếu nhưdòng điện ngắn mạch lớn hơn thì mạch điện sẽ được bảo vệ bằng khí cụ

điện khác để dảm bảo cắt dòng điện ngắn mạch và đưa phần bị sự cô' ra

khỏi nguồn điện

317