Bài giảng an toàn điện chương 3 ts võ viết cường

MỤC TIÊU Phân tích được ưu, nhược điểm, tính năng và phạm vi ứng dụng của các hệ thống Sau khi học xong chương 3 sinh viên có khả năng: ứng dụng của các hệ thống nguồn nối đất chuẩn.. C

Trang 1

Chương 3

HỆ THỐNG NỐI ĐẤT

Trang 2

MỤC TIÊU

 Phân tích được ưu, nhược

điểm, tính năng và phạm vi

ứng dụng của các hệ thống

Sau khi học xong chương 3

sinh viên có khả năng:

ứng dụng của các hệ thống

nguồn nối đất chuẩn

thiết kế, thi công hệ thống

nối đất thỏa các tiêu chuẩn

hiện hành

Trang 4

3.1 CÁC HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHUẨN

 Hệ thống điện phân phối được phân loại dựa vàocách bố trí hệ thống nối đất

 IT, TT, TN – C, TN – S, TN – CS

 Chữ cái thứ I chỉ tính chất của trung tính nguồn:

T: Trung tính nguồn trực tiếp nối đất

I : Các phần tử mang điện cách ly với đất

 Chữ cái thứ II chỉ hình thức bảo vệ:

T: Nối đất trực tiếp

N: Nối trực tiếp bằng dây dẫn bảo vệ với điểm

đã nối đất của nguồn(thường là dây trung tính)

Trang 5

 Trong mạng TN dùng thêm 1 hoặc 2 chữ cái

để định nghĩa cách bố trí dây trung tính và dây

bảo vệ:

C : Dây trung tính N và dây bảo vệ PEchung nhau thành 1 dây PEN

chung nhau thành 1 dây PEN

S : Dây trung tính N và dây PE tách biệtnhau

CS: Dây N và PE kết hợp trong 1 vàiphần của hệ thống

Trang 7

1 Hệ thống IT:

 Giảm ngưỡng quá áp khi xuất hiện sự cố chạm

từ cuộn cao sang cuộn hạ MBA nguồn

 Khi hư cách điện, dòng sự cố thứ nhất thườngthấp và không nguy hiểm

thấp và không nguy hiểm

 Sự cố thứ 2 xảy ra trên pha khác tạo dòng ngắnmạch và gây nguy hiểm

Cần sử dụng thiết bị vận hành khi có sự cố 2pha hay lắp đặt thiết bị kiểm soát cách điện

Trang 8

 Sơ đồ đơn giản.

 Sử dụng 2 hệ thống nối đất riêng nên cần lưu ýbảo vệ quá áp

 Tiết diện dây PE có thể nhỏ hơn dây N và xác

Trang 9

và sụt áptrên dây

Trang 10

 Bình thường, vỏ thiết bị, đất và dây N có cùng U.

 Khi sự cố → sụt áp nguồn, nhiễu lớn

 Khi tải không đối xứng, trong dây PE có điện

U tiếp xúc lớn nên cần trang bị thiết bị tự động bảo

vệ ngắt nguồn khi có sự cố

Trang 12

Phạm vi ứng dụng các hệ thống nối đất

 TT :mạng điện hạn chế kiểm tra hay có thể mởrộng

 IT : yêu cầu liên tục cung cấp điện

 TN : mạng điện kiểm tra thường xuyên hay không

mở rộng

- TN-S: bắt buộc cho mạch sử dụng dây đồng cóΦ<10mm2 hay nhôm có Φ<16mm2

- TN-C: mạch sử dụng dây đồng có Φ>10mm2 haynhôm có Φ>16mm2

Trang 13

Phạm vi ứng dụng các hệ thống nối đất

 Trong thực tế, việc chọn loại hệ thống nối đất căn

cứ vào các yêu cầu sau:

 An toàn chống điện giật (TN-C, TN-S)

 An toàn chống hoả hoạn(TN-S)

 Bảo vệ chống quá áp (IT)

 Bảo vệ chống nhiễu điện từ ( TT, TN-S)

 Liên tục cung cấp điện (IT)

Trang 14

Không s/dụng

Mạng ngoài trời với

đường dây trên không

Máy phát điện dự phòng

TN TN

TT

TT TT

IT

IT,TT

TN

TN IT

IT

Trang 15

dùng

Có thể s/dụng

Không s/dụng

Tải nhạy cảm với dòng sự

cố lớn (động cơ…)

Tải với mức cách điện

thấp (lò điện, máy hàn…)

TN TT

TN-S TN-C,IT TT

Trang 16

dùng

Có thể s/dụng

Không s/dụng

TT

IT TN-S,TT TN-C

khách hàng

Mạng điện với máy biến tần

Mạng điện với việc liền

Trang 17

4 Quy định về dây bảo vệ PE và PEN

 Dây PE nối các vật dẫn tự nhiên và vỏ kim loạikhông mang điện của các thiết bị tạo lưới đẳng áp

 Dây PE thường bọc cách điện màu vàng sọcxanh lục Trên dây PE không chứa thiết bị đóng cắt.xanh lục Trên dây PE không chứa thiết bị đóng cắt

 Dây PEN có chức năng của dây trung tính và dâybảo vệ có tiết diện không nhỏ hơn dây trung tính

 Phương pháp chọn tiết diện dây PE và dây PEN:

 PP đơn giản hoá

Trang 18

4 Quy định về dây bảo vệ PE và PEN

Bài tập ví dụ: Xác định tiết diện tối thiểu của

dây PE trong mạng hạ áp sử dụng cáp đơn lõi bằngđồng, có vỏ bọc cách điện PVC Biết dòng ngắnmạch chạm đất I=25kA, thời gian cắt ngắn mạchcủa CB t = 30ms ?

của CB tC = 30ms ?

Giải

Phương pháp đẳng trị nhiệt

Chọn SPE = 35 mm2

Trang 19

3.2 ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT

 Là điện trở của khối lập phương đất mỗi cạnh 1cm

có đơn vị Ωm

 Biến thiên trong phạm vi rộng và phụ thuộc vào:

cấu tạo, độ ẩm đất, to, độ dính các hạt đất, muối…

 a: khoảng cách giữa các cọc (m)

 b: chiều sâu cọc chôn trong đất (m)

 R: điện trở đất thể hiện trên máy đo điện trở

Trang 20

 TH a > 20b : ρ = 2ПaR

 ρ thay đổi theo mùa nên ρ tt = ρ.Km

 ρ tt : điện trở suất tính toán

 K m : hệ số thay đổi ρ (hệ số mùa)

Hệ số thay đổi điện trở suất của đất theo mùa Km

Hình thức

nối đất

Độ sâu đặt bộ phận nối đất(m)

Km Ghi chú

Thanh đặt

nằm ngang

0,5 0,8÷1

1,4÷1,8 1,25÷1,45

Đo vào mùa khô Cọc đóng

Trang 21

Loại đất Giá trị điện trở

suất giới hạn(Ωm)

Giá trị điện trở suất khi thiết kế(Ωm)

Nước biển 0,15 ÷ 0,25 0,2

 Tính toán sơ bộ có thể dùng trị số gần đúng của

ρ cho 1 số loại đất được trình bày ở bảng dưới:

Trị số điện trở suất ρ của đất

Trang 22

Loại đất Giá trị điện trở

Trang 23

1 Nối đất tự nhiên

 Ống dẫn nước hay vỏ bọc kim loại (không

phải ống nhiên liệu) là trang thiết bị nối đất

 Chỉ được coi là nối đất bổ sung

2 Nối đất nhân tạo

Trang 24

Đặc điểm trang thiết bị nối đất kiểu cũ và kiểu mới

- Thanh thép dẹp - Cọc mạ lõi thép

- Thanh thép dẹp

d≥4mm, S≥48mm 2

- Cọc mạ lõi thép Φ=13÷16mm, d= 1; 1,5; 3m

- Cáp đồng trần S≥25mm 2 - Băng đồng 50mm×0,5mm

- Cáp đồng trần S≥25mm2

- Lưới đồng trần

- Bản đồng trần

Trang 25

Đặc điểm trang thiết bị nối đất kiểu cũ và kiểu mới

- Cải tạo đất

+ Than + Muối

- Cải tạo đất + Hoá chất giảm điện trở đất

- Bảng đồng nối đất

- Hộp bêtông kiểm tra - Hộp kiểm tra nối đất bằng

Trang 26

 Sử dụng khi phạm vicông trình hẹp (đô thị…)hoặc trang thiết bị cóU>1000V, I chạm đất lớn.

Trang 27

3.4 CÁC KIỂU NỐI ĐẤT

Thi công hệ thống nối đất cần chú ý:

 Trước khi đặt xuống đất, cọc (thanh) nối đất bằngsắt, thép phải đánh sạch gỉ, tráng kẽm(nếu cần),không sơn hoặc dùng cọc thép bọc đồng

 Đường dây nối đất chính chôn sâu 0,5÷0,7m ởngoài trời và đặt trong rãnh hay nối theo tường ờ

ngoài trời và đặt trong rãnh hay nối theo tường ờtrong nhà

 Dây nối đất chính và trang

thiết bị nối với nhau thông qua

bảng đồng nối đất Cấm nối

trực tiếp trang thiết bị với dây

Trang 28

Công thức Ghi

chú

L h

d Cọc chôn thẳng đứng

(1)

L h

d L

h d

d d L d L

Ghi chú: (1) d << L, (2) d << 4h << L/h

Trang 29

3.5 ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT

Loại điện cực Mặt cắt

ngang

Mặt chiếu

L/4 d

(2)

Trang 30

Loại điện cực Mặt cắt

ngang

Mặt chiếu

L/8

Bản KL hình vuông cạnh a thì D=1,13a

Trang 31

 Vùng có điện trở suất đất cao, diện tích lắp đặtnối đất bị hạn chế có thể sử dụng hệ thống nối đấtvới chiều dài cọc đạt đến 20m hoặc hơn

 Đất có cấu tạo 2 lớp với ρ khác nhau thì điện trở

1 Xác định điện trở nối đất

a Hệ thống nối đất đơn giản (1cọc nối đất)

 Đất có cấu tạo 2 lớp với ρ khác nhau thì điện trở

và dưới (Ωm)

 h: bề dầy của lớp đất trên (m)

 L: chiều dài cọc nối đất (m)

Trang 32

 ηc,ηth: hệ số sửdụng cọc và thanh

 RC, Rth: điện trở

hệ thống cọc vàthanh (dây) nối đất

RTH = RC.Rth

RC +Rth

Trang 33

2 Phương pháp và dụng cụ đo điện trở nối đất

a Phương pháp Ampere kế và Volt kế

 Khoảng cách giữa cọc đất E, cọc dò S và cọc

phụ H là 20m

 Dùng MBA cách ly cungcấp nguồn điện áp xoaychiều có thể thay đổi giá trị

Trang 34

b Phương pháp máy đo với cọc phụ và cọc dò

C1 ES S

H C2 P2 P1

Trang 35

b Phương pháp máy đo với cọc phụ và cọc dò

Trang 36

c Phương pháp dùng máy đo không sử dụng cọc phụ và cọc dò

Trang 38

RC = rC/(n.ηC) = 53,6/(5.0,81) = 13,2(Ω)

 Điện trở hệ thống 5 cọc:

Cáp đồng trần tiết diện 50mm 2 => đường kính d=8mm

 Điện trở nối đất của cáp đồng trần có tổng chiều

dài Lt = 4×6=24m, chôn sâu so với mặt đất h=0,5m:

Trang 39

Điện trở suất tính toán:

ρ tt = ρ.Km = 200.1,3

= 260(Ωm)

Cáp đồng trần S= 50mm 2

h=0,8m

Trang 40

 Điện trở nối đất của cáp đồng trần có tổng chiều

dài Lt = 4×6=24m, chôn sâu so với mặt đất h=0,8m:

Áp dụng công thức:Rth = 22,3(Ω)

 Điện trở nối đất

toàn hệ thống: RTH = RC.Rth

RC +Rth = 9,7(Ω)

Trang 42

Áp dụng công thức:

rt = 6,37(Ω) Tra bảng tìm được η=> Rth = rt / ηth th =0,38= 16,7(Ω)

 Điện trở nối đất

toàn hệ thống: RTH = RC.Rth

R +R = 9,7(Ω)

Trang 44

3.6 PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG

NỐI ĐẤT HIỆN ĐẠI

 Nối đất truyền thống tuy dễ làm nhưng hiệu quả

không cao và gặp một số hạn chế sau:

 Điện trở nối đất không giảm theo số lượng cọc

 Muối dễ hoà tan trong nước → Rđ không ổn

định đòi hỏi phải kiểm tra, bảo trì định kỳ

 Liên kết các bộ phận nối đất bằng ốc xiết tuy

đơn giản nhưng không đảm bảo bền về dẫn điện

 Không giảm giá trị tổng trở hệ thống nối đất do

không giảm được thành phần dung kháng

=> Các nhược điểm trên có thể khắc phục nhờ ứng dụng các thiết bị, vật liệu, công nghệ mới

Trang 45

1 Thiết bị, vật liệu và công nghệ mới:

Trang 46

Trang 47

b Liên kết giữa các bộ phận nối đất:

 Ốc xiết

 Hàn hoá nhiệt CADWELD

- Tản dòng hiệu quả

- Không hư và giảm chất

lượng theo thời gian

- Không bị ăn mòn

- Chịu được sự cố lặp lại

- Thiết bị nhẹ, không đòi hỏi

Trang 48

c Hoá chất giảm điện trở đất:

 C/ty Erico Lighting Technologies

cung cấp các loại hoá chất giảm

Rđ: EEC và GEM nhằm làm cho

Rđ≤10Ω như yêu cầu

 Gồm ion kim loại có tính dẫn

điện cao , hoá chất giữ độ ẩm và

hoá chất kết dính

 Điện trở đất giảm 50÷90% khi hóa chất được cho

vào các vùng có ρ cao như đất sét hoặc cát.

Trang 49

c Hoá chất giảm điện trở đất:

- Không bị phân huỷ hay mục rữa

- Thích hợp cho việc lắp đặt ở nơi đất khô hay bùn

- Không phụ thuộc sự hiện diện của nước để duy trì

Trang 50

d Cọc hoá chất :

 Nơi có điện trở suất đất quá cao và diện tíchcho việc thi công lắp đặt bị hạn chế → có thể sửdụng cọc hoá chất để điện trở nối đất thấp

Trang 51

e Máy đo điện trở nối đất hiện đại:

 Hiển thị màn hình LCD

 Tầm đo rộng và độ chính xác cao ±2%

 Có thể đo R bằng phương pháp 2 cọc hoặc 4 cọc

 Có thể đo Rđ bằng phương pháp 2 cọc hoặc 4 cọc

 Đo từng phần tử với sự trợ giúp của BI và BU

 Tự động hoá quá trình đo

 Tự nhận biết kết nối dây đo và kết nối nó với đất

 Bù trừ điện trở dây đo → KQ chính xác với R nhỏ

Trang 52

 Kết quả tính toán: R nối

đất, số lượng hoá chất Gem

cần sử dụng

Trang 53

- Tính R nối đất của thanh(dây) nối các cọc bố trí

- Tính R nối đất của thanh(dây) nối các cọc bố trítheo đường thẳng khi có/ không Gem

- Tính R nối đất của thanh(dây) nối các cọc bố trítheo mạch vòng khi có/ không Gem

- Hướng dẫn lắp đặt hệ thống nối đất chôn thẳngđứng và chôn nằm ngang

Trang 55

Tiết diện dây PE và dây PEN

Tiết diện dây pha

Sph(mm 2 )

Cu Al

Tiết diện dây PE

Tiết diện dây PEN

Tiết diện dây nối đất

25, 35

10mm 2 (Cu) 25mm 2 (Al)

16mm 2 cho Cu hay thép mạ

mạ (không có 2

SPE= t

K

Trang 56

Giá trị K cho dây PE

QC : nhiệt dung trên một đơn vị thể tích của VL dây dẫn (J/oC.mm3)

ρ 20 : điện trở suất dây dẫn ở 20oC (Ω.mm)

θi : nhiệt độ ban đầu của dây dẫn (oC)

θf : nhiệt độ cuối cùng của dây dẫn (oC)

In : dòng điện định mức của dây dẫn (A)

Trang 57

Giá trị K cho dây PE

Nhiệt độ ban đầu 30 o C

Trang 58

Đo điện trở và điện trở suất của đất

E/C1 ES/P1 S/P2 H/C2

gian Cọc dò

Trang 59

0,78 0,74 0,70 0,63 0,59 0,54 0,49

0,80 0,77 0,74 0,72 0,62 0,50 0,42

0,86 0,83 0,81 0,77 0,75 0,70 0,68

0,92 0,87 0,86 0,83 0,75 0,64 0,56

0,91 0,88 0,87 0,83 0,81 0,78 0,77

0,95 0,92 0,90 0,88 0,82 0,74 0,68

I Các cọc đặt

thành dãy:

Trang 60

0,69 0,62

0,45 0,40

0,78 0,73

0,55 0,48

0,85 0,80

0,70 0,64

II Các cọc đặt

6 8 10 20 30 50 70 100

0,62 0,58 0,55 0,47 0,43 0,40 0,38 0,35

0,40 0,36 0,34 0,27 0,24 0,21 0,20 0,19

0,73 0,71 0,69 0,64 0,60 0,56 0,54 0,52

0,48 0,43 0,40 0,32 0,30 0,28 0,26 0,24

0,80 0,78 0,76 0,71 0,68 0,66 0,64 0,62

0,64 0,60 0,56 0,47 0,41 0,37 0,35 0,33

II Các cọc đặt

theo chu vi

mạch vòng:

Trang 61

0,78 0,74 0,70 0,63 0,59 0,54 0,49

0,80 0,77 0,74 0,72 0,62 0,50 0,42

0,86 0,83 0,81 0,77 0,75 0,70 0,68

0,92 0,87 0,86 0,83 0,75 0,64 0,56

0,91 0,88 0,87 0,83 0,81 0,78 0,77

0,95 0,92 0,90 0,88 0,82 0,74 0,68

I Các cọc đặt

thành dãy:

Tiêu đề	Hệ Thống Nối Đất
Tác giả	Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM
Trường học	Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	An toàn điện
Thể loại	Bài giảng
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	2,16 MB