Giáo trình Dây không bảo vệ và hệ thống chống sét cho căn hộ (Nghề: Điện công nghiệp) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

(NB) Giáo trình Dây không bảo vệ và hệ thống chống sét cho căn hộ cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm an toàn điện; Các biện pháp an toàn điện; Thiết bị nối đất và tính toán điện trở nối đất; Một số khái niệm liên quan đến chống sét; Các thiết bị chống sét đánh thẳng; Các biện pháp chống sét đánh thẳng; Các biện pháp chống tác dụng thứ cấp của sét; Tính toán điện trở tản của vật nối đất chống sét.

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH

SÉT CHO CĂN HỘ NGHỀ ĐÀO TẠO: ĐIỆN CÔNG NGIỆP

(Áp dụng cho trình độ: Trung cấp)

LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2017

Lời nói đầu

Việc tổ chức biên soạn giáo trình phục vụ cho đào tạo là một sự cố gắng lớn của nhà trường và các giáo viên nhằm từng bước thống nhất nội dung dạy và học cho các giáo viên trong tổ bộ môn

Nội dung của của giáo trình đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các giáo viên, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa

Giáo trình được biên soạn có nhiều hình ảnh thực tế phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh có trình độ văn hóa 9/12 trở lên, dễ hiểu bổ sung nhiều kiến thức mới mở rộng thêm cho nội dung bài học

Giáo trình được trình bày gồm 8 bài:

Bài 1 : Khái niệm an toàn điện

Bài 2 : Các biện pháp an toàn điện

Bài 3: Thiết bị nối đất và tính toán điện trở nối đất

Bài 4 : Một số khái niệm liên quan đến chống sét

Bài 5: Các thiết bị chống sét đánh thẳng

Bài 6: Các biện pháp chống sét đánh thẳng

Bài 7: Các biện phấp chống tác dụng thứ cấp của sét

Bài 8: Tính toán điện trở tản của vật nối đất chống sét

Bạn đọc và các giáo viên trong trường có thể tìm thấy nhiều điều bổ ích trong cuốn giáo trình này

Tuy tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc không tránh khỏi những khiếm khuyết Hy vọng nhận được sự góp ý của các giáo viên trong trường và bạn đọc để những giáo trình được biên soạn tiếp có chất lượng tốt hơn Xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1 Tác dụng nguy hiểm của dòng điện khi đi qua người và phân

loại nhà theo an toàn điện

2 Phân loại mạng điện theo kiểu nối đất điểm trung tính của nguồn

điện

3 Khái niệm về điện trở tản của vật nối đất, điện áp tiếp xúc và

điện áp bước

5

Bài 2 : Các biện pháp an toàn điện

1 Nối vỏ hoặc thân kim loại của các thiết bị điện với dây trung tính

2 Nối vỏ hoặc thân kim loại của các thiết bị điện với đất

3 Kết hợp nối đất, vỏ hoặc thân kim loại của thiết bị điện với dùng

Bài 4 : Một số khái niệm liên quan đến chống sét

1 Sự hình thành của sét và các thông số chính của dòng điện sét

2 Tác dụng của sét

Bài 5: Các thiết bị chống sét đánh thẳng

1 Cột thu sét và phạm vi bảo vệ của cột thu sét

1 2 Dây thu sét và phạm vi bảo vệ của dây thu sét

3 Lưới thu sét

Bài 6: Các biện pháp chống sét đánh thẳng

1 1 Đối với công trình cấp 1

2 2 Đối với công trình cấp 2

3 3 Đối với công trình cấp 3

4 4 Phương pháp lắp đặt và lắp đặt hệ thống

5 Kiểm tra

Bài 7: Các biện phấp chống tác dụng thứ cấp của sét

1 Chống cảm ứng tĩnh điện của sét

2 Chống cảm ứng điện từ của sét

3 Chống sự xâm nhập điện áp cao của sét từ ngoài vào công trình

Bài 8: Tính toán điện trở tản của vật nối đất chống sét

1 Yêu cầu chung khi nối dây mạch phân

nhánh và mạch chính

2 Các bước nối dây mạch phân nhánh

3 Các bước nối dây mạch chính

4 Đấu nối dây dẫn mạch phân nhánh và mạch chính

5 Kiểm tra

BÀI 1: KHÁI NIỆM AN TOÀN ĐIỆN

1 Tác dụng nguy hiểm của dòng điện khi đi qua người và phân loại nhà theo

an toàn điện

Khi tiếp xúc với mạng điện sẽ có dòng điện chạy qua cơ thể con người và người sẽ chịu tác động của dòng điện Có thể chia tác động của dòng điện đối với

cơ thể con người ra làm hai loại:

1.1 Tác dụng nguy hiểm của dòng điện khi đi qua người

1.1.1 Tác động kích thích:

Phần lớn các trường hợp chết người vì điện giật là do tác động kích thích gây nên Đặc điểm của nó là dòng điện qua người bé (25 100mA), điện áp đặt vào người không lớn lắm, thời gian dòng điện đi qua người tương đối ngắn (vài giây) Khi người mới chạm vào điện, vì điện trở của người lớn, dòng điện qua người bé, tác động của nó chỉ làm bắp thịt tay, ngón tay co quắp lại Nếu nạn nhân không rời khỏi vật mang điện thì điện trở của người giảm dần và dòng điện đi qua người tăng lên, hiện tượng co quắp tăng lên Thời gian tiếp xúc với điện càng lâu càng nguy hiểm vì người không còn khả năng tự tách ra khỏi vật mang điện dẫn đến tê liệt tuần hoàn máu qua tim và hô hấp Một đặc điểm của tác động kích thích là không thấy rõ chỗ dòng điện vào người và người bị nạn không có thương tích

1.2.1 Tác động chấn thương:

Tác động chấn thương thường xảy ra khi người tiếp xúc với điện áp cao Khi người đến gần vật mang điện (6KV trở lên), tuy chưa chạm phải nhưng vì điện áp cao sinh ra hồ quang điện Dòng điện hồ quang chảy qua người tương đối lớn Do phản xạ tự nhiên của người rất nhanh, ngay lúc ấy người có khuynh hướng tránh xa vật mang điện, kết quả là hồ quang chuyển qua vật nối đất gần đấy, vì vậy dòng điện qua người trong thời gian rất ngắn, tác động kích thích không gây tê liệt tuần hoàn máu và hô hấp, nhưng người bị nạn có thể bị chấn thương hay chết do bị đốt cháy da thịt

Hồ quang điện sinh ra do thao tác các máy cắt, các cầu dao có phụ tải lớn, hay khi ngắn mạch…Nhiệt độ tia hồ quang rất lớn (3000  6000oC), nếu người đứng gần vùng tác dụng của hồ quang sẽ bị tai nạn do hồ quang điện gây ra Một phần cơ thể bị huỷ hoại, vết thương do hồ quang gây ra thường sâu và khó chữa

Cũng có trường hợp điện giật, tuy dòng điện chưa trực tiếp làm tổn thương hay chết người nhưng do co giật hay hoảng hốt mà nạn nhân rơi từ trên cao xuống đất nên bị chấn thương hay chết

* Những yếu tố chính xác định tình trạng nguy hiểm của người khi bị điện giật:

Dòng điện chạy qua cơ thể con người sẽ làm co giật các bắp thịt, phá hoại các quá trình sinh lý bên trong cơ thể dẫn đến tê liệt thần kinh, tê liệt tuần hoàn

máu, hô hấp Tính chất tác hại của dòng điện và hậu quả của nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Trị số của dòng điện giật, điện trở của cơ thể con người, đường đi của dòng điện qua cơ thể con người, thời gian tác dụng của dòng điện, môi trường xung quanh và tình trạng sức khoẻ cơ thể người

- Điện trở của người:

Cơ thể con người có thể coi như một điện trở Lớp sừng trên da (dày 0,05  0.08 mm) có điện trở lớn nhất, xương cũng có điện trở tương đối lớn, còn thịt và máu có điện trở bé Khi người tiếp xúc vào vật mang điện, nếu da khô ráo, không

có thương tích gì thì điện trở của người có thể đến 10000 Ω đến 100000Ω Nếu mất lớp sừng trên da thì điện trở của người còn khoảng (800  1000)Ω Điện trở của người không phải là trị số cố định mà thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu

là tình trạng của da (da sạch hay bẩn, khô hay ẩm), chiều dày lớp sừng, diện tích và

áp suất tiếp xúc, điện áp và tần số dòng điện, trạng thái thần kinh của người Thời gian tác dụng của dòng điện càng lâu, điện trở của người giảm xuống vì da càng bị nóng, mồ hôi ra càng nhiều

- Trị số dòng điện qua người

Như đã phân tích ở trên ta thấy rằng, nguy hiểm đối với người là do dòng điện chạy qua người Qua kết quả phân tích các tai nạn về điện xảy ra trên thực tế

đã rút ra được tác động của dòng điện đối với cơ thể con người như sau:

0,5  1,5 Bắt đầu thấy tê ngón tay Không có cảm giác

2  3 Ngón tay tê rất mạnh Không có cảm giác

5  7 Bắp thịt tay co lại và rung Đau như kim đâm và thấy

nóng

8  10

Tay khó rời vật mang điện nhưng

có thể rời được, ngón tay, khớp tay, bàn tay cảm thấy đau

Nóng tăng lên rất mạnh

20  25 Tay không thể rời vật mang điện,

đau tăng lên, khó thở

Nóng tăng lên và có hiện tượng co quắp

50  80 Hô hấp bị tê liệt, tim đập mạnh Rất nóng, các bắp thịt co

quắp, khó thở

90  100 Hô hấp bị tê liệt, nếu kéo dài 3 giây

thì tim bị tê liệt và ngừng đập Hô hấp bị tê liệt

Từ bảng trên ta thấy rằng, với một trị số dòng điện nhất định , sự tác động của nó vào cơ thể con người hầu như không thay đổi Trong điều kiện bình thường với tần số 50 Hz dòng điện xoay chiều an toàn đối với người phải bé hơn 10 mA, còn dòng điện một chiều phải bé hơn 50 mA

- Thời gian điện giật:

Khi thời gian dòng điện chạy qua người tăng lên, do ảnh hưởng phát nóng, lớp sừng trên da có thể bị chọc thủng làm cho điện trở của người giảm xuống do đó dòng điện qua người tăng lên và càng nguy hiểm

Khi dòng điện qua người trong thời gian ngắn thì tính chất nguy hiểm phụ thuộc vào nhịp đập của tim Mỗi chu kỳ co giãn của tim khoảng một giây, trong thời gian đó khoảng 0,1 giây tim nghỉ làm việc (giữa trạng thái co giãn) Ở thời điểm này tim rất nhạy cảm với dòng điện qua nó Nếu thời gian dòng điện lớn hơn

1 giây thì thế nào cũng trùng với thời điểm tim nghỉ nói trên Thí nghiệm cho thấy rằng dù dòng điện lớn (gần 10A) đi qua người mà không gặp thời điểm nghỉ của tim thì cũng không nguy hiểm gì

Căn cứ vào những lý luận trên chúng ta có thể giải thích tại sao ở các mạng điện cao áp như 110 KV, 35 KV, 60 KV, 6 KV…tai nạn do điện gây ra rất ít dẫn đến trường hợp tim ngừng đập hay ngừng hô hấp Với điện áp cao, dòng điện xuất hiện trước khi người chạm vào vật mang điện, nạn nhân chưa kịp chạm vào vật mang điện thì hồ quang đã phát sinh và dòng điện qua rất lớn (có thể đến vài A) Dòng điện này tác động rất mạnh vào người và gây cho cơ thể người một phản xạ phòng thủ rất mãnh liệt và tránh xa vật mang điện, kết quả là hồ quang bị dập tắt ngay hoặc chuyển sang vật dẫn điện gần đấy, dòng điện qua người chỉ tồn tại trong khoảng vài phần của giây Với thời gian ngắn như vậy rất ít khi làm cho tim ngừng đập hay ngừng hô hấp Ở vùng da bị đốt cháy sẽ tạo ra lớp cách điện của thân người, lớp cách điện này ngăn cách dòng điện qua người rất hiệu quả Tuy nhiên không thể kết luận điện áp cao không gây nguy hiểm cho người vì dòng điện qua người trong thời gian ngắn nhưng hồ quang điện có thể đốt cháy nghiêm trọng hoặc làm chết người

- Đường đi của dòng điện qua người

Tùy theo con đường dòng điện đi vào cơ thể con người mà mức độ nguy hiểm khác nhau Ta lấy dòng điện qua tim để đánh giá mức độ nguy hiểm của các con đường dòng điện qua người Điều chủ yếu là có bao nhiêu phần trăm dòng điện tổng qua tim và cơ quan hô hấp Thực nghiệm cho thấy:

+ Dòng điện đi từ tay sang tay có 3,3% dòng điện tổng qua tim

+ Dòng điện đi từ tay trái sang chân có 6,7% dòng điện tổng qua tim

+ Dòng điện đi từ tay phải sang chân có 3,7% dòng điện tổng qua tim

+ Dòng điện đi từ chân sang chân có 0,4% dòng điện tổng qua tim

Như vậy dòng điện nguy hiểm đối với con người phụ thuộc vào trường hợp bị điện giật Nguy hiểm nhất là trường hợp dòng điện đi từ tay trái xuống chân vì lượng dòng điện qua tim là lớn nhất ( 6,7%) Tuy nhiên ta cũng không nên cho rằng dòng điện đi từ chân sang chân là không nguy hiểm vì khi đó ta sẽ chịu một điện áp bước giữa hai chân người các cơ bắp bị co rút lại làm chúng ta ngã xuống, lúc đó sơ đồ mạch điện sẽ khác đi, mức độ nguy hiểm sẽ lớn hơn

- Tần số dòng điện

Tần số dòng điện xoay chiều cũng có ảnh hưởng nhiều đến tai nạn về điện Qua nghiên cứu thấy rằng, với tần số 50 60 Hz là nguy hiểm hơn cả Tần số càng cao càng ít nguy hiểm Tần số trên 500.000 Hz không giật nhưng có thể gây bỏng

- Môi trường xung quanh

Nhiệt độ và đặc biệt là độ ẩm cũng có ảnh hưởng đến điện trở của người và các vật cách điện, do đó cũng làm thay đổi dòng điện qua người

Hiện nay ở nước ta điện đã được sử dụng rộng rãi trong các xí nghiệp, công trường, nông trường, từ thành thị đến nông thôn, số người tiếp xúc với điện ngày càng nhiều Vì vậy vấn đề an toàn điện đang trở thành một trong những vấn đề quan trọng của công tác bảo hộ lao động

Thiếu các hiểu biết về an toàn điện, không tuân theo các quy tắc về kỹ thuật

an toàn điện có thể gây ra tai nạn Khác với các loại máy cơ khí, nguy hiểm về điện nhiều khi khó phát hiện được bằng giác quan như nghe, nhìn, ngửi mà chỉ có thể biết được khi tiếp xúc với các phần tử mang điện, xong lúc đó có thể bị chấn thương trầm trọng, thậm chí chết người Chính vì thế cần hiểu những khái niệm cơ

bản về an toàn điện

1.2 Phân loại xí nghiệp theo an toàn điện

Môi trường xung quanh như bụi, độ ẩm , nhiệt độ, …ảnh hưởng rất lớnđến tại nạnđiện giật vì vậy theo quyđịnh an toànđiện các xí nghiệp (hay nơiđặt thiết bị điện) được chia ra

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 dẫnđiện (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 độvượt quá 350C trong thờI gian dài hơn 1 ngày

đêm

Những nơi mà ngườiđồng thời tiếp xúc với 1 bên là các kết cấu kim loại của nhà cửa, 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

Nơi it nguy hiểm: Là nơi không thuộc 2 loại trên

2 Phân loại mạng điện theo kiểu nối đất điểm trung tính của nguồn điện

2.1 Nối đất bảo vệ

a 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

b Mục đích, ý nghĩa của nối đất bảo vệ

- 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

- Ý nghĩa: Để hiểu rõ ý nghĩa của bảo vệ nối đất ta xét mạng điện đơn giản sau

Giả sử thiết bị điện được nối vào mạch điện xoay chiều một pha (hay một chiều) như hình vẽ Vỏ của thiết bị được nối đất, nghĩa là nối với các ống kim loại hay thanh kim loại chôn trong đất, có điện trở tản là Rđ, khi cách điện của thiết bị bị chọc thủng thì dòng điện tản trong đất sẽ là Iđ Nếu người tiếp xúc với vỏ thiết bị điên, người sẽ chịu tác dụng của dòng điện là Ing

Gọi R1, R2 là điện trở cách điện của dây dẫn 1 và 2 đối với đất; Rng là điện trở của người

2

Xét sơ đồ tương đương hình b ta thấy:

U R

U

d

ng R

(2.9)

Trong đó R2, R1, cố định nên dòng điện đi qua người phụ thuộc rất lớn vào điện trở nối đất Dòng điện Iđ càng lớn thì dòng điện Ing càng nhỏ hay Rđ càng nhỏ thì Ing càng nhỏ và khả năng an toàn càng cao Vậy để đảm bảo an toàn cho người,

vỏ các thiết bị điện phải được nối đất

Trong các tài liệu và quy trình hiện hành, trị số điện trở R0 quy định như sau:

- Đối với các thiết bị điện áp tới 1000 V trong các lưới điện có điểm trung tính cách điện với đất: trị số điện trở Rđ không quá 4, có thể cho phép tới 10 khi công suất của nguồn dưới 100KVA

- Đối với các thiết bị điện áp trên 1000 V trong các lưới trung tính cách điện với đất

+ Khi nối đất bảo vệ chỉ sử dụng riêng cho các thiết bị điện trên 1000V, trị

số điện trở Rđ được xác định theo Rđ  250/Id 

+ Khi nối đất bảo vệ được sử dụng chung cho các thiết bị điện trên 1000V, trị số điện trở Rđ được xác định theo Rđ  125/Id 

- Đối với các thiết bị điện áp trên 1000 V có trung tính trực tiếp nối đất Điện trở nối đất được quy định  5 

c Phạm vi 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

- 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

- 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 dễ 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

d Các hình thức nối đất:

Người ta sử dụng 2 hình thức nối đất sau:

Nối đất tập trung:là hình thức dùng một số cọc nối đất tập trung trong đất tại một

chỗ, một vùng nhất định phía ngoài vùng bảo vệ 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 2.6a điện áp tiếp xúc khi có sự chạm vỏ khi tiếp xúc với thiết bị 1là Utx1 nhỏ hơn tiếp xúc với thiết bị 2 (thiết bị 2 đặt xa vật nối đất từ 20m trở lên)

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

- 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

khuvực đặt thiết bị điện (hình 2.11)

Mặt cắt AB (Hình 9c) 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 có mạng phân bố điện áp cho hệ thống nối đất trong vùng bảo vệ (đường liền nét)

Trên hình (9a) 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

2.2 Nối trung tính bảo vệ

a 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

b Mục đích và ý nghĩa của bảo vệ nối dây trung tính:

A

B Mặt bằng

- 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 -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

Để giải thích điều này, ta nghiên cứu sơ đồ:

Khi cách điện của thiết bị bị hỏng (chạm vỏ) thì dòng điện ngắn mạch được xác định theo công thức:

R R0

U I

d d

0

.

R R

U R I R U

d

d d d d







(2.11)Nếu Rđ = R0 thì điện áp Uđ có giá trị bằng nửa điện áp pha

Để cầu chì và các thiết bị bảo vệ hoạt động cần tăng trị số dòng điện ngắn mạch Id

bằng cách nối vỏ thiết bị điện với dây trung tính Như vậy trong lưới điện 3 pha 4 dây có dây trung tính nối đất thì việc bảo vệ an toàn được thực hiện bằng bảo vệ nối dây trung tính – vỏ thiết bị điện hoặc các bộ phận bình thường không mang điện khi hỏng cách điện sẽ xuất hiện điện áp đều được nối 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)

c, Phạm vi ứng dụng 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 1000V 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:

- Với các mạng điện 3 pha 4 dây trung tính trực tiếp nối đất, điện áp 220/127V 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

+ Các bộ phận bằng kim loại của các thiết bị điện mà người thường tiếp xúc như tay cầm, cần điều khiển

- Với các phòng làm việc, nhà ở có nền cao ráo thì với điện áp 380/220 V và 220/127 V (trong mạng có trung tính nối đất) cho phép không cần bảo vệ nối dây trung tính

- Trên các đường dây 3 pha 4 dây điện áp 380/220V có trung tính trực tiếp nối đất các cột thép, xà thép phải được nối với dây trung tính

d, 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 2.8 cho ta một cách thực hiện bảo vệ nối dây trung tính:

1 - Điểm nối vỏ thiết bị với dây trung tính

2 - Thiết bị đóng cắt bảo vệ (cầu dao, áp tô mát )

3 - Đèn chiếu sáng 4 - Thiết bị 2 pha

5 - Thiết bị 3 pha 6 - Nối đất lặp lại dây trung tính

- Khi thực hiện bảo vệ nối dây trung tính cần lưu ý những điểm sau:

+ Tránh làm hở mạch dây trung 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 2-9a 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

+ 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 2.14a

+ 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 2.13: Ví dụ về nối dây trung tính các thiết bị

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 2.14b

+ Các dây nối bảo vệ (nối từ dây trung tính đến vỏ thiết bị) theo độ bền cơ học và chống ăn mòn

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:

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

3 Khái niệm về điện trở tản của vật nối đất, điện áp tiếp xúc và điện áp bước 3.1 Do dòng điện tản trong đất

Xét hai trường hợp:

- Dây pha bị đứt rơi xuống đất

- Thiết bị điện bị chạm vỏ do hư hỏng cách điện, vỏ thiết bị được nối qua

Hình 2.14a

Hình 2.14b

điện trở tiếp đất Rđ

- Khi đó sẽ có dòng điện sự cố chạy giữa vị trí chạm đất hoặc điện cực nối đất tỏa ra môi trường xung quanh Giữa vị trí chạm đất và đất bao xung quanh sẽ

có sự phân bố điện thế trong và trên mặt đất

- Ở ngay chỗ chạm đất, điện trở của đất sẽ lớn do dòng chạy qua diện tích nhỏ Càng xa vị trí này, điện trở của đất sẽ giảm theo khoảng cách, sự sụt áp điện thế sẽ nhỏ

- Có thể biểu diễn sự phân bố điện thế xung quanh chỗ chạm đất qua vật nối đất hình bán cầu

- Các khảo sát cho thấy cách chỗ chạm đất 1m, điện áp đất có giá trị từ 0.5- 0.8 giá trị điện áp tại chỗ chạm đất Đứng gần chỗ chạm đất là rất nguy hiểm

- Các vị trí có cùng khoảng cách đối với điểm chạm đất sẽ có cùng một điện thế, gọi là đường đẳng thế Đường đẳng thế là một vòng tròn có tâm là điểm chạm đất

Ví dụ: Khi người tiếp xúc với hai dây pha của lưới 1 pha, điện áp tiếp xúc là: Utx = U (2.3)

Rđ Hình 2.1a: Vị trí chạm đất Hình 2.1b: Vị trí nối đất

Hình 2.2: Đường phân bố điện áp

Trong đó: U là điện áp nguồn 1pha

- Up : Điện áp tại vị trí chân người

- Người càng đứng xa vị trí tiếp đất thì có Uk càng giảm, do đó điện áp tiếp xúc càng lớn Tại vùng điện thế không, Utx = Up

- Điện áp tiếp xúc thường nhỏ hơn Up, nhưng để tính toán bảo vệ, người ta thường lấy trường hợp nguy hiểm nhất bằng Up

- Điện áp tiếp xúc cũng có thể lớn hơn Up, khi xét một người tiếp xúc với phần

tử nối đến cực tiếp đất A, vừa tiếp xúc với một vùng ảnh hưởng của cực tiếp đất B:

Utxmax = UpA- UpB = UAB (Điện áp dây ) (2.5)

Tỉ lệ giữa Utx và Up gọi là hệ số tiếp xúc: Ktx = Utx / Up (2.6)

CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 1

Câu 1: Trình bày khái niệm, mục đích và phạm vi bảo vệ nối đất?

Câu 2: Trình bày khái niệm, mục đích và phạm vi bảo vệ nối dây trung tính?

Câu 3: Anh (chị) hãy cho biết những tác động của dòng điện đối với cơ thể con người?

BÀI 2: CÁC BIỆN PHÁP AN TOÀN ĐIỆN

Hình 2.3: Sơ đồ tiếp xúc một pha

1 Nối vỏ hoặc thân kim loại của các thiết bị điện với dây trung tính

Ý nghĩa của việc thay thếnày xuất phát từthực tếlà trong mạngđiện 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 vệnối đất tức là nối vỏ thiết bị với hệ thống nối đất có điện trởnối đất là R đ

Khi có sự chạm vỏ của 1 pha 3

do cách điện bị hư hỏng (pha ở 2

trong h 5-1) sẽ có dòng điện qua vỏ 1

thiết bị đi vào đất với trị số: 0

Iđ = Uf

R 0 + R d

Trong đó : I

- Uf là điện áp pha của mạng điện R R

- R0 ,Rđ là điện trở nối đất của trung tính và của thiết bị cần bảo vệ

Trị số dòng điện I đ này lúc

điện áp nhỏ hơn 1000 V không

phải

Hình 5.1: Thiết bị bị chạm vỏ trong mạng điện

có trung tính nối đất có điện áp dưới 1000V

lúc nào cũng đủ lớn để làm cho các thiết bị bảo vệ (như cầu chì, áp tô mát ) tác động 1 cách chắc chắn và nhanh để cắt phần bị chạm vỏ ra, vì vậy trên vỏ thiết bị

sẽ có một điện áp nguy hiểm tồn tại lâu dài là:

Uđ = Iđ Rđ

Ví dụ: Mạng 380/220 V có trung tính trực tiếp nối đất với R0 = R đ = 4Ω thì

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 bịbảo sẽkhông tácđộng, và trên vỏthiết sẽcó 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 thểtăng 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 vỏthì 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 chạmđất 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

1.3 PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH :

Nói chung, không phụthuộc vào môi trường xung quanh trong các cơsởsản 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:

Với các mạng điện 3 pha 4 dây trung tính trực tiếp nối đất, điện áp 220/127 V cho phép chỉ thực hiện bảo vệ nối dây trung tính trong các trường hợp sau:

a Xưởng đặc biệt nguy hiểm về mặt an toàn

b Các thiết bị đặt ngoài trời

c Các bộ phận bằng kim loại của các thiết bị điện mà người thường tiếp xúc như tay cầm, cần điều khiển

Với các phòng làm việc, nhà ở có nền cao ráo thì với điện áp 380/220 V và

220/127 V (trong mạng có trung tính nối đất) cho phép không cần bảo vệ nối dây trung tính

Trên các đường dây 3 pha 4 dây điện áp 380/ 220 V có trung tính trực tiếp nối đất các cột thép, xà thép phải được nối với dây trung tính

1.4 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 thểxuất 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:

Hình 5-4: Ví dụ về nối dây trung tính các thiết bị

1 - Điểm nối vỏ thiết bị với dây trung tính

2 - Thiết bị đóng cắt bảo vệ (cầu dao, áp tô mát )

3 - Đèn chiếu sáng 4 - Thiết bị 2 pha 3

5 - Thiết bị 3 pha 6 - Nốiđất lặp lại dây trung 2

* Khi thực hiện bảo vệ nối dây trung tính cần lưu ý một số điểm sau: 1

Để tránh làm hở mạch dây trung

tính người ta quy định rằng dây trung tính

khôngđượcđặt cầu chì, cầu dao hoặc các

thiết bị đóng cắt khác (trừ trường hợp đặc

biệt khi cắtđồng 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

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:

.Trong mạng có trung tính trực tiếp nốiđất, nếu vì một nguyên nhân nàođó mà

bị mất trung tính, người ta không cho phép dùng đất như một dây dẫn (hình 5.7)

nguy hiểm cho người

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 thểgây nguy

hiểm Hình 5.8:

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

Loại dây nối bảo vệ Đồng Nhôm

Qua tính toán người ta nhận thấy rằng vỏ nhôm của cáp có thể sử dụng làm

dây trung tính và dây nối bảo vệvì nó cóđủ độdẫnđiện cần thiết còn vỏchì 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

1.5 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 bịchạm vỏ nguy hiểm cho người thì trị số dòng ngắn mạch (dòng chạm vỏ) phải đủlớn, cũng như dòngđiện định mức của các thiết bịbảo vệphải chọn thích hợp Nếu do dòng chạm vỏbé hay dòngđịnh 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 lúcđó 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 dòngđiện chạm vỏ I N 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 cảtổng trởcủa máy biến áp nguồn Trongđó, tổng trởcủa 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/∆, còn sẽ nhỏ hơn nhiều khi nối ∆/Y vì vậy muốn tăng dòng IN thì nên dùng sơ đồ ∆/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 ∆/Y thì ZB chỉ bằng 0,022 Ω

Ngoài ra cũng có thể tăng dòng ngắn mạch bằng cách tăng hợp lýđộ dẫn điện của dây trung tính (tức là giảmđiện trởcủa dây trung tính) vì vậy người ta

quyđịnh rằng : trong bảo vệ nối dây trung tính thì độ dẫn điện của dây trung tính khôngđược 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

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:

Zd =

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 Z d 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: Hệsố 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

R 2d + X 2

b 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)

c 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

Ví dụ: Một đường dây cáp nhôm 4 ruột đặt trong ống thép nhận điện từ tủ phân

phốiđiện 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 Mạngđược bảo vệ bằng cầu chì với dòng điện định mức của dây chảy bằng 100 A : Iđo = 100 A

2 Mạng điện được bảo vệbằng áp tô mát có bộ phận cắt hổn hợp với dòng

Vậy nếu dùng cầu chì để bảo vệ với Iđo = 100 A thì bảođảm cắt chắc chắn khi có

sự ngắn mạch (chạm vỏ) bảo vệ an toàn cho người

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

2 Nối vỏ hoặc thân kim loại của các thiết bị điện với đất

2.1 Mục đích: Bảo vệ nối đất nhằm bảo vệ an toàn cho người khi người tiếp xúc

với thiết bị đã bịchạm vỏbằng cách giảmđiện áp trên vỏthiết bịxuống một trịsốan

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

R2 U

R ng 1

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

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 ứng là R1, R2 và xem điện dung của các pha đối với

đất là bé có thể bỏ qua, ta có sơ đồ thay thế của mạng như

ở hình 4.1b

- Điện áp đặt vào người: Ung = I0

Rtđ Trong đó: I0 là dòng điện tổng

Rtđ là điện trở tương đương: Rtđ = R1 // Rng // Rđ

Từ đây ta thấy vì U, R 2, Rng là những giá trị tương đối ổn định nênđể 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 vỏthiết bị) đến một trịsốan toàn khi người chạm vào vỏthiết bị đã bịchạm vỏ

2.3 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

Đối với các thiết bị có điện áp > 1000V thì bảo vệ nốiđất phải được áp dụng trong mọi trường hợp, không phụthuộc vào chế độlàm việc của trung tính và loại nhà cửa

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 cáchđiệnđối với đất từ 150Vđến 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

BÀI 3: THIẾT BỊ NỐI ĐẤT VÀ TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT

1 Mục tiêu:

- Trình bày được cấu tạo của thiết bị nối đất

- Tính toán được điện trở nối đất và chọn được thiết bị nối đất phù hợp

- Rèn luyện tính tích cực, chủ động, tư duy khoa học và tiết kiệm

2 Nội dung bài:

2.1 Thiết bị nối đất

1 Một số khái niệm, định nghĩa

Hệ thống nối đất – tập hợp các cực tiếp địa và dây nối đất có nhiệm vụ truyền dẫn

dòng điện xuống đất Hệ thống nối đất bao gồm nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo

Cực tiếp địa – Cọc bằng kim loại dạng tròn, ống hoặc thép góc, dài 23 mét được

đóng sâu trong đất Các cọc này được nối với nhau bởi các thanh giằng bằng phương pháp hàn

Hệ thống nối đất tự nhiên – hệ thống các thiết bị, công trình ngầm bằng kim loại có

sẵn trong lòng đất như các cấu kiện bê tông cốt thép, các hệ thống ống dẫn bằng kim loại, vỏ cáp ngầm v.v

Hệ thống nối đất nhân tạo – hệ thống bao gồm các cực tiếp địa bằng thép hoặc bằng

đồng được nối liên kết với nhau bởi các thanh ngang Phân biệt hai dạng nối đất là nối đất làm việc và nối đất bảo vệ

Hệ thống nối đất làm việc – hệ thống nối đất mà sự có mặt của nó là điều kiện tối

cần thiết để các thiết bị làm việc bình thường, ví dụ nối đất điểm trung tính của máy biến áp, nối đất của các thiết bị chống sét v.v

Hệ thống nối đất bảo vệ – hệ thống nối đất với mục đích loại trừ sự nguy hiểm khi

có sự tiếp xúc của người với các phần tử bình thường không mang điện nhưng có thể

bị nhiễm điện bất ngờ do những nguyên nhân nào đó Ví dụ nối đất vỏ thiết bị, nối đất khung, bệ máy v.v

2 Nối đất

a) Khái niệm nối đất

Nối đất có nghĩa là nối các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ tiếp xúc với dòng điện

do hư hỏng cách điện đến một hệ thống nối đất

Khi có nối đất, qua chỗ cách điện chọc thủng và thiết bị nối đất sẽ có dòng điện ngắn mạch một pha với đất và điện áp đối với đất của vỏ thiết bị bằng:

Uđ = Iđ Rđ [V]

Trong đó: Iđ - Đòng điện 1 pha chạm đất, [A]

Rđ - Điện trở nối đất của trang thiết bị nối đất, []

Trường hợp người chạm phải thiết bị có điện áp, dòng điện qua người xác định theo biểu thức:

Rng- điện trở cơ thể người, ;

Ing - Dòng điện đi qua cơ thể người

Bởi Rđ << Rng nên Ing << Iđ Tuy nhiên nếu Iđ khá lớn thì dòng qua người vẫn là nguy hiểm:

R d

I = I

ng R d ng

Ud - Điện áp của trang bị nối đất, [V]

Id - Dòng ngắn mạch (dòng điện trong đất), [A]

2.2 Tính toán điện trở nối đất của thiết bị nối đất

Việc tính toán nối đất là để xác định số lượng cọc và thanh ngang cần thiết đảm bảo

điện trở của hệ thống nối đất nằm trong giới hạn yêu cầu Điện trở của hệ thống nối

đất phụ thuộc vào loại và số lượng cọc tiếp địa, cấu trúc của hệ thống nối đất và tính chất của đất nơi đặt tiếp địa

 Cách thực hiện nối đất

Trong thực tế thường tồn tại 2 hình thức:

* Nối đất tự nhiên: Là hình thức nối đất tận dụng các công trình ngầm hiện có, như các ống dẫn bằng kim loại (trừ các ồng dẫn nhiên liệu lỏng và khí dễ cháy) đặt trong đất Các kết cấu bằng kim loại của nhà, các công trình xây dựng có nối với đất, các vỏ cáp bọc kim loại của cáp đặt trong đất,…

* Nối đất nhân tạo: Thường được thực hiện bằng các cọc thép (dạng ống, dạng thanh, hoặc thép góc) dài từ 23 [m] và được chôn sâu dưới đất Thông thường các điện cực nối đất được đóng sâu xuống đất sao cho đầu trên của chúng cách mặt đất khoảng 0,50,7 [m] Nhờ vậy sẽ giảm được sự thay đổi điện trở nối đất theo thời tiết

Khi không có điều kiện đóng điện cực xuống sâu (ví dụ ở các vùng đất đá,…) người ta dùng các thanh thép dẹt hoặc tròn đặt nằm ngang ở độ sâu 0,71,5 [m]

Để chống ăn mòn các ống thép đặt trong đất phải có bề dày không nhỏ hơn 3,5 [mm] Các thanh thép dẹt, thép góc không được nhỏ hơn 4 [mm] Tiết diện nhỏ nhất cho phép theo điều kiện này là 48 [mm2]

Dây nối đất cần có tiết diện thoả mãn độ bền cơ khí, ổn định nhiệt và chịu được dòng cho phép lâu dài, nó không được phép bé hơn 1/3 tiết diện của dây dẫn các pha Thông thường người ta hay dùng thép tiết diện 120 [mm2], dây nhôm 35 [mm2], dây đồng 25 [mm2] Mặt khác điện trở của trang bị nối đất không được lớn hơn trị số quy định trong quy phạm

- Khi dùng trang bị nối đất chung có cả lưới trên và dưới 1000 [V] thì:

Trong đó 125 và 250 là điện áp cho phép lớn nhất của trang bị nối đất

Id - Dòng chạm đất 1 pha lớn nhất

Trong cả hai trường hợp, điện trở nối đất không được vượt quá 10 []

Rđ  10 []

- Đối với đường dây trên không:

Udm  35 [kV]: Cần nối đất tất cả các cột bê tông, cột thép

Udm = (320) [kV]: Chỉ cần nối đất các cột ở gần nơi dân cư

Cần phải nối đất cho tất cả các cột bê tông, cột thép, cột gỗ của tất cả các loại đường dây ở mọi cấp điện áp khi trên cột đó có đặt bảo vệ chống sét hay dây chống sét Điện trở nối đất cho phép của cột phụ thuộc vào điện trở suất của đất lấy (1030)[]

+ Trên các đường dây 3 pha 4 dây, điện áp 380/220 [V] có điểm trung tính trực tiếp nối đất các cột sắt và xà của cột bê tông cần phải được nối với dây trung tính

+ Mạng Udm < 1000 [V] có dây trung tính cách đất, cột sắt, bê tông cốt thép cần có điện trở nối đất ≤ 50 []

2.3 Chọn thiết bị nối đất

a) Điện trở nối đất của cọc và thanh nối

Phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, độ chôn sâu trong đất và điện trở xuất của đất tại nơi thực hiện nối đất

b) Tính toán hệ thống nối đất

Hệ thống nối đất thường bao gồm một số điện cực nối song song với nhau một khoảng tương đối nhỏ (vì lý do không gian và kinh tế) Vì vậy khi có dòng ngắn mạch chạm đất, thể tích đất tản dòng từ mỗi cực giảm đi  do đó làm tăng điện trở nối đất của mỗi cọc

Như vậy, nếu nối đất gồm n điện cực (cọc) thì điện trở nối đất của toàn hệ thống (không kể đến thanh nối ngang) không phải là Rcọc/n mà là:



R coc

R =

d n. []

 - Là hệ số sử dụng điện cực nối đất Trị số  thường được cho trước hoặc tra theo đường cong theo số cọc, khoảng cách giữa các cọc, loại mạch nối đất,

c) Điện trở suất của đất

Phụ thuộc vào thành phần, mật độ, độ ẩm và nhiệt độ của đất Và chỉ có thể xác định chính xác bằng đo lường Các trị số gần đúng của điện trở suất của đất (khi độ ẩm bằng (1020) % về khối lượng) tính bằng [.cm]

Ví dụ: Cát: 7.104 [.cm]

Đất sét : 0,6.104 [.cm]

Điện trở suất của đất không phải cố định trong cả năm mà thay đổi do ảnh hưởng của

sự thay đổi độ ẩm và nhiệt độ của đất, do đó điện trở của trang bị nối đất cũng thay đổi Vì vậy trong tính toán nối đất phải dùng điện trở suất tính toán là trị số lớn nhất trong năm

1coc

R η

R

n  (cọc) Trong đó:

c: Hệ số sử dụng cọc, tra sổ tay

Ryc: Điện trở nối đất yêu cầu, Ryc = 4 []

- Xác định điện trở thanh nối:

b.t

2l log l

0,366.

R

2 o t





Trong đó:

o: Điện trở suất của đất ở độ chôn sâu thanh (0,8 [m])

l: Chiều dài (chu vi) mạch vòng, [cm]

B: Bề rộng thanh nối, b = 4 [cm]

t: Chiều sâu chôn thanh nối t = 0,8 [m] = 80 [cm]

Điện trở nối đất thực tế của thanh nối xét đến hệ số sử dụng thanh t, tra sổ tay

t

t t

R R'



- Điện trở nối đất cần thiết của toàn bộ số cọc:

4 R'

4R' R

t

t c



- Số cọc cần đóng:

c c

1c

R

R n



 (cọc)

BÀI 4: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHỐNG SÉT

1 Mục tiêu:

- Trình bày được nguyên tắc hình thành sét và tác dụng của sét

- Rèn luyện tính tích cực, chủ động, tư duy khoa học

2 Nội dung bài:

2.1 Sự hình thành của sét và các thông số chính của dòng điện sét

+ Sự hình thành sét:

Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất, hay giữa các đám mây mang điện tích trái dấu Trước khi có sự phóng điện của sét đã có sự phân chia và tích lũy rất mạnh điện tích trong các đám mây giông do tác dụng của các luồng không khí nóng bốc lên và hơi nước ngưng tụ trong các đám mây Các đám mây mang điện tích

là do kết quả của việc phân tích các điện tích trái dấu và tập trung chúng lại trong các phần khác nhau của đám mây

Phần dưới của các đám mây giông thường tích điện tích âm Các đám mây cùng với đất hình thành các tụ điện mây đất Ở phía trên của các đám mây thường tích điện tích dương

Cường độ điện trường của tụ điện mây đất tăng dần lên và nếu tại chỗ đó cường độ đạt tới trị số tới hạn 25-30 kV/cm thì không khí bị ion hóa và bắt đầu trở nên dẫn điện

Sự phóng điện chia thành ba giai đoạn Phóng điện giữa các đám mây và đất được bất đầu bằng sự xuất hiện một dòng sáng phát triển xuống đất, chuyển động từng đợt với tốc độ 100 -1000 km/s Dòng này mang phần lớn điện tích của đám mây, tạo nên ở đầu cực của nó một điện thế rất cao hàng triện vôn Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng tia tiên đạo từng bậc Khi dòng tiên đạo vừa phát triển đến đất và các vật dẫn điện với đất thì giai đoạn thứ hai bắt đầu, đó là giai đoạn phóng điện chủ yếu của sét Trong giai đoạn này, các điện tích dương của đất di chuyển có hướng từ đất theo dòng

tiên đạo với tốc độ lớn (6.104-105km/s) chạy lên và trung hoà với điện tích âm của dòng tiên đạo

Sự phóng điện được đặc trưng bởi dòng điện lớn qua chỗ sét đánh gọi là dòng điện sét

và sự lóe mãnh liệt của dòng phóng điện Không khí trong dòng phóng điện được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 10.0000C và giãn nở rất nhanh tạo thành sóng âm thanh

Ở giai đoạn phóng điện thứ bacủa sét sẽ kết thúc sự di chuyển các điện tích của mây

mà từ đó bắt đầu phóng điện, sự lóe sáng bắt đầu biến mất

Thường phóng điện sét gồm một loạt phóng điện kế tiếp nhau do sự dịch chuyển điện tích từ các phần khác nhau của đám mây Tiên đạo của những phần phóng điện sau đi theo dòng đã bị ion hoá ban đầu, vì vậy chúng phát triển liên tục và được gọi là tiên đạo dạng mũi tên

+ Các thông số chính của dòng điện sét

Sự lan truyền sóng điện từ tạo nên bởi dòng điện sét gây nên quá điện áp trong

hệ thống điện, do đó cần phải biết những tham số của nó :

- Biên độ dòng sét là giá trị lớn nhất của dòng điện sét Biên độ dòng sét không vượt quá 200 – 300 kA

- Thời gian đầu sóng (τ1) là thời gian dòng sét tăng từ 0 đến đến giá trị cực đại trong khoảng thời gian (0 – 100µs) với tia tiên đạo đầu tiên (5- 50µs) với tia sét lặp lại

- Độ dài dòng điện sét (τ2) là thời gian từ đầu dòng sét đến khi dòng điện sét giảm ½ biên độ trong khoảng từ 20 – 350 µs với các tia sét đầu tiên và từ 5 – 50 µs với các tia sét lặp lại

- Tốc độ tăng dòng di/dt có thể đạt tới 70kA/µs đối với tia sét đầu tiên và vượt quá 200kA/µs với các tia sét tiếp theo

- Tốc độ tăng áp dV/dt đo đạt được tới 12 kV/µs

- Cực tính dòng điện sét số dòng điện sét mang cực tính âm xuất hiện nhiều hơn

và chiếm khoảng 80 – 90% toàn bộ số lần phóng dòng điện sét

2.2 Tác dụng của sét

1 Lợi ích

a) Tạo ô zôn cho tầng khí quyển

- Chúng ta đã biết ô zôn cho bầu khí quyển trong lành hơn, nhờ nó hấp thụ bức

xạ tia cực tím từ mặt trời chiếu xuống trái đất Vậy nhuồn ô zôn từ đâu mà có ? phản ứng hóa học :

Bản chất của sét là những tia lửa điện, ô xi trong không khí gặp tia lửa điện : 2O2 (tia lửa điện) → O3 + (O)

Đây là phản ứng thuận nghịch (O) là ô xi nguyên tử, các (O) tự kết hợp với nhau tạo ngược thành O2, tham gia ngược lại phản ứng Có thể viết gọn :

3O2 → 2O3

Ô zôn có tính ô xi hóa rất mạnh, mạnh hơn O2 rất nhiều Ô zôn tồn tại ở tầng bình lưu bầu khí quyển

b) Cải tạo nguồn đất, tăng khả năng sinh trưởng cho cây

Theo kinh nghiệm ông bà xưa, vào những vụ lúa chiêm xuân những cơn mưa rào mang theo những dưỡng chất thiên nhiên, rất tốt cho cây cối hoa màu, cây cối nhất

là cây lúa nước

Mỗi năm ở nước ta trung bình hàng năm mỗi ha đất nhận được 50 kg Nitơrat,

20 kg Amoniac từ mưa dông – Các chất đạm này được hình thành từ Nito trong quá trình phát triển

c) Dựa vào sét để dò tìm nguồn nước và các mỏ quặng

Dựa vào đặc điểm sét thường đánh vào các mạch nước ngầm, các mỏ quặng (những nơi có độ dẫn điện cao hơn) con người có thể tìm được các mạch nước ngầm, các mỏ khoáng sản để phục vụ cuộc sống của mình

d) Giúp xác định lượng mưa

Các nhà khoa học hiện nay đang cố gắng nghiên cứu tìm ra mối quan hệ giữa sấm sét với lượng mưa trút xuống hàng năm

e) Nguồn năng lượng khổng lồ

Đặc điểm năng lượng của một tia sét chỉ taaph trung ở một vài điểm trong một thời gian ngắn cỡ một vài µs nên năng lượng này tương đối cao Người ta ước tính lượng điện năng một lần sét đánh có thể kéo một đoàn tầu 14 toa chạy 200km Hay một tia sáng thông thường có thể thắp một bóng đèn 100W trong ba tháng Hiện nay việc thu thập nguồn năng lượng này gần như là vô vọng, tuy nhiên người ta vẫn đề xuất dựa vào nguồn năng lượng này để phục vụ các lợi ích phục vụ nhu cầu cuộc sống của con người

2 Tác hại của sét

a) Đối với con người

Sét gây ra thương tích cho con người theo những cách thức:

- Sét đánh trực tiếp vào nạn nhân

- Sét đánh vào các vật gần nạn nhân và các tia lửa điện này phóng qua không khí đánh vào nạn nhân (còn gọi là aets đánh tạt ngang)

- Sét đánh khi nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh

- Sát lan truyền trên mặt đất và gây tổn thương cho người tiếp xúc nơi mặt đất

có sét đánh vào

- Sét lan truyền qua các đường dây cáp tới các vật dụng như ti vi, điện thoại… Mức độ nguy hiểm

- Sét đánh trực tiếp là nguy hiểm nhất (cứ 10 người bị sét đánh trực tiếp thì có tới 8 người chết)

- Sét đánh tiếp xúc hay tạt ngang (độ nguy hiểm phụ thuộc vào bản chất của vật

bị sét đánh và vị trí tương đối của nạn nhân)

- Thiệt hại do sét đánh lan truyền trên mặt đất nhẹ hơn (chỉ khi năng lượng sét đánh xuống không bị tiêu tan ngay tại chỗ mà truyền trong đất và nạn nhân đang đứng trong đường truyền đó mới bị ảnh hưởng)

b) Đối với đồ vật

- Sét đánh thẳng vào công trình

- Sét xâm nhập cá thiết bị qua ăng ten

- Sét xâm nhập qua các nfd dây treo nổi

- Sét xâm nhập qua các đường cáp ngầm

- Sét xâm nhập qua các mạng thiết bị cung cấp cho viễn thông

- Sét xâm nhập qua các hệ thống tiếp đất và các điểm đấu chung

BÀI 5: CÁC THIẾT BỊ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG

1 Mục tiêu:

- Đọc và vẽ được sơ đồ chống sét

- Lắp đặt được hệ thống chống sét cho căn hộ

- Rèn luyện tính tích cực, chủ động, tư duy khoa học, an toàn và tiết kiệm

2 Nội dung bài:

2.1 Cột thu sét và phạm vi bảo vệ của cột thu sét

Cột thu lôi hay cột chống sét là một thanh kim loại hoặc vật bằng kim loại được gắn

trên đỉnh của một tòa nhà, điện ngoại quan bằng cách sử dụng một dây dẫn điện để giao tiếp với mặt đất hoặc "đất" thông qua một điện cực, thiết kế để bảo vệ tòa nhà trong trường hợp sét tấn công Sét sẽ đánh xuống mục tiêu là trình xây dựng và sẽ đánh vào cột thu lôi rồi được truyền xuống mặt đất thông qua dây dẫn, thay vì đi qua tòa nhà, nơi nó có thể bắt đầu một đám cháy hoặc giật điện gây ra Đây là một công cụ rất hữu ích với con người, có thể giúp chúng ta giảm thiểu nguy cơ từ sét

2.1.1 Sự ra đời của cột chống sét

Cột chống sét ra đời vào năm 1752 bởi nhà khoa học người Mỹ Benjamin Franklin Khi đó, ông đã làm thí nghiệm về điện trong khí quyển rất nổi tiếng Ông đã buộc một chiếc diều vào một chiếc cột nhà, ở đó ông cũng buộc một chiếc chìa khóa Sau đó,

cơn giông ập tới, mưa bắt đầu xối xả, thám ướt vào chiếc dây của diều Sấm sét lúc đó cũng rất đáng sợ, đánh vào con diều Do bị ẩm ướt nên con diều có khả năng dẫn điện Franklin đã sờ vào chìa khóa đã cảm thấy bị điên giật rất đáng sợ Sau đó, ông dùng chai Leyden để tích điện và đã tích một lượng điện lớn Benjamin Franklin thực hiện thí nghiệm này với con trai là William Franklin Thật may mắn cho Benjamin vì 1 năm sau đó, nhà vật lý người Nga gốc Đức Georg Wilhelm Richmann đã bị sét đánh chết

Nhờ có thí nghiệm nói trên, Benjamin Franklin đã mạnh dạn sử dụng cột thu lôi đầu tiên tại Philadelphia Sau nhiều ngày dông bão, căn nhà của ông, nơi đặt chiếc cột thu lôi đó, không hề bị ảnh hưởng Thấy vậy, dân chúng vùng Philadelphia cũng làm theo Dần dần, cột thu lôi trở nên phổ biến

Cột thu lôi chỉ hoạt động khi có trận giông bão Lúc ấy, các đám mây đã tích điện tích

âm và mặt đất tích điện tích dương Giữa mây và mặt đất có hiệu điện thế rất lớn Khi

đó, sét được hình thành Những chỗ nhô cao trên mặt đất giống như những mũi nhọn

là nơi có điện trường mạnh nhất Sau khi hình thành, sét sẽ đánh vào những chỗ đó nhiều nhất (chính vì vậy khi khi có sấm sét dữ dội ta không nên đứng trên nhô đất cao hoặc trú dưới gốc cây mà nên nằm xuống đất) Khi đó, cái mũi nhọn của chiếc cột thu lôi sẽ phát huy tác dụng Do cao và nhọn, cột thu lôi sẽ có điện trường lớn, nên sét sẽ đánh vào đó Sau khi bị sét đánh, nó dẫn dòng điện ấy xuống dưới mặt đất Dòng điện

ấy sẽ được trung hòa về điện, bởi lúc này đất mang điện tích dương, còn dòng điện trong cột thu lôi mang điện tích âm

Mô hình hệ thống bảo vệ sét đánh đơn giản

b) Phạm vi bảo vệ

Phạm vi bảo vệ của hệ thu lôi là khoảng không gian quanh hệ thu lôi, bao bọc và bảo

vệ về mặt chống sét cho công trình và người ở bên trong, được xác định bằng thực nghiệm

Phạm vi bảo vệ của hệ thu lôi phụ thuộc vào chiều cao của cột thu lôi (cao độ đỉnh kim) Cột thu lôi càng cao thì phạm vi bảo vệ càng lớn

2.2 Dây thu sét và phạm vi bảo vệ của dây thu sét

2.2.1 Dây thu sét

Dây thu sét thường được dùng để bảo vệ chống sét đánh vào đường dây tải điện trên không Để bảo vệ thường treo dây chống sét trên toàn bộ đường dây Tùy theo Cách bố trí dây dẫn trên cột có thể treo một hay hai dây chống sét sao cho dây dẫn điện của ba pha thường nằm trong phạm vi bảo vệ của dây chống sét

Để bảo vệ chống sét cho đường dây trên không tốt nhất là treo dây chống sét trên toàn bộ tuyến đường dây Song biện pháp này rất tốn kém, vì vậy nó chỉ được dùng cho các tuyến đường dây 110 - 220 kV Đường dây tải điện trên không điện áp

từ 35kV trở xuống ít được bảo vệ bằng dây chống sét toàn tuyến

Để tăng cường khả năng chống sét cho những đường dây này, có thể đặt chống sét van hoặc tăng thêm bát sứ ở những nơi cách điện yếu, những cột vượt cao, chỗ giao chéo với đường dây khác, những đoạn tới trạm Những mạng điện đòi hỏi tính liên tục cung cấp điện rất cao thì tốt nhất là dùng đường dây cáp