1.CHỌN SƠ ĐỒ BẢO VỆ.
Mục đích của việc chọn lựa sơ đồ bảo vệ là chọn ra một loại sơ đồ nối đất phù hợp, thoả mãn tính an toàn và đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Các tiêu chuẩn chọn lựa sơ đồ bảo vệ gồm :
Chống điện giật
Chống hoả hoạn do điện
Cung cấp điện liên tục
Bảo vệ chống quá áp
Bảo vệ chống nhiễu điện từ
Có ba loại sơ đồ nối đất cơ bản, mỗi loại đều có ƣu khuyết điểm riêng. Tuỳ theo yêu cầu về an toàn, đặc điểm phân xưởng cần bảo vệ và khả năng kinh tế mà lựa chọn loại sơ đồ bảo vệ cho phù hợp.
2.CÁC LOẠI SƠ ĐỒ.
A.SƠ ĐỒ TT: là sơ đồ 3 pha 5dây (trung tính nguồn nối đất , vỏ thiết bị nối đat. dây PE và dây trung tính đi riêng biệt )
B.SƠ ĐỒ IT:là sơ đồ mạch ba pha 3 dây, trung tính nguồn cách ly với đất vỏ thiết bị đƣợc nối đất trực tiếp.
C.SƠ ĐỒ TN: đƣợc chia làm 3 loại nhỏ
+ TN-C: là mạng 3 pha 4 dây trung tính nguồn nối đất và vỏ thiết bị nối trực tiếp vào trung tính. Sơ đồ TN-C chỉ dùng cho lưới có tiết diện dây pha phai lớn hơn hoặc bằng 10 mm2 (Cu)hoặc 16mm2(Al)
+ TN-S: là mạng 3 pha 5 dây trung tính nguồn nối đất và vỏ thiết bị nối vào trung tính nguồn thông qua dây PE. Dây PE nối vào trung tính nguồn tại điểm đầu nguồn. Sơ đồ TN-S chỉ dùng cho lưới có tiết diện dây pha nhỏ hơn 10 mm2 (Cu) hoặc 16mm2 (Al)
+ TN-S-C: là sơ đồ kết hợp giửa TN-C và TN-S với đoạn đầu luôn là TN- C và đoạn sau luôn là TN-S.
Những điều kiện tiên quyết:
Sơ đồ TN yêu cầu trung tính phía hạ áp của MBA nguồn, vỏ của tủ phân phối,vỏ của tất cả các phần tử khác trong mạng và các vật dẫn tự nhiên phải đƣợc nối đất chung.
Đối với một trạm có phần đo lường được thực hiện phía hạ áp ,cần có biện pháp cách ly có thể nhìn thấy đƣợc ở phía đầu nguồn hạ thế.
Dây PEN không bao giờ được cắt trong bất kì trường hợp nào.Việc điều khiển và bảo vệ ở các máy cắt mạch trong mạng TN đƣợc sắp xếp nhƣ sau:
-Loại 3 cực khi mạch có dây PEN;
-Loại 4 cực (3 pha +dây trung tính)khi mạch có dây trung tính riêng biệt với dây PE.
(Trang F43 tài liệu [6])
87 3.CÁC ĐẶT ĐIỂM CHÍNH CỦA SƠ ĐỒ TN VÀ CÁCH THIẾT KẾ.
Sơ đồ TN
Trung tính Các phần vỏ kim loại
Đất Trung tính
Điểm nối sao của nguồn sẽ đƣợc nối với tiếp đất. Các bộ phận cần nối đất và vật dẫn tự nhiên của lưới nối với dây trung tính. Một vài phương án của sơ đồ TN là :
3.1.SƠ ĐỒ TN-C (3 PHA 4 DÂY).
(Hình 12: sơ đồ nối đất an toàn TN-C)
Đặc tính :
- Dây trung tính la dây bảo vệ và đƣợc gọi là PEN. Sơ đồ này không đƣợc phép sử dụng đối với các dây nhỏ hơn 10mm (dây Cu)và 16mm (dây Al) và thiết bị điện cầm tay. Sơ đồ TN-C đòi hỏi một sự đẳng thế hiệu quả trong lưới với nhiều điểm nối đất lặp lại. Các vỏ thiết bị và vật dẫn tự nhiên sẽ nối với dây trung tính .
- Cách lắp dây PE: Dây trung tính và PE đƣợc sử dụng chung gọi là dây PEN
- Bố trí bảo vệ chống chạm điện gián tiếp sơ đồ có dòng sự cố và điện áp tiếp xúc lớn. Do đó:
Có thể ngắt điện trong trường hợp hư hỏng cách điện.
Ngắt điện đƣợc thực hiện bằng các CB hoặc cầu chì. RCD (thiết bị chống dòng rò )sẽ không đƣợc sử dụng vì sự cố hƣ hỏng cách điện đƣợc coi nhƣ ngắn mạch pha –trung tính .
Hệ quả : -Quá áp:
Trong điều kiện bình thường, điểm trung tính, vỏ thiết bị và đất có cùng điện thế .
88 Do hiệu ứng cục bộ của điện cực nối đất mà điện thế có thể thay đổi theo khoảng cách đối với điện cực. Do vậy, khi hƣ hỏng cách điện trung áp, dòng sẽ qua điện cực nối đất của trung tính cuộn hạ và điện áp tần số công nghiệp sẽ xuất hiện giửa vỏ thiết bị hạ áp và đất ở xa.
Độ tin cậy cung cấp điện, nhiễu điện từ và phòng cháy: dòng khi hƣ hỏng cách điện không đƣợc hạn chế bằng điện trở điện cực nối đất và rất lớn (vài KA ). Khi có hƣ hỏng cách điện hạ áp thì độ sụt áp nguồn, nhiễu điện từ và khả năng hư hỏng (cháy ) thường cao.
Khi hƣ hỏng cách điện hạ áp, điểm trung tính của tam giác điện áp sẽ dịch chuyển và điện áp giữa pha và vỏ thiết bị sẽ vƣợt quá điện áp pha –trung tính. Trên thực tế giá trị 1,45Un thường được tiếp nhận trong tính toán gần đúng (Un- điện áp pha )
Dây PEN cần thoả mãn điều kiện của 2 chức năng (N và PE) và chức năng PE phải đƣợc ƣu tiên .
Sơ đồ TN-C không dùng cho lưới có tiết diện< 10 mm (Cu) và< 16mm(Al).
Nó cũng không đƣợc dùng cho dây mềm kéo di động .
-Chống cháy: sơ đồ TN-C không dùng cho những nơi có khả năng cháy nổ cao .
-Tương hợp điện từ:
+Khi có dây PEN, dòng do tải không đối xứng chạy qua sẽ tạo nên điện áp rơi và tạo nên các độ lệch điện thế. Do đó sẽ phát sinh dòng điện chạy trong mạch tạo bởi vỏ thiết bị, vật dẫn tự nhiên, cáp đồng trục và các thiết bị thông tin gây nhiễu .
-Ăn mòn :
+Sự ăn mòn bắt đầu từ thành phần dòng DC mà dây PEN tải chúng ăn mòn điện cực nối đất .
+Bố trí bảo vệ chống chạm điện gián tiếp trong sơ đồ có dòng sự cố và điện áp tiếp xúc lớn :
Tự động cắt nguồn khi có hƣ hỏng cách điện CB và cau chí sẽ đảm bảo việc cắt này . Thiết kế vận hành :
Khi dùng CB hoặc cầu chì. tổng trở nguồn của mạch trước và sau thiết bị cần được xác định khi thiết kế. Tổng trở này cần đươc đo sau khi lắp đặt và theo định kỳ. Đặt tính thiết bị bảo vệ sẽ đƣợc xác định theo điện trở này.
Khi công trình đƣợc cung cấp từ 2 nguồn, các đặt tính cắt của CB cần đƣợc xác định theo nguồn sử dụng
Bất kỳ sự cải tạo nào của lưới cũng phải kiểm tra điều kiện bảo vệ (trang F48 tài liệu [6])
89 3.2.SƠ ĐỒ TN-S (3 PHA 5 DÂY).
(Hình 13: sơ đồ nối đất an toàn TN-S)
A BC PE
SƠ ĐỒ TN-S
N
RnủHT
Đặc tính:
- Dây bảo vệ và dây trung tính là riêng biệt. Đối với cáp có vỏ bọc chì, dây bảo vệ thường là vỏ chì. Hệ TN-S là bắt buộc đối với mạch có tiết diện< 10mm (Cu) và 16mm((Al) hoặc các thiết bị di động.
- Cách nối đất :
Điểm trung tính của biến áp được nối đất 1 lần tại đầu vào lưới. Các vỏ kim loại và vật dẫn tự nhiên sẽ đƣợc nối vào dây bảo vệ PE, dây này sẽ đƣợc nối trung tính biến áp.
- Bố trí dây PE :
Dây PE tách biệt với dây trung tính và đƣợc định kích cỡ theo dòng sự cố lớn nhất có thể xảy ra.
Bố trí bảo vệ chống chạm điện. Do dòng sự cố và điện áp tiếp xúc lớn nên:
-Tự động cắt nguồn khi có hƣ hỏng cách điện .
-CB và cầu chì sẽ đảm nhận vai trò này hoặc các RCD
Hệ quả :
- Quá điện áp: Trong điều kiện bình thường trung tính biến áp và vỏ thiết bị cùng điện thế.
- Khả năng liên tục cung cấp điện, nhiễu điện từ, phòng cháy thấp.
- Dây PE không đƣợc nối đất lặp lại tránh điện áp rơi và dòng trong dây bảo vệ trong điều kiện vận hành bình thường.
- Tương hợp điện từ: trong điều kiện bình thường dây PE không có sụt áp do đó nhƣợc điểm của sơ đồ TNC đƣợc khắc phục.Sơ đồ TNC sẽ tương tự như sơ dồ TNS về vấn đề này .Khi có hư hỏng cách điện,điện áp xung lớn sẽ xuất hiện trên dây PE, tạo nên hiện tƣợng quá độ nhƣ sơ đồ TN- C.
Thiết kế vận hành :
90 - Tính toán tổng trở của nguồn và của mạch có kiểm tra bằng đo lường sau lắp đặt và định kỳ sau đó .
- Xác định điều kiện cắt khi công trình đƣợc cấp từ 2 nguồn.
- Kiểm tra điều kiện bảo vệ khi có sự cải tạo lưới.
- Sử dụng RCD với dòng tác động 500 mA sẽ tránh đƣợc hƣ hỏng về điện cũng nhƣ những hƣ hỏng này xảy ra do hƣ hỏng cách điện hoặc ngắn mạch qua tổng trở.
(trang F51tài liệu [6]) 3.3.SƠ ĐỒ TN-S-C :
(Hình 14: sơ đồ nối đất an toàn TN-S-C)
-Sơ đồ TN-S-C là sự kết hợp giữa hai sơ đồ TN-C và TN-S, vì vậy mà ta tận dụng đƣợc những ƣu khuyết điểm của chúng để bảo vệ an toàn cho phân xưởng.
-Khi dùng chung một lưới, sơ đồ TN-S luôn sử dụng sau sơ đồ TN-C và điểm phân giữa dây PE khỏi dây PEN thường là điểm đầu của lưới.
91 4.CÁC ĐẶC TÍNH CHÍNH CỦA SƠ ĐỒ TT.
(Hình 15: sơ đồ nối đất an toàn TT)
Sơ đồ dạng TT
Đặc tính:
+ phương pháp nối đất: điểm trung tính của MBA đƣợc nối trực tiếp nối đất.Vỏ thiết bị sẽ đƣợc nối tới cực nối đất bằng dây nối đất. Cực nối đất này thường độc lập với cực nối đất trung tính của MBA
+bố trí dây PE: dây PE riêng biệt với dây trung tính và đuợc định theo dòng sự cố lớn nhất có thể xảy ra
+bố trí bảo vệ chống chạm điện gián tiếp: mạch sẽ đƣợc tự động ngắt khi có hƣ hỏng cách điện, trên thực tế các Rcd sẽ đảm nhận chức năng này. Dòng tác động của chúng sẽ nhỏ do có điện trở mắc nối tiếp của 2 điện cực nối đất
Hệ quả :
+điểm trung tính của MBA đƣợc nối trực tiếp với đất
Vỏ các thiết bị được nối tới các cực nối đất. Cực này thường tách biệt với cực nối đất trung tính MBA
+ quá áp: giống nhu sơ đồ TN, áp của vỏ và cực nối đất nhƣ nhau. Tuy nhiên điều này có thể không đúng cho dây trung tính có nối tới 1 điện cực nối đất và vỏ thiết bị. Đối với lưới đô thị, do sự bao
92 trùm của 2 cực nối đất lên nhau quá áp có thể chấp nhận đƣợc. Hơn nữa việc đặt chống sét van sẽ đảm bảo mức bảo vệ cần thiết
+tương hợp điện từ: khi có hư hỏng cách điện, dòng sự cố thường nhỏ
+bố trí dây PE: dây PE tách biệt với dây trung tính và đƣợc định cỡ theo dònh sự cố lớn nhất có thể xảy ra
+tương hợp điện từ: trong điều kiện bình thường trên dây PE không có sụt áp và các khuyết điểm nhƣ của sơ đo TN-C, khi có hƣ hỏng cách điện, xung điện áp xuất hiện theo dây PE thường thấp và các nhiễu có thể bỏ qua
+thiết kế và vận hành: đối với lưới phân phối tiết điện của dây PE có thể sẽ nhỏ hơn so với trường hợp ở sơ đồ TN-S.
+bố trí bảo vệ chống chạm điện gián tiếp:
-tự động cắt khi có sự cố hƣ hỏng cách điện. Trên thực tế việc này đƣợc thực hiện bằng RCD. Dòng tác động của nó phải nhỏ
-RCD thường được lắp đặt dưới dạng role và CB và dưới dạng RCCB vao cấu chì.Chúng có thể bảo vệ mạch đơn hay nhóm mạch và dòng thao tác thường được chọn theo giá trị lớn nhất của điện trở cực nối đất các thiết bị
-sự có mặt của RCD làm đơn giản hó thiết kế và các điều kiện ràng buộc. Không cần biết tổng trở nguồn và không có giới hạn về chiều dài mạch (ngọai trừ khi cần tránh độ sụt áp quá lớn). Lưới có thể đƣợc cải tạo và mở rộng mà không cần tính lại hoặc đo lại.
+hỏa họan: khi sử dụng RCD với dòng ≤500mA sẽ tránh đƣợc hỏa họan do điện
(trang F53 tài liệu [6] )
5.TÍNH TOÁN CHỌN DÂY BẢO VỆ.
5.1.ĐIỀU KIỆN CHỌN DÂY BẢO VỆ.
Khi Spha 16 mm2(Cu) và 25mm2(Al) SPE= Spha
Khi 16mm2 < Spha 35mm2 (Cu) SPE=16 mm2 Hoặc 25mm2 < Spha 50mm2 (Al) SPE= 25 mm2 SPE 0.5 Spha cho các trường hợp còn lại.
(Trang 27 tài liệu [2])
5.2.CHỌN DÂY BẢO VỆ.
A.CHỌN DÂY BẢO VỆ CHO DÂY DẪN TỪ MÁY BIẾN ÁP ĐẾN TỦ PHÂN PHỐI CHÍNH.
Ta có dây dẫn từ máy biến áp đến tủ phân phối chính đƣợc chọn dây có tiết diện dây là 1000 mm2 cho mỗi pha. Do đó, ta chọn dây PE cho đoạn dây này là dây có tiết diện lớn hơn hoặc bằng một
93 nữa tiết diện dây pha. Nhƣ vậy tiết diện dây đƣợc chọn là:
1000 500
2 (mm2).
Tra catalo dây dẫn ta chọn loại dây dẫn một lõi dẫn võ bọc PVC của CADIVI có các thông số nhƣ sau:
Mã hiệu: CVV/DTA S = 500(mm2)
R0PE= 0,0366( /Km) IcpPE= 660 A
B.CHỌN DÂY BẢO VỆ CHO DÂY DẪN TỪ TỦ PHÂN PHỐI CHÍNH ĐẾN CÁC TỦ ĐỘNG LỰC.
Chọn dây bảo vệ cho dây dẫn từ tủ phân phối chính đến tủ động lực 1:
Ta có dây dẫn từ tủ phân phối chính đến tủ động lực nhóm 1 đƣợc chọn có tiết diện dây là 50 (mm2) cho mỗi pha. Do đó, ta chọn dây PE cho đoạn dây này là dây có tiết diện lớn hơn hoặc bằng một nữa tiết diện dây pha. Nhƣ vậy tiết diện dây đƣợc chọn
là 50 25
2 mm2.
Tra catalo dây dẫn ta chọn loại dây dẫn một lõi dẫn võ bọc PVC của CADIVI có các thông số nhƣ sau:
Mã hiệu: CVV/DTA S =25mm2
R0PE= 0,727 /Km IcpPE= 142 A
Tương tự, ta chọn dây PE cho các tủ động lực còn lại như sau:
Bảng chọn dây PE cho các tủ động lực(bảng 8.1) TDL Mã hiệu Tiết
diện S(mm2)
R0dd
( /Km)
Tiết diện SPE(mm2)
IcpPE
(A)
R0PE
( /Km)
1 CVV/DTA 50 0,387 25 142 0,727
2 CVV/DTA 16 1,15 16 110 1,15
3 CVV/DTA 400 0,047 240 485 0,0754
4 CVV/DTA 185 0,099 95 297 0,193
5 CVV/DTA 10 1,83 10 86 1,83
Dân dụng CVV/DTA 50 0.387 25 142 0,727
Lưu ý:
Các nhóm 2 và 5 có tiết diện dây pha Spha 16 mm2(Cu), nên chọn
SPE= Spha
94 C.CHỌN DÂY BẢO VỆ CHO DÂY DẪN TỪ TỦ ĐỘNG LỰC ĐẾN CÁC THIẾT BỊ THUỘC CÁC TỦ ĐỘNG LỰC.
Vì khi chọn dây dẫn điện cho từng thiết bị ,ta chọn 1 lọai dây dẫn cho thuận tiện về việc thi công có tiết diện là 16mm2 nên ta cũng chọn 1 lọai dây pen cho từng thiết bị với thông số nhƣ sau:
Mã hiệu: CVV/DTA S =25(mm2)
R0PE= 1,15( /Km) IcpPE= 110 (A)
6.TÍNH TOÁN CHỌN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT.
6.1.MỤC ĐÍCH, ĐIỀU KIỆN.
- Mục đích của việc thiết kế hệ thống nối đất là nhằm đảm bảo cho hệ thống vận hành một cách bình thường khi hệ thống làm việc bình thường và an toàn cho người và thiết bị khi có sự cố chạm vỏ thiết bị xảy ra trong mạng điện.
Điều kiện thiết kế: Vì ta chọn sơ đồ mạng TN-C nên ta thiết kế hệ thống điện trở nối đất trung tính nguồn và nối đất lặp lại với điều kiện:
Rnđnguồn 4 , Rnđll 10
(trang 28 tài liệu[2]) 6.2.TÍNH TOÁN.
-Ta có điện trở suất của đất do=100 m (bảng 4.4 trang 140 tài liêu[7]) đƣợc đo vào mùa khô. Ta sử dụng hình thức nối đất phức hợp gồm dây dẫn nối các cọc(giống nhau) dạng tròn như hình dưới đây:
với khoảng cách giữa các cọc a =3m, t0 = 0,8m, t = t0 + 2 l Thông số cọc : lc = 4m, dc = 20 mm, tt= dokm
Với : do 120 m, mùa khô. (Tra bảng phụ lục 03 trang 244 tài liệu [8]) tìm đƣợc km 1, 4
=> tt = 1,4x120 =168( m) Điện trở 1 cọc :
1
2 1 4
(ln ln )
2 2 4
tt coc
l t l
R l d t l (*)
Với : 0 4 0,8 2,8
2 2
t l t m
(*)công thức 4.4 trang 46 tài liệu [8]
1
1, 4 100 2 4 1 4 2,8 4
(ln ln ) 35, 48
2 4 0, 02 2 4 2,8 4
coc
x x x
R x x
Xem dây nối các cọc có điện trở nhỏ có thể bỏ qua.
95 - Điện trở tản(tổ hợp) của một nhánh với c= 0,7. ( Tra bảng phụ lục 04 trang 244 tài liệu [8])
R1nhánh = Rth1 =
C C
n
R =35, 48
6 0, 7x = 8,44 ( ) (**) (**) Công thức 4.6 trang 46 tài liệu [8]
(Hình 16: sơ đồ hệ thống nối đất an toàn làm việc)
Một nhánh của cọc nối đất song song
- Điện trở tản tổ hợp cho 4 nhánh với =0,7.(Tra bảng phụ lục 08 trang 246 tài liệu [8])
Rth = 1
* Rth
n = 8, 44
4 * 0.7= 3,02( ) (***) (***)công thức 4.6 trang 46 tài liệu [8]
- Điện trở nối đất lặp lại có thể chọn là điện trở tổ hợp của một nhánh:
Rnđll = Rth1 = 8,44( ) - Kiểm tra điều kiện điện trở nối đất trung tính :
RnđHT = Rnđng = 3,02 < 4 ( ) Rnđll = 8,44 < 10 ( )
Nhƣ vậy, với hệ thống cọc nối đất đã tính ở trên đảm bảo yêu cầu làm việc bình thường và an toàn cho phân xưởng.
7.TÍNH TOÁN DÒNG CHẠM VỎ VÀ KIỂM TRA.
Do ta chọn sơ đồ TN-C để bảo vệ cho mạng điện của phân xưởng nên dòng chạm vỏ của thiết bị chính là dòng ngắn mạch một pha chạm đất.
Mục đích của việc tính ngắn mạch một pha là để xác định ngƣỡng tác động của CB bảo vệ cho mạng điện. Do mạng điện của phân xưởng được cung cấp từ hai nguồn (nguồn từ hệ thống và nguồn từ máy phát dự phòng). Vì vậy, khi tính ngắn mạch một pha là để xác định ngƣỡng tác động của CB ta phải tính theo nguồn cung cấp dòng chạm vỏ nhỏ hơn.