Chương 3: HỆ THỐNG NỐI ĐẤT

Câu 1 : Các hệ thống nối đất.

Việc lựa chọn các biện pháp bảo vệ chống điện giật, chống cháy nổ hợp lý liên quan trực tiếp đến quy cách nối đất của hệ thống cung cấp điện. Tiêu chuẩn IEC 60364 -3 định nghĩa các hệ thống điện bằng 2 chữ cái :

Chữ cái thứ nhất thể hiện tính chất của trung tính nguồn:

T : Trung tính nguồn trực tiếp nối đất

I : Trung tính nguồn cách ly

Chữ cái thứ 2 thể hiện hình thức bảo vệ:

T - Bảo vệ nối đất

N - Bảo vệ nối dây trung tính

1. Hệ thống TT

Trong hệ thống TT, tất cả các phần dẫn điện lộ ra ngoài trong hệ thống điện lắp đặt ( vỏ kim loại của thiết bị điện ) được nối với một hệ thống nối đất. Hệ thống này ko kết nối về điện với đất tại nguồn cấp điện

Các đặc điểm của hệ thống TT là:

 Sơ đồ rất đơn giản.

 Do sử dụng 2 hệ thống nối đất riêng biệt nên cần lưu ý bảo vệ quá áp

 Tiết diện dây PE có thể nhỏ hơn dây N và thường được xác định theo dòng sự cố lớn nhất có thể xảy ra

 Trong điều kiện làm việc bình thường trên dây PE ko có sụt áp

 Trong điều kiện hư hỏng cách điện , xung điện áp xuất hiện trên dây PE thấp và các nhiễu điện từ có thể bỏ qua

Hệ thống TT thường sử dụng cho mạng điện bị hạn chế về sự kiểm tra hay mạng điện có thể mở rộng, cải tạo như mạng điện công cộng hay mạng điện khách hàng.

2. Hệ thống IT

Các đặc điểm của hệ thống IT:

 Vỏ các thiết bị điện và vật dẫn tự nhiên của tòa nhà được nối với điện cực nối đất riêng

 Tiết diện dây PE có thể nhỏ hơn dây N và thường được xác định theo dòng điện sự cố lớn nhất có thể xảy ra.

 Trong điều kiện làm việc bình thường trên dây PE ko có sụt áp

 Giảm ngưỡng quá áp khi xuất hiện sự cố chạm từ cuộn cao sang cuộn hạ của máy biến áp nguồn

 Khi hư hỏng cách điện , dòng sự cố thứ nhất thường thấp và ko nguy hiểm

 Khi sự cố thứ 2 xảy ra trên pha khác , nó sẽ tạo nên dòng điện ngắn mạch và gây nguy hiểm .Vì vậy cần sử dụng thiết bị bảo vệ có thể vận hành khi có sự cố 2 điểm.

Hệ thống IT thường được sử dụng khi yêu cầu độ tin cậy cao . VD : mạng cấp điện cho các hệ thống xử lý thông tin

3. Hệ Thống TN

Điểm trung tính của nguồn điện được nối trực tiếp với đất, các phần dẫn điện lộ ra ngoài của hệ thống có thể được nối với dây bảo vệ riêng ( TN -S) , hay kết nối dây bảo vệ với dây trung tính ( TN -S hay TN - CS)

Trong hệ thống TN-S dây trung tính và dây bảo vệ là riêng biệt

Các đặc điệm của hệ thống TN-S :

1. Dòng điện sự cố và điện áp tiếp xúc lớn nên cần trang bị các thiết bị bảo vệ tự động

2. Dây PE tách biệt với dây N, không được nối đất lặp lại và tiết diện dây PE thường được xác định theo dòng điện sự cố lớn nhất có thể xảy ra

3. Trong điều kiện làm việc bình thường ko có sụt áp và dòng điện trong dây PE nên tránh được hiểm họa cháy và nhiễm điện từ.

Hệ thống TN-S thường được sử dụng cho mạng điện được theo dõi , kiểm tra thường xuyên hay mạng điện ko mở rộng , cải tạo. Bắt buộc sử dụng đối với mạch có tiết diện dây/cáp > 10 (16) đối với Cu ( Al)

Trong hệ thống TN- C, dây trung tính và dây bảo vệ là 1 và đgl dây PEN

Đặc điểm:

1. Sử dụng nhiều điểm nối đất lặp lại để đảm bảo dây PEN được nối đất trong mọi trường hợp

2. Dòng sự cố và điện áp tiếp xúc lớn nên cần trang bị thiết bị bảo vệ tự động

3. Trong điều kiện làm việc bình thường vỏ thiết bị, đất và trung tính có cùng điện thế

4. Khi hư hỏng cách điện, dòng sự cố gây sụt áp nguồn, nhiễu điện từ và khả năng gây cháy cao

5. Trường hợp tải ko đối xứng , trong dây PEN xuất hiện dòng điện. Dòng điện này có thể gây nhiễu cho các máy tính hay các hệ thống thông tin

Hệ thống TN- C thường được sử dụng cho mạng điện ko cải tạo hay mở rộng và có tiết diện dây/cáp > 10 (16) đối với Cu ( Al)

TN-C-S là hệ thống kết hợp giữa hệ thống TN-C (trước) và TN- S (sau)

Không sử dụng hệ thống TN-C và TN-C-S cho các công trình mà khả năng cháy và khả năng lây nhiễm điện từ cao.

CÂU 9 : PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA CÁC HỆ THỐNG

Việc chọn loại hệ thống đất thường căn cứ vào các yêu cầu:

An toàn chống điện giật

An toàn chống hỏa hoạn do điện

Bảo vệ chống quá áp

Bảo vệ chống nhiễu điện từ

Liên tục cung cấp điện

Câu 10 : Các kiểu nối đất

Tùy theo cách bố trí các điện cực nối đất mà phân biệt nối đất tập trung hay nối đát mạch vòng

1.Nối đất tập trung:

Thường dùng nhiều cọc đóng xuống đất và nối với nhau bằng các thanh ngang hay cáp Cu trần. Khoảng cách giưa các cọc thường = 2 lần chiều dài cọc để loại trừ hiệu ứng màn che. Trong trường hợp khó khăn về mặt bằng thì khoảng cách này ko nên nhỏ hơn chiều dài cọc. Nối đất tập trung thường chọn nơi đất ẩm , điện trở suất thấp, cách xa công trình

2.Nối đất mạch vòng:

Các điện cực nối đất được đặt theo chu vi công trình cần bảo vệ ( cách mép ngoài từ 1 -1.5m ) khi phạm vi công trình rộng. Nối đất mạch vòng còn đặt ngay trong khu vực công trình. Nối đất mạch vòng nên dùng ở các trang thiết bị có điện áp > 1000 V, dòng điện chạm rất lớn

Về vấn đề thi công hệ thống nối đất cần chú ý các điểm sau:

 Các cọc nối đất bắng sắt hay thép trước khi đặt xuống đất đều được đánh sạch gỉ, ko sơn. Ở môi trường có khả năng ăn mòn kim loại thì phải dùng sắt tráng kẽm hay cọc thép bọc đồng

 Đường dây nối đất chính đặt ở ngoài nhà phải chôn sâu 0.5-0.7m , ở trong nhà đặt trong rãnh hoặc đặt nối theo tường , sao cho việc kiểm trang thiết bị được thuận tiện

 Dây nối đất chính được nối vào bảng đồng nối đất, các trang thiết bị điện được nối với bảng đồng nố đất bằng 1 đường dây nhánh. Cấm mắc nối tiếp các trang thiết bị điện vào dây nối đất chính

Câu 11. Phân tích các hệ thống nối đất hiện đại.

Hiện nay ngoài một số hệ thống nối đất hiện đại, đa phần sử dụng ống sắt tráng kẽm hay sắt góc dài từ 2 - 6m, đóng thẳng xuống đất cách mặt đất .5 - .8m. Chúng được nối kết với nhau = cáp Cu trần, liên kết giữa các cọc nối đất với cáp đồng là liên kết cơ khí ( ốc xiết) hay hàn gió đá, tạo thành lưới nối đất. Ở Việt Nam , để giảm điện trở nối đất thường dùng các biện pháp đơn giản như tăng số lượng cọc, kích thước cọc ,cải tạo đất = cách dùng than , muối. Các biện pháp này tuy dễ làm nhưng hiệu quả ko cao và gặp một số hạn chế:

 Điện trở nối đất ko giảm tuyến tính theo số lượng cọc, do đó việc tăng số cọc ko mang lại hiệu quả cao và tốn kém

 Muối rất dễ hòa tan trong nước , bị rửa trôi sau một thời gian

 Việc liên kết giữa các giữa các bộ phận nối đất = ốc xiết có ưu điểm đơn giản nhưng ko đảm bảo mối liên kết tốt và bền về mặt dẫn điện

 Không giảm được giá trị tổng trở nối đất do ko giảm được thành phần dung kháng

Các nhược điểm này có thể khắc phục nhờ ứng dụng các thiết bị , vật liệu và công nghệ mới:

1.Thiết bị , vật liệu và công nghệ mới

a.Điện cực nối đất

Hiện nay sử dụng phổ biến nhất là cọc thép bọc đồng , đường kính 13 , 16 hay 23 mm , chiều dài cọc chuẩn là 2.4m hoặc 3m . Cọc thép bọc đồng có giá thành rẻ , bền vững trong kết nối và lắp đặt cũng như dưới tác động của môi trường

Việc sử dụng cọc có chiều dài > 3m thường được xem xét trong các trường hợp:

 Lớp đất có điện trở suất lớn, cần vươn đến tầng đất ẩm

 Mặt bằng bị hạn chế

b.Liên kết giữa các bộ phận nối đất

Liên kết giữa các bộ phận nối đất có thể sử dụng ốc xiết , các mối nối được băng một lớp chống thấm để bảo vệ ăn mòn của mối trường

Gần đây công nghệ hàn hóa nhiệt CADWELD được sử dụng trong các hệ thống nối đất chất lượng cao, nhờ các ưu điểm sau:

1. Tản dòng điện hiệu quả hơn dây dẫn

2. Không hư hỏng hay giảm chất lượng theo thời gian

3. Mối hàn CADWELD là mối hàn phân tử nên ko bị hỏng hay ăn mòn

4. Chịu được dòng sự cố lặp lại

5. Thiết bị nhẹ, ko đòi hỏi nguồn ngoài và ko đắt tiền

c. Hóa chất giảm điện trở đất

Khi sử dụng các hóa chất giảm điện trở đất ( EEC, GEM) có thể làm giảm điện trở suất của đất từ 50 - 90 %. Hóa chất giảm điện trở có những ưu điểm sau:

 Bền vững và ko cần bảo trì

 Giữ điện trở đất ở hằng số ổn định với thời gian

 Không bị phân hủy hay mục rữa

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

 Không phụ thuộc vào sự hiện diện của nước để duy trì tính dẫn điện của nó

d. Cọc hóa chất:

Ở các vùng đất có điện trở suất quá cao và diện tích hạn chế thì có thể sử dụng cọc hóa chất để giảm điện trở của hệ thống nối đất

c. Máy đo diện trở nối đất

Để kiểm tra điện trở của hệ thống nối đất có thể sử dụng các máy đo hiện đại với nhiều tính năng như:

 Màn hình LCD, lưu và in kết quả ra giấy

 Tầm đo rộng : 0.001 - 3000 Ω, với độ chính xác có thể đạt đến 2 %

 Đo điện trở nối đất kiểu 2 cọc, 4 cọc hoặc của từng phần tử chọn lọc

 Quy trình đo được tự động hóa

2. Phần mềm phụ trợ

Để thuận tiện cho khách hàng, các hãng sản xuất các sản phẩm nối đất cung cấp các phần mềm phụ trợ. VD phần mềm GEM version 3.1 khi cung cấp các thông số ngõ vào : điện trở suất của đất, chiều dài và đường kính của cọc/thanh/dây nối đất, số lượng cọc ... sẽ cho kết quả tính toán bao gồm điện trở nối đất , số lượng hóa chất GEM cần sử dụng

Câu 12: Trình tự tính toán nối đất.

Mục đích tính toán nối đất là xác định h.nh thức nối đất thích hợp (nối đất tập trung hay mạch vòng), xác định các thông số chủ yếu của hệ thống nối đất (như số lượng, hình dáng cọc, các thanh) xuất phát từ trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn và các điều kiện cụ thể nơi cần lắp đặt.

Trong các mạng có dạng chạm đất bé nếu điều kiện lắp đặt mặt bằng bị hạn chế thì có thể cho phép nối đất tập trung. Với các mạng có dòng chạm đất lớn bắt buộc phải thực hiện nối đất mạch vòng.

Các bước tính toán hệ thống nối đất được tính như sau:

1. Xác định điện trở nối đất yêu cầu .