Bài giảng An toàn điện - Chương 3: Bảo vệ nối đất

1LOGO
1 2
CÁC NỘI DUNG SẼ NGHIÊN CỨU
1. Khái niệm chung
2. Các hệ thống nối đất chuẩn
3. Điện trở suất của đất
4. Loại nối đất
5. Các kiểu nối đất
6. Qui định về điện trở nối đất tiêu chuẩn
3
1. Khái niệm chung
1.1. Mục đích nối đất
1.2. Phân loại hệ thống nối đất
4
 Giảm điện áp tiếp xúc đến mức an toàn khi có sự cố
chạm vỏ thiết bị → Tạo ra một con đường để dòng điện
sự cố chạy qua dễ dàng.
 Bảo vệ bằng cách nối đất là một biện pháp bảo vệ cổ
điển nhưng rất phổ biến vì nó đơn giản và kinh tế.
1.1. Mục đích nối đất
25
1.2.1. Hệ thống nối đất vận hành
1.2.2. Hệ thống nối đất bảo vệ
1.2.3. Hệ thống nối đất chống sét
1.2. Phân loại hệ thống nối đất
6
 Hệ thống nối đất vận hành
là hệ thống nối đất được
thực hiện theo yêu cầu đòi
hỏi của thiết bị điện để cho
thiết bị điện có thể vận
hành.
1.2.1. Hệ thống nối đất vận hành
7
 Hệ thống nối đất bảo vệ là hệ
thống được thực hiện theo yêu
cầu an toàn sử dụng thiết bị
điện, để đề phòng tai nạn do vỏ
thiết bị có điện áp.
1.2.2. Hệ thống nối đất bảo vệ
8
1.2.3. Hệ thống nối đất chống sét
 Hệ thống nối đất chống sét là
hệ thống khi có sét thì lượng
điện đo sét tạo ra sẽ được hệ
thống thu và đưa xuồng đất
qua hệ thống nối đất.
39
2. Các hệ thống nối đất chuẩn
2.1. Giới thiệu
2.2. Hệ thống TT
2.3. Hệ thống IT
2.4. Hệ thống TN-S
2.5. Hệ thống TN-C
2.6. Hệ thống TN-S-C
2.7. Qui định về dây PE và PEN
10
 Theo tiêu chuẩn IEC 60364-3, hệ thống
điện được định nghĩa bằng 2 chữ cái,
đó là hệ thống TT, IT, TN.
 Bên cạnh hai chữ cái, còn dùng thêm
một hoặc 2 chữ cái nữa để chỉ cách bố
trí dây trung tính và dây bảo vệ: TN-C,
TN-S, TN-C-S.
2.1. Giới thiệu
 Chữ thứ nhất: thể hiện tính chất của trung tính
nguồn, thể hiện mối quan hệ nguồn điện và hệ
thống nối đất. Chỉ rõ tình trạng điểm trung tính của
lưới điện đối với đất.
• T: Nối đất trực tiếp (Terrestrial)
• I: Tất cả các phần mang điện cách ly với đất
hoặc một điểm được nối đất thông qua một trở
kháng (Insulated).
2.1. Giới thiệu
 Chữ thứ hai: thể hiện hình thức bảo vệ, xác
định mối quan hệ của các phần dẫn điện lộ ra
ngoài của hệ thống, mạng điện lắp đặt và hệ
thống nối đất.
• T: Vỏ kim loại của thiết bị sử dụng điện
được nối đến hệ thống nối đất.
• N: Vỏ kim loại của thiết bị sử dụng điện
được nối với dây trung tính.
2.1. Giới thiệu
4 Chữ thứ ba: liên quan đến mạng điệnTN
• C: dây dẫn bảo vệ PE và dây dẫn trung
tính N được hỗn hợp hay hòa lẫn vào
nhau, mà người ta thường gọi là PEN.
• S: dây dẫn bảo vệ PE và dây dẫn trung
tính N được tách biệt.
2.1. Giới thiệu 2.2. Hệ thống TT
 Ý nghĩa: Mạng điện TT tức là mạng điện 3 pha trung
tính nguồn hay còn gọi là trung tính vận hạnh (N) nối
đất và vỏ thiết bị nối trung tính bảo vệ (PE). Thường
gọi là mạng 3 pha 4 dây
2.2. Hệ thống TT
 Các đặc điểm
• Sơ đồ rất đơn giản
• Sử dụng hai hệ thống nối đất riêng
biệt nên cần bảo vệ quá áp
• Tiết diện dây PE nhỏ hơn dây
trung tính
2.2. Hệ thống TT
 Các đặc điểm
• Trong điều kiện làm việc bình
thường, dây PE không có sụt áp.
• Trong trường hợp hư hòng cách
điện, xung điện áp xuất hiện trên
dây PE thấp và các nhiễu điện từ có
thể bỏ qua.
52.2. Hệ thống TT
 Ứng dụng: Sử dụng rộng rãi
trong
• Công nghiệp
• Nông nghiệp
• Trong xây dựng
• ,
2.3. Hệ thống IT
 Ý nghĩa: Mạng điện IT là mạng điện 3 pha trung tính
nguồn (N) cách đất. Vỏ các thiết bị được nối lên trung
tính bảo vệ (PE).
2.3. Hệ thống IT
 Các đặc điểm
• Vỏ các thiết bị điện và vật dẫn điện tự
nhiên của tòa nhà được nối với điện cực
nối đất riêng.
• Tiết diện dây PE nhỏ hơn dây trung tính
• Trong điều kiện làm việc bình thường,
dây PE không có sụt áp
2.3. Hệ thống IT
 Các đặc điểm
• Giảm ngưỡng quá áp khi xuất hiện sự cố
chạm từ cuộn cao áp sang cuộn hạ áp của
máy biến áp nguồn.
• Khi hòng cách điện, dòng điện sự cố thứ
nhất thường thấp và không gây nguy hiểm.
• Khi sự cố thứ hai xảy ra trên pha khác, nó sẽ
tạo ra dòng điện ngắn mạch, gây nguy hiểm.
62.3. Hệ thống IT
 Ứng dụng
• Hầm mỏ
• Bệnh viện
• Chế tạo thuỷ tinh
• ,..
2.4. Hệ thống TN-S
 Ý nghĩa: là mạng điện 3 pha trung tính vận hành và
trung tính bảo vệ yêu cầu tách riêng ngay từ điện chính
của nguồn phía sau trạm biến áp. Thường được gọi là
mạng 3 pha 5 dây
2.4. Hệ thống TN-S
 Các đặc điểm
• Dòng điện sự cố và điện áp lớn →
trang bị thiết bị bảo vệ tự động ngắt
nguồn khi có sự cố hỏng cách điện.
• Dây PE tách biệt với dây trung tính,
không được nối đất lặp lại.
2.4. Hệ thống TN-S
 Các đặc điểm
• Tiết diện dây PE thường được xác
định theo dòng sự cố lớn nhất có thể
xảy ra.
• Trong điều kiện làm việc bình
thường, không có sụt áp và dòng
điện trên dây PE nên tránh được
hiểm họa cháy và nhiễu điện
72.4. Hệ thống TN-S
 Ứng dụng
• Sử dụng cho tải 1 pha
• Sử dụng cho tải 3 pha
2.5. Hệ thống TN-C
• Ý nghĩa: là mạng điện 3 pha trung tính nguồn (trung
tính vận hành) và trung tính bảo vệ nối chung nhau.
Được gọi là dây PEN.
2.5. Hệ thống TN-C
 Các đặc điểm
• Sử dụng nhiều điểm nối đất lặp lại → đảm bảo
dây PEN được tiếp đất trong mọi trường hợp.
• Dòng điện sự cố và điện áp lớn → cần trang bị
thiết bị bảo vệ tự động ngắt nguồn khi có sự cố
hỏng cách điện.
• Trong điều kiện làm việc bình thường, vỏ thiết
bị, đất và trung tính có cùng điện áp.
2.5. Hệ thống TN-C
 Các đặc điểm
• Khi hư hỏng cách điện, dòng sự cố gây độ
sụt áp nguồn, nhiễu điện từ lớn và khả năng
gây cháy cao.
• Trường hợp tải không đối xứng, trong dây
PEN sẽ xuất hiện dòng điện → Dòng điện
này có thể gây nhiễu cho máy tính hay hệ
thống thông tin.
82.5. Hệ thống TN-C
 Ứng dụng: Thường thích hợp cho tải 3 pha hơn tải 1
pha
2.6. Hệ thống TN-C-S
• Ý nghĩa: Là mạng 3 pha có đoạn dây trung tính vận
hành (N) và trung tính bảo vệ (PE) chung nhau và có
đoạn thì hai dây này được yêu cầu tách riêng để cấp
nguồn cho tài 1 pha.
2.6. Hệ thống TN-C-S
 Ứng dụng: được sử dụng cho cả tải 3 pha và tải 1 pha
2.7. Qui định về dây PE và PEN
 Dây PE
• Liên kết các vật tự nhiên và các vỏ
kim loại không có điện của các thiết
bị để tạo ra lưới điện đẳng áp.
• Được nối vào đầu nối đất chính của
mạng
92.7. Qui định về dây PE và PEN
 Dây PE
• Được bọc và thường có màu vàng sọc
xanh lục
• Không có thiết bị đóng cắt
• Trong hệ thống IT, TN, dây PE nên
đặt gần dây pha → đảm bảo đạt giá trị
cảm kháng nhỏ nhất trong mạch sự cố
chạm đất.
2.7. Qui định về dây PE và PEN
 Dây PEN
• Dây PEN có chức năng của dây trung
tính và dây bảo vệ
• Không sử dụng cho cáp di động
• Tiết diện không được nhỏ hơn giá trị
cần thiết của dây trung tính.
35
3. Điện trở suất của đất
3.1. Điện trở nối đất
3.2. Điện trở suất của đất
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng
36
3.1. Điện trở nối đất
 Điện trở đất
• Điện trở tản của vật nối đất
• Điện trở của bản thân cực nối đất
• Điện trở của dây dẫn nối đất từ các thiết
bị điện đến các vật nối đất.
 Khi nói đến điện trở nối đất là nói đến
điện trở tản của vật nối đất.
đ
đ
đ I
UR 
10
37
3.2. Điện trở suất của đất
 Điện trở suất của đất
• Điện trở suất của đất quyết định
điện trở tản của đất.
• Điện trở suất của một khối lập
phương đất mỗi cạnh dài 1m.
• Đơn vị Ωm (Ωcm)
38
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng 
3.3.1 Thành phần của đất
3.3.2. Độ ẩm
3.3.3. Nhiệt độ
3.3.4. Độ nén của đất 
39
3.3.1. Thành phần của đất
 Thành phần của đất
• Thành phần đất khác nhau → điện trở suất khác nhau
• Đất chứa nhiều muối, axít thì có điện trở suất nhỏ
40
3.3.2. Độ ẩm
 Độ ẩm
• Đất hoàn toàn khô → ρ bằng vô cùng.
• Tỉ lệ độ ẩm từ 15% trở lên → ảnh hưởng đến Rđ
không đáng kể.
• Độ ẩm > 70 - 80% → Rđ có thể tăng lên
• Độ ẩm càng tăng thì ρ càng giảm.
11
41
3.3.3. Nhiệt độ
 Nhiệt độ
• Khi nhiệt độ hạ xuống quá thấp sẽ
làm cho đất như bị đông kết lại → ρ
tăng lên rất nhanh.
• T < 1000C thì ρ giảm xuống vì các
chất muối trong đất được hòa tan dễ.
• T > 1000C nước bị bốc hơi → ρ của
nước tăng lên.
42
3.3.4. Độ nén của đất
 Độ nén của đất
• Độ nén của đất cao → ρ giảm
• Độ nén của đất thấp → ρ tăng
43
4. Loại nối đất
4.1. Nối đất tự nhiên
4.2. Nối đất nhân tạo
44
4.1. Nối đất tự nhiên
 Nối đất tự nhiên: Sử dụng các ống
dẫn nước, các cọc sắt, các sàn sắt có
sẵn trong đất.
• Kết cấu nhà cửa
• Các công trình có nối đất
• Các vỏ cáp trong đất
• ,
12
45
4.2. Nối đất nhân tạo
 Nối đất nhân tạo
• Đảm bảo giá trị điện trở đất nằm trong
giới hạn cho phép và ổn định thời gian
lâu dài.
• Sử dụng các cọc thép tròn, thép góc, thép
ống, thép dẹt ... dài 2 - 5m chôn sâu
xuống đất sao cho đầu trên cùng của
chúng cách mặt đất 0,5 -0,8m.
46
4.2. Nối đất nhân tạo
 Nối đất nhân tạo
• Các thanh thép dẹp chiều dài
không nhỏ hơn 4m và tiết diện
không nhỏ hơn 48mm2 cho các
trang thiết bị có điện áp <
1000V và không nhỏ hơn
100mm2 cho các trang thiết bị
có điện áp >1000V
47
5. Các kiểu nối đất
5.1. Nối đất tập trung
5.2. Nối đất mạch vòng
48
 Quy định chung
• Đóng nhiều cọc đóng xuống đất
• Các cọc nối với nhau bằng các
thanh ngang hay cáp đồng trần.
• Khoảng cách giữa các cọc thường
bằng 2 lần chiều dài của cọc và
không nhỏ hơn chiều dài của cọc
5.1. Nối đất tập trung
13
49
 Phạm vi sử dụng
• Đất ẩm
• Điện trở suất thấp
• ở xa công trình
5.1. Nối đất tập trung
50
 Mạch điện bảo vệ nối đất tập trung
• Dòng điện qua người:
• Vì g1, g2, gng rất nhỏ so với gđ nên
5.1. Nối đất tập trung
Mạch điện 
tương đương
đng
ng
ng gggg
ggU
I
21
1..
đ
ng
ng g
ggU
I
.. 1
51
5.1. Nối đất tập trung
 Để đảm bảo an toàn cho người
• Giảm gng (tăng cường cách điện của
người đối với đất)
• Giảm g1 (tăng cách điện của dây dẫn)
• Tăng gđ (giảm điện trở nối đất)
đ
ng
ngtxcpngng g
ggU
IvoiURI
..
. 1 
52
 Quy định chung
• Các điện cọc nối đất theo chu
vi công trình cần bảo vệ
• Cách mép ngoài từ 1 đến 1,5 m
khi phạm vi công trình rộng
5.2. Nối đất mạch vòng
14
53
 Quy định chung
• Nối đất mạch vòng còn đặt ngay
trong khu vực công trình
• Sử dụng ở các thiết bị có điện áp
trên 1000V, dòng điện chạm đất
lớn.
5.2. Nối đất mạch vòng
54
 Mặt cắt nối đất mạch vòng
5.2. Nối đất mạch vòng
55
6. Qui định về điện trở nối đất tiêu chuẩn
 Đối với thiết bị có điện áp ≤ 1000V
• Rnđ ≤ 4Ω khi công suất máy phát hay MBA là 
≥ 100KVA
• Rnđ ≤ 10Ω khi công suất máy phát hay MBA 
là < 100KVA
 Đối với thiết bị có điện áp U > 1000V
• Rnđ ≤ 5Ω trong bất cứ thời gian nào trong năm
LOGO
56