Giáo trình Dây không bảo vệ và hệ thống chống sét cho căn hộ - Nghề đào tạo: Điện công ngiệp
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: DÂY KHÔNG BẢO VỆ VÀ HỆ THỐNG CHỐNG
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
Bài 1 : Khái niệm an toàn điện
Trang
5
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.
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
máy cắt so lệch
Bài 3: Thiết bị nối đất và tính toán điện trở nối đất
1. Thiết bị nối đất.
2. Tính toán điện trở nối đất của thiết bị nối đất
3. Chọn thiết bị nối đất.
4. Kiểm tra
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.
2.
3.
4.
1. Đối với công trình cấp 1
2. Đối với công trình cấp 2
3. Đối với công trình cấp 3
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:
Tác động của dòng điện đối với cơ thể con người
Dòng điện
(mA)
Dòng điện xoay chiều tần số
Dòng điện một chiều
50 60 Hz
Bắt đầu thấy tê ngón tay
Ngón tay tê rất mạnh
Không có cảm giác
Không có cảm giác
0,5 1,5
2 3
Đau như kim đâm và thấy
nóng
Bắp thịt tay co lại và rung
5 7
Tay khó rời vật mang điện nhưng
có thể rời được, ngón tay, khớp tay, Nóng tăng lên rất mạnh
bàn tay cảm thấy đau
8 10
Tay không thể rời vật mang điện, Nóng tăng lên và có hiện
20 25
50 80
90 100
đau tăng lên, khó thở.
tượng co quắp.
Rất nóng, các bắp thịt co
quắp, khó thở
Hô hấp bị tê liệt, tim đập mạnh
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
1
R2
Rng
I
U
Thiết bị
R1
Rđ
Rng
Ung
Rđ
Iđ
1
Hình2.9
Hình
Xét sơ đồ tương đương hình b ta thấy:
Ung = U - UR2
Mà
(2.7)
(2.8)
(2.9)
Ing = IR2 - Iđ - IR1
U R
U ng Ung
2
Ing
R2
Rd
R1
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.
Hình 2.10: Nối đất tập trung
a. Phân bố điện áp
b. Sơ đồ mặt bằng nối đất
1. các cực nối đất
2.Dây dẫn nối đất chính
3.Thiết bị điện
U
Utx
Rđ
-
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).
Ub Utx Utx
Ub
Ub= Iđ.Rđ
a,
Mặt cắt theo A-B
A
Mặt bằng
B
c,
b,
Hình 2.11: Nối đất mạch vòng
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:
- 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:
Thiết bị
R0
Rđ
Iđ
Hình 2.12: Nối trung tính bảo vệ
Khi cách điện của thiết bị bị hỏng (chạm vỏ) thì dòng điện ngắn mạch được xác
định theo công thức:
U
Id
Rd R0
(2.10)
Do điện áp lưới không lớn nên dòng điện Iđ không lớn có thể không làm cho
các thiết bị bảo vệ hoạt động như chảy dây cầu chì hay nhảy aptômat và như vậy
tình trạng ngắn mạch chạm đất kéo dài, trên vỏ các thiết bị điện cũng tồn tại lâu dài
điện áp với trị số:
RdU
Ud Rd .Id
Rd R0
(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:
2
1
2
1
1
1
5
6
3
1
4
Hình 2.13: 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.
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 2.14a
Hình 2.14b
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
đất R .
điện trở tiếp
đ
Rđ
Hình 2.1a: Vị trí chạm đất
Hình 2.1b: Vị trí nối đất
-
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
đất.
đường đẳng thế. Đường đẳng thế là một vòng tròn có tâm là điểm chạm
Uđ = K/
x
(2.1)
(2.2)
U : Điện thế tại điểm đang xét cách
chỗ chạm đất khoảng cách x.
đ
K = ρđ.Iđ/(2Π).
Ρđ: điện trở của đất.
I : Dòng đi vào trong đất.
đ
Uđ có dạng hyperboloid tròn xoay.
Hình 2.2: Đường phân bố điện áp
3.2 Điện áp tiếp xúc.
Điện áp tiếp xúc là điện áp đặt lên cơ thể người khi tiếp xúc với vật có điện áp.
Phụ thuộc tình trạng tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp, tiếp xúc với một pha hay hai
pha của lưới điện mà ta có các giá trị điện áp tiếp xúc khác nhau.
Ví dụ: Khi người tiếp xúc với hai dây pha của lưới 1 pha, điện áp tiếp xúc là:
U
=
U
(2.3)
tx
Trong đó: U là điện áp nguồn 1pha
Hình 2.3: Sơ đồ tiếp xúc một pha
-
Xét trường hợp tiếp xúc gián tiếp hay gặp khi phân tích an toàn trong mạng
điện. Một người tiếp xúc với thiết bị có vỏ chạm pha và đứng 2 chân trên đất, khi
đó điện áp tiếp xúc giáng trên thân người
U = U –
:
U
tx
p
k
(2.4)
Trong đó: - U : Điện áp trên vỏ thiết bị = điện áp cực nối đất.
p
- U : Điện áp tại vị trí chân người
.
p
- Người càng đứng xa vị trí tiếp đất thì có U càng giảm, do đó điện áp tiếp xúc
k
càng lớn. Tại vùng điện thế không, U = U .
tx
p
- Điện áp tiếp xúc thường nhỏ hơn U , nhưng để tính toán bảo vệ, người ta
p
thường lấy trường hợp nguy hiểm nhất bằng
U
p.
- Điện áp tiếp xúc cũng có thể lớn hơn U , khi xét một người tiếp xúc với phần
p
tử nối
đến cực tiếp đất A, vừa tiếp xúc với một vùng ảnh hưởng của cực tiếp đất
B:
U
= U - U = U
pA pB
(Điện áp dây ).
AB
(2.5)
(2.6)
txmax
Tỉ lệ giữa U và U gọi là hệ số tiếp xúc: K = U / U .
tx tx tx
p
p
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
1. Nối vỏ hoặc thân kim loại của các thiết bị điện với dây trung tính
1.1.Mục đích
Bảo vệnối dây trung tính nhằm bảo đảm an toàn cho người khi có sựchạm vỏ của 1
pha nào đó bằng cách nhanh chóng cắt phần điện có sự chạm vỏ .
1.2 Ý nghĩa
Bảo vệnối 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 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
2
do cách điện bị hư hỏng (pha ở
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
Hình 5.1: Thiết bị bị chạm vỏ trong mạng điện
có trung tính nối đất có điện áp dưới 1000V
điện áp nhỏ hơn 1000 V không
phải
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.
b.
c.
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/ 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 phânphối
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:
Tải về để xem bản đầy đủ
78 trang
18302
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Dây không bảo vệ và hệ thống chống sét cho căn hộ - Nghề đào tạo: Điện công ngiệp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_day_khong_bao_ve_va_he_thong_chong_set_cho_can_ho.pdf
