Phân Tích An Toàn Mạng điện 3 Pha Trung Tính Trực Tiếp Nối đất

Mục lục nội dung I. Đánh giá an toàn mạng điện 3 pha có trung tính nối đấtII. Đánh giá ưu nhược điểm Các phương thức nối đất lưới trung áp

I. Đánh giá an toàn mạng điện 3 pha có trung tính nối đất

1. Mạng điện điện áp thấp U = 1000 V

Mạng điện ba pha có điểm trung tính trực tiếp nối đất nguy hiểm nhất là trường hợp có một dây chạm đất hoặc chạm vào vỏ máy và người đứng ở đất chạm vào một trong hai dây dẫn còn lại. Để giảm bớt nguy hiểm trong trường hợp này, cần thực hiện nối đất điểm trung tính của nguồn cung cấp (mạng 380/220V) nhằm bảo đảm cho khí cụ điện bảo vệ (rơle, máy cắt, cầu chì) nhanh chóng cắt điện khi một pha chạm đất.

Nhược điểm chính của mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất là trường hợp làm việc bình thường người chạm phải một dây dẫn, dòng điện qua người tương đối lớn.

Ở đây:

- Rđ là điện trở nối đất của điểm trung tính;

- Rn là điện trở của nền dưới chân người;

- Ufa là điện áp pha.

Nếu nối đất tốt (Rđ ≈ 0) và sàn nền đất ướt (Rn ≈ 0) thì dòng điện đi qua người sẽ là:

Đối với mạng điện trung tính nối đất, cho dù điện trở cách điện, vỏ bọc cách điện của các pha đối với đất là rất lớn (R1 = R2 = R3 = Rcđ) thì vẫn không làm giảm được dòng điện đi qua người và điện áp mà người phải chịu là điện áp pha rất nguy hiểm.

2. Mạng điện có điện áp cao U > 1000V

- Đối với lưới điện có điện áp U = 110 kV, về mặt an toàn trung tính được trực tiếp nối đất có lợi là khi chạm đất một pha, mạch bảo vệ sẽ cắt ngay sự cố nên giảm thời gian tồn tại của điện áp giáng ngay chỗ chạm đất. Do đó, giảm được xác suất nguy hiểm đối với người làm việc gần đó. Nhược điểm của mạng điện trung tính trực tiếp nối đất là dòng ngắn mạch chạm đất lớn.

- Đối với mạng điện có điện áp U = 35 kV, điểm trung tính ít khi nối đất trực tiếp, thường cách điện và nối đất qua cuộn dập hồ quang.

Khi nối đất qua cuộn dập hồ quang, về mặt an toàn nó có tác dụng giảm dòng điện qua chỗ chạm đất nên giảm được điện áp quanh chỗ chạm đất.

II. Đánh giá ưu nhược điểm Các phương thức nối đất lưới trung áp

1. Trung tính cách ly

Ưu điểm: Dòng sự cố 1 pha, điện áp bước, điện áp tiếp xúc nhỏ, cho phép vận hành trong một thời gian nhất định khi sự cố chạm đất 1 pha.

Nhược điểm: Mức cách điện của thiết bị phải chịu ở điện áp dây, có khả năng gây quá áp nội bộ do hồ quang chập chờn, khó tìm điểm sự cố, việc thực hiện bảo vệ có chọn lọc khi một pha chạm đất khá phức tạp và đặc biệt đối với lưới 35kV chỉ cho phép làm việc khi IC ≤ 10A.

Hiện nay mạng trung tính cách ly được sử dụng ở các nước như: Italia, Nhật, Irceland. Tại Việt Nam, lưới 6, 10 và 35kV đang sử dụng mạng trung tính cách đất.

2. Mạng 3 pha 3 dây, trung tính nối đất trực tiếp

Ưu điểm: Tránh được quá điện áp lớn trong mạng, cách điện của thiết bị chỉ phải thiết kế với điện áp pha, dễ dàng phát hiện các dạng sự cố, bảo vệ rơ le đơn giản tin cậy. 

Nhược điểm: Dòng ngắn mạch trong mạng lớn gây ảnh hưởng đến sự làm việc ổn định của các thiết bị, gây nhiễu đối với các đường dây thông tin ở gần, điện áp bước và điện áp tiếp xúc lớn nên phải cắt ngay đường dây khi có sự cố, khi sử dụng máy biến áp (MBA) công suất nhỏ 1 pha mức cách điện thiết bị là điện áp dây. Mạng 3 pha 3 dây nối đất tại trạm nguồn được sử dụng ở các nước như: Anh, một phần nước Úc, một phần nhỏ lưới 15kV ở khu vực miền Trung nước ta.

3. Mạng 3 pha 4 dây, trung tính nối đất trực tiếp

Ưu điểm: Tránh được quá điện áp lớn trong mạng, cách điện của thiết bị chỉ phải thiết kế với điện áp pha, dễ dàng phát hiện các dạng sự cố, bảo vệ rơ le đơn giản tin cậy, dễ dàng sử dụng các MBA công suất nhỏ 1 pha.  

Nhược điểm: Dòng ngắn mạch trong mạng lớn gây ảnh hưởng đến sự làm việc ổn định của các thiết bị, gây nhiễu đối với các đường dây thông tin ở gần, điện áp bước và điện áp tiếp xúc lớn nên phải cắt ngay đường dây khi có sự cố, phải bảo quản nhiều tiếp địa dọc tuyến.   

Mạng 3 pha 4 dây được sử dụng ở các nước như: Mỹ, Canada, một phần nước Úc nơi có mật độ phụ tải nhỏ, bán kính cấp điện lớn. Tại Việt Nam, lưới 15 kV,22 kV khu vực miền Trung và miền Nam sử dụng mô hình này.

4. Phương thức trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang

Ưu điểm: Dòng sự cố chạm đất một pha, điện áp bước và điện áp tiếp xúc rất nhỏ, cho phép vận hành trong 1 thời gian nhất định khi có sự cố chạm đất 1 pha, có khả năng dập tắt nhanh sự cố chạm đất hồ quang.

Nhược điểm: Mức cách điện của thiết bị phải lựa chọn ở điện áp dây, khó tìm sự cố, có khả năng gây quá áp nội bộ do hiện tượng cộng hưởng, hệ thống điều khiển và bảo vệ phức tạp.

Phương thức này được các nước như Đức, Thụy Sỹ, Liên Xô (cũ) sử dụng. Tại Việt Nam, lưới điện 35kV một số khu vực cũng áp dụng phương thức này.

5. Phương thức trung tính nối đất qua tổng trở

Phương thức nối đất qua tổng trở là giải pháp dung hòa giữa phương thức nối đất trực tiếp và trung tính cách ly. Nối đất qua tổng trở có thể là điện trở nhỏ hoặc điện kháng nhỏ.

Ưu điểm: Dòng sự cố chạm đất một pha, điện áp bước và điện áp tiếp xúc ở mức độ vừa phải, giảm được mức quá điện áp nội bộ (nếu nối qua điện trở), giảm nhẹ yêu cầu điện trở nối đất, bảo vệ rơ le đơn giản, tin cậy.

Nhược điểm: Mức cách điện của thiết bị phải lựa chọn ở điện áp dây, có khả năng gây quá áp nội bộ do hiện tượng cộng hưởng (nếu nối qua thuần kháng), phải cắt ngay đường dây khi có sự cố chạm đất, độ nhậy bảo vệ phụ thuộc vào chiều dài tuyến dây, công suất nhiệt thất thoát lớn (nếu nối qua điện trở).

Phương thức này được các nước như Pháp, Tây Ban Nha sử dụng. Tại Việt Nam, lưới điện 22kV TP. Huế cũng áp dụng phương thức này.