Trong bảo vệ nối dây trung tính, để các thiết bị bảo vệ (như cầu chì, áp tô mát..) có thể cắt nhanh và chắc chắn phần bị chạm vỏ nguy hiểm cho người thì trị số dòng ngắn mạch (dòng chạm vỏ) phải đủ lớn, cũng như dòng điện định mức của các thiết bị bảo vệ phải chọn thích hợp. Nếu do dòng chạm vỏ bé hay dòng định mức của các thiết bị bảo vệ chọn không đúng (quá lớn) thì các thiết bị bảo vệ có thể không tác động hoặc tác động chậm gây nguy hiểm cho người vì lúc đó trên vỏ thiết bị sẽ có điện áp:

U = IN . ZK

Trong đó:

  • IN : Dòng điện chạm vỏ (ngắn mạch)
  • ZK : Tổng trở của dây trung tính từ nguồn đến điểm ngắn mạch.

Muốn tăng dòng điện chạm vỏ IN lên đến một giá trị đủ lớn để các thiết bị bảo vệ cắt nhanh và chắc chắn thì phải tìm cách giảm hợp lý tổng trở của mạch ngắn mạch pha- trung tính. Tổng trở của mạch pha trung tính này bao gồm tổng trở của dây pha, dây trung tính, và cả tổng trở của máy biến áp nguồn. Trong đó, tổng trở của máy biến áp đối với dòng ngắn mạch 1 pha này là gồm cả tổng trở mạch từ của nó chứ không phải chỉ là tổng trở của cuộn dây.

Tổng trở của máy biến áp đối với dòng ngắn mạch 1 pha có ảnh hưởng lớn đến trị số của dòng ngắn mạch, mà tổng trở của máy biến áp lại phụ thuộc vào tổ nối dây của máy biến áp. Nhận thấy rằng tổng trở của máy biến áp 3 pha đối với dòng ngắn mạch 1 pha sẽ lớn nhất khi các cuộn dây của nó nối Y/∆, còn sẽ nhỏ hơn nhiều khi nối ∆/Y vì vậy muốn tăng dòng IN thì nên dùng sơ đồ ∆/Y0

Ví dụ máy biến áp Liên Xô có công suất định mức 400 KVA nên nối Y/Y0 thì tổng trở đối với dòng ngắn mạch một pha là: ZB = 0,065 Ω, còn cũng với máy biến áp đó nếu nối ∆/Y thì ZB chỉ bằng 0,022 Ω

Ngoài ra cũng có thể tăng dòng ngắn mạch bằng cách tăng hợp lý độ dẫn điện của dây trung tính (tức là giảm điện trở của dây trung tính) vì vậy người ta quy định rằng : trong bảo vệ nối dây trung tính thì độ dẫn điện của dây trung tính không được nhỏ hơn 50% độ dẫn điện của dây pha.

Xác định dòng điện ngắn mạch 1 pha: Trong mạng điện 3 pha 4 dây có trung tính trực tiếp nối đất có điện áp nhỏ hơn 1000 V thì dòng điện ngắn mạch 1 pha có thể xác định gần đúng như sau:

IN = Uf / [ Zd + ( ZB / 3 )

Trong đó: 

  • Uf : Là điện áp pha ( V )
  • ZB : Là tổng trở của máy biến áp đối với dòng ngắn mạch 1 pha
  • Zd : Là tổng trở của mạch pha trung tính. Đối với các máy biến áp có công suất lớn hơn 630 KVA có thể lấy ZB = 0

Tổng trở Zd của mạng có thể xác định như sau:

Zd = √(R2d + X2d )

Rd : Điện trở tác dụng của mạch pha – trung tính (gồm dây pha và dây trung tính)

Rd = Rtt + Xd

Trong đó: 

  • Rd :Điện trở dây pha
  • Rtt : Điện trở dây trung tính
  • Xd :Cảm kháng của mạch pha – trung tính

Trong nhiều sổ tay về điện người ta thường cho chung một trị số Zd ứng với từng loại mạng cụ thể.

Để các thiết bị bảo vệ cắt nhanh và chắc chắn khi có sự chạm vỏ bảo đảm an toàn cho người thì dòng ngắn mạch 1 pha phải thỏa mãn bất đẳng thức sau:

IN ≥ KBV . Iđm

Trong đó:

  • KBV :Hệ số bảo vệ, là tỉ số yêu cầu giữa dòng ngắn mạch so với dòng định mức của thiết bị bảo vệ
  • Iđm :Dòng định mức của thiết bị bảo vệ ( cầu chì, áp tô mát ) cụ thể đó là:
    • Dòng điện định mức của dây chảy cầu chì nếu bảo vệ bằng cầu chì
    • Dòng điện định mức của bộ phận cắt của bảo vệ bằng áp tô mát có bộ phận cắt hổn hợp (quá tải và ngắn mạch) hay áp tô mát chỉ có bộ phận cắt quá tải (cắt nhiệt).
    • Dòng điện tác động tức thời của áp tô mát chỉ có bộ phận cắt điện từ (cắt ngắn mạch).

Quy Định:

  • KBV ≥ 3 nếu bảo vệ bằng cầu chì hoặc áp tô mát có bộ phận cắt quá tải
  • KBV = 1,4 nếu bảo vệ bằng áp tô mát có bộ phận cắt điện từ khi dòng điện định mức của áptômát ≤ 100A và KBV = 1,25 khi dòng định mức của áp tô mát >100A

Trong các xưởng có nguy cơ cháy nổ thì:

  • KBV ≥ 4 nếu bảo vệ bằng cầu chì
  • KBV ≥ 6 nếu bảo vệ bằng áp tô mát có bộ phận cắt quá tải

Các trường hợp còn lại không thay đổi.

Ví dụ:

Một đường dây cáp nhôm 4 ruột đặt trong ống thép nhận điện từ tủ phân phối điện áp 380/220 V, với máy biến áp công suất 1000 KVA có trung tính trực tiếp nối đất. Hãy kiểm tra lại sự làm việc của các thiết bị bảo vệ khi có ngắn mạch một pha (có chạm vỏ) tại điểm xa nhất của mạng điểm C nếu:

  1. Mạng được bảo vệ bằng cầu chì với dòng điện định mức của dây chảy bằng 100 A : Iđo = 100
  2. Mạng điện được bảo vệ bằng áp tô mát có bộ phận cắt hổn hợp với dòng định mức của bộ phận cắt bằng 80 A.
  3. Mạng được bảo vệ bằng áp tô mát chỉ có bộ phận cắt điện từ ( ngắn mạch ) với dòng điện tác động tức thời bằng 200 A.

Cho biết các loại áp tô mát trên đều có dòng định mức lớn hơn 100 A.

Sơ đồ mạng:

Sơ đồ mạng bảo vệ nối dây trung tính

GIẢI:

Ta có điều kiện để kiểm tra là: IN ≥ KBV . Iđm

Trước hết ta xác định dòng ngắn mạch IN khi có ngắn mạch tại điểm xa nhất, điểm C là:

  • Với cáp : 3 x 95 + 1 x 35 có Zđo1 = 1,45 Ω/Km.
  • Với cáp : 3 x 70 + 1 x 35 có Zđo2 = 1,59 Ω/Km.

Vì ở đây công suất định mức của máy biến áp Sđm = 1000 KVA nên một cách gần đúng ta có thể lấy ZB = 0.

Tổng trở của mạch pha – trung tính tính từ nguồn ( máy biến áp) đến điểm xa nhất C là:

Zđ = 1,45 . 0,08 + 1,59 . 0,38 = 0,72 Ω

Vậy: IN = Uf / [ Zd + ( ZB / 3 ) ] = 229/0,72 = 306 A

Bây giờ ta tiến hành kiểm tra sự làm việc của các thiết bị bảo vệ trong 3 trường hợp đã cho.

* Trường hợp 1:

Khi dùng cầu chì bảo vệ ta có: KBV = 3 , Iđm = Iđo = 100 A

Iđm . KBV = 3 . 100 = 300 A < IN = 306 A

Vậy nếu dùng cầu chì để bảo vệ với Iđo = 100 A thì bảo đảm cắt chắc chắn khi có sự ngắn mạch (chạm vỏ) bảo vệ an toàn cho người. 

* Trường hợp 2:

Khi dùng áp tô mát có bộ phận cắt hỗn hợp ( có bộ phận cắt nhiệt ) ta có: 

KBV = 3 , Iđm = Iđo = 80 A

Iđm . KBV = 3 . 80 = 240 A < IN = 306 A

Do đó bảo vệ cũng sẽ tác động tố

* Trường hợp 3:

Khi dùng áp tô mát chỉ có bộ phận cắt điện từ, ta có

KBV = 1,25 , Iđm = 200 A

Iđm . KBV = 1,25 . 200 = 250 A < IN = 306 A

Do đó bảo vệ cũng sẽ tác động tố

Tóm lại: Dùng 1 trong 3 phương án trên để bảo vệ sẽ bảo đảm tác động tốt khi xảy ra ngắn mạch (chạm vỏ) một pha, vì vậy bảo vệ an toàn cho người

Xem thêm: Sự nguy hiểm khi có sự xâm nhập từ điện áp cao sang điện áp thấp

TÍNH TOÁN BẢO VỆ NỐI DÂY TRUNG TÍNH
4 (80%) 3 votes

Hãy chia sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bạn bè !