Phương pháp luận và định nghĩa

Phương pháp luận (xem hình)

  • Theo phân tích sơ bộ các yêu cầu lắp đặt điện như đã mô tả ở chương bài trước, việc khảo sát hệ thống cáp và bảo vệ cho nó cần được thực hiện từ điểm khởi đầu của lưới hạ thế, qua các bậc trung gian cho tới các mạch điện cuối cùng.
  • Hệ thống cáp và bảo vệ tại mỗi cấp cần thỏa đồng thời các điều kiện đảm bảo cho một lưới điện an toàn và tin cậy, nghĩa là:
    • Có khả năng mang tải lớn nhất và chịu được quá tải bình thường trong thời gian ngắn. 
    • Không gây giảm áp mạnh trong những trường hợp như khởi động động cơ,… 
  • Hơn thế nữa, các thiết bị bảo vệ (CB hay cầu chì) cần phải:  
    • Bảo vệ cáp và thanh góp ở mọi cấp khỏi quá dòng, bao gồm cả dòng ngắn mạch
    • Bảo vệ chống chạm điện gián tiếp, đặc biệt trong hệ thống nối đất TN và T. khi. chiều dài mạch điện có thể hạn chế biên độ của dòng ngắn mạch, do đó làm chậm trễ sự ngắt mạch tự động (cần nhớ là lưới điện có nối đất kiểu TT cần được bảo vệ ở đầu nguồn bằng các RCD có dòng định mức 300mA).
  • Tiết diện dây dẫn được xác định theo phương pháp chung. Ngoài phương pháp này, một vài tiêu chuẩn quốc gia có thể dùng để xác định tiết diện bẻ nhất thỏa độ bền cơ. Một vài phụ tải đặc biệt đòi hỏi các đây dân cấp điện lớn hơn và do vậy bảo vệ mạch cũng được thay đổi.

1

Định nghĩa

  • Dòng làm việc lớn nhất:
    • Ở cấp cuối cùng của mạch điện, dòng này thích ứng với công suất định mức kVA của tải. Trong trường hợp khởi động động cơ hoặc tải có dòng điện khởi động lớn, đặc biệt khi tần số khởi động đáng kể (như thang máy, máy hàn điềm kiêu biến trở, V.v.), cần phải tính đến hiệu ứng tích lũy nhiệt do quá dòng. Khi ấy cà dây dẫn và rơle nhiệt đều bị ảnh hưởng.
    • Tại các cấp cao hơn của mạch điện, dòng này sẽ thích ứng với số kVA được . tính qua các hệ số đồng thời và sử dụng (ks và ku) như hình.

2

Dòng cho phép lớn nhất: Iz

  • Đây là giá trị lớn nhất của dòng tải mà dây dẫn có thể tải được vô hạn định và không làm giảm tuổi thọ làm việc. Với tiết diện đã cho, dòng này phụ thuộc vào các thông số sau:
    • Kết cấu của cáp và đường dẫn cáp (dây Cu hoặc Al; cách điện PV số dây làm việc)
    • Nhiệt độ môi trường
    • Phương pháp lắp đặt
    • Ảnh hưởng của mạch điện kề nhau 

Quá dòng

  • Qúa dòng của tải xảy ra khi dòng vượt quá dòng làm việc lớn nhất IB của nó.
  • Nếu như sự cố hỏng dây dẫn (và thiết bị khi quá dòng sinh ra do hỏng hóc các bộ phân của nó) nhất thiết phải được loại bỏ, thì dòng này cần phải được cắt với tốc độ phụ thuộc vào biên độ của dòng.
  • Quá dòng trong thời gian tương đối ngắn có thể xảy ra trong điều kiện vận hành bình thường. Có hai dạng quá dòng cần được phân biệt:
    • Quá tải: Quá tải xảy ra trong các mạch điện vận hành bình thường, ví dụ, do một vài tải vận hành ngắn hạn cùng một thời điểm: khởi động động cơ… Nếu những điều này. duy trì trong khoảng thời gian lớn hơn thời gian nào đó (phụ thuộc vào ngưỡng đặt của rơle hoặc định mức của cầu chì) thì mạch điện có thể bị ngắt.
    • Ngắn mạch: Dòng ngắn mạch sinh ra do hư hỏng cách điện giữa các dây pha hoặc giữa dây pha và đất (ở hệ thống có trung tính nổi đất qua điện trở nhỏ) như:
      • Ngắn mạch 3 pha (có hoặc không chạm trung tính hoặc chạm đất).
      • Ngắn mạch 2 pha (có hoặc không chạm trung tính hoặc đất).
      • Ngắn mạch một pha chạm trung tính hoặc đất.

Nguyên lý bảo vệ quá dòng

  • Các thiết bị bảo vệ thường đặt ở đầu của mạch điện (xem 2 hình dưới).  

3

4

    • Chúng sẽ cắt dòng trong khoảng thời gian nhỏ hơn giá trị cho theo đặc tuyến lát của cáp 
    • Nhưng lại cho phép dòng IB chạy vô hạn định
  • Sau khi có dòng ngắn mạch chạy qua dây dẫn trong khoảng thời gian nhỏ hơn 5s, các đặc tính của dây dẫn cách điện có thể được xác định gần đúng theo công thức l2t= k2.S2. Công thức này chỉ ra rằng lượng nhiệt năng cho phép sinh ra sẽ tỉ lệ thuận với tiết diện của dây dẫn. Trong công thức trên:
    • t: Thời gian dòng ngắn mạch chạy qua (s)
    • s: Tiết diện của dây cách điện (mm2).
    • I: Dòng ngắn mạch (A)
    • k: Hằng số đặc trưng của dây cách điện.
    • Với dây dẫn đã cho, dòng cho phép lớn nhất sẽ thay đổi phụ thuộc vào môi trường. 
  • Ví dụ, với nhiệt độ môi trường cao (θa1 > θa2), dòng Iz1 sẽ nhỏ hơn Iz2 (xem hình). Với θ là nhiệt độ.

5

  • Chú ý: 
    • Isc: Dòng ngắn mạch 3 pha
    • ISCB: Khả năng cắt định mức dòng ngắn mạch 3 pha của CB
  • Ir (hoặc Irth): chỉ dòng định mức có thể điều chỉnh của CB. Ví dụ: CB có dòng danh định 50A có thể chỉnh định theo dãy bảo vệ, nghĩa là có mức dòng thao tác qui ước tương tự như CB 30A (Xem hình Y).

6

Các giá trị thực tiễn cho sơ đồ bảo vệ

  • Các phương pháp sau dựa trên các qui tắc theo tiêu chuẩn của IEC và được sử dụng ở rất nhiều quốc gia.

Qui tắc chung

  • Các thiết bị bảo vệ (CB hoặc cầu chì) sẽ tác động đúng khi:
    • Dòng định mức hoặc trị số đặt In của chúng lớn hơn dòng làm việc lớn nhất IB nhưng nhỏ hơn dòng cho phép Iz, có nghĩa là: IB ≤ ln ≤ lz tương ứng với vùng “a” trong hình Y (hình trên).
    • Dòng thao tác qui ước l2 cần nhỏ hơn 1.45 Iz tương ứng với vùng “b” ở hình. Thời gian tác động có thể là một hoặc hai giờ tùy thuộc vào tiêu chuẩn địa phương và giá trị thực của l2. Đối với cầu chì sẽ tác động theo thời gian định trước theo dòng l2 (còn gọi là If)
    • Dòng cắt cho phép lớn nhất của máy cắt sẽ lớn hơn dòng ngắn mạch 3 pha tai điểm có đặt thiết bị bảo vệ. Tương ứng với vùng “c” ở hình.

Ứng dụng

Bảo vệ bằng máy cắt (CB)

  • Do độ chính xác cao, dòng l2 luôn nhỏ hơn 1.45 In (hoặc 1.45 Ir) nên điều kiện. l2 <1.45 Iz (được ghi chủ ở các qui tắc chung” ở trên) luôn được tuân thủ.
  • Trường hợp đặc biệt
    • Nếu CB không có bảo vệ quá tải, nhất thiết phải đảm bảo tính hoạt động đúng của các thiết bị bảo vệ quá dòng khi dòng ngắn mạch đạt giá trị bé nhất.

Bảo vệ bằng cầu chì

  • Điều kiện l2 ≤ 1.45 Iz cần được chủ ý, là chính là dòng chảy của cầu chì và bằng k2 x In (k2 có giá trị từ 1.6 đến 1.9) tùy vào từng loại cầu chì. Hệ số k3 được tính bởi (k3 = k2/1.45 ) trong đó l2 ≤ 1.45 lz và phải thỏa điều kiện: In ≤ Iz/k3.
  • Đối với cầu chì loại gG:
    • In < 16 A → k3 = 1.31
    • In 2 ≥ 16 A → k3 = 1.10
  • Ngoài ra, khả năng cắt ngắn mạch của cầu chì IsCF cần lớn hơn dòng ngắn mạch 3 pha tại chỗ đặt cầu chì. 

Phối hợp các thiết bị bảo vệ

  • Việc sử dụng các thiết bị có khả năng cắt dòng sự cố nhỏ hơn dòng sự cố tại chỗ đặt thiết bị sẽ được IEC và nhiều tiêu chuẩn quốc gia khác cho phép trong các điều kiện sau:
    • Tồn tại các thiết bị bảo vệ đặt ở phía trước với khả năng cắt ngắn mạch cần thiết,
    • Lượng năng lượng được phép đi qua các thiết bị phía trước sẽ nhỏ hơn của các phía sau và không làm hư hỏng các dây dẫn cùng các thiết bị điện khác có liên quan. 
  • Trên thực tế những điều này được sử dụng ở:
    • Tổ hợp CB/cầu chì
    • Trong các kỹ thuật mắc kiểu “ghép tầng”, khi mà một vài CB có khả năng hạn chê ngắn mạch cao sẽ giảm bớt các điều kiện khắc nghiệt của ngắn mạch ở phía sau.
  • Một vài sự phối hợp như vậy đã được thử nghiệm trong các phòng thí nghiệm và được giới thiệu trên một vài catalogue của nhà sản xuất .

Vị trí đặt các thiết bị bảo vệ

7

Qui tắc chung (xem hình a)

  • Các thiết bị bảo vệ nói chung thường được đặt ở điểm đầu của mỗi mạch nơi xảy ra dòng ngắn mạch lớn nhất.

Các vị trí có thể đặt thiết bị bảo vệ (xem hình b)

  • Các thiết bị bảo vệ có thể đặt dọc theo mạch :
    • Nếu AB không đặt ở vùng dễ chày, và 
    • Nếu không có rẽ nhảnh hoặc ổ cắm ngoài trên AB
  • Có 3 trường hợp thường dùng :
    • Trường hợp (1):
      • AB 3 ≤ và 
      • AB được đặt để giảm thiểu khả năng ngắn mạch (ví dụ dây dẫn làm bằng thép đặc)
    • Trường hợp (2):
      • Thiết bị bảo vệ phía trước P1 sẽ bảo vệ AB khỏi ngắn mạch tương ứng.
    • Trường hợp (3):
      • Bảo vệ quá tải (S) được đặt cạnh tải rất thích hợp cho mạch động cơ. Thiết bị này bao gồm thiết bị điều khiển (khởi động và ngắt) và bảo vệ quá tải của động cơ. Còn SC (bảo vệ ngắn mạch) có thể là CB hoặc cầu chì dạng aM
      • Bảo vệ ngắn mạch (SC) được đặt ở đầu mạch.

Mạch điện không có bảo vệ (xem hình c)

  • Thiết bị bảo vệ P1 được định cỡ để bảo vệ cáp S2 khỏi quá tải và ngắn mạch. Hoặc là:
  • Khi cắt mạch sẽ tạo nên nguy hiểm, như trong các trường hợp sau: 
    • Mạch kích từ của máy điện quay. 
    • Mạch nam châm của thang cuốn lớn 
    • Mạch thứ cấp của biến dòng 
  • Khi ấy không cho phép sự mất điện và việc bảo vệ dây lúc này chỉ đóng vai trò thứ cấp.

Dây dẫn mắc song song

  • Các dây dẫn cùng tiết diện, chiều dài và được chế tạo từ cùng loại vật liệu có thể được mắc song song.
  • Dòng điện cho phép là tổng của các dòng cho phép của các dây riêng biệt, có tính đến hiệu ứng tác động nhiệt lẫn nhau, cách thức lắp đặt …
  • Bảo vệ chống quá tải và ngắn mạch trên cáp song song cần chú ý:
    • Cần bảo vệ bổ sung chống hư hỏng cơ và chống ẩm.
    • Đường ống cáp cần tránh đặt gần vật liệu dễ cháy.

Trích: Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC – Bản chính sửa 2019

________________

VNK EDU gửi tặng bạn “Bộ thuyết minh bản vẽ hệ thống điện căn hộ du lịch và khách sạn Penninsula“
Nhận tài liệu

________________
Trải nghiệm buổi học thử miễn phí khóa học “Kỹ sư M&E – Thiết kế hệ thống điện” giúp bạn nắm bắt tổng quan kiến thức về hệ thống điện.

________________