Những lợi ích của việc sử dụng hệ thống nối đất chung trong phân phối điện là gì và cần thực hiện những biện pháp phòng ngừa nào

Echo

Trường dữ liệu: Phân tích biến áp

China

Common Grounding Là Gì?

Common grounding đề cập đến việc hệ thống tiếp đất chức năng (hoạt động), tiếp đất bảo vệ thiết bị và tiếp đất bảo vệ sét chia sẻ một hệ thống điện cực tiếp đất duy nhất. Hoặc có thể hiểu là các dây dẫn tiếp đất từ nhiều thiết bị điện được kết nối với nhau và liên kết với một hoặc nhiều điện cực tiếp đất chung.

1. Ưu Điểm Của Common Grounding

Hệ thống đơn giản hơn với ít dây dẫn tiếp đất, giúp bảo trì và kiểm tra dễ dàng hơn.
Điện trở tiếp đất tương đương của nhiều điện cực tiếp đất được kết nối song song thấp hơn tổng điện trở của các hệ thống tiếp đất riêng biệt, độc lập. Khi thép cấu trúc hoặc thép chịu lực của tòa nhà được sử dụng làm điện cực tiếp đất chung—do điện trở tự nhiên thấp—các lợi ích của common grounding càng rõ rệt hơn.
Tăng cường độ tin cậy: nếu một điện cực tiếp đất hỏng, các điện cực khác có thể bù đắp.
Giảm số lượng điện cực tiếp đất, giảm chi phí lắp đặt và vật liệu.
Trong trường hợp hỏng cách điện gây ra ngắn mạch pha-vỏ, dòng điện lỗi lớn hơn chảy, đảm bảo các thiết bị bảo vệ hoạt động nhanh chóng. Điều này cũng giảm điện áp chạm khi nhân viên tiếp xúc với thiết bị hỏng.
Giảm thiểu nguy cơ từ điện áp quá cao do sét.

Theo lý thuyết, để ngăn chặn hiện tượng phóng điện ngược do sét, tiếp đất bảo vệ sét nên được giữ ở khoảng cách an toàn so với các cấu trúc tòa nhà, thiết bị điện và hệ thống tiếp đất của chúng. Tuy nhiên, trong thực tế kỹ thuật, điều này thường không thực tế. Các tòa nhà thường có nhiều đường dây công cộng (điện, dữ liệu, nước, v.v.) trải rộng trên diện tích lớn. Đặc biệt là khi sử dụng thép chịu lực của bê tông cốt thép làm dây dẫn bảo vệ sét ẩn, việc cách điện hệ thống bảo vệ sét khỏi hệ thống ống, vỏ thiết bị, hoặc hệ thống tiếp đất điện trở nên gần như không thể.

Trong những trường hợp như vậy, common grounding được khuyến nghị—kết nối trung tính biến áp, tất cả các tiếp đất chức năng và bảo vệ của thiết bị điện, và hệ thống bảo vệ sét vào cùng một mạng điện cực tiếp đất. Ví dụ, trong các tòa nhà cao tầng, việc tích hợp tiếp đất điện với hệ thống bảo vệ sét hiệu quả tạo thành một lồng Faraday sử dụng khung thép nội bộ của tòa nhà. Tất cả các thiết bị điện và dây dẫn bên trong được liên kết với lồng này đều được bảo vệ khỏi sự khác biệt điện thế và phóng điện ngược do sét.

Vì vậy, khi sử dụng cấu trúc kim loại của tòa nhà để tiếp đất, common grounding cho nhiều hệ thống không chỉ khả thi mà còn có lợi, miễn là điện trở tiếp đất tổng thể được duy trì dưới 1 Ω.

2. Các Yếu Tố Cần Xem Xét Khi Sử Dụng Common Grounding

Tính chất của dòng điện tiếp đất:
Nguy cơ từ sự tăng điện thế mặt đất (GPR) phụ thuộc vào mức độ, thời gian và tần suất của dòng điện tiếp đất. Ví dụ, các arrester sét hoặc thanh chống sét có thể mang dòng điện rất cao trong quá trình đánh sét, nhưng các sự kiện này ngắn gọn và hiếm gặp—nên GPR gây ra rủi ro hạn chế.

Tuy nhiên, điện trở tiếp đất chung phải đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt nhất trong tất cả các hệ thống được kết nối, lý tưởng nhất là ≤1 Ω.

Trong các hệ thống phân phối điện áp thấp với trung tính được tiếp đất cố định, điện cực tiếp đất chung có thể mang dòng điện rò rỉ liên tục từ tất cả các tải được kết nối, hình thành dòng điện tiếp đất tuần hoàn. Nếu điện trở tiếp đất vượt quá giới hạn an toàn, nó có thể gây nguy hiểm cho cả thiết bị và nhân viên.

Ngoài ra, với việc sử dụng rộng rãi máy tính và thiết bị điện tử nhạy cảm, tiếp đất lọc thường được yêu cầu. Các bộ lọc EMI/RFI đường-to-đất lớn đưa ra dòng điện rò rỉ dung lượng đáng kể đến đất, cũng góp phần vào tổng dòng điện tiếp đất.

Tác động của sự tăng điện thế mặt đất lên thiết bị được kết nối:
Lấy ví dụ về một đơn vị trạm biến áp nhỏ gọn trong nhà. Theo truyền thống, trung tính biến áp, vỏ kim loại và vỏ thiết bị tải đều được kết nối với một tiếp đất chung. Trong khi đó, các arrester sét thường được cấp một tiếp đất riêng để tránh sự tăng điện thế nguy hiểm trong quá trình xả.

Tuy nhiên, nếu một thiết bị tải phát triển sự cố cách điện và rò rỉ dòng điện, toàn bộ dòng điện vòng lỗi sẽ chảy qua điện cực tiếp đất chung, nâng cao điện thế mặt đất cục bộ—và do đó, điện áp vỏ của tủ chuyển mạch. Nếu nhân viên bảo trì mở cửa tủ trong điều kiện này, họ có nguy cơ bị điện giật. Những sự cố này đã xảy ra lặp đi lặp lại.

Kết quả là, trong thực hành hiện đại, thường tách tiếp đất chức năng (ví dụ: trung tính biến áp) khỏi tiếp đất bảo vệ và tiếp đất sét trong các trạm biến áp trong nhà—mặc dù điều này tăng độ phức tạp của việc lắp đặt.

3. Các Tiêu Chuẩn và Quy Định Liên Quan (Trung Quốc)

Theo các tiêu chuẩn ngành điện hiện hành của Trung Quốc:

Đối với các hệ thống điện loại B, nếu biến áp phân phối cung cấp không nằm trong tòa nhà chứa thiết bị loại B, và phía cao áp của nó hoạt động trong hệ thống không tiếp đất, hệ thống tiếp đất bằng cuộn Petersen (cuộn triệt hồ quang) hoặc hệ thống tiếp đất điện trở cao, thì tiếp đất làm việc của hệ thống điện áp thấp có thể chia sẻ cùng một điện cực tiếp đất với tiếp đất bảo vệ của biến áp, miễn là điện trở tiếp đất thỏa mãn R ≤ 50/I (Ω) và R ≤ 4 Ω.
Đối với các hệ thống điện loại A hoạt động trong hệ thống tiếp đất hiệu quả, tiếp đất làm việc của biến áp phải được đặt bên ngoài lưới tiếp đất bảo vệ—tức là không được phép sử dụng common grounding.

Nếu biến áp phân phối được lắp đặt bên trong tòa nhà có các hệ thống điện loại B, và phía cao áp của nó sử dụng tiếp đất điện trở thấp, thì tiếp đất làm việc điện áp thấp có thể chia sẻ tiếp đất bảo vệ nếu:

Điện trở tiếp đất đáp ứng R ≤ 2000/I (Ω), và
Tòa nhà thực hiện hệ thống liên kết điện thế chính (MEB).

Ngoài ra, đối với các hệ thống trên 1 kV được phân loại là hệ thống dòng ngắn mạch lớn, common grounding được cho phép nếu đảm bảo sự cắt đứt nhanh chóng sự cố, nhưng điện trở tiếp đất phải < 1 Ω.
Tiếp đất bảo vệ của biến áp phân phối trong các hệ thống loại A có thể chia sẻ cùng một điện cực tiếp đất với tiếp đất bảo vệ sét liên quan.

4. Kết Luận

Kinh nghiệm thực tế cho thấy, trong các hệ thống phân phối điện áp thấp công cộng, nơi việc tách biệt hoàn toàn các hệ thống tiếp đất thường không đạt được, common grounding—kết hợp tiếp đất làm việc, bảo vệ và sét—là an toàn hơn, kinh tế hơn, đơn giản hơn để lắp đặt và dễ bảo trì hơn.

Để giảm thiểu các rủi ro tiềm ẩn của common grounding, kỹ sư nên: