Phân tích Bảo vệ Trái đất trong Hệ thống Phân phối Điện áp Thấp cho Trung tâm Dữ liệu

Yêu cầu chung về bảo vệ sự cố nối đất

• Hệ thống bảo vệ sự cố nối đất phải được thiết kế để ngăn chặn hiệu quả việc giật điện gián tiếp đối với người, cũng như các tai nạn như cháy nổ điện và hư hỏng dây dẫn.
• Các bộ phận dẫn điện phơi bày của thiết bị điện phải được kết nối đáng tin cậy với dây dẫn bảo vệ (dây dẫn PE) theo điều kiện cụ thể của hệ thống. Các bộ phận dẫn điện có thể chạm đồng thời phải được kết nối với cùng một hệ thống nối đất để đảm bảo cân bằng điện thế.
• Khi bảo vệ sự cố nối đất của hệ thống điện không đáp ứng yêu cầu tự động ngắt mạch sự cố trong thời gian quy định, cần thực hiện bổ sung cân bằng điện thế cục bộ để giảm điện áp chạm và tăng cường an toàn.

Bảo vệ sự cố nối đất trong hệ thống TN

Trong hệ thống TN, đặc tính hoạt động của bảo vệ sự cố nối đất cho mạch phân phối phải thỏa mãn điều kiện sau:

Zs × Ia ≤ Uo

Trong đó:

• Zs — Tổng trở kháng của vòng lặp sự cố nối đất (Ω);
• Ia — Dòng điện cần thiết để làm cho thiết bị bảo vệ tự động ngắt mạch sự cố trong thời gian quy định (A);
• Uo — Điện áp danh định giữa pha và đất (V).

Như được minh họa trong hình dưới đây, khi xảy ra sự cố nối đất trên pha L3, dòng điện sự cố (Id) chảy qua dây dẫn pha L3, vỏ kim loại của thiết bị và dây dẫn bảo vệ PE, tạo thành một vòng lặp đóng. Zs đại diện cho tổng trở kháng của vòng lặp pha đến dây dẫn bảo vệ, và Uo là 220V.

Yêu cầu về thời gian ngắt cho bảo vệ sự cố nối đất trong hệ thống TN

Đối với mạch phân phối hệ thống TN có điện áp danh định pha-đất là 220V, thời gian cần thiết để bảo vệ sự cố nối đất ngắt mạch sự cố phải tuân thủ các yêu cầu sau:

• Đối với mạch phân phối hoặc mạch cuối cung cấp cho thiết bị điện cố định, thời gian ngắt không nên vượt quá 5 giây;
• Đối với mạch cung cấp cho thiết bị cầm tay hoặc di động, hoặc mạch ổ cắm, thời gian ngắt không nên vượt quá 0,4 giây.

Chọn phương pháp bảo vệ sự cố nối đất trong hệ thống TN:

a. Khi các yêu cầu về thời gian ngắt trên có thể được đáp ứng, bảo vệ quá dòng có thể được sử dụng để cũng phục vụ như bảo vệ sự cố nối đất;
b. Khi bảo vệ quá dòng không đáp ứng được yêu cầu, nhưng bảo vệ dòng thứ tự không đối xứng có thể, bảo vệ dòng thứ tự không đối xứng phải được sử dụng. Giá trị cài đặt bảo vệ phải lớn hơn dòng không đối xứng tối đa trong điều kiện vận hành bình thường;
c. Khi cả hai phương pháp trên không đáp ứng được yêu cầu, bảo vệ dòng rò (RCD, hay "bảo vệ dòng rò") phải được sử dụng.

Bảo vệ sự cố nối đất trong hệ thống TT

Đặc tính hoạt động của bảo vệ sự cố nối đất trong mạch phân phối hệ thống TT phải thỏa mãn điều kiện sau:

RA × Ia ≤ 50 V

Trong đó:

• RA — Tổng của điện trở điện cực nối đất của các bộ phận dẫn điện phơi bày và điện trở nối đất của dây dẫn trung tính (N) (Ω);
• Ia — Dòng điện cần thiết để đảm bảo thiết bị bảo vệ đáng tin cậy ngắt mạch sự cố (A).

Như được hiển thị trong hình dưới đây, khi xảy ra sự cố nối đất trên pha L3, dòng điện sự cố (Id) chảy qua dây dẫn pha L3, vỏ kim loại của thiết bị, điện trở điện cực nối đất của thiết bị, đất, và trở lại nguồn thông qua điện trở nối đất điểm trung tính, tạo thành vòng lặp sự cố. Giá trị 50 V đại diện cho giới hạn an toàn cho điện áp chạm, đảm bảo rằng điện áp mà người có thể tiếp xúc trong trường hợp sự cố không gây nguy hiểm.