Bảo vệ Đa Điểm Tiếp Địa (PME) – TN-C-S – (MEN) và PNB
PME (Protective Multiple Earth) là gì?
PME (Protective Multiple Earth) là một phương pháp nối đất an toàn trong đó dây dẫn liên tục nối đất (dây tiếp đất) tại cơ sở của người tiêu dùng được kết nối với cả hệ thống nối đất cục bộ và dây dẫn trung tính của nguồn điện. Cũng được gọi là TN-C-S hoặc MEN (Multiple Earther Neutral), hệ thống này đảm bảo rằng nếu dây trung tính bị đứt, dòng điện lỗi vẫn có thể an toàn trở về nguồn thông qua kết nối đất, giảm thiểu rủi ro bị điện giật và các nguy hiểm khác.
Trong hệ thống nối đất PME (được minh họa bên dưới), dây trung tính cung cấp đóng vai trò kép: nó cung cấp nối đất bảo vệ và hoạt động như dây dẫn trung tính. Ngoài ra, dây dẫn trung tính được nối đất tại nhiều điểm trên phía nguồn. Phần tiếp theo của bài viết này thảo luận về hậu quả của dây dẫn PEN mở mạch (một sự cố trong dây trung tính nguồn), bao gồm các biện pháp bảo vệ và rủi ro tiềm ẩn liên quan đến PME.
TN-C-S PME là gì?
TN-C-S PME (Protective Multiple Earthing) là một cấu hình cụ thể của hệ thống phân phối điện, nơi nguồn cung cấp bên ngoài được nối đất trực tiếp tại nhiều điểm ("T" = Terre, tiếng Pháp nghĩa là "đất" hoặc "địa"). Trên phía lắp đặt của người tiêu dùng, các phần dẫn điện của thiết bị được kết nối qua cáp bảo vệ mạch (CPC) đến cả dây trung tính (N) và hệ thống nối đất.
Đánh dấu "C-S" cho thấy dây trung tính (N) và dây nối đất bảo vệ (PE) được kết hợp (C) trong mạng lưới nguồn cung cấp và tách biệt (S) trong lắp đặt của người tiêu dùng.
Thành phần chính của TN-C-S PME
T: Terre ("đất/địa") — Hệ thống có kết nối đất trực tiếp, độc lập riêng biệt từ các dây dẫn nguồn.
N: Trung tính — Dây dẫn trở về cho dòng điện trong mạch điện.
C: Kết hợp — Trong mạng lưới nguồn cung cấp thượng nguồn (ví dụ: từ biến áp đến bảng điều khiển chính của người tiêu dùng), dây trung tính (N) và dây nối đất bảo vệ (PE) được hợp nhất thành một dây dẫn duy nhất gọi là dây dẫn PEN (Protective
Earth Neutral) conductor.
S: Tách biệt — Tại bảng điều khiển chính hoặc điểm phân phối của người tiêu dùng, dây dẫn PEN được chia thành hai dây dẫn độc lập:
Trung tính (N): Chuyển tải dòng điện trở về.
Nối đất bảo vệ (PE): Kết nối với khung thiết bị và đảm bảo an toàn trong trường hợp lỗi.
TN-C-S PME hoạt động như thế nào
Phía thượng nguồn (Nguồn cung cấp):
Dây trung tính và dây nối đất bảo vệ được kết hợp thành dây dẫn PEN, được nối đất tại nguồn (ví dụ: biến áp) và có thể tại các điểm trung gian (nhiều điểm nối đất).
Phía hạ nguồn (Người tiêu dùng):
Tại bảng điều khiển chính của người tiêu dùng, dây dẫn PEN được chia thành dây trung tính (N) và dây nối đất bảo vệ (PE) riêng biệt.
Dây PE kết nối với tất cả các phần dẫn điện phơi bày của thiết bị (ví dụ: vỏ kim loại) để an toàn chuyển hướng dòng điện lỗi đến đất.
Dây trung tính (N) vẫn được cách ly khỏi đất trong lắp đặt của người tiêu dùng (trừ điểm kết nối duy nhất tại bảng điều khiển chính để duy trì ổn định tiềm năng).
Lợi ích An Toàn
Bảo vệ Lỗi: Trong trường hợp xảy ra lỗi pha-đến-kim loại, dòng điện sẽ chảy qua dây PE đến đất, làm nhảy cầu chì hoặc aptomat nhanh chóng.
An Toàn Khi Dây Trung Tính Bị Đứt: Nếu dây trung tính bị đứt ở phía thượng nguồn, kết nối PEN/PE đảm bảo rằng các phần kim loại phơi bày vẫn ở mức tiềm năng đất, giảm thiểu rủi ro bị điện giật.
Đa Dạng: Kết hợp sự đơn giản của hệ thống trung tính-đất kết hợp (TN-C) trong mạng lưới nguồn cung cấp với sự an toàn của hệ thống tách biệt (TN-S) trong lắp đặt của người tiêu dùng, làm cho nó phù hợp cho cả lưới điện đô thị và lắp đặt công trình.
Cấu hình này cân bằng giữa hiệu quả chi phí trong mạng lưới nguồn cung cấp và tăng cường an toàn trong môi trường người dùng cuối, được sử dụng rộng rãi trong các cài đặt nhà ở, thương mại và công nghiệp.
PNB là gì?
PNB, viết tắt của Protective Neutral Bonding, là một phương pháp nối đất tương tự như hệ thống PME (Protective Multiple Earthing), nhưng có sự khác biệt chính: kết nối Trung tính-đến-đất (TN) được thiết lập ở phía người tiêu dùng (ví dụ: tại bảng điều khiển chính của cơ sở) thay vì ở nguồn cung cấp hoặc biến áp phân phối.
Trong hệ thống TN-C-S, PNB (Protective Neutral Bonding) đề cập đến cấu hình mà dây dẫn PEN (Protective Earth Neutral) hoặc CNE (Combined Neutral Earth) của từng người tiêu dùng được kết nối với nguồn điện (ví dụ: biến áp) chỉ tại một điểm. Điểm kết nối duy nhất này đảm bảo rằng chức năng trung tính và nối đất bảo vệ được kết hợp ở phía thượng nguồn (từ biến áp đến bảng điều khiển chính của người tiêu dùng) và tách biệt trong lắp đặt của người tiêu dùng (cấu trúc TN-C-S).
Xem xét Chính cho PNB
Yêu cầu Khoảng Cách Đất: Khoảng cách khuyến nghị giữa điện cực nối đất và bảng điều khiển chính của người tiêu dùng (nơi kết nối trung tính-đất diễn ra) là ít hơn 40 mét (≈130 ft.). Để giảm thiểu rủi ro về điện áp trong trường hợp dây trung tính bị đứt, khoảng cách này nên càng ngắn càng tốt, lý tưởng nhất là gần thanh nối đất của bảng điều khiển chính.
Mеханизм безопасности: Bằng cách kết nối dây trung tính với đất tại cơ sở của người tiêu dùng, PNB giúp ổn định tiềm năng của dây trung tính và cung cấp đường dẫn dự phòng cho dòng điện lỗi nếu dây trung tính phía thượng nguồn bị hỏng. Điều này giảm thiểu rủi ro các phần kim loại phơi bày trở nên có điện và gây ra điện giật.
Khác biệt so với PME
Trong khi cả PNB và PME đều liên quan đến việc kết nối trung tính-đất, PME thường liên quan đến nhiều điểm nối đất ở phía nguồn cung cấp (ví dụ: tại biến áp và dọc theo mạng phân phối), trong khi PNB tập trung vào một điểm kết nối duy nhất tại vị trí của người tiêu dùng trong khuôn khổ TN-C-S.
PNB được thiết kế để cân bằng giữa an toàn và đơn giản trong các cài đặt nhỏ, đảm bảo tuân thủ các quy định điện khí đồng thời giảm thiểu tác động của các lỗi dây trung tính trong môi trường người dùng cuối.
Tại sao và Ở đâu Hệ thống Nối Đất PME Được Sử Dụng?
Theo ESQCR (Electricity Safety, Quality and Continuity Regulations), người tiêu dùng không được phép lắp đặt dây dẫn PEN trong các cài đặt HV/LV; trách nhiệm này thuộc về nhà vận hành mạng lưới phân phối độc lập (DNO). Điều này là do hệ thống PME liên quan đến các cấu hình nối đất phức tạp yêu cầu quản lý chuyên nghiệp để đảm bảo an toàn và tuân thủ.
Lợi Ích Chính của PME
Lợi ích chính của PME là khả năng giảm thiểu rủi ro trong trường hợp dây trung tính bị đứt (dây dẫn PEN mở mạch). Nếu dây trung tính bị hỏng, dòng điện lỗi có thể trở về nguồn cung cấp thông qua đường dẫn đất song song (tạo bởi nhiều điểm nối đất). Đường dẫn có độ kháng thấp này kích hoạt các thiết bị bảo vệ (ví dụ: cầu chì, aptomat) để nhảy, do dòng điện lớn do độ kháng thấp làm nóng chảy cầu chì hoặc kích hoạt aptomat. Do đó, các phần kim loại phơi bày vẫn ở mức tiềm năng gần đất, loại bỏ rủi ro bị điện giật từ dây trung tính bị đứt. Không có PME, sự cố dây trung tính bị đứt sẽ không có đường dẫn trở lại, làm cho dây trung tính có điện và tạo ra nguy cơ bị điện giật nghiêm trọng.
Ứng Dụng của PME
Các công ty cung cấp điện và nhà phân phối thường sử dụng PME trong các khu vực nông thôn hoặc địa hình khó khăn (ví dụ: vùng núi) nơi:
Nối đất thấp độ kháng riêng lẻ cho mỗi tòa nhà là tốn kém hoặc không thực tế.
Thu được độ kháng vòng đất phù hợp từ biến áp đến đầu cuối người tiêu dùng là khó khăn.
Tuy nhiên, việc sử dụng PME yêu cầu sự chấp thuận bằng văn bản từ các cơ quan có thẩm quyền do yêu cầu kỹ thuật và rủi ro tiềm ẩn.
Kích Thước và Kết Nối Dây Dẫn cho PME/PNB
Đối với nối đất PME, kích thước dây dẫn phải tuân theo quy định BS 7671:2018+A2:2022:
Rủi Ro Tiềm Ẩn của Nối Đất PME
Trong khi PME tăng cường an toàn, nó cũng giới thiệu các nguy cơ cụ thể:
Tiềm Năng Trung Tính Cao
Nếu dây trung tính bị đứt (thường gặp trong các đường dây treo ở nông thôn), tất cả các phần kim loại bảo vệ (ví dụ: vỏ thiết bị) được kết nối với dây trung tính có thể trở nên có điện. Ví dụ:
Lỗi Bất Ngờ
Không giống như các lỗi rõ ràng, một dây trung tính bị đứt với PME có thể không kích hoạt ngay lập tức các biện pháp bảo vệ. Hệ thống có thể vẫn có điện cho đến khi ai đó chạm vào các phần kim loại, dẫn đến những cú sốc bất ngờ.
Yêu Cầu Giảm Nhỏ:
Nhiều Điểm Nối Đất: Dây trung tính phải được nối đất tại nhiều điểm trong hệ thống.
Độ Kháng Đất Thấp: Độ kháng của mỗi điện cực đất không được vượt quá 10 ohms.
Các Que Đất Riêng: Được khuyến nghị cho mỗi cài đặt để giảm thiểu dòng điện lỗi chung.
Chấp Thuận của Cơ Quan: Việc chấp thuận chính thức là bắt buộc để đảm bảo thiết kế và bảo dưỡng đúng cách.
Kết Luận
PME là một phương pháp nối đất quan trọng nhưng được quản lý, phù hợp cho các khu vực có điều kiện nối đất khó khăn. Hiệu quả của nó phụ thuộc vào việc tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kết nối, kích thước và bảo dưỡng để tránh rủi ro như tiềm năng trung tính cao. Luôn tham khảo ý kiến các kỹ sư có trình độ và lấy sự chấp thuận của cơ quan quản lý khi triển khai hệ thống PME.
