Hướng dẫn toàn diện về hệ thống tiếp đất
Một hệ thống tiếp đất, còn được gọi là hệ thống nối đất, kết nối các phần cụ thể của hệ thống điện điện năng với mặt đất, thường là bề mặt dẫn điện của Trái đất, vì mục đích an toàn và chức năng. Sự lựa chọn hệ thống tiếp đất có thể ảnh hưởng đến sự an toàn và tương thích điện từ của công trình. Các quy định về hệ thống tiếp đất khác nhau giữa các quốc gia, mặc dù hầu hết đều tuân theo khuyến nghị của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC). Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích các loại hệ thống tiếp đất khác nhau, ưu điểm và nhược điểm của chúng, cũng như cách thiết kế và lắp đặt chúng.
Hệ thống tiếp đất là gì?
Hệ thống tiếp đất được định nghĩa là một tập hợp các dây dẫn và điện cực cung cấp một đường dẫn có độ kháng thấp cho dòng điện chảy xuống đất trong trường hợp xảy ra lỗi hoặc hỏng hóc. Điều này quan trọng vì nhiều lý do:
Bảo vệ thiết bị: Hệ thống tiếp đất giúp bảo vệ thiết bị điện khỏi hư hại do quá áp hoặc ngắn mạch. Nó cũng ngăn chặn tích tụ tĩnh điện và xung điện do sét đánh gần đó hoặc hoạt động chuyển mạch gây ra.
Bảo vệ con người: Hệ thống tiếp đất giúp ngăn ngừa nguy cơ điện giật bằng cách đảm bảo rằng các bộ phận kim loại tiếp xúc của hệ thống điện có cùng tiềm năng với đất. Nó cũng hỗ trợ hoạt động của các thiết bị bảo vệ như át tô mát hoặc thiết bị phát hiện dòng rò (RCD) có thể ngắt nguồn điện trong trường hợp xảy ra lỗi.
Điểm tham chiếu: Hệ thống tiếp đất cung cấp một điểm tham chiếu cho các mạch điện và thiết bị để chúng có thể hoạt động ở mức áp suất an toàn so với Trái đất. Điều này đảm bảo rằng bất kỳ năng lượng điện nào không được sử dụng bởi tải sẽ được tiêu tán an toàn xuống đất.
Các loại hệ thống tiếp đất
BS 7671 liệt kê năm loại hệ thống tiếp đất: TN-S, TN-C-S, TT, TN-C, và IT. Các chữ cái T và N có nghĩa là:
T = Đất (từ tiếng Pháp Terre)
N = Trung tính
Các chữ cái S, C, và I có nghĩa là:
S = Riêng biệt
C = Kết hợp
I = Cô lập
Loại hệ thống tiếp đất được xác định bởi cách nguồn năng lượng (như biến áp hoặc máy phát điện) được kết nối với đất và cách đầu cuối tiếp đất của người tiêu dùng được kết nối với nguồn hoặc với điện cực tiếp đất cục bộ.
Hệ thống TN-S
Hệ thống TN-S, được hiển thị trong Hình 1, có nguồn trung tính được kết nối với đất tại một điểm duy nhất, tại hoặc gần nguồn như là hợp lý. Điểm tiếp đất của người tiêu dùng thường được kết nối với vỏ kim loại hoặc giáp của cáp dịch vụ của nhà phân phối vào cơ sở.
Hình 1: Hệ thống TN-S
Các ưu điểm của hệ thống TN-S là:
Nó cung cấp đường dẫn trở thấp cho dòng điện lỗi, đảm bảo hoạt động nhanh chóng của các thiết bị bảo vệ.
Nó tránh bất kỳ sự khác biệt tiềm năng nào giữa trung tính và đất trong cơ sở của người tiêu dùng.
Nó giảm thiểu nguy cơ nhiễu điện từ do dòng điện chung chế độ.
Các nhược điểm của hệ thống TN-S là:
Nó yêu cầu dây dẫn bảo vệ riêng biệt (PE) cùng với dây dẫn nguồn, làm tăng chi phí và phức tạp của việc đi dây.
Nó có thể bị ảnh hưởng bởi sự ăn mòn hoặc hư hỏng của vỏ kim loại hoặc giáp của cáp dịch vụ, điều này có thể làm giảm hiệu quả của nó.
Hệ thống TN-C-S
Hệ thống TN-C-S, được hiển thị trong Hình 2, có dây dẫn trung tính nguồn của đường phân phối chính được kết nối với đất tại nguồn và ở các khoảng cách dọc theo đường chạy. Điều này thường được gọi là tiếp đất nhiều lần bảo vệ (PME). Với bố trí này, dây dẫn trung tính của nhà phân phối cũng được sử dụng để trả lại dòng điện lỗi phát sinh trong hệ thống lắp đặt của người tiêu dùng an toàn về nguồn. Để đạt được điều này, nhà phân phối sẽ cung cấp điểm tiếp đất cho người tiêu dùng, được liên kết với dây dẫn trung tính đến.
Hình 2: Hệ thống TN-C-S
Các ưu điểm của hệ thống TN-C-S là:
Nó giảm số lượng dây dẫn cần thiết cho nguồn, làm giảm chi phí và phức tạp của việc đi dây.
Nó cung cấp đường dẫn trở thấp cho dòng điện lỗi, đảm bảo hoạt động nhanh chóng của các thiết bị bảo vệ.
Nó tránh bất kỳ sự khác biệt tiềm năng nào giữa trung tính và đất trong cơ sở của người tiêu dùng.
Các nhược điểm của hệ thống TN-C-S là:
Nếu có sự cố đứt đoạn trong dây trung tính giữa hai điểm nối đất, điều này có thể gây ra tăng điện áp tiếp xúc trên các bộ phận kim loại bị phơi bày.
Nó có thể gây ra dòng điện không mong muốn chảy qua ống kim loại hoặc cấu trúc được nối đất tại các điểm khác nhau, dẫn đến ăn mòn hoặc nhiễu.
Hệ thống TT
Hệ thống TT, được hiển thị trong Hình 3, có cả nguồn và hệ thống lắp đặt của người tiêu dùng được nối đất thông qua các điện cực riêng biệt. Các điện cực này không có bất kỳ kết nối trực tiếp nào giữa chúng. Loại hệ thống nối đất này áp dụng cho cả hệ thống ba pha và một pha.
Hình 3: Hệ thống TT
Những ưu điểm của hệ thống TT là:
Nó loại bỏ mọi nguy cơ điện giật do đứt đoạn dây trung tính hoặc tiếp xúc giữa dây dẫn có điện và các bộ phận kim loại được nối đất.
Nó tránh được dòng điện không mong muốn trong ống kim loại hoặc cấu trúc được nối đất tại các điểm khác nhau.
Nó cho phép linh hoạt hơn trong việc chọn vị trí và loại điện cực nối đất.
Những nhược điểm của hệ thống TT là:
Nó yêu cầu một điện cực nối đất hiệu quả cho mỗi hệ thống lắp đặt, điều này có thể khó khăn hoặc tốn kém tùy thuộc vào điều kiện đất và diện tích sẵn có.
Nó yêu cầu các thiết bị bảo vệ bổ sung như RCDs hoặc ELCBs hoạt động bằng điện áp để đảm bảo ngắt kết nối đáng tin cậy trong trường hợp có sự cố.
Nó có thể dẫn đến điện áp tiếp xúc cao hơn trên các bộ phận kim loại bị phơi bày do trở kháng vòng đất cao hơn.
Hệ thống TN-C
Hệ thống TN-C, được hiển thị trong Hình 4, có cả chức năng trung tính và bảo vệ được kết hợp trong một dây dẫn duy nhất xuyên suốt hệ thống. Dây dẫn này được gọi là PEN (trung tính bảo vệ). Điểm nối đất của người tiêu dùng được kết nối trực tiếp với dây dẫn này.
Hình 4: Hệ thống TN-C
Những ưu điểm của hệ thống TN-C là:
Nó giảm số lượng dây dẫn cần thiết cho nguồn cấp, giúp giảm chi phí và độ phức tạp của dây dẫn.
Nó cung cấp đường đi có trở kháng thấp cho dòng điện lỗi, đảm bảo hoạt động nhanh chóng của các thiết bị bảo vệ.
Những nhược điểm của hệ thống TN-C là:
Nó tạo ra nguy cơ bị điện giật nếu dây dẫn PEN bị đứt hoặc tiếp xúc với các bộ phận mang điện do lỗi cách điện.
Nó gây ra dòng điện không mong muốn chạy qua các ống kim loại hoặc kết cấu nối với PEN tại các điểm khác nhau, có thể dẫn đến ăn mòn hoặc nhiễu.
Nó yêu cầu các biện pháp phòng ngừa đặc biệt khi kết nối các thiết bị có bộ phận kim loại trần có thể tiếp cận đồng thời với các bộ phận kim loại nối đất khác.
Hệ thống IT
Một hệ thống IT, được minh họa trong Hình 5, có nguồn được cách ly khỏi mặt đất hoặc nối đất thông qua một trở kháng (như một điện trở hoặc một cuộn cảm). Hệ thống lắp đặt của người tiêu dùng được nối đất thông qua một hoặc nhiều điện cực cục bộ. Các điện cực này không có kết nối trực tiếp nào với nguồn.
Hình 5: Hệ thống IT
Các ưu điểm của hệ thống IT là:
Nó loại bỏ mọi nguy cơ bị điện giật do sự cố đầu tiên trên các dây dẫn mang điện vì không có đường hồi qua đất.
Nó cho phép duy trì cấp điện ngay cả khi xảy ra sự cố đầu tiên vì không yêu cầu ngắt tự động.
Nó giảm các vấn đề nhiễu và quá áp do ghép điện dung giữa các dây dẫn mang điện và mặt đất.
Các nhược điểm của hệ thống IT là:
Nó yêu cầu các thiết bị giám sát đặc biệt như thiết bị giám sát cách điện hoặc thiết bị phát hiện sự cố để xác định và định vị sự cố đầu tiên trước khi chúng trở thành sự cố thứ hai nguy hiểm.
Nó yêu cầu thêm các thiết bị bảo vệ như RCD hoặc ELCB hoạt động theo điện áp để đảm bảo ngắt mạch đáng tin cậy khi xảy ra sự cố thứ hai.
Nó có thể dẫn đến điện áp chạm cao hơn trên các bộ phận kim loại trần do điện dung cao hơn giữa các dây dẫn mang điện và mặt đất.
Cách Thiết Kế Một Hệ Thống Nối Đất
Việc thiết kế một hệ thống nối đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như:
Loại và kích thước của nguồn cung cấp điện
Loại và vị trí tải
Điện trở suất của đất và độ ẩm
Điều kiện môi trường và quy định
Sự sẵn có và chi phí vật liệu
Một số bước chung để thiết kế hệ thống nối đất là:
Xác định loại hệ thống nối đất phù hợp với ứng dụng của bạn dựa trên các yêu cầu về an toàn và chức năng. Tham khảo BS 7671 hoặc các tiêu chuẩn liên quan khác để được hướng dẫn.
Tính toán dòng sự cố tối đa có thể chạy qua điện cực nối đất và vị trí sự cố. Tham khảo BS 7671 hoặc các tiêu chuẩn liên quan khác để được hướng dẫn.
Chọn loại và kích cỡ điện cực nối đất phù hợp với ứng dụng của bạn dựa trên điện trở suất của đất, dòng sự cố, phương pháp lắp đặt và chi phí. Tham khảo BS 7430 hoặc các tiêu chuẩn liên quan khác để được hướng dẫn.
Lắp đặt điện cực nối đất theo hướng dẫn của nhà sản xuất và các thực hành tốt nhất. Đảm bảo rằng điện cực nối đất được kết nối đúng cách với dây nối đất và dây nối đất được chọn kích cỡ phù hợp và được bảo vệ đầy đủ.
Đo điện trở của điện cực nối đất bằng thiết bị phù hợp, ví dụ như máy thử nghiệm giảm thế hoặc máy thử kẹp. So sánh giá trị đo được với giá trị thiết kế và điều chỉnh nếu cần thiết. Tham khảo BS 7430 hoặc các tiêu chuẩn liên quan khác để được hướng dẫn.
Kiểm tra xác nhận rằng hệ thống nối đất đáp ứng các yêu cầu an toàn về điện áp chạm và điện áp bước, tổng trở vòng sự cố xuống đất và hoạt động của thiết bị bảo vệ. Tham khảo BS 7671 hoặc các tiêu chuẩn liên quan khác để được hướng dẫn.
Cách Bảo Trì Hệ Thống Nối Đất
Hệ thống nối đất nên được kiểm tra và thử nghiệm định kỳ để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy. Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống nối đất bao gồm:
Hiện tượng ăn mòn hoặc hư hại điện cực nối đất hoặc dây nối đất
Thay đổi điện trở suất đất hoặc độ ẩm do thời tiết hoặc điều kiện môi trường
Thay đổi hoặc bổ sung vào hệ thống điện hoặc nguồn cung cấp điện
Sự cố hoặc lỗi trong thiết bị điện hoặc thiết bị bảo vệ
Một số bước để bảo trì hệ thống nối đất bao gồm:
Kiểm tra tình trạng vật lý của điện cực nối đất và dây nối đất để phát hiện dấu hiệu ăn mòn, hư hỏng hoặc suy giảm. Sửa chữa hoặc thay thế các bộ phận bị lỗi càng sớm càng tốt.
Thử nghiệm điện trở điện cực nối đất bằng thiết bị phù hợp, ví dụ như máy thử nghiệm giảm thế hoặc máy thử kẹp. So sánh giá trị đo được với giá trị trước đó và kiểm tra xem có thay đổi đáng kể nào không. Nếu điện trở tăng vượt quá giới hạn cho phép, hãy tìm nguyên nhân và thực hiện các biện pháp khắc phục.
Thử nghiệm điện áp chạm và điện áp bước, tổng trở vòng sự cố xuống đất và hoạt động của thiết bị bảo vệ bằng các thiết bị phù hợp như máy thử điện áp, máy thử tổng trở hoặc máy thử vòng. So sánh các giá trị đo được với giá trị thiết kế và kiểm tra sự sai lệch. Nếu các giá trị nằm ngoài giới hạn an toàn, hãy tìm nguyên nhân và thực hiện các biện pháp khắc phục.
Ghi lại kết quả kiểm tra và thử nghiệm vào sổ nhật ký hoặc cơ sở dữ liệu. Theo dõi mọi thay đổi hoặc xu hướng về hiệu suất của hệ thống nối đất theo thời gian.
Kết Luận
Hệ thống nối đất là một phần thiết yếu của bất kỳ hệ thống điện nào, cung cấp an toàn và chức năng cho cả thiết bị lẫn con người. Loại hệ thống nối đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn điện, tải, điều kiện đất và quy định.
Việc thiết kế hệ thống nối đất đòi hỏi phải tính toán và lựa chọn cẩn thận các điện cực nối đất, dây nối đất và thiết bị bảo vệ. Việc lắp đặt hệ thống nối đất đòi hỏi các phương pháp và vật liệu phù hợp để đảm bảo kết nối thấp điện trở với mặt đất. Việc bảo trì hệ thống nối đất đòi hỏi việc kiểm tra và thử nghiệm định kỳ để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy.
Bằng cách tuân thủ các hướng dẫn này, bạn có thể thiết kế, lắp đặt và bảo trì một hệ thống nối đất đáp ứng nhu cầu và mong đợi của mình.
Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
