GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN KHÔNG NỐI ĐẤT (UNGROUNDED SYSTEM)

Trong một hệ thống không nối đất, không có kết nối giữa dây dẫn hệ thống và mặt đất. Tuy nhiên, luôn tồn tại một điện dung giữa một dây dẫn và dây dẫn khác, và cả giữa dây dẫn và đất. Do đó, cái gọi là hệ thống không nối đất thực ra là một hệ thống nối đất điện dung, nhờ vào điện dung phân bổ giữa các dây dẫn và đất. Người ta thường bỏ qua điện dung giữa các pha vì nó ít ảnh hưởng đến đặc tính nối đất của hệ thống.

Trong một hệ thống vận hành bình thường, điện dung (gọi là Xco) phân bổ trên dây dẫn được cho là cân bằng. Dòng sạc điện dung (gọi là Ico) trên các pha là bằng nhau và lệch pha 120 độ so với nhau.

Tuy nhiên, nếu một trong các pha gặp sự cố chạm đất, ở đây chúng ta giả định là pha C có sự cố, thì dòng Ico trên pha C bằng 0A vì điện áp giữa pha C và đất bay giờ bằng 0V. Điện áp trên 2 pha còn lại dâng lên, và dòng Ico trên 2 pha còn lại cũng dâng lên 1.73 lần (căn bậc hai của 3).

Trong hệ thống không nối đất, các quá điện áp xảy ra do sự cố chạm đất có thể lên tới vài trăm % so với điện áp bình thường, phá hủy các thiết bị khác cùng hệ thống. Các quá điện áp này gây ra bởi cộng hưởng giữa điện dung Xco và thành phần điện cảm L của hệ thống.

Các quá điện áp nêu trên có thể đánh thủng cách điện của các thiết bị tại các vị trí khác nhau trong hệ thống. Quá điện áp do chạm đất trong các hệ thống điện không nối đất là lý do chính khiến cho các hệ thống không nối đất không còn được khuyến nghị nữa. Ngày nay, người ta thường xây dựng hệ thống điện nối đất bằng nhiều phương pháp khác nhau nhằm đảm bảo an toàn.

Ngoài ra, khi xảy ra sự cố trong hệ thống không nối đất, rất khó để xác định vị trí sự cố và mất rất nhiều thời gian để tìm và xử lý sự cố. Vì vậy, khó đảm bảo được sản xuất liên tục khi sự cố xảy ra.

HỆ THỐNG ĐIỆN NỐI ĐẤT BẰNG ĐIỆN TRỞ (RESISTANCE-GROUNDED SYSTEM)

Trong hệ thống nối đất bằng điện trở, phía trung tính của Máy Biến Áp hoặc Máy Phát được nối đất bởi một điện trở. Do điện trở có giá trị trở kháng lớn hơn nhiều trở kháng hệ thống, dòng điện sự cố chạm đất sẽ giảm tương ứng.

Người ta hạn chế dòng ngắn mạch bằng điện trở trung tính bởi các lý do sau:

• Giảm các tác động cơ khí lên Máy Biến Áp, Máy Phát, Mô tơ,… khi có dòng ngắn mạch đi qua.
• Giảm nguy cơ giật điện gây ra bởi dòng đất.

Nối đất bằng điện trở giá trị thấp (Low-resistance Grounding)

Nối đất bằng điện trở trung tính giá trị thấp thường được thiết kế để hạn chế dòng ngắn mạch trong khoảng 100A – 1000A. Giá trị điện trở trung tính R được tính bằng công thức R = Vln/Ig, trong đó Vln là điện áp pha-đất và Ig là dòng điện ngắn mạch chạm đất mong muốn. Dòng Ig phụ thuộc vào đặc tính chịu dòng ngắn mạch của thiết bị.

Kiểu nối đất này cho phép các rơ le bảo vệ chạm đất tác động ngay khi xảy ra sự cố. Người ta thường cài đặt ngưỡng thời gian tác động của rơ le vào khoảng 5s hay 10s, tùy thuộc vào mức bảo vệ hệ thống mà người vận hành yêu cầu.

Nối đất bằng điện trở giá trị thấp thường thấp trong các hệ thống có điện áp tới 36kV. Bằng cách giảm dòng ngắn mạch trong khoảng vài trăm Ampe thay vì vài ngàn Ampe, người ta có thể giảm thiểu các hư hỏng thiết bị đắt tiền. Kiểu nối đất này cũng làm giảm quá điện áp do ngắn mạch về mức an toàn hơn.

Nối đất bằng điện trở giá trị cao (High-resistance Grounding)

Việc nối đất bằng điện trở giá trị cao nhằm làm giảm dòng đất bằng hoặc lớn hơn tổng dòng sạc điện dung 3 x Ic. Thường trong kiểu hệ thống nối đất này, giá trị dòng ngắn mạch chạm đất Ig được giới hạn còn khoảng 10A cho máy phát điện áp tới 15kV. Ví dụ, để giảm dòng ngắn mạch chạm đất của máy phát 11kV còn 10A thì giá trị điện trở nối đất được chọn là [11/sqrt(3)]/10 A = 635 Ohm.

Nối đất điện trở giá trị cao được dùng trong các hệ thống điện không cần tác động bảo vệ ngay khi có sự cố chạm đất, vì giá trị dòng ngắn mạch Ig rất thấp. Với kiểu nối đất nayfm, người ta thường chọn cách phát hiện sự cố và báo alarm thay vì trip máy cắt ngay khi có chạm đất.

Nối đất kiểu này có các ưu điểm như sau:

• Không bị gián đoạn sản xuất khi có sự cố chạm đất. Các thiết bị trong hệ thống không cần cắt điện khi có sự cố.
• Quá điện áp do sự cố chạm đất được hạn chế.
• Phát hiện vị trí sự cố bằng hệ thống phát xung.
• Triệt tiêu nguy cơ phóng điện, đảm bảo an toàn điện cho người vận hành.
• Giảm chi phí đầu tư hệ thống phối hợp rơ le chạm đất

Nối đất điện trở giá trị cao thường xuất hiện trong các nhà máy cần duy trì sản xuất liên tục, điện áp tới 6.6kV và có ít tải pha-đất.

THAM KHẢO

Điện trở nối đất tại PowerMore