Tổng quan

Điện giật

• Điện giật xảy ra khi có dòng điện đi qua người và gây nên những hậu quả về mặt sinh học lên cơ thể người.
• Dòng điện đi qua người sẽ ảnh hưởng đến cơ bắp thịt, chức năng tuần hoàn và hô hấp, đôi khi có thể gây phỏng nặng. Mức độ nguy hiểm đối với nạn nhân là một hàm theo độ lớn của dòng điện, những phần của cơ thể mà dòng chạy qua và thời gian tồn tại dòng điện này.
• Tiêu chuẩn IEC 60479-1 cập nhật năm 2005 định nghĩa bốn vùng tương ứng với quan hệ biên độ dòng 1 thời gian tồn tại, trong môi trường hợp có mô tả các ảnh hưởng về mặt sinh học. Bất kỳ người nào tiếp xúc với vật có điện đều bị nguy hiểm do điện giật.
• Đường cong C1 chỉ ra rằng khi một dòng điện lớn hơn 30 mA đi qua người từ một tay xuống các chân, người này có thể tử vong, trừ phi dòng điện này được ngắt trong khoảng thời gian đủ nhanh. Điểm 500 mg/100 mA gần đường cong C1 ứng với khoảng 0,14% khả năng bị ảnh hưởng tới cơ tim.
• Biện pháp bảo vệ người chống điện giật trong mạng hạ thế phải tuân theo những luật định phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia, các qui định qui phạm, các hướng dẫn và các văn bản khác của chính quyền.
• Các tiêu chuẩn IEC liên quan bao gồm: IEC 60364, IEC 60479 series, IEC 61008, IEC 61009 và IEC 60947-2, IEC 60755.

Bảo vệ chống điện giật

• Tiêu chuẩn IEC 61140 cung cấp qui định cơ bản về bảo vệ chống điện giật, bao gồm cả về cách lắp đặt mạng và thiết bị điện.
• Các bộ phận cả điện nguy hiểm sẽ không được thao tác và các bộ phận dẫn điên. có thể thao tác sẽ không gây nguy hiểm.
• Yêu cầu này cần được áp dụng ở:
  • Các điều kiện thông thường.
  • Khi có xảy ra một sự cố đơn.
• Các biện pháp khác nhau được chấp nhận để bảo vệ chống mối nguy hiểm này, và bao gồm:
  • Tự động cắt nguồn cung cấp tới thiết bị điện,
  • Các biện pháp đặc biệt như:
    • Sử dụng vật liệu cách điện lớp II, hoặc một mức cách điện tương đương.
    • Đặt thiết bị trên sàn cách điện, ngoài tầm với hoặc có rào chắn giữa các vị trí.
    • Sử dụng lưới đẳng thế.
    • Cách ly về điện bằng cách sử dụng máy biến áp cách ly.

Chạm trực tiếp và gián tiếp

Chạm điện trực tiếp

• Chạm trực tiếp là tình trạng người tiếp xúc với vật dẫn có điện ở trạng thái vận hành bình thường (hình Is). Tiêu chuẩn IEC 61140 đặt lại tên cho “bảo vệ chống chạm trực tiếp ” là “bảo vệ cơ bản” vì tên gọi cũ chứa lượng thông tin quá ít.

Chạm điện gián tiếp

• Chạm gián tiếp là tình trạng người tiếp xúc với phần vỏ kim loại xuất hiện điện áp bất ngờ trong khi bình thường nó không có điện (do bị hỏng cách điện hoặc vì các nguyên nhân khác).
• Dòng sự cố làm tăng điện áp vỏ kim loại tới mức nguy hiểm, điện áp này có thể gây nên dòng điện chạy qua cơ thể người khi người tiếp xúc với vỏ kim loại bị chạm (xem Hình Id trên).
• Tiêu chuẩn IEC 61140 đặt lại tên cho “bảo vệ chống chạm gián tiếp ” là “bảo vệ chống rò điện” vì tên gọi cũ chứa lượng thông tin quả ít.

Bảo vệ chống chạm điện trực tiếp

• Hai biện pháp bảo vệ cơ bản thường được áp dụng để bảo vệ chống những nguy hiểm do chạm gián tiếp là:
  • Ngăn ngừa sự tiếp xúc phần mang điện kiều vật lý bằng rào chắn, bằng chất cách điện, khóa không cho thao tác,…
  • Bảo vệ phụ khi chạm trực tiếp xảy ra do các biện pháp bảo vệ nêu trên bị hư hỏng. Bảo vệ này dựa trên thiết bị chống dòng rò có độ nhạy cao (lΔn = 30 mA) và thời gian cắt nhanh. Những thiết bị này đạt hiệu quả rất cao trong phần lớn các trường hợp chạm trực tiếp.

Các biện pháp bảo vệ chống chạm điện trực tiếp

Bảo vệ bằng cách bọc cách điện các phần có điện

• Biện pháp bảo vệ này bao gồm lớp cách điện tuân theo các tiêu chuẩn liên quan. Các loại sơn thông thường, sơn mài, và vecni sẽ không cung cấp mức bảo vệ thích hợp.

Bảo vệ bằng rào chắn hoặc tủ điện kín

• Biện pháp bảo vệ này đang được áp dụng rộng rãi, vì có nhiều bộ phận và vật liệu được lắp trong các tủ, trên các cột điện, tủ điều khiển và tủ phân phối.

• Để cung cấp đủ mức bảo vệ hiệu quả chông những nguy hiểm do chạm trực tiếp, những thiết bị này cần phải có cấp bảo vệ thấp nhất tương đương IP 2X hoặc IP XXB.
• Hơn nữa, phần mở được trong một tủ điện (cửa chính, mặt tủ phía trước, ngăn kéo,…) chỉ được phép tháo ra, mở hoặc rút ra khi:
  • Sử dụng chìa khóa hoặc dụng cụ chuyên dùng.
  • Sau khi đã cách ly hoàn toàn với các phần mang điện trong tủ..
  • Cùng với việc chèn tự động một màn chắn kim loại, màn chắn này chỉ có thể tháo ra được bằng chìa khóa hoặc thiết bị chuyên dùng. Vỏ kim loại của tủ điện. và tất cả màn kim loại có thể tháo được phải được nối đẳng thế với dây nối đất bảo vệ của mạng điện.

Các biện pháp bảo vệ từng phần

• Bảo vệ bằng cách sử dụng chướng ngại vật, hoặc đặt ngoài tầm với tới. Biện pháp bảo vệ này chỉ áp dụng ở những vị trí mà người có thẩm quyền hoặc người có chuyên môn mới được phép thao tác. Việc áp dụng biện pháp bảo vệ này được mô tả chi tiết trong tiêu chuẩn IEC 60364-4-41.
• Bảo vệ bằng cách sử dụng điện áp cực thấp SELV (Safety Extra-Low Voltage) hoặc bằng cách giới hạn năng lượng phóng điện. Các biện pháp này chỉ được áp dụng trong mạch công suất thấp, và trong những trường hợp đặc biệt.

Biện pháp phụ bảo vệ chông chạm trực tiếp

• Tất cả các biện pháp bảo vệ đã nêu trên có thể nói đã đủ để ngăn ngừa chạm điện, tuy nhiên kinh nghiệm vận hành cho thấy có nhiều nguyên nhân có thể dẫn đến sai sót như:
  • Thiếu sự bảo trì thích hợp.
  • Do bất cẩn, vô ý.
  • Do bị ngập nước,… Đây là tình trạng mà nếu kéo dài thì cách điện không còn hiệu quả nữa.
• Để bảo vệ người sử dụng trong những trường hợp như vậy, một thiết bị bảo vệ có độ nhạy cao và tác động nhanh, dựa trên việc kiểm tra dòng rò đối với đất (dòng này có thể hoặc không thể đi qua cơ thể người hoặc súc vật), được sử dụng để cắt nguồn một cách tự động, và đủ nhanh để tránh tổn thương, hoặc tử vong đối với người khỏe mạnh bình thường do dòng điện chạy qua cơ thể.
• Những thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc đo dòng so lệch, xảy ra khi có sự khác biệt giữa dòng vào và ra khỏi mạch điện (đối với hệ thống được cấp điện từ một nguồn có nối đất). Dòng rò phải chạy xuống đất, hoặc qua chỗ cách điện bị hỏng hoặc qua việc tiếp xúc với vật có nối đất ví dụ như khi người chạm vào dây dẫn có điện.
• Các thiết bị bảo vệ chống dòng rò chuẩn, như các RCDs, có ngưỡng dòng so lệch 30mA đủ độ nhạy thích hợp để bảo vệ chống chạm điện trực tiếp.
• Theo tiêu chuẩn IEC 60364-4-41, bảo vệ phụ bằng các RCD có độ nhạy cao (lΔn = 30 mA) phải được lắp đặt đối với các mạch cấp nguồn cho ổ cắm có dòng định mức ≤ 20A tại mọi vị trí, và đối với các mạch cấp nguồn cho thiết bị di động có dòng định mức ≤ 32A sử dụng ngoài trời.
• Biện pháp bảo vệ phụ này được yêu cầu ở vài quốc gia đối với mạch ổ cắm có dòng định mức cao tới 32A và ngay cả mức cao hơn ở nơi ẩm ướt hoặc làm việc tạm thời (như ở công trường).
• Cũng cần khuyến cáo rằng nên giới hạn số ổ cắm được bảo vệ bởi một RCD (ví dụ 10 ổ cắm được bảo vệ chung bởi một RCD).

Bảo vệ chống chạm điện gián tiếp

• Vỏ kim loại của thiết bị điện được cách ly với các phần dẫn điện bằng “cách điện cơ bản”. Hư hỏng lớp cách điện này sẽ khiến vỏ kim loại trở nên dẫn điện.
• Chạm điện gián tiếp xảy ra khi người chạm vào vỏ thiết bị điện bình thường không có điện nhưng do cách điện của nó bị hỏng nên vỏ kim loại của thiết bị trở nên dẫn điện.

Các biện pháp bảo vệ: hai mức độ

• Hai mức của biện pháp bảo vệ bao gồm:
  • Mức thứ nhất: Nối đất tất cả vỏ kim loại của thiết bị điện trong mạng điện và thiết lập một lưới đẳng thế.
  • Mức thứ hai: Tự động cắt nguồn cấp tới phần mạch liên quan sao cho các yêu cầu giữa điện áp tiếp xúc / thời gian cho phép an toàn tương ứng với mức điện áp tiếp xúc Uc.

• Giá trị Uc càng lớn, càng yêu cầu cắt nhanh hơn nguồn điện để bảo vệ người. giá trị cao nhất của Uc có thể nhận biết mà không gây nguy hiểm đối với người là 50 V a.c.
• Bảng ghi nhớ giới hạn thời gian cắt theo lý thuyết

Tự động cắt nguồn trong hệ thống TT

Nguyên tắc

• Trong hệ thống này tất cả vỏ dẫn điện và vật dẫn tự nhiên khác của mạng điện phải được nối tới một điện cực nổi đất chung. Trung tính nguồn thường được nối đất ở xa và ngoài vùng ảnh hưởng của điện cực nối đất mạng, điều này không phải là bắt buộc. Vì vậy tổng trở mạch vòng sự cố chạm đất bao gồm chủ yếu là hai điện cực nối đất (của nguồn và của mạng điện) mắc nối tiếp, do đó độ lớn của dòng chạm thường quá nhỏ so với yêu cầu để cắt được của CB hoặc cầu chì, cần phải sử dụng thiết bị chống dòng rò để cắt sự cố
• Nguyên tắc bảo vệ này cũng có thể áp dụng nếu chỉ sử dụng một điện cực nối đất chung, đặc biệt khi trạm khách hàng nằm trong khu vực lắp đặt mạng, nơi mà không gian bị giới hạn phải chấp nhận hệ thống nối đất TN nhưng các điều kiện khác cần cho hệ thống TN không thỏa mãn được.
• Bảo vệ tự động cắt nguồn trong mạng IT bằng RCD có độ nhạy: l_Δn ≤ 50/R_A. Trong đó:
  • R_A là điện trở của điện cực nối đất an toàn
  • lΔn là dòng ngưỡng tác động định mức của RCD
  • Đối với nguồn cung cấp tạm (cho công trường ,…) và khu vực nông nghiệp, nông trại, giá trị 50V được thay bằng 25V.
• Ví dụ:
  • Điện trở nối đất trung tính nguồn là Rn = 10 Ω.
  • Điện trở nối đất an toàn của mạng điện R_A = 20Ω.
  • Dòng sự cố chạm đất l_d = 7.7 A.
  • Điện áp chỗ sự cố U_f = I_d x R_A = 154V và do đó rất nguy hiểm, tuy nhiên l_Δn = 50/20 = 2.5 A, nhờ vậy một RCD chuẩn 300 mA sẽ tác động cắt sau khoảng 30 ms không có thời gian trễ và sẽ xóa sự cố khi điện áp sự cố vượt quá mức cho phép xuất hiện trên vỏ dẫn điện.

Thời gian cắt tối đa cho phép

• Thời gian cắt sự cố của các RCDs thường thấp hơn đối với một số tiêu chuẩn quốc gia, điều này thuận tiện cho sử dụng và cho phép phối hợp chọn lọc bảo vệ một cách hiệu quả.
• Tiêu chuẩn IEC 60364-4-41 qui định thời gian cắt tối đa của thiết bị bảo vệ trong hệ thống TT để bảo vệ chống chạm điện gián tiếp:
  • Đối với tất cả mạch cuối nguồn có dòng định mức không quá 32 A, thời gian cắt tối đa cho phép không được vượt quá giá trị cho ở hình dưới.
  • Đối với tất cả mạch khác, thời gian cắt tối đa cho phép cố định bằng 1. Giới hạn này đảm bảo tính chọn lọc giữa các RCD được lắp đặt ở mạch phân phối.

• RCD là tên gọi chung cho tất cả thiết bị tác động dựa trên nguyên tắc đo dòng rò. RCCB (Residual Current Circuit-Breaker) như được định nghĩa trong IEC 61008 là một loại RCD đặc biệt.
• Loại G (thông dụng và loại S (chọn lọc) theo IEC 61008 có đặc tính cắt thời gian | dòng điện được trình bày ở hình dưới. Các đặc tính này cho phép chọn bất kỳ cấp độ thời gian cắt sự cố nào tùy theo dòng định mức và loại thiết bị. Loại RCD công nghiệp theo IEC 60947-2 cung cấp nhiều khả năng đảm bảo chọn lọc hơn nhờ vào sự mềm dẻo của thời gian trễ.

Tự động cắt nguồn trong mạng TN

Nguyên tắc

• Trong hệ thống này tất cả vỏ kim loại và phần dẫn điện ngoài khác được độ lý tiếp tới điểm nối đất của nguồn bằng dây bảo vệ.
• Cách nối được thực hiện phụ thuộc sơ đồ TN được áp dụng là TN-C, TN-S, hay TN-C-S. Trong hình dưới phương PiloP nội là TN-C, trong đó dây trung tính vừa là dây bảo vệ (Protective Earth: PE) Pud vừa là dây trung tính (Neutral: N) (gọi chung là dây PEN). Trong tất cả các hệ thống TN sự cố hỏng cách điện với đất gây nên ngắn mạch pha – trung tính. Dòng sự cố mức cao cho phép sử dụng thiết bị bảo vệ quá dòng, tuy nhiên nó có thể gây nên điện áp tiếp xúc tại chỗ sự cố vượt quá 50% giá trị điện áp pha – trung tính trong suốt thời gian chờ cắt mạch.

• Trong thực tế, đối với mạng phân phối các điện cực nổi đất lặp lại thường được lắp đặt cách đều nhau dọc theo dây bảo vệ (PE hoặc PEN), trong khi đó, hộ tiêu thụ thường yêu cầu lắp một điện cực nổi đất tại đầu nối vào nguồn cung cấp.
• Ở các mạng điện lớn, các điện cực nối đất bổ sung được bố trí phân tán chung quanh công trình nhằm làm điện áp tiếp xúc tới mức có thể. Trong các chung cư cao tầng, các phần dẫn điện tự nhiên được nối với dây bảo vệ của từng tâng. Để đảm bảo bảo vệ hiệu quả, dòng sự cố chạm đất: I_d = U_o/Z_s hoặc 0.8(U_o/Z_c) phải cao hơn hoặc bằng l_a, trong đó:
  • U_o = điện áp pha trung tính định mức
  • I_d = dòng sự cố
  • I_a = dòng ngưỡng tác động của thiết bị bảo vệ ứng với thời gian định trước
  • Z_s = tổng trở mạch vòng sự cố chạm đất, bằng tổng của tổng trở nguồn, dây dẫn tới chỗ bị chạm và tổng trở dây bảo vệ từ chỗ chạm trở về nguồn.
  • Z_c = tổng trở mạch vòng sự cố.
• Chú ý: Đường dẫn qua các điện cực nối đất về nguồn thường có tổng trở lớn hơn so với mạch mô tả trên nên có thể bỏ qua.
• Ví dụ
  • Điện áp chỗ bị sự cố U_f = 230/2 = 115V rất nguy hiểm.
  • Tổng trở mạch vòng sự cố Z_s = Z_AB + Z_BC + Z_DE + Z_EN + Z_NA Nếu Z_BC và Z_DE là trội hơn thì: Z_s = 2p.(L/S) = 64.3 mΩ , do đó: I_d = 230/(64.3×10^-3) = 3,756A (≈ 22 ln, đối với CB loại NSX 160).
• Cơ cấu cắt từ “cắt tức thời” của CB được chỉnh định nhỏ hơn nhiều lần so với dòng ngắn mạch, do đó đảm bảo CB tác động cắt sau khoảng thời gian ngắn nhất có thể.
• Chú ý: Có vài tài liệu tỉnh dòng chạm vỏ như trường hợp trên dựa trên giá thiết điện áp rơi là 20% trên tổng trở mạch vòng BANE, Phương pháp này được giải thích trong chương F, phụ lục 6-2 “phương pháp gần đúng” và trong ví dụ này sẽ cho dòng sự cố là: (230 x 0.8 x 10³)/64.3 = 2816A (≈18 ln)

Thời gian cắt tối đa cho phép

• Tiêu chuẩn IEC 60364-4-41 xác định thời gian cắt tối đa của thiết bị bảo vệ dùng trong hệ thống TN để bảo vệ chống chạm gián tiếp:
  • Đối với tất cả các mạch cuối nguồn có dòng định mức không quá 32A, thời gia cắt tối đa không được vượt qua các giá trị trong hình

• • Với các mạch khác, thời gian cắt tối đa là cố định 5s. Giới hạn này cho phép đảm bảo tính chọn lọc giữa các thiết bị bảo vệ được lắp đặt trên mạng phân phối.
• Ghi chú: Việc sử dụng RCD có thể là cần thiết trên hệ thống nối đất TN. Sử dụng RCD trên hệ thống TN-C-S chỉ khi dây bảo vệ và dây trung tính phải (chắc chắn). được tách rời phía nguồn so với RCD. Việc tách rời này thường được thực hiện ở đầu nguồn vào.

Bảo vệ bằng CB

• Bộ phận cắt sự cố tức thời của một CB sẽ loại bỏ dòng sự cố chạm đất sau ít hơn. 0.1giây. Vậy, tự động cắt nguồn trong giới hạn thời gian cho phép sẽ luôn được đảm bảo bởi vì tất cả bộ phận cắt sự cố loại từ nhiệt hoặc điện tử, cắt tức thời hay trễ ngắn đều thích hợp: la = lm. Tuy nhiên, sai lệch tối đa cho phép tùy theo tiêu chuẩn liên quan cần phải xem xét. Vì vậy để phù hợp, dòng sự cố tính theo Uo/Zs hoặc Uo/Zc (hoặc do ước tính tại chỗ) phải lớn hơn dòng chỉnh định cắt tức thời hoặc lớn hơn dòng ngưỡng cắt với thời gian rất nhanh, nhằm đảm bảo cắt sự cố trong giới hạn thời gian cho phép.

Bảo vệ bằng cầu chì

• Giá trị dòng đảm bảo làm việc đúng của cầu chì có thể được xác định từ đồ thị đặc tuyến dòng điện / thời gian của cầu chì này.
• Dòng sự cố Uo/Zs hoặc Uo/Zc như được xác định ở trên, phải lớn hơn mức cần thiết để đảm bảo cầu chì tác động. Điều kiện là: la < Uo/Zs hoặc 0,8.(Uo/Zc) như hình trên.
• Ví dụ: Điện áp pha trung tính định mức của mạng là 230V và thời gian cất tối đa cho phép cho bởi đồ thị hình trên là 0.4 S. Giá trị tương ứng của là có thể được đọc từ đồ thị. Sử dụng điện áp (230V) và dòng điện la, tổng trở toàn bộ mạch vòng sự cố có thể được tính theo: Zs = 230/la hoặc Zo =230/la.
• Giá trị tổng trở sự cố thực không bao giờ được phép vượt quá và nên thấp hơn đủ để đảm bảo cầu chì tác động.

Bảo vệ bằng thiết bị chống dòng rò (Residual Current Device) cho mạch Mạch TN-S

• Phải sử dụng các thiết bị chống dòng rò khi:
  • Tông trở mạch vòng sự cố không thể xác định chính xác được (khó khăn khi ước lượng chiều dài mạch, có sự hiện diện của các vật liệu kim loại gần với dây dẫn).
  • Dòng sự cố thấp tới mức thời gian cắt không thể đạt được khi sử dụng thiết bị bảo vệ quá dòng bình thường.
• Dòng ngưỡng cắt định mức của RCD nên khoảng vài Ampe, nó phải nhỏ hơn dòng sự cố. Các RCD thường thích hợp tốt trong trường hợp này.
• Thực tế, người ta thường lắp RCD trong tủ phân phối phụ hạ thế và ở vài quốc gia, tự động cắt nguồn ở mạch cuối nguồn nên được thực hiện bằng các thiết bị chống dòng rò (Residual Currrent Devices).

Tự động cắt nguồn khi chạm thêm điểm thứ hai trong hệ thống IT

• Trong hệ thống loại này:
  • Mạng điện được cách ly với đất hoặc trung tính nguồn được nối đất qua một tổng trở có giá trị lớn.
  • Tất cả vỏ kim loại và vật dẫn điện tự nhiên được nối đất thông qua điện cực nối đất của mạng.

Tình trạng chạm điểm thứ nhất

• Khi xảy ra sự cố chạm đất, được xem là “chạm điểm thứ nhất”, dòng chạm rất bé, vì vậy giá trị điện áp tiếp xúc I_d x R_A nhỏ hơn 50V và không gây nguy hiểm. Thực tế, dòng là rất bé nên không gây nguy hiểm cho người cũng như không ảnh hưởng đến mạng điện.
• Tuy nhiên, trong hệ thống này:
  • Cần phải thường xuyên giám sát tình trạng cách điện với đất, đi kèm với việc báo tín hiệu âm thanh và/hoặc đèn nhấp nháy,…) khi xảy ra sự cố chạm điểm thứ nhất.
  • Cần phải nhanh chóng xác định chỗ bị chạm và sửa chữa khi xảy ra chạm điểm thứ nhất nếu nếu muốn hệ thống IT là tin cậy. Tính liên tục cung cấp điện là ưu điểm lớn nhất của hệ thống.
• Đối với một mạng điện được tạo ra từ 1 km dây dẫn mới, tổng trở rò (điện dung) với đất Zf, có giá trị 3,500Ω trên mỗi pha. Ở điều kiện vận hành bình thường, dòng dung rò xuống đất là: Uo/Zf = 230/3.500 = 66 mA trên mỗi pha
• Trong khi xảy ra chạm một pha với đất, như ở hình dưới, dòng đi qua điện trở nối đất RnA là vectơ tổng của dòng dung trong hai pha không bị sự cố. Điện áp pha không bị sự cố tăng lên √3 lần so với điện áp pha định mức, do đó dòng dung cũng tăng tương ứng. Các dòng này bị dịch pha, chúng lệch nhau 60°. Vì vậy khi cộng vectơ, dòng tổng là 3 x 66 mA = 198 mA, trên ví dụ hiện xét.
• Điện áp chỗ sự cố bằng 198 x 5 x 10^-3 = 0.99V, đương nhiên là không nguy hiểm.
• Dòng qua chỗ chạm đất được tính bằng tổng vectơ của dòng qua điện trở nối trung tính I_d1 (153 mA) và dòng dung I_d2 (198 mA).
• Vì vỏ kim loại của mạng điện được nối trực tiếp xuống đất, tổng trở trên trung tính Zct thực tế không góp phần tạo ra điện áp tiếp xúc so với đất.

Tình trạng chạm điểm thứ hai.

• Khi xảy ra chạm thêm điểm thứ hai, trên pha khác, hoặc trên dây trung tính, cần phải cắt nhanh sự cố. Biện pháp cắt sự cố thực hiện khác nhau trong các trường hợp sau:

Trường hợp thứ nhất.

• Khi mạng có tất cả vỏ dẫn điện được nối chung với một dây PE, như hình dưới.
• Trường hợp này trên đường dẫn dòng sự cố không bao gồm điện cực nối đất, do đó đảm bảo dòng sự cố ở mức cao, và các thiết bị bảo vệ quá dòng thông thường được sử dụng, như CB và cầu chì

• Sự cố thứ nhất có thể xảy ra ở mạch cuối phía đầu nguồn, trong khi đó sự cố điểm. thứ hai có thể ở phía cuối của mạng này.
• Với lý do này, để tiện dụng thường nhân đôi tổng trở mạch vòng để tính dòng sự cố trong chỉnh định cho các thiết bị bảo vệ quá dòng.
• Khi hệ thống bao gồm cả dây trung tính và 3 dây pha, dòng ngắn mạch thấp nhất xảy ra khi một trong hai điểm sự cố là dây trung tính chạm đất (cả 4 dây được cách ly So với đất trong hệ thống IT). Do đó, trong mạng IT 4 dây, phải sử dụng điện áp pha – trung tính để tính dòng ngắn mạch.

0.8(Uo/2Zc) ≥ la

• • Uo = điện áp pha trung tính
  • Zc = tổng trở mạch vòng sự số
  • la = trị số chỉnh định cắt sự cố
• Nếu không có dây trung tính đi kèm, điện áp được dùng để tính dòng sự cố là điện áp dây (U pha-pha): 0.8(√3Uo/2Zc) ≥ la

Thời gian cắt sự cố tối đa

• Thời gian cắt đối với hệ thống IT phụ thuộc cách lắp đặt và các điện cực nối đất được liên kết với nhau thế nào.
• Đối với các mạch cuối cấp nguồn cho thiết bị có dòng nhỏ hơn 32A, vỏ dẫn điện của chúng được nối chung với nhau và cùng nối vào nối vào điện cực nối đất của trạm, thời gian cắt sự cố tối đa. Với những thiết bị khác trong cùng nhóm nối chung vỏ, thời gian cắt tối đa là 5s. Do các vỏ được nối chung dây PE, khi xảy ra chạm vỏ hai điểm cùng một lúc trong nhóm, dòng ngắn mạch giống trong hệ thống TN. Đối với các mạch cuối cấp nguồn cho thiết bị điện có dòng lớn hơn 32A, vỏ dẫn điện của chúng được nối với các điện cực nối đất độc lập, tách rời với điện cực nối đất của trạm, thời gian cắt sự cố tối đa. Với những thiết bị khác trong cùng nhóm không nói chung vỏ, thời gian cắt tối đa là 1s. Khi xảy ra chạm vỏ hai điểm, một ở nhóm này, điểm thứ hai ở nhóm khác, dòng sự cố sẽ bị giảm thấp do điện trở của hai điện cực nối đất khác nhau giống trong sơ đồ TT.

Bảo vệ bằng CB

• Trường hợp như trong hình trên, cần phải quyết định trị số chỉnh định cắt tức thời và có trễ ngắn của bộ tác động. Thời gian tác động có được phù hợp là với các yêu cầu nêu trên. CB loại NSX160 cung cấp bảo vệ chống ngắn mạch thích hợp để cắt ngắn mạch pha – pha tại phụ tải.
• Ghi nhớ: Trong hệ thống IT, hai mạch khi xảy ra ngắn mạch pha – pha giả sử có chiều dài bằng nhau, có cùng tiết diện, dây PE có tiết diện bằng dây pha. Trường hợp này, tổng trở mạch vòng sự cố khi tính theo phương pháp gần đúng sẽ bằng hai lần so với giá trị tính trong mạng TN.
• Điện trở của mạch vòng FGHJ = 2R_JH = 2p.(L/a) in mΩ trong đó:
  • p = điện trở suất của đồng, tính bằng mΩ/mm2
  • L = chiều dài mạch tính bằng mét
  • a = tiết diện cắt ngang của dây dẫn tính bằng mm2
  • FGHJ = 2 x 22.5 x 50/35 = 64.3 mΩ điện trở mạch vòng B, C, D, E, F, G, H, J số là 2 x 64.3 = 129 mΩ.
  • Dòng sự cố sẽ bằng 0.8 x √3 x 230 x 10/129 = 2.470 A.

Bảo vệ bằng cầu chì

• Dòng tác động là của cầu chì đảm bảo thời gian cắt cho phép theo số liệu trên có thể tìm được từ đặc tuyến làm việc của cầu chì.
• Dòng tác động la nên có giá trị thấp hơn nhiều so với dòng sự cố tính được.

Bảo vệ bằng CB chống dòng rò (Residual current circuit-breakers (RCCBs).

• Khi dòng ngắn mạch có giá trị thấp, cần sử dụng RCCBs. Bảo vệ chống nguy hiểm do chạm gián tiếp có thể thực hiện được khi sử dụng một RCCB cho từng mạch.

Trường hợp thứ hai

• Khi vỏ kim loại được nối đất độc lập (mỗi phần có điện cực nối đất riêng) hoặc ở các nhóm máy tách rời (mỗi nhóm một điện cực nối đất riêng).
• Nếu tất cả vỏ kim loại không được nối chung tới một điện cực nối đất, điểm chạm đất thứ hai có thể xảy ra ở nhóm khác hoặc ở thiết bị nối đất độc lập. Cần thêm bảo bảo vệ phụ như trường hợp 1, gồm một RCD đặt tại CB điều khiển từng nhóm và tại các thiết bị nối đất độc lập.
• Lý do của yêu cầu này là do các điện cực nối đất độc lập nên khi chạm đất hai điểm trên hai pha, dòng chạy qua các điện cực có điện trở tiếp đất lớn và sẽ có giá trị nhỏ, các thiết bị bảo vệ quá dòng sẽ làm việc không tin cậy.
• Vì vậy cần sử dụng các RCD có độ nhạy cao hơn, tuy nhiên dòng tác động của RCD cần phải lớn hơn dòng khi xảy ra sự cố điểm thứ nhất (xem hình).

• Trường hợp sự cố thứ 2 xảy ra trong cùng nhóm có điện cực nối đất chung, thiết bị bảo vệ quá dòng sẽ tác động như đã mô tả ở trường hợp 1.
• Ghi chú 1: xem thêm phần bảo vệ dây trung tính
• Ghi chú 2: Trong mạng 3-pha 4-dây, bảo vệ quá dòng dây trung tính đôi khi được thực hiện bằng cách dùng biến dòng hình xuyến loại một lõi đặt riêng trên dây trung tính (xem hình).

Các biện pháp bảo vệ chống chạm điện trực tiếp và gián tiếp không cần tự động cắt nguồn Sử dụng điện áp cực thấp để an toàn (SELV (Safety Extra-Low Voltage))

• Việc sử dụng điện áp cực thấp để đảm bảo an toàn (SELV) áp dụng trong tình huống mà các thiết bị điện có thể gây nên mối nguy hiểm cao (bể bơi, Công viên giải trí,…). Theo biện pháp này, nguồn điện áp cực thấp được cấp từ thứ cấp máy biến áp cách ly, được thiết kế đặc biệt theo tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế (IEC 60742). Mức cách điện xung giữa cuộn dây sơ và thứ cấp rất cao, và/ hoặc một màn chắn kim loại nối đất đôi khi được chèn giữa các cuộn dây. Điện áp thứ cấp không bao giờ vượt quá 50 V rms.
• Ba điều kiện phải tuân thủ để đảm bảo bảo vệ chống chạm điện gián tiếp một cách thỏa đáng:
  • Không được nối đất bất kỳ dây dẫn điện nào trong mạng SELV
  • Vỏ dẫn điện của thiết bị được cấp nguồn từ mạng SELV không được nối đất, hoặc không được nối với các phần dẫn điện khác, hoặc không nối với các vật dẫn tự nhiên.
  • Tất cả các phần dẫn điện của mạch SELV và các mạch khác có điện áp cao hơn phải được cách ly bằng lớp cách điện ít nhất bằng cách điện giữa cuộn sơ và thứ cấp của máy biến áp cách ly.
• Những biện pháp này yêu cầu:
  • Mạch SELV phải được lắp trong ống dẫn riêng, trừ khi mạch này sử dụng cáp có cách điện ứng với điện áp cao nhất của các mạch khác trong khu vực.
  • Các ổ cắm ngoài của mạng SELV không được phép có đầu nối đất. Các đầu cắm và ổ cắm của mạch SELV phải có dạng đặc biệt sao cho không thể xảy ra cắm nhầm các nguồn áp khác vào hệ thống này được.
• Lưu ý: Ở điều kiện làm việc bình thường, khi điện áp của mạng SELV nhỏ hơn 25V, không cần thực hiện bảo vệ chống chạm điện trực tiếp.

Sử dụng mạng PELV (Protection by Extra Low Voltage: Bảo. vệ bởi điện áp cực thấp) 

• Hệ thống này thường dùng ở nơi cần nguồn áp thấp, hoặc vì lý do an toàn chứ không giống ở nơi đặc biệt nguy hiểm như đã nêu trên. Cách thực hiện tương tự mạng SELV, tuy nhiên phía mạch thứ cấp có nối đất một điểm.
• IEC 900364-4-41 định nghĩa một cách đầy đủ ý nghĩa của các chuẩn trong mạng PELV. thường cần thực hiện bảo vệ chống chạm điện trực tiếp, trừ khi các thiết bị đặt ở vùng có nỗi đẳng thế và điện áp định mức không vượt quá 25V rms, và các thiết bị đặt ở vị trí khô ráo bình thường, không thể tiếp xúc với cơ thể người. Trong các trường hợp khác, điện áp cho phép là 6Vrms, không cần bảo vệ chống chạm trực tiếp.

Mạng FELV (Functional Extra-Low Voltage: điện áp cực thấp theo chức năng)

• Ở những khu vực mà do chức năng vận hành cần sử dụng điện áp 50V hoặc thấp hơn, nhưng lại không thỏa tất cả các yêu cầu của mạng SELV hoặc PELV, phải tuân theo phương án bảo vệ được mô tả trong tiêu chuẩn IEC 60364-4-41 để đảm bảo an toàn trong cả trường hợp chạm điện trực tiếp và gián tiếp tùy theo vị trí và tình trạng sử dụng mạch.
• Lưu ý: Các trường hợp như vật có thể xảy ra, ví dụ khi mạng điện chứa các thiết bị (như là biến thế, rơ le, thiết bị chuyển mạnh điều khiển từ xa, công tắc tơ) mà cách điện bị hư hỏng dưới mức điện áp cao.

Mạng cách ly về điện

• Các mạch cách ly về điện (thường là mạch một pha ) với mục đích an toàn dựa trên nguyên tắc cơ bản sau: Hai dây dẫn được nối từ thứ cấp của máy biến áp cách ly một pha không nổi đất và các dây này được cách ly với đất.
• Nếu chỉ chạm trực tiếp vào một dây, sẽ có dòng rất bé chạy qua cơ thể người, qua đất và trở về dây kia thông qua điện ký sinh giữa dây nối đất.Vì điện dụng này rất bé, dòng điện thường thấp hơn mức cảm nhận bị điện giật. Khi chiều dài mạch cáp tăng lên, điện thường thấp hơn mức cảm nhận bị điện giật. Khi chiều dài mạch cáp tăng lên, dòng chạm trực tiếp sẽ tăng tương ứng tới giá trị có thể gây điện giật nguy hiểm.
• Ngay cả đối với cáp có chiều dài ngắn không gây nguy hiểm bởi dòng dung, nếu điện trở cách điện pha – đất thấp cũng có thể gây nguy hiểm cho người chạm trực tiếp vào một dây do dòng đi qua người và trở về nguồn thông qua điện trở cách điện giữa dây kia và đất.
• Vì những lý do này, cần sử dụng cáp có cách điện tốt và chiều dài đủ ngắn trong mạng cách ly.
• Các máy biến áp được thiết kế đặc biệt cho nhiệm vụ này có cách điện giữa cuộn dây sơ và thứ cấp ở mức cao hoặc có bảo vệ tương ứng như một màn kim loại có nối đất giữa hai cuộn dây. Cấu trúc của máy biến áp thuộc tiêu chuẩn cách điện loại II.
• Như đã trình bày, những nguyên tắc để khai thác thành công mạng điện này là:
  • Không được phép nối đất bất kỳ dây dẫn hoặc vỏ thiết bị nào của mạch phía thứ cấp.
  • Chiều dài cáp mạch thứ cấp phải được giới hạn để tránh giá trị điện dung lớn.
  • Phải duy trì giá trị điện trở cách điện cao đối với cáp và các thiết bị điện. Những điều kiện này thường hạn chế việc áp dụng biện pháp an toàn này cho các thiết làm việc riêng lẻ.
• Trường hợp có nhiều thiết bị được cấp nguồn từ một máy biến áp cách ly, theo các yêu cầu sau:
  • Vỏ dẫn điện của tất cả thiết bị phải được nối với nhau, nhưng không nối với đất.
  • Các ổ cắm ngoài phải có đầu cắm nối đất. Đầu cắm nối đất này chỉ được dùng để bảo việc nối đẳng thế tất cả vỏ dẫn điện của các thiết bị.
• Khi xảy ra chạm điểm thứ hai, thiết bị bảo vệ quá dòng phải phải tự động cắt nguồn giống như những điều kiện trong hệ thống nối đất IT của mạng điện áp cao.

Thiết bị cách điện loại II.

• Những thiết bị này cũng được xem như có “hai lớp cách điện” vì trong thiết bị có cách điện loại II, một lớp cách điện phụ được thêm vào cùng với cách điện cơ bản của nó (xem hình).
• Không cần nối các phần vỏ dẫn điện của thiết bị này với dây bảo vệ PE:
  • Hầu hết thiết bị cầm tay hoặc bán cố định, đèn di động và vài loại máy biến áp được thiết kế có cách điện hai lớp. Điều quan trọng là cần bảo trì đặc biệt khi khai thác có thiết bị có cách điện loại II và kiểm tra định kỳ và thường xuyên nhằm đảm bảo tiêu chuẩn cách điện loại II vẫn còn (không bị vỡ lớp vỏ bọc bên ngoài,…). Các thiết bị điện, máy thu thanh và thiết bị truyền hình có mức an toàn tương đương cách điện loại II, tuy nhiên đây không phải là loại thiết bị cách điện loại II thông thông thường.
  • Lớp cách điện phụ trong một mạng điện: tiêu chuẩn IEC 60364-4-41 và một vài tiêu chuẩn quốc gia như NF C 15-100 (Pháp) mô tả chi tiết hơn các biện pháp cần thiết để đạt được cách điện phụ trong công tác lắp đặt.

• Một ví dụ đơn giản là đặt cáp vào trong ống dẫn bằng nhựa PVC. Các biện pháp cũng được xác định đối với các tủ điện.
  • Đối với tủ điện và các thiết bị tương tự, IEC 61439-1 mô tả toàn bộ các yêu cầu, còn được gọi là “bảo vệ toàn bộ”, tương đương cách điện loại II.
  • Nhiều tiêu chuẩn quốc gia được dùng để xác nhận sự tương đương với cách điện loại II của cáp được sử dụng.

Đặt ngoài tầm tay với hoặc đặt chướng ngại vật xen vào giữa

• Nhờ các biện pháp này, rất ít khả năng vừa chạm vào vỏ kim loại có điện, cùng lúc ấy chạm tay vào vỏ kim loại khác có nối đất (xem hình). Thực tế, biện pháp này chỉ áp dụng được ở nơi khô ráo và theo các điều kiện sau:
  • Sàn và tường của phòng phải làm bằng chất không dẫn điện, nghĩa là điện trở cách điện với đất phải đảm bảo:
    • > 50 kΩ (mạng có điện áp ≤ 500V)
    • > 100 KΩ (500 V <U ≤ 1000V)
• Máy đo loại “MEGGER” (loại có nguồn phát quay tay hoặc loại điện tử vận hành bằng pin) được sử dụng để đo điện trở cách điện giữa một điện cực đặt trên sàn hoặc trên tường và đất (tức là dây nối đất bảo vệ gần nhất). Áp suất vùng tiếp xúc của các điện cực phải giống nhau trong tất cả các lần kiểm tra.
• Các nhà sản xuất máy đo khác nhau cung cấp các điện cực chuyên dụng kèm theo sản phẩm của họ, vì vậy cần phải cẩn thận đảm bảo rằng các điện cực được dùng được cấp bởi cùng nhà sản xuất với dụng cụ đo.
  • Sự sắp đặt các thiết bị và chướng ngại vật phải đảm bảo sao cho không thể | xảy ra việc một người đồng thời tiếp xúc vào hai vỏ dẫn điện hoặc một vào vỏ dẫn điện, một vào vật dẫn tự nhiên.
  • Không cho phép nối dây nối đất bảo vệ vào phòng cách ly.
  • Các lối ra vào phải được lắp đặt sao cho người ra vào phòng không bị nguy hiểm, ví dụ người đứng trên sàn dẫn điện bên ngoài không thể có khả năng thông qua ô cửa phòng chạm vào vỏ dẫn điện ví dụ như công tắc đèn lắp trong hộp đúc vỏ sắt loại công nghiệp.

Phòng đẳng thế cách ly với đất

• Trong sơ đồ này, tất cả các phần dẫn điện bao gồm cả sàn nhà được nối với nhau bằng các dây dẫn đủ lớn, nhờ vậy không xuất hiện sự chênh lệch điện áp đáng kể giữa hai điểm bất kỳ. Khi có hỏng cách điện giữa dây dẫn có điện và VỎ kim loại của thiết bị, toàn bộ phòng trở thành một “lồng” có điện áp pha so với đất nhưng không có dòng sự cố chạy qua. Trong điều kiện này, một người từ ngoài bước vào phòng có thể bị nguy hiểm (bởi vì cô ấylanh ấy có thể đang bước vào sàn nhà dẫn điện). Cần phải thực hiện các biện pháp thích hợp để bảo vệ người khỏi mối nguy hiểm này (ví dụ dùng sàn không dẫn điện ở lối ra vào, vv). Cũng cần có những thiết bị bảo vệ đặc biệt để kiểm tra phát hiện tình trạng hỏng cách điện do không có dòng sự cố khi bị hư cách điện.

Bảo vệ tài sản khi bị hỏng cách điện

• Các tiêu chuẩn xem thiệt hại về tài sản (chủ yếu do cháy) vì hỏng cách điện là ở mức độ quan trọng. Vì vậy, ở vị trí có nguy cơ cháy cao, bắt buộc phải sử dụng một RCD 300 mA (Residual Current Devices). Đối với những vị trí khác, vài tiêu chuẩn dựa vào kỹ thuật có tên “Bảo vệ sự cố chạm đất (Ground Fault Protection (GFP)).

Các biện pháp bảo vệ chống cháy bằng RCD

• RCD là các thiết bị bảo vệ chống cháy do hỏng cách điện rất hiệu quả. Dòng sự cố dạng này thực sự là quả bẻ để các thiết bị bảo vệ khác có thể phát hiện được bảo vệ quá dòng, đặc tính thời gian tỉ lệ nghịch).
• Với các hệ thống T, IT, TN-S, khi dòng rò xảy ra, sử dụng RCD có độ nhạy 300 mA sẽ cung cấp bảo vệ chống cháy rất tốt.
• Một nghiên cứu cho thấy chi phí do cháy đối với các tòa nhà công nghiệp và văn phòng có thể rất lớn. Phân tích hiện tượng cho thấy nguy cơ chảy là do dòng điện chạy qua gây quả nhiệt, điều này xảy ra là do không có sự phối hợp đúng giữa dòng định mức tối đa của cáp(hoặc dây có bọc cách điện) và trị số chỉnh định của thiết bị bảo vệ quá dòng.
• Quá nhiệt cũng có thể gây ra do việc thay đổi phương pháp lắp đặt ban đầu (thêm cáp vào cùng một giá đỡ).
• Quá nhiệt có thể xuất phát từ phóng điện hồ quang trong môi trường ẩm ướt. Hồ quang điện phát ra khi tổng trở mạch vòng sự cố lớn hơn 0.6 Ω và chỉ tồn tại khi bị hỏng cách điện. Vài cuộc thử nghiệm cho thấy dòng sự cố 300 mA có thể là nguy cơ cháy thật sự (xem hình).

Bảo vệ chống chạm đất (GFP)

Các dạng bảo vệ chống chạm đất khác nhau (xem hình)

• Có thể áp dụng ba loại bảo vệ chống chạm đất phụ thuộc vào loại thiết đặt đo được lắp đặt:
  • “Cảm biến dòng rò (Residual Sensing)” RS: Dòng “sự cố hỏng cách điện” được tính bằng tổng các vectơ dòng phía thứ cấp biến dòng. Biến dòng trên dây trung tính thường nằm ngoài CB bảo vệ.
  • “Dòng đất trở về nguồn (Source Ground Return)” SGR: Dòng “sự cố hỏng cách điện” được đo trên đường nối từ trung tính xuống đất phía hạ thế máy biến áp, Biến dòng trên dây trung tính thường nằm ngoài CB bảo vệ.
  • “Thành phần thứ tự không (Zero Sequence)” ZS: Dòng “sự cố hỏng cách điện” được đo trực tiếp phía thứ cấp biến dòng từ tổng các dòng pha mang điện. Loại GFP này chỉ được áp dụng khi dòng sự cố có giá thấp.

Vị trí các thiết bị GFP trong các mạng đi