Hệ thống tiếp địa

Hệ thống tiếp địa trong trạm biến áp còn gọi là hệ thống tiếp đất có vai trò quan trọng trong vận hành.

• Khi xảy ra hiện tượng cách điện của thiết bị điện, cách điện của sứ bị hỏng sẽ xuất hiện dòng điện ngắn mạch, dòng điện rò chạy qua vỏ thiết bị điện hoặc chạy qua sứ đi theo dây dẫn xuống các điện cực và chạy tản vào đất.
• Khi có sét đánh vào đường dây, sóng sét mang điện áp cao lan truyền vào trạm biến áp, lúc đó các thiết bị chống sét làm việc dẫn dòng điện sét đi theo dây dẫn xuống các điện cực và chạy tản vào đất.
• Khi xảy ra sự cố chạm đất trong hệ thống điện 3 pha trung điểm không nối đất. Dòng điện chạm đất (còn gọi là dòng điện thứ tự không) sẽ đi qua các điện cực và chạy tản vào đất.

Hai thành phần chính của hệ thống tiếp địa là: điện cực và dây tiếp địa.

• Các điện cực nối đất gồm điện cực thẳng đứng hoặc điện cực nằm ngang chôn ngầm dưới đất ờ một độ sâu nhất định. Trong thực tế điện cực thường được làm bằng thép ≥ L 50x50x5 mm mạ kẽm hoặc bằng thép tròn Φ 22mm² mạ kẽm có chiều dài từ 2m đến 3m được đóng sâu xuống đất theo phương vuông góc, đầu trên cọc nằm cách mặt đất từ 0,5m đến 0,8m được hàn liên kết với nhau trong lòng đất bằng các thanh sắt dẹt có tiết diện S = 40x 4 = 160mm², để chống ăn mòn hoá học không dùng thép có chiều dầy nhỏ hơn 4mm. Khoảng cách giữa hai cọc từ 2m đến 5m.
• Dây tiếp địa nằm phía trên mặt đất làm bằng thép tròn mạ Φ10 hoặc dây đồng mạ nhiều sợi S ≥ 25mm². Một đầu dây tiếp địa bắt vào các cọc tiếp địa, một đầu bắt vào các bộ phận cần được nối đất như các thiết bị chống sét hoặc các giá đỡ thiết bị điện, vỏ MBA, cực trung tính MBA,… Tiết điện dây nối đất không bé hơn 1/3 tiết diện của dây pha.

Phân loại: Hệ thống tiếp địa được chia làm 3 loại:

• Hệ thống tiếp địa an toàn có vai trò đảm bảo an toàn cho con người khi làm việc gần các thiết bị mang điện có điện áp cao, ngăn ngừa tai nạn điện giật khi cách điện bị hư hỏng. Dây tiếp địa được nối vào các giá đỡ thiết bị điện, vỏ tủ bảng điện, vỏ máy biến thế…
• Hệ thống tiếp địa làm việc có vai trò đảm bảo tình trạng làm việc bình thường của các thiết bị điện. Dây tiếp địa được nối vào sứ trung điểm máy biến áp, điểm cuối chung cuộn dây thứ cấp TI, điểm cuối chung cuộn dây sơ cấp & điểm cuối cuộn dây thứ cấp A hở (∠) của máy biến điện áp TU…
• Hệ thống tiếp địa chống sét làm nhiệm vụ ngăn ngừa ảnh hưởng của điện áp khí quyển do sét gây ra đánh thẳng vào trạm hoặc đánh lan truyền qua đường dây vào trạm. Dây tiếp địa được nối vào điểm cuối của kim thu lôi hoặc điểm cuối của các thiết bị chống sét.

Điện trở nối đất

Điện trở nối đất được xác định bằng điện trở suất (ρ – rô) của đất, hình dạng kích thước của điện cực và độ chôn sâu các cọc tiếp địa trong đất. (ρ) phụ thuộc vào thành phần, mật độ, độ ẩm và nhiệt độ của đất. Điện trở suất của đất là một trị số không cố định trong năm mà luôn thay đổi do ảnh hưởng của độ ẩm, nhiệt độ của đất.

Các trị số gần đúng của điện trở suất của đất “ρ đất” như sau:

• Đất sét, đất sét lẫn sỏi – độ dày của lớp đất sét từ 1 đến 3m : 1.10⁴ Ωcm
  • Đất vườn, đất ruộng: 0,4.10⁴ Ωcm
  • Đất bùn:                     0,2.10⁴ Ωcm
  • Cát:                            (7 đến 10).10⁴  Ωcm
  • Đất lẫn cát:                (3 đến 5).10⁴ Ωcm
• Điện trở nối đất của các trang bị nối đất không được lớn hơn các trị số đã quy định trong quy phạm kỹ thuật điện.
• Trong các mạng điện có trung điểm trực tiếp nối đất hoặc nối đất qua điện trở nhỏ ở lưới điện 110kV trở lên khi xảy ra ngắn mạch các bảo vệ rơ le tương ứng sẽ khởi động cắt điện để loại bỏ các sự cố ra khỏi mạng điện.

Sự xuất hiện điện thế trên các trang bị nối đất khi ngắn mạch chạm đất chỉ có tính chất tạm thời. Khi có ngắn mạch chạm đất vỏ thiết bị điện thường mang điện áp, xác suất khi có người tiếp xúc với vỏ xảy ra ít nên trong quy phạm không quy định điện áp lớn nhất cho phép mà chỉ đòi hỏi ở bất kỳ thời gian nào trong năm, trang bị nối đất cũng phải thoả mãn duy nhất một điều kiện:

R_đất ≤ 0,5 Ω

• Trong lưới điện có điện áp lớn hơn 1000V trung tính không trực tiếp nối đất hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang, khi có chạm đất 1 pha các bảo vệ rơle thường không tác động dẫn đến tình trạng chạm đất kéo dài làm tăng xác xuất có người tiếp xúc với thiết bị có điện áp. Quy phạm kỹ thuật quy định:
  • Khi dùng trang bị nối đất chung cho mạng điện điện áp trên và dưới 1000V:(hình)
  • Khi dùng trang bị nối đất chung cho mạng điện điện áp trên 1000V:(hình)
  • Khi dùng riêng trang bị nối đất cho mạng điện điện áp dưới 1000V:(hình)

Số 125 và 250 là hệ số cho phép của trang bị nối đất.

Iđ là dòng điện tính toán chạm đất 1 pha.

• Khi dùng riêng trang bị nối đất cho mạng điện điện áp dưới 1000V:

R_đất ≤ 4 Ω

• Khi dùng riêng trang bị nối đất lặp lại trong mạng điện 220/ 380V:

R_đất ≤ 10 Ω

• Hộ thống nối đất chống sét và hệ thống nối đất an toàn phải đặt riêng rẽ nhau để chống điện áp ngược khi có sét đánh vào trạm. Điểm gần nhất của hai hệ thống này phải đặt cách nhau ≥ 6m
• Điện trở nối đất của hệ thống nối đất chống sét:

R_đất ≤ 1 Ω (Trị số mong muốn)

R_đất ≤ 10 Ω (Trị số cho phép)