Khái niệm về nối đất

a. Dòng điện đi qua cơ thể người

Dòng điện đi qua cơ thể con người gây nên những tác hại nguy hiểm: gây bỏng;

giật; trường hợp nặng có thể gây chết người. Về trị số, dòng điện từ 10 mA trở lên là nguy hiểm và từ 50 mA trở lên thường dẫn đến tai nạn chết người. Điện trở cơ thể cong người thay đổi trong giới hạn rất rộng, phụ thuộc vào tình trạng của da, diện tích tiếp xúc với điện cực, vị trí điện cực đặt vào người, thời gian dòng điện chạy qua, điện áp giữa các điện cực và nhiều yếu tố khác. Khi điện trở của người nhỏ (khoảng 800 ÷ 1000 Ω) chỉ cần 1 điện áp 40 ÷ 50 V cũng đủ gây nguy hiểm cho tính mạng con người.

Người bị tai nạn về điện trước hết là do chạm phải những phần tử mang điện, bình thường có điện áp. Để ngăn ngừa hiện tượng này, cần đặt những rào đặc biệt ngăn cách con người với các bộ phận mang điện đó.

Nhưng người bị tai nạn về điện cũng có thể là do chạm phải các bộ phận của thiết bị điện bình thường không mang điện nhưng lại có điện áp khi cách điện bị hỏng (như sứ cách điện, vỏ động cơ điện, các giá thép đặt thiết bị điện …).

Trong trường hợp này, để đảm bảo an toàn, có thể thực hiện bằng cách nối đất tất cả những bộ phận bình thường không mang điện, nhưng khi cách điện hỏng có thể có điện áp.

Hình 11.1 - Chạm vào thiết bị rò điện

Khi có nối đất, qua chỗ cách điện chọc thủng và thiết bị nối đất sẽ có dòng điện ngắn mạch một pha với đất và điện áp đối với đất của vỏ thiết bị bằng:

Uđ = Iđ . Rđ

Trong đó: I_đ - dòng điện 1 pha chạm đất.

R_đ - điện trở nối đất của thiết bị nối đất

Trường hợp người chạm phải thiết bị có điện áp, dòng điện qua người xác định theo biểu thức:

ng đ đ

ng

R R I

I =

Bởi Rđ << Rng nên Ing << Iđ .

Tuy nhiên nếu Iđ khá lớn thì dòng qua người vẫn là nguy hiểm:

đ ng

đ

ng I

R

I = R ( 2 )

Từ (2) nhận thấy rằng nếu thực hiện nối đất để có Rđ đủ nhỏ → có thể đảm bảo cho dòng Ing qua người không nguy hiểm nữa.

b. Điện trở đất

Trang bị nối đất bao gồm điện cực nối đất và các dây dẫn nối các điện cực trực tiếp dưới đất. Ngoài ra dây dẫn nối giữa các bộ phần cần nối với hệ thống nối đất (gồm điện cực + thanh dẫn nối đặt trong đất).

Hình 11.2 - Nối đất

Khi dòng ngắn mạch xuất hiện do cách điện của thiết bị hỏng. Dòng ngắn mạch IN sẽ qua vỏ thiết bị theo dây nối đất xuống điện cực và chạy tản vào trong đất (Hình 11.2). Trên hình vẽ ta thấy đường cong phân bố điện thế trên mặt đất.

Mặt đất tại chỗ đặt điện cực (điểm 0) có điện thế cao nhất (ϕđ) càng xa điện cực điện thế càng giảm dần và tại điểm a & a’ cách khoảng 15 ÷ 20 m thì điện thế nhỏ tới mức không đáng kể và được coi bằng không.

Định nghĩa: Điện trở nối đất là điện trở của khối đất nằm giữa điện cực và mặt có điện thế bằng không”.

Nếu bỏ qua điện trở nhỏ của dây dẫn nối và điện cực thì điện trở đất được xác định theo biểu thức:

đ đ đ

I R = U

Trong đó: Uđ - điện áp của trang bị nối đất.

Iđ - dòng ngắn mạch (dòng điện trong đất).

c. Điện áp tiếp xúc

Nếu tay người tiếp xúc với vỏ thiết bị (bị hỏng cách điện) thì điện áp tiếp xúc nghĩa là điện áp giữa tay và chân người bằng:

ϕ1

ϕ −

= đ

Utx

Trong đó: φ_đ - Điện thế lớn nhất tại điểm 0.

φ1 - Điện thế tại chỗ người đứng.

d. Điện áp bước

Khi người đến gần thiết bị hỏng cách điện thì điện áp giữa 2 chân (giả thiết 2 chân không cùng 1 điểm) sẽ có 2 điện thế khác nhau → tạo thành điện áp gọi là điện áp bước.

2

1 ϕ

ϕ −

b =

U

Để tăng an toàn, tránh Utx và Ub lớn nguy hiểm đến con người, người ta sẽ dùng các hình thức nối đất phức tạp với sự bố trí thích hợp các điện cực trên diện tích đặt thiết bị điện và mạch vòng xung quanh thiết bị.

Hình 11.3 - Nối đất cho thiết bị điện

Thực hiện nối đất ở mạng hạ áp:

Trong các mạng 4 dây 380/220V, có điểm trung tính trực tiếp nối đất thì vỏ thiết bị có thể được nối trung tính (vì trung tính đã được nối đất). Phương án chỉ được phép dùng nếu tất cả các phụ tải đều là thiết bị ba pha, khi đó U0 = 0.

(hoặc lưới không có nhiều thiết bị 1 pha). Tuy vậy không phải lúc nào cũng an toàn vì nếu mất trung tính từ trạm các thiết bị vẫn có thể làm việc bình thường

(phương án này chỉ có ưu điểm là rẻ và dễ thực hiện). Khi có yêu cầu cao về an toàn người ta sử dụng hệ thông nối đất riêng cho các thiết bị, hoặc hệ thống nối đất lập lại (tức là dây trung tính ngoài việc nối đất ở trạm rồi lại cần phải nối đất thêm cả ở phân xưởng hoặc tại thiết bị).

Yêu cầu nối đất trong phân xưởng, các trạm biến áp, phân phối:

Tất cả các đế máy, vỏ máy điện, các bộ truyền động của thiết bị điện, khung sắt, bảng phân phối, bảng điều khiển, các kết cấu kim loại của thiết bị phân phối trong nhà và ngoài trời, hàng rào kim loại ngăn cách phần mang điện, vỏ đầu cáp, các thiết bị chống sét, cột sắt của đường dây tải điện, của sắt các trạm biến áp, trạm phân xưởng…

Không yêu cầu nối đất:

Đối với các thiết bị xoay chiều điện áp ≤ 280 V hoặc một chiều ≤ 440 V nếu được đặt trong nhà và ở nơi khô ráo.

Các thiết bị điện áp 127 V xoay chiều và 110 V một chiều đặt trong nhà không cần phải nối đất. Trừ trường hợp ở những nơi có khả năng dễ nổ hoặc cháy.

11.2. Cách thực hiện và tính toán trang bị nối đất