Tại sao phải nối đất trung tính máy biến áp?

Trong kỹ thuật điện, việc nối đất trung tính máy biến áp không chỉ là một quy trình tiêu chuẩn mà còn là một biện pháp an toàn thiết yếu. Vậy, tại sao phải nối đất trung tính máy biến áp và điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta bỏ qua nó? Hãy cùng Sài Gòn Sinco đi sâu tìm hiểu về tầm quan trọng, các phương pháp thực hiện và những lưu ý cần thiết để đảm bảo an toàn tối đa cho hệ thống điện của bạn.

Tại sao phải nối đất dây trung tính máy biến áp?

Việc nối đất điểm trung tính của máy biến áp (thường là cuộn đấu sao) là một yêu cầu kỹ thuật thiết yếu, không phải tùy chọn. Vậy, tại sao phải nối đất dây trung tính? Đơn giản vì nó mang lại những lợi ích quan trọng sau:

• An toàn hàng đầu: Nối đất trung tính giúp "ghim" điện áp hệ thống so với đất, tạo đường thoát an toàn cho dòng điện sự cố. Điều này giảm thiểu nguy cơ điện giật cho con người khi có chạm vỏ thiết bị và giúp các thiết bị bảo vệ (aptomat, rơ le) tác động nhanh chóng, chính xác để cô lập sự cố, bảo vệ thiết bị.

• Ổn định điện áp: Nó giúp giữ điện áp các pha ổn định, đặc biệt khi tải không cân bằng hoặc khi có sự cố chạm đất một pha, tránh tình trạng điện áp một số pha tăng vọt hoặc sụt giảm quá mức gây hư hỏng thiết bị.

• Hạn chế quá điện áp nguy hiểm: Điểm trung tính nối đất cung cấp một đường dẫn để giảm thiểu các xung quá điện áp do sét đánh lan truyền hoặc các thao tác đóng cắt trong hệ thống.

• Hỗ trợ hệ thống bảo vệ: Cho phép dòng sự cố thứ tự không (một loại dòng đặc trưng khi chạm đất) lưu thông, giúp các rơ le bảo vệ chạm đất chuyên dụng hoạt động hiệu quả hơn.

Tóm lại, nối đất trung tính là nền tảng cho một hệ thống điện vận hành an toàn, ổn định và tin cậy.

Tại sao phải nối đất dây trung tính

Các phương pháp nối đất trung tính phổ biến

Việc lựa chọn phương pháp nối đất trung tính cho máy biến áp là một quyết định kỹ thuật quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ an toàn, độ tin cậy và cách thức vận hành của hệ thống điện. Dưới đây là các phương pháp phổ biến nhất được áp dụng hiện nay:

Nối đất trực tiếp

Đây là phương pháp đơn giản nhất, trong đó điểm trung tính của cuộn dây máy biến áp (thường là cuộn đấu sao) được kết nối thẳng với hệ thống nối đất (cọc hoặc lưới nối đất) mà không thông qua bất kỳ trở kháng đáng kể nào.

• Đặc điểm chính: Khi xảy ra sự cố chạm đất một pha, dòng điện sự cố sẽ rất lớn.

• Ưu điểm: Giúp ổn định điện áp các pha so với đất một cách hiệu quả; cho phép các thiết bị bảo vệ (rơ le, aptomat) tác động nhanh và chọn lọc để cách ly phần tử bị lỗi; chi phí ban đầu thấp.

• Nhược điểm: Dòng ngắn mạch chạm đất lớn có thể gây hư hỏng nặng cho thiết bị tại điểm sự cố và gây sụt áp mạnh trên toàn hệ thống.

• Ứng dụng điển hình: Rất phổ biến trong các lưới điện hạ áp (ví dụ 0.4kV). Cũng được sử dụng trong một số hệ thống trung áp và cao áp nơi yêu cầu cắt nhanh sự cố và có khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch lớn.

Nối đất qua điện trở

Trong phương pháp này, điểm trung tính được nối với hệ thống nối đất thông qua một điện trở có giá trị được tính toán cẩn thận.

• Đặc điểm chính: Hạn chế dòng điện ngắn mạch chạm đất xuống một giá trị an toàn hơn so với nối đất trực tiếp.

• Ưu điểm: Giảm thiểu thiệt hại cho thiết bị tại điểm sự cố; giảm sụt áp hệ thống khi có sự cố; vẫn cho phép các thiết bị bảo vệ phát hiện và hoạt động.

• Nhược điểm: Cần chi phí đầu tư cho điện trở nối đất; điện áp các pha không sự cố có thể tăng nhẹ so với đất khi có chạm đất một pha.

• Ứng dụng điển hình: Được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện trung áp tại các nhà máy công nghiệp, trạm biến áp, nơi việc hạn chế dòng sự cố và bảo vệ thiết bị được ưu tiên. Có hai loại: nối đất điện trở thấp (hạn chế dòng vài trăm ampe) và nối đất điện trở cao (hạn chế dòng vài ampe, thường cho phép hệ thống vận hành tạm thời khi có sự cố chạm đất một pha để tìm và khắc phục).

Nối đất qua cuộn kháng

Điểm trung tính được nối đất thông qua một cuộn kháng (cuộn cảm).

• Đặc điểm chính: Hạn chế dòng ngắn mạch chạm đất, nhưng thường ở mức cao hơn so với nối đất qua điện trở có cùng mục đích.

• Ưu điểm: Có thể được thiết kế để bù trừ một phần dòng điện dung của lưới, đặc biệt là cuộn dập hồ quang Petersen.

• Nhược điểm: Chi phí đầu tư cho cuộn kháng; có thể gây ra các hiện tượng quá điện áp quá độ phức tạp hơn.

• Ứng dụng điển hình: Ít phổ biến hơn hai phương pháp trên cho các ứng dụng thông thường. Cuộn dập hồ quang (Petersen coil) là một dạng đặc biệt của nối đất qua cuộn kháng, được sử dụng trong các lưới điện cao áp và siêu cao áp có đường dây trên không dài để tự động dập tắt hồ quang chạm đất một pha.

Trung tính cách ly

Điểm trung tính của máy biến áp không được nối đất một cách có chủ ý, hoặc chỉ được nối đất thông qua một trở kháng rất lớn (ví dụ, qua biến điện áp dùng để đo lường và chỉ thị chạm đất).

• Đặc điểm chính: Khi xảy ra sự cố chạm đất một pha đầu tiên, dòng sự cố rất nhỏ, chỉ bằng dòng điện dung của hệ thống.

• Ưu điểm: Cho phép hệ thống tiếp tục vận hành mà không bị gián đoạn ngay khi có chạm đất một pha, tăng độ tin cậy cung cấp điện.

• Nhược điểm: Điện áp của các pha không sự cố so với đất có thể tăng lên bằng điện áp dây (tăng √3 lần), đòi hỏi cách điện cao hơn cho thiết bị; khó xác định vị trí chạm đất; nguy cơ quá điện áp do hồ quang ngắt quãng nếu sự cố không được xử lý.

• Ứng dụng điển hình: Được sử dụng trong các ngành công nghiệp đặc thù yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cực cao (ví dụ: phòng mổ bệnh viện, một số dây chuyền sản xuất liên tục) và hệ thống được giám sát chặt chẽ bằng các thiết bị chuyên dụng.

Tạo điểm trung tính nhân tạo để nối đất

Trong một số trường hợp, hệ thống điện ba pha không có sẵn điểm trung tính tự nhiên (ví dụ, cuộn dây máy biến áp đấu tam giác). Khi đó, có thể sử dụng các thiết bị như máy biến áp nối đất kiểu Zig-zag hoặc máy biến áp sao/tam giác để tạo ra một điểm trung tính nhân tạo, sau đó điểm này sẽ được nối đất theo một trong các phương pháp kể trên.

Ứng dụng điển hình: Cho các hệ thống ba pha ba dây cần chuyển đổi sang chế độ có trung tính nối đất để cải thiện an toàn hoặc đáp ứng yêu cầu của thiết bị bảo vệ.

Việc lựa chọn phương pháp nối đất trung tính phù hợp là một quyết định kỹ thuật quan trọng, cần được thực hiện bởi các kỹ sư có chuyên môn dựa trên đặc điểm cụ thể của từng hệ thống điện.

Các phương pháp nối đất trung tính phổ biến

Hệ quả nếu không nối đất trung tính máy biến áp

Bỏ qua việc nối đất trung tính máy biến áp (khi cần thiết) hoặc thực hiện không đúng kỹ thuật sẽ dẫn đến nhiều rủi ro nghiêm trọng cho hệ thống điện:

• Điện áp bất ổn và nguy cơ quá áp: Trung tính không nối đất khiến điện áp hệ thống "trôi nổi". Khi tải không đều hoặc có sự cố chạm đất một pha, điện áp các pha khác có thể tăng vọt (lên đến điện áp dây), gây áp lực lớn lên cách điện và dễ làm hỏng thiết bị.

• Thiết bị bảo vệ mất tác dụng: Dòng sự cố chạm đất sẽ rất nhỏ hoặc đi theo đường không xác định nếu không có nối đất trung tính. Điều này làm cho aptomat hay rơ le bảo vệ không thể phát hiện hoặc hoạt động sai, khiến sự cố không được cách ly kịp thời và lan rộng.

• Nguy hiểm chết người: Nếu vỏ thiết bị bị rò điện, điện áp trên vỏ có thể rất cao khi không có đường nối đất hiệu quả, gây nguy cơ điện giật nghiêm trọng cho bất kỳ ai tiếp xúc.

• Khó khăn trong xử lý sự cố: Việc tìm kiếm và xác định vị trí chạm đất trong hệ thống trung tính cách ly trở nên phức tạp và tốn thời gian.

• Rủi ro hồ quang và cộng hưởng: Sự cố chạm đất có thể gây ra hồ quang ngắt quãng, dẫn đến các hiện tượng quá điện áp cộng hưởng cực kỳ nguy hiểm, có khả năng phá hủy hàng loạt thiết bị.

Vì vậy, đảm bảo nối đất trung tính đúng chuẩn là điều bắt buộc để hệ thống điện hoạt động an toàn và hiệu quả.

Hệ quả nếu không nối đất trung tính máy biến áp

Câu hỏi thường gặp

Có nên nối đất trung tính cho máy biến áp 1 pha không?

Máy biến áp 1 pha thường không có "điểm trung tính" theo nghĩa của hệ thống 3 pha đấu sao. Tuy nhiên, việc nối đất vẫn rất quan trọng:

• Nối đất vỏ máy: Vỏ kim loại của máy biến áp 1 pha (và mọi thiết bị điện khác) luôn cần được nối đất để đảm bảo an toàn, phòng trường hợp dây dẫn bên trong chạm vỏ.

• Nối đất một đầu cuộn thứ cấp: Trong nhiều ứng dụng hạ áp (ví dụ 1 pha 220V), một đầu của cuộn dây thứ cấp (thường là đầu "nguội" hoặc "neutral") được nối đất. Điều này giúp tạo ra một điểm tham chiếu điện áp cố định (0V) cho phía tải, ổn định điện áp và tăng an toàn cho người sử dụng. Việc này tương tự như tạo ra dây trung tính trong hệ thống 1 pha.

Vì vậy, tuy thuật ngữ "nối đất trung tính" không hoàn toàn chính xác cho máy biến áp 1 pha, nhưng các biện pháp nối đất an toàn tương tự vẫn được áp dụng.

Khi nào thì dùng nối đất điện trở, khi nào thì nối đất trực tiếp?

Lựa chọn giữa nối đất trực tiếp và nối đất qua điện trở phụ thuộc vào mục tiêu ưu tiên của hệ thống:

• Nối đất trực tiếp:

  • Ưu tiên: Cắt nhanh sự cố, ổn định điện áp tối đa, chi phí ban đầu thấp.

  • Sử dụng khi: Hệ thống có thể chịu được dòng ngắn mạch chạm đất lớn (ví dụ: lưới hạ áp, một số lưới truyền tải), hoặc khi việc duy trì liên tục cung cấp điện khi có chạm đất một pha không phải là ưu tiên hàng đầu.

• Nối đất qua điện trở:

  • Ưu tiên: Hạn chế dòng sự cố để giảm hư hỏng thiết bị, giảm sụt áp hệ thống khi có sự cố, cho phép hệ thống (với điện trở nối đất cao) có thể tiếp tục vận hành tạm thời để có thời gian xử lý.

  • Sử dụng khi: Trong các nhà máy công nghiệp, trạm biến áp trung gian, hệ thống tự dùng của nhà máy điện nơi việc giảm thiểu thiệt hại thiết bị và duy trì hoạt động (dù là tạm thời) được coi trọng.

Khi nào không cần nối đất trung tính máy biến áp?

Có những trường hợp cụ thể mà điểm trung tính của máy biến áp được giữ cách ly (không nối đất) một cách có chủ ý:

• Hệ thống IT (Isolated Terra): Theo tiêu chuẩn IEC, đây là hệ thống có tất cả các phần mang điện được cách ly với đất, hoặc một điểm được nối đất qua một trở kháng rất lớn. Hệ thống này được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện rất cao (ví dụ: phòng mổ bệnh viện, một số quy trình công nghiệp liên tục) vì sự cố chạm đất một pha đầu tiên không gây ngắt mạch ngay lập tức mà chỉ báo động.

• Một số ứng dụng đặc biệt: Ví dụ, trong các hệ thống cung cấp điện cho tàu thủy hoặc một số thiết bị thí nghiệm đặc biệt, việc cách ly trung tính có thể được yêu cầu vì lý do an toàn hoặc chức năng riêng.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng ngay cả trong các hệ thống trung tính cách ly, vẫn cần các biện pháp giám sát cách điện chặt chẽ và các quy trình vận hành đặc biệt để đảm bảo an toàn.

Việc hiểu rõ tại sao phải nối đất trung tính máy biến áp và các phương pháp thực hiện là vô cùng quan trọng để đảm bảo an toàn, ổn định và hiệu quả cho bất kỳ hệ thống điện nào. Hy vọng Sài Gòn Sinco đã cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích!

CTY TNHH TM XÂY LẮP CÔNG NGHIỆP SÀI GÒN (SINCO ENGINEERING): 

Công Ty TNHH Thương Mại Xây Lắp Công Nghiệp SÀI GÒN Sinco - nhà sản xuất và phân phối thiết bị điện hàng đầu tại Việt Nam. Chúng tôi cung cấp tủ điện, máy biến áp và nhiều sản phẩm chất lượng khác.

• Địa chỉ: 489/9 Mã Lò, Khu phố 1, Phường Bình Hưng Hòa A, Bình Tân, Hồ Chí Minh
• Hotline: 0946556058 - 0914510058
• Email: saigonsinco@gmail.com
• Website: https://www.saigonsinco.com

MỜI QUÝ KHÁCH XEM THÊM CÁC SẢN PHẨM KHÁC CỦA CHÚNG TÔI TẠI ĐÂY: