Đăng ký thành viên

Trở kháng nối đất và hồ quang điện: Ngắn mạch do chạm chập pha-đất

Ngắn mạch xảy ra khi một hoặc nhiều dây dẫn mang điện tiếp xúc với nhau hoặc với một dây dẫn hoặc vật thể nối đất, tạo ra dòng điện lớn. Mặc dù có nhiều loại sự cố, chẳng hạn như sự cố ba pha và sự cố pha-pha, nhưng sự cố pha-đất chiếm tới 70% - 80% các sự cố.

Ngắn mạch có thể gây ra nhiều sự cố nguy hiểm (Ảnh st)

Tại sao đây lại là loại chạm chập phổ biến nhất? Đó là do khả năng xảy ra. Ví dụ, bạn đã bao giờ gặp trường hợp cả bốn bánh xe ô tô bị xẹp lốp cùng lúc chưa? Mặc dù điều này có thể xảy ra, nhưng khá hiếm và thường cần một yếu tố khác góp phần như mảnh vỡ trên đường. Khả năng cao hơn là một lốp xe bị hỏng do mòn hoặc cán phải đinh.

Logic tương tự cũng có thể sử dụng để giải thích các sự cố pha-đất. Mặc dù có ba pha mang điện, nhưng hiện tượng cả ba pha cùng lúc xảy ra sự cố là rất hiếm và thường phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như việc để quên cầu nối đất an toàn trên một mạch điện hoặc va chạm không may với cần cẩu hoặc máy đào. 

Chạm chập đất và phóng điện hồ quang

Sự cố chạm nối đất có thể bắt đầu bằng một dòng điện hồ quang gián đoạn, cường độ thấp. Các thiết bị chống quá dòng pha có thể không đủ nhạy để phản ứng nhanh chóng, nếu có, dẫn đến hư hại lớn. Do tình huống này, Quy chuẩn Điện Quốc gia (National Electrical Code) quy định các yêu cầu về bảo vệ chống chạm chập đất. Về phía đầu kia của phổ ánh sáng, có thể có các dòng điện cường độ rất lớn do sự cố chạm đất nối cứng gây ra, và khi đó thiết bị bảo vệ quá dòng pha nhiều khả năng sẽ phản ứng. 

Sự leo thang của phóng điện hồ quang

Khi dòng điện chạm chập chạy qua khe hở giữa các vật dẫn, nó sẽ tạo ra hồ quang điện, gây ra nhiều mối nguy hiểm khác như năng lượng nhiệt cực đoan, áp lực âm thanh, tia cực tím, các mảnh văng ra và nhiều hơn nữa. Nếu một hồ quang điện bắt đầu từ sự cố chạm chập pha-đất, plasma dẫn điện sinh ra có thể nhanh chóng đạt đến pha thứ hai và thứ ba, biến sự cố thành hồ quang điện ba pha.

Sự leo thang này có thể xảy ra gần như tức thời, chỉ trong vài chu kỳ. Liệu có thể biết khi nào hồ quang điện một pha sẽ leo thang thành hồ quang điện ba pha không? Không - đó là lý do tại sao các phép tính năng lượng sự cố hồ quang điện giả định rằng hồ quang điện sẽ là sự kiện ba pha.

Nối đất trở kháng

Nếu có thể ngăn ngừa hồ quang điện từ sự cố một pha thì sao? Sẽ không có khả năng hồ quang điện phát triển lên ba pha. Điều này có khả thi không? Có thể, bằng cách hạn chế đáng kể dòng điện sự cố tiếp đất bằng điện trở nối đất trung tính (NGR). Đây là một điện trở công suất lớn kết nối giữa dây trung tính của hệ thống điện, chẳng hạn như kết nối hình sao của nguồn, có thể bao gồm máy biến áp hoặc máy phát điện và hệ thống điện cực nối đất.

NEC đưa ra các yêu cầu cụ thể liên quan đến NGR và các mục 250.36 và 250.187 nêu rõ rằng phải ứng các điều kiện sau đây để sử dụng NGR:

1. Các điều kiện bảo trì và giám sát đảm bảo rằng chỉ có những người có trình độ mới được bảo dưỡng công trình lắp đặt.

2. Các thiết bị dò đất được lắp đặt trên hệ thống.

3. Các phụ tải nối giữa dây pha và dây trung tính sẽ không được cấp điện.

Nối đất điện trở cao

Một hệ thống nối đất điện trở cao có thể sử dụng khi hệ thống phân phối cần hoạt động liên tục. Điện trở này thường có thiết kế để giới hạn dòng điện chạm chập nối đất trong khoảng từ 1A đến 10A, mức dòng điện thấp đến mức hệ thống có thể tiếp tục hoạt động. Nếu xảy ra sự cố chạm chập đất, các chỉ báo báo động và đèn báo sẽ giúp người dùng nhận dạng có sự cố chạm chập đất và có khả năng định vị và khắc phục rắc rối hoặc cho phép dừng hệ thống một cách có trật tự. Nếu tình trạng chạm chập vẫn tiếp diễn, một ngày nào đó, một sự cố khác có thể xảy ra ở một pha khác và có thể dẫn đến chạm chập pha-pha gây ra dừng hệ thống không theo trật tự. 

Nối đất điện trở thấp

Nối đất điện trở thấp chủ yếu sử dụng trong các hệ thống điện trung áp do cường độ dòng điện nạp điện dung có thể có mặt trong đó. Dòng điện này là do nhiều thành phần khác nhau, chẳng hạn như các cáp điện áp cao hơn, có thể có điện dung đáng kể do được che chắn. Nhìn chung, hệ thống phân phối càng lớn, cáp càng được che chắn nhiều thì dòng điện càng có điện dung lớn. 

Trong những trường hợp này, không nên sử dụng hệ thống nối đất điện trở cao, mà nên sử dụng hệ thống nối đất điện trở thấp. Giá trị điện trở được chọn sao cho dòng điện bằng hoặc lớn hơn dòng điện nạp điện dung, thường từ 200A đến 800A. Điều này cho phép các rơle thông thường phát hiện và cách ly sự cố chạm đất kịp thời. 

Bên cạnh nhiều lợi ích khi sử dụng NGR, còn có một lợi ích rất hấp dẫn về mặt an toàn điện. Bằng cách giảm dòng điện chạm đất xuống mức rất thấp, hồ quang điện một pha sẽ không đáng kể, loại bỏ nguy cơ phát triển thành hồ quang điện ba pha.

Biên dịch: Bùi Thị Thu Hường

Theo “ecmag”, tháng 6/2025