Trước hết chúng ta xác định các kiểu nối đất khác nhau trong mạng hạ áp và từ đó phân tích so sánh các ưu nhược điểm của từng loại:

1. Các kiểu nối đất

Các kiểu nối đất được quy định bởi tiêu chuẩn  IEC 60364-3. Có 3 loại hệ thống nối đất chính: IT, TT và TN. Ý nghĩa của các chữ cái như sau:

Chữ cái thứ nhất: xác định điểm trung tính có được nối đất hay không.

T: Trung tính nối đất trực tiếp.

I: Không nối đất hoặc nối đất qua tổng trở lớn (thí dụ 2.000 Ω).

Chữ cái thứ nhì: xác định những phần dẫn điện hở của hệ thống nối với đất thế nào:

T: Các phần dẫn điện hở được nối trực tiếp với đất.

N: Các phần dẫn điện hở được nối trực tiếp với dây trung tính.

Ghi chú: phần dẫn điện hở là các phần có khả năng dẫn điện khi cách điện bị hư hỏng, lộ ra bên ngoài thiết bị, có thể nhìn thấy và tiếp xúc được. Thí dụ: Khung sườn máy điện, vỏ tủ điều khiển…

Xem thêm:

Nối đất trong hệ thống điện
Hệ thống nối đất trong mạng điện trung áp
Cách thực hiện mạch nối đất trong mạng điện trung áp

2. IT: Hệ thống không nối đất hoặc nối đất qua tổng trở cao

Chữ cái đầu tiên: I

Trung tính không nối đất hoặc nối đất qua tổng trở cao (Thường là một trở kháng khoảng 1700 Ω).

Chữ cái thứ nhì: T

Các phần dẫn điện hở của tải được nối xuống đất.

Các nhóm tải ở xa có thể được nối đất riêng rẽ.

Đặc điểm:

– Khi có sự cố chạm đất hai điểm sẽ được bảo vệ bằng các thiết bị bảo vệ ngắn mạch pha – pha (máy cắt, cầu chì…)

– Nếu dòng sự cố chưa đủ lớn để thiết bị bảo vệ ngắn mạch pha – pha tác động, đặc biệt là với những tải ở xa, có thể bảo vệ  bằng dòng dôi dư.

– Không khuyến khích sử dụng dây trung tính.

– Bắt buộc phải có bộ giới hạn quá áp đặt giữa trung tính máy biến áp và đất. Bộ phận này dẫn các điện áp quá áp bên ngoài do biến áp dẫn đến xuống đất và bảo vệ cho mạng hạ áp không bị các điện áp tăng cao khi có phóng điện giữa cuộn dây trung áp và hạ áp của máy biến áp

– Các nhóm tải có nối đất riêng rẽ cần được bảo vệ dòng dôi dư.

3. TT: Hệ thống trung tính nối đất trực tiếp, phần dẫn điện hở nối đất

Chữ cái thứ nhất T.

Trung tính được nối đất trực tiếp.

Chữ cái thứ nhì: T.

Các phần dẫn điện hở của tải được nối hoàn chỉnh với nhau. Mỗi nhóm nối liên kết cần phải nối đất. Với những tải ở xa, có thể nối đất độc lập phần dẫn điện hở.

Đặc điểm:

– Bắt buộc phải có thiết bị bảo vệ dòng dôi dư.

– Tất cả các phần dẫn điện hở được bảo vệ bằng cùng thiết bị thì phải cùng nối đất chung với nhau.

– Đất của dây trung tính và đất của các phần dẫn điện hở có thể nối chung với nhau, hoặc không nối chung.

– Có thể sử dụng dây trung tính hoặc không sử dụng.

4. TN: Hệ thống nối đất trực tiếp, phần dẫn điện hở nối trung tính

Chữ cái thứ nhất: T

Dây trung tính được nối đất trực tiếp.

Chữ cái thứ nhì: N

Các phần dẫn điện hở được nối vào dây trung tính.

Có 2 loại hệ thống, tùy thuộc vào dây trung tính làm việc và dây nối đất bảo vệ (PE) có nối kết hợp với nhau hay không.

Trường hợp 1: dây trung tính và dây nối đất bảo vệ kết hợp với nhau thành 1 dây gọi là PEN. Hệ thống này được định danh bằng chữ cái thứ ba C và gọi là hệ thống TNC. Phải nối đất lặp lại phân bố đều dọc theo dây PEN để tránh điện áp cao trên các phần dẫn điện hở trong trường hợp có chạm đất. Hệ thống này không được sử dụng với dây dẫn đồng có thiết diện dưới 10mm2 cũng như không được dùng phía hạ nguồn của hệ thống TNS, hoặc dây dẫn nhôm dưới 16 mm2.

Trường hợp 2: Dây trung tính và dây nối dất bảo vệ riêng biệt. hệ thống này được định danh bằng chữ cái thứ ba S và gọi là TNS. Phải nối đất lặp lại phân bố đều dọc theo dây dẫn PE để tránh điện áp cao xuất hiện trên các phần dẫn điện hở khi có sự cố. Hệ thống này không được dùng phía thượng nguồn hệ thống TNC.

Đặc điểm: Tác động cắt mạch khi có sự cố nhờ vào thiết bị bảo vệ ngắn mạch pha – pha như máy cắt, cầu chì…

Lưu ý: cả 2 hệ TNS và TNC có thể được sử dụng trong cùng một công trình. Hệ thống TNC (4 dây) không bao giờ được nằm phía hạ nguồn của hệ thống TNS (5 dây).

5. So sánh các hệ thống nối đất khác nhau trong mạng hạ áp

Ba hệ thống này khác nhau về nguyên lý vận hành và khả năng bảo vệ. Mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

* Hệ thống trung tính cách đất hay nối đất qua trở kháng (hệ thống IT)

Yêu cầu về bảo vệ:

– Nối các phần dẫn điện hở với nhau và nối đất.

– Phải có thiết bị chỉ báo chạm đất lần đầu bằng 1 thiết bị kiểm soát cách điện thường xuyên.

– Cắt mạch khi có sự cố điểm thứ 2 bằng thiết bị bảo vệ quá dòng (máy cắt hoặc cầu chì…).

Ưu điểm:

– Hệ thống cho phép vận hành liên tục.

– Khi cách điện bị hư hỏng, dòng chạm đất nhỏ.

Nhược điểm:

– Cần phải có nhân viên bảo trì để giám sát hệ thống.

– Cần có cấp cách điện cao hơn trong hệ thống. Lưới có thể bị rã khi sự cố lan truyền, và các tải có dòng rò lớn phải dùng máy biến áp cách ly.

– Phải kiểm tra phần cắt mạch khi sự cố kép nếu được, bằng phương pháp tính toán, và ít nhất một lần lúc nghiệm thu lắp đặt.

– Phảỉ có thiết bị giới hạn quá áp.

– Yêu cầu tất cả các phần dẫn điện hở của tất cả các thiết bị phải đẳng áp. Nếu không đạt được, bắt buộc phải có thiết bị bảo vệ dòng dôi dư.

– Tránh không sử dụng đường dây trung tính, vì:

  • Nếu sử dụng dây trung tính, ảnh hưởng của sự cố sẽ loại bỏ các ưu điểm của hệ thống này.
  • Nếu sử dụng dây trung tính, nó cần được bảo vệ.
  • Không sử dụng dây trung tính tạo dễ dàng cho việc lựa chon thiết bị bảo vệ quá dòng và định vị sự cố.

– Khó định vị sử cố trong các lưới rộng.

– Khi cách điện hỏng, điện áp của 2 pha còn lại so với đất sẽ tăng lên bằng điện áp dây. Cấp cách điện của thiết bị cần tính đến điều này.

* Hệ thống nối đất trực tiếp TT:

Yêu cầu về bảo vệ:

– Nối đất phần dẫn điện hở của các thiết bị phải kết hợp với thiết bị bảo vệ dòng dôi dư. (ít nhất ở 1 phía của thiết bị)

– Tất cả các thiết bị có phần dẫn điện hở được bảo vệ với cùng rơ-le bảo vệ dòng dôi dư phải được nối vào cùng hệ thống nối đất.

– Các thiết bị làm việc đồng thời phải có các phần dẫn điện hở nối vào cùng hệ thống nối đất.

Ưu điểm:

– Hệ thống đơn giản nhất, dễ thiết kế, vận hành và bảo trì.

– Không đòi hỏi giám sát cách điện thường trực. Chỉ cần kiểm tra định kỳ các thiết bị bảo vệ dòng dôi dư.

– Các thiết bị dòng dôi dư sẽ tránh được nguy cơ hỏa hoạn nếu độ nhạy của nó dưới hoặc bằng 500 mA. Xem tiêu chuẩn IEC 60364-4, section 482.2.10).

– Dễ định vị sự cố.

– Khi có sự cố cách điện, dòng sự cố nhỏ.

Nhược điểm:

– Cắt mạch ngay khi có sự cố lần đầu.

– Phải dùng thiết bị bảo vệ dòng dôi dư trên mỗi đường cung cấp để bảo đảm tính chọn lọc.

– Phải có đo đạc đặc biết đối với các tải có thể gây dòng rò lớn khi vận hành để tránh cho rơ le dòng dôi dư tác động sai. Cấp cho các tải này qua biến áp cách ly hoặc dùng rơ le dòng dôi dư có ngưỡng cao hơn.

* Nối các phần dẫn điện hở với dây trung tính (Hệ thống TNC – TNS)

Yêu cầu đối với bảo vệ:

– Bắt buộc phải nối chung và nối đất các phần dẫn điện hở.

– Cắt mạch khi có sự cố lần đầu qua các thiết bị bảo vệ quá dòng (máy cắt hoặc chì).

Ưu điểm:

– Hệ thống TNC có giá thành thấp hơn, tiết kiệm được 1 dây dẫn và 1 cực của máy cắt.

– Có thể sử dụng các thiết bị bảo vệ quá dòng để bảo vệ.

Nhược điểm:

– Cắt mạch ngay khi có sự cố đầu tiên.

– Hệ thống TNC không mềm dẻo.

– Cần phải nối đất lặp lại phân bố đều dọc theo đường dây bảo vệ để tránh tăng cao điện áp khi có sự cố.

–  Phải kiểm tra phần cắt mạch khi sự cố nếu được, bằng phương pháp tính toán khi thiết kế, và ít nhất một lần lúc nghiệm thu lắp đặt.

– Đường dẫn của dây bảo vệ phải dùng chung được dẫn với dây mang tải trong cùng một mạch.

– Luôn đòi hỏi đẳng áp trên dây bảo vệ.

– Cần phải tính toán họa tần 3 và họa tần bội 3 trong các bảo vệ đối với hệ TNC).

– nguy cơ gây hỏa hoạn khi cách điện hỏng cao. Không nên sử dụng tại những nơi có nguy cơ hỏa hoạn cao. (với hệ TNC).

– Khi có sự cố cách điện, dòng chạm đất cao, có thể gây hư hỏng cho thiết bị và gây nhiễu điện từ.