Dây Trung Tính

1. Mục đích, ý nghĩa của bảo vệ nối dây trung tính

Bảo vệ nối dây trung tính tức là nối các bộ phận không mang điện áp với dây trung tính, dây trung tính này được nối đất ở nhiều chỗ. Bảo vệ nối dây trung tính dùng thay cho bảo vệ nối đất trong các mạng điện 4 dây điện áp thấp 380/220V và 220/110V nếu trung tính của các mạng này trực tiếp nối đất.

Ý nghĩa của việc thay thế này là xuất phát từ chỗ bảo vệ nối đất cho mạng điện dưới 1kV khi trung tính có nối đất không đảm bảo điều kiện an toàn. Điều này có thể giải thích bằng ví dụ sau đây:

Hình 1. Sơ đồ bảo vệ nối đất cho mạng điện dưới 1kV.

Lúc cách điện của thiết bị bị chọc thủng ra vỏ sẽ có dòng điện đi vào đất có biểu thức gần đúng:

Trị số dòng điện này không phải lúc nào cũng đủ để cho dây chảy của cầu chì bị chảy hay làm cho bảo vệ tác động cắt chỗ bị hư hỏng.

Ví dụ chúng ta có mạng điện 380/220V, r0 = rđ = 4 Ω.

Như vậy dòng điện đi qua đất: Iđ = 27,5 A

Với trị số dòng điện như vậy chỉ làm chảy dây chảy của loại cầu chì bé với dòng điện định mức: Iđm = 11 A

Nếu dòng điện nói trên tồn tại lâu thì trên vỏ thiết bị sẽ có điện áp bằng:

Nếu r0 = rđ, điện áp có trị số bằng nửa điện áp pha và ở điều kiện khác còn có trị số lớn hơn.

Giảm điện áp này đến mức độ an toàn bằng cách chọn đúng sự tương quan giữa r0 và rđ:

Trị số 40V là điện áp giáng trên vỏ thiết bị nếu xảy ra va chạm vỏ. Theo quy trình điện trở r0 lấy bằng 4 Ω cho mạng điện áp bé hơn 1kV. Dòng điện đi qua vỏ thiết bị vào đất lấy trường hợp có trị số lơn nhất là 10A. Vì thế Uđ = 10.4 = 40V. Điện áp này có thể xem là an toàn cho người lao động, không phải là người có nghề điện.

Tuy nhiên cần chú ý rằng, khi một pha xảy ra chạm vỏ thiết bị, điện áp của hai pha còn lại đối với đất có thể tăng lên đến trị số không cho phép. Như ở chương bảo vệ nối đất đã xét, điện áp sẽ bằng:

Với mạng điện 380/220V điện áp này bằng 347V.

Ta tăng dòng điện Iđ đến trị số nào đấy để bảo vệ có thể cắt nhanh chỗ bị sự cố thì mới đảm bảo được an toàn. Biện pháp đơn giản nhất là dùng dây dẫn nối vỏ thiết bị với dây trung tính.

Hình 2. Bảo vệ nối dây trung tính.

Như vậy mục đích của nối dây trung tính là biến sự chạm vỏ của thiết bị thành ngắn mạch một pha để bảo vệ làm việc cắt nhanh chỗ bị hư hỏng.

2. Sơ đồ nối đất: TN-S, TN-C, TN-CS

Trong hệ thống TN, mạch vòng sự cố bao gồm toàn bộ các phần dẫn điện, do đó có thể tránh trị số cao của điện trở đất. Điểm trung tính của nguồn điện được nối đất trực tiếp, các phần dẫn điện lộ ra ngoài của hệ thống có thể được nối với một dây bảo vệ riêng (Hệ thống TN-S) hay kết nối dây bảo vệ tới dây trung tính (Hệ thống TN-C).

2.1. Hệ thống TN-S

Dây trung tính và dây bảo vệ là riêng biệt.

Hình 3. Sơ đồ TN-S.

Đặc điểm của hệ thống TN-S:

  • Dòng điện sự cố và điện áp tiếp xúc lớn nên cần trang bị thiết bị bảo vệ tự động ngắt nguồn khi có sự cố hỏng cách điện.
  • Dây PE tách biệt với dây trung tính, không được nối đất lặp lại và tiết diện dây PE thường được xác định theo dòng sự cố lớn nhất có thể xảy ra.
  • Trong điều kiện làm việc bình thường, không có sụt áp và dòng điện trên dây PE nên tránh được hiểm họa chạy và nhiễu điện từ.

2.2. Hệ thống TN-C

Dây trung tính và dây bảo vệ là một và gọi chung là dây PE.

Hình 4. Sơ đồ TN-C.

Đặc điểm của hệ thống TN-C:

  • Sử dụng nhiều điểm nối đất lặp lại để đảm bảo dây PEN được tiếp đất trong mọi trường hợp.
  • Dòng sự cố và điện áp tiếp xúc lớn nên cần trang thiết bị bảo vệ tự động ngắt nguồn khi có sự cố hỏng cách điện.
  • Trong điều kiện làm việc bình thường, vỏ thiết bị, đất và trung tính có cùng điện thế.
  • Khi hư hỏng cách điện, dòng sự cố gây độ sụt áp nguồn, nhiễu điện từ lớn và khả năng gây cháy cao.
  • Trường hợp tải không đối xứng, trong dây PEN sẽ xuất hiện dòng điện. Dòng điện này có thể gây nhiễu cho các máy tính hay các hệ thống thông tin.

Hệ thống TN-C thường được sử dụng cho mạng điện không cần cải tạo hay mở rộng và có tiết diện dây lớn hơn 10mmđối với đồng và lơn hơn 16mm2 đối với nhôm.

2.3. Hệ thống TN-C-S

Là hệ thống kết hợp giữa hệ thống TN-C (trước) và TN-S (sau). Trường hợp này, điểm phân dây PE tách từ dây PEN thường là điểm đầu của lưới. Lưu ý rằng, sơ đồ TN-C không bao giờ được sử dụng sau sơ đồ TN-S.

Hình 5. Sơ đồ TN-C-S.

Không sử dụng hệ thống TN-C và TN-C-S cho các công trình mà khả năng cháy và khả năng lay nhiễm nhiễu điện từ cao.

3. Nối đất làm việc và nối đất lặp lại

Khi dùng bảo vệ nối dây trung tính, dây trung tính này sẽ được nối đất ở đầu nguồn (nối đất làm việc) và nối đất lặp lại trong từng đoạn của toàn mạng (nối đất lặp lại).

Bảo vệ nối dây trung tính không thể dùng được nếu dây trung tính không nối đất vì nếu xảy ra chạm đất ở chỗ nào đấy sẽ làm cho vỏ thiết bị nối với dây trung tính có diện áp gần bằng điện áp pha.

Hình 6. Sơ đồ mạng điện 4 dây, trung tính không nối đất.

Phải nối đất lặp lại trong mạng điện vì các lí do sau:

Nếu không dùng nối đất lặp lại và xảy ra hiện tượng chạm vỏ thiết bị ở sau chỗ đứt, điện áp của tất cả thiết bị sau chỗ đứt đều mang điện áp pha.

tx1 = 0

Utx2 = Utx3 = U

Hình 7. Sơ đồ nối điện lúc dây trung tính bị đứt mà không có nối đất lặp lại.

Khi có nối đất lặp lại điện áp tiếp xúc sẽ giảm:

Hình 8. Sơ đồ nối điện lúc dây trung tính bị đứt mà không có nối đất lặp lại.

Kết quả của nối đất lặp lại là làm cho sự phân bố thế của thiết bị trước chỗ bị đứt và sau chỗ bị đứt được đều hơn. Nếu r0 = r1 điện áp tiếp xúc bằng  cả ở hai phía chỗ đứt.

Tùy thuộc vào phương pháp nối đất lặp lại của dây trung tính người ta chia ra làm 3 dạng nối dây trung tính sau đây:

  • Không có nối đất lặp lại;
  • Nối đất lặp lại bố trí tập trung;
  • Nối đất lặp lại bố trí thành mạng lưới.

Quy trình hiện nay cho phép không dùng nối đất lặp lại cho mạng điện dùng cáp. Với mạng cáp sẽ có lõi riêng dùng làm dây trung tính hoặc dùng ngay vỏ kim loại của cáp làm dây trung tính.

Nối đất lặp lại bố trí tập trung quy định dùng cho các mạg điện đường dây trên không đề phòng trường hợp dây trung tính có thể bị đứt. Quy trình quy định phải nối đất lặp lại ở hai đầu đường dây trên không và các chỗ mạch rẽ của đường dây trên một đoạn dài (1 – 2) km.

Để sự phân bố điện áp được đều cần tận dụng triệt để những vật nối đất tự nhiên như ống nước, các kết cấu bằng kim loại, những vật nối đất tự nhiên này đều nối chung vào mạch vòng. Trong mạng điện thắp sáng lúc cần nối dây trung tính người ta nối trực tiếp công tắc và chuôi đèn vào dây trung tính như hình:

Hình 9. Mạng điện thắp sáng lúc cần nối dây trung tính.

Các công cụ di động, mang xách cần một dây riêng để nối vào dây trung tính. Dây này không được đồng thời làm dây dẫn điện. Nếu dùng dây trung tính dẫn điện mà dây trung tính bị đứt sẽ làm vỏ thiết bị có điện áp đối với đất gần bằng điện áp pha.

Hình 10. Sơ đồ nối dây trung tính cho các loại dụng cụ cầm tay.

Điện áp tiếp xúc của các thiết bị ở trước quãng đứt:

Ta thấy khi có nối đất lặp lại dây trung tính thì sự phân bố điện áp trước và sau chổ bị đứt được đều hơn (nếu r0 = r1 thì điện áp sẽ bằng )

Qua phân tích so sánh trên, rõ ràng ta thấy nối đất lặp lại dây trung tính sẽ giảm rất nhiều mức độ nguy hiểm cho người nhất là khi dây trung tính bị đứt.

Quy phạm quy định điện trở nối đất lặp lại dây trung tính trong mạng 380/220V không được vượt quá 10Ω.

Cũng cần lưu ý rằng nối đất lặp lại dây trung tính chỉ có tác dụng làm giảm mức độ nguy hiểm cho người nhất là khi dây trung tính bị đứt mà có sự chạm vỏ phía sau chổ bị đứt (vì lúc đó sự cố đó có thể tồn tại lâu dài) nó không thể đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người được vì vậy trong mọi trường hợp cần tránh xa dây đứt trung tính vì bất cứ lý do nào.

Trên lý thuyết dây trung tính có cùng điện thế với đất và không gây điện giật như dây nóng. Nhiệm vụ của dây trung tính là giúp cân pha trong mạch điện 3 pha, và giúp kín mạch trong mạch điện 1 pha.

Trên thực tế luôn nên thận trọng coi nó như dây nóng. Dây mát có thể có điện thế khác đất, và gây điện giật. Khi việc truyền tải điện không cân pha điện áp trên dây mát bằng 5% điện áp trên dây nóng.

Dây trung tính là gì

Dây trung tính ký hiệu là N, là dây không có điện và đã được nối đất tại nhà máy phát điện. Vì vậy dòng điện trên dây trung tính = 0, nếu chạm vào sẽ không bị điện giật. Ngược lại, sờ vào dây pha đang có điện có thể nguy hiểm tới tính mạng.

Để đảm bảo an toàn, màu của dây trung tính sẽ khác so với màu của các dây pha. Theo tiêu chuẩn về điện và tiêu chuẩn Việt Nam, việc quy ước màu của các loại dây như sau:

– Trong mạch điện 1 pha

+ Dây trung tính được quy ước màu đen/ màu xanh hoặc màu trắng.

+ Dây nóng được quy ước màu đỏ

– Trong mạch điện 3 pha

+ Dây trung tính được quy ước màu đen

+ Dây pha A được quy ước màu đỏ

+ Dây pha B được quy ước màu trắng

+ Dây pha C được quy ước màu xanh dương

+ Dây nối đất được quy ước màu xanh lá sọc vàng.

Cách phân biệt dây trung tính

Bên cạnh đó, dây trung tính còn được nhận diện thông qua kích thước bởi nó thường được làm với tiết diện nhỏ hơn so với dây pha.

Khi dùng bút thử điện để thử, dây trung tính không làm sáng bút thử điện vì nó có mức điện áp bằng 0V hoặc rất thấp. Trong khi đó, nếu thử bút thử điện với dây pha, bút thử điện sẽ sáng.

Dây pha là gì

Dây pha còn được gọi là dây nóng, dây lửa mang dòng điện xoay chiều. Tùy thuộc vào quy chuẩn của từng quốc gia mà điện áp trong dây pha sẽ khác nhau. Ở Việt Nam, mức điện áp tiêu chuẩn trong mạng điện dân dụng là 220V.

Trong một số trường hợp, 2 dây chính đều là dây nóng, có thể từ 2 pha của đường cung cấp 3 pha, hoặc lấy từ biến thế một pha.

Một số ổ điện (đặc biệt ổ chỉ có 2 lỗ) không phân biệt chân nóng và chân mát. Vì vậy có thể cắm thoải mái không cần lo đúng chiều hay không.

Video hướng dẫn cách đấu điện 3 pha 4 dây dễ dàng – an toàn – hiệu quả:

Dây nối đất

Dây nối đất không phả là dây trung tính đây là nhầm lẫn của rất nhiều người. Sử dụng dây nối đất nhằm mục đích an toàn. Nó mang dòng điện rò rỉ trên bề mặt thiết bị điện tiêu thụ điện xuống đất. Để người sử dụng không trực tiếp bị điện giật khi chạm vào.

Nếu không nối đất, người sử dụng tiếp xúc với vỏ kim loại sẽ có thể bị điện giật. Khi nối đất, điện truyền qua dây đất xuống đất, và không đi qua người (vốn có điện trở lớn hơn dây điện). Ngoài ra, nếu dòng điện rò rỉ lớn, tương đương chập mạch, cầu chì có thể tự động ngắt, tránh cháy nổ.

Đối với các thiết bị điện như ổn áp, máy giặt, tủ lạnh…cần đặc biệt lưu ý tới vấn đề này. Bởi những thiết bị này thường có dòng cảm ứng, cần nối đất để triệt tiêu.

Mời các bạn xem video tìm hiểu nguyên nhân mất dây trung tính:

Tác dụng của dây trung tính là gì trong mạch điện 3 pha 4 dây

– Chức năng chính của dây trung tính trong mạch điện 3 pha 4 dây là giữ ổn định điện áp. Truyền tải nguồn điện đi nuôi thiết bị điện tiêu thụ.

– Tạo ra hai trị số điện áp khác nhau: điện áp dây và điện áp pha, vì thế thuận tiện cho việc sử dụng đồ dùng điện.

Tác dụng của dây trung tính là gì

Tại sao dây trung tính nhỏ hơn dây pha ?

– Trong mạch điện 3 pha thì dây trung tính sẽ chịu dòng bằng tổng 3 dòng pha. Nếu các pha cân bằng thì dòng này nhỏ hơn nhiều ( ~ =0 ) so với dòng pha do đó tiết diện không cần phải lớn, chọn nhỏ cho kinh tế.

– Còn mạch điện 1 pha, dây trung tính với dây pha cùng phải chịu chung dòng pha nên tiết diện của nó bằng nhau.

Khi nào dây trung tínhdòng điện

Mặc dù trên lý thuyết dây trung tính không mang điện áp. Hoặc có điện áp cực nhỏ, khi chạm vào thì không bị giật. Nhưng trong thực tế, dây trung tính vẫn có thể có điện và gây giật nếu xảy ra hiện tượng lệch pha.

Hiện tượng lệch pha trong mạch điện 3 pha là trạng thái không cân bằng pha. Xảy ra khi các tải 1 pha được sử dụng làm cho một hay hai đường dây điện mang nhiều hoặc ít tải hơn.

Hiện tượng lệch pha không hiếm xảy ra trong mạng điện gia đình hay mạng điện công nghiệp.

Khi hiện tượng lệch pha xảy ra, dây trung tính sẽ có hiện tượng xuất hiện điện áp với mức điện áp phụ thuộc vào độ lệch pha. Điện áp này trong dây trung tính sẽ gây giật điện khi ta chạm vào.

Trong mạng điện gia dụng, khi xảy ra hiện tượng lệch pha, điện áp trên dây trung tính bằng 5% điện áp trên dây pha. Điện áp trên dây pha càng lớn thì điện áp trên dây trung tính càng cao và càng nguy hiểm.

Xuân 2020