Tiêu chuẩn ngành 11TCN 21:2006 về Quy phạm trang bị điện - Phần IV: Bảo vệ và tự động đưa ra các quy định kỹ thuật bắt buộc và hướng dẫn chi tiết nhằm bảo đảm an toàn, độ tin cậy trong vận hành hệ thống điện. Dưới đây là tóm tắt chuyên sâu các nội dung cốt lõi của văn bản, đặc biệt tập trung vào quy chuẩn bảo vệ lưới điện có điện áp đến 1kV và các nguyên tắc tự động hóa liên quan.

Phạm vi áp dụng và định nghĩa cơ bản

Quy chuẩn tại Chương IV.1 áp dụng đối với việc thiết kế, lắp đặt hệ thống bảo vệ cho lưới điện có điện áp đến 1kV, bao gồm cả các trang bị đặt trong nhà và ngoài trời. Trong đó, thiết bị bảo vệ được định nghĩa là thiết bị có khả năng tự động cắt mạch điện khi xảy ra sự cố nhằm ngăn ngừa các hư hỏng nghiêm trọng hơn cho hệ thống và thiết bị nhận điện.

Yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị bảo vệ lưới điện dưới 1kV

Để đảm bảo tính năng vận hành an toàn, các thiết bị bảo vệ phải đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật sau:

• Khả năng cắt dòng ngắn mạch: Khả năng cắt của thiết bị bảo vệ phải phù hợp và không được nhỏ hơn trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất có thể xảy ra trên đoạn lưới điện được bảo vệ.
• Lựa chọn dòng định mức: Dòng điện danh định của dây chảy cầu chảy và dòng điện chỉnh định của áptômát phải được chọn ở mức tối thiểu dựa trên dòng điện tính toán của mạch hoặc dòng danh định của thiết bị nhận điện. Thiết bị bảo vệ phải được tính toán để không tác động nhầm khi xuất hiện các dòng điện quá tải ngắn hạn hợp thức (như dòng khởi động động cơ, đỉnh phụ tải công nghệ, hoặc dòng tự khởi động).
• Chủng loại thiết bị: Sử dụng chủ yếu là áptômát hoặc cầu chảy. Trong trường hợp cần nâng cao độ nhạy, tốc độ cắt hoặc tính chọn lọc, cho phép sử dụng thêm các thiết bị rơle bảo vệ tác động gián tiếp.
• Đảm bảo an toàn khi tháo lắp: Khi sử dụng áptômát và cầu chảy kiểu xoáy ốc, cấu tạo phải đảm bảo vỏ đui xoáy không mang điện áp sau khi tháo. Đối với nguồn cấp một phía, dây nguồn bắt buộc phải đấu vào tiếp điểm cố định của thiết bị bảo vệ.
• Nhãn mác và thông số: Trên mỗi thiết bị bảo vệ phải ghi rõ trị số dòng điện danh định (dòng chỉnh định của bộ cắt hoặc dòng danh định của dây chảy) tương ứng với yêu cầu của mạch điện được bảo vệ.

Quy định bảo vệ chống ngắn mạch trong lưới điện trung tính nối đất trực tiếp

Đối với lưới điện đến 1kV có điểm trung tính nối đất trực tiếp, để đảm bảo cắt tự động đoạn dây bị sự cố chạm vỏ hoặc chạm dây trung tính bảo vệ, tiết diện dây pha và dây trung tính bảo vệ phải được phối hợp sao cho bội số dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất đạt các tỷ lệ sau:

• Tối thiểu bằng 3 lần dòng điện danh định của cầu chảy gần nhất.
• Tối thiểu bằng 3 lần dòng điện danh định của bộ cắt không điều chỉnh được, hoặc bằng dòng chỉnh định của bộ cắt điều chỉnh được của áptômát có đặc tính dòng điện - thời gian quan hệ ngược.
• Đối với áptômát chỉ có bộ cắt điện từ (cắt nhanh tức thời), dòng ngắn mạch không được nhỏ hơn dòng chỉnh định khởi động tức thời nhân với hệ số phân tán và hệ số dự trữ là 1,1. Trường hợp thiếu số liệu từ nhà chế tạo, bội số dòng ngắn mạch so với dòng chỉnh định phải đạt tối thiểu 1,4 (đối với áptômát đến 100A) và tối thiểu 1,25 (đối với áptômát trên 100A).
• Điện dẫn của dây trung tính bảo vệ trong mọi trường hợp không được nhỏ hơn 50% điện dẫn của dây pha. Nếu không thỏa mãn các điều kiện về bội số dòng ngắn mạch nêu trên, bắt buộc phải lắp đặt thiết bị bảo vệ đặc biệt để thực hiện việc cắt sự cố.

Nguyên tắc lựa chọn và phối hợp bảo vệ chống ngắn mạch

Hệ thống bảo vệ ngắn mạch phải đảm bảo thời gian cắt nhỏ nhất và có tính chọn lọc cao. Hệ thống phải cắt được các dạng sự cố ở cuối đường dây được bảo vệ:

• Cắt ngắn mạch một pha và nhiều pha đối với lưới điện có trung tính nối đất trực tiếp.
• Cắt ngắn mạch hai pha và ba pha đối với lưới điện có trung tính cách ly.
• Trong trường hợp lưới điện chỉ yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch (không yêu cầu bảo vệ quá tải), không cần kiểm tra bội số dòng ngắn mạch theo quy định chạm vỏ nếu thiết bị bảo vệ có bội số so với dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn không vượt quá: 3 lần dòng danh định của dây chảy; 4,5 lần dòng chỉnh định của áptômát cắt nhanh; 1,0 lần dòng danh định của áptômát có đặc tính ngược không điều chỉnh được; hoặc 1,25 lần dòng khởi động của bộ cắt ở áptômát có đặc tính ngược điều chỉnh được.
• Không được phép tăng tiết diện dây dẫn vượt quá quy định chỉ nhằm mục đích tương thích với thiết bị bảo vệ có trị số dòng chỉnh định quá cao.

Quy định bắt buộc về bảo vệ quá tải

Bảo vệ quá tải là bắt buộc đối với các loại lưới điện sau:

• Lưới điện đi trong nhà sử dụng dây dẫn có vỏ bọc dễ cháy, đặt hở hoặc đặt kín.
• Lưới điện chiếu sáng tại nhà ở, công trình công cộng, cửa hàng, khu vực phụ trợ của xí nghiệp công nghiệp.
• Lưới điện cấp cho các thiết bị di động, xách tay (bàn là, ấm điện, tủ lạnh, máy giặt, máy may công nghiệp...).
• Lưới điện đặt tại các gian sản xuất dễ cháy hoặc các khu vực có nguy cơ cháy nổ cao (bắt buộc bảo vệ quá tải không phụ thuộc vào công nghệ hay chế độ vận hành).
• Lưới điện động lực trong công nghiệp và dân dụng nếu chế độ vận hành có khả năng gây quá tải lâu dài cho đường dây và cáp.

Phối hợp dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn và thiết bị bảo vệ quá tải

Trong các mạch điện yêu cầu bảo vệ quá tải, dây dẫn phải được chọn theo dòng điện tính toán, đồng thời phải đảm bảo bội số giữa thiết bị bảo vệ và dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn không vượt quá các giới hạn sau:

• Hệ số 0,8: Áp dụng cho dòng danh định của dây chảy hoặc dòng chỉnh định của áptômát cắt nhanh đối với dây dẫn có vỏ bọc nhựa tổng hợp, cao su hoặc cách điện tương đương (cho phép lấy bằng 1,0 nếu đặt trong các gian không cháy nổ).
• Hệ số 1,0: Áp dụng cho dòng danh định của dây chảy hoặc dòng chỉnh định của áptômát cắt nhanh đối với cáp có vỏ cách điện bằng giấy.
• Hệ số 1,0: Áp dụng cho dòng danh định của áptômát có đặc tính ngược không điều chỉnh được đối với tất cả các loại dây dẫn.
• Hệ số 1,0: Áp dụng cho dòng khởi động của áptômát có đặc tính ngược điều chỉnh được đối với dây dẫn vỏ nhựa, cao su hoặc cách điện tương đương.
• Hệ số 1,25: Áp dụng cho dòng khởi động của áptômát có đặc tính ngược điều chỉnh được đối với cáp cách điện giấy hoặc polyetylen lưu hóa.
• Đối với động cơ rôto lồng sóc: Dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn nối đến động cơ không được nhỏ hơn 1,0 lần dòng danh định của động cơ (khu vực không nguy hiểm) và không nhỏ hơn 1,25 lần dòng danh định của động cơ (khu vực có nguy cơ cháy nổ).
• Trường hợp dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn không trùng khớp với các trị số tiêu chuẩn trong bảng quy chuẩn, cho phép chọn dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn kề sát nhưng không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của mạch.

Giới hạn áp dụng và quy định tự động hóa đặc thù

Bên cạnh các quy định cho lưới điện dưới 1kV, tiêu chuẩn cũng đưa ra các giới hạn và nguyên tắc tự động hóa quan trọng:

• Giới hạn áp dụng (Chương IV.2): Các quy định trong phần bảo vệ rơle không áp dụng cho các trang bị điện có cấp điện áp trên 500kV, trang bị điện của nhà máy điện nguyên tử và hệ thống tải điện một chiều.
• Ngăn ngừa tác động sai của bộ tự động đóng nguồn dự phòng (TĐD - Chương IV.3): Phần tử kém áp của bộ phận khởi động TĐD phải được thiết kế để loại trừ khả năng tác động sai khi xảy ra sự cố đứt cầu chảy ở cả phía cao áp hoặc hạ áp của máy biến điện áp. Nếu sử dụng áptômát bảo vệ cuộn dây hạ áp, phải thực hiện khóa liên động bộ phận khởi động. Đối với lưới điện phân phối từ 6kV đến 10kV, cho phép không thực hiện yêu cầu khóa liên động này nếu việc đó đòi hỏi phải lắp đặt thêm máy biến điện áp phụ trợ.