Mạng điện 3 pha trung tính có vai trò hết sức quan trọng trong chế độ làm việc. Dây trung tính là dây nối với điếm trung tính làm nhiệm vụ dẫn dòng điện trở về nguồn khi mạng không đối xứng. Điểm trung tính và dây trung tính gọi chung là trung tính của mạng diện.
Khi trung tính của mạng không nối đất hoặc nối đất qua tổng trở lớn hoặc nối đất qua cuộn Pêtécxen để bù dòng điện dung được gọi là mạng trung tính cách điện đối với đất; còn trung tính nối với hệ thống nối đất có điện trở nhỏ gọi là trung tính nối đất trực tiếp.
Mạng truyền tải điện áp U ≥ 110kV (110, 220, 500kV,…) thường là mạng trung tính nối đất trực tiếp. Mạng phân phối, điện áp U ≤ 35kV (35, 10, 6kV,…) thường là mạng trung tính cách điện với đất.
Mạng hạ áp, điện áp U ≤ 1kV (thường 220/127V hoặc 380/220V) có thể là trung tính nối đất hoặc cách điện. Nước ta hiện đang dùng phổ biến mạng 3 pha 4 dây 380/220V trung tính nối đất trực tiếp.
Các tình huống chạm điện có thể dẫn đến tai nạn nguy hiểm trong mạng điện 3 pha:
- Chạm trực tiếp vào 1 pha, 2 pha hoặc 3 pha.
- Chạm vào vỏ thiết bị có cách điện pha – vỏ bị hỏng (chạm điện gián tiếp) thường chỉ đo 1 pha chạm vỏ. Có thế coi là trường hợp chạm trực tiếp vào 1 pha của mạng điện 3 pha.
Trong các tình huống chạm điện kể trên thì tình huống chạm vào 1 pha là phổ biến nhất, vì thế ở đây chỉ phân tích an toàn trong trường hợp này. Mức độ nguy hiểm khi người chạm vào 1 pha của mạng diện 3 pha tuỳ thuộc vào loại mạng điện 3 pha (cao áp hay hạ áp; trung tính nối đất hay cách điện).
1. Mạng điện 3 pha trung tính cách điện với đất
1.1. Trường hợp chung
Trường hợp chung là khi điện dẫn và điện dung của mạng có trị số bất kỳ, nghĩa là:
Khi người chạm vào 1 pha, giả sử pha A người sẽ phải chịu dòng điện chạy qua người có trị số như biểu thức:
1.2. Trường hợp người chạm vào 1 pha của mạng hạ áp (U < 1000V)
Khi dây dẫn đi trên không vì điện áp nhỏ nên có điện dung nhỏ, còn ở mạng cáp, mặc dù có điện dung lớn hơn nhưng thường lại có chiều dài dây ngắn nên điện dung cũng rất nhỏ, để tính gần đúng dòng điện qua người trong trường hợp này có thể coi:
Ta được:
1.3. Trường hợp người chạm vào 1 pha của mạng hạ áp (U > 1000V)
Vì điện áp lớn cho nên điện dung lớn, không thể bỏ qua được nhưng ở mạng điện cao áp, cách điện thường rất tốt nên điện trở cách điện lớn (tức là điện dẫn rất nhỏ, có thể bỏ qua). Vì vậy để tính gần đúng dòng điện qua người trong trường hợp này có thể coi:
Ta được:
2. Mạng điện 3 pha có trung tính nối đất
2.1. Mạng điện điện áp thấp U = 1000 V
Mạng điện ba pha có điểm trung tính trực tiếp nối đất nguy hiểm nhất là trường hợp có một dây chạm đất hoặc chạm vào vỏ máy và người đứng ở đất chạm vào một trong hai dây dẫn còn lại. Để giảm bớt nguy hiểm trong trường hợp này, cần thực hiện nối đất điểm trung tính của nguồn cung cấp (mạng 380/220V) nhằm bảo đảm cho khí cụ điện bảo vệ (rơle, máy cắt, cầu chì) nhanh chóng cắt điện khi một pha chạm đất.
Nhược điểm chính của mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất là trường hợp làm việc bình thường người chạm phải một dây dẫn, dòng điện qua người tương đối lớn.
Ở đây:
- Rđ là điện trở nối đất của điểm trung tính;
- Rn là điện trở cuả nền dưới chân người;
- Ufa là điện áp pha.
Nếu nối đất tốt (Rđ ≈ 0) và sàn nền đất ướt (Rn ≈ 0) thì dòng điện đi qua người sẽ là:
Đối với mạng điện trung tính nối đất, cho dù điện trở cách điện, vỏ bọc cách điện của các pha đối với đất là rất lớn (R1 = R2 = R3 = Rcđ) thì vẫn không làm giảm được dòng điện đi qua người và điện áp mà người phải chịu là điện áp pha rất nguy hiểm.
2.2. Mạng điện có điện áp cao U > 1000V
- Đối với lưới điện có điện áp U = 110 kV, về mặt an toàn trung tính được trực tiếp nối đất có lợi là khi chạm đất một pha, mạch bảo vệ sẽ cắt ngay sự cố nên giảm thời gian tồn tại của điện áp giáng ngay chỗ chạm đất. Do đó, giảm được xác suất nguy hiểm đối với người làm việc gần đó. Nhược điểm của mạng điện trung tính trực tiếp nối đất là dòng ngắn mạch chạm đất lớn.
- Đối với mạng điện có điện áp U = 35 kV, điểm trung tính ít khi nối đất trực tiếp, thường cách điện và nối đất qua cuộn dập hồ quang.
Khi nối đất qua cuộn dập hồ quang, về mặt an toàn nó có tác dụng giảm dòng điện qua chỗ chạm đất nên giảm được điện áp quanh chỗ chạm đất.
