Mạng điện TT, IT, TN, TN-C, TN-S là gì ?

Hệ thống phân phối điện hạ áp thường sử dụng loại 3 pha 3 dây hoặc 3 pha 4 dây để truyền tải, cấp nguồn cho các thiết bị điện hoạt động, vậy chúng vận hành và có sự khác nhau như thế nào ? Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế (IEC) đã đưa ra các quy định tiêu chuẩn hóa về cách gọi các loại mạng điện mạng điện TT, IT, TN, TN-C, TN-S khác nhau để sử dụng thống nhất.

Mạng điện là gì ? Ký hiệu và ý nghĩa

Các ký hiệu mạng điện như trên sẽ gồm 2, 3 hoặc 4 chữ cái đầu của từ tiếng Pháp như sau:

Ký tự thứ nhất: thể hiện sự liên hệ với đất của điểm trung tính cấp nguồn:

• T (Terre) - điểm trung tính trực tiếp nối đất.
• I (Isolé) - điểm trung tính cách ly với đất hoặc nối đất qua một trở kháng lớn (hàng ngàn ôm).

Ký tự thứ hai: thể hiện sự liên hệ với đất của vỏ kim loại thiết bị điện sử dụng:

• T (Terre)- vỏ kim loại của thiết bị điện nối đất trực tiếp.
• N (Neutral)- vỏ kim loại của thiết bị điện nối với dây trung tính N.

Ký tự thứ ba: thể hiện sự liên hệ của dây trung tính và dây tiếp đất bảo vệ PE (Protective Earthing)

• S (Séparé) – dây trung tính và dây PE tách rời nhau.
• C (combiné) - dây trung tính và dây PE kết hợp chung.

Tất cả các vỏ kim loại của thiết bị điện được nối với nhau bằng dây PE, dây PE được nối tiếp đất tại nơi sử dụng điện (trong sơ đồ TT & IT) hoặc với điểm trung tính (đã được nối đất) của nguồn (trong sơ đồ TN).

Theo các quy chuẩn thống nhất đã quy định có 3 loại mạng điện TT, IT và TN (trong đó TN được phân ra 3 mức riêng nữa là TN-C, TN-S và TN-C-S).

Mạng điện IT

• I : điểm trung tính cách ly với đất hoặc nối đất qua một trở kháng lớn (hàng ngàn Ohm)
• T : vỏ kim loại của thiết bị điện được nối trực tiếp với đất ở nơi sử dụng

Như vậy, mạng điện IT có thể gọi chung là mạng trung tính cách ly và tiếp đất bảo vệ tại chỗ.

Trong sơ đồ kết nối dây của mạng điện IT:  dây trung tính không được nối đất hoặc nối qua một trở kháng lớn (hàng ngàn Ohm) ở nguồn cấp điện, các thiết bị điện sử dụng đều được nối đất ở nơi sử dụng cho vỏ hoặc khung kim loại của chúng. Sơ đồ mô phỏng kết nối như hình 1 và 2:

Mạng IT có ưu điểm là đảm bảo cấp điện liên tục cao, nên sử dụng trong các công trình yếu cầu cao về mặt liên tục cung cấp điện, vd: hầm mỏ, bệnh viện. Trong mạng điện IT khuyến nghị không nên có dây trung tính, trừ trường hợp thiết bị sử dụng điện dùng điện áp pha có trung tính.

Mạng điện IT có những ưu nhược điểm sau

• Có khả năng bảo vệ chống hoả hoạn tốt nhất;
• Có thể cung cấp điện liên tục tốt nhất vì trong mạng IT khi có 1 điểm chạm vỏ thì dòng điện sự cố rất nhỏ, không gây nguy hiểm, nên không bắt buộc phải cắt nguồn cung cấp điện. Nếu quản lý tốt, giải trừ kịp thời điểm sự cố chạm vỏ thì khả năng xảy ra đồng thời 2 điểm chạm vỏ ở 2 pha khác nhau là rất thấp, như vậy mức độ liên tục cung cấp điện cao hơn, đồng thời các hậu quả khác gắn liền với dòng điện sự cố cũng không đáng kể.
• Đáp ứng được yêu cầu về bảo vệ chống nhiễu điện từ;
• Trong thực tế triển khai, vận hành yêu cầu phải có đội ngũ quản lý chặt chẽ, thường xuyên, có khả năng giải quyết sự cố kịp thời.

Sơ đồ kết nối dây của mạng điện TT

Mạng điện TT

 

• T - điểm trung tính trực tiếp nối đất
• T - vỏ kim loại của thiết bị điện nối đất trực tiếp

 

Như vậy, mạng điện TT là trung tính nối đất và tiếp đất bảo vệ tại chỗ.

 

Trong hệ thống điện 3 pha sẽ gồm 4 dây (3 dây pha L + 1 dây trung tính N), trong đó dây trung tính sẽ được nối trực tiếp với hệ thống tiếp đất ở ngoài trước khi cấp cho các thiết bị điện. Các dây bảo vệ PE cho vỏ máy sẽ được nối tiếp đất riêng lẻ tại chỗ.

Ưu nhược điểm của mạng TT

• Có khả năng bảo vệ chống hoả hoạn tương đối tốt.
• Khả năng cung cấp điện liên tục: không có, vì khi có sự cố chạm đất 1 pha sẽ trở thành sự cố ngắn mạch 1 pha. Thiết bị bảo vệ quá dòng và dòng rò đều tác động ngắt nguồn điện ngay lập tức.
• Đáp ứng được yêu cầu về bảo vệ chống nhiễu điện từ.
• Là mạng điện đơn giản trong thiết kế, lắp đặt, ít khó khăn nhất trong vận hành, không hạn chế chiều dài mạch điện, khả năng mở rộng không hạn chế.

Phạm vi áp dụng của mạng TT

Mạng TT áp dụng tốt nhất cho các công trình không có sự giám sát kỹ thuật một cách chặt chẽ và có thể phải mở rộng trong tương lai. Trong thực tế mạng TT là đơn giản nhất, áp dụng phổ biến nhất;

Đối với các công trình lấy điện trực tiếp từ lưới phân phối công cộng hạ áp (vd: nhà phố, các cơ sở kinh doanh, sản xuất nhỏ, …): lưới phân phối công cộng hạ áp là lưới 3 pha - 4 dây (3 dây pha + 1 dây trung tính), điểm trung tính của lưới được nối đất trực tiếp nên mạng điện thích hợp nhất để sử dụng là TT.

Mạng điện TN

• T - điểm trung tính trực tiếp nối đất
• N - vỏ kim loại của thiết bị điện nối với điểm trung tính N của nguồn cấp điện (điểm này đã được nối đất trực tiếp).

Như vậy TN là mạng điện trung tính và tiếp đất bảo vệ chung nối đất.

Trong hệ thống điện 3 pha này sẽ gồm 4 đây (3 dây pha L và 1 trung tính N) hoặc 5 dây (có thêm dây PE), trong đó dây trung tính sẽ được nối trực tiếp với hệ thống tiếp đất ở đầu nguồn trước khi cấp cho các thiết bị điện. Dây nối đất bảo vệ PE của vỏ máy sẽ nối dây trung tính.

Mạng điện TN lại chia làm 3 dạng TN-C, TN-S và TN-C-S để áp dụng.

Mạng điện TN-C

• T - điểm trung tính trực tiếp nối đất
• N - vỏ kim loại của thiết bị điện nối với điểm trung tính N của nguồn cấp điện (điểm này đã được nối đất trực tiếp)
• C - dây trung tính và dây PE dùng chung một dây

 

Như vậy, TN-C là mạng điện trung tính nối đất cùng dây bảo vệ đi chung.

Trong hệ thống điện 3 pha này sẽ gồm 4 đây (3 L + PEN), trong đó dây trung tính sẽ được nối trực tiếp với hệ thống tiếp đất ở đầu nguồn trước khi cấp cho các thiết bị điện. Dây nối đất bảo vệ PE của vỏ máy sẽ được nối tiếp đất tại chổ, đồng thời nối với điểm trung tính, do đó, dây thứ 4 của hệ thống điện vừa làm nhiệm vụ nối đất bảo vệ lẫn trung tính nên được gọi là dây PEN.

Trong mạng điện TN-C, dây PEN cần được nối đất lặp lại càng nhiều càng tốt. Đối với nhà cao tầng, thực tế là không thể thực hiện đuợc việc nối đất lặp lại như trên, thay vào đó việc nối dây PEN với các kết cấu kim loại của công trình, vừa tạo ra mạng liên kết đẳng thế, vừa có tác dụng tương tự như nối đất lặp lại.

Trong mạng điện TN-C có các yêu cầu cấm thực hiện như: không được lắp đặt thiết bị cắt trên dây trung tính, không được sử dụng cho mạng điện tiết diện dây dẫn nhỏ hơn 10mm2 nếu là dây đồng hoặc 16mm2 nếu là dây nhôm, không được sử dụng cho các ổ cắm điện để cắm các dây mềm cung cấp điện cho các thiết bị lưu động.

Trong mạng điện TN-C, khi thiết bị điện làm việc bình thường luôn có dòng điện không cân bằng đi trong dây trung tính và các kết cấu kim loại của công trình, chảy qua các đường ống ga, ống nước .v.v. dẫn đến các hệ quả như: nguy cơ hỏa hoạn cao, các bộ phận kim loại chóng bị ăn mòn điện hóa và gây ra nguồn nhiễu điện từ.

Ưu nhược điểm của mạng điện nối đất TN-C

• Tiết kiệm nhất trong triển khai do bớt được một sợi dây.
• Có khả năng gây ra hoả hoạn rất lớn, nên mạng này tuyệt đối cấm không được dùng tại những nơi có nguy cơ hoả hoạn cao (như kho chứa nhiên liệu, xưởng chế biến nguyên liệu dễ cháy….).
• Không đảm bảo khả năng cung cấp điện liên tục, vì khi có sự cố chạm đất 1 pha sẽ trở thành sự cố ngắn mạch 1 pha, thiết bị bảo vệ quá dòng và dòng rò đều tác động ngắt nguồn điện ngay lập tức.
• Yêu cầu về bảo vệ chống nhiễu điện từ trong mạng TN–C: ngay trong chế độ làm việc bình thường, cũng có dòng điện không cân bằng đi trong dây PEN, điều này gây nhiễu điện từ thường xuyên, các sóng điều hoà bậc ba phát sinh, có thể ảnh hưởng đến các thiết bị nhạy cảm khác (thiết bị xử lý thông tin, ...).
• Trong thực tế triển khai, vận hành: nếu có sử dụng thiết bị bảo vệ theo dòng điện dư, cũng đạt như mạng TT. Nếu không sử dụng thiết bị bảo vệ theo dòng điện dư thì phải kiểm tra chiều dài mạch điện và khả năng mở rộng bị hạn chế.

Phạm vi áp dụng của mạng điện TN-C

• Mạng TN-C có nhiều nhược điểm như đã nêu ở trên nên khi sử dụng phải rất thận trọng, tính toán kỹ lưỡng, tuy rằng sơ đồ này vốn đầu tư ít nhất.
• Tuyệt đối cấm không được dùng tại những nơi có nguy cơ hoả hoạn cao (như kho chứa nhiên liệu, xưởng chế biến nguyên liệu dễ cháy….).
• Trong thực tế rất hiếm khi áp dụng mạng điện này do e ngại về vấn đề an toàn.

Mạng điện TN-S

• T - điểm trung tính trực tiếp nối đất
• N - vỏ kim loại của thiết bị điện nối với điểm trung tính N của nguồn cấp điện (điểm này đã được nối đất trực tiếp)
• S - dây trung tính và dây PE tách riêng nhau

 

Như vậy, Mạng điện TN-S là trung tính nối đất & dây bảo vệ đi riêng

Hệ thống điện 3 pha này sẽ gồm 5 dây (3 L + N + PE), trong đó dây trung tính N và dây bảo vệ PE sẽ được nối đất chung ở đầu nguồn, nhưng 2 dây sẽ đi riêng đến các tải tiêu thụ, vỏ máy của thiết bị điện sử dụng sẽ được nối với dây PE và nối với tiếp đất lân cận (tiếp đất lặp lại). Sơ đồ mô tả kết nối của mạng TN-S như Hình 5.

Mạng điện TN-C-S

Đây là một mạng điện đặc biệt, là sự kết hợp và chuyển đổi theo yêu cầu sử dụng, chúng có thể được áp dụng trong một mạng điện phân phối nội bộ rất lớn.

Phần trước của mạng điện là theo sơ đồ TN-C là 3 pha 4 dây (3L+PEN), phần sau của mạng điện chuyển sang sơ đồ TN–S là 3 pha 5 dây (3L+N+PE).

Sơ đồ mô tả kết nối của mạng TN-S như Hình 6.

Như vậy, khi lắp đặt thiết bị chống sét AC trong tủ điện hoặc tủ chống sét để bảo vệ, chúng ta cần quan sát và tìm hiểu xem công trình đang sử dụng loại mạng điện nào để từ đó chọn các model phù hợp nhằm tối ưu hóa tác dụng của SPD và đảm bảo an toàn điện tối đa.

>>> xem tiếp: Lựa chọn và lắp đặt thiết bị chống sét theo mạng điện