THIẾT kế hệ THỐNG CHỐNG sét CHO NHÀ GA SUN WORLD BADEN MOUNTAIN

Việc tính toán vàthiết kế một hệ thống chống sét toàn diện chúng ta cần đầy đủ các dữ kiện nhưđiều kiện tự nhiên, vị trí địa lý, quy mô dự án, điện trở suất của đất,... 11 3.4.4.Tính toá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ

HỆ THỐNG CHỐNG SÉT CHO NHÀ GA SUN WORLD BADEN MOUNTAIN

GVHD: TS NGUYỄN PHÚC KHẢI SVTH: TRẦN NAM NHẤT

MSSV: 1612375

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 05 NĂM 2022

LỜI GIỚI THIỆU

Trong một hệ thống điện của bất kỳ một công trình nào cũng cần có sự hiệndiện của hệ thống chống sét Đặc biệt là với một hệ thống vận hành ngoài trời vớiđiều kiện thời tiết biến đổi theo độ cao như khu vực núi Bà Đen Việc tính toán vàthiết kế một hệ thống chống sét toàn diện chúng ta cần đầy đủ các dữ kiện nhưđiều kiện tự nhiên, vị trí địa lý, quy mô dự án, điện trở suất của đất,

Mục lục

Lời giới thiệu ii

Chương 1 TỔNG QUAN 2

1.1.Mục đích làm luận văn 2

1.2.Thực hiện làm luận văn 2

1.3.Yêu cầu đối với sinh viên 3

Chương 2 VỊ TRÍ - HIỆN TRẠNG – ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 4

2.1.Vị trí - Ranh giới và quy mô nghiên cứu của luận văn 4

2.1.1.Vị trí 4

2.1.2.Đặc điểm tự nhiên 5

2.1.3.Quy mô dự án 6

2.2.Đo điện trở suất của đất 6

Chương 3 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 8

3.1.Mở đầu 8

3.2.Các yêu cầu kĩ thuật 8

3.3.Cơ sở để lập thiết kế 9

3.4.Giải pháp tính toán điện trở suất của đất 10

3.4.1.Nhận xét chung 10

3.4.2.Tính toán điện trở suất của đất trung bình tại khu nhà ga 1 và 3 10

3.4.3.Tính toán điện trở suất của đất trung bình tại khu nhà ga 2 và 6 11

3.4.4.Tính toán điện trở suất trung bình trên triền núi và đỉnh núi tại khu vực các tuyến cáp 12

3.5.Giải pháp làm giảm điện trở suất của đất 13

3.5.1.Giới thiệu về hoá chất làm giảm điện trở suất của đất 13

3.5.2.Tính toán điện trở đất khi có hoá chất GEM cho nhà ga 1-3 14

3.5.3.Tính toán điện trở đất khi có hoá chất GEM cho nhà ga 2-6 17

3.5.4.Tính toán điện trở đất khi có hoá chất GEM cho tuyến cáp 20

Chương 4 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ DÂY CHỐNG SÉT - CỘT THU SÉT 23

4.2.Chỉ tiêu bảo vệ chống sét 23

4.2.1.Cường độ hoạt động của sét 23

4.2.2.Số lần sét đánh vào tuyến cáp 24

4.2.3.Tính số lần sét đánh vào tuyến cáp 25

4.3.Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập 26

4.4.Phạm vị bảo vệ của hai cột thu sét 27

4.5.Mô tả các trụ - tuyến cáp cần bảo vệ 28

4.6.Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét 28

4.7.Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét 29

4.7.1.Các bước chọn dây thu sét 30

4.8.Cơ lý dây và ứng dụng trong thiết kế đường dây trên không 31

4.8.1.Thiết kế bảng chọn cơ lý dây cho dự án 31

4.9.Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trụ đỡ cáp

35 4.9.1.Trụ 1 35

4.9.2.Trụ 2 36

4.9.3.Trụ 3 37

4.9.4.Trụ 4 38

4.9.5.Trụ 5 38

4.9.6.Trụ 6 39

4.9.7.Trụ 7 40

4.9.8.Trụ 8 41

4.9.9.Trụ 9 42

4.9.10.Trụ 10 43

4.9.11.Trụ 11 - 12 - 13 44

Chương 5 NHẬN XÉT TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN - ĐƯA RA GIẢI PHÁP VẬN HÀNH AN TOÀN 46

5.1.Thiết kế 46

5.2.Vận hành 46

Chương 6 CHUYÊN ĐỀ: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP VÀO TÍNH CƠ LÝ ĐƯỜNG DÂY 48

6.1.Áp dụng tính toán cho các khoảng cột gần nhau 48

6.1.1.Chọn thông số cơ lý của dây dẫn và tính toán độ võng của đường dây bằng etap 48

6.1.2.Khai báo thông số khoảng cách các pha dây dẫn và giữa dây chống sét và dây

dẫn 49

6.2.Nhận xét 50

Chương 7 TỔNG KẾT 51

7.1.Thiết kế 51

7.2.Tính toán và đối chiếu với ETAP 51

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Mục đích làm luận văn

Luận văn thiết kế chống sét nhằm mục đích:

• Rèn luyện kĩ năng tổng hợp các kiến thức đã học trong chuyên ngành hệthống điện: Đo điện trở đất, tính toán điện trở suất của đất, bán kính bảo

vệ, dự đoán các tình huống sét đánh để có các phương án dự phòng,

• Rèn luyện tính tự chủ và tinh thần trách nhiệm trong học tập và nghiên cứukhoa học

• Độc lập, tự chủ tạo ra một bản luận văn hay và hoàn chỉnh như một báo cáokhoa học

1.2 Thực hiện làm luận văn

1 Xác định làm đề tài.

Đề tài luận văn xoay quanh vấn đề phân tích và giải quyết cái vấn đề hệthống chống sét của nhà ga Sun World BaDen Mountain

2 Cách thức tiến hành làm luận văn

Luận văn được thực hiện theo các bước chính như sau:

• Tổng hợp, phân tích, đánh giá về đề tài đã nhận dựa trên các công trìnhliên quan và các tài liệu được cung cấp bởi tập đoàn Sungroup

• Ghi chép lại các tài liệu tham khảo, website, phần mềm tham khảo

để trích dẫn và để xếp vào phần phụ lục

• Đề xuất ra phương án giải quyết của mình Chứng minh, lí giải vì saochọn phương án như thế

• Thiết kế chi tiết theo đề xuất của mình mình hiểu và thực hiện được

• Trao đổi và tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn

3 Kết quả luận văn đạt được

• Tính toán và đưa ra được phương án hợp lý với tình hình thực tế.

• Đánh giá tính tối ưu của phương án thiết kế của luận văn so với thiết

kế hiện tại

• Hạn chế của luận văn khi đưa vào áp dụng thực tế

1.3 Yêu cầu đối với sinh viên

1 Sinh viên phải có trách nhiệm định kỳ gặp giảng viên hướng dẫn để báocáo công việc đã làm trong tuần và xin ý kiến về các công việc tiếp theo

2 Liên hệ và thoả thuận với giảng viên về điều kiện và phương tiện làm việc.Khi được giảng viên hướng dẫn bố trí nơi làm thì sinh viên phải làm việc tạiphòng máy và có trách nhiệm bảo quản máy móc và các trang thiết bị khác

và tuân thủ nội qui phòng máy hoặc phòng thí ngiệm

3 Đảm bảo thời gian làm việc Về nguyên tắc, sinh viên phải có mặt tại nơilàm việc 8 giờ/ngày Khi sinh viên đi làm tại cơ quan ngoài, sinh viên phảituân thủ mọi chế độ làm việc, thời gian làm việc và chịu sự quản lí của cơ

sở bên ngoài

ha, 18 ha thuộc xã Ninh Thạnh, 760 ha thuộc phường Ninh Sơn và phầncòn lại thuộc phường Thạnh Tân Khoảng cách từ núi Bà Đen đến đườngxuyên Á là khoảng 45km, và đến hồ Dầu Tiếng (khu vực trung tâm thịtrấn) khoảng 20km Vùng lõi của phạm vi nghiên cứu quy hoạch là toàn bộkhu vực núi Bà Đen Ước tính diện tích khu vực nghiên cứu là 30km2 baogồm diện tích núi Bà Đen (24km2) và 500 ha từ chân núi Bà Đen tới hàngrào thuộc dự án hạ tầng núi Bà Đen Ngoài ra, các khu vực phụ cận nằmtrong vùng ảnh hưởng của nghiên cứu gồm khu vực hồ Dầu Tiếng, khuvực thành phố Tây Ninh - Tòa Thánh Tây Ninh, khu di tích căn cứ Trungương cục miền Nam, khu vực VQG Lò Gò - Xa Mát, khu vực cửa khẩu MộcBài và Xa Mát Mốc thời gian cho nghiên cứu quy hoạch là các mốc chínhnăm 2020 và năm 2030, phù hợp với Chiến lược phát triển du lịch Việt Nam

đã được phê duyệt

• Hệ thống 3 tuyến cáp treo và 6 nhà ga trải dài từ chân núi lên đến đỉnh núibao gồm 6 nhà ga và 35 trụ tạo thành hinh tam giác (xem bản vẽ tuyến cáptreo )

2.1.2 Đặc điểm tự nhiên

• Đặc điểm tự nhiên của khu du lịch Núi Bà Đen là ngọn núi cao nhất ĐôngNam Bộ với ba đỉnh, trong đó đỉnh cao nhất là Núi Bà (986m) và Núi Phụng(372m), Núi Heo - còn gọi là núi Đất (335m)

Nền địa chất của núi là đá granit và granodionit lẫn với đất Tính chất thổnhưỡng của khu vực:

– Từ độ cao 50m trở lên chủ yếu là đất vàng đỏ trên đá granit (khoảng

1500ha)

– Đất xám có tầng kết von đá ong: khoảng 380ha, chủ yếu chạy men chân

núi sườn phía Tây núi Đất

– Đất xám điển hỉnh: tập trung ở chân sườn Tây Nam núi Bà Đen và rải

rác thành băng ôm sát chân sườn Bắc núi Phụng và chân sườn Đôngcủa Núi Bà Đen

• Hệ thống núi này thuộc kiểu địa hình sườn xâm thực bào mòn mãnh liệt, có

đá ước tính khoảng 1.300-1.500 triệu mét khối

• Hiện trạng thảm thực vật của khu vực Núi Bà Đen không thực sự phongphú, chất lượng rừng không cao Diện tích đất lâm nghiệp quản lý còn1.751ha (giảm xuống từ 1.855ha do đất rừng được chuyển sang các mụcđích sử dụng khác)

• Ở khu vực chân núi, khí hậu mang đặc điểm chung của Tây Ninh tuy nhiêncàng lên cao nhiệt độ càng thấp hơn Ở đỉnh núi nhiệt độ xuống tương đốithấp vào buổi đêm Nhiệt độ trung bình ở chân núi là khoảng 27,7oC Độ

• Mang đặc tính chung của miền Đông Nam Bộ, ở khu vực này có hai mùa

rõ rệt là mùa mưa từ tháng 5 đến hết tháng 10 và mùa khô từ tháng 11đến tháng 4 Lượng mưa trung bình năm từ 1.800-2.000mm, trong đó lượngmưa vào mùa mưa chiếm tới 70- 85% của cả năm Độ ẩm không khí trungbình là 78,4% Vào mùa mưa, hướng gió chủ yếu là gió Nam (Đông Nam vàTây Nam) với tốc độ trung bình 1,8m/s Hướng gió chủ yếu vào mùa khô làgió Bắc (Đông Bắc) thường mạnh hơn gió Nam, tốc độ trung bình là 2,3m/s

• Đây là đỉnh núi độc lập nằm giữa đồng bằng nên là một điểm cảnh quanđộc đáo, hấp dẫn của vùng Đông Nam Bộ núi chung và Tây Ninh nói riêng

• Trên sườn núi có một số suối nhỏ, tuy nhiên các dòng suối này có rất ítnước vào mùa khô, một số dòng thậm chí còn cạn kiệt trong thời gian này.Nước mặt của Núi Bà Đen không nhiều, nhưng lượng nước ngầm tương đối

2.2 Đo điện trở suất của đất

1 Công tác đo điện trở suất của đất được tiến hành bằng máy đo DET2/2 với

Phương pháp 4 cọc Werner và điều kiện thời tiết trời mưa nhẹ, độ ẩm đất

khá cao, độ ẩm không khí 60-75%, điều kiện địa hình đất khu du lịch Bà

Đen, dưới chân núi (TCVN 9385-2012 và TCN 68-174) Kết quả đo diện trở

suất của đất tại các vị trí như sau:

2 Công tác đo điện trở suất của đất được tiến hành bằng máy đo DET2/2 với

Phương pháp 4 cọc Werner và điều kiện thời tiết trời nắng nhẹ, gió, độ ẩm

đất khá cao, độ ẩm không khí 50-65%, điều kiện địa hình đất khu vực trồng

rừng, đá lăn đường lên núi có cao độ tăng dần (TCVN 9385-2012 và TCN

68-174) Kết quả đo diện trở suất của đất tại các vị trí như sau:

Độ sâu(m) Phương 1Phương 2 3.03.0 5.05.0 8.08.0 10.010.0 12.012.0 15.015.0 20.020.0

3 Công tác đo điện trở suất của đất được tiến hành bằng máy đo DET2/2 với

Phương pháp 4 cọc Werner và điều kiện thời tiết trời nắng nhẹ, gió, độ ẩm

đất khá cao, độ ẩm không khí 50-65%, điều kiện địa hình đất hiện trạng

rừng trồng và cao độ khá lớn (TCVN 9385-2012 và TCN 68-174) Kết quả đo

diện trở suất của đất tại các vị trí như sau:

Bảng 2.3: Bảng tính toán kết quả đo sâu điện trở suất khu vực nhà ga 2 và 6

CHƯƠNG 3 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ

3.1 Mở đầu

Nối đất có nghĩa là nối các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ tiếp xúc với dòngđiện do hư hỏng cách điện đến một hệ thống nối đất Trong hệ thống điện có 3loại nối đất khác nhau:

• Nối đất an toàn:

Nối đất an toàn có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách điện củathiết bị hư hỏng Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộphận kim loại bình thường không mang điện (vỏ máy, thùng máy biến áp,các giá đỡ kim loại, ) Khi cách điện bị hư hỏng trên các bộ phận này sẽxuất hiện điện thế nhưng do đã được nối đất nên mức điện thấp Do đóđảm bảo an toàn cho người khi tiếp xúc với chúng

• Nối đất làm việc:

Nối đất làm việc có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thường của thiệt

bị hoặc một số bộ phận của thiết bị làm việc theo chế độ đã được quy địnhsẵn Loại nối đất này bao gồm: Nối đất điểm trung tính MBA trong hệ thốngđiện có điểm trung tính nối đất, nối đất của MBA đo lường và của các khángđiện bù ngang trên các đường dây tải điện đi xa

• Nối đất chống sét:

Nhiệm vụ của nối đất chống sét là tản dòng điện sét trong đất (khi có sétđánh vào cột thu sét hoặc trên đường dây) để giữ cho điện thế mọi điểm

3.2 Các yêu cầu kĩ thuật

• Bộ phận nối đất có trị số điện trở tản càng bé càng tốt Tuy nhiên việc giảmthấp điện trở tản đòi hỏi phải tốn nhiều kim loại và khối lượng thi công Do

đó việc xác định tiêu chuẩn nối đất và lựa chọn phương án nối đất phải saocho hợp lý về mặt kinh tế và đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật

• Trị số điện trở nối đất cho phép của nối đất an toàn được chọn sao cho cáctrị số điện áp bước và tiếp xúc trong mọi trường hợp đều không vượt qua

giới hạn cho phép Theo quy trình hiện hành tiêu chuẩn nối đất được quyđịnh như sau:

– Đối với thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (dòng ngắn mạch

– Đối với thiết bị điện có điểm trung tính cách điện (dòng ngắn mạch

• Do bộ phận nối đất của cột thu sét và cột đỡ thường bố trí độc lập (không

có liên hệ với bộ phận khác) nên cần sử dụng hình thức nối đất tập trung

để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất

nối đất có sẵn của móng và chân cột bê tông để bổ sung hoặc thay thế chophần nối đất nhân tạo

3.3 Cơ sở để lập thiết kế

• Căn cứ vào số liệu thiết kế kỹ thuật công trình

• Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất công trình

• Căn cứ vào các tiêu chuẩn chống sét hiện hành như sau:

– TCN 68-174/1998 tiêu chuẩn chống sét của Tổng Cục Bưu Điện – 20 TCN 46-84 tiêu chuẩn chống sét của Bộ Xây Dựng.

– NF C17-102/1995 tiêu chuẩn chống sét an toàn Quốc gia Pháp(tham

– TCXDVN 9385:2012 tiêu chuẩn chống sét cho công trình xây dựng Việt

• Khu vực nhà ga số 1 và số 3 lớp đất phía trên độ sâu từ 1m-3m có điện

nhiều từ độ sâu 10m đến 20m điện trở suất giảm ít hơn và có điện trở suất

• Khu vực trên triền núi và đỉnh núi có điện trở suất khá caolớp đất phía trên

3m đến 10m điện trở suất giảm nhiều từ độ sâu 10m đến 20m điện trở suất

• Căn cứ vào số liệu trên thiết kế chọn giải pháp tiếp đất bằng cọc chôn sâuxuống lớp đất 20m để tận dụng lớp đất từ 10m đến 20m có điện trở suấtthấp

⇒Ưu điểm của giải pháp này:

– Ở độ sâu trị số điện trở ổn định.

– Độ dẫn điện ít ảnh hưởng do thời tiết và khí hậu trên mặt đất.

– Độ ẩm cao, trị số điện trở tản dòng điện giảm.

– Diện tích đặt bộ phận đất không cần rộng chi phí tốn kém cho việc đào

đất và chi phí kim loại giảm

3.4.2 Tính toán điện trở suất của đất trung bình tại khu nhà ga 1

và 3

các độ sâu khác nhau (sử dụng số tròn không dùng số thập phân) ta có:

Tham khảo tài liệu và công thức ( 1 )

1 Điện trở suất trung bình của đất

• Điện trở suất trung bình của đất từ mặt đất xuống đến 10m:

1 Điện trở suất trung bình của đất:

• Điện trở suất trung bình của đất từ mặt đất xuống đến 10m:

2 Tính điện trở tiếp đất của 1 cọc chôn sâu 20m trong 2 lớp đất không đồngnhất:

3.4.4 Tính toán điện trở suất trung bình trên triền núi và đỉnh núi

tại khu vực các tuyến cáp

độ sâu khác nhau ta có:

1 Điện trở suất trung bình của đất:

• Điện trở suất của đất từ mặt đất xuống đến 10m

3.5 Giải pháp làm giảm điện trở suất của đất

Để giảm điện trở suất của đất ta dựa trên nguyên tắc là thay thế lớp đất hiện tạibằng một lớp đất mới hoặc thêm vào đó các chất nhằm mục đích thay đổi kết cấuđất làm tăng tính dẫn điện của đất Giải pháp dùng ở đây là thêm hoá chất vàotrong lớp đất đá hiện hữu

Tham khảo các công thức tính toán tại ( 2 )

3.5.1 Giới thiệu về hoá chất làm giảm điện trở suất của đất

GEM (Grounding Enchancing Material) là vật liệu lý tưởng để sử dụng ở các nơi

mà đất có tính dẫn điệu yếu như đất đá, đất đồi và đất cát GEM cũng là một giảipháp trong tình huống cọc nối đất không thể đóng sâu hay ở các vùng đất có diệntích giới hạn gây khó khăn trong việc thực hiện hệ thống nối đất theo các phương

3.5.2 Tính toán điện trở đất khi có hoá chất GEM cho nhà ga 1-3Tính điện trở tiếp đất cho 1 cọc sử dụng GEM

Điện trở trang bị nối đất

Điện trở trang bị nối đất

Tính lại bằng phần mềm GEM

Hình 3.3: Hai cọc chôn sâu có hoá chất GEM

3.5.3 Tính toán điện trở đất khi có hoá chất GEM cho nhà ga 2-6Tính điện trở tiếp đất cho 1 cọc sử dụng GEM

Tính lại bằng phần mềm GEM

Hình 3.4: Một cọc chôn sâu có hoá chất GEM

Tính điện trở tiếp đất cho 1 hệ thống n cọc sử dụng GEM

Điện trở trang bị nối đất

L Chiều dài mương 120m

Điện trở trang bị nối đất

Tính lại bằng phần mềm GEM

Hình 3.6: Mười hai cọc chôn sâu có hoá chất GEM

3.5.4 Tính toán điện trở đất khi có hoá chất GEM cho tuyến cápTính điện trở tiếp đất cho 1 cọc sử dụng GEM

Trong đó:

Tính lại bằng phần mềm GEM

Hình 3.7: Một cọc chôn sâu có hoá chất GEM

Tính điện trở tiếp đất cho 1 hệ thống n cọc sử dụng GEM

Điện trở khuếch tán của thanh nằm ngang sử dụng GEM

Chọn thanh nối dùng đồng f i10

Trong đó:

Điện trở trang bị nối đất

2 Xác định chiều cao hiệu dụng của cột:

3 Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với vật nằm ngoài phạm vi cột thu sét bảo vệ:

• Tính toán bán kính bảo vệ của cột thu sét

• Tính toán bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét và tính bán

• Vẽ khu vực bảo vệ theo kích thước đã tính được

4 Kiểm tra toàn bộ:

• Kiểm tra lại bản vẽ thiết kế nếu có độ cao trụ nào đó cần bảo vệ còn

cột hoặc bố trí thêm dây chống sét

4.2 Chỉ tiêu bảo vệ chống sét

Trong phần này ta sẽ tính toán các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây, trên cơ

sở đó xác định được phương hướng và biện pháp để giảm thiểu rủi ro trong quátrình vận hành

4.2.1 Cường độ hoạt động của sét

Số ngày sét: Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày có

trắc ở các đài trạm khí tượng phân bố trên cả nước.

Mật độ sét: Để tính toán số lần có phóng điện xuống đất cần biết về số lần

đánh vào các công trình hoặc lên tuyến cáp Kết quả tính toán này cho mộtgiá trị trung bình

4.2.2 Số lần sét đánh vào tuyến cáp

Coi mật độ sét là đều trên toàn bộ diện tích vùng có tuyến cáp đi qua, có thể tính

số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây trong một năm là:

Trong đó

N tổng số lần sét đánh vào đường dây

góc bảo vệ α và được xác định theo công thức sau: