Đồ án đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở nối đất của hệ thống nối đất theo tiêu chuẩn ieee std 80 2000

- Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng như độ chôn sâu, độ cao lớp đất trên, kích thước ô lưới, số lượng cọc đến điện trở nối đất, điện áp bước và điện áp tiếp xúc bằngviệc thay đổi các yếu tố

TÓM TẮT

Đồ án đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở nối đất của hệ thống nối đất

bao gồm các nội dung:

- Giới thiệu tổng quan về tiêu chuẩn IEEE std.80-2000 Nêu tóm tắt những lýthuyết và lưu đồ thuật toán để làm rõ phương pháp thiết kế HTNĐ cho trạmbiến áp sử dụng tiêu chuẩn IEEE std.80-2000

- Trình bày thao tác sử dụng Etap trong việc tính toán các thông số cần thiết nhưđiện trở tản, điện áp tiếp xúc, điện áp bước… của một HTNĐ Cách xuất cácbáo cáo kết quả các trang thông tin, trang thông số đầu vào và ra Ví dụ về tínhtoán một trạm biến áp sử dụng phần mềm Etap với tiêu chuẩn IEEE std.80-2000

- Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng như độ chôn sâu, độ cao lớp đất trên, kích thước

ô lưới, số lượng cọc đến điện trở nối đất, điện áp bước và điện áp tiếp xúc bằngviệc thay đổi các yếu tố này lẫn nhau Sau đó chọn ra giá trị mong muốn vừakinh tế vừa phù hợp với HTNĐ của trạm biến áp

Từ việc đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tản của HTNĐ, tác giả đềxuất

khi thiết kế HTNĐ nên đảm bảo xem xét:

- Đối với độ chôn sâu nên chọn từ 0.5m-0.8m

- Độ cao lớp đất trên bé hơn 2m

- Kích thước ô lưới nằm trong khoảng từ 4x4 m2 – 6x6 m2

- Tùy thuộc vào số lượng cọc diện tích nối đất tăng đến một số lượng có hạn vìviệc càng tăng cọc sẽ càng tăng khả năng tản dòng của lưới nhưng hiệu quả sẽgiảm dần

LỜI NÓI ĐẦU

Kể từ những ngày đầu của ngành điện công nghiệp, sự an toàn của nhân viêntrong và xung quanh thiết bị điện đã là mối quan tâm chính Khi có sự cố, dòng điện đivào đất sẽ gây gia tăng điện thế Điện thế trên mặt đất tại xung quanh các kết cấu mạngtrong các sự cố không đối xứng Vào những thời điểm như vậy con người chạm vàocác cấu trúc nối đất có thể bị điện áp cao Với cường độ và thời gian của dòng điệnđược chạy qua cơ thể con người có thể gây nguy hiểm cho người

Qua nhiều năm nghiên cưu về tác động của dòng điện lên cơ thể con người đã dẫnđến việc phát triển các tiêu chuẩn về các giá trị cho phép để tránh bị điện giật Trongbài viết này tác giả sử dụng tiêu chuẩn IEEE std.80-2000 để tính toán các giá trị của hệthống nối đất Tiêu chuẩn IEEE Std.80 cung cấp những thông tin và hướng dẫn thiết kế

hệ thống nối đất an toàn cho các trạm biến áp trong hệ thống điện Tiêu chuẩn này xuấtbản lần đầu tiên vào năm 1961 dựa trên đề xuất mô hình toán học thực tế cho việc tínhđiện áp bước và điện áp tiếp xúc trong một diện tích hình vuông của Steve năm 1959

Kể từ đó tiêu chuẩn này được nhà khoa học như Thapar, Sverak, Dawalibi… phát triển

và sửa đổi vào các năm 1976,1986,1996 và 2000 Tiêu chuẩn IEEE Std.80 – 1976 đưa

ra phương pháp tính giới hạn điện áp tiếp xúc và điện áp lưới, điện áp bước của hệthống nối đất vuông Lần xuất bản năm 1986 đã đưa ra 2 sửa đổi quan trọng: Thứ nhất

là định nghĩa lại giới hạn điện áp bước và điện áp tiếp xúc cho khối lượng cơ thể người50kg và 70kg Thứ hai là thêm vào hệ số Cs thể hưởng của đá granite bề mặt do cóđiện trở suất khác lớp đất bên dưới

Để rõ ràng cho việc hình dung tác giả ví dụ về một hệ thống lưới nối đất qua đótính toán các giá trị điện trở tản, điện áp bước và tiếp xúc của lưới bằng phần mềmETAP Đồng thời thay đổi và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị điện trở tản,điện áp bước và tiếp xúc của hệ thống nối đất Đọc giả có thể đọc và hiểu hơn về ảnhhưởng các yếu tố như độ chôn sâu, độ cao lớp đất trên, kích thước ô lưới, số lượng cọcthông qua các bảng giá trị và đồ thị

Xin chân thành cảm ơn thầy Phan Đình Chung đã hướng dẫn hoàn thành đồ ánnày

CAM ĐOAN

Tôi đã đọc và tìm hiểu về các hành vi vi phạm liêm chính học thuật Tôi camkết bằng danh dự cá nhân rằng bài làm này do tôi tự thực hiện và không vi phạm vềliêm chính học thuật

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

TÓM TẮT 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

CAM ĐOAN 3

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 10

MỞ ĐẦU 11

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ LƯỚI NỐI ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN IEEE Std 80 – 2000 12

1.1 Giới Thiệu 12

1.2 Thiết kế HTNĐ cho trạm biến áp[1] 12

1.3 Lưu đồ giải thuật cho tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000 14

1.4 Tính toán hệ thống nối đất an toàn theo tiêu chuẩn IEEE std 80-2000 15

1.4.1 Lưới nối đất 15

1.4.2 Cách tính toán HTNĐ cho TBA: 15

Chương 2: SỬ DỤNG PHẦN MÊM ETAP TRONG TÍNH TOÁN LƯỚI NỐI ĐẤT 20

2.1 Thiết lập lưới nối đất trong sơ đồ 1 sợi 20

2.2 Cửa sổ Ground Grid Systems 21

2.2.1 Thanh công cụ Project 21

2.2.2 Thanh công cụ IEEE Editor 22

2.3 Thanh công cụ Gound Grid Study Method 23

2.4 Thiết lập lưới nối đất và mô hình 26

2.5 Thiết lập các thông số tính toán 30

2.6 Báo cáo đầu ra hệ thống lưới nối đất 32

2.6.1 Ground Grid Systems Report Manager 33

2.7 Ví dụ về sử dụng phần mềm ETAP để tính toán hệ thống nối đất 40

Chương 3: ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP 45

3.1 Yêu cầu kĩ thuật của nối đất an toàn.[6] 45

3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến điện trở nối đất 45

3.2.1 Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện trở nối đất ứng với số cọc tương ứng 45 3.2.2 Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện trở nối đất ứng với độ cao lớp đất trên.48

3.2.3 Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện trở nối đất ứng với kích thước ô lưới.

51

3.2.4 Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện trở nối đất ứng với số cọc tương ứng 54

3.2.5 Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện trở nối đất ứng với kích thước ô lưới 57

3.2.6 Ảnh hưởng của số cọc đến điện trở nối đất ứng với kích thước ô lưới .60

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG 3.1a Kết quả điện trở tản khi thay đổi lần lượt độ chôn sâu và số cọc

BẢNG 3.1b Kết quả điện áp tiếp xúc khi thay đổi lần lượt độ chôn sâu và số cọc

BẢNG 3.1c Kết quả điện áp bước khi thay đổi lần lượt độ chôn sâu và số cọc

BẢNG 3.2a Kết quả điện trở tản khi thay đổi lần lượt độ chôn sâu và độ cao lớp đất

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

HÌNH 1.1 Lưu đồ thuật toán tiêu chuẩn IEEE std.80-2000

HÌNH 1.2 Lưới (điện cực) nối đất

HÌNH 1.3 Chuyển môi trường không đồng nhất thành môi trường đồng nhất

HÌNH 2.1 Thao tác đưa phần tử lưới nối đất vào sơ đồ 1 sợi OLV

HÌNH 2.2 Cửa sổ Ground Grid Systems

HÌNH 2.3 Thanh công cụ Project

HÌNH 2.4 Thanh công cụ IEEE Editor

HÌNH 2.5 Thanh công cụ Ground Grid Study Method

HÌNH 2.6 Hộp thoại GRD Analysis Alert View của Summary

HÌNH 2.7 Trình quản lý báo cáo thiết kế lưới nối đất

HÌNH 2.8 Cửa sổ IEEE Group Editor để tuỳ chỉnh thanh dẫn

HÌNH 2.9 Cửa sổ IEEE Group Editor để tuỳ chỉnh thanh dẫn

HÌNH 2.10 Cửa sổ Soil Editor

HÌNH 2.11 Cửa sổ Ground Grid Systems với lưới nối đất và mô hình đã thiết lập

HÌNH 2.12 Cửa sổ GRD Study Case Editor

HÌNH 2.13 Quy tắc đặt tên cho báo cáo đầu ra

HÌNH 2.14 Hộp thoại quản lý báo cáo

HÌNH 2.15 Lựa chọn loại báo cáo

HÌNH 2.16 Minh họa báo cáo kết quả trang bìa

HÌNH 2.17 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu đầu vào hệ thống

HÌNH 2.18 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu đầu vào các lớp đất

HÌNH 2.19 Minh họa báo cáo kết quả thông số thanh

HÌNH 2.20 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu lưới

HÌNH 2.21 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu cọc

HÌNH 2.22 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu thanh

HÌNH 2.23 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu cọc trong FEM

HÌNH 2.31 Thông số chỉnh định và lựa chọn tiêu chuẩn

Hình 2.32 Báo cáo kết quả

HÌNH 3.1a Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện trở nối đất ứng với số cọc tương ứngHÌNH 3.1b Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện áp tiếp xúc ứng với số cọc tương ứngHÌNH 3.1c Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện áp bước ứng với số cọc tương ứngHÌNH 3.2a Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện trở nối đất ứng với độ cao lớp đấttrên

HÌNH 3.2b Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện áp tiếp xúc đất ứng với độ cao lớpđất trên

HÌNH 3.2c Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện áp bước ứng với độ cao lớp đất trênHÌNH 3.3a Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện trở nối đất ứng với kích thước ô lướiHÌNH 3.3b Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện áp tiếp xúc ứng với kích thước ô lướiHÌNH 3.3c Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện áp bước ứng với kích thước ô lướiHÌNH 3.4a Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện trở nối đất ứng với số cọctương ứng

HÌNH 3.4b Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện trở nối đất ứng với số cọctương ứng

HÌNH 3.4c Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện áp bước ứng với số cọc tươngứng

HÌNH 3.5a Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện trở nối đất ứng với kích thước

HÌNH 3.6b Ảnh hưởng của số lượng cọc đến điện áp tiếp xúc với kích thước ô lưới.HÌNH 3.6c Ảnh hưởng của số lượng cọc đến điện áp bước với kích thước ô lưới

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

- GGS: Ground Grid System

- OLV: Sơ đồ một sợi

MỞ ĐẦU

Mục đích thực hiện đề tài là thông qua việc đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đếnđiện trở nối đất của hệ thống nối đất để chọn ra các giá trị phù hợp nhất với hệ thống,qua đó cũng như tiết kiệm được chi phí vật liệu và thi công Đối tượng nghiên cứu làlưới nối đất được tính toán dựa theo tiêu chuẩn nối đất IEEE std.80-2000 Tác giả sửdụng phần mềm ETAP 12.6.0 để phục vụ cho tính toán hệ thống nối đất

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ LƯỚI NỐI ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN

IEEE Std 80 – 2000

1.1 Giới Thiệu

Hệ thống nối đất (HTNĐ) là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện, đặcbiệt là tại các trạm biến áp trong nhà máy điện và các trạm truyền tải trung gian.HTNĐ có nhiệm vụ tản nhanh dòng điện sự cố vào trong đất mà không có sự gia tăngđiện thế lớn hơn giới hạn cách điện của thiết bị và đảm bảo giới hạn được điện áp bước

và tiếp xúc không gây nguy hiểm cho người trong điều kiện vận hành hệ thống điện.Việc tính toán an toàn của HTNĐ đòi hỏi phải đúng tiêu chuẩn như: Tiêu chuẩn ViệtNam, IEEE std.80, IEC479-1

Tiêu chuẩn IEEE Std.80 cung cấp những thông tin và hướng dẫn thiết kế hệ thốngnối đất an toàn cho các trạm biến áp trong hệ thống điện Tiêu chuẩn này xuất bản lầnđầu tiên vào năm 1961 dựa trên đề xuất mô hình toán học thực tế cho việc tính điện ápbước và điện áp tiếp xúc trong một diện tích hình vuông của Steve năm 1959 Kể từ đótiêu chuẩn này được nhà khoa học như Thapar, Sverak, Dawalibi… phát triển và sửađổi vào các năm 1976,1986,1996 và 2000 Tiêu chuẩn IEEE Std.80 – 1976 đưa raphương pháp tính giới hạn điện áp tiếp xúc và điện áp lưới, điện áp bước của hệ thốngnối đất vuông Lần xuất bản năm 1986 đã đưa ra 2 sửa đổi quan trọng: Thứ nhất làđịnh nghĩa lại giới hạn điện áp bước và điện áp tiếp xúc cho khối lượng cơ thể người50kg và 70kg Thứ hai là thêm vào hệ số Cs thể hưởng của đá granite bề mặt do cóđiện trở suất khác lớp đất bên dưới

Tiêu chuẩn IEEE Std.80 xuất bản năm 2000, các công thức được mở rộng tính toáncho lưới hình vuông, hình chữ nhật, dạng tam giác, dạng T và dạng L, và thay đổiphương pháp tính hệ số suy giảm bề mặt: được tính theo phương pháp giải tích với sau

số 5% Thay đổi việ đánh giá lựa chọn thanh dẫn và kết nối Mô hình đất nhiều lớp để

tính toán điện trở suất của hệ thống nối đất được đưa vào tính toán [1]

1.2 Thiết kế HTNĐ cho trạm biến áp[1]

Các bước thiết kế HTNĐ cho 1 trạm biến áp như sau :

Bước 1: Xác định sơ đồ và vị trí TBA, từ đó lựa chọn nơi thích hợp nhất để thực hiệnnối đất Kiểm tra điện trở suất của đất, xác định mô hình đất, tính toán điện trở suấtcủa đất

Bước 2: Xác định tiết diện thanh dẫn Dòng sự cố 3I0 là dòng sự cố lớn nhất trongtương lai và từ dòng điện này chúng ta tính toán lựa chọn thanh dẫn cho hệ thống nốiđất Thời gian Tc là thời gian lớn nhất cô lập sự cố

Bước 3: Xác định giới hạn điện áp bước và điện áp tiếp xúc , xác định khoảng thờigian điện giật

Bước 4: Thiết kế sơ bộ ban đầu bao gồm nối đất xung quanh chu vi và thanh nối đấtbên trong chu vi để đảm bảo kết nối thuận lợi và những thiết bị cần được nối đất Xácđịnh khoảng cách giữa các thanh nối đất và vị trí cọc nối đất dựa vào dòng IG và diệntích nối đất

Bước 5: Ban đầu tính điện trở của hệ thống nối đất trong mô hình đất đồng nhất Khithiết kế cuối cùng phải tính chính xác giá trị này dựa theo mô phỏng các thành phầncủa hệ thống nối đất, đảm bảo mô hình đất lựu chọn là chính xác

Bước 6: Xác định dòng điện lớn nhất chạy giữa lưới nối đất và đất Khi thiết kế HTNĐchỉ cần đảm bảo dòng điện sự cố tổng 3I0, dòng này sẽ chạy vào lưới nối đất tản vàotrong đất Dòng IG phụ thuộc loại sự cố và vị trí sư cố, hệ số suy giảm và mở rộng hệthống trong tương lai

Bước 7: Nếu giá trị gia tăng điện áp GPR thấp hơn giới hạn điện áp tiếp xúc thì khôngphải tính toán gì thêm Thêm dây nối từ thiết bị nối đất đến hệ thống nối đất

Bước 8: Tính toán điện áp bước và điện áp lưới cho lưới vừa mới hoàn thành

Bước 9: Nếu điện áp của lưới thấp hơn giới hạn điện áp tiếp xúc thì quá trình thiết kế

đã hoàn thành Nếu điện áp lưới lớn hơn giới hạn điện áp tiếp xúc thì thiết kế ban đầuphải thay đổi

Bước 10: Nếu cả điện áp bước và tiếp xúc của hệ thống nối đất thấp hơn giới hạn điện

áp bước và điện áp tiếp xúc ở bước 3 thì thiết kế chỉ yêu cầu đảm bảo kết nối giữa thiết

bị nối đất và hệ thống nối đất.Nếu không thì phải thay đổi thiết kế ban đầu

Bước 11: Nếu cả điện áp bước và tiếp xúc của HTNĐ lớn hơn giới hạn điện áp bước

và điện áp tiếp xúc ở bước 3 thì cần phải thay đổi thiết kế ban đầu Sự thay đổi này cóthể thực hiện bằng cách giảm khoảng cách giữa các dây nối đất và thêm cọn nốiđất.Thay đổi thiết kế để đảm bảo giới hạn điện áp tiếp xúc và điện áp bước

Bước 12: Sau khi đảm bảo yêu cầu về điện áp bước và điện áp tiếp xúc, cần phải thêmnhanh thanh dẫn nối đất và cọc nối đất bổ sung Thêm thanh dẫn vào lưới nối đất nếutrong thiết kế không có thanh dẫn nối đất ở gần thiết bị được nối đất.Thêm cọc nối đất

bổ sung dưới các thiết bị chống sét và trung tính máy biến áp

1.3 Lưu đồ giải thuật cho tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000

Để đơn giản cho việc hình dung cho tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000 ta thành lập lưu

đồ thuật toán như Hình1.1 [1]

Hình 1.1 Lưu đồ thuật toán tiêu chuẩn IEEE std.80-2000

Thông số mô hình đất: A,р

Chọn tiết diện dây LNĐ: 3I0,Tc,d

Tiêu chuẩn điện áp bước và điện áp tiếp xúc

E touch 50 or 70, E step 50 or 70

Thiết kế ban đầu: D, n, Lc, LT,h

Điện trở lưới nối đất: Rg,LC,LR

Thiết kế chi tiết

Thay đổi thiết kế ban

đầu: D, n, Lc, LT

Đúng

SaiSai

1.4 Tính toán hệ thống nối đất an toàn theo tiêu chuẩn IEEE std 80-2000.[2] [3]

1.4.1 Lưới nối đất

Hình 1.2 Lưới (điện cực) nối đất

Lưới nối đất gồm các điện cực chôn nằm ngang trong đất như Hình 1.2, số thanh

ngang (Nb) và số thanh dọc (Na) được xác định theo công thức:

(1.2a) Khi có ít cọc và cọc đóng bên trong xa chu vi lưới

(1.2b) Khi có cọc đóng ở chu vi lưới hoặc gần chu vi lưới

Hệ số 1,15 là do mật độ dòng điện tản vào trong đất từ các cọc này lớn do đótương ung với sự tăng chiều dài cọc

1.4.2 Cách tính toán HTNĐ cho TBA:

Bước 1: Với các số liệu ban đầu như diện tích mặt phẳng của trạm, điện trở suất

của đất, dòng điện sự cố chạm đất, thời gian sự cố… Người ta xác định điện áp tiếpxúc cho phép và điện áp bước cho phép:

+ Đối với người cân nặng 50Kg:

Bước 2 : Kế tiếp ta đưa ra thiết kế sơ bộ nối đất chỉ sử dụng các điện cực nằm

ngang nối với nhau thành một ô mắt lưới (chưa sử dụng các cực).Với ô lưới này ta xácđịnh các trị số sau:

+ Điện trở mạng nối đất Rg

Rg = tt [ ] [Ω] ] (1.5)

Trong đó:

L: Tổng chiều dài điện cực nối đất.[m]

S: Diện tích lưới nối đất.[m2]

h: Độ chôn sâu của lưới.[m]

+ Dòng cực đại tản vào lưới nối đất, IG được xác định theo công thức sau:

Sf: hệ số phân dòng điện do có một phần dòng điện sự cố tản vào đất thôngqua các dây chống sét, dây trung tính được nối đất.

+ Độ dâng thế:

Bước 3: Bước tiếp ta tính các điện áp ô lưới, và điện áp bước tính toán sau đó so

sánh độ dâng thế đất, điện áp ô lưới với các giá trị điện áp tiếp xúc cho phép và điện ápbước cho phép

+ Điện áp ô lưới:

Trong đó:

L: Tổng chiều dài điện cực nối đất.[m]

tt: Điện trở suất tính toán của đất.[ Ω] m]

Km: Hệ số khoảng cách (hình học) của hệ thống nối đất, được các định theocông thức Several:

Trong đó:

D: Khoảng cách các thanh dẫn của lưới D = [m]

n: Số thanh dẫn trung bình, n = và được làm số nguyên

Kh: Hệ số biểu thị ảnh hưởng độ sâu (h) của lưới nối đất

Kh = , trong đó h0 = 1m từ lưới nối đất đến đất nền

Kii : Hệ số liên hệ sự phân bố cọc

+ Kii = 1 khi cọc đóng khắp diện tích lưới hay đóng theo chu vi lưới,ở góc lưới

+ Kii = Khi lưới nối đất không có cọc điện cực

Ki : là hệ số hiệu chỉnh với Ki = 0,644 + 0,148.n (1.10)

+ Điện áp bước tính toán:

Còn KS là hệ số hình học của lưới nối đất:

KS = [ ] (1.12)

Nếu Edâng thế > Etiếp xúc cho phép Và Eô lưới > Etiếp xúc cho phép thì điều tất yếu là phải bổsung điện cực nối đất nằm ngang hoặc đóng thêm các cọc điện cực nối đất thẳng đứngvào mạng nối đất trong thiết kế sơ bộ

Sau đó tính toán lại từ bước tính Rg, Edâng thế, Eô lưới, … và cứ mỗi lần bổ sung điệncực nối đất đều phải tính lại cho đến khi nào đạt được chỉ tiêu

Eô lưới tính toán < Etiếp xúc cho phép. (1.13a)

E bước tính toán < E bước cho phép. (1.13b)

Hệ thống nối đất an toàn ở các TBA có bộ phận chủ yếu là lưới các điện cựcnằm ngang chôn trong đất Tiêu chuẩn của nối đất an toàn không được thể hiện bởigiá trị của điện trở nối đất mà được thể hiện bởi các giá trị của điện áp bước vàđiện áp tiếp xúc, các điện áp này không gây nên tử vong do rung tim Điện áp tiếpxúc và điện áp bước lớn nhất cho phép khi chạm điện gián tiếp được xác định bởicông thức:

+ Đối với người cân nặng 50Kg: công thức (1.3a) và (1.3b)

+ Đối với người cân nặng 70Kg: công thức (1.4a) và (1.4b)

Trong các công thức trên:

1000: Trị số điện trở cơ thể người

ts:Thời gian duy trì dòng điện qua người, cũng là thời gian duy trì sự cố (s)

Css: Do trong khu vực TBA thường có rải một lớp sỏi đá trên bề mặt đất nên dướichân người sẽ là một môi trường đất không đồng nhất Lớp sỏi đá có độ dày hs và cóđiện trở suất s, thông thường hs = (0,08  0,15)m và s = (2000  3000)m còn bêndưới là lớp đất với điện trở suất là 

Dùng phương pháp soi gương để dưa môi trường đất không đồng nhất này

(hình 1.3a) về môi trường đồng nhất (hình 1.3b) với điện trở suất như trên

hình vẽ.

Hình 1.3: Chuyển môi trường không đồng nhất thành môi trường đồng nhất.

Hệ số hiệu chỉnh điện trở Cs, theo , s, được xác định gần đúng theo công thứccủa Jackson và Several

Cs = 1- 0,09 (1.14)

Khi: s =  hoặc khi hs = 0 sẽ được Cs.s = 

Như đã biết khi điện cực nối đất là đĩa kim loại tròn bán kính r đặt trên bề mặtcủa đất có điện trở suất  sẽ cho điện trở nối đất là:

(do điện trở nối đất của các bàn chân ghép song song với nhau)

+ Trong tính toán điện áp bước:

*Trường hợp hệ thống với 2 lớp đất phía dưới lớp đá bề mặt có điện trở suất của đấtkhác nhau thì ta áp dụng công thức 1.19 để tính toán điện trở suất biểu kiến của cọc

qua 2 lớp đất:

a = [Ω] m] (1.19) [4]

Trong đó:

1: Điện trở suất của lớp đất trên [Ω] m]

2: Điện trở suất của lớp đất dưới [Ω] m]

h1: Độ cao lớp đất phía trên [m]

h2: Độ cao lớp đất phía dưới tính từ giao điểm 2 lớp đất đến đáy cọc [m]

l: chiều dài cọc nối đất của lưới nối đất [m]

Chương 2: SỬ DỤNG PHẦN MÊM ETAP TRONG TÍNH TOÁN LƯỚI NỐI

ĐẤT

2.1 Thiết lập lưới nối đất trong sơ đồ 1 sợi

Để tạo hệ thống lưới mặt đất trong ETAP, hãy nhấp vào Ground Grid Tool rồi kéo và thả lưới mặt đất từ thanh công cụ AC Elements nằm phía bên phải màn hìnhtrong sơ đồ one-line Sau khi đặt lưới nối đất trên sơ đồ one-line, bạn có thể nhấp đúp

vào lưới để gọi ETAP Ground Grid Design Editor như Hình 1.2 Trên cửa sổ ETAP

Ground Grid Design Editor này có 2 phương pháp để lựa chọn là phương pháp IEEE

và phần tử hữu hạn FEM Ngoài ra có thể hiệu chỉnh, thêm hoặc truy xuất các thôngtin cần thiết bằng cách nhấn chuột phải vài lưới nối đất trong OLV rồi chọnProperties để mở cửa sổ Grid Editor bao gồm các trang Info, Result, Remarks vàComments Đặc biệt trong trang Results, các kết quả phân tích lưới nối đất (trongtrường hợp lưới đã được phân tích) sẽ được cập nhật như giá trị tính toán và cho phépcủa điện áp tiếp xúc và điện áp bước; vị trí điện áp tiếp xúc và điện áp bước lớn nhấtxuất hiện trên lưới trong trường hợp phân tích bằng FEM; điện trở tản của lưới nối đất

và GPR trên lưới [5]

Hình 2.1 Thao tác đưa phần tử lưới nối đất vào sơ đồ 1 sợi OLV

2.2 Cửa sổ Ground Grid Systems

Khi phương pháp IEEE được lựa chọn để phân tích từ cửa sổ ETAP GroundGrid Design Editor trong Hình 2.1, cửa sổ Ground Grid Systems sẽ hiện ra như Hình

2.2 Cửa sổ này sẽ được chia làm 3 khu vực để hiện thị hình ảnh 3D, hình chiếu bằng

và hình chiếu đứng của lưới nối đất bên trên là thanh công cụ Project Hinh 2.3 và bênphải là thanh công cụ IEEE Editor Hình 2.4 Để thêm các phần tử này vào lưới nối đất,chỉ cần nhấn chuột vào phần tử mong muốn, dời vào khu vực hình chiếu bằng và nhấntrái lần nữa Lúc này phần tử lựa chọn sẽ hiện ra ở khu vực hình chiếu bằng, có thể

nhấn đúp vào phần tử đó để hiệu chỉnh lại kích thước, toạ độ của nó [5]

Hình 2.2 Cửa sổ Ground Grid Systems

2.2.1 Thanh công cụ Project

Thanh công cụ này nằm phía trên vùng hình ảnh 3D với các chức năng nhưHình 2.3 gồm: Lưu, Cắt, Sao chép, Dán, In, Xem trước Bản in và ‘Trợ giúp này là gì?

Chỉ vào một khu vực cụ thể để tìm hiểu thêm về ETAP

2.2.2 Thanh công cụ IEEE Editor

Thanh công cụ này nằm bên phải Hình chiếu đứng với các lựa chọn như hình 2.4

Zoomout

GridHelp

Pointer IEEE Rectangular Shape IEEE T-Shape

IEEE L-Shape IEEE Triangular Shape

Hình 2.4 Thanh công cụ IEEE Editor

•Pointer

Con trỏ có hình dạng của phần tử được chọn từ thanh công cụ Chỉnh sửa Nhấp vàobiểu tượng Con trỏ để đưa con trỏ về hình dạng mũi tên ban đầu của nó hoặc để dichuyển một phần tử được đặt trên Hình chiếu bằng của bản trình bày GGS

• IEEE Rectangular Shape

Nhấp vào biểu tượng Hình chữ nhật chuẩn của IEEE để tạo lưới IEEE mới có hình chữnhật và đặt nó trên Hình chiếu bằng của GGS Xem phần Trình chỉnh sửa nhóm IEEE

để biết thêm thông tin về lưới

Hình chiếu bằng đầu của GGS Xem phần Trình chỉnh sửa nhóm IEEE để biết thêm

thông tin về lưới

• IEEE Triangular Shape

2.3 Thanh công cụ Gound Grid Study Method

Thanh công cụ Gound Grid Study Method chỉ hiện ra và thay thế cho thanhcông cụ IEEE Editor khi chế độ tính toán – Ground Grid Study được lựa chọn Thanhcông cụ được hiển thị ở Hình 2.5

HÌNH 2.5 Thanh công cụ Ground Grid Study Method

• Ground-Grid Calculation

Nhấp vào nút Run Ground-Grid Calculation để tính toán:

- Điện áp bước và tiếp xúc (lưới)

• Optimized Conductors and Rods

Nhấp vào nút OptimizedConductors để tính số lượng tối ưu của dây dẫn và thanh nốiđất cần thiết để giới hạn điện áp bước và tiếp xúc Chức năng tối ưu hóa này chỉ dànhcho các phương thức chuẩn IEEE

• Summary and Warning

Nhấn vào nút này để mở hộp thoại GRD Analysis Alert View của Summary vàWarning để tính toán hệ thống lưới mặt đất ở Hình 2.6

Hình 2.6 Hộp thoại GRD Analysis Alert View của Summary

• Report Manager

Nhấp vào nút này để mở hộp thoại Trình quản lý báo cáo thiết kế lưới nối đất để xemlại và chọn từ một loạt các đồ thị đầu ra được định dạng trước ở Hình 2.7 Chọn mộtloại ô và bấm OK để mở đồ thị đầu ra

Hình 2.7 Trình quản lý báo cáo thiết kế lưới nối đất

• Stop

Nút Stop Sign thường bị vô hiệu hóa và được kích hoạt khi tính năng Ground GridSystems Calculation được bắt đầu Nhấp vào nút này sẽ chấm dứt các tính toán đangdiễn ra, dẫn đến báo cáo đầu ra không đầy đủ

2.4 Thiết lập lưới nối đất và mô hình

Trên cửa sổ Ground Grid Systems, chế độ chỉnh sửa phải được chọn Từ thanhcông cụ IEEE Editor, có thể lựa chọn các phần tử của hệ thống nối đất và thêm vào

khu vực Hình chiếu bằng Nháy đúp vào phần tử này để tuỳ chỉnh kích thước của nó.

Ví dụ như khi chọn lưới hình chữ nhật và nhấp đúp chuột vào nó, cửa sổ IEEE GroupEditor sẽ hiện ra với 2 lựa chọn Conductor (Hình 2.8) và Rod (Hình 2.9)

Hình 2.8 Cửa sổ IEEE Group Editor để tuỳ chỉnh thanh dẫn

Trong cửa sổ Hình 2.8 thiết lập các thông số về thanh ở mục sau:

• Grid Size

Lx, long: Nhập chiều dài của lưới theo hướng X theo m hoặc ft Hiển thị Lx nếu hìnhchữ nhật / hình tam giác được chọn; hiển thị Lx, dài nếu hình chữ L hoặc hình chữ Tđược chọn

Ly, long: Nhập chiều dài của lưới theo hướng Y theo m hoặc ft Hiển thị Ly nếu hìnhchữ nhật / hình tam giác được chọn; hiển thị Lý, dài nếu hình chữ L hoặc hình chữ Tđược chọn

Lx, short: Nhập chiều dài ngắn của lưới theo hướng X bằng mét hoặc chân trongtrường này Lx, ngắn chỉ xuất hiện nếu hình chữ L hoặc hình chữ T được chọn Ly,ngắn Nhập chiều dài ngắn của lưới theo hướng Y theo mét hoặc feet trong trường này

Ly, short: Chỉ hiển thị nếu hình chữ L hoặc hình chữ T được chọn

• # of Conductors

X Direction: Nhập số lượng dây dẫn theo hướng X trong trường này

Y Direction: Nhập số lượng dây dẫn theo hướng Y trong trường này

• Conductors

Depth: Nhập độ sâu của kẹp dây dẫn trong mét hoặc feet trong trường này

Tyle: Chọn loại vật liệu dẫn điện từ danh sách thả xuống

Size: Chọn kích thước dây dẫn trong AWG / kcmil hoặc mm2 từ danh sách thả xuốngCost: Nhập chi phí của dây dẫn trong $ / m hoặc $ / ft trong trường này

• Material Constants

Thông tin này được hiển thị trên trang Dây dẫn để phản ánh loại dây dẫn đã chọn(hằng số ruột dẫn từ thư viện / tập tin dẫn nội bộ GRDLib.mdb có thể được sửa đổibằng cách sử dụng Microsoft Access) Nó bao gồm Độ dẫn vật liệu (%), Hệ số nhiệtđiện trở suất ở 20 ° C (1 / ° C), Hệ số K0 (° C), Nhiệt độ nung chảy (° C), Điện trở củadây dẫn đất ở 20 ° C trong mW · cm và Hệ số công suất nhiệt ở J / cm3 / ° C

Trong cửa sổ Hình 2.9 thiết lập các thông số về cọc ở mục sau:

• Rods

# of Rods: Nhập số lượng cọc trong trường này

Diameter: Nhập đường kính của thanh theo inch hoặc cm trong trường này

Length: Nhập chiều dài của thanh bằng mét hoặc feet trong trường này

Arrangement: Chọn sự sắp xếp của các thanh trong suốt khu vực lưới bằng cách sửdụng danh sách kéo xuống

Tyle: Chọn loại vật liệu thanh từ danh sách thả xuống

Cost: Nhập chi phí của cọc vào $ / cọc trong trường này

Hình 2.9 Cửa sổ IEEE Group Editor để tuỳ chỉnh thanh dẫn

• Material Constants

Thông tin này được hiển thị trên trang dây dẫn để phản ánh loại dây dẫn đã chọn (hằng

số ruột dẫn từ thư viện / tập tin dẫn nội bộ GRDLib.mdb có thể được sửa đổi bằngcách sử dụng Microsoft Access) Nó bao gồm Độ dẫn vật liệu (%), Hệ số nhiệt điện trởsuất ở 20 ° C (1 / ° C), Hệ số K0 (° C), Nhiệt độ nung chảy (° C), Điện trở của dây dẫn

Để thiết lập mô hình đất, chỉ cần nhấn đúp vào khu vực Hình chiếu đứng trong

cửa sổ Ground Grid Systems, cửa sổ Soil Editor sẽ hiện ra như Hình 2.10 Etap chophép tính toán với mô hình đất có tối đa 3 lớp đất Surface Material (lớp đá bề mặt cóđiện trở suất cao để giảm nhỏ dòng điện chạy qua người khi có sự cố trong trạm), TopLayer (lớp đất thứ nhất) và Lower Layer (lớp đất thứ hai) Các thông số cần nhập vàocho các lớp đất này là điện trở suất và độ chôn sâu của từng lớp đất

Hình 2.10 Cửa sổ Soil Editor

Hình 2.11 Cửa sổ Ground Grid Systems với lưới nối đất và mô hình đã thiết lập

Sau khi thiết lập xong các thống số lưới nối đất và mô hình đất, có thể quan sátđược kết quả hiển thị trên cửa sổ Ground Grid Systems như Hình 2.11

2.5 Thiết lập các thông số tính toán

Để thiết lập các thông số tính toán, chế độ Ground Grid Study phải được lựachọn Nhấn vào nút Study để mở cửa sổ GRD Study Case Editor như Hình-2.12

Hình 2.12 Cửa sổ GRD Study Case EditorTrong cửa sổ này, có thể thiết lập cá thông số trong các mục sau:

• Study Case ID

Một trường hợp nghiên cứu có thể được đổi tên bằng cách xóa các StudyCaseID cũ vànhập một cái mới StudyCaseID có thể chứa tối đa 25 ký tự chữ và số Sử dụng các nútđiều hướng ở cuối trình chỉnh sửa Case Study cho phép người dùng chuyển từ mộttrường hợp nghiên cứu sang một trường hợp nghiên cứu khác

• Ambient Temperature

Nhập nhiệt độ môi trường đất ở ° C Tham số này được sử dụng để xác định độ mờ củathanh dẫn nối đất

• Reports & Plots

Chỉ định các thông số báo cáo / đồ thị

• Auto Display of Summary and Alert

Chọn hộp này để tự động hiển thị cửa sổ kết quả cho Tóm tắt và Cảnh báo

• Grid Current Factors.

Trong nhóm này, Hệ số phân dòng điện và Hệ số điều chỉnh thiết kế có thể được xácđịnh

• S f

Nhập Hệ số phân dòng theo phần trăm, liên quan đến độ lớn của dòng lỗi với phần củadòng chảy giữa lưới nối đất và mặt đất xung quanh

• Ground Short-Circuit Current

Nhóm này được sử dụng để xác định các điều kiện hiện tại lỗi cho GGS

2.6 Báo cáo đầu ra hệ thống lưới nối đất

Báo cáo đầu ra cho các nghiên cứu Hệ thống lưới nối đất có sẵn ở các cấp độ khácnhau và được sắp xếp theo hai định dạng: Báo cáo đầu ra tinh thể và cửa sổ Pop-Uphiển thị

Quy trình đặt tên cho các báo cáo đầu ra của Hệ thống lưới mặt đất đã được thay đổitrong ETAP 4.7.0 Phương thức mới sẽ tự động đính kèm tên của bản trình bày Hệthống lưới nối đất vào mặt trước của tên báo cáo đầu ra Ví dụ: nếu tên báo cáo là Rpt1

và tên bản trình bày GGS là Grid1, thì tên báo cáo sẽ là Grid1_Rpt1 Các phần của tênbáo cáo được phân tách bằng dấu gạch dưới ở Hình 2.13