NỐI đất TRẠM BIẾN áp CAO THẾ có TÍNH đến hóa CHẤT cải tạo đất

Trong luận văn này tác gi đã thực hiện được các vấn đề mới như: Xây dựng được mô hình toán học về tính toán điện tr nối đất khi có lớp hóa chất được quy đổi vế môi trư ng đất, so sánh đư

MỤCăLỤC

Ch ngă1 T NGăQUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết qu nghiên cứu trong và ngoài n ớc đư công bố 1

1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu: 1

1.1.2 Các kết qu nghiên cứu trong và ngoài n ớc đư công bố: 2

1.1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong n ớc: 2

1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài n ớc: 3

1.2 Mục đích của đề tài 3

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới h n đề tài 3

1.4 Ph ơng pháp nghiên cứu 4

Ch ngă2 C ăS ăLÝăTHUYẾT 5

2.1 Khái niệm chung: 5

2.1.1 Cọc nối đ t chính và phụ 6

2.1.2 Hình d ng cơ b n của l ới nối đ t 6

2.1.3 Sự kết nối vào l ới 6

2.1.4 Lựa chọn dây cọc nối đ t và kết nối 7

2.1.4.1 Những yêu cầu cơ b n 7

2.1.4.2 Lựa chọn tiết diện dây nối đ t 7

2.1.5 Lựa chọn kết nối 10

2.1.6 Xác định dòng lớn nh t ch y vào l ới 10

2.2 Thiết kế hệ thống nối đ t 11

2.2.1 L u đồ gi i thuật cho tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000 12

2.2.2 Ý nghĩa các thông số kỹ thuật: 13

2.3 Để thực hiện các b ớc trên ta cần biết đ ợc các thông số của hệ thống nh : 15

2.3.1 B ớc 1: Diện tích l ới và điện trở su t của đ t 15

2.3.2 B ớc 2: Kích cỡ dây dẫn nối đ t 15

2.3.3 B ớc 3: Tiêu chuẩn điện áp tiếp xúc và điện áp b ớc 16

2.3.4 B ớc 4: Thiết kế ban đầu 17

2.3.5 B ớc 5: Xác định điện trở của l ới nối đ t 17

2.3.6 B ớc 6: Dòng điện l ới cực đ i 18

2.3.7 B ớc 7: Tính GPR 19

2.3.8 B ớc 8: Điện áp l ới và điện áp b ớc 19

2.3.9 B ớc 9: So sánh điện áp l ới Em và điện áp tiếp xúc cho phép Etouch 20

2.3.10 B ớc 10: So sánh Esvà điện áp b ớc cho phép Estep 21

2.3.11 B ớc 11: Thay đổi thiết kế sơ bộ 21

2.3.12 B ớc 12: Thiết kế chi tiết cho l ới 21

Ch ngă 3 ÁPă DỤNGă TIÊUă CHUẨNă IEEEă Std.80-2000ă ă THIẾTă KẾă H ă THỐNGăNỐIăĐ TăVỚIăTR MăBIẾNăÁP 22

3.1 Tính toán hệ thống nối đ t cho các l ới nối đ t chuẩn của IEEE 22

3.1.1 Tr ờng hợp l ới hình vuông không có cọc nối đ t 22

3.1.2 Tr ơng hợp l ơi hinh vuông co co ̣c tiêp đât 30

3.1.3 Tr ơng hợp l ơi hinh ch ̃ nhâ ̣t co cọc tiêp đât 36

3.1.4 Tr ơng hợp l ơi hinh L co co ̣c tiêp đât 39

Ch ngă4 CỌNGăTHỨCăTệNHăăĐI NăTR ăNỐIăĐ TăKHIăCÓăHÓAăCH T 43

4.1 Các biện pháp c i t o đ t: 43

4.2 Điện trở nối đ t của cọc thẳng đứng: 44

4.2.1 Hố khoan có d ng hình trụ tròn thẳng đứng 44

4.2.2 Giá trị điện trở của cọc thẳng đứng hình trụ tròn t ơng đ ơng 47

4.2.3 Hố khoan có d ng hình hộp chữ nhật thẳng đứng 49

4.3 Hố khoan có d ng hình trụ tròn nằm ngang: 50

4.3.1 Giá trị điện trở t ơng đ ơng của thanh dẫn nằm ngang hình trụ tròn 52

4.4 Hố khoan có d ng hình hộp chữ nhật nằm ngang 53

4.5 Phần mềm tính toán nối đ t : 54

4.6 Các kết qu đ t đ ợc: 56

4.6.1 Thông số tr m: 56

4.6.2 Thiết kế l ới nốt đ t d ng hình vuông 55

4.6.2.1 L ới nối đ t hình vuông không cọc (Không và có GEM) 56

4.6.2.2 L ới nối đ t hình vuông có cọc (Không GEM và có GEM) 57

4.6.3 Thiết kế l ới nốt đ t d ng hình chữ nhật 58

4.6.3.1 L ới nối đ t hình chữ nhật không cọc (Không và có GEM) 58

4.6.3.2 L ới hình chữ nhật có cọc (Không GEM và có GEM) 59

4.6.4 Thiết kế l ới nốt đ t d ng hình chữ L 59

4.6.4 1 L ới hình chữ L không cọc (Không và có GEM) 59

4.6.4.2 L ới hình chữ L có cọc (Không GEM và có GEM) 60

Ch ngă5 PH NGăPHÁPăĐOăĐI NăTR ăĐ T,ăSU TăăVÀăCỌNGăTHỨCă TÍNH TOÁN 62

5.1 Khái niệm về điện trở su t của đ t 62

5.2 Ph ơng pháp đo điện trở su t của đ t 64

5.2.1 Thăm dò theo m ch Wenner 65

5.2.2 Thăm dò theo m ch Schlumberger 66

5.3 Chọn vị trí đo điện trở su t của đ t 68

5.4 Đo điện trở tiếp đ t 68

5.4.1 C u t o máy đo điện trở tiếp đ t 68

5.4.2 Mô t cách bố trí đo: 69

5.4.3 nh h ởng của bố trí điện cực phụ P2 và C2 đến kết qu đo 70

5.4.4 nh h ởng của việc bố trí điện cực không đ m b o kho ng cách từ điện cực áp C2, dòng P2 đến tổ tiếp đ t 71

5.4.5 Các b ớc đo điện trở đ t bằng máy đo:(MODEL 4105A) 72

5.5 Tính toán điện trở nối đ t trong hệ thống điện 72

5.5.1 Điện trở t n xoay chiều tần số công nghiệp của các d ng nối đ t đơn gi n: 72

5.5.1.1 Cọc nối đ t 72

5.5.1.2 Thanh nối đ t: 74

5.5.1.3 Điện trở nối đ t của các d ng thanh đặc biệt 76

5.5.1.4 Điện trở nối đ t của hệ phức hợp thanh – cọc 78

Ch ng 6 THỰCăNGHI MăL ỚIăTIẾPăĐ TăTR MăBIẾNăÁP 80

6.1 Sơ đồ thực nghiệm l ới hình vuông không ó lớp GEM 80

6.1.1 L ới hình vuông có chiều dài c nh (a=b) = 1m, h= 0,8m, d= 0,01m 80

6.1.2 L ới hình vuông có chiều dài c nh (a=b) = 2m, h= 0,8m, d= 0,01m 80

6.1.3 L ới hình vuông có chiều dài c nh (a=b) = 2m, D= 1m, h = 0,8m, d =0,01m 80 6.2 Sơ đồ thực nghiệm l ới hình vuông có lớp GEM, d= 0,01m 81

6.2.1 L ới hình vuông có chiều dài c nh (a=b) = 1m, h= 0,8m, C = 0,05m 81

6.2.2 L ới hình vuông có chiều dài c nh (a = b) = 2m, h= 0,8m, C = 0,05m, d=0,01m 81

6.2.3 L ới hình vuông có chiều dài c nh (a=b) = 2m, h= 0,8m, C= 0,05m, D=1m 82 6.3 Kết qu thực nghiệm: 82

6.3.1 Đo điện trở nối đ t với l ới hình vuông không có GEM: 82

6.3.2 Đo điện trở nối đ t với l ới hình vuông có GEM: 85

6.4 So sánh kết qu đo điện trở đ t hệ thống khi có GEM và không có GEM: 88

6.5 So sánh hệ số sử dụng của điện cực thẳng đứng nối đ t khi không có GEM và khi có GEM 88

6.5.1 So sánh hệ số sử dụng thực nghiệm cọc thẳng đứng [3] với hệ số sử dụng thực nghiệm trong luận văn 88

6.6 Hình nh thực nghiệm và kết qu đo cọc thẳng đứng l ới hình có lớp GEM 89

6.6.1 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 1m, Kho ng cách: a = 0.5; C = 0,05m 89

6.6.2 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc= 1m, Kho ng cách: a = 1m; C = 0,05m 90

6.6.3 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 1m, Kho ng cách: a = 2m; C =0,05m 91

6.6.4 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 1m, Kho ng cách: a = 3m; C =0,05m 91

6.6.5 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc= 2m, Kho ng cách: a = 1m; C =0,05m 91

6.6.6 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 2m, Kho ng cách: a = 2m; C =0,05 92

6.6.7 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc= 2m, Kho ng cách: a = 4m; C =0,05m 92

6.6.8 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 2m, Kho ng cách: a = 6m; C =0,05m 93

6.7 Sơ đồ thực nghiệm hệ thống nối đ t hình tia (3 tia) 94

6.7.1 Sơ đồ thực nghiệm nối đ t hình tia không có GEM: 94

6.7.1.1 Tr ờng hợp:Lt = 1m; h= 0,5m: 94

6.7.1.2 Tr ờng hợp:Lt = 2m; h = 0,5m: 95

6.7.2 Sơ đồ thực nghiệm nối đ t hình tia có GEM 96

6.7.2.1 Tr ờng hợp:Lt = 1m; h = 0,5m; C= 0,05m: 96

6.7.2.2 Tr ờng hợp:Lt = 2m; h = 0,5m; C = 0,05m: 97

Ch ngă7 KẾTăLU NăVÀăH ỚNGăPHÁTăTRIỂNăCỦAăĐỀăTÀI 99

7.1 Các kết qu đ t đ ợc của đề tài: 99

7.2 H ớng phát triển của đề tài: 99

TÀIăLI UăTHAMăKH O 100

PHỤăLỤC 102

1.ăCH NGăTRÌNH CODEăTệNHăTOÁNăPHỤCăVỤăLU NăV N 102

- Ch ơng trình cho tr ơng hợp l ơi hinh vuông: Có cọc 102

2.ăPHỤăLỤCăB NG 108

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Trình tự tính toán nối đ t Tr m biến ápAC theo tiêu chuẩn IEEE

Std.80-2000 12

Hình 3.1: L ới nối đ t hình vuông không có cọc nối đ t 24

Hình 3.2: L ới nối đ t hình vuông không có cọc nối đ t 31

Hình 3.3: L ới nối đ t hình chữ nhật có cọc nối đ t 36

Hình 3.4: L ới nối đ t hình chữ L có cọc nối đ t 40

Hình 4.1: Nối đ t thẳng đứng với hố khoan hình trụ tròn có lớp GEM 45

Hình 4.2: Cọc đ t và nh của nó 48

Hình 4.3: Cọc nối đ t t ơng đ ơng 49

Hình 4.4: Nối đ t thẳng đứng với hố khoan hình chữ nhật có lớp GEM 50

Hình 4.5: Nối đ t nằm ngang với hố khoan hình trụ tròn có lớp GEM 50

Hình 4.6: Thanh nối đ t t ơng đ ơng 53

Hình 4.7: Nối đ t nằm ngang với hố khoan hình chữ nhật có lớp GEM 53

Hình 4.8: Phần mềm tính toán thông số l ới nối đ t 55

Hình 4.9: Kết qu tính toán thông số l ới bằng phần mềm nối đ t 55

Hình 5.1: Sơ đồ đo theo ph ơng pháp Wenner 65

Hình 5.2: Sơ đồ đo theo ph ơng pháp Schlumberger 66

Hình 5.3: H ớng đo điện trở su t 68

Hình 5.4: C u t o của máy đo điện trở tiếp đ t 69

Hình 5.5: Nguyên lý bố trí đo điện trở tiếp đ t bằng ph ơng pháp điểm rơi điện áp 62% 69

Hình 5.6: Sự nh h ởng của kết qu đo do bố trí điện cực 70

Hình 5.7: Sơ đồ kết nối máy đo 72

Hình 5.8: Cọc tiếp địa chôn nổi 73

Hình 5.9: Cọc tiếp địa chôn sâu 74

Hình 5.10: Nhiều cọc tiếp địa chôn sâu 74

Hình 5.11:Thanh tiếp đ t 75

Hình 5.12: Thanh tiếp đ t hình xuyến 75

Hình 5.13: Các d ng thanh tiếp đ t đặc biệt 78

Hình 5.14: Hệ tiếp đ t phức hợp thanh – cọc 78

Hình 6.1: L ới hình vuông ch a có GEM c nh dài 1m 80

Hình 6.2: L ới hình vuông ch a có GEM c nh dài 2m 80

Hình 6.3: L ới hình vuông ch a có GEM c nh dài 2m, D=1m 81

Hình 6.4: L ới hình vuông có GEM c nh dài 1m 81

Hình 6.5: L ới hình vuông có GEM c nh dài 2m 81

Hình 6.6: L ới hình vuông có GEM c nh dài 2m, D=1m 82

DANHăSÁCHăCÁCăB NG

B ngă2.1: Các thông số của một số kim lo i 8

B ngă2.2:Các thông số của một số kim lo i 9

B ngă2.3: Giá trị của Df theo tf và X/R 11

B ngă2.4: Ý nghĩa cùa các thông số đ ợc dùng để thiết kế 14

B ngă4.1: Kết qu tính toán l ới nối đ t hình vuông không cọc 56

B ngă4.2: Kết qu tính toán l ới nối đ t hình vuông có cọc 57

B ngă4.3: Kết qu tính toán l ới nối đ t hình chữ nhật không cọc 58

B ngă4.4: Kết qu tính toán l ới nối đ t hình chữ nhật có cọc 59

B ngă4.5: Kết qu tính toán l ới nối đ t hình chữ L không cọc 60

B ngă4.6: Kết qu tính toán l ới nối đ t hình chữ L có cọc 61

B ngă5.1: Hệ số mùa 64

B ngă5.2: Kho ng cách kiến nghị giữa các điện cực khi đo m ch Wenner 64

B ngă5.3: Kho ng cách qui định khi đo m ch Cchlumberge 68

B ng 6.1: So sánh kết qu đo điện trở đ t hệ thống khi có và không có GEM 88

B ngă6.2: Hệ số sử dụng của cọc khi không có GEM trong luận văn [3] 89

B ngă6.3: Hệ số sử dụng của cọc khi có GEM 93

B ngă6.4: So sánh hệ số sử dụng của cọc khi có GEM và không có GEM 94

B ngă6.5: Hệ số sử dụng của 3 tia khi không có GEM 96

B ngă6.6: Hệ số sử dụng của 3 tia khi có GEM 97

B ngă6.7: So sánh hệ số sử dụng của cọc khi có GEM và không có GEM 98

Ch ngă1

T NGăQUAN

1.1 T ngăquanăchungăv ălĩnhăv cănghiênăc u,ăcácăk tăqu ănghiênăc uătrongăvƠă ngoài n căđƣăcôngăb ăă

1.1.1 T ngăquanăchungăv ălĩnhăv cănghiênăc u:

Nối đất cho hệ thống điện là phần cực kỳ quan trọng không thể thiếu trong

m ng truyền t i và phân phối điện Đặc biệt trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa như nước ta là một trong ba tâm giông sét của thế giới và trãi dài từ Bắc vào Nam có những nơi có độ ẩm cao, mật độ giông sét nhiều như các tỉnh: H i Dương, Nghệ An, Hà Tỉnh và Đồng bằng sông Cửu Long Thiệt h i do sét gây ra cho ngành điện và nền kinh tế quốc dân là rất lớn Để đ m b o an ninh năng lượng điện đáp ứng nhu cầu của công cuộc hiện đ i hóa, công nghiệp hóa Đất nước và để

an toàn cho ngư i vận hành cũng như an toàn cho thiết bị thì việc thực hiện nối đất cho hệ thống điện là điều tất yếu và rất cần được nghiên cứu phát triển

Điện tr nối đất đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật an toàn điện Mục đích của nối đất là để t n dòng điện và giữ mức điện thế thấp trên các thết bị được nối đất Trong hệ thống điện có 3 lo i nối đất khác nhau: nối đất làm việc, nối đất an toàn và nối đất chống sét

Về nguyên lý, giá trị điện tr nối đất càng thấp càng tốt Tuy vậy, trong các vùng khô cằn, cát sỏi, đồi núi… giá trị điện tr nối đất rất cao Do đó, việc gi m điện tr nối đất trong hệ thống rất quan trọng và cần thiết Vấn đề đặt ra là làm sao

có được một gi i pháp nối đất hiệu qu mà l i kinh tế

Trong nhiều trư ng hợp, chi phí để gi m giá trị điện tr nối đất xuống dưới 10Ω đã rất lớn, việc gi m xuống dưới 1Ω là rất khó khăn hơn Các gi i pháp thông thư ng là tăng số lượng thanh và cọc nối đất bằng kim lo i, hoặc bổ sung thêm muối, than, và các chất dẫn điện khác vào xung quanh thanh và cọc Gi i pháp này thật ra cực kỳ tốn kém mà không bền vững, vì than, muối có thể bị rửa trôi qua một

th i gian không dài (1-2 năm)

Gần đây, giới khoa học đã tìm ra một lo i hóa chất bền vững với th i gian, không bị rửa trôi, không làm h i môi trư ng Họ dùng các điện cực kim lo i nhỏ (đư ng kính cỡ 12-18 mm) chôn trong đất, sau đó phủ hóa chất dẫn điện ra ngoài Trong môi trư ng ẩm, hóa chất đó tự liên kết thành một khối với điện cực kim lo i

để t o ra một điện cực biểu kiến mới có đư ng kính đến 100 – 200 mm Vì thế giá trị điện tr nối đất được gi m một cách rõ rệt, có thể từ 50% đến 90%

Hóa chất đó, trong tiếng Anh, được goi là GEM (Ground Enhancing Material,

is a superior conductive material that improves grounding effectiveness, especially

in areas of poor conductivity - nghĩa là một lo i vật liệu dẫn điện siêu đẳng c i thiện hiệu lực nối đất, đặc biệt trong vùng dẫn điện kém) Còn trong tiếng Việt gọi là GĐT, viết tắt của 3 chữ cái đầu của từ Gi m Điện Tr

Tuy nhiên tình tr ng nối đất hiện nay vẫn còn áp dụng theo kiểu truyền thống: Nghĩa là còn sử dụng kim lo i có đư ng kính lớn hay tăng thêm số lượng thanh, cọc nối đất bằng kim lo i, hoặc bổ sung thêm muối, than, và các chất dẫn điện khác vào xung quanh thanh và cọc Gi i pháp này có nhược điểm lớn là diện tích vùng nối đất lớn và tốn kém nhiều kinh phí

Với ưu điểm vượt trội của GĐT nếu được nghiên cứu áp dụng vào hệ thống nối đất tr m biến áp trong tương l i sẽ gi i quyết được nhược điểm của phương pháp nối đất cũ, đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế, kỹ thuật và an ninh năng lượng cho đất nước

1.1.2 Cácăk tăqu ănghiênăc uătrongăvƠăngoƠiăn căđƣăcôngăb :

1.1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước:

- Luận văn Th c sĩ: "Tính toán điện tr nối đất của các hình thức đơn gi n có tính đến thành phần c i t o đất", Học Viên thực hiện: Nguyễn Thanh Tùng, Trư ng

Đ i Học Sư Ph m Kỹ Thuật Tp HCM , 2012 Trong luận văn này tác gi đã thực hiện được các vấn đề mới như: Xây dựng được mô hình toán học về tính toán điện

tr nối đất khi có lớp hóa chất được quy đổi vế môi trư ng đất, so sánh được kết qua thực nghiệm tìm được với công thức trong bài báo [8], Tìm được hệ số sử dụng của hệ cọc nối đất đặt gần nhau khi không có lớp hóa chất c i t o đất Đề tài này chỉ

áp dụng tính toán cho các hình thức nối đất đơn gi n chưa áp dụng tính toán nối đất cho tr m biến áp lớn trong các xí nghiệp công nghiệp

- Hồ Văn Nhật Chương, Nguyễn Hoài Trang, (2004), “Biểu thức thực nghiệm

để tính toán hệ số k1, k2 cho việc tính toán điện tr nối đất của Tr m biến áp cao áp”, T p chí Khoa học Điện và Đ i sống Trong luận văn này tác gi đã đưa ra được biểu thức để tính toán hệ số k1, k2 phụ thuộc vào hình d ng nối đất giúp cho việc tính toán nối đất cho hệ thống lớn thuận lợi và nhanh hơn

1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước:

- Chuong HoVanNhat, “Calculating resistance of simple grounding forms with

or without the soil improved chemical substance”, Power anhd Energy Engineering Conference, 2010 Trong bài báo này tác gi đã đưa ra được công thức tính toán điện tr nối đất khi không có lớp hóa chất c i t o đất, đặc biệt là công thức qui đổi cọc và thanh nối đất khi có lớp hóa chất bao quanh thành cọc và thanh có đư ng kính mới tương đương, kiểm tra đươc kết qu khi sử dụng công thức và thực nghiệm thực tế.Tuy nhiên tác gi chưa tìm hệ số sử dụng của hệ cọc và thanh nối đất khi có sử dụng lớp hóa chất

- Richard P Keil et al,.“IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding”, IEEE Std 80 – 2000 Trong tài liệu này tác gi đã đưa ra được lưa đồ tính toán thiết

kế lưới nối đất cho tr m biến áp công suất lớn với các hình dáng lới nối đất khác nhau Tuy nhiên chưa đề cập đến việc sử dụng hóa chất c i t o đất trong việc tính toán thiết kế

1.2 M căđíchăc aăđ ătƠi

- Viết được phần mềm phục vụ cho tính nối đất

- Thực nghiệm trên hệ thống nối đất cụ thể với hóa chất c i t o đất

- Xác định được hệ số sử dụng của hệ thống cọc và thanh nối đất

1.3 Nhi măv ăc aăđ ătƠiăvƠăgi iăh năđ ătƠi

- Áp dụng tiêu chuẩn IEEE Std.80 -2000 thiết kế nối đất cho tr m biến áp cao thế khi không có hóa chất c i t o đất

- Áp dụng công thức tính điện tr suất tính toán điện tr nối đất cho tr m biến

áp cao thế khi có xét đết hóa chất c i t o đất

- Viết phần mềm chương trình trình tính toán điện tr của đất khi sử dụng lớp hóa chất c i t o đất

- Thực nghiệm hệ thống nối đất có tính đến hóa chất c i t o đất xác định hệ số

sử dụng cho hệ cọc và thanh nối đất

1.4 Ph ngăphápănghiênăc u

- Nghiên cứu cơ s lý thuyết

- Thực nghiệm

Ch ngă2

C ăS ăLụăTHUY T

2.1ăKháiăni măchung:

- Hệ thống nối đất được lắp đặt ph i đ m b o giới h n điện thế đất như điện áp

và dòng điện, đ m b o an toàn cho con ngư i và thiết bị dưới điều kiện vận hành

bình thư ng và sự cố

Những lý do sử dụng hệ thống kết hợp cọc nối đất và lưới nối đất:

- Trong tr m nếu chỉ có cọc nối đất không thì khó thể đ t giá trị nối đất an toàn Khi có nhiều cọc kết nối nhau, tất c dây trung tính, khung và cấu trúc kim

lo i được nối đất Kết qu là ph i có lưới phân bố cọc nối đất, để đ m b o mục tiêu đầu tiên Nếu hệ thống nối đất nằm nơi có điện tr suất thấp thì m ng này có hệ thống nối đất tốt Một phần cho lý do này một vài ứng dụng chỉ sử dụng lưới nốiđất Tuy nhiên hệ thống cọc có giá trị thật sự được gi i thích sau:

- Nếu biên độ dòng vào đất cao thì cần ph i có hệ thống nối đất có điện tr nhỏ để đ m b o sự gia tăng điệp áp trên bề mặt không lớn hơn giá trị an toàn cho ngư i Hệ thống nối đất gồm lưới nối đất và cọc sẽ có nhiều thuận lợi

- Lưới nối đất làm gi m điện áp bước và điện áp tiếp xúc trên bề mặt Lưới nối đất được chôn c n 0,3 - 0,5 m và cọc nối đất dài sẽ ổn định hệ thống nối đất kết hợp Điều này thì quan trọng b i vì điện tr suất của lớp đất bề mặt thay đổi theo mùa còn điện tr suất của lớp dưới thì ít thay đổi

- Cọc có điện tr suất thấp nên làm gi m được dòng sự cố trong đất hai lớp hay đất nhiều lớp vì lớp đất trên cao có điện tr suất cao hơn lớp đất phía dưới Nhiều tr m có diện tích nối đất nhỏ nên kết hợp giữa cọc và thanh sẽ hiệu qu hơn

- Nếu cọc nối đất chủ yếu chôn biên của lưới nối đất trong điều kiện đất đồng nhất hoặc đất có điện tr suất cao lớp đất phía trên Cọc nối đất sẽ làm gi m

sự chênh lệch điện thế mép lưới

2.1.1ăCọcăn iăđ tăchínhăvƠăph

Hầu hết những hệ thống nối đất sử dụng hai nhóm cọc nối đất Cọc nối đất chính được thiết kế cho mục đích nối đất Những cọc phụ được lắp đặt dưới các cấu trúc bằng kim lo i cho mục đích khác hơn là nối đất Cọc phụ có kh năng t i dòng giới h n

2.1.2 Hìnhăd ngăc ăb năc aăl iăn iăđ t

Thực hiện nối đất theo kiểu m ch vòng chu vi diện tích nối đất Điều này giúp tránh được dòng điện và điện áp cao c trong lưới nối đất và cuối đư ng cáp gần đó

Bên trong chu vi thanh nối đất được đặt song song nhau dọc theo chiều dài và chiều rộng của cọc nối đất Theo các cấu trúc và những hàng thiết bị để kết nối cọc nối đất ngắn nhất

Một hệ thống cọc nối đất tiêu biểu gồm những thanh đồng chôn sâu 0,3 - 0,5m kho ng cách giữa các thanh từ 3 – 7 m và có những kết nối dọc , những thanh dẫn được hàn chắc chắn nhau Cọc nối đất được bố trí goc của lưới hoặc những điểm giao nhau dọc theo chu vi Cọc nối đất được nối với những thiết bị chính hoặc dưới các cột thu sét

Hệ thống cọc nối đất ph i kéo dài hết tr m và dọc theo hàng rào Nhiều dây hoặc thanh có tiết diện lớn được dùng để nối vào hệ thống nối đất những nơi có tập trung dòng lớn như trung tính máy biến áp, máy phát

Sự kết nối dọc t o ra nhiều đư ng thoát cho dòng sự cố làm điện áp trên bề mặt thấp

2.1.3 S ăk tăn iăvƠoăl i

Dây kết nối ph i đ m b o độ bền cơ và t i được dòng điện xuống đất, dùng để kết nối giữa:

- Tất c những điện cực như lưới nối đất, cọc nối đất, kim lo i ống dẫn nước,

- Tất c những phần kim lo i khi x y ra sự cố thì có thể bị nhiễm điện như cấu trúc kim lo i, vỏ máy, nhà bằng kim lo i cách điện thư ng hay bằng khí, thùng dầu máy biến áp Tất c chúng ph i được nối đất

- Tất c những nguồn dòng sự cố như chống sét van, tụ điện, máy biến áp, trung tính máy phát

2.1.4 L aăchọnădơyăcọcăn iăđ tăvƠăk tăn i

2.1.4.1 Những yêu cầu cơ b n

Mỗi thành phần của hệ thống nối đất như thanh, cọc nối đất, tất c cọc nối đất, kết nối ph i thiết kế đ m b o tuổi thọ:

a) Đ m b o dẫn điện và không t o ra khác biệt về điện áp trong tr m

b) Chống l i sự nóng ch y và hư hỏng cơ khí do dòng sự cố và th i gian sự cố c) Rắn chắc, tin cậy và độ bền cơ khí cấp độ cao

d) Có thể được b o trì và thay thế

2.1.4.2 Lựa chọn tiết diện thanh nối đất

Tiết diện của thanh dẫn được xác định theo phương pháp đơn gi n

Với: If (kA): là dòng tr m đất đối xứng

A kcmil : là tiết diện thanh nối đất (mm2

)

tc (s): là kho ng th i gian ngắn m ch

Kf: là hằng số được tra trong b ng 2.1

Kimălo i Đ ăd năđi nă(%) Tm( 0 C) K f

B ngă2.1: Các thông số của một số kim lo i

Ta sẽ sử dụng công thức tính tiết diện thanh tổng quát hơn và b ng 2.2

r

T K p

t

TCAP

0

0ln

4,197

Tr( C): Hằng số nhiệt độ vật liệu

0: Hệ số nhiệt của điện tr suất 00

C

r: Hệ số nhiệt của điện tr suất nhiệt độ Tr(0C)

r: Điện tr suất của dây nối đất nhiệt độ Tr(0C)

K0 =

r



1

- Tr ; TCAP(J/cm3 0C): Nhiệt dung

Kimălo i Đ ăd nă đi nă

(%)

r

 (1/ 0 C)

K 0 ( 0 C) ( T 0 C) m

p r

( .cm )

TCAP (J/cm 3 0 C)

Copper, annealed soft-drawn 100.0 0.003 93 234 1083 1.72 3.42 Copper, commercial hard-

Copper-clad steel wire 40.0 0.003 78 245 1084 4.40 3.85 Copper-clad steel wire 30.0 0.003 78 245 1084 5.86 3.85 Copper-clad steel rodb 20.0 0.003 78 245 1084 8.62 3.85 Aluminum EC grade 61.0 0.004 03 228 657 2.86 2.56 Aluminum 5005alloy 53.5 0.003 53 263 652 3.22 2.60 Aluminum 6201alloy 52.5 0.003 47 268 654 3.28 2.60 Aluminum-clad steel wire 20.3 0.003 60 258 657 8.48 3.58 Steel 1020 10.8 0.001 60 605 1510 15.90 3.28 Stainless-clad steel rod 9.8 0.001 60 605 1400 17.50 4.44 Zinc-coated steel rod 8.6 0.003 20 293 419 21.10 3.93 Stainless, steel 304 2.4 0.001 30 749 1400 72.00 4.03

B ngă2.2:Các thông số của một số kim lo i

Do đó, ngư i thiết kế có thể chọn lựa một lo i dây khác Gi sử ta chọn cũng

là đồng nhưng có độ dẫn điện thấp hơn (30%), copper-clad steel khi đó nó sẽ có kích cỡ lớn hơn và nhiệt độ nóng ch y thấp hơn

2.1.5 L aăchọnăk tăn i

Tất c những dây kết nối trên mặt đất hay trong đất của hệ thống nối đất ph i được lựa chọn đáp ứng các nhu cầu của dây dẫn như: Điện dẫn suất, sự ăn mòn, kh năng dẫn điện, độ bền cơ Những mối nối này ph i đủ chắc chắn khi nhiệt độ tăng

và sự dẫn điện luôn là hằng số đối với nhiệt độ Những mối nối cũng ph i đ m b o

độ bền cơ do có lực điện từ sinh ra khi có dòng sự cố lớn

2.1.6 Xácăđịnhădòngăl nănh tăch yăvƠoăl i

Giá trị lớn nhất của dòng điện ch y vào lưới nối đất sẽ dẫn đến điều kiện nguy hiểm nhất Theo những bươc sau đây sẽ xác định được dòng điện lớn nhất ch y vào lưới nối đất dùng tính toán điện tr lưới nối đất của tr m

a) Lo i và sự cố ch m đất thì nó sẽ t o ra dòng điện lớn nhất giữa lưới nối đất

và đất xung quanh và sự gia tăng điện áp trên bề mặt lớn nhất trong tr m

b) Xác định, tính toán, hệ số suy gi m dòng điện sự số Sf theo lo i sự cố để tính toán giá trị dòng điện cân bằng Ig

c) Mỗi lo i sự cố dựa vào kho ng th i gian sự cố xác định giá trị hệ số suy

gi m cho phép do nh hư ng của sóng dòng điện không đối xứng

d) Chọn giá trị Df.Iglớn nhất và đây chính là điều kiện sự cố nguy hiểm nhất

I0=

)3

).(

()(

)3).(

(

).(

0 0

2 2 2 0 2

0 1 1

2 2

jX R R jX R X

X j R R R jX R

jX R E

R0: Điện tr của hệ thống thứ tự không

X1: Điện kháng của hệ thống thứ tự thuận

X2: Điện kháng của hệ thống thứ tự nghịch

X0: Điện kháng của hệ thống thứ tự không

B ngă2.3:ăGiá trị của Df theo tf và X/R

2.2 Thi tăk ăh ăth ngăn iăđ t

Có 2 mục tiêu cần ph i đ t được khi thiết kế hệ thống nối đất khi vận hành bình thư ng cũng như sự cố:

- Đ m b o thoát hết dòng trong đất mà không có sự gia tăng lớn hơn giới h n của thiết bị cũng như trong điều kiện vận hành

- Đ m b o ngư i tiếp cận với những thiết bị nối đất thì không bị điện giật

2.2.1 L uăđ ăgi iăthu tăchoătiêuăchu năIEEEăStd.80-2000

Hình 2.1: Trình tự tính toán nối đất Tr m biến áp AC

theo tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000

Thông số mô hình đất: A,  Chọn tiết diện dây LNĐ: 3I 0 , t C , d

Thiết kế ban đầu: D, N, L C , L T , h

Tiêu chuẩn điện áp bước và điện áp tiếp xúc

Thi tăk ăchiăti t

Thiết kế ban đầu

D, N, L C , L T I G R g < E touch

Em < Etouch

E s < E step

Bước 1 Bước 2 Bước 3 Bước 4 Bước 5 Bước 6

Bước 7

Bước 8

Bước 9

Bước 10 Bước 12

2.2.2 ụănghĩaăcácăthôngăs kỹăthu t:

Cs Hệ số hiệu chỉnh làm gi m điện tr suất của lớp đất bề mặt

d Đư ng kính của dây dẫn làm lưới nối đất (dt,dc) m

Df Hệ số tính đến nh hư ng của thành phần không chu kỳ được

dùng để tính Ig

Dm Kho ng cách lớn nhất giữa 2 điểm bất kỳ trên lưới m

Em Điện áp lưới giữa những mắt lưới

Es

Điện áp bước giữa 2 điểm trên mặt đất: Một điểm nằm góc

ngoài của lưới và điểm còn l i nằm trên đư ng chéo hướng ra

phía ngoài cách đó 1m

V

Estep50 Điệp áp bước chịu đựng được đối với ngư i nặng 50kg V

Estep70 Điệp áp bước chịu đựng được đối với ngư i nặng 70kg V

Etouch50 Điện tiếp xúc chịu đựng được đối với ngư i nặng 50kg V

Etouch70 Điện tiếp xúc chịu đựng được đối với ngư i nặng 70kg V

IG Dòng t n vào đất lớn nhất (ch y giữa lưới và đất) A

K Hệ số ph n x của đất (điện tr suất đất khác nhau)

Kh Hệ số hiệu chỉnh độ chôn sâu của lưới nối đất

Ki Hệ số hiệu chỉnh cho hình d ng của lưới nối đất

Kii Hệ số hiệu chỉnh cách bố trí cọc trong lưới nối đất

Km Hệ số kho ng cách cho điện áp lưới

Ks Hệ số kho ng cách cho điện áp bước

LM Chiều dài nh hư ng của LC + LRđối với điện áp lưới m

Ls Chiều dài nh hư ng của LC + LRđối với điện áp bước m

LT Tổng chiều dài nh hư ng của hệ thống nối đất, bao gồm lưới

và cọc

m

Lx Chiều dài lớn nhất của lưới theo phương x m

Ly Chiều dài lớn nhất của lưới theo phương y m

n Hệ số hình học bao gồm na, nb, nc và nd

N Tổng số cọc được dùng trong diện tích A

Sf Hệ số phân dòng sự cố, tính tới dòng hỗ c m đi qua dây chống

sét, không đi qua lưới nối đất

tc Kho ng th i gian tồn t i dòng sự cố dùng xác định kích -cỡ dây

tf Kho ng th i gian tồn t i dòng sự cố dùng xác định Df s

ts Kho ng th i gian tồn t i dòng ngắn m ch dùng xác định dòng

B ngă2.4: Ý nghĩa cùa các thông số được dùng để thiết kế

2.3 Đ ăth căhi năcácăb cătrênătaăc năbi tăđ căcácăthôngăs ăc aăh ăth ngănh :

 Th i gian ngắn m ch (tc)

 Tổng tr tương đương thứ tự thuận, nghịch và không của hệ thống (Z1, Z2, Z0)

 Hệ số phân dòng sự cố (Sf = Ig/3I0)

 Điện áp dây nơi xãy ra sự cố xấu nhất

 Điện tr suất của đất và lớp đá bề mặt (ρ, ρs)

 Bề dày của lớp đá bề mặt (hs)

 Độ chôn sâu của lưới nối đất (h)

 Diện tích khu vực nối đất (A)

 Tổng tr thứ tự thuận, nghịch và không của máy biến áp

Cụ thể các bước trong sơ đồ khối trên được thực hiện như sau:

2.3.1 B că1:ăDi nătíchăl iăvƠăđi nătr ăsu tăc aăđ t

Ta tiến hành xác định diện tích lưới nối đất cần cho tr m biến áp nh vào chiều dài và rộng của lưới, hình d ng của lưới nối đất là hình vuông, hình chữ nhật hay hình chữ L,…Bên c nh đó ta tiến hành xác định điện tr suất của đất t i vị trí thiết kế nối đất cho tr m biến áp Nếu gọi a là chiều dài của lưới và b là chiều rộng

của lưới thì diện tích của lưới là A = a.b (m2

Trong đó:

E là điện áp giữa dây pha và dây trung tính (V)

Rflà điện tr ước lượng của sự cố và thông thư ng gi định bằng không

R1,R2, R0lần lượt là điện tr tương đương thứ tự thuận, nghịch và không của hệ thống (Ω)

X1,X2, X0 lần lượt là điện kháng tương đương thứ tự thuận, nghịch và

0 2 1

X X X

R R R R

r

T K p

t

TCAP

0

0ln

4.197



2.3.3 B că3:ăTiêuăchu năđi năápăti păxúcăvƠăđi năápăb c

Với lớp đá dăm bề mặt có bề dày hs và điện tr suất là ρs Ta có hệ số gi m điện tr suất của lớp bề mặt được tính như sau:

09 , 0 2

1 09 , 0 1

h



(2.6) Trong đó:

hs: là bề dày lớp đá dăm tr i bề mặt (m)

ρs: là điện tr suất của lớp đá dăm (Ω.m)

ρ: là điện tr suất của đất (Ω.m)

Sự an toàn của một ngư i phụ thuộc vào việc ngăn chặn bị điện giật trước khi

sự cố bị lo i hoàn toàn Điện áp lớn nhất khi sự cố không được vượt quá giới h n quy định như sau Ta có điện áp bước giới h n là:

+ Đối với người nặng 50 kg

C

s s step

t

C

E 70 10006. . .0,157

Và điện áp tiếp xúc giới h n là:

+ Đối với người nặng 50 kg

 

C

s s touch

t

C

E 70 10001,5. . .0,157

2.3.4 B că4:ăThi tăk ăbanăđ u

Trong bước này, tùy theo d ng lưới nối đất mà chúng ta có các giá trị khác nhau như:

- Kho ng cách giữa các thanh nối đất (D)

- Số thanh theo chiều dọc và ngang của lưới

- Tổng chiều dài của thanh dẫn nối đất (LC)

- Tổng chiều dài của cọc tiếp đất (LR)

- Tổng chiều dài của hệ thống thanh dẫn và cọc tiếp đất (LT)

- Chu vi của lưới nối đất (LP)

- Độ chôn sâu của lưới (h)

2.3.5 B că5:ăXácăđịnhăđi nătr ăc aăl iăn iăđ t

Ta có công thức tính điện tr nối đất của hệ thống đơn gi n:

L

R

T g

201

11

20

11

Trong đó:

t: là độ chôn sâu của lưới nối đất (m)

ρ: là điện tr suất của đất (Ω.m)

A: là diện tích của lưới nối đất (m2

) Đối với lưới nối đất phức t p bao gồm cọc và thanh tiếp địa thì ta nên sử dụng công thức Schwarz để tính toán điện tr nối đất của hệ thống

12 2

1

2 12 2 1

.2

R R R

R R R

R1: là điện tr của lưới nối đất (Ω)

2ln

L k a

L L

ρ: là điện tr suất của đất (Ω.m)

LC: là tổng chiều dài của thanh dẫn nối đất (m)

a: bằng d.h khi lưới chôn độ sâu h, hoặc bằng d/2 khi lưới chôn độ sâu h = 0 m

k1 và k2: là hệ số tùy thuộc vào hình d ng của lưới

L k d

L L

c R R





(2.14) Trong đó:

L L

r C C

2.3.6 B că6:ăDòngăđi năl iăc căđ i

Ta có hệ số phân dòng được tính như sau:

D

Trong đó:

IG: là dòng t n vào đất lớn nhất (ch y giữa lưới và đất) (A)

I : là dòng điện ch m đất thứ tự không (A)

Df: là hệ số suy gi m ( được tra trong b ng 2.3)

2.3.8 B că8:ăĐi năápăl iăvƠăđi năápăb c

Sử dụng công thức sau để tìm giá trị yếu tố hình học k m:

8ln

4

.8

.2

.16

ln.2

n k

k d

h d

D

h D d h

D k

h ii t t

t

Đối với lưới nối đất có cọc tiếp địa dọc theo chu vi hoặc lưới với các cọc các

góc lưới cũng như trên toàn khu vực lưới thì: k ii 1

Đối với lưới không có cọc tiếp đất hoặc với lưới chỉ có vài cọc tiếp đất không nằm các góc lưới hoặc trên vành chu vi lưới thì:

1

Trong đó:

a n n n n

P

C a

L L n

7 , 0

.

2 2

y x

m d

L L

D n



Với:

D: là kho ng cách giữa các thanh nối đất (m)

LC: là tổng chiều dài của thanh dẫn nối đất (m)

Lx: là chiều dài tối đa của lưới nối đất theo chiều dài (m)

Ly: là chiều dài tối đa của lưới nối đất theo chiều rộng (m)

LT: là tổng chiều dài của hệ thống thanh và cọc tiếp đất (m)

Dm: là kho ng cách tối đa giữa hai điểm bất kỳ trên lưới (m)

dt, dc: là đư ng kính thanh, cọc nối đất (m)

L

k k I

E . . .

Và khi lưới có cọc tiếp đất thì điện áp lưới lúc này sẽ được tính như sau:

R y x

r C

i m G m

L L L

L L

k k I E

22

, 1 55 , 1

.

k

Vậy điện áp Es được tính như sau:

R C

i s G s

L L

k k I E

.85,0 75,0



(2.29)

2.3.9 B că9:ăSoăsánhăđi năápăl iăE m vƠăđi năápăti păxúcăchoăphépăE touch

Nếu điện áp lưới Em tìm được bước 8 nhỏ hơn điện áp Etouch cho phép thì ta tiếp tục thực hiện sáng bước 10 Còn ngược l i nếu như điên áp lưới Em lớn hơn điện áp tiếp xúc cho phép Etouch thì ta thực hiện sang bước 11 để thay đổi thiết kế sơ

bộ ban đầu

2.3.10 B că10:ăSoăsánhăE s vƠăđi n ápăb căchoăphépăE step

Nếu điện áp bước Es tính toán được bước 8 nhỏ hơn điện áp bước cho phép

Estepthì chúng ta đi đến bước 12 là bước thiết kế chi tiết Ngược l i ta ph i thay đổi thiết kế sơ bộ

2.3.11 B că11:ăThayăđ iăthi tăk ăs ăb

Nếu như một trong hai bước 10 và 11 không thỏa mãn thì ta cần thay đổi thiết

kế sơ bộ ban đầu Cụ thể ta có thể thay đổi kho ng cách giữa các thanh dẫn nối đất (D), số cọc có trong lưới (N), chiều dài mỗi cọc (Lr), chiều dài thanh dẫn nối đất để

từ đó tăng giá trị tổng chiều dài thanh dẫn nối đất (LC), tổng chiều dài cọc nối đất (LR), diện tích lưới… Mục đích là để gi m giá trị Em và Estính được

2.3.12 B că12:ăThi tăk ăchiăti tăchoăl i

Khi mà tất c các bước trên đã được tính toán và thỏa mãn thì chúng ta tiến hành thiết kế chi tiết cho lưới nối đất

Ch ngă3

ÁPăD NGăTIểUăCHU NăIEEEăStd.80-2000

THI TăK ăH ăTH NGăN IăĐ TăV IăTR MăBI NăÁP

3.1ăTínhătoánăh ăth ngăn iăđ tăchoăcácăl iăn iăđ tăchu năc aăIEEE

Bài tập: Dữ liệu ban đầu về trạm

- Th i gian ngắn m ch tf = 0.5 s

- Tổng tr tương đương thứ tự thuận của hệ thống Z1 = 4 + j10 Ω (115 kV)

- Tổng tr tương đương thứ tự không của hệ thống Z0 = 10 + j40 Ω (115 kV)

- Điện áp dây nơi x y ra sự cố xấu nhất = 115000 V

- Độ sâu của lưới nối đất h = 0,5 m

3.1.1 Tr ngăh p l iăhìnhăvuôngăkhôngăcóăcọcăn iăđ t

* Bước 1: Ta thiết kế ban đầu vung nôi đât là: 70m x70m = 4900m2

Điện tr riêng của đất  = 400 Ω.m

* Bước 2: Lựa chọn kích thước của thanh dẫn lưới nối đất (conductor size) Xét trong trư ng hợp ngắn m ch 1 pha ch m đất

Dòng thứ tự không

Io =

)XXX(j)RRR(R.3

E

0 2 1 0

2 1

Dòng ngắn m ch trên thanh cái 115kV

3I0 =

)0.400.100.10()0.100.40.4()0.(

3

)3/000,115).(

3(

0 2 1

0 2 1

RRR

XXX

0.400.100.10

Dòng ngắn m ch trên thanh cái 13kV

Ta ph i chuyển đổi tổng tr của hệ thống về điên áp 13kV Do máy biến áp đấu ∆-Y nên thành phần thứ tự không của hệ thống không có nh hư ng khi ngắn

3

)3/000,13).(

3(

0 2 1

0 2 1

RRR

XXX

014.1142.1142.1

r c

f

T K

T K t

TCAP I

0

0ln

4,197

700 245 ln 862 , 5 00378 , 0 5 , 0

85 , 3

4 , 197 814 , 6

Akcmil = 65,9 (Kcmil) = 33,4mm2

dmin = 2

14.3

.4

mm

A = 6,5 mm Nên đư ng kính thanh dẫn dmin = 6,5 mm hay 0,0065 m (Chọn d = 0,01m)

* Bước 3: Tiêu chuẩn về giá trị lớn nhất điện áp tiếp xúc và điện áp bước cho phép (touch and step criteria)

Hệ số hiệu chỉnh làm gi m điện tr suất của lớp đất bề mặt

CS= 1 -

09.02

)1(09.0

Ta lấy ngư i có cân nặng trung bình là 70kg để tính giá trị điện áp cho phép:

Etouch70 = (1000 + 1.5Cs.s)

s

t

157,0

* Bước 4: Thiết kế ban đầu (Hình 3.1)

- Lưới được chôn độ sâu: h = 0.5m

- Đư ng kính thanh nối đất: dt= 0.01m

- Kho ng cách giữa các thanh nối đất : D = 7m

- Tổng chiều dài nối đất của lưới: LT = LC = 2 x 11 x 70 = 1540 m

Hình 3.1: Lưới nối đất hình vuông không có cọc nối đất

* Bước 5: Tính điện tr nối đất

+ Tính điện tr của lưới (chưa có cọc)

Ta có: a d t.h  0,01.0,5 0,0707do lưới được chôn độ sâu h

Do A 70 nên h 0 , 006681531 A nên hệ số k1 và k2 tra được phụ lục

b ng 2.5 lần lượt là:

3551,13958,10407,0

Sử dụng công thức Schwarz để tìm điện tr nối đất của lưới:

L L

1540.2ln1540

Giá trị GPR= 5500 V này lớn hơn Etouch70= 840V, nên ta tiếp tục tính bước 8

* Bước 8: Tính điện áp lưới

Ta có:

Km=



2

8ln

4

.8

.2

.16ln

2 2

n K

K d

h d

D

h D d h

280

1540 2

= 11

Do lưới nối đất hình vuông nên: nb= nc= nd =1

=

11 2)11.2(

1

= 0,57

Kh =

0h

h1 ; ho = 1m

Kh =

0h

h

0 1

5 0

Km=



2

8ln

2247,1

57,001,0.4

5,001,0.7.8

5,0.2701,0.5,0.16

7ln

2 2

Em =

R C

G i m

L L

I K K



.



Em =

01540

1908.272,2.89,0.400

 = 1002,1 V Bươc 9: Điện áp Em=1002,1 V lớn hơn Etouch70 = 840 V nên ta ph i thiết kế l i lưới nối đất

E

0 2 1 0

2 1

Dòng ngắn m ch trên thanh cái 115kV

3I0 =

)401010()1044()0.(

3

)3/000,115).(

3(

0 2 1

RRR

XXX

40 10 10

Dòng ngắn m ch trên thanh cái 13kV

Ta ph i chuyển đổi tổng tr của hệ thống về điên áp 13kV Do máy biến áp đấu ∆-Y nên thành phần thứ tự không của hệ thống không có nh hư ng khi ngắn

3

)3/000,13).(

3(

0 2 1

RRR

XXX

014,1142,1142,1

r c

f

T K

T K t

TCAP I

0

0ln

4,197

1084245

ln862,5.00378,0.5,0

85,3

4,197.814,6

Akcmil = 59,839 (Kcmil) = 30,3mm2

dmin = 2

14.3

.4

mm

A = 6,21 mm Nên đư ng kính thanh dẫn dmin = 6,21 mm hay 0,00621 m (Chọn d = 0,01m)

* Bước 3: Tiêu chuẩn về giá trị lớn nhất điện áp tiếp xúc và điện áp bước cho phép (touch and step criteria)

Hệ số hiệu chỉnh làm gi m điện tr suất của lớp đất bề mặt

CS= 1 -

09.02

)1(09.0

Ta lấy ngư i có cân nặng trung bình là 70kg để tính giá trị điện áp cho phép:

Etouch70 = (1000 + 1.5Cs.s)

s

t

157,0 = 840 V

Estep70 = (1000 + 6Cs.s)

s

t

157,0 = 2696V

* Bước 4: Thiết kế ban đầu

- Lưới được chôn độ sâu: h = 0.5m

- Đư ng kính thanh nối đất: dt= 0.01m

- Kho ng cách giữa các thanh nối đất : D = 5m

- Tổng chiều dài nối đất của lưới: LT = LC = 2 x 15 x 70 = 2100 m

- Diện tích vùng nối đất: A = 4900 m2

* Bước 5: Tính điện tr lưới nối đất

Ta có: a d t.h  0,01.0,5 0,0707do lưới được chôn độ sâu h

Do A 70 nên h0,006681531 A nên hệ số k1 và k2 tra được phụ lục

b ng 2.5 lần lượt là:

3551 , 1 3958 , 1 0407 , 0

Sử dụng công thức Schwarz để tìm điện tr nối đất của lưới:

L L

2100.2ln2100

và IG = Df .Ig Suy ra: IG = Df .Sf.3I0

IG = 1.0,6.3180 = 1908A

* Bước 7: Điện thế lưới nối đất (GPR)

GPR= IG.Rg = 1908.2,79 = 5323,3 V

Giá trị GPR= 5323,3 V này lớn hơn Etouch70= 840V, nên ta tiếp tục tính bước 8

* Bước 8: Tính điện áp lưới

Ta có:

Km=



2

8ln

4

.8

.2

.16ln

2 2

n K

K d

h d

D

h D d h

=

280

2100 2

1

=

15 2)15.2(

1

= 0,6354

Kh =

0h

h

1 ; ho = 1 m

Kh =

0h

h

0.1

5.0

1 

Km =



2

8ln

2247,1

6354,001,0.4

5,001,0.5.8

5,0.2501,0.5,0.16

5ln

2 2



Km = 0,74868

Em = m i G

L L

I K K



.



Em =

2100

1908 864 , 2 74868 , 0 400

= 779,27V Bươc 9: Điện áp Em = 779,27 V nhỏ hơn Etouch70 = 840 V nên sang bươc 10 Bươc 10: Tính điện áp bước ES

Es =

s

G i s

L

I K

K .

Trong đo:

KS =      

)5.01(11

2

1

D h D h



KS =      

)5.01(5

15,05

15,0.2

610,64 V Giá trị ES = 610,64 V < ESep = 2696 V

Vâ ̣y thiêt kê đã hoan thanh

3.1.2 Tr ngăh ̣păl iăhốnhăvuôngăcoăco ̣cătiêpăđơtă

* Bước 1: Ta thiết kế ban đầu vung nôi đât là: (70 x70) m = 4900 m2 Điện tr riêng của đất  = 400 Ω.m (Hình 3.2)

70m

Thanh nối đất Cọc nối đất

Hình 3.2: Lưới nối đất hình vuông không có cọc nối đất

* Bước 2: Lựa chọn kích thước của thanh dẫn lưới nối đất (conductor size) Xét trong trư ng hợp ngắn m ch 1 pha ch m đất

Dòng thứ tự không

Io =

)XXX(j)RRR(R.3

E

0 2 1 0

2 1

Dòng ngắn m ch trên thanh cái 115kV

3I0 =

)0.400.100.10()0.100.40.4()0.(

3

)3/000,115).(

3(

0 2 1

0 2 1

RRR

XXX

0.400.100.10

Ta ph i chuyển đổi tổng tr của hệ thống về điên áp 13kV Do máy biến áp đấu ∆-Y nên thành phần thứ tự không của hệ thống không có nh hư ng khi ngắn

Z0 = 0.034 + j1.014

3I0 =

)014,1142,1142,1()034,0085,0085,0()0.(

3

)3/000,13).(

3(

0 2 1

0 2 1

RRR

XXX

014,1142,1142,1

r c

f

T K

T K t

TCAP I

0

0ln

4,197

700 245 ln 862 , 5 00378 , 0 5 , 0

85 , 3

4 , 197 814 , 6

Akcmil = 65,9 (Kcmil) = 33,4mm2

dmin = 2

14 3

4

mm

A = 6,5 mm Nên đư ng kính dây dẫn dmin = 6,5 mm hay 0,0065 m (Chọn d = 0,01m)

* Bước 3: Tiêu chuẩn về giá trị lớn nhất điện áp tiếp xúc và điện áp bước cho phép (touch and step criteria)

Hệ số hiệu chỉnh làm gi m điện tr suất của lớp đất bề mặt

CS = 1 -

09.02

)1(09.0

Ta lấy ngư i có cân nặng trung bình là 70kg để tính giá trị điện áp cho phép:

Etouch70 = (1000 + 1.5Cs.s)

st

157.0 = 840V

Estep70 = (1000 + 6Cs.s)

st

157.0 = 2696 V