TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM TẤN HƯNG NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ CÓ TÍNH ĐẾN HÓA CHẤT CẢI TẠO ĐẤT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM TẤN HƯNG
NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ CÓ TÍNH ĐẾN HÓA CHẤT
CẢI TẠO ĐẤT
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG
Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2015
Trang 2LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 2 năm 2015
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Trang 3HVTH: Phạm Tấn Hưng iii GVHD: PGS.TS: Hồ Văn Nhật Chương
LỜI CẢM ƠN
Trước hết xin chân thành kính trọng và biết ơn sâu sắc quý Thầy, Cô giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, Đại học Bách khoa Tp
Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong toàn khóa học
Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Hồ Văn Nhật Chương,
người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp và giúp em hoàn thành luận văn đúng thời hạn
Xin chân thành cảm ơn gia đình đã luôn ở bên em ủng hộ, động viên cho em trong quá trình thực hiện luận văn
Ngoài ra tôi cũng xin cảm ơn bạn: Nguyễn Xuân Huy, Nguyễn Thế Huy, Trần Hoài Đẳng, Sơn Ngọc Minh và các anh chị học viên cùng khóa cao học 2013 –
2015 đã động viên, khuyến khích và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học và thực hiện luận văn này
Với thời gian có hạn, việc thực hiện luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến quý báu của quý Thầy,
Cô và các bạn để đề tài luận văn này hoàn thiện hơn
Xin chân thành cảm ơn!
Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2015
Người thực hiện
Phạm Tấn Hưng
Trang 4TÓM TẮT
Vấn về tính toán điện trở nối đất trong hệ thống điện là đề tài đã được nghiên cứu từ rất lâu, nhưng đến nay vẫn còn rất quan trọng Các nhà khoa học vẫn không ngừng nghiên cứu với mục đích đảm bảo an toàn cho con người, thiết bị tiêu thụ cũng như đảm bảo tính làm việc ổn định cho một hệ thống điện Đặc biệt khi có chất cải tạo đất (GEM) “Ground Enhancing Material, is a superior conductive material that improves grounding effectiveness, especially in areas of poor conductivity” được đưa vào ứng dụng thì việc nghiên cứu thật sự hấp dẫn hơn
Hiện nay dựa theo những mục đích của nối đất mà ta có những giá trị điện trở nối đất yêu cầu là khác nhau Nối đất được chia thành ba loại như sau:
+ Nối đất chống sét
+ Nối đất làm việc
+ Nối đất an toàn
Luận văn này tiếp tục nghiên cứu tính toán điện trở nối đất theo tiêu chuẩn IEEE Std.80- 2000 Viết chương trình tính toán, thực nghiệm mô hình lưới nối đất khi không có và có sử dụng GEM
So sánh kết quả, xác định hệ số sử dụng khi có sử dụng và không sử dụng GEM
Nội dung của luận văn được chia thành 7 chương:
Chương 1: Tổng quan về nối đất
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Áp dụng tiêu chuẩn IEEE Std.80- 2000 thiết kế hệ thống nối đất cho Trạm biến áp
Chương 4: Công thức tính điện trở nối đất khi có hóa chất
Chương 5: Công thức tính toán và phương pháp đo điện trở đất, suất
Chương 6: Thực nghiệm lưới nối đất
Chương 7: Kết luận và hướng phát triển của đề tài
Trang 5HVTH: Phạm Tấn Hưng v GVHD: PGS.TS: Hồ Văn Nhật Chương
ABSTRACT
Grounding resistance calculation in power systems is the subject that has been studied for a long time, but today it is still important Scientists have been studying this topic unceasingly in order to ensure the safety for electricity users, devices, and the stability of the power system Specially, when the GEM (Grounding Enhancing Material is a superior conductive material that improves grounding effectiveness, especially in areas of poor conductivity”) is put into application, the research is really attractive Currently, based on the purpose of the grounding, there are different earthing resistance values required
Grounding is divided into different types as follow:
+ Lightning grounding
+ Telecom grounding
+ Protective grounding
This thesis is continuously focused on the calculation of grounding resistance reduction with the IEEE Std-2000 criterion The thesis focuses on writing
a calculation program, and carrying out the empirical study for grounding grid with and without the use of GEM Then, the research results will be compared, which helps to make a decision when GEMs should be used and when they should not be used The thesis is divided into seven chapters as follow
• Chapter 1: Overview
• Chapter 2: Theoretical background
• Chapter 3: The Application of the IEEE Std-2000 criterion in designing the gounding system for the transformer station
• Chapter 4: The empirical formula forCalculation of the Grounding Resistance
• Chapter 5: The empirical formula and the methods for earthing resistance and soil resistivity
• Chapter 6: The experiment model for the grounding sytem
• Chapter 7: Conclusions and Recommendations for further research
Trang 6MỤC LỤC
Chương 1 TỔNG QUAN 1
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 1
1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu: 1
1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố: 2
1.1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước: 2
1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước: 3
1.2 Mục đích của đề tài 3
1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 3
1.4 Phương pháp nghiên cứu 4
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5
2.1 Khái niệm chung: 5
2.1.1 Cọc nối đất chính và phụ 6
2.1.2 Hình dạng cơ bản của lưới nối đất 6
2.1.3 Sự kết nối vào lưới 6
2.1.4 Lựa chọn dây cọc nối đất và kết nối 7
2.1.4.1 Những yêu cầu cơ bản 7
2.1.4.2 Lựa chọn tiết diện dây nối đất 7
2.1.5 Lựa chọn kết nối 10
2.1.6 Xác định dòng lớn nhất chạy vào lưới 10
2.2 Thiết kế hệ thống nối đất 11
2.2.1 Lưu đồ giải 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 bước trên ta cần biết được các thông số của hệ thống như: 15
Trang 7HVTH: Phạm Tấn Hưng vii GVHD: PGS.TS: Hồ Văn Nhật Chương
2.3.1 Bước 1: Diện tích lưới và điện trở suất của đất 15
2.3.2 Bước 2: Kích cỡ dây dẫn nối đất 15
2.3.3 Bước 3: Tiêu chuẩn điện áp tiếp xúc và điện áp bước 16
2.3.4 Bước 4: Thiết kế ban đầu 17
2.3.5 Bước 5: Xác định điện trở của lưới nối đất 17
2.3.6 Bước 6: Dòng điện lưới cực đại 18
2.3.7 Bước 7: Tính GPR 19
2.3.8 Bước 8: Điện áp lưới và điện áp bước 19
2.3.9 Bước 9: So sánh điện áp lưới Em và điện áp tiếp xúc cho phép Etouch 20
2.3.10 Bước 10: So sánh Es và điện áp bước cho phép Estep 21
2.3.11 Bước 11: Thay đổi thiết kế sơ bộ 21
2.3.12 Bước 12: Thiết kế chi tiết cho lưới 21
Chương 3 ÁP DỤNG TIÊU CHUẨN IEEE Std.80-2000 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT VỚI TRẠM BIẾN ÁP 22
3.1 Tính toán hệ thống nối đất cho các lưới nối đất chuẩn của IEEE 22
3.1.1 Trường hợp lưới hình vuông không có cọc nối đất 22
3.1.2 Trường hợp lưới hình vuông có cọc tiếp đất 30
3.1.3 Trường hợp lưới hình chữ nhật có cọc tiếp đất 36
3.1.4 Trường hợp lưới hình L có cọc tiếp đất 39
Chương 4 CÔNG THỨC TÍNH ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT KHI CÓ HÓA CHẤT 43 4.1 Các biện pháp cải tạo đất: 43
4.2 Điện trở nối đất của cọc thẳng đứng: 44
4.2.1 Hố khoan có dạng hình trụ tròn thẳng đứng 44
4.2.2 Giá trị điện trở của cọc thẳng đứng hình trụ tròn tương đương 47
4.2.3 Hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật thẳng đứng 49
4.3 Hố khoan có dạng hình trụ tròn nằm ngang: 50
4.3.1 Giá trị điện trở tương đương của thanh dẫn nằm ngang hình trụ tròn 52
4.4 Hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật nằm ngang 53
4.5 Phần mềm tính toán nối đất : 54
Trang 84.6.1 Thông số trạm: 56
4.6.2 Thiết kế lưới nốt đất dạng hình vuông 55
4.6.2.1 Lưới nối đất hình vuông không cọc (Không và có GEM) 56
4.6.2.2 Lưới nối đất hình vuông có cọc (Không GEM và có GEM) 57
4.6.3 Thiết kế lưới nốt đất dạng hình chữ nhật 58
4.6.3.1 Lưới nối đất hình chữ nhật không cọc (Không và có GEM) 58
4.6.3.2 Lưới hình chữ nhật có cọc (Không GEM và có GEM) 59
4.6.4 Thiết kế lưới nốt đất dạng hình chữ L 59
4.6.4 1 Lưới hình chữ L không cọc (Không và có GEM) 59
4.6.4.2 Lưới hình chữ L có cọc (Không GEM và có GEM) 60
Chương 5 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TRỞ ĐẤT, SUẤT VÀ CÔNG THỨC TÍNH TOÁN 62
5.1 Khái niệm về điện trở suất của đất 62
5.2 Phương pháp đo điện trở suất của đất 64
5.2.1 Thăm dò theo mạch Wenner 65
5.2.2 Thăm dò theo mạch Schlumberger 66
5.3 Chọn vị trí đo điện trở suất của đất 68
5.4 Đo điện trở tiếp đất 68
5.4.1 Cấu tạo máy đo điện trở tiếp đất 68
5.4.2 Mô tả cách bố trí đo: 69
5.4.3 Ảnh hưởng của bố trí điện cực phụ P2 và C2 đến kết quả đo 70
5.4.4 Ảnh hưởng của việc bố trí điện cực không đảm bảo khoảng cách từ điện cực áp C2, dòng P2 đến tổ tiếp đất 71
5.4.5 Các bước đo điện trở đất bằng máy đo:(MODEL 4105A) 72
5.5 Tính toán điện trở nối đất trong hệ thống điện 72
5.5.1 Điện trở tản xoay chiều tần số công nghiệp của các dạng nối đất đơn giản: 72
5.5.1.1 Cọc nối đất 72
5.5.1.2 Thanh nối đất: 74
Trang 9HVTH: Phạm Tấn Hưng ix GVHD: PGS.TS: Hồ Văn Nhật Chương
5.5.1.3 Điện trở nối đất của các dạng thanh đặc biệt 76
5.5.1.4 Điện trở nối đất của hệ phức hợp thanh – cọc 78
Chương 6 THỰC NGHIỆM LƯỚI TIẾP ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 80
6.1 Sơ đồ thực nghiệm lưới hình vuông không ó lớp GEM 80
6.1.1 Lưới hình vuông có chiều dài cạnh (a=b) = 1m, h= 0,8m, d= 0,01m 80
6.1.2 Lưới hình vuông có chiều dài cạnh (a=b) = 2m, h= 0,8m, d= 0,01m 80
6.1.3 Lưới hình vuông có chiều dài cạnh (a=b) = 2m, D= 1m, h = 0,8m, d =0,01m 80 6.2 Sơ đồ thực nghiệm lưới hình vuông có lớp GEM, d= 0,01m 81
6.2.1 Lưới hình vuông có chiều dài cạnh (a=b) = 1m, h= 0,8m, C = 0,05m 81
6.2.2 Lưới hình vuông có chiều dài cạnh (a = b) = 2m, h= 0,8m, C = 0,05m, d=0,01m 81
6.2.3 Lưới hình vuông có chiều dài cạnh (a=b) = 2m, h= 0,8m, C= 0,05m, D=1m 82 6.3 Kết quả thực nghiệm: 82
6.3.1 Đo điện trở nối đất với lưới hình vuông không có GEM: 82
6.3.2 Đo điện trở nối đất với lưới hình vuông có GEM: 85
6.4 So sánh kết quả đo điện trở đất hệ thống khi có GEM và không có GEM: 88
6.5 So sánh hệ số sử dụng của điện cực thẳng đứng nối đất 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 ảnh thực nghiệm và kết quả đo cọc thẳng đứng lưới hình có lớp GEM 89
6.6.1 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 1m, Khoảng cách: a = 0.5; C = 0,05m 89
6.6.2 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 1m, Khoảng cách: a = 1m; C = 0,05m 90
6.6.3 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 1m, Khoảng cách: a = 2m; C =0,05m 91
6.6.4 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 1m, Khoảng cách: a = 3m; C =0,05m 91
6.6.5 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 2m, Khoảng cách: a = 1m; C =0,05m 91
6.6.6 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 2m, Khoảng cách: a = 2m; C =0,05 92
6.6.7 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc= 2m, Khoảng cách: a = 4m; C =0,05m 92
6.6.8 Số cọc n = 2; Chiều dài thanh Lc = 2m, Khoảng cách: a = 6m; C =0,05m 93
Trang 106.7.1 Sơ đồ thực nghiệm nối đất hình tia không có GEM: 94
6.7.1.1 Trường hợp:Lt = 1m; h= 0,5m: 94
6.7.1.2 Trường hợp:Lt = 2m; h = 0,5m: 95
6.7.2 Sơ đồ thực nghiệm nối đất hình tia có GEM 96
6.7.2.1 Trường hợp:Lt = 1m; h = 0,5m; C= 0,05m: 96
6.7.2.2 Trường hợp:Lt = 2m; h = 0,5m; C = 0,05m: 97
Chương 7 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 99
7.1 Các kết quả đạt được của đề tài: 99
7.2 Hướng phát triển của đề tài: 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO 100
PHỤ LỤC 102
1 CHƯƠNG TRÌNH CODE TÍNH TOÁN PHỤC VỤ LUẬN VĂN 102
- Chương trình cho trường hợp lưới hình vuông: Có cọc 102
2 PHỤ LỤC BẢNG 108
Trang 11HVTH: Phạm Tấn Hưng xi GVHD: PGS.TS: Hồ Văn Nhật Chương
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Trình tự tính toán nối đất Trạm biến ápAC theo tiêu chuẩn IEEE
Std.80-2000 12
Hình 3.1: Lưới nối đất hình vuông không có cọc nối đất 24
Hình 3.2: Lưới nối đất hình vuông không có cọc nối đất 31
Hình 3.3: Lưới nối đất hình chữ nhật có cọc nối đất 36
Hình 3.4: Lưới nối đất hình chữ L có cọc nối đất 40
Hình 4.1: Nối đất thẳng đứng với hố khoan hình trụ tròn có lớp GEM 45
Hình 4.2: Cọc đất và ảnh của nó 48
Hình 4.3: Cọc nối đất tương đương 49
Hình 4.4: Nối đất thẳng đứng với hố khoan hình chữ nhật có lớp GEM 50
Hình 4.5: Nối đất nằm ngang với hố khoan hình trụ tròn có lớp GEM 50
Hình 4.6: Thanh nối đất tương đương 53
Hình 4.7: Nối đất nằm ngang với hố khoan hình chữ nhật có lớp GEM 53
Hình 4.8: Phần mềm tính toán thông số lưới nối đất 55
Hình 4.9: Kết quả tính toán thông số lưới bằng phần mềm nối đất 55
Hình 5.1: Sơ đồ đo theo phương pháp Wenner 65
Hình 5.2: Sơ đồ đo theo phương pháp Schlumberger 66
Hình 5.3: Hướng đo điện trở suất 68
Hình 5.4: Cấu tạo của máy đo điện trở tiếp đất 69
Hình 5.5: Nguyên lý bố trí đo điện trở tiếp đất bằng phương pháp điểm rơi điện áp 62% 69
Hình 5.6: Sự ảnh hưởng của kết quả 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
Trang 12Hình 5.11:Thanh tiếp đất 75
Hình 5.12: Thanh tiếp đất hình xuyến 75
Hình 5.13: Các dạng thanh tiếp đất đặc biệt 78
Hình 5.14: Hệ tiếp đất phức hợp thanh – cọc 78
Hình 6.1: Lưới hình vuông chưa có GEM cạnh dài 1m 80
Hình 6.2: Lưới hình vuông chưa có GEM cạnh dài 2m 80
Hình 6.3: Lưới hình vuông chưa có GEM cạnh dài 2m, D=1m 81
Hình 6.4: Lưới hình vuông có GEM cạnh dài 1m 81
Hình 6.5: Lưới hình vuông có GEM cạnh dài 2m 81
Hình 6.6: Lưới hình vuông có GEM cạnh dài 2m, D=1m 82
Trang 13HVTH: Phạm Tấn Hưng xiii GVHD: PGS.TS: Hồ Văn Nhật Chương
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Các thông số của một số kim loại 8
Bảng 2.2:Các thông số của một số kim loại 9
Bảng 2.3: Giá trị của Df theo tf và X/R 11
Bảng 2.4: Ý nghĩa cùa các thông số được dùng để thiết kế 14
Bảng 4.1: Kết quả tính toán lưới nối đất hình vuông không cọc 56
Bảng 4.2: Kết quả tính toán lưới nối đất hình vuông có cọc 57
Bảng 4.3: Kết quả tính toán lưới nối đất hình chữ nhật không cọc 58
Bảng 4.4: Kết quả tính toán lưới nối đất hình chữ nhật có cọc 59
Bảng 4.5: Kết quả tính toán lưới nối đất hình chữ L không cọc 60
Bảng 4.6: Kết quả tính toán lưới nối đất hình chữ L có cọc 61
Bảng 5.1: Hệ số mùa 64
Bảng 5.2: Khoảng cách kiến nghị giữa các điện cực khi đo mạch Wenner 64
Bảng 5.3: Khoảng cách qui định khi đo mạch Cchlumberge 68
Bảng 6.1: So sánh kết quả đo điện trở đất hệ thống khi có và không có GEM 88
Bảng 6.2: Hệ số sử dụng của cọc khi không có GEM trong luận văn [3] 89
Bảng 6.3: Hệ số sử dụng của cọc khi có GEM 93
Bảng 6.4: So sánh hệ số sử dụng của cọc khi có GEM và không có GEM 94
Bảng 6.5: Hệ số sử dụng của 3 tia khi không có GEM 96
Bảng 6.6: Hệ số sử dụng của 3 tia khi có GEM 97
Bảng 6.7: So sánh hệ số sử dụng của cọc khi có GEM và không có GEM 98