Dòng điện sẽ chạy qua vỏ thiết bị theo dây dẫn nối đất xuống các điện cực và tản vào trong đất.. Trong nối đất nhân tạo : Trang bị nối đất bao gồm các điện cực và dây dẫn nối đất.. 3/.
Trang 1-CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ AN TOÀN CHO TÒA
NHÀ I/ ĐẶT VẤN ĐỀ :
Một trong những biện pháp an toàn có hiệu quả và tương đối đơn giản là thực hiện việc nối đất cho các thiết bị điện Khi cách điện của thiết bị điện
bị chọc thủng, vì nguyên nhân nào đó người công
nhân đang vận hành không thực hiện đúng các nguyên tắc an toàn thì sẽ là nguyên nhân gây ra các tai nạn về điện, ảnh hưởng đến sinh mạng của con người
Hoặc khi sét đánh trực tiếp hay gián tiếp lên hệ thống điện không những làm hư hỏng các thiết bị điện mà còn gây nguy hiểm cho người vận hành Vì vậy, khi có trang bị nối đất, nếu dòng điện ngắn mạch xuất hiện
do cách điện của thiết bị điện nối vỏ bị hư hỏng
Dòng điện sẽ chạy qua vỏ thiết bị theo dây dẫn nối đất xuống các điện cực và tản vào trong đất
Trong nối đất tự nhiên : ta sử dụng các kết cấu kim lọai có sẳng nằm chôn sâu trong đất Đó có thể là ống dẫn nước bằng kim lọai, vỏ bọc kim lọai của cáp, kết cấu kim lọai của các công trình, nhà ở,
… có liên hệ trực tiếp với đất Khi thiết kế nối đất ta cần phải chú ý tận dụng loại nối đất tự nhiên Nếu điện trở nối đất không đạt yêu cầu thì mới tiến hành nối đất nhân tạo
Trong nối đất nhân tạo : Trang bị nối đất bao gồm các điện cực và dây dẫn nối đất Các điện cực có thể là thanh kim loại chôn thẳng đứng hay nằm
ngang ở độ sâu nhất định dưới mặt đất Để chống ăn mòn kim lọai, người ta thường sử dụng các lọai thép ống, thép góc, thép thanh dẹp có chiều dày không nhỏ hơn 4 mm Các dây nối đất dùng để nối liên kết giữa bộ phận cầu nối đất với các điện cực nối đất
Điện trở nối đất của trang bị nối đất không được lớn hơn trị số đã được qui định cho quy phạm an toàn (được rút ra theo tính toán kinh nghiệm) là càng
Trang 2nhỏ thì càng an toàn cho người sử dụng Đối với hệ thống lưới điện áp lớn hơn 1000V qui định chung cho
điện trở nối đất không vượt quá 4 Ω
Việc xác định điện trở nối đất thường dựa vào điện trở suất của đất, hình dạng, kích thước điện cực và độ chôn sâu trong đất
Trang 3II / TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT TÒA NHÀ:
A PHẦN LÝ THUYẾT:
1/.Giới thiệu sơ về các yếu tố cấu thành mạng nối đất.:
+ Điện cực nối đất:là vật dẫn hay nhĩm vật dẫn điện được tiếp xúc với nhau và liên kết với đất
+ Đất:phần dẫn điện của đất luơn cĩ điện áp qui ước là bằng 0 tại bất kỳ điểm nào
+ Các điện cực nối đất độc lập :các điện cực nối đất đặt cách nhau một khoảng mà dịng điện cực đại đi qua nĩ sẽ khơng ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của các điện cực khác Điện trở của nối đất bằng điện trở tiếp xúc xúc của điện cực với đất
+ Dây nối đất: dây bảo vệ nối đất cĩ đầu nối với lưới điện cần bảo vệ
2/.Các bộ phận cần nối đất.
a).Các đường ống :
+ Ống dẫn
+ Cáp cách điện giấy vỏ chì,bọc giáp…
+ Cáp bọc kim loại cách điện
b).Các thiết bị đĩng cắt:
+ Phần cĩ thể tháo rời
c).Thiết bị:
Tất cả các thiết bị sử dụng điện cĩ vỏ kim loại cách điện như: đèn, quạt, máy điều hồ, ổ cắm…
d).Các phần tử khơng điện:
+ Kết cấu kim loại đặt cáp
+ Vật thể kim loại khu vực cĩ điện đi qua
3/.Các sơ đồ nối đất thường được áp dụng:
a).Sơ đồ TT:
Trung tính của máy biến áp nối đất trực tiếp,vỏ thiết bị sẽ được nối đất bằng dây nối đất
b).Sơ đồ TN:
Nguồn được nối như sơ đồ TT, trong mạng cả vỏ kim loại và các vật dẫn
tự nhiên của lưới điện sẽ được nối với dây trung tính
Trang 4c).Sơ đồ TN-C:
Dây trung tính bảo vệ gọi là PEN.Sơ đồ này không được phép sử dụng cho các dây tiết diện nhỏ hơn 10 mm2.Sơ đồ này đòi hỏi một sự đẳng áp hiệu quả trong lưới với nhiều điểm nối đất lặp lại
d).Sơ đồ TN-S:
Dây bảo vệ và dây trung tính riêng biệt Đối với cáp có vở bọc chì dây bảo
vệ thường là vỏ chì.Sơ đồ TN-S là bắt buộc đối với mạch có dây tiết diện nhỏ hơn 10mm2
e).Sơ đồ TN-C-S:
Sơ đồ TN-C và TN-S có thể được sử dụng trong cùng một lưới Trong sơ
đồ TN-C-S thì sơ đồ TN-C không bao giờ được sử đụng sau sơ đồ TN-S Điểm phân dây PE tách khỏi dây PEN thường là điểm đầu của lưới
f).Sơ đồ IT:
Điểm trung tính của máy biến áp được nối cách ly với đất hoặc nối đất qua điện trở và bộ hạn chế quá áp.Vỏ thiết bị và vật dẫn tự nhiên của toà nhà sẽ được nối tới điện cực nối đất riêng
4/ Các tiêu chuẩn để lựa chọn một sơ đồ nối đất.
Tiêu chuẩn 1:
Không có một sơ đồ nối đất nào là đa dụng cả Khi lựa chọn sơ đồ nối đất cần phân tích các trường hợp riêng biệt và sự lựa chọn cuối cùng dựa vào các ràng buộc
Sự lựa chon tốt nhất thường bao gồm nhiều sơ đồ nối đất khác nhau cho các thành phần khác nhau của lưới
Tiêu chuẩn 2:
Sơ đồ được chọn cần thoả mãn các yếu tố:
+ Chống điện giật
+ Chống hoả hoạn
+ Cung cấp điện liên tục
+ Bảo vệ chống quá áp
+ Bảo vệ chống nhiễu từ
Tiêu chuẩn 3:
So sánh các sơ đồ theo yêu cầu cụ thể để chọn ra sơ đồ tối ưu nhất
Tiêu chuẩn 4:
Về mặt quá áp và chống nhiễu,các sơ đồ TT,IT ,và TN-S là như nhau nếu chúng được lắp đúng
Tiêu chuẩn 5:
Khi so sánh kinh tế thì tất cả mọi chi phí đều được tính đến
+ Thiết kế
+ Bảo trì
+ Mở rộng hoặc cải tạo
Trang 5+ Tổn thất trong sản xuất.
5/.Các phương án tính toán trang bị nối đất.
a) Cách thực hiện nối đất (có 2 loại).
_ Cách nối đất tự nhiên:là sử dụng các ống dẫn nước hay các ống bằng
kim loại khác đặt trong đất, tận dụng các vật liệu có sẵn
_ Nối đất nhân tạo: được thực hiện bằng cọc thép,thanh thép dẹt hình chữ
nhật hay hình thép góc dài từ 2 đến 3 mét đóng sâu xuống đất sao cho đầu trên của chúng cách mặt đất một khoảng từ 0,5 đến 0,7 mét (sách NXP)
b) Cách lắp đặt(có 3 cách).
Cách 1: điện cực dùng dây dẫn tạo nên mạch vòng bên dưới tào nhà.
Theo cách này điện cực cần chọn dọc theo chu vi hố đào của nền móng.Cần để dây trần tiếp xúc trực tiếp với đất Ít nhất cần có 4 dây dẫn thẳng nối lên từ điện cực để nối kết lưới điện và những nơi cần thiết.Cọc của kết cấu bê tông phải kết nối với điện cực.Dây dẫn sẽ tạo nên điện cực nối đẩt nhất là khi chúng được chôn sâu (0,5 đến 1 mét) dưới phần móng bê tông
Theo qui định mọi liên kết lên từ cực nối đất đến phần trên mặt đất cần bọc cách điện với điện áp từ 600V đến 1000V
Dây có thể là:
_Dây đồng trần hoặc nhiều sợi với tiết diện lớn hơn 25mm2
_Thép không gỉ hoặc nhiều sợi với tiết diện lớn hơn 35mm2
_Thép mạ
Đồng là vật liệu đắt nhất nhưng lại có tính chống ăn mòn cao nhất,và không nên
sử dụng nhiều vật liệu khác nhau trong cùng chỗ vì chúng bị ăn mòn trong đất ẩm Điện trở gần đúng của cực nối đất trong trường hợp này là:
R=
L
ρ
2
(Ω) theo sách IEC.
Trong đó:
_ L:chiều dài dây dẫn
_ρ:điện trở suất của đất.
Cách 2:dùng cọc nối đất
Cọc nối đất thẳng đứng thường được dùng cho các toà nhà hiện hữu hoặc khi cần đóng sâu xuống trong điều kịên cải thiện điện trở nối đất
Cọc có thể là:
_Đồng hoặc đồng mạ thép:dài từ 1÷2 mét có đầu nhọn để đóng xuống đất. _Ống thép mạ đường kính ≥25mm hoặc cọc có đường kính ≥15mm
Khoảng cách giữa các cọc lớn hơn chiều dài của cọc từ 2÷3 lần.
Điên trở tổng nối đất theo phương pháp này sẽ bằng điện trở của một cọc chia cho tổng số cọc.Ta có:
R=
L n.
ρ (Ω).tra sách IEC trang F67.
Trang 6_L: là chiều dài cọc (m)
_ρ: là điện trở suất của đất (Ω.m).
_n:là số cọc
Bảng hình chữ nhật cĩ chiều dài ≥0,5 mét, đựơc chơn theo phương thẳng đứng sao cho tâm của bản cách mặt đất ít nhất là 1 mét
Bản cĩ thể là:
_Đồng dày 2mm
_Thép mạ dày 3mm
Điện trở tổng của nối đất theo phương pháp này là:
R=
L
ρ
8 , 0
(Ω) tra sách IEC trang F68.
Trong đĩ:
_ρ:điện trở suất của đất.
_L:chu vi bản
B PHẦN TÍNH TOÁN:
1 Tính toán nối đất tòa nhà :
Tòa nhà sử dụng điện áp 10/0,4 KV các
thiết bị sử dụng điện nhiều, do đó theo qui định an toàn về điện , điện trở nối đất mọi thời điểm trong năm không vượt quá 4 Ω., ( Rnđ < 4 Ω )
Loại đất nơi tòa nhà là loại đất sét khô mềm , tra bảng qui định trang 384 sách cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú Hoặc bảng F47 trang F69sách IEC, ta chọn :
) ( 50 ) (
10
5
,
0 x 4 cm m
Chọn hệ số điều chỉnh tăng cao điện trở suất theo mùa mưa ;( Tra bảng 10-1 trang 384 sách cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú ), ta chọn :
Kng =3 đối với thanh nằm ngang
Kđ =2 đối với cọc thẳng đứng
Ta chọn sơ bộ 12 cọc điện cực thẳng đứng , dùng thép góc L=60×60×6mm chiều dài l= 2.5m
Các điện cực được đóngsâu vào trong lòng đất cách mặt đất một khoảng 0,8m và cách nhau một khoảng a=5m Các điện cực ngang được nối với các điện cực đứng tạo thành một mạch vòng cách mặt đất 0.8m
Điện trở nối đất của một cọc thẳng đứng được cho bởi công thức :
) 4
4 lg 2
1 2 (lg 366
, 0 1
l t
l t x d
l x x l
−
+ +
Trang 7Với :
l=2,5m : chiều dài của điện cực
ρtt = ρd.Kd
ρd =0,5x104 (Ω.cm) = 50(Ω.m)
d = 0,95.b
b = 60(mm) =0,06(m) : chiều rộng của thanh
thép góc
t = 0.8+
2
5 , 2
=2,05 : độ sâu từ mặt đất đến giữa cọc thẳng đứng
5 , 2 05 , 2 4
5 , 2 05 , 2 4 lg 2
1 06 , 0 95 , 0
5 , 2 2 (lg 2 50 5 , 2
366 , 0
−
+ +
=
x
x x x
x x
x x
R coc
Điện trở khuếch tán của 12 cọc thẳng đứng:
d
coc
tdcoc
n
R
R
η
1
=
Vì các điện cực chôn thành mạch vòng và cách nhau 5m nên tỉ số =2
l
a
(Tra bảng 10-3 trang 387 sách Cung Cấp Điện của Nguyễn Xuân Phú ) ta có:
Số cọc chôn
Khi đặt các cọc theo chu vi mạch
vòng
d
η ηng
10 12 20
0,69 X?
0,64
0,4 Y?
0,32 Bằng phương pháp nội suy ra ta tính được như sau:
68 , 0 69
, 0
64
,
0
10
12
12
−
−
=
−
−
d
X X
384 , 0 4
, 0
32
,
0
10
12
12
−
−
=
−
−
ng
Y Y
Y
η
Trang 8Vậy 3,73( )
68 , 0 12
446 , 30
=
x n
R R
d
coc
Chọn 12 thanh điện cực ngang bằng thép dẹp L=50× 5mm2 có chiều dài 5m
Điện trở khuếch tán của một thanh nằm ngang chưa xét đến ảnh hưởng của màn che :
t b
L L
2 lg 366 ,
1 = ρ Với:
ρtt =ρd.Kng
L=5x16=60m : tổng chiều dài các thanh ngang
b= 0,05 m :chiều rộng của thanh ngang
t= 0,8m :vì đây là thanh thép dẹp nên chọn
chiều sâu là 0,8
8 , 0 05 , 0
60 2 lg 3 50 60
366 , 0
2 lg 366
,
x
x x x x t
b
L x x L
Điện trở khuếch tán của 12 thanh ngang nối giữa các điện cực thẳng đứng có xét đến ảnh hưởng của màn che
ng
ng ng
R R
η
1
=
Với n=12 cọc và 2
5 , 2
5
=
=
l
a
(Tra bảng 10-3 trang 387 sách Cung Cấp Điện của Nguyễn Xuân Phú ), ta có ηng =0,384
384 , 0
8 , 4
1 = = Ω
=
ng
ng ng
n
R R
η Điện trở nối đất của trang bị nối đất nhân tạo :
) ( 87 , 2 5 , 12 73 , 3
5 , 12 73 , 3
Ω
= +
= +
R R
R x R
R
ng tdcoc
ng tdcoc
ndNT
Như vậy: RndNT = 2,87(Ω)<Rndcp=4(Ω)
Vậy số lượng cọc đã chọn như trên là phù hợp gồm
12 thanh điện cực thẳng đứng đóng sâu trong lòng đất cách mặt đất 0,8m thành mạch vòng ,và 12 thanh điện cực ngang dài 5m được nối với các thanh điện cực thắng và chôn cách mặt đất 0,8m
Trang 9SƠ ĐỒ NỐI ĐẤT TÒA NHÀ
Điện cực thẳng đứng :
Chọn thép góc L:60 × 60 × 6mm ; l = 2,5 (m)
Mặt đất
Thanh thép
t
l
d
Điện cực ngang :
Chọn loại thép L 50 ×.5 mm ; l = 5(m) ; chôn ở độ sâu 0,8(m)
Mặt đất
t b
l
Trang 10
Kết luận : Như vậy số lượng 12 cọc đã chôn sơ bộ
ở trên thỏa mản điều kiện nối đất cho phép
BẢNG TÓM TẮT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT TÒA
NHÀ
12 cọc thẳng
12 cọc thẳng