Nghiên cứu phân bố thế trong hệ thống nối đất

Chương này giới thiệu các quy định, tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống nối đất trong hệ thống điện; giới thiệu các phương pháp xác định điện trở suất của đất, tổng trở của đất; giới thiệu

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN DU TRÌNH

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ THẾ TRONG HỆ THỐNG

NỐI ĐẤT (RESEARCH OF POTENTIAL DISTRIBUTION ON

Trang 2

ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Nhật Nam

Cán bộ chấm nhận xét 1: ………

Cán bộ chấm nhận xét 2: ………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày tháng …… năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Trang 3

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: TRẦN DU TRÌNH MSHV: 1770575

Ngày, tháng, năm sinh: 11/09/1980 Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 60520202

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ THẾ TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT (Research of potential distribution on grounding systems)

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nghiên cứu phân bố thế của hệ thống nối đất trạm biến áp trung gian, hệ thống nối đất của trạm biến áp phân phối và hệ thống nối đất lưới trung thế

22kV, đề xuất các giải pháp xử lý đối với các hệ thống đất chưa đạt yêu cầu

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 08/4/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/8/2019

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Nhật Nam

Trang 4

dành nhiều thời gian quý báu hướng dẫn em một cách tận tình và khoa học

để em hoàn thành tốt luận văn này Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Công ty Lưới Điện cao thế Thành phố Hồ Chí Minh, Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng điện 2, Công ty Điện lực Củ Chi, Công ty TNHH Thiết kế XDĐ Nam Thành đã hết lòng hỗ trợ, cung cấp số liệu giúp em hoàn thành luận văn này

Em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Hệ Thống Điện! Thầy cô đã tận tình dạy dỗ và luôn tạo điều kiện thuận lợi giúp

đỡ em trong suốt khóa học tại trường Tại đây, em đã được trang bị những kiến thức bổ ích, thiết thực để phục vụ trong công tác sau này

Cuối cùng, em xin gửi lời chúc đến tất cả quý thầy cô, các anh, chị đồng nghiệp trong ngành Điện lực luôn dồi dào sức khỏe, hạnh phúc và đạt được nhiều thành công trong cuộc sống!

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Trần Du Trình

Trang 5

Hệ thống nối đất trong hệ thống điện cũng như nối đất các thiết bị sử dụng điện, nối đất bảo vệ an toàn,… mang lại hiệu quả rất lớn trong việc đảm bảo lưới điện vận hành an toàn; đảm bảo an toàn cho con người khi vận hành lưới điện hoặc sử dụng thiết bị điện

Phạm vi luận văn này, nghiên cứu phân bố thế trong hệ thống nối đất của

ba đối tượng, bao gồm: Hệ thống nối đất trong trạm biến áp trung gian, hệ thống nối đất làm việc của trạm biến áp phân phối 22/0,4kV, hệ thống nối đất lặp lại của đường dây 22kV Nội dung luận văn được trình bày như sau:

Chương 0: Giới thiệu Chương này đặt ra vấn đề cần nghiên cứu, tính chất

quan trọng của vấn đề và phạm vi nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan về hệ thống nối đất an toàn Chương này giới thiệu các quy định, tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống nối đất trong hệ thống điện; giới thiệu các phương pháp xác định điện trở suất của đất, tổng trở của đất; giới thiệu phương pháp xác định điện áp bước, điện áp tiếp xúc và giới thiệu các phương pháp tính toán giá trị điện trở nối đất

Chương 2: Hệ thống nối đất lưới điện khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Chương này giới thiệu sơ lược về các quy cách lắp đặt hệ thống nối đất trên lưới điện do Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh quản lý

Chương 3: Nghiên cứu phân bố thế trong hệ thống nối đất Chương này giới thiệu về phương trình cơ sở của bài toán phân bố thế, giới thiệu tổng quan

về chương trình ETAP Sử dụng phần mềm ETAP để nghiên cứu phân bố thế trong hệ thống nối đất của trạm biến áp trung gian, hệ thống nối đất của trạm phân phối và hệ thống nối đất của lưới trung thế 22kV, đề xuất các giải pháp xử

lý đối với các hệ thống nối đất chưa đạt yêu cầu

Chương 4 : Đánh giá kết quả đạt được Sau khi nghiên cứu phân bố thế của các hệ thống nối đất, tổng hợp các kết quả đạt được từ việc nghiên cứu, từ đó đề xuất giải pháp cho từng trường hợp cụ thể để đảm bảo hệ thống nối đất vận hành

an toàn, hiệu quả

Trang 6

The grounding systems in the electrical system as well as the grounding of used equipment electricity, grounding, safety protection, bring great efficiency

in securing the grid safe electrical operation; Ensure safety for people when operating the grid or use electrical equipment

The scope of this thesis, the study of voltage distribution in the grounding systems of Three objects, including: The grounding systems in the intermediate transformer station, the system working ground of 22/0,4kV distribution substation, repeated grounding systems of 22kV line The thesis content is presented as follows:

Chapter 0: Introduction This chapter raises the issue of research and characteristics Important issues and scope of research

Chapter 1: Overview of safety grounding system This chapter introduces regulations and standards related to the grounding systems in the electrical system; gender introduction of methods for determining soil resistivity and total soil resistance; introduce method of determining step voltage, contact voltage and introduction of methods Grounding resistance measurement method

Chapter 2: Electrical grounding systems in Ho Chi Minh City area This chapter briefly introduces the specifications for installing a grounding systems

on the grid electricity is managed by Ho Chi Minh City Power Corporation Chapter 3: Study the distribution of potentials in grounding systems This chapter Introduction to the basic equation of the world distribution problem, overview about the ETAP program Use ETAP software to study such distribution in the grounding systems of the intermediate transformer station, the grounding systems of the station distribution and earthing system of the 22kV medium voltage grid, proposing solutions for unsatisfactory grounding systems Chapter 4: Assessing the achieved results After studying the distribution of substituents grounding systems, summarizing the results achieved from the study, from which threads propose solutions for each specific case to ensure the operation of the grounding systems safe, effective

Trang 7

được sử dụng trong luận văn và các kết quả nghiên cứu hoàn toàn trung

thực và chưa được công bố trong các luận văn khác

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trần Du Trình

Trang 8

HVTH: TRẦN DU TRÌNH

MỤC LỤC

Chương 0

GIỚI THIỆU 01

a Đặt vấn đề 01

b Tính cấp thiết của đề tài 01

c Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 01

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT AN TOÀN 02

1.1 CÁC QUY ĐỊNH, TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN ĐẾN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 02

1.1.1 Các yêu cầu chung về nối đất 02

1.1.2 Những bộ phận phải nối đất 03

1.1.3 Nối đất trên thiết bị điện có điện áp trên 1kV 03

1.1.4 Nối đất thiết bị điện tại vùng có điện trở suất lớn 05

1.1.5 Nối đất thiết bị điện có điện áp đến 1kV trung tính nối đất trực tiếp 05

1.2 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT 06

1.2.1 Chuẩn bị trước khi đo 06

1.2.2 Các phương pháp đo điện trở suất của đất 06

a Phương pháp bốn điểm 06

b Phương pháp thay đổi độ sâu cọc 08

1.3 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỔNG TRỞ CỦA ĐẤT 09

1.3.2 Các phương pháp đo tổng trở đất 10

Trang 9

a Phương pháp điện áp rơi 62% 10

b Phương pháp hai điểm 11

c Phương pháp ba điểm 11

d Phương pháp độ dốc 12

1.4 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP BƯỚC VÀ ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC 14

1.4.2 Các phương pháp đo điện áp bước và điện áp tiếp xúc 14

a Phương pháp đo với máy đo điện trở đất chuyên dùng 14

b Phương pháp bơm dòng điện hay thử nghiệm giả lập sự cố 15

1.5 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT 16

1.5.1 Một số hệ thống nối đất đơn giản: 16

a Trong trường hợp hệ thống là cọc tròn chôn thẳng đứng 16

b Trong trường hợp hệ thống là cọc tròn chôn nằm ngang trên mặt đất 17

c Trong trường hợp hệ thống là cọc tròn chôn nằm ngang sâu trong đất 18

d Trong trường hợp hệ thống gồm 2 cọc tròn đường kính d, chiều dài mỗi cọc là l/2, độ chôn sâu là h 19

e Trong trường hợp hệ thống gồm 3 cọc tròn đường kính d, chiều dài mỗi cọc là l/3, độ chôn sâu là h 19

f Trong trường hợp hệ thống gồm 4 cọc tròn đường kính d, chiều dài mỗi cọc là l/4, độ chôn sâu là h 20

g Trong trường hợp hệ thống gồm 6 cọc tròn đường kính d, chiều dài mỗi cọc là l/6, độ chôn sâu là h 21

h Trong trường hợp hệ thống gồm 8 cọc tròn đường kính d, chiều dài mỗi cọc là l/8, độ chôn sâu là h 22

Trang 10

1.5.2 Một số hệ thống nối đất hỗn hợp: 23

a Trong trường hợp hệ thống gồm n cọc tròn chôn thẳng đứng 23

b Trong trường hợp hệ thống gồm có cọc và dây kết nối được chôn trong đất, có xét đến điện trở tiếp đất của dây kết nối 23

Chương 2 HỆ THỐNG NỐI ĐẤT LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 24

2.1 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VIỆC NỐI ĐẤT 24

2.2 HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN CỦA TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC TPHCM 24

2.2.1 Hệ thống nối đất của lưới và trạm điện đến 22kV 24

2.2.1.1 Các vị trí lắp nối đất của lưới và trạm điện đến 22kV: 24

2.2.1.2 Phân loại các dạng nối đất 25

2.2.1.3 Mô tả quy cách lắp đặt các dạng nối đất: 26

2.2.2 Hệ thống nối đất của lưới và trạm điện từ 110kV đến 220kV 27

2.2.2.1 Các vị trí lắp nối đất của lưới và trạm điện từ 110kV đến 220kV 27

2.2.2.2 Phân loại các dạng nối đất 28

2.2.2.3 Mô tả quy cách lắp đặt các dạng nối đất của lưới và điện từ 110kV đến 220kV: 28

Chương 3 NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ THẾ TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 30

3.1 PHƯƠNG TRÌNH CƠ SỞ CỦA BÀI TOÁN PHÂN BỐ THẾ 30

3.2 GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH ETAP 31

3.2.1 Giới thiện tổng quan về chương trình ETAP 31

3.2.2 Phương pháp tính toán, phân tích hệ thống nối đất bằng chương trình ETAP 33

Trang 11

a Trong trường hợp lựa chọn IEEE Method 34

b Trong trường hợp lựa chọn Finite Element Method (FEM) 39

c Ứng dụng chương trình ETAP để toán tính điện trở hệ thống nối đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 41

3.3 ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ETAP CHO BÀI TOÁN PHÂN BỐ THẾ TRÊN CÁC HỆ THỐNG NỐI ĐẤT THỰC TẾ 48 3.3.1 Phân tích phân bố thế hệ thống nối đất trong trạm biến áp

trung gian 220/110/22kV Củ Chi 48

a Sơ lược về trạm 220/110/22kV Củ Chi 48

b Hệ thống nối đất trạm 220/110/22kV Củ Chi 48

c Nghiên cứu phân bố thế trong hệ thống nối đất trong trạm biến

áp trung gian 220/110/22kV Củ Chi theo kết quả ghi nhận của Đơn vị tư vấn khảo sát và thiết kế 51

d Nghiên cứu phân bố thế hệ thống nối đất trong trạm biến áp trung gian 220/110/22kV Củ Chi theo theo kết quả ghi nhận của Đơn vị quản lý vận hành 56

3.3.2 Phân tích phân bố thế hệ trong thống nối đất của trạm biến

a Đối với hệ thống nối đất của trạm biến thế 22/0,4kV Đại Hiền

Tâm 84

b Đối với hệ thống nối đất của trạm biến thế 22/0,4kV DNTN sản

xuất Ngọc Lan 89

Trang 12

c Đối với hệ thống nối đất lặp lại của đường dây 22kV 96

Chương 4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 101

4.1 ĐỐI VỚI HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TRONG TRẠM BIẾN ÁP TRUNG GIAN 220/110/22KV CỦ CHI 101

4.2 ĐỐI VỚI HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CỦA TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI VÀ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT LẶP LẠI TRÊN ĐƯỜNG DÂY 22KV 102

4.3 ĐỀ XUẤT 103

PHỤ LỤC 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

Trang 13

Hệ thống nối đất trong hệ thống điện cũng như hệ thống nối đất các thiết bị sử dụng điện, nối đất bảo vệ an toàn,… mang lại hiệu quả rất lớn trong việc đảm bảo lưới điện vận hành an toàn; đảm bảo an toàn cho con người khi vận hành lưới điện, sử dụng thiết bị điện; ngoài ra nó còn hỗ trợ bảo vệ các thiết bị điện chống lại các sự cố về điện như chập cháy,…

Vấn đề đặt ra là chúng ta phải tính toán, nghiên cứu để xây dựng hệ thống nối đất phù hợp với từng chức năng cụ thể (nối đất làm việc, nối đất an toàn và nối đất chống sét)

b Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, ngành điện lực đang từng bước xây dựng hệ thống điện thông minh, hướng tới tự động hóa lưới điện lưới điện Sự phát triển đó, đòi hỏi các dịch vụ về điện ngày phải càng cao, đặc biệt là sử dụng điện an toàn

để bảo vệ con người, bảo vệ thiết bị

Vì thế, nghiên cứu để xây dựng một hệ thống nối đất đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế, mỹ quan, an toàn và phù hợp với từng chức năng cụ thể là rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay

c Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi luận văn này, ba đối tượng nghiên cứu chính sẽ được tập trung phân tích bao gồm:

Hệ thống nối đất trong trạm biến áp trung gian 220/110/22kV Củ Chi

Hệ thống nối đất làm việc của trạm biến áp phân phối 22/0,4kV

Hệ thống nối đất lặp lại của đường dây 22kV

Trang 14

HVTH: TRẦN DU TRÌNH Trang 2

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT AN TOÀN

1.1 CÁC QUY ĐỊNH, TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN ĐẾN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1.1 Các yêu cầu chung về nối đất

Nối đất các thiết bị điện trung và hạ thế, nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho người trong các chế độ vận hành của lưới điện

Theo khuyến cáo, chúng ta nên sử dụng một hệ thống nối đất chung cho các thiết bị điện có chức năng khác nhau và điện áp khác nhau, ngoại trừ một số trường hợp có quy định riêng Khi sử dụng chung hệ thống nối đất thì điện trở của hệ thống nối đất chung phải đảm bảo đáp ứng điều kiện vận hành của thiết bị có yêu cầu điện trở nối đất nhỏ nhất

Đối với lưới điện hạ thế có trung tính nối đất trực tiếp phải đảm bảo khả năng tự động cô lập phần tử sự cố hoặc thiết bị bị rò điện ra khỏi lưới điện trong thời gian nhanh nhất Để đảm bảo yêu cầu trên, trung tính của máy biến áp phía hạ áp phải được nối đất

Đối với máy biến áp có trung tính cách ly và máy biến áp có cuộn dập

hồ quang với điện áp cao hơn 1kV phải đảm bảo khả năng phát hiện và xác định nhanh các phần tử bị hư hỏng để tự động cô lập những phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống

Đối với các thiết bị điện hạ áp, cho phép sử dụng điểm trung tính nối đất trực tiếp hoặc cách ly

Kích thước các điện cực của hệ thống nối đất (ống, thanh v.v.) phải đảm bảo khả năng phân bố đều điện áp đối với đất trên diện tích đặt thiết bị điện Với thiết bị điện có dòng chạm đất lớn, bắt buộc phải đặt mạch vòng nối đất xung quanh thiết bị (trừ các thiết bị điện ở trạm cột 35kV trở xuống)

Trang 15

Đối với các thiết bị điện có dòng điện chạm đất lớn phải thực hiện hệ thống nối đất bằng lưới để san bằng điện áp trong đất để đảm bảo an toàn (trừ các thiết bị điện ở trạm cột 35kV trở xuống)

Khi tính toán thiết kế hệ thống nối đất phải tính trước đến sự thay đổi điện trở suất của đất theo mùa để đảm giá trị điện trở nối đất đáp ứng theo quy định trong suốt năm, đặc biệt vào mùa khô, giá trị điện trở suất của đất sẽ tăng lên

1.1.2 Những bộ phận phải nối đất

Theo quy định của quy phạm trang bị điện thì phải nối đất các bộ phận bằng kim loại của các máy móc, thiết bị điện ở trong nhà, xưởng cũng như ngoài trời, cụ thể như sau:

Vỏ máy phát điện, vỏ động cơ điện, vỏ máy biến áp, khí cụ điện, cột thép đường dây trên không, thiết bị chiếu sáng v.v

Bộ truyền động của thiết bị đóng cắt (dao cách ly, máy cắt…) Cuộn thứ cấp của TU, TI

Khung kim loại của tủ phân phối điện, bảng điều khiển, bảng điện

và tủ điện… nếu các thiết bị đặt trên đó có điện áp AC lớn hơn 42V hoặc có điện áp DC lớn hơn 110V

Kết cấu kim loại của thiết bị điện, vỏ kim loại và vỏ bọc của cáp lực và cáp nhị thứ, hộp đầu cáp, ống kim loại để luồng cáp, vỏ và giá

đỡ các thiết bị điện

1.1.3 Nối đất trên thiết bị điện có điện áp trên 1kV

Đối với thiết bị điện có điện áp trên 1kV trung tính nối đất hiệu quả phải đảm bảo giá trị điện trở nối đất nhỏ hơn giá trị nối đất quy định hoặc giá trị điện áp tiếp xúc nhỏ hơn giá trị điện áp tiếp xúc cho phép, theo [1]

Trang 16

Đối với lưới điện từ trên 35kV trở lên, điện trở của hệ thống nối đất ở vùng có điện trở suất của đất không quá 500Ωm không được lớn hơn 0,5Ω Nếu các vùng điện trở suất của đất lớn hơn 500Ωm thì điện trở của hệ thống nối đất không được vượt quá 05Ω, theo [1]

Đối với trạm từ 35kV trở xuống, điện trở của hệ thống nối đất ở vùng

có điện trở suất của đất không quá 500Ωm không được lớn hơn 4Ω Nếu các vùng điện trở suất của đất lớn hơn 500 Ωm thì điện trở của hệ thống nối đất không được vượt quá 10Ω, theo [1]

Để san bằng điện áp bước và điện áp tiếp xúc phải đặt các cọc và thanh dẫn của hệ thống nối đất thành mạng lưới nối đất

Việc lắp đặt hệ thống nối đất phải đảm bảo các yêu cầu sau:

Các dây nối đất, thanh dẫn và các cọc nối đất phải đặt ở độ sâu không nhỏ hơn 0,3m so với mặt đất Riêng trong vùng đất có đá, cho phép đặt các điện cực nối đất nông hơn so với yêu cầu nhưng không được nhỏ hơn 0,15m, theo [1]

Khi hệ thống nối đất vượt ra ngoài phạm vi hàng rào trạm thì các điện cực, dây dẫn, thanh nối ở phía ngoài hàng rào phải được đặt ở độ sâu không nhỏ hơn 1m, theo [1]

Phải đặt một mạch vòng lưới nối đất nằm ngang bao quanh vị trí nối đất trung tính của máy biến áp từ 110kV trở lên

Nếu trang bị nối đất của thiết bị điện công nghiệp được nối với lưới nối đất của thiết bị điện có điện áp lớn hơn 1kV trung tính nối đất hiệu quả bằng dây cáp có vỏ bọc bằng kim loại hoặc bằng dây kim loại thì việc san bằng điện thế xung quanh nhà hoặc diện tích đặt thiết bị điện phải thoả mãn một trong các điều kiện sau đây:

Đặt một mạch vòng nối đất xung quanh nhà hoặc diện tích đặt thiết bị và nối mạch vòng này với kết cấu kim loại của công trình xây dựng, thiết bị sản xuất và với lưới nối đất (nối trung tính) Mạch vòng

Trang 17

phải được đặt ở độ sâu 1m và cách móng nhà hoặc chu vi đặt thiết bị 1m Ở cửa ra vào nhà phải đặt hai dây nối đất, cách mạch vòng nối đất 1m và 2m ở độ sâu tương ứng 1m và 1,5m và phải nối những dây nối đất này với mạch vòng, theo [1]

Cho phép sử dụng móng bêtông cốt thép làm hệ thống nối đất nếu như đảm bảo được yêu cầu về san bằng điện thế, theo [1]

1.1.4 Nối đất thiết bị điện tại vùng có điện trở suất lớn

Đối với các khu vực có điện trở suất của đất lớn hơn 500  m, khi lắp đặt

hệ thống nối đất cần phải tăng cường số lượng cọc, chiều dài cọc, thanh dẫn, lưới hoặc sử dụng các chất giảm điện trở suất của đất… nhằm giảm giá trị điện trở của thống nối đất

Giá trị điện trở của hệ thống nối đất cho thiết bị điện có điện áp lớn hơn 1kV, ở vùng đất có điện trở suất lớn hơn 5001Ωm, được phép tăng thêm như sau: Rnối đất = Rnối đất theo quy định + 0,001. Tuy nhiên, giá trị tăng thêm (0,001..) không được lớn hơn 5Ω nghĩa, là Rnối đất ≤ Rnối đất theo quy định + 5

Trường hợp giá trị điện trở hệ thống nối đất có Rnối đất > Rnối đất theo quy định+ 5 thì cho phép thực hiện theo tiêu chuẩn điện áp tiếp xúc và điện áp bước cho phép

Bất kỳ thời gian nào trong năm, hệ thống nối đất phải đảm bảo trị số điện áp tiếp xúc và điện áp bước không lớn hơn giá trị cho phép khi có sự cố ngắn mạch

1.1.5 Nối đất thiết bị điện có điện áp đến 1kV trung tính nối đất trực tiếp

Độ dẫn điện của thanh dẫn, dây trung tính phải không nhỏ hơn 50% của thanh dẫn, dây pha, theo [1]

Trị số điện trở nối đất của trung tính máy phát điện hoặc máy biến áp, hoặc đầu ra của nguồn điện một pha ở bất kỳ thời điểm nào trong năm không được lớn hơn 2Ω, 4Ω tương ứng với điện áp dây của nguồn điện ba pha là

Trang 18

660V, 380V hoặc tương ứng với điện áp pha của nguồn điện một pha là 380V, 220V Giá trị của điện trở này được tính đến cả nối đất tự nhiên và nối đất lặp lại cho dây trung tính của đường dây trên không Điện trở nối đất của các cọc nối đất đặt gần sát trung tính của máy biến áp, máy phát điện hoặc đầu ra của nguồn điện một pha không được lớn hơn 15; 30 Ω tương ứng với các giá trị của điện áp như đã nêu trên, theo [1]

Khi điện trở suất của đất lớn hơn 100 Ωm, cho phép tăng điện trở nối đất lên giá trị 0,01 x K, với K ≤ 10, theo [1]

Dây trung tính phải được nối đất lặp lại tại các cột cuối và cột rẽ nhánh của đường dây trên không Dọc theo dây trung tính phải nối đất lặp lại với khoảng cách thường từ 200 đến 250m, theo [1]

Điện trở của tất cả các nối đất lặp lại (kể cả nối đất tự nhiên) cho dây trung tính của ĐDK ở bất kỳ thời điểm nào trong năm không được lớn hơn 5, 10Ω tương ứng với điện áp dây của nguồn điện ba pha là 660V, 380V hoặc tương ứng với điện áp pha của nguồn một pha là 380V, 220V Trong đó, giá trị điện trở của mỗi nối đất lặp lại không được lớn hơn 15; 30Ω tương ứng với các giá trị điện áp đã nêu trên, theo [1]

1.2 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT

1.2.1 Chuẩn bị trước khi đo

Trước khi đo, cần tìm hiểu, thu thập các thông tin về môi trường khu vực cần đo điện trở suất (nhiệt độ, độ ẩm, tính chất của đất …) và độ sâu cần khảo sát điện trở suất của đất; theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2000, đối với các ứng dụng trong việc thiết kế hệ thống nối đất, dùng mô hình đất hai lớp là đủ chính xác, khoảng cách a cần khảo sát sao cho bằng 3 lần đường chéo lưới nối đất thì giá trị đo sẽ có sai số nhỏ hơn (xem phụ lục 1)

1.2.2 Các phương pháp đo điện trở suất của đất

a Phương pháp bốn điểm

Trang 19

Phương pháp này cung cấp số liệu điện trở suất đất ở các độ sâu khác nhau bằng cách thay đổi khoảng cách giữa các cọc theo chiều ngang, thường

áp dụng đo điện trở suất đối với các khu vực có không gian rộng lớn

a.1 Phân bố cọc cách đều (Phương pháp Wenner)

Bố trí các cọc đo theo sơ đồ sau:

Hình 1.1: Phương pháp bốn điểm phân bố cọc cách đều

Với điều kiện b ≤ 0,1a Giá trị điện trở suất của đất sau khi đo được tính theo công thức sau:

R: Giá trị đo được của điện trở đất (Ω)

a.2 Phân bố cọc cách không đều (Phương pháp Schlumberger-Palmer)

Trang 20

Hình 1.2: Phương pháp bốn điểm, phân bố khoảng cách cọc không đều

Với điều kiện b ≤ 0,1d Giá trị điện trở suất của đất sau khi đo được tính theo công thức sau:

 ( ) ( ) Trong đó:

ρ: Điện trở suất của đất (Ω.m)

b: Độ sâu chôn cọc (m)

c: Khoảng cách giữa cọc di động phía ngoài và cọc cố định gần nó

ở bên trong (m)

d: Khoảng cách giữa 2 cọc cố định ở phía trong (m)

R: Giá trị đo được của điện trở đất (Ω)

b Phương pháp thay đổi độ sâu cọc

Trang 21

Hình 1.3: Phương pháp biến thiên theo độ sâu

Theo phương pháp này công thức tính toán điện trở suất của đất như sau :



R: Giá trị điện trở đo được (Ω)

1.3 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỔNG TRỞ CỦA ĐẤT

Trước khi đo, ta cô lập những hệ thống nối đất khác đang nối vào hệ thống nối đất cần đo như: hệ thống nối đất dây chống sét trên không, dây trung tính nối đất, vỏ cáp ngầm…

Trang 22

Chú ý phải chọn dây đo phù hợp về tiết diện để đảm bảo phù hợp với dòng điện thử nghiệm

1.3.2 Các phương pháp đo tổng trở đất

a Phương pháp điện áp rơi 62%

Bố trí các điện cực theo sơ đồ sau:

Hình 1.4: Phương pháp điện áp rơi 62 %

Trong đó:

d: Khoảng cách đường chéo xa nhất của các cọc trong hệ thống nối đất

C: Điểm xa nhất của cọc đo thí nghiệm

D: Khoảng cách tính từ tâm của hệ thống nối đất cần đo đến cọc thí nghiệm xa nhất, với điều kiện 5d ≤ D

Khi đo, ta chọn vị trí cọc áp (P) theo khoảng cách X = 62%D Có thể cọc áp (P’) nằm ngược chiều với chiều cọc dòng Nếu trị số không ổn định thì phải chọn lại hướng kéo dây khác

Bơm dòng điện vào (G), (C) Đo điện áp giữa (G) và (P), di chuyển cọc áp (P) trong khoảng 52% đến 72%, nếu trị số điện áp hoặc giá trị điện trở

Trang 23

R ổn định thì đó là giá trị đúng, kết thúc quá trình đo Nếu điện áp không ổn định, nghĩa là cọc dòng đóng chưa đạt đến điểm nối đất xa, trường hợp này phải tăng khoảng cách cọc dòng và thực hiện lại cho đến khi điện áp ổn định

b Phương pháp hai điểm

Bố trí điện cực theo sơ đồ sau:

Hình 1.5: Phương pháp 2 điểm đo tổng trở đất

Thực hiện như sau:

Chọn vị trí đóng cọc phụ, hoặc chọn cọc phụ có sẵn như hình trên

Đấu nối sơ đồ đo như hình 1.5

Ghi nhận các giá trị điện áp (V), dòng (I) Khi đó tổng trở của đất (Rx) sẽ được xác định theo công thức sau:

( )

c Phương pháp ba điểm

Bố trí các điện cực theo sơ đồ sau:

Trang 24

Hình 1.6: Phương pháp 3 điểm và mạch tương đương

Thực hiện đo như sau:

Chọn vị trí đóng cọc 2 phụ sao cho khoảng cách của các điện cực bằng ít nhất 3 lần độ sâu của điện cực cần đo

Đấu nối sơ đồ đo như hình 1.6

Ghi nhận các giá trị điện áp (V1, V2, V3), dòng điện (A1, A2, A3) Khi đó tổng trở của đất (Rx) sẽ được xác định theo công thức:

( ) Với

;

d Phương pháp độ dốc

Trang 25

Hình 1.7: Phương pháp độ dốc

Cũng tương tự như phương pháp điện áp rơi 62% Tuy nhiên, phương pháp này không yêu cầu xác định khoảng cách cọc dòng ban đầu cũng như xác định tâm của hệ thống nối đất cần đo

Thực hiện đo như sau:

Đo xác định các điện trở R1, R2 và R3 bằng cách đặt các cọc áp P tương ứng với các khoảng cách 0,2dc, 0,4dc và 0,6dc, sau đó tính toán độ dốc (𝜇) theo công thức:

Trang 26

1.4 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP BƯỚC VÀ ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC

Trước khi đo, tốt nhất ta nên cô lập những hệ thống nối đất khác đang nối vào hệ thống nối đất cần đo như: hệ thống nối đất dây chống sét trên không, dây trung tính nối đất, vỏ cáp ngầm…

Chú ý phải chọn dây đo phù hợp về tiết diện để đảm bảo phù hợp với dòng điện thử nghiệm

1.4.2 Các phương pháp đo điện áp bước và điện áp tiếp xúc

a Phương pháp đo với máy đo điện trở đất chuyên dùng

Hình 1.8: Đo điện áp tiếp xúc bằng máy đo điện trở đất chuyên dùng

Phương pháp này sử dụng máy đo điện trở đất chuyên dùng, sau khi đo tính toán sẽ được điện áp tiếp xúc, điện áp bước thông qua tổng trở đất tại từng vị trí đo

Trang 27

( ) Trong đó:

Utx: Điện áp tiếp xúc (V)

Rx : Tổng trở đất (Ω)

Isc: Dòng điện sự cố (A) Giá trị điện áp bước (thường lấy 1 bước chân là 0,8m) đo tại hai vị trí cách nhau được tính theo công thức sau:

Ubước = Utx2 - Utx1 (1.8)

b Phương pháp bơm dòng điện hay thử nghiệm giả lập sự cố

Hình 1.9: Đo bằng phương pháp bơm dòng điện

Trang 28

1.5 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT

1.5.1 Một số hệ thống nối đất đơn giản:

Giá trị điện trở của hệ thống nối đất phụ thuộc vào giá trị điện trở suất của đất, kích thước, hình dạng, số lượng điện cực nối đất, độ chôn sâu của điện cực, độ ẩm của đất… Do đó, khi tính toán giá trị điện trở của hệ thống nối đất ta phải tính toán và hiệu chỉnh giá trị điện trở suất đo được của đất tùy theo điều kiện thực tế, giá trị điện này gọi là điện trở suất tính toán (tt)

tt = km đo (1.9) Trong đó:

tt:là giá trị điện trở suất dùng để tính toán (Ω.m)

đo:là giá trị điện trở suất đo được của đất (Ω.m)

km: là hệ số điều chỉnh theo mùa (theo phụ lục 3)

a Trong trường hợp hệ thống là cọc tròn chôn thẳng đứng

Trang 29

Trong đó:

Rc: là điện trở nối đất của cọc (Ω)

tt: là điện trở suất tính toán (Ω.m) l: là chiều dài cọc (m)

d: là đường kính cọc (m)

h0: là độ chôn sâu của cọc (m)

b Trong trường hợp hệ thống là cọc tròn chôn nằm ngang trên mặt đất

Trang 30

Trong đó:

d: là đường kính cọc (m) h: là độ chôn sâu của cọc (m)

Trang 31

R2c: là điện trở nối đất của 2 cọc (Ω)

tt: là điện trở suất tính toán (Ω.m) l/2: là chiều dài mỗi cọc (m)

e Trong trường hợp hệ thống gồm 3 cọc tròn đường kính d, chiều dài mỗi cọc là l/3, độ chôn sâu là h

l/2

Trang 32

f Trong trường hợp hệ thống gồm 4 cọc tròn đường kính d, chiều dài mỗi cọc là l/4, độ chôn sâu là h

Trang 33

g Trong trường hợp hệ thống gồm 6 cọc tròn đường kính d, chiều dài mỗi cọc là l/6, độ chôn sâu là h

Hình 1.16: Hệ thống 6 cọc tròn nằm ngang

l/6 l/4

Trang 34

h Trong trường hợp hệ thống gồm 8 cọc tròn đường kính d, chiều dài mỗi cọc là l/8, độ chôn sâu là h

l/8

Trang 35

1.5.2 Một số hệ thống nối đất hỗn hợp:

a Trong trường hợp hệ thống gồm n cọc tròn chôn thẳng đứng

Công thức như sau:

c

c htc

n

R R



 (1.18)

Trong đó:

Rthc: là điện trở nối đất của của hệ thống n cọc (Ω)

Rc: là điện trở nối đất của 1 cọc (Ω) n: là số cọc kết nối trong hệ thống

d htc ht

R R

R R R



 . (1.19)

Trong đó:

Rth: là điện trở nối đất của của toàn hệ thống (Ω)

Rthc: là điện trở nối đất của của hệ thống n cọc (Ω)

Rd: là điện trở nối đất dây kết nối các cọc (Ω)

Trang 36

Chương 2

HỆ THỐNG NỐI ĐẤT LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2.1 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VIỆC NỐI ĐẤT

Nối đất làm việc: Thực hiện nối các điểm của mạng điện (thường

là trung tính mạng điện) với hệ thống nối đất nhằm đảm bảo các chế

độ làm việc của mạng điện

Nối đất an toàn: Thực hiện nối các phần tử bình thường không mang điện áp (thường là vỏ máy, khung máy, chân sứ,…) với hệ thống nối đất nhằm đảm bảo an toàn cho người tiếp xúc với các phần

tử này khi vì lý do nào đó (thường là cách điện bị hỏng) chúng có điện

Nối đất chống sét, có hai trường hợp:

Nối đất chống sét đánh trực tiếp: Là hệ thống nối đất của dây chống sét, kim thu xét trên đường dây hoặc trạm biến áp trung gian nhằm giảm thiểu các thiệt hại khi có sét trực tiếp trên đường dây hoặc trạm biến áp

Nối đất chống sét đánh lan truyền: Là hệ thống nối đất của các thiết

bị chống sét van trên đường dây, trạm biến áp, nhằm mục đích tản dòng sét vào đất, giữ cho điện áp của đường dây và thiết bị không quá cao, để hạn chế việc phóng điện gây ra hư hỏng thiết bị do quá điện áp

2.2 HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN CỦA TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC TP.HCM

2.2.1 Hệ thống nối đất của lưới và trạm điện đến 22kV

2.2.1.1 Các vị trí lắp nối đất của lưới và trạm điện đến 22kV:

Trạm biến thế;

Trụ đầu đường dây, đầu nhánh rẽ;

Trang 37

Trụ cuối đường dây, cuối nhánh rẽ;

Dọc theo đường dây khoảng cách từ 200m – 250m lắp lại 01 bộ

Nối đất tại các kim thu sét;

Nối đất tại các LA (LA bảo vệ đường dây, LA bảo vệ trạm, LA bảo vệ thiết bị…);

Dọc theo đường dây chống sét khoảng cách từ 150m – 200m lắp lại 01

bộ

Nối đất vỏ thiết bị recloser, LBS, tụ bù, DS;

Nối đất cần tuyền động DS, LBS;

Nối đất đà FCO – LBFCO;

Nối đất thùng cầu dao, thùng CB bằng kim loại;

Nối đất thùng điện kế bằng kim loại;

Nối đất hàng rào trạm biến thế;

Nối đất trụ có bằng thép…

2.2.1.2 Phân loại các dạng nối đất

Nối đất làm việc: Là các nối đất lặp lại trên dây trung hoà của đường dây trug thế, đường dây hạ thế, nối đất vỏ máy biến thế

Nối đất bảo vệ chống sét: Là các nối đất được nối vào dây chống sét, kim thu sét hoặc các thiết bị chống sét (LA trạm, LA đường dây) để dẫn dòng sét xuống đất

Nối đất thiết bị: là các nối đất được lắp vào vỏ các thiết bị, các bộ phận bằng kim loại có liên quan đến thiết bị, trạm điện… như nối đất vỏ recloser,

vỏ LBS, nối đất cần truyền động LBS, cần truyền động DS, nối đất đà LBFCO, nối đất thùng cầu dao, nối đất thùng điện kế, nối đất hàng rào trạm

Trang 38

FCO-HVTH: TRẦN DU TRÌNH Trang 26

2.2.1.3 Mô tả quy cách lắp đặt các dạng nối đất:

a Đối với nối đất lặp lại lưới trung và hạ thế Khi sử dụng dây trung tính (đi riêng hoặc dùng chung với đường dây hạ thế) phải thực hiện nối đất lặp lại theo quy cách như sau:

Khoảng cách tối đa từ 200-250m có một cột nối đất lặp lại;

Sử dụng dây nối đất trong thân trụ hoặc ngoài thân trụ dùng dây đồng trần tối thiểu 25mm2

; Đầu trên dây đồng trần được đấu vào dây trung hòa bằng 02 kẹp WR (cỡ thích hợp);

Đầu dưới dây nối đất được hàn capwell vào cọc nối đất đường kính 16mm dài 2,4m.;

Cọc nối đất đóng cách chân trụ tối thiểu 0,3m (số lượng cọc tùy thuộc vào từng khu vực;

Để đảm bảo an toàn, dây nối đất được luồng vào ống nhựa cỡ thích hợp (d từ 21-25mm) và được cố định vào thân trụ bằng đai thép không rỉ, ống nhựa được chôn sâu 0,3m và phần trên mặt đất tối thiểu là 2,5m

b Đối với nối đất trạm biến thế

Sử dụng dây nối đất trong thân trụ hoặc ngoài thân trụ dùng dây đồng trần tối thiểu 25mm2

; Đầu trên dây đồng trần được đấu vào vỏ máy biến thế và một đoạn dây đồng trần 25mm2

đấu vào dây nối đất bằng 02 kẹp WR, còn lại một đầu dây đồng trần 25mm2

được đấu nối vào dây trung hòa

Cọc nối đất đóng cách chân trụ tối thiểu 0,3m (số lượng cọc tuy thuộc vào từng khu vực;

Trang 39

c Đối với nối đất thiết bị, nối đất LA:

Đối với các thiết bị như Recloser, LBS sử dụng dây nối đất ngoài thân trụ, dây nối đất là dây đồng trần, tiết diện tùy theo yêu cầu của từng nhà sản xuất thiết bị Đối với các thiết còn còn có thể sử dụng dây nối đất trong thân trụ hoặc ngoài thân trụ dùng dây đồng trần tối thiểu 25mm2

; Đầu trên dây đồng trần được đấu vào vỏ thiết bị, cần tuyền động DS, LBS hoặc LA… và một đoạn dây đồng trần 25mm2 đấu vào dây nối đất bằng

02 kẹp WR, còn lại một đầu dây đồng trần 25mm2

được đấu nối vào dây trung hòa

Cọc nối đất đóng cách chân trụ tối thiểu 0,3m (số lượng cọc tuy thuộc vào từng khu vực;

d Đối với nối đất dây chống sét:

Thực hiện giống như hệ thống nối đất lặp lại;

Tuy nhiên, dây nối đất chống sét chỉ sử dụng riêng, không đấu nối vào dây trung hòa hoặc vỏ thiết bị

2.2.2 Hệ thống nối đất của lưới và trạm điện từ 110kV đến 220kV

2.2.2.1 Các vị trí lắp nối đất của lưới và trạm điện từ 110kV đến 220kV:

Nối đất trong trạm biến thế;

Trang 40

2.2.2.2 Phân loại các dạng nối đất

Nối đất làm việc: Là nối đất vỏ máy biến thế

Nối đất bảo vệ chống sét: Là các nối đất được nối vào dây chống sét, kim thu sét hoặc các thiết bị chống sét trên đường dây và trạm để dẫn dòng sét xuống đất

Nối đất thiết bị: là các nối đất được lắp vào vỏ các thiết bị, các bộ phận bằng kim loại có liên quan đến thiết bị, trạm điện… như nối đất vỏ máy cắt, nối đất hàng rào trạm,…

2.2.2.3 Mô tả quy cách lắp đặt các dạng nối đất của lưới và điện từ 110kV đến 220kV:

a Đối với nối đất trạm biến thế

Sử dụng dây nối đất là dây đồng bọc tiết diện từ 95-240mm2

; Đầu trên dây đồng bọc được đấu vào vỏ máy biến thế và đầu còn lại được đấu vào hệ thống lưới nối đất bằng cách hàng capwell

Hệ thống lưới nối đất thường sử dụng dây đồng trần tiết điện từ 120mm2, các vị trí lưới nối với nhau được hàn capwell

95-Hệ thống lưới nối đất được được đấu nối vào các cọc nối đất bằng cách hàn capwell, cọc nối đất bằng đồng đường kính 20mm dài 3m, cọc nối đất bằng thép mạ kẽm đường kính 20mm dài 3m, hoặc có thể là các loại ống thép

mạ kẽm, các loại thép V40x40, V50x50, V60x60 mạ kẽm…;

Định dạng
Số trang	122
Dung lượng	4,28 MB