Phân bố tối ưu lưới nối đất trong trạm biến áp cao thế

Trần Ngọc Định về việc phân bố hệ thống nối đất an toàn cho trạm biến áp dựa theo phân bố điện áp trên bề mặt trạm với mục tiêu làm giảm khối lượng vật liệu nối đất, giảm nguy hiểm cho n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

µ ¶

LÊ VĂN MINH

PHÂN BỐ TỐI ƯU LƯỚI NỐI ĐẤT

TRONG TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ

Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN Mã ngành: 2.06.07

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2004

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

-

TP.HCM, ngày tháng năm 2004

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN CAO HỌC

I Tên đề tài:

PHÂN BỐ TỐI ƯU LƯỚI NỐI ĐẤT TRONG

TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ

II Nhiệm vụ và nội dung:

1 Nghiên cứu các vấn đề cơ bản về nối đất và an toàn trong hệ thống điện

2 Nghiên cứu các mô hình toán học phân bố điện áp trên các dạng lưới nối đất

3 Đề nghị mô hình toán học phân bố tối ưu lưới nối đất trong trạm biến áp

4 Xây dựng thuật toán và lập chương trình tính toán phân bố tối ưu lưới hệ thống nối đất

5 Tính toán một số bài toán cụ thể

6 Phân tích và so sánh với các kết quả đã công bố

7 Kết luận

III Ngày giao nhiệm vụ: ………

IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ………

V Họ tên cán bộ hướng dẫn: Ts Hồ Văn Nhật Chương

VI Họ tên cán bộ chấm nhận xét 1: ………

VII.Họ tên cán bộ chấm nhận xét : ………

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2

Nội dung và Đề cương luận án Cao Học đã được thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành

CHỦ NHIỆM NGÀNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn: TS Hồ Văn Nhật Chương

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

LUẬN ÁN CAO HỌC ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN ÁN CAO HỌC

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM

Ngày tháng năm 2004

LỜI CẢM ƠN

µ ¶

quý Thầy Cô trong Khoa Điện – Điện Tử, Phòng Quản Lý Khoa

Học Sau Đại Học đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến

thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại

trường

Đặc biệt, em chân thành cảm ơn TS Hồ Văn Nhật Chương đã trực

tiếp hướng dẫn và nhiệt tình giúp đỡ em thực hiện luận văn tốt

nghiệp này

Cảm ơn Ban Giám Đốc và các đồng nghiệp trong Xí Nghiệp Điện

Cao Thế_Công ty Điện Lực TP HCM đã giúp đỡ và tạo điều

kiện để hoàn thành luận văn

Với kiến thức chuyên môn còn hạn chế và thời gian thực hiện có

hạn, đề tài chắc chắn có nhiều sai sót Kính mong quý thầy cô xem

xét và có những đóng góp quý báu

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2004

Người thực hiện

Lê Văn Minh

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1.Đặt vấn đề 2

I.2 Thực trạng nối đất tại các trạm biến áp cao thế ở Việt Nam 3

I.3 Mục tiêu của hệ thống nối đất 6

I.4.Các hiện tượng cơ bản liên quan đến lưới nối đất 12

CHƯƠNG II: CÁC HIỆN TƯỢNG CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN LƯỚI NỐI ĐẤT A- các hiện tượng cơ bản liên quan đến lưới nối đất II.1 Sự cố chạm đất 13

II.2 Điện áp tiếp xúc và điện áp bước 15

II.3 Đường quay trở về của dòng điện 18

II.4 Gradien điện áp 19

II.5 Mạng lưới nối đất 19

II.6 Điện áp lan truyền 21

B- Các quy tắc áp dụng đối với tính toán lưới nối đất theo phương pháp truyền thống C- Các biện pháp hỗn hợp – kết hợp khác khi thiết kế nối đất CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ III.1.Tính toán theo phương pháp truyền thống 28

III.2.Tính toán theo phương pháp tối ưu hoá 39

III.3 Nhận xét 56

CHƯƠNG IV: THIẾT LẬP THUẬT TOÁN ĐƠN GIẢN HÓA VIỆC THIẾT KẾ LƯỚI NỐI ĐẤT IV.1.Xây dựng tập dữ liệu 58

IV.2 Tìm đa thức quan hệ f(n) 61

IV.3 Tìm hàm biểu diễn độ lợi 72

IV.4 Mối quan hệ giữa số thanh dẫn với khoảng cách giữa các thanh dẫn 73

CHƯƠNG V: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN V.1.Các bước để thiết kế lưới nối đất theo cơ sở của đề tài 79

V.2 Thực hiện thiết kế một lưới nối đất cụ thể 82

V.3 So sánh với kết quả khi sử dụng chương trình tính toán bằng máy tính 87

V.4 Nhận xét kết quả thực hiện được 89

V.5 Kết luận 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHÖÔNG I

TOÅNG QUAN

I.1- ĐẶT VẤN ĐỀ:

Hệ thống nối đất trong trạm biến áp có nhiều chức năng như: Nối đất làm việc; Nối

đất an toàn, nối đất chống sét Mỗi đề tài đều còn nhiều vấn đề phức tạp cần làm rõ

Nghiên cứu làm sáng tỏ các vai trò của từng hệ thống để làm cơ sở cho việc từng bước

chuyển đổi áp dụng các tiêu chuẩn của các tổ chức Quốc tế trên thế giới như IEC, IEEE…

là việc cần thiết Trong những năm qua đã và đang có một số đề tài nghiên cứu tới từng

mặt của vấn đề: Có thể nêu ra đây một số nội dung đã được nghiên cứu và đã có được một

số kết quả nhất định

ª Việc làm giảm thấp điện áp bước, điện áp tiếp xúc trong trạm bằng cách hiệu

chỉnh lưới nối đất sẽ gắn liền với việc tăng khối lượng vật liệu làm cực nối đất

Để tiết kiệm vật liệu so với các hệ thống nối đất đã được thiết kế theo tiêu

chuẩn IEEE đưa ra, L Huang đã đưa ra phương pháp phân bố lại lưới nối đất dựa

vào các kết quả đo đạc sự phân bố điện áp trên mô hình lưới nối đất tương ứng

để đưa ra các công thức thực nghiệm phân bố lại khoảng cách giữa các thanh nối

đất không đồng đều Việc thực hiện theo phương pháp L Huang có thể tiết kiệm

được từ 10 đến 30% vật liệu làm cực nối đất

ª Tiếp theo là nghiên cứu của Ths Trần Ngọc Định về việc phân bố hệ thống nối

đất an toàn cho trạm biến áp dựa theo phân bố điện áp trên bề mặt trạm với mục

tiêu làm giảm khối lượng vật liệu nối đất, giảm nguy hiểm cho người khi chịu tác

dụng của điện áp bước, điện áp tiếp xúc Đồng thời, trên cơ sở những điều kiện

an toàn cho con người và các thủ tục thiết kế hệ thống nối đất cơ bản cho trạm

biến áp, nghiên cứu này đã được tổng kết thành chương trình máy tính viết trên

nền phần mềm Matlab Kết quả thực hiện được của nghiên cứu này đã đưa ra

được các thông số chi tiết và mô hình của một hệ thống lưới nối đất cho trạm

biến áp với kết quả tiết kiệm được khoảng từ 15 đến 50% khối lượng vật liệu

làm thanh nối đất trong trạm so với các hướng dẫn trước và từ 5-10% so với các

công trình công bố trước đây

Đề tài này sẽ kế thừa các kết quả nghiên cứu nêu trên để thiết lập một hàm tính

toán thực tế phân bố lưới nối đất trong các khuôn viên trạm biến áp cao áp 110-500kV

Nhằm mục đích đơn giản hoá các thủ tục tính toán, đề tài sẽ tập trung vào việc xây dựng

một thuật toán không phức tạp, nhằm giúp cho người xây dựng có thể tính toán nhanh khối

lượng kim loại cần dùng cũng như hỗ trợ công tác lắp đặt lắp đặt sao cho chính xác mà vẫn

đảm bảo các điều kiện điện áp tiếp xúc và điện áp bước Tức là vẫn đảm bảo an toàn cho

con người và thiết bị trên lưới nối đất

I.2- THỰC TRẠNG NỐI ĐẤT TẠI CÁC TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ TẠI VIỆT NAM

TRONG NHỮNG NĂM QUA:

Hệ thống nối đất của trạm biến áp truyền tải ở Việt Nam hiện nay nói chung là một

hệ thống gồm các lưới và cọc thép bố trí đều trên mặt bằng trạm điện Các thông số kỹ

thuật yêu cầu được lấy theo tiêu chuẩn ngành Điện vốn được soạn từ tiêu chuẩn của Liên

Xô cũ trong những năm trước thập kỷ 70 thế kỷ trước Về cơ bản việc áp dụng vẫn đáp ứng

được các yêu cầu thực tế Tuy nhiên trong một số trường hợp việc áp dụng trở nên khó

khăn gây tốn kém mà hiệu quả dường như không tỷ lệ với kinh phí đầu tư Chẳng hạn nối

đất ở các vùng có điện trở suất quá cao, nối đất cho các thiết bị nhạy cảm, Trạm biến áp

thu gọn…

Trên thế giới các nước ngày càng có xu hướng thống nhất thực hiện theo các tiêu

chuẩn chung của các tổ chức quốc tế IEC, IEEE… Việc từng bước chuyển đổi áp dụng các

tiêu chuẩn quốc tế ở Việt Nam cần có những nghiên cứu trong lĩnh vực này Mặt khác việc

hiểu căn kẽ các kỹ thuật nối đất càng cần thiết cho các nhà thiết kế

Kỹ thuật nối đất được thực hiện bởi các kỹ sư giỏi trở nên như là một công việc

“nghệ thuật” (theo Gilbert Sharick – chuyên gia về nối đất hàng đầu của Mỹ đã nhiều năm

cống hiến cho việc nghiên cứu thực hành nối đất cho các thiết bị điện) Viện năng lượng

trong những năm qua đã thực hiện một số đề tài góp phần làm rõ các vấn đề cần lưu tâm

Nối đất trong tạm biến áp được Tiêu chuẩn ngành 11TCN – 18 – 84 quy định tại

điều I 7.29 Chương I.7: Đối với dòng điện có dòng chạm đất lớn, trị số điện trở nối đất

không được lớn hơn 0,5 Ω trong suốt năm Điều I 7.55 Chương I.7: Đối với những vùng

đất đá có điện trở suất lớn hơn 500 Ω.m ở thời gian bất lợi nhất trong năm, trường hợp sử

dụng các biện pháp không hợp lý về mặt kinh tế thì cho phép tăng trị số điện trở nối đất

quy định trong quy phạm lên ρ/ 500 lần nhưng không được lớn quá 10 lần trị số điện trở nối

đất đã qui định Thực tế với những trạm ở vùng điện trở suất cao để đạt được tiêu chuẩn

ngành rất khó khăn, có thể ví dụ như ở trạm 500 kV Hoà Bình do một công ty của Pháp

(Schneider Electric) thiết kế chỉ đạt trị số 1,35Ω, các trạm 110/35 kV có trị số nối đất cao

như : trạm Cát Bi: 2,7 Ω; trạm Xuân Hòa: 3,8Ω; trạm Hải Sơn: 3,7Ω…

Việc thiết kế theo Tiêu chuẩn ngành 11TCN- 18 – 84 dẫn đến có trạm xử lý bằng

cách nối đất kéo dài hàng km đến các vùng có điện trở suất thấp hoặc khoan nhiều cọc có

độ sâu lớn dẫn tới việc đầu tư kinh phí khá lớn mà hiệu quả không cao Chẳng hạn như ở

trạm 500kV Yaly

Theo các Tiêu chuẩn Quốc tế như IEC 60479 –1 – 1994; IEEE/ANSI St 80 – 1996;

CENELEC HD 637 S1 – 1999 thì đều đưa ra tiêu chuẩn tính theo điện áp tiếp xúc cho

phép Với quy định như vậy dường như có thể đạt được các yêu cầu liên quan tới hệ thống

nối đất trong trạm như an toàn cho con người, an toàn cho thiết bị, nối đất làm việc cho

thiết bị, nối đất chống sét Tuy nhiên đi sâu cặn kẽ cho từng vấn đề cụ thể thì không đơn

giản, đó là nội dung lớn khó có thể trình bày hết được ở đề tài này Các đề tài nghiên cứu

của Viện Năng lượng đã đi sâu theo từng chuyên mục cụ thể Đề tài này chỉ tóm tắt một số

nội dung chính

Trong ba thập niên qua, Hệ thống điện nước ta đã phát triển với tốc độ rất nhanh cả

chiều dài, cấp điện áp truyền tải, công suất truyền tải và quy mô trạm Những năm 70

chúng ta mới có hệ thống 220kV thì đến năm 1993 đã có hệ thống 500kV Nước ta nằm

trong vùng có hoạt động giông sét mạnh (chưa phải là vùng mạnh nhất – nhưng cũng thuộc

loại có giông sét nhiều) Với mật độ sét từ 3.5-9 lần sét đánh/1km2, số ngày gông là 60

thậm chí đến 100 ngày, giờ giông: 150-250 Vì vậy:

ª Tần suất sét đánh vào đường dây trên không và trạm biến áp cao ( gấp từ 3 đến

4 lần số trung bình khuyến nghị cho phép hiện nay)

ª Suất cắt điện trạm và đường dây do sét lớn (gấp khoảng 4 lần so với khuyến

nghị)

Ngay tại trạm 500kV - có mức chịu sét cao nhất cũng đã xảy ra các vụ sét đánh

hỏng thiết bị (ví dụ như: năm 2000 hỏng MBT trạm 500kV Hoà Bình; hỏng MBT tự dùng

trạm Pleiku năm 1996)

Căn cứ thống kế của EVN, trong 5 năm ( từ 1996-2000), hệ thống 110kV và 220kV

đã có 450 lần sự cố (153 lần sự cố vĩnh cửu), gây thiệt hại rất lớn do ngừng cung cấp điện,

hỏng thiết bị và sửa chữa, bảo dưỡng với chi phí rất lớn

Theo kết quả tính toán của Liên Xô (do D.V Rajevirg và G.N Alexxandrow thực

hiện), suất cắt điện của các đường dây 110kV, 220 và 500kV ( phụ thuộc vào trị số điện

trở nối đất của cột), như sau:

Số lần cắt điện tăng lên (số lần tăng)

Điện trở nối đất

Còn độ nguy hiểm do sét (suất cắt tổng một năm / km) của đường dây như dẫn ra ở

bảng dưới đây:

Độ nguy hiểm phụ thuộc vào điện trở nối đất R

Nếu tính chi tiết thì chi phí tổn thất do sét đánh gây ra ngừng cung cấp điện và chi

phí sửa chữa thay thế thì bị hàng năm phải đến hàng trăm tỷ đồng

Như trên đã thấy rất rõ tác dụng của nối đất để giảm suất cắt do sét Khi giảm điện

trở nối đất thì suất cắt giảm rõ rệt (xem bảng) nhưng chi phí đầu tư bổ sung lại không lớn

Vì vậy làm giảm khối lượng vật tư nối đất và giảm điện trở nối đất là biện pháp hữu

hiệu cả kinh tế – kỹ thuật và an toàn để tránh tác hại của sét và các dòng chạm đất lớn

Sự phụ thuộc của chỉ tiêu chịu sét của MBA khi thay đổi điện trở

nối đất của đoạn tới trạm

Rđ (Ω) 5 6.5 8.5 10 12.5 15 20

M(năm 80 57.6 43 39 31 26 23.5

Nhiều nước như Nga, Mỹ, Nhật, Đức, Ba lan, Uùc, … đã và đang quan tâm, tìm biện

pháp giải quyết vấn đề cải tạo nối đất Nhật đã cấp bằng phát minh cho việc dùng bột than

chì và vôi sống, đổ nước tạo hang, lỗ để giảm điện trở nối đất trạm, Người ta đã đề nghị áp

dụng nhiều biện pháp khác nhau để thực hiện nối đất ở những vùng đất có điện trở suất

cao

Ở nước ta, do đặc điểm về lãnh thổ, miền trung du và miền núi chiếm một tỷ lệ diện

tích khá lớn nên ở nhiều vùng đất có điện trở suất trên 300Ωm thậm chí có nới lên đến

2000-3000Ωm Vì vậy, tìm biện pháp hợp lý để giải quyết vấn đề giảm điện trở suất của

đất là một trong những biện pháp đặc biệt có hiệu quả cho ngành Điện

Tóm lại, thực trạng tình hình triển khai và ứng dụng khoa học công nghệ trong lĩnh

vực bảo vệ chống sét và quá điện áp ở Việt Nam còn một số bất cập sau:

ª Suất cắt điện của đường dây và trạm còn quá cao, trong đó do sét gây nên cũng

rất lớn, đặc biệt là trong lưới điện trung và cao thế Như vậy rất ảnh hưởng đến

chất lượng điện năng, và an toàn cho con người

ª Tiêu chuẩn, quy phạm về chống sét là cơ sở pháp lý kỹ thuật nhưng chưa sửa

đổi, bổ sung kịp với nhu cầu phát triển và đưa vào áp dụng các tiến bộ khoa học

công nghệ, thiết bị, giải pháp công nghệ mới

ª Cơ chế hợp tác giữa lực lượng khoa học kỹ thuật và các đơn vị sản xuất kinh

doanh điện còn chưa đạt hiệu quả cao, và cũng chưa có nhiều giải pháp thực sự

hữu ích và có giá trị kinh tế – kỹ thuật

I.3- MỤC TIÊU CỦA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TẠI TRẠM BIẾN ÁP:

Về nguyên tắc một hệ thống nối đất của trạm điện cần phải đạt được hai mục đích :

1 Tạo phương tiện dẫn dòng điện vào lòng đất ở điều kiện bình thường và điều kiện

sự cố mà không vượt quá các giới hạn làm việc và giới hạn cho phép của thiết bị

hoặc ảnh hưởng đến tính liên tục của cung cấp điện

2 Đảm bảo cho nhân sự tiếp cận các đối tượng nối đất mà không gặp nguy hiểm do

điện giật

Xét về mặt an toàn cho con người các tiêu chuẩn Quốc tế đã đưa ra những kết quả

nghiên cứu về tác động của dòng điện khi chạy qua cơ thể sống, và thấy rằng nó phụ thuộc

vào độ lớn, thời gian, tần số của dòng điện đó Hậu quả nghiêm trọng nhất là làm ngừng

lập tức hoạt động tuần hoàn máu Ở tần số 50 hoặc 60 Hz, cơ thể con người rất dễ bị ảnh

hưởng xấu bởi dòng điện

Người ta biết rằng một dòng điện xấp xỉ 0,1A có thể gây chết người Nhiều nhà

chuyên môn đồng ý rằng cơ thể con người có khả năng chống chịu dòng điện cao hơn 25

Hz đôi chút và lớn hơn gần 5 lần dòng điện một chiều Ở các mức tần số 3000 ÷ 10 000

Hz, cơ thể có khả năng chịu dòng cao hơn

Người ta biết dòng 1mA là “ngưỡng cảm giác”, tức là giá trị độ lớn dòng mà tại đó

con người trực tiếp có cảm nhận hơi tê giật trên tay hoặc đầu ngón tay khi có dòng điện

này chạy qua Dòng từ 1 ÷ 6 mA, thường còn gọi là dòng “tự do”, tuy không thỏai mái khi

chạm vào, song không gây hại cho con người khi cầm nắm vào vật thể có tính năng lượng

dòng này, người ta vẫn có thể kiểm soát các cơ và thả tay ra khỏi vật thể đó Trong dải trị

giá dòng từ 9 đến 25mA dòng điện trở nên nguy hiểm, khi đó nó làm cho người khó có thể

bỏ tay khỏi vật thể mang dòng ở giá trị này Khi dòng điện đạt tới giá trị 60 đến 100mA thì

cơ thể ngay lập tức tác động lên dây thần kinh não làm tim ngừng đập hoặc ngừng hô

hấp, gây tử vong Như vậy nhấn mạnh rằng cần quan tâm tới, tầm quan trọng của ”ngưỡng

cảm giác ”, nếu có thể duy trì các dòng chạm – giật dưới mức trị giá này bằng hệ thống

tiếp đất được thiết kế hoàn hảo thì có thể tránh tai nạn thương vong do phóng điện

Những trường hơp nguy hiểm liên quan tới nhân sự và thiết bị nối đất được chỉ ra ở

hình các hình vẽ Người ta đưa ra các khái niệm để sử dụng cho mô tả, tính toán cho các

trường hợp này:

ª Điện áp bước: Hiện tượng chênh lệch điện thế bề mặt do nhân sự bước chân lên

với khoảng cách hai chân là 1m, nhưng không tiếp xúc với bất cứ vật thể nối đất

nào khác

ª Điện áp tiếp xúc: chênh lệch thế giữa hiện tượng tăng thế đất và thế bề mặt tại

điểm nhân sự đang đứng, đồng thời chạm tay vào đối tượng tiếp đất nào đó

Lưu ý: Trong trạm biến áp truyền thống trường hợp điện áp tiếp xúc xấu nhất xảy ra

chính là chênh lệch thế giữa tay và hai chân tại vị trí có khoảng cách cực đại Tuy nhiên,

trong trường hợp tiếp xúc kim loại – kim loại trực tiếp bằng tay – tay hoặc tay chân

(thường thấy trong trạm biến áp cách điện khí gas), cần tiến hành phân tích cả hai loại

trạm điện này để xác định trường hợp tiếp cúc xấu nhất, bao gồm cả hai tay

ª Điện áp trung chuyển: Trường hợp điện áp tiếp xúc đặc biệt trong đó điện áp

được trung chuyển vào hoặc ra khỏi trạm biến áp

Các tài liệu nước ngoài đã đưa ra các tính toán phục vụ thiết kế hệ thống tiếp đất an

toàn dựa trên các thí nghiệm, thống kê khoa học về an toàn cho nhân sự khi hoạt động

trong trạm điện Theo Dalzel thì có công thức tính điện áp cực đại giới hạn không được lớn

hơn nếu muốn được an toàn:

- EBước 50 kg và ETiếp Xúc 50kg : Điện áp bước và điện áp tiếp xúc của người 50 kg

- EBước 70 kg và ETiếp Xúc 70kg : Điện áp bước và điện áp tiếp xúc của người 70 kg

Với Cs: Hệ số rút gọn để tính giá trị thường của trở kháng bề mặt

Cs được tính như sau:

CS = 1 khi điện trở suất lớp đá bằng điện trở suất nền đất

Trong trường hợp hai lớp có điện trở suất khác nhau, thì CS tính theo công thức sau:

1 96 0

1

n

h K

π

∗ρS - Điện trở suất cuả vật liệu phủ trên mặt(Ωm)

∗ ts - Thời gian của dòng điện sự cố (sec)

∗hs - Độ dày lớp đá bề mặt trạm (m)

ρρ

+

−

Trên cơ sở các tiêu chuẩn về an toàn cho người như vậy, người ta đã đưa ra các

phương pháp tính thiết kế để làm sao đạt được hệ thống nối đất an toàn cho người và có

kiểm tra trong các chế độ vận hành bình thường cũng như sự cố

Khi thiết kế hệ thống nối đất cho trạm điện việc kiểm tra xem hệ thống có đáp ứng

yêu cầu cho chống sét các loại không là điều cần thiết Nghiên cứu khả năng dẫn dòng sét

của một hệ thống nối đất thấy rõ nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kích thước, kiểu bố

trí của nối đất, điện trở suất của đất, giá trị dòng trở sét, thời gian đầu sóng của sét… như

vậy thấy rõ để biết khả năng dẫn dòng có an toàn hay không là không đơn giản

Để biết việc dẫn dòng điện sét vào đất thì cần giá trị điện trở xung quanh của hệ

thống nối đất Ở đây tính toán ví dụ cho trạm điện có hệ thống nối đất có kích thước

80x80m ta nhận thấy giá trị cực đại của xung điện áp vượt trước giá trị cực đại của xung

dòng điện Nguyên nhân của việc này là sự ảnh hưởng của sụt áp điện cảm trên đầu sóng

xung quanh dòng điện và quá trình phóng tia lửa trong đất ở gần nối đất, dẫn đến sự

không tuyến tính ở độ dẫn điện của nó Kết qủa là điện trở xung của nối đất tại thời điểm

cực đại điện áp zu = U/ iu sẽ lớn hơn điện trở của nó vào thời điểm cực đại dòng điện zu =

u1/ I

Để phân tích khả năng chịu sét của trạm và so sánh thế trên nối đất với xung điện

áp thử của cách điện thiết bị khi mà chúng có giá trị là điện áp trên đất ul tại thời điểm

của xung dòng điện l ở thời gian đầu sóng cho trước τφ, hay khi giá trị điện áp cực đại trên

nối đất U ở đầu sóng của điện áp τu (có thời gian nhỏ hơn τφ) Giá trị cực đại xung của

dòng điện sét l và thơi gian đầu sóng của nó τφ là các giá trị gốc khi xem xét quá trình xảy

ra trong nối đất, còn giá trị cực đại xung điện áp trên nối đất và thời gian đầu sóng của nó

là các gía trị, phụ thuộc không chỉ vào các giá trị gốc l và τφ, mà còn vào cách bố trí nối

đất và điện trở suất của đất

Do đó tất cả các giá trị sau này của điện trở xung được đưa ra ở giá trị cực đại

dong điện sét tương ứng với thời gian đầu sóng xung dòng điện cho trước, nghĩa là: zu=uI/I

Tương ứng với nó là các hệ số xung sau đây:

α =

R

I u R

U

Z 1/

=

Tương tự như vậy đối với điện trở xung trong thời điểm giá trị cực đại dòng điện sét

với thời gian đầu sóng τφ cho trước

Các nghiên cứu sự phụ thuộc của điện trở xung trạm biến áp vào các thông số như

điện trở suất, kích thước lưới nối đất, dòng điện sét, nghiên cứu về khả năng chịu sét của

trạm, sự giảm thế khi dời xa điểm đầu thiết bị, ý nghiã của việc xác định điểm nối đất

dây dẫn của hệ thống chống sét… là nội dung lớn Việc trình bày cần có các dẫn dắt dài,

trong khuôn khổ đề tài này không thể hiện được Như vậy ngoài tính toán về nối đất an

toàn thì khi xét đến mặt nối đất chống sét phải quan tâm đến các điểm sau:

ª Cần xác định kích thước nối đất giới hạn cho vùng đất sẽ đặt trạm biến áp để

thiết kế lưới nối đất là hợp lý cả về phương diện kỹ thuật, cả về kinh tế (đảm

bảo trị số điện trở và yêu cầu cân bằng thế cũng như bảo vệ chống sét với chi

phí bé nhất )

ª Nên chọn diện tích lưới gần với diện tích có dạng gần với hình vuông thì dễ đảm

bảo trị số điện trở nối đất theo yêu cầu và chi phí càng giảm

ª Nên bổ sung các cọc thẳng đứng vào lưới nối đất để làm giảm các kích thước

giới hạn của nối đất

ª Các nối đất của trạm thường có kích thước lớn hơn các giới hạn sử dụng khi thoát

dòng điện sét vào đất Do đó các nối đất tự nhiên kéo dài (hệ thống dây chống

sét – cột, vỏ bọc kim loại của cáp và …), sẽ nằm ngoài vùng kích thước giới hạn

của nối đất trạm và khi thực hiện việc thoát dòng điện sét ở tâm của nối đất thì

chúng không thể có ảnh hưởng đến sự giảm điện xung zu, do vậy không cần quan

tâm tới chúng khi giải bài toán thoát dòng điện sét trong phạm vi biến áp

ª Bài toán thoát dòng điện sét phải được giải quyết trong phạm vi kích thước giới

hạn nối đất trạm biến áp và cần lưu ý : nếu cứ kéo dài các tia nối đất ra ngoài

phạm vi kích thước giới hạn với hy vọng nâng cao hiệu quả bảo vệ chống sét cho

trạm thì chỉ là ảo tưởng Mọi cố gắng đó sẽ không đem lại hiệu quả mong đợi

khi thoát dòng sét điện

ª Bố trí cột thu lôi ở các vị trí (theo khả năng có thể) ở gần tâm của nối đất trạm,

và bổ sung vài cọc nối đứng cách nhau một khoảng cách a/ LB = 2,5 (a- khoảng

cách giữa các cọc nối đất, LB – chiều dài cọc nối đất) ở gần điểm dẫn dòng sét

của cột thu lôi vào nối đất; tăng các nhánh song song để thoát dòng từ điểm đầu

nối cột thu sét vào mạng nối đất

ª Cần khắc phục trong thực tế thiết kế và thi công nối đất bảo vệ chống sét là:

việc đấu nối dây thoát sét vào bất kỳ điểm nào, bất kỳ chỗ nào của nối đất mà

không quan tâm tới việc thoát dòng điện sét

Lưu ý rằng dời xa các điểm đấu nối của thiết bị khỏi chổ đầu dây thoát sét (cột thu

sét) tới nối đất sẽ giảm được điện thế trên vỏ nối đất của thiết bị thoát dòng điện sét và

cũng giảm được sự nguy hiểm do phóng điện qua bề mặt cách điện hay đánh thủng cách

điện trong chu kỳ nay

Đối với các mạch điện nhạy cảm như điều khiển, tín hiệu, thông tin, bảo vệ (điện

tử, rơ le kỹ thuật số….) cần có quan tâm tới các kỹ thuật nối đặc trưng riêng Trong đa số

các trường hợp , cần phải tính toán nhiễu do dòng sét gây ra trong chu kỳ thoát dòng điện

sét đối với từng loại thiết bị nhạy cảm này

Khi đã áp dụng tất cả các biện pháp nêu trên vẫn không đạt được hiệu quả bảo vệ

chống sét theo tính toán (do điều kiên đất quá xấu ) thì phải bố trí cột thu lôi độc lập và có

hệ thống nối đất riêng biệt không liên quan về điện với nối đất trạm

CHƯƠNG II

CÁC HIỆN TƯỢNG CƠ BẢN LIÊN

QUAN ĐẾN LƯỚI NỐI ĐẤT

A- CÁC HIỆN TƯỢNG CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN LƯỚI NỐI ĐẤT

II.1- SỰ CỐ CHẠM ĐẤT:

Khi có sự cố chạm đất xảy ra bắt nguồn từ một cách điện bị hỏng nào đó ở trong

trạm hay ở trong một trạm, như vậy sẽ xuất hiện gradien điện áp do dòng điện chạy qua

đất để trở về nguồn Gradien điện áp này là nguyên nhân để có khả năng tạo ra điện áp

tiếp xúc và điện áp bước nguy hiểm

Dòng điện chạy qua đất và qua bất kỳ đường trở về nào đó để về nguồn (như màn

chắn của cáp, dây bảo vệ)

I* cco= Iđất+ Idây bảo vệ + Imàn chắn

Iđất < Icco Iđất ~ 0,7 xIcco

(Hình vẽ trang sau) Trong đó:

Icco =

Z Z Z

Ux

0 2 1

3+

Cdg: dây chống sét;

Cable HT: cáp cao áp;

Ecran: Lưới màn;

Icdg: dòng điện trong dây chống sét;

Ig: dòng điện trong đất

Jcco Poste P1

Ig

Ig2

Poste P2 Ig2

Jcco2 Icdg2 Poste P2

Jcco Jcco1 Icdg1

Rp1

Ig1

Poste P2 Poste P1

Ig2

Rp1 Rp1

cdg Icdg1 Icdg2

Jcco2 Jcco1

Jcco

II.2- ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC VÀ ĐIỆN ÁP BƯỚC:

Tấm chắn

Lưới nối đất

Điện áp bước Điện áp tiếp xúc

Dòng điện đi vào đất Iđất rất nguy hiểm và chính nó đưa đến kết quả là có gradien điện áp với lưới nối đất

Điện áp đặt vào giữa một tay nào đó với chân (gọi là điện áp tiếp xúc và điện áp đặt giữa 2 chân gọi là điện áp bước), chính là kết quả của dòng điện bị hạn chế bởi điện trở của cơ thể người (trong đó có thể cộng thêm điện trở của giầy và điện trở trên bề mặt đất

Một cách tổng thể, dòng điện phải nhỏ hơn 30mA

Điều kiện này đã được chuyển thành đường đặc tuyến “Điện áp theo thời gian” Đường cong trong hình này đã tuân theo đường đặc tuyến trong tiêu chuẩn quốc tế IEC

60479

Thí dụ: Điện áp tiếp xúc UTp = 500V với tc = 0,2s

của UTp - bằng 75 V (UTp là điện áp tiếp xúc cho phép) Ghi chú2: Nếu thời gian dòng điện qua lớn hơn trị số trên đồ thị thì lấy giá trị Ghi chú 1: Đường cong này tương ứng với sự cố chạm đất trong hệ thống cao áp

V 1000 9 8 7 6 5 4 3 2

100 9 8 7 6 5 4

10 9 7 6 5 4 3 2 1

0.7 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

ƒ ρs: điện trở suất của đất

ƒ K: hệ số phụ thuộc vào dạng hình học của lưới nối đất (xem trong IEEE)

ƒ L: chiều dài của điện cực bằng đồng chôn dưới đất

Như vậy chiều dài L của dây đồng chôn sâu lớn nhất thì Ebước nhỏ nhất

Nếu dòng Ig nhỏ nhất thì Ebước cũng nhỏ đi

Chúng ta quan tâm là làm giảm dòng Ig tới mức tối đa bằng cách: cân nhắc kỹ dòng sự cố thứ tự không thực (Icco) Tức là cân nhắc kỹ sự cố chạm đất thực sự

Đưa vào tính toán dòng trở về qua dây bảo vệ và qua màn chắn của cáp

2- Điện áp tiếp xúc (điện áp chạm):

Rk Rf Rf

Rf

Rk Rf

Dòng điện mà con người có thể chịu được (theo đúng như IEEE):

Ik =

116 ,

Trong đó tc: thời gian sự cố

Ik: dòng điện qua người (nặng 50kg) có thể chịu được

ρ17 , 0 116 ,

0 +

Etiếpxúc ≤ Ebước

II.3- ĐƯỜNG QUAY TRỞ VỀ CỦA DÒNG ĐIỆN:

Khi dòng điện đi vào đất và một phần của dòng Icco cũng đi vào dây bảo vệ và/ hay vào vào màn chắn của cáp:

Z Znn

ln cco

g1

- ZIn dây bảo vệ/ dây dẫn tương hỗ

- Znn độ tự cảm của dây bảo vệ với đường trở về đất

- Icco Dòng sự cố chạm đất thứ tự không

- Ig Dòng đi vào đất

- Idây bảo vệ dòng ở dây bảo vệ

I dây chống sét

I g g

cco I

II.4- GRADIEN ĐIỆN ÁP:

Trước khi xảy ra sự cố

cực đại) (gradien điện áp

Điện áp cực đại Gradien điện áp

grid

ρg

Trước khi xảy ra sự cố

g Lưới

II.5- MẠNG LƯỚI NỐI ĐẤT:

r

qui chiếu V - O Điện áp ở xa

U

R I

U=R.I

Khi có sự cố chạm đất xảy ra, điện áp dâng của trạm so với điện áp qui chiếu ở xa

Điện áp U liên quan đến bất kỳ thiết bị nào (cáp, các ống, đường ray) mà chúng được nối liên kết ở trong trạm và so với điện áp qui chiếu

Giá trị của điện trở nối đất của trang bị nối đất các điện cực kiểu ô lưới (mạng lưới) gần đúng bằng:

R =

D

E

2

ρ

Trong đó: ρE : điện trở suất của đất

D: là đường kính của vòng tròn tương tự diện tích của mạng ô lưới các điện cực nối đất

Thí dụ về mặt cắt điện thế và điện áp trong trường hợp dòng điện đi qua điện cực nối

đất (hình vẽ dưới đây)

được nối đất tại trạm.

được đưa ra ngoài Vỏ dài nhưng cả hai đầu đều được cách điện suốt chiều

Đường cáp có vỏ liên tục Có nấc

điện thế nấc điện thế

Không có các S2S3

S1 E 1m 1m

ε ε

- E: Điện cực

- S1, S2, S3 nấc điện thế của cực nối đất E

- UE : Độ dâng điện thế đất

- USS : Nguồn điện áp bước

- UST: Nguồn điện áp tiếp xúc

- UTST : Điện áp tiếp xúc lan truyền khi vỏ kim loại của cáp không được nối đất

tại đầu cuối ở khoảng cách xa

- UTSTE : Nguồn điện áp tiếp xúc lan truyền khi vỏkim loại của cáp được nối

đất tốt tại đầu cuối ở khoảng cách xa

II.6- ĐIỆN ÁP LAN TRUYỀN:

Thí dụ về bảo vệso lệch cho đường cáp tín hiệu Sử dụng một máy biến áp cách ly

Trong một vài trường hợp nếu điện áp U lớn (> 5kV), cần phải lắp đặt một máy biến áp cách ly để bảo vệ cho các thiết bị như đường dây điện thoại và cáp tín hiệu

0V U

Trạm B Trạm A

Bảo vệ so lệch Bảo vệ so lệch Máy biến áp cách ly

P

TC P

B- CÁC QUY TẮC ÁP DỤNG ĐỐI VỚI TÍNH TOÁN LƯỚI NỐI ĐẤT THEO TRÌNH TỰ

TỪNG BƯỚC (PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG):

¾ Bước 1: Tham khảo các tiêu chuẩn áp dụng được

¾ Bước 2: Vẽ một lưới nối đất

Cấu trúc hoàn toàn bằng kim loại: cột cổng, cột tháp bằng kim loại Ít nhất phải có một điểm nối đất

Kích thước trung bình của ô mắt lưới khoảng 10 x10m

¾ Bước 3: Xác định lưới nối đất (tiết điện của vật liệu chôn sâu)

Nguyên liệu: đồng, nhôm, sắt (khuyến cáo nguyên liệu đồng) Lưu ý tới tiếp xúc thép mạ/ đồng

Sử dụng lưỡng kim tại giao diện

Tính toán tiết diện của lưới nối đất dựa trên dòng điện sự cố lý thuyết:

+ 110kV: lCC = 31,5 kA hiệu dụng; 1 sec

+ 220kV: lCC = 40,0 kA hiệu dụng; 1 sec

Công thức trong tài liệu HD 637 trang 88

cc t K

I

ln

Trong đó:

- A: là tiết diện tính bằng mm2

- I: là dòng điện trong dây dẫn tính bằng A, giá trị hiệu dụng

- T: là thởi gian của dòng sự cố tính bằng giây (s)

- K: là hằng số phụ thuộc vào vật liệu tính bằng A S / mm2

Kđồng = 226 ; Knhôm = 148 ; Kthép = 78

β: là nghịch đảo hệ số nhiệt độ (0C) của điện trở của phần tử có dòng điện đi qua

βđồng = 234,5 ; βnhôm = 228 ; βthép = 202

Yi : là nhiệt độ ban đầu tinh bằng 0C (≈ 200C)

2500C đồng bắt bu lông (ở bên ngoài đất)

¾ Bước 4: Xác định dòng ngắn mạch thực

Icco < Icc110 hay Icc220 Icco = U x 3/(Z1 + Z2 + Z0 ) giá trị này cho trong chương trình ngắn mạch

¾ Bước 5: Xác định dòng vào đất Iground = Ig

Ig = Icco - IS

IS = Imàn chắn và/hay Idây bảo vệ

Z Z

I Icco nn

Ig ≈ 0,7 x Icco

¾ Bước 6: Cần nhắc lại giới hạn mà con người chịu đựng được điện áp tiếp xúc cho

phép UTP với thời hạn thời gian đi qua Thí dụ: nếu tc = 0,2 s, UTP = 500V

¾ Bước 7: Đưa ra điện trở suất của đất bằng đo đạc hay từ chất lượng của đất tương

đương:

- Giá trị thấp < 10Ωm

- Giá trị trung bình ~ 100Ωm

- Giá trị cao > 1000Ωm

Dải điện trở suất của đất thường đo được

ρE (Ωm)

Đất đầm lấy Đất mùn, đất sét Cát

Sỏi Đá phong sương

Sa thạch Granit (hoa cương) Đất băng tích

5 dến 40

20 đến 200

200 đến 2.500 2.000 đến 3.000 hầu hết nhỏhơn 1000 2.000 đến 3.000 tới 50.000 tới 30.000

¾ Bước 8: Sau khi đã nạp các dữ liệu và cho chạy chương trình, ta chọn trên đồ biểu

các giá trị của điện áp tiếp xúc và điện áp bước nhỏ hơn các giá trị cho phép

Nếu điện áp tiếp xúc và điện áp bước cao hơn các giá trị cho phép thì tiến hành các bước tiếp theo:

- Bổ sung thêm các cọc nối đất đóng thẳng đứng

- Chôn bổ sung thêm vật liệu

- Bổ sung thêm lớp đá vụn lên bề mặt

- Chôn đối trọng

à UTP < 2000 V với t = 0,2s (thay thế cho 500V)

à Ra = 2500 Ω điện trở của giầy

à ρS = 1000 Ω điện trở suất trên bề mặt

C- CÁC BIỆN PHÁP HỖN HỢP – KẾT HỢP KHÁC KHI THIẾT KẾ NỐI ĐẤT

2 Nối đất cốt thép tăng cường của móng:

Chúng ta thường đặt câu hỏi là có cần thiết phải nối đất các cốt thép tăng cường không thì câu trả lời là có đối với các tấm bê tông lớn và cũng cần nối vào một vài điểm

Nhưng việc nối đất phải sử dụng dây đồng trần bao xung quanh tấm bê tông đó và phải nối vào hệ thống nối đất ở phía bên ngoài

Đ óng trần phía ngoài

V ành đai chôn

3 Đối với các công trình GIS:

Thí dụ: một trạm 220kV – 7 ngăn lộ: 25m x 8m x 0,5m

ª Một trạm GIS cách điện khí thường có diện tích nhỏ

ª Thông thường nối đất bao gồm:

- Vành đai bằng cáp đồng chôn sâu xung quanh tấm bê tông đỡ trạm

- Bản thân tấm bê tông

- Cốt thép tăng cường phải nối đất

Điều quan trọng cần lưu ý là tấm bê tông có thể nhiễm ẩm do đất và có điện trở

suất thấp (ρ ≈ 300 Ω m)

Trong trường hợp sự cố, có dòng ngắn mạch lớn có thể đi qua tấm bê tông (Rd), qua

điện trở tiếp xúc của đất với tấm bê tông (Rp) và vành đai chôn sâu (Rb)

Lưới nối đất Tấm bê tông Lưới thép tăng cường

Kết quả là độ dâng điện áp của trạm sinh ra điện áp tiếp xúc nguy hiểm Chính vì

vậy cho nên khuyến cáo:

ª Cách ly tấm bê tông với đất bằng một màng bằng chất dẻo và sử dụng màn

chắn của cáp và/hay dây nối đất để tránh các dòng quay trở về đất

ª Đấu nối trạm với các phần bằng kim loại (đường ray, điện cực nối đất bằng

thép)

CHƯƠNG III

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỐI

ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ

Trong chương này chúng ta sẽ xem xét một ví dụ điển hình về tính toán các thông

số nối đất cho trạm biến áp Trong đó sẽ sử dụng phương pháp thiết kế truyền thống

theo các tiêu chuẩn của IEC và IEEE, đồng thời sẽ thực hiện thiết kế lại dùng chương

trình tính toán tối ưu lưới nối đất của Ths Trần Ngọc Định, sau đó sẽ so sánh các kết quả

đạt được

III.1- TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG:

Thí dụ về tính toán hệ thống nối đất cho một trạm 110kV

1 Phương pháp tính toán:

Với các số liệu ban đầu như diện tích mặt bằng trạm, điện trở suất của đất, dòng

sự cố chạm đất, thời gian sự cố… Người ta xác định điện áp tiếp xúc cho phép và điện áp

bước cho phép

Kế tiếp người ta đưa ra thiết kế sơ bộ mạng nối đất chỉ sử dụng các điện cực nằm

ngang nối với nhau thành một ô mắt lưới (chưa sử dụng các cọc) Với mạng ô lưới này

người ta xác định các trị số sau:

ª Điện trở mạng nối đất Rg

ª Dòng cực đại vào mạng nối đất IG

ª Độ dâng thế đất

Bước kế tiếp người ta tính điện áp các ô lưới sau đó so sánh độ dâng thế đất, điện

áp ô lưới với các gia 1trị điện áp tiếp xúc cho phép và điện áp bước cho phép:

Nếu E dâng thế đất > E tiếp xúc cho phép

Và E ô lưới > E bước cho phép thì điều tất yếu là phải bổ sung các điện cực nối

đất nằm ngang hay đóng thêm các cọc điện cực nối đất thẳng đưng vào mạng nối đất

trong thiết kế sơ bộ

Sau đó tính toán lại từ bước R g… và cứ mỗi lần bổ sung điện cực nối đất đều phải

tính toán lại cho đến khi nào ta đạt được chỉ tiêu:

E ô lưới tính toán < E tiếp xúc cho phép và

E bước tính toán < E bước cho phép

Nếu đạt được các yêu cầu trên, người ta sang bước cuối cùng là làm chi tiết bản

thiết kế hệ thống nối đất

Lưu ý :theo phương pháp này, ta có thể sử dụng các đường toán đồ hay công thức

và các bảng số liệu như trong IEEE/ ANSI 80- 198 IEC 60479-1 –1994 hay trong

CENELEC – HD 637 –S1

2 Bài toán cụ thể như sau:

Xét một trạm biến áp (cụ thể là một lưới nối đất) có các đặc tính sau:

Sau đây là sơ đồ khối để tính toán:

Kích thước điện cực

d, L,3I0

Các chỉ tiêu về

E tiếp xúc cho phép

E bước cho phép

Thiết kế sơ bộ D.L.n

E bước tính toán < E bước cho phép

Điện trở mạng nối đất :

E ô lưới < E tiếp xúc cho phép

Thay đổi thiết kế

3- Cách tính toán :

Bước 1:

với các số liệu đã cho A = 63 x 84m và điện trở suất của đất là 400Ωm Ta giả

thiết mặt bằng là một hình vuông có kích thước 70 x 70 m (với giả thiết này để có thể

tận dụng các đường cong trong đồ biểu để thiết kế sơ bộ) và lưới nối đất là một mạng

các ô mắt lưới nhưng không có các cọc điện cực Như vậy ta có A = 70 x 70 = 4900m2

và điện trở suất của đất là 400Ωm

Bước 2: Xác định kích thước các điện cực nối đất(các thanh nằm ngang)

Theo số liệu đã cho ta tính dòng sự cố chạm đất If = 3I0 mà :

3I0 = Upha X

021

3

Z Z

Ta thấy XI = Z2, thay số vào ta được:

j

j 10 40 318010

42

3

++

(

/

Với thời gian sự cố là tS = 0,5 s ta có hệ số tắt dần Df = 1 (theo bảng sau)

Hệ số tắt dần theo thời gian sự cố

0.008 1.65 0.1 1.25 0.25 1.1

Như vậy dòng sự cố không đối xứng cũng là 3180 A =3,18kA Với tS và If ta xác

định kích thước các điện cực nằm ngang theo đường cong cho trong hình 4

Hình: Đường toán đồ để xác định kích thước dây

10 20 40

80 100

20.0 10.0 5.0 3.0 2.0 1.0 0.5 0.3 0.2 0.1

97%Cu-AND 100%Cu 97%Cu-BRAZED(250°C) 40% CCS

97%Cu-(250°C) 30% CCS

Khi sử dụng đường cong này ta có thể chọn các loại điện cực khác nhau, thí dụ ta

chọn loại 97% Cu và 100% Cu, thì từ đường cong trên ta được A’c = 2,55mm2/ kA

Nhưng Ac = π (d2/4) = 8,1 mm2

Suy ra d = 0,0035m là đường kính của các điện cực nằm ngang Do các điện cực

này phải chịu lực kéo căng và độ gồ ghề của đất cũng như mức chịu đựng và ổn định

nhiệt cho nên ta chọn đường kính điện cực d’ > d, chọn d’ = 0,01m điện cực này chịu

được nhiệt độ tới 10840 Ta cũn gco1 thể chọn loại 30% Cu bọc thép có giới hạn nhiệt

là 7000 C , khi tính ra ta được d = 0,005, cũng như trên ta chọn d’ = 0,01m là hợp ly

Bước 3: Tính toán E tiếp xúc cho phép và E bước cho phép

Đây là bước tín toán quan trọng vì kết quả quả bước này sẽ được đem ra để so

sánh với điện áp tiếp xúc tính toán và điện áp bước tính toán Nếu các điện áp tính toán

không thoả mãn các điện áp cho phép thì phải thay đổi hay bổ sung cho thiết kế sơ bộ

Với các số liệu điện trở suất đất ρđất = 400Ωm, điện trở suất lớp đá vụn ρS =

2500Ωm, độ dầy lớp đá vụn hS = 0,1m, ta xác định hệ số phản hồi giữa 2 lớp có điện trở

suất khác nhau:

K= 072

2500400

S đất

ρρ

ρρ

Ta có phương thức tính E t x.c.p (điện áp tiếp xúc cho phép ) và E b.c.p (điện áp

bước cho phép) như sau: (IEEE/ANSI -80)

ª Số 1000 là điện trở cơ thể người (theo IEEE/ANSI và IEC) tính bằng Ω

ª Các hệ số 6 trong E bước và 1,5 trong E tiếp xúc là tính đến dòng qua cơ thể

có điện trở của bàn chân, ngoài ra giữa 2 chân lại có điện trở tương hỗ giữa

chúng khi tính toán người ta lầy khoảng cách 2 chân là bằng 1m

ª Hệ số 0,157 là hệ số kinh nghiệm do Dalziel đưa ra qua nhiều thí nghiệm với

cơ thể cân nặng 70kg còn với cơ thể nặng 50 kg là 0,116

99,5% số người vẫn an toàn không bị rung cơ tim

ª ts thời gian sự cố

ª Cs là hệ số suy giảm và là hàm số của độ dày lớp đá vụn hs và hệ số phản hồi

K, giá trị của Cs được cho trong các đường cong 5

3.24 3.22 1.15 3.12 2.25 1.11

4.3

3.5

3

3.4 3.2

Trường hợp cụ thể trong thí dụ này : với hs = 0.1m và K = -0.72, ta được Cs = 0.63,

thay vào các công thức trên ta được :

E bước cho phép 70 = [1000 ÷ 6x0.63x2500]x 0.157 / 0.5 = 2320 V

E tiếp xúc cho phép 70 = [1000 ÷ 1.5x0.63x2500]x 0.157 / 0.5 = 746 V

Nếu không dùng các đường cong để xác định Cs ta có thể sử dụng công thức

K

) /

Trong đó : hs = 0.1 m;

b : bán kính tương đương của một bàn chân = 0.08m

Bước 4 : Thiết kế sơ bộ

Ta có thể bố trí một hệ thống nối đất đơn giản như sau: sử dụng các điện cực nối

đất có đường kính 0.01m tạo thành một mạng ô mắt lưới với khoảng cách mỗi ô là D=7m

chôn sâu h = 0.5m và chưa dùng đến cọc thẳng đứng

Như vậy ta có :

L = 2 x 11 x 70 = 1540 m

Là tổng chiều dài các điện cực nằm ngang

Bước 5 : Xác định điện trở của hệ thống nối đất

Ta có thể sử dụng đường cong lý thuyết sau đó đối chiếu với loại lưới với 10 ô

lưới trên một cạnh, trục hoành: số lượng ô lưới trên 1 cạnh ; trục tung : 1000 x Rg / p, như

vậy ta có ứng với 10 ô trên 1 cạnh, độ chôn sâu h=0.5 m và mặt diện tích 70x70 ta được

A( /

11