Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở tp hồ chí minh

Đề tài này sẽ đề xuất biện pháp làm giảm giá trị điện trở nối đất hệ thống nhỏ hơn 0.5Ω cho trạm biến áp cao thế có diện tích hữu hạn bằng cách sử dụng hóa chất cải tạo đất chôn xung qu

Trang 1

NGUYỄN QUỐC VĂN

NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬ DỤNG HÓA CHẤT CẢI TẠO ĐẤT CHO HỆ THỐNG LƯỚI NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ Ở TP.HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành : Thiết Bị Mạng Và Nhà Máy Điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2005

Trang 2

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

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) ……….………

……….………

Cán bộ chấm nhận xét 1 : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) ……….………

……….………

Cán bộ chấm nhận xét 2 :(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) ……….………

……….………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN

THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm

Trang 3

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: .Phái:

Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh:

Chuyên ngành: .MSHV:

I- TÊN ĐỀ TÀI:

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong Quyết định giao đề tài):

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):

(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký) QL CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm

TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

(Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV)

Trang 4

Sau thời gian học tập, nghiên cứu tại Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, em đã được các thầy cô trang bị vμ truyền đạt những kiến thức vμ những kinh nghiệm quý báu

Đặc biệt trong suốt quá trình học cao học tại trường, em đã

được cũng cố vμ nâng cao kiến thức của mình

Em xin chân thμnh cảm ơn:

- Ban giám hiệu trường Đại Học Bách Khoa

- Khoa Điện - Điện Tử , phòng Quản lý Khoa Học sau đại học, Bộ môn Hệ thống điện

- Thầy hướng dẫn: Tiến Sĩ Hồ Văn Nhật Chương

- Thầy: Tiến Sĩ Nguyễn Hoμng Việt

- Tất cả các thầy cô Bộ môn Hệ Thống Điện

Đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ, tạo nhiều

điều kiện thuận lợi cho em hoμn tất khóa học nμy

Thμnh phố HCM ngμy 28 tháng 9 năm 2005

Nguyễn Quốc Văn

Trang 5

Nối đất cho trạm cao áp đã được áp dụng trong hệ thống điện từ rất lâu, Nhằm mục đích vận hành lưới điện, an toàn cho người vận hành và tản dòng điện sự

cố

Đề tài này sẽ đề xuất biện pháp làm giảm giá trị điện trở nối đất hệ thống nhỏ

hơn 0.5Ω cho trạm biến áp cao thế có diện tích hữu hạn bằng cách sử dụng hóa chất

cải tạo đất chôn xung quang cọc hoặc thanh nối đất

Công việc nghiên cứu này sẽ mang lại các giá trị thực tiễn như sau:

1) Nhận được kết quả từ một mô hình toán học mới

2) Kết quả nhận được có thể sử dụng làm tài liệu giảng dạy, thiết kế cụ thể hệ thống nối đất cho trụ điện, các công trình kiến trúc, trạm biến

áp cao thế có diện tích hữu hạn, đồng thời cũng có thể thiết kế hệ thống nối đất cho các trạm thông thường mà việc sử dụng biện pháp này sẽ mang lại hiệu quả cao về mặt kinh tế và kỹ thuật

Nêu lên các lý thuyết cơ bản về sự cố chạm đất, Điện áp bước, Điện áp tiếp xúc (điện áp chạm), đường quay trở về của dòng điện, gradien điện áp, hệ thống nối đất, điện áp lan truyền

CHƯƠNG III:

CÁC MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT

KHI SỬ DỤNG HOÁ CHẤT CẢI TẠO ĐẤT

Dùng các lý thuyết về trường điện từ đưa ra các công thức toán học về các hệ thống nối đất khi chưa sử dụng hóa chất cải tạo đất và sau khi sử dụng hóa chất cải tạo đất như thanh nối đất, cọc nối đất, lưới thanh nối đất, hệ cọc nối đất và hệ thống gồm lưới thanh và hệ cọc

Trang 6

Thông qua các công thức tính toán ở chương IV, viết chương trình tính giá trị điện trở nối đất của cọc, hệ cọc, thanh, lưới thanh, hệ thống gồm lưới thanh và hệ cọc cho các trường hợp trước và sau khi sử dụng hóa chất cải tạo đất

CHƯƠNG V: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO MỘT SỐ BÀI

TOÁN CỤ THÊ

Chạy chương trình và thu thập các số liệu cụ thể về các loại nối đất, từ đó đưa ra các nhận xét về kết quả tính toán đó

CHƯƠNG VI:

SO SÁNH KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH ĐỀ TÀI VỚI PHẦN

MỀM TRỢ GIÚP THIẾT KẾ NỐI ĐẤT GEM

Cho ví dụ số liệu cụ thể để chạy chương trình trợ giúp thiết kế nối đất GEM của hãng ERICO và chương trình đề tài, thu số liệu và so sánh hai kết quả đó

CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Từ nhận xét ở chương VI, đưa ra các nhận định về lợi thế của việc sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống nối đất các trạm, từ đó đề xuất một giải pháp hiệu quả hơn trong việc thiết kế hệ thống nối đất cho các trạm điện cao thế ở những nơi có điện trở suất đất thấp và diện tích nhỏ, hoặc có thể thiết kế cho các trạm điện, trụ điện thông thường vì tính tối ưu kinh tế trong việc tiết kiệm kim loại làm điện cực nối đất

Từ đó viết chương trình thiết kế và tính toán cụ thể cho giải pháp đã nêu ra

Trang 7

CHƯƠNG II: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ AN TOÀN VÀ NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

CHƯƠNG III: CÁC MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT KHI SỬ DỤNG HÓA CHẤT CẢI TẠO ĐẤT

3.2- Xác định và xây dựng công thức tính toán điện trở nối đất khi áp dụng biện pháp cải tạo đất bằng hóa chất

CHƯƠNG IV: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN

4.3- Chương trình tính điện trở nối đất của hệ thống gồm hệ cọc và lưới

CHƯƠNG V: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO MỘT SỐ BÀI TOÁN CỤ THỂ

Trang 8

6.2- Sử dụng phần mềm trợ giúp thiết kế GEM……… Trang 59

6.3- Ứng dụng phần mềm trợ giúp thiết kế GEM trong thiết kế nối đất cọc,

PHẦN PHỤ LỤC

1 Phụ lục 1: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (1)……… Trang 77

10 Phụ lục 10: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (10)………… Trang 87

20 Phụ lục 20: Thực hiện thiết kế một lưới nối đất cụ thể về Phương pháp

21 Phụ lục 21: Bảng số liệu về hệ số phụ thuộc hình dạng lưới nối đất K1,

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 10

finite volumes of different resistivities;

[2]_Ljubivoje M.popovie, senior member IEEE, 2000 A practical Method for evaluation of ground fault current Distribution on Double Circuit Parallel Lines

[3]_Qui phạm về nối đất và nối không các thiết bị điện của Viện nghiên cứu khoa học kỹ thuật - Bảo hộ lao động, Tổng liên đoàn lao động Việt Nam, năm 1989;

[4]_Chuyên đề về Chống sét của GS.TS Võ Viết Đạn – Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam;

[5]_Hướng dẫn Thiết kế Lắp Đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC của hãng Schneider do nhà xuất bản khoa học kỹ thuật năm 2000;

[6]_Thiết kế kỹ thuật dự án “Trạm biến áp 110kV Tân Sơn Nhất” và

“Trạm Biến áp 110kV Bình Chánh” do Công ty Tư Vấn Xây Dựng Điện 2 lập năm 2004;

[7]_Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học của TS.Văn Đình An về mạng lưới điện Tp.HCM năm 2005;

[8]_Giáo trình Kỹ Thuật Điện Cao áp của TS Hoàng Việt – Bộ Môn Hệ Thống Điện – ĐHBK TP.Hồ Chí Minh;

[9]_Giáo trình Lý Thuyết Trường Điện Từ của Ngô Nhật Ảnh và Trương Trọng Tuấn Mỹ

[10]_Bài Tập Trường Điện Từ của Ngô Nhật ảnh và Trương Trọng Tuấn

[14]_Hồ Văn Nhật Chương, Lê Văn Minh – thực nghiệm tính toán tối ưu lưới nối đất Tạp chí Khoa học Điện và đời sống 2005;

Trang 11

để tính toán hệ số K1, K2 cho việc tính toán điện trở nối đất của trạm biến

áp cao áp Tạp chí Khoa học Điện và đời sống 2004

Trang 12

Địa chỉ liên lạc: A6 tổ 6 ấp 1 xã Vĩnh Lộc A huyện Bình Chánh Tp.HCM

Mobifone : 0963.336933

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO (Bắt đầu từ Đại học đến nay)

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC (Bắt đầu từ khi đi làm đến nay)

Trang 13

Xô cũ trong những năm trước thập kỷ 70 thế kỷ trước Theo quy định tại điều I 7.29 chương I.7 Tiêu chuẩn ngành 11TCN – 18 – 84: 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; các Tiêu chuẩn Quốc tế

như IEC 60479 –1 – 1994, IEEE/ANSI St 80 – 1996 và CENELEC HD 637 S1 – 1999 đều đưa ra tiêu chuẩn về điện áp tiếp xúc và điện áp bước cho phép khi thiết kế nối đất

Tuy nhiên, trong trường hợp qui mô lưới điện phát triển liên tục, nhu cầu điện tăng rất nhanh, một số trạm cao thế phải đưa sâu vào trung tâm phụ tải và phải chấp nhận mặt bằng chật hẹp (diện tích trạm thường rất nhỏ) Việc thiết kế hệ thống nối đất đáp ứng theo quy định trở nên khó khăn và kém hiệu quả về mặt kinh tế Đã có trạm xử lý khó khăn trên bằng cách nối đất kéo dài hàng km đến hệ thống nối đất của các trạm khác hoặc khoan nhiều cọc có độ sâu lớn, dẫn tới việc đầu tư kinh phí khá lớn mà hiệu quả không cao

Bài toán giải quyết cho từng vấn đề trên thì không đơn giản Viện Năng lượng đã nghiên cứu vấn đề này theo từng chuyên mục chi tiết Đề tài này chỉ tóm tắt một số nội dung chính nhằm đáp ứng các yêu cầu thực tế Với mong muốn góp phần giải quyết vấn

đề về điện trở nối đất trạm điện theo quy định, đề tài này đề xuất biện pháp làm giảm giá

trị điện trở nối đất hệ thống nhỏ hơn 0.5Ω cho trạm biến áp cao thế có diện tích hữu hạn,

bằng cách sử dụng hóa chất cải tạo đất chôn xung quang cọc hoặc thanh nối đất, từ đó xây dựng được mô hình toán học mới để tính toán các phần tử nối đất trong trường hợp diện tích trạm biến áp hữu hạn Công việc nghiên cứu này sẽ mang lại các giá trị thực tiễn như sau:

1) Nhận được kết quả từ một mô hình toán học mới

2) Kết quả nhận được có thể sử dụng làm tài liệu giảng dạy, thiết kế cụ thể hệ thống nối đất cho trụ điện, các công trình kiến trúc, trạm biến áp cao thế có diện tích hữu hạn, đồng thời cũng có thể thiết kế hệ thống nối đất cho các trạm thông thường mà việc sử dụng biện pháp này sẽ mang lại hiệu quả cao

về mặt kinh tế và kỹ thuật

Trang 14

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

Sét là một hiện tượng rất nguy hiểm cho mạng lưới điện, trạm điện và con người 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 giông là vài chục thậm chí đến 140 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 kiến nghị cho phép hiện nay)

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

Căn cứ thống kê 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

Đường dây 110kV Đường dây 220kV Đường dây 500kV Tăng từ 20Ω lên

Bảng 1.2 Độ nguy hiểm phụ thuộc vào điện trở nối đất R

Độ nguy hiểm khi sét đánh trực tiếp n2 0.156 0.444 1.074 4.728 7.10 7.986

Độ nguy hiểm khi sét đánh gián tiếp n1 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69

Chi phí tổn thất do sét đánh gây ra ngừng cung cấp điện và chi phí sửa chữa thay thế hàng năm phải lên đến hàng trăm tỷ đồng

Trang 15

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 1.1) 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

Bảng 1.3 Sự phụ thuộc chỉ tiêu chịu sét của MBA khi thay đổi điện trở nối đất của đoạn tới trạm

Nhiều nước như Nga, Mỹ, Nhật, Đức, Ba lan,… 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, miền núi chiếm một tỷ lệ diện tích khá lớn nên ở nhiều vùng đất có điện trở suất trên 300Ωm, thậm chí có nơi lên đến 2000-3000Ωm; Mật độ dân cư không đều nên xảy ra tình trạng các hộ dân tập trung sinh sống đông đúc tại các Thành Phố phát triển (Thành phố Hồ Chí Minh) làm hạn chế mặt bằng để xây dựng các công trình công cộng Vì vậy, tìm biện pháp hợp lý để giải quyết vấn đề giảm điện trở nối đất cho các hệ thống nối đất ở Thành Phố Hồ Chí Minh là một trong những biện pháp đặc biệt cần phải quan tâm của Công ty Điện Lực Tp HCM nói riêng và ngành điện nói chung

Trang 16

CHƯƠNG II CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ AN TOÀN VÀ NỐI ĐẤT

TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1- 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, 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)

Ux

0 2 1

3 +

Trang 17

Hình 2.1

Jcco Poste P1

Ig

Ig2

Poste P2 Ig2

Jcco2 Icdg2 Poste P2

Jcco Jcco1 Icdg1

Rp1

Ig1

Poste P2 Poste P1

Ig2

Rp1 Rp1

Jcco2 Jcco1

Jcco

Trang 18

2.2- ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC VÀ ĐIỆN ÁP BƯỚC:

Một cách tổng thể, dịng 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

Tấm chắn

Lưới nối đất

Điện áp bước Điện áp tiếp xúc

Trang 19

ρs: điện trở suất của đất

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

L: chiều dài của điện cực bằng đồng chơn dưới đất

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

Nếu dịng Ig nhỏ nhất thì Ebước cũng nhỏ đi

Chúng ta quan tâm là làm giảm dịng I g tới mức tối đa bằng cách: cân nhắc kỹ dịng

sự cố thứ tự khơng thực (Icco) Tức là cân nhắc kỹ sự cố chạm đất thực sự

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

0.05

Trang 20

SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương

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

2.2.2- Điện áp tiếp xúc (điện áp chạm):

0 (thử nghiệm bằng thí nghiệm)

Trong đó tc: thời gian sự cố

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

ρ17 , 0 116 ,

2.3- 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 vào màn chắn của cáp:

g 1

I

I = − và 1 (1 ln)

Z

Z I

I

nn cco

vo = − −

Rk Rf Rf

Rf

Rk Rf

Trang 21

Trong đó:

- ZIn dây bảo vệ/ dây dẫn tương hỗ

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

cco I

Trang 22

2.4- GRADIEN ĐIỆN ÁP:

Hình 2.6 2.5- MẠNG LƯỚI NỐI ĐẤT:

Hình 2.7

Thí dụ: R = 1Ω; I =1000A; U = 1000V

Khi cĩ 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

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

r

qui chiếu V - O Điện áp ở xa

U

U=R.I

Trang 23

Giá trị của điện trở nối đất của trang bị nối đất các điện cực kiểu ơ lưới (mạng lưới)

D: là đường kính của vịng trịn tương tự diện tích của mạng ơ lưới các

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

nối đất (hình vẽ dưới đây)

- 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 khơng được nối

đất tại đầu cuối ở khoảng cách xa

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

đất tốt tại đầu cuối ở khoảng cách xa

Người ta cũng cĩ thể ước lượng điện trở bé nhất của hệ thống nối đất trong đất

đồng nhất như điện trở của một đĩa kim loại ở độ sâu h=0 trong đất:

Trong đĩ: Rg : điện trở của hệ thống nối đất

ρ: điện trở suất trung bình của đất A: diện tích khuơn viên nối đất

Laurent và Niemann đã phát triển cơng thức trên thành:

L A

L: tổng chiều dài cực nối đất sử dụng

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

cách là đủ)

(với một khoảng

Đất qui chiếu

Trang 24

Điều này có nghĩa là điện trở thực của một hệ thống nối đất nhỏ hơn điện trở của

một đĩa kim loại phẳng Khi chiều dài L tăng thì điện trở của hệ thống nối đất sẽ

giảm

Các công thức (2.5.2) và (2.5.3) có thể dùng cho hệ thống nối đất có độ sâu nhỏ

hơn 0.25m Khi lưới nối đất có độ chôn sâu từ 0.25m đến 2.5m, điện trở sẽ được xác

định theo công thức sấp xỉ của Sverak:

=

A h A

L

R g

20 1

1 1

20

1 1

Chú ý:

+ Công thức (2.5.2) được dùng khi cần tính điện trở nối đất để xác định dòng điện sự

cố lớn nhất

+ Công thức (2.5.3) và (2.5.4) được dùng khi cần xác định điện áp lớn nhất trên lưới

nối đất, ước lượng tổng chiều dài cực nối đất sử dụng

+ Khi cần xác định giá trị chính xác hơn, đặc biệt là đối với lưới đất có cả cọc và

thanh nối đất, người ta dùng công thức Schwarz

 Công thức Schwarz:

Điện trở của hệ thống gồm cả cọc và thanh nối đất được xác định:

12 2 1

2 12 2 1

2R

R R

R R R

R g

− +

−

Trong đó:

+ R1: điện trở của các thanh nối đất

+ R2: điện trở của các cọc nối đất

+ R12: điện trở tương hỗ giữa hệ cọc và thanh nối đất

Trong đất đồng chất, các giá trị R1, R2, R12 được xác định:

1 1 1

1 1

l l

−

1 2

2 2

l K d

l ll

1 2

1 1

A

l K l

l l

+ ρ2: điện trở suất của lớp đất bên dưới lớp đất bề mặt (độ sâu > H)

+ l1: Tổng chiều dài thanh nối đất

+ l2: Chiều dài trung bình cọc nối đất

+ h: độ sâu của lưới nối đất

+ h’= d1h khi lưới được chôn ở độ sâu h

Trang 25

+ h’= 0.5d1 khi lưới được chơn ở độ sâu h =0

+ A: diện tích khuơn viên đất

+ n: số cọc nối đất

+ K1, K2: hệ số phụ thuộc tỷ lệ hình học của khuơn viên nối đất

+ d1: đường kính thanh nối đất

+ d2: đường kính cọc nối đất

+ a: chiều rộng ơ lưới

+ b: chiều dài ơ lưới

Trong trường hợp đất cĩ mơ hình 2 lớp, độ dày của lớp trên là h với điện trở suất tương ứng là ρ1 Khi ρ1 > ρ2 thì các cọc nối đất sẽ tản dịng điện hiệu quả Trường hợp này, giá trị điện trở suất dùng để tính điện trở đất:

) (

) ( 2 1 2

2 1 2

H l H

l a

− +

=

ρ ρ

Đặc biệt, khi độ sâu của cọc nối đất bằng độ sâu của lưới nối đất:

) (

) ( 2 1 2

2 1 2

H h l h

H

l a

− + +

−

=

ρ ρ

2.6- ĐIỆN ÁP LAN TRUYỀN:

Thí dụ về bảo vệ so 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

Hình 2.9

0V U

Trạm B Trạm A

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

P

TC P

Trang 26

CHƯƠNG III CÁC MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT KHI

SỬ DỤNG HOÁ CHẤT CẢI TẠO ĐẤT

3.1- CÁC BIỆN PHÁP CẢI TẠO ĐẤT:

Đức đã áp dụng công nghệ gia công loại hóa chất cải tạo đất bằng bột sét dẫn điện đã qua sấy, sàng mịn công nghiệp và các phụ gia để tăng cường trao đổi cation (tăng ion +

và ion -), làm tăng độ ẩm đảm bảo ổn định Các hóa chất này đã được thí nghiệm áp dụng cho nhiều nơi có hiệu quả, đặc biệt là rẻ hơn nhập ngoại nhiều

Hãng ERICO cũng đã cho ra thị trường một loại hóa chất cải tạo đất (GEM) khá hiệu quả và tiện dụng GEM rất đa dạng về chủng loại, mỗi loại đều có trị số điện trở suất khác nhau nhưng không lớn quá 0.2Ωm Sản phẩm còn có phần mềm “trợ giúp thiết kế nối đất” để giúp cho việc thiết kế đơn giản hơn (cụ thể về phần mềm và GEM sẽ được trình bày ở [19])

Ngoài ra trong một số trường hợp, ngưới ta sẽ xử lý lớp đất trong trạm như sau:

+ Dùng các muối Clorua, đồng sunphát, Canxi clorua để tăng khả năng dẫn điện của lớp đất trong trạm

+ Dùng Bentonic, đất sét tự nhiên chứa nhiều khoáng chất, ổn định, không ăn mòn

và có độ ẩm cao khoảng 300% Điện trở của đất này thấp vì quá trình điện phân trong nước của các hợp chất: Na2O, K2O, CaO, MgO và các muối khoáng khác trong đất tạo ra các ion dẫn điện Ngoài ra, Bentonic còn có khả năng giản nở lớn khi thấm nước và khả năng hút ẩm, giử ẩm cao Tuy nhiên việc dùng Bentonic không có tác dụng ở những khu vực khô hạn, đất có độ ẩm thấp Khi đó lớp đất này sẽ co lại làm tăng điện trở của hệ thống nối đất

Tóm lại, các loại hoá chất trên có điện trở suất nhỏ (khoảng từ 0.12 ÷ 10 Ωm), tuỳ

vào khối lượng sử dụng và độ dày lớp cải tạo mà có thể giảm điện trở nối đất xuống còn

Trang 27

Hình 3.1 – Mặt cắt dọc cọc nối đất trong môi trường đồng chất với cọc

Chọn hệ tọa độ trụ (oz, x) như hình 1 Ta thấy hệ hoàn toàn đối xứng qua trục oz

Xét thế tại một điểm có toạ độ (z, x) so với gốc O, theo phương pháp hàm Grin ta

có hàm thế như sau:

ϕ (z,x) = ∫ +

x z

l

dz I

2 2

4π

ρ

(3.1)

với: I là dòng điện qua cọc

ρ là điện trở suất tại điểm có toạ độ (z, x)

l là chiều dài cọc

Để đơn giản việc xét trường, có thể áp dụng phương pháp soi gương và coi không

gian là đồng nhất (điện trở suất là ρ) Lúc đó, thế của cọc gây ra tại điểm (z, x) được tính

t Arsh x

l Arsh l

I x z d x

z d x

l

t t l

l

2 / 1 2 2

/ 1 2 2

2 4 ) , ( )

, ( )

(

2 / 2 /

2 / 1 2 2 / 1 2

ϕ ϕ

−

+ + + + +

l t x l t x

l x l l

I

4 4 4

ln 2

4 ln

2

2 2 2

2

πρ

(3.2)

Trang 28

a- Giá trị điện trở nối đất của cọc có sử dụng hóa chất được tính theo tổng ba

−

+ + + + +

l t x l t x

l x l l

I

x

4 4 4

ln 2

4 ln

2 lim 4

)

0

(

2 2

2 2 2

2 0

4 / 8 2 ln lim 4

2

4 2 ln lim 2

4 ln

lim

2 2

2 2 0

2 2

2 2 0

2 2

+

−

+ +

−

= +

− +

+ +

l x x l

x x l

l x x l x

l x l

x x

l t l

I

4

4 ln 4

l t d

l l

I d

4

4 ln 2

1 2 ln 2 )

2

/

πρ

Trang 29

l l

ln 2

I

ln 2

3 1

ρϕ

−

+ + + +

t

l t C l

t C

l C l l

t

l t d

l l

I

4 4 4

ln 2

1 2

4 ln

4

4 ln 2

1 2 ln

2 2 2

2 2

−

+ + + +

t

l t C l

t C

l C l l

t

l t d

l l

R

4 4 4

ln 2

1 2

4 ln

4

4 ln 2

1 2 ln

2 2 2

2 2

−

+ + + + +

t

l t C l

t C

l C l l

I C

4 4 4

ln 2

4 ln

2 4 ) (

2 2

2 2 2

2 1

ρϕ

−

+ + + + +

t

l t C l

t C

l C l l

I

R

4 4 4

ln 2

1 2

4 ln

2 2 2

2 1

3

ρϕ

(3.9)

Như vậy giá trị điện trở tổng khi cải tạo là:

Trang 30

RC = R1 + R2 +R3

Trong thực tế thường độ dày lớp cải tạo C rất bé so l ( C<<l ) nên từ cơng thức (3.7),

(3.8) và (3.9) ta rút gọn được như sau:

d

l l l

t

l t C

l l

t

l t d

l l

l t

l t C

l l

ln 2 4

4 ln 2

1 ln

4

4 ln 2

1 2 ln 2 4

4 ln 2

1 ln

2

3 2

1

π

ρπ

C l

t C

l t l l

ln

2 ln 4

4 ln

2

1

3 2

b1- Phần trong mơi trường kim loại:

Tính tốn tương tự như mục a1 ta cĩ cơng thức điện trở :

ln 2

' 3

ρ

(3.11)

b2- Phần trong mơi trường đất:

Tính tốn tương tự như mục a3 ta cĩ cơng thức điện trở:

4 ) 4 ( ln

l l t l

Trang 31

D

l D

l t

l l t l

ln )

4 (

4 ) 4 ( ln 2 / 2

1

3 2

3 3 2

) 2

ρ ρ ρ

C d

Hình 3.4- quy đổi cọc nối đất có sử dụng hóa chất

Như vậy ta hoàn toàn có thể quy đổi hệ nối đất gồm cọc (d, l, ρ3) và lớp hóa chất (C, l, ρ2) tương đương như một cọc nối đất (hình 4) có chiều dài l, điện trở suất ρ3 và đường kính là DC được tính theo công thức (3.14)

3.2.1.2- Lớp cải tạo có dạng hình hộp chữ nhật:

Điện cực thẳng đứng có đường kính d, chiều dài l và điện trở suất ρ3 ®ược chôn trong đất ở độ sâu t xung quanh điện cực là hai môi trường dẫn điện có điện trở suất ρ1 ( lớp đất) và ρ2 (lớp hóa chất hình hộp chữ nhật có kích thước l x a x b) ở hình sau

Trang 32

Hình 3.5- cọc nối đất có sử dụng hóa chất Trường hợp này ta có thể quy đổi hình hộp thành hình trụ có bán kính C và thể tích đúng bằng thể tích hình hộp chữ nhật, hay

π

b a

C l

t C

l t l l

ln

2 ln 4

4 ln

2

1

3 2

ρ

+ Đường kính D c quy đổi tương đương từ hệ cọc và hóa chất thành 1 cọc có điện

3.2.2- Điện trở của điện cưc nối đất ngang

3.2.2.1- Lớp cải tạo có dạng hình trụ tròn ngang:

- Điện cực hình trụ ngang đường kính d, chiều dài l và điện trở suất ρ3 ®ược chôn trong đất ở độ sâu t xung quanh điện cực là hai môi trường dẫn điện có điện trở suất ρ1 (lớp đất) và ρ2 (lớp hóa chất) có độ dày bán kính C được trình bày ở hình sau

Trang 33

Hình 3.6 thanh nối đất có sử dụng hóa chất Chọn hệ tọa độ trụ (oz, x) và gốc O như hình 6, ta thấy hệ xấp xĩ đối xứng qua trục

oz Theo phương pháp soi gương và xem như không gian là đồng nhất (điện trở suất là ρ), khi có dòng điện đi qua thanh kim loại thì tại một điểm bất kỳ (z, x) sẽ bị thanh và ảnh điện của thanh (hình 3.6’)gây ra một điện thế như sau:

hình 3.6’ Thanh và ảnh điện của thanh + Thế do thanh gây ra tại điểm có toạ độ (z, x):

ϕ1( x) = ∫− +

2 / 2

4

l l

x z

dz l

I

π

ρ

với: I là dòng điện qua cọc

ρ là điện trở suất tại điểm có toạ độ (x, z)

l là chiều dài cọc

Trang 34

ln 2 )

l l

I x

4

l l

x t z

dz l

2 ( 2

ln 2 )

(

2

x t

l x

x t

l l

I x

π

ρ

Khi ta xét hướng thế từ trục thanh về phía đất (không xét hướng lên mặt đất) thì thế

do thanh nối đất và ảnh điện của thanh nối đất sẽ cùng chiều, hay chúng sẽ chồng chất lên

ϕ

ϕϕ

4 ln

lim 2 )

0

(

1

2 2 0

ln 1 ) 2 ( 2 ) 2 ( 2 ln lim 2 )

0

(

2

2 2

0

3

t

l t

l x

t

l x

t

l l

d

l d

l l

I d

ln 2

d t

l d

t

l l

I d

πρ

Trang 35

Thay các công thức trên ta được:

=

4 4

ln 1 ln

1 4 4

ln 2

1

2 2

2 3

d t

l d

t

l d

l t

l l

I

π

ρϕ

(3.25)

4 , 1 ,

1 4

l d

l t

l t d

I l

d t l

d t

l l

I

2

ln 2 2

4 2 4

2 ln 2

π

ρπ

R

2

ln 2

3 1

ρϕ

(3.27)

a2- Phần trong môi trường hoá chất:

Hàm thế Δ ϕ2 = ϕ (d/ 2 ) − ϕ (C) víi ρ = ρ2

Tương tự thay trị số của hàm ϕ1(x) và ϕ2(x) khi x = d/2 và x = C và lưu ý

ϕ(d/2)=ϕ1(d/2)+ϕ2(d/2), ϕ(C)=ϕ1(C)+ϕ2(C) ta tính được Δϕ2 như sau:

=

Δ

1 2

4 2

4 ln 1 2

2 ln

1 4

4 ln 1 ln

2 2

C t

l C

t

l C

l

d t

l d

t

l d

l d l

I C t

l C

l d

t

l d

l l

ln 2 2

ln ln

4

2 ln

2 ln 2

2 2

ρπ

ln 2

2 2

ρϕ

(3.30)

Trang 36

a3- Phần ở môi trường đất:

=

2 4 2

4 ln 1 2

2

ln

2

2 2

1

3

C t

l C

t

l C

l l

ln 2 2

ln ln

2

2 1

1 3

C t C

l l

I C t

l C

l l

I

π

ρ π

ln 2

2 1

3 3

C t C

l l

I I

R

π

ρ ϕ

C t C C

t C

l l

R T

2 ln )

2 ( ln )

2 (

ln 2

1

3 2

2

ρ

b- Giỏ trị điện trở thanh khụng sử dụng húa chất ở hỡnh 3.7 (phần khụng cú húa chất)

được tớnh theo tổng hai phần như sau:

b1-Phần trong mụi trường kim loại:

Tớnh toỏn tương tự như mục 1.1 ta cú cụng thức ủieọn trụỷ :

2

ln 2

ρ

(3.35)

b2- Phần ở môi trường đất:

Tính toán tương tự như mục 1.1 ta coự công thức ủieọn trụỷ:

4 4

ln 1 ln

2

'

2 2

1

3

T T

T

l D

t

l D

l l

R

2 1

Trang 37

l l

T T

2 ln ln

3 2 1 1 3 2 3

)]

2 (

ρ ρ ρ

ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ

C t C t

d

Như vậy hệ nối đất gồm thanh (d, l, ρ3) và lớp hóa chất (C, l, ρ2) có thể quy đổi

tương đương như một thanh nối đất (hình 3.7) có chiều dài l, điện trở suất ρ3 và đường

kính là DT được tính theo công thức (3.39)

Hình 3.7 Quy đổi thanh nối đất có sử dụng hóa chất

3.2.2.2- Lớp cải tạo có dạng hình hộp chữ nhật:

- Điện cực hình trụ tròn ngang có đường kính d, chiều dài l và điện trở suất ρ3 ®ược

chôn trong đất ở độ sâu t Xung quanh điện cực là hai môi trường có điện trở suất ρ1 (

lớp đất) và ρ2 (lớp hóa chất hình hộp chữ nhật có kích thước l x a x b) như hình sau:

Hình 3.8 thanh nối đất có sử dụng hóa chất

- Tương tự như mục A, ta có thể quy đổi hình hộp thành hình trụ có bán kính C, với:

Trang 38

+ Công thức Điện trở nối đất:

C t C C

t C

l l

R T

2 ln )

2 ( ln )

2 (

ln 2

1

3 2

2

ρπ

(3.41) + Đường kính D T quy đổi tương đương từ hệ thanh và hóa chất thành 1 thanh có ñiện

3 2 1 1 3 2 3

)]

2 (

ρ ρ ρ

ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ

C t C t

d

3.2.3- Điện trở nối đất của điện cưc chôn nổi:

Dùng phương pháp tính tương tự như trên ta có được công thức điện trở nối đất của

cọc (d, l, ρ3) và thanh (d, l, ρ3) như sau:

l l

2 ln

2 ln 2

C C

l l

2 ln

2 ln ln

2

1

3 2

ρ

Với ρ2 là điện trở suất của hóa chất và C là độ dày của lớp hóa chất

(cọc) đơn thuần:

Ta có thể quy đổi hệ gồm thanh, cọc (có đường kính d, dài l, điện trở suất ρ3) và

hóa chất (có độ dày C, dài l và điện trở suất ρ2) thành thanh hoặc cọc đơn thuần có điện

trở suất ρ3, dài l và đường kính D, với D được tính như sau:

Từ công thức (3.43) và (3.44) ta suy ra:

⎟⎟

⎞

⎜⎜

⎛ +

+

2 1 1

3 3 2

) 2

ρ ρ ρ

C d

3 2.4- Công thức tính điện trở nối đất của hệ thống gồm hệ cọc và lưới:

12 2 1

2 12 2 1

2R

R R

R R R R

− +

L L

T

πρ

(3.47)

Trang 39

Với: - LT là tổng chiều dài của cỏc điện cực lưới

- h’= 0,5 DT khi h = 0 (DT là đường kớnh của cỏc điện cực, h là độ chụn sõu của lưới)

- h’= hD T khi h ≠ 0

- A = ab là diện tớch lưới

- K1, K2 là cỏc hằng số liờn hệ đến cấu trỳc hỡnh học của lưới nối đất

- ρ1 điện trở suất của đất

R2 là điện trở nối đất của lưới cọc được tính như sau:

a

n A

l K D

l L

- DC là đường kớnh của cỏc điện cực cọc

- LC = l.nC là tổng chiều dài của cỏc điện cực cọc

- ρa là điện trở suất tương đương giữa đất và lớp đỏ vụn bề mặt

R12 là điện trở tương hỗ giữa lưới cọc và lưới thanh nối đất được tính như sau:

A

L K l

L L

Trang 40

CHƯƠNG IV CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN

4.1- Chương trình tính điện trở nối đất của cọc và hệ cọc:

%disp('CHUONG TRINH TINH DIEN TRO COC VA LUOI COC NOI DAT CHO

TRAM DIEN CAO THE KHI SU DUNG HOA CHAT CAI TAO DAT');

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	1,6 MB