Luận văn thạc sĩ đề xuất giải pháp cải tạo hệ thống nối đất cho đường dây 500kv hà tĩnh đà nẵng nhằm giảm điện trở nối đất

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TẠO HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO ĐƯỜNG DÂY 500KV HÀ TĨNH – ĐÀ NẴNG NHẰM GIẢM ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT Học viên: Nguyễn Trường Đức Chuyên ngàn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN TRƯỜNG ĐỨC

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TẠO

HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO ĐƯỜNG DÂY 500KV

HÀ TĨNH – ĐÀ NẴNG NHẰM GIẢM ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS PHAN ĐÌNH CHUNG

Đà Nẵng, Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Trường Đức

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài: 1

2 Mục tiêu nghiên cứu: 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 1

4 Phương pháp nghiên cứu: 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 2

6 Bố cục đề tài: 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NỐI ĐẤT CHÂN CỘT ĐƯỜNG DÂY 500KV ĐÀ NẴNG - HÀ TĨNH 3

1.1 Tổng quan về đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng 3

1.2 Yêu cầu về điện trở nối đất của đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng: 7

1.3 Hiện trạng hệ thống nối đất đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng: 7

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT BẰNG EXCEL 10

2.1 Yêu cầu Điện trở nối đất bổ sung: 10

2.2 Cơ sở lý thuyết tính điện trở nối đất 11

2.2.1 Nối đất kiểu hình tia 11

2.2.2 Nối đất kiểu tia cọc: 13

2.2.3 Nối đất kiểu tia cọc sử dụng GEM: 15

2.2.4 Nối đất giếng cọc 19

2.3 Tính toán chi phí trực tiếp cho hệ thống: 24

2.3.1 Chi phí cho nguyên vật liệu (VL): 24

2.3.2 Chi phí cho máy móc (M): 26

2.4 Chương trình tính toán` trên phần mềm Excel 29

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TẠO HỆ THỐNG NỐI ĐẤT ĐƯỜNG DÂY 500kV HÀ TĨNH – ĐÀ NẴNG 33

3.1 Giải pháp cải tạo chung: 33

3.2 Tính chọn hệ thống nối đất bổ sung: 33

3.2.1 Vị trí 5906: 33

3.2.2 Vị trí 6013: 45

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 56

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

PHỤ LỤC 58 BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC

PHẢN BIỆN

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI TẠO HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO

ĐƯỜNG DÂY 500KV HÀ TĨNH – ĐÀ NẴNG NHẰM GIẢM ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT

Học viên: Nguyễn Trường Đức Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201 Khóa: K34 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt:

Theo số liệu đo đạc thực tế về hệ thống tiếp địa tại nhiều vị trí cột trên đường dây 500kV Hà Tĩnh-Đà Nẵng, nhiều vị trí cột có điện trở tản của hệ thống tiếp địa không đạt yêu cầu theo quy định do sự xuống cấp của hệ thống tiếp địa theo thời gian Vì vậy, trong luận văn này, tác giả đã nghiên cứu đề xuất giải pháp cải tạo hệ thống nối đất cho đường dây 500kV Hà Tĩnh-Đà Nẵng Biện pháp cải tạo đưa ra trong luận văn

là thiết kế một hệ thống tiếp địa bổ sung, hệ thống tiếp địa bổ sung này được nối song song với hệ thống tiếp địa hiện tại Hệ thống tiếp địa bổ sung này phải đảm bảo điện trở tản đạt yêu cầu và tiết kiệm chi phí nhất Trong luận văn này, tác giả sẽ xem xét đến các kiểu nối đất gồm nối đất kiểu tia, nối đất kiểu tia cọc, nối đất kiểu giếng cọc, nối đất kiểu lưới và nối đất sử dụng GEM Để thuận tiện cho việc chọn lựa loại nối đất, tác giả đã xây dựng 1 chương trình tính toán điện trở tản và chi phí thực hiện hệ thống nối đất trên Excel cho các dạng nối đất ở trên Dựa vào chương trình tính này, tác giả

có thể đề xuất hệ thống tiếp địa bổ sung phù hợp nhất cho từng vị trí cột Do đường dây 500kV Hà Tĩnh –Đà Nẵng có rất nhiều vị trí cột, ở đây tác giả chỉ đề xuất cải tạo cho 02 vị trí cột 5906 và 6013 Các vị trí cột khác có thể thực hiện tương tự dựa vào chương trình tính toán này Kết quả tính chọn cho thấy, vị trí cột 5906 sử dụng loại nối đất bổ sung kiểu tia cọc sử dụng GEM TĐE2x10-2 có chi phí tính toán tiết kiệm nhất

và hệ thống nối đất sau cải tạo đạt được 13.81 Ω, vị trí cột 6013 sử dụng loại nối đất

bổ sung kiểu hình tia TĐ2x10-4 có chi phí tính toán tiết kiệm nhất và hệ thống nối đất sau cải tạo đạt được 7.16 Ω

Abstract:

According to the actual data tested on the grounding system at many tower positions

on Ha Tinh-Da Nang 500kV transmission line, the grounding resistance of many towers does not meet the technical requirements because of corrosion Therefore, in this thesis, the author has proposed to improve the grounding system at towers of the

Ha Tinh-Da Nang 500kV transmission line The method proposed in the thesis is to design a complementary new grounding system that complements the grounding system in parallel with the existing grounding system This complementary grounding system must ensure that the resistance meets the technical requirements and saving costs In this dissertation, the author will take care popular grounding types including radial type, rod-conductor grounding type, well grounding type, grid grounding type and grounding type using GEM (Ground enhancement material) In order to facilitate the selection of the reasonable grounding type, the author has developed a program to calculate the grounding resistance and the cost of the grounding system on Excel for the above grounding types Based on this calculating program, author can propose the most suitable complementary grounding system for each tower Because the Ha Tinh-

Da Nang 500kV transmission line has many tower positions, author only suggests improvement scheme for two tower positions including 5906 and 6013 The other tower positions can be made similarly based on that calculating program As a result,

at the tower position of 5906, the GEM grounding type of TĐE2x10-2 is suggested to save the investment and with this complementary new grounding system, the grounding system’s resistance becomes 13.81Ohm which satisfies the requirement Similarly, at the tower position of 6013, the rod-conductor grounding type of TĐ2x10-

4 is also suggested and the resistance of improved grounding system 7.16Ohm

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.2 Thống kê các loại nối đất có trên đường dây 500kV Hà

1.3 Kết quả các vị trí đo nối đất năm 2017 không đạt qui định: 8 2.1 Danh mục công việc để tính chi phí điện trở nối đất 26 2.2 Đơn giá: vật liệu , nhân công, máy thi công phục vụ tính 28 3.1 Điện trở suất đo được ứng với các độ sâu của vị trí 5906: 35 3.2 Kết quả lựa chọn kiểu nối đất hình tia cọc vị trí 5906: 37

3.4 Kết quả lựa chọn nối đất kiểu hình tia vị trí 5906 38 3.5 Kết quả lựa chọn nối đất kiểu giếng cọc vị trí 5906: 39 3.6 Kết quả lựa chọn nối đất kiểu tia cọc sử dụng GEM vị trí

3.7 Bảng các phương án đạt kinh tế-kỹ thuật nhất vị trí 5096 41 3.8 Điện trở suất đo được ứng với các độ sâu của vị trí 5906: 47

3.11 Kết quả lựa chọn nối đất kiểu hình tia vị trí 6013 50 3.12 Kết quả lựa chọn nối đất kiểu giếng cọc vị trí 6013 50 3.13 Kết quả lựa chọn nối đất kiểu tia cọc sử dụng GEM vị trí

3.14 Bảng các phương án đạt kinh tế-kỹ thuật nhất vị trí 6013 52

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số

2.3 Nối đất kiểu tia cọc sử dụng GEM xung quanh tia để tăng tiết

3.2 Bản vẽ bố trí hệ thống tiếp đất hiện hữu tại vị trí 5906 35 3.3 Điện trở suất của đất thay đổi theo độ sâu tại vị trí cột 5906 35 3.4 Biểu đồ về điện trở và chi phí đầu tư cho các loại nối đất tia cọc

3.14 Biểu đồ về điện trở và chi phí đầu tư cho các loại nối đất kiểu

Số

3.15 Biểu đồ về điện trở và chi phí đầu tư cho các loại nối đất kiểu

Biểu đồ về điện trở và chi phí đầu tư cho các loại nối đất kiểu

tia cọc có GEM vị trí 6013 Đối với kiểu nối đất kiểu tia cọc có

sử dụng bột GEM chọn loại TĐE2x5-2

52

3.19 Đồ thị so sánh các kiểu tiếp địa được đề xuất cho vị trí cột 6013 53

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Công ty truyền tải điện 2 có nhiệm vụ quản lý hệ thống Truyền tải điện bao gồm bao gồm các cấp điện áp 500kV, 220kV đi qua các tỉnh Miền Trung từ Quảng Bình đến Kon Tum Tuyến đường dây 500kV do Công ty quản lý là tuyến huyết mạch Bắc Nam nên khi xảy ra sự cố có thể gây tác hại rất trầm trọng, có thể gây mất điện trên diện rộng, mất an ninh năng lượng, ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất và hoạt động xã hội tại khu vục rộng lớn Vì vậy lưới điện 500kV có yêu cầu rất cao về cung cấp điện an toàn, liên tục

Trong những năm gần đây tại khu vực quản lý của Công ty truyền tải điện 2 vẫn còn xảy ra một số vụ sự cố, trong đó sự cố do sét đánh là chủ yếu Thống kê số lần

sự cố do sét trên tuyến đường dây 500kV đi qua địa bàn Miền Trung và Tây Nguyên thuộc sự quản lý vận hành của Công ty truyền tải điện 2 trong 5 năm 2013-2017 (Phụ lục 0.1 [1]) vẫn còn cao Một trong những nguyên nhân gây ra mất điện do sét ở trên là

do hệ thống nối đất của đường dây chưa đảm bảo

Hiện tại hệ thống nối đất của đường dây 500kV Đà Nẵng – Hà Tĩnh đã bị suy giảm nhiều, có nhiều vị trí đo điện trở nối đất không đạt giá trị điện trở yêu cầu Vì vậy đường dây này gần đây đã xảy ra các sự cố do sét đánh gây mất điện trên diện rộng Như vậy cấp thiết phải có giải pháp bổ sung cho hệ thống tiếp đất hiện tại của đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng nhằm giảm điện trở nối đất của đường dây, góp phần giảm ảnh hưởng của sét đến suất cắt đường dây

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Luận văn sẽ nghiên cứu cải tạo hệ thống tiếp địa nhằm giảm điện trở nối đất cho đường dây 500kV Hà Tĩnh-Đà Nẵng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

Đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng

3.2 Phạm vi nghiên cứu:

- Hệ thống nối đất của đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để tiến hành tính toán điện trở của hệ thống nối đất đường dây

- Xây dựng chương trình tính toán điện trở nối đất cho các kiểu nối đất đường dây và giá thành (chi phí trực tiếp) cho các kiểu nối đất đường dây

-Dựa vào chương trình tính toán nối đất, đề xuất các hệ thống nối đất đạt yêu cầu đặt ra

-So sánh kỹ thuật – kinh tế các giải pháp đã đề xuất để đề xuất giải pháp cải tạo phù hợp nhất

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

5.1 Ý nghĩa khoa học:

Hiện nay có rất nhiều cách bố trí hệ thống nối đất cho cột điện đường dây, nghiên cứu này đã xây dựng được chương trình tính toán hệ thống tiếp địa cho đường dây (tính điện trở tản và phi phí đầu tư) cho các hình thức nối đất thông dụng, dựa vào kết quả tính toán để có thể lựa chọn loại nối đất có hiệu quả về kỹ thuật – kinh tế nhất để cải tạo cho hệ thống tiếp địa đường dây

5.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Đưa ra các giải pháp cải tạo hệ thống nối đất của mỗi vị trí cột trên đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng đảm bảo yêu cầu kinh tế- kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả trong vận hành đường dây

Nghiên cứu này áp dụng được cho các đường dây truyền tải điện khác để tính toán bổ sung hoặc tính toán thiết kế mới cho hệ thống tiếp địa

6 Bố cục đề tài:

Luận văn gồm 3 chương

Chương 1 - Tổng quan về nối đất chân cột đường dây 500kV Đà Nẵng – Hà Tĩnh Chương 2 – Xây dựng chương trình tính toán hệ thống nối đất bằng Excel

Chương 3 – Đề xuất giải pháp cải tạo hệ thống nối đất đường dây 500kV Hà Tĩnh –

Đà Nẵng

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ NỐI ĐẤT CHÂN CỘT ĐƯỜNG DÂY 500KV ĐÀ NẴNG - HÀ TĨNH

1.1 Tổng quan về đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng

Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên giông sét thường xuyên xuất hiện Những nơi có độ ẩm càng cao thì mật độ giông sét càng nhiều Một số tỉnh ở nước ta có mật độ sét cao như Hải Dương, Nghệ An, Hà Tỉnh, Quảng Nam và Đồng bằng sông Cửu Long

Thực tế, hệ thống điện nước ta trải rộng khắp các vùng miền và sự cố do sét đánh trên đường dây tải điện gây mất điện, gây thiệt hại lớn không chỉ cho khách hàng

mà còn cho ngành điện Với đường dây truyền tải cấp điện áp càng cao thì việc mất điện trên đường dây càng gây thiệt hại nặng nề do lượng công suất truyền tải lớn và diện cung cấp điện rộng, đặc biệt là đường dây 500kV Vì vậy, chính phủ đã có Quyết định số 1944/QĐ-TTg ngày 04/12/2017 về việc đưa Hệ thống truyền tải điện 500kV vào danh mục công trình quan trọng liên quan đến an ninh Quốc gia

Vì vậy, việc thực hiện các biện pháp chống sét an toàn cho đường dây tải điện là vấn đề được đặt ra nhằm giảm thiểu thiệt hại do sét gây ra Một trong các hạng mục của bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện là đảm bảo trị số điện trở tản tại các chân cột của đường dây phải nằm theo giới hạn cho phép vì suất sự cố do sét gây ra trên đường dây phụ thuộc vào điện trở nối đất tại các chân cột [2] Khi xây dựng đường dây tải điện, điện trở của hệ thống nối đất đường dây phải đạt được yêu cầu theo qui định Theo Quyết định số 19/2006/QĐ-BCN ngày 11/07/2006 ban hành Qui phạm trang bị điện thì điện trở nối đất yêu cầu cho hệ thống nối đất của đường dây tải điện như theo bảng 1.1

Bảng 1.1: Điện trở nối đất yêu cầu theo điện trở suất [3]

Điện trở suất của đất (Ωm) Điện trở nối đất cột điện (Ω)

Tuy nhiên trong quá trình vận hành, do ảnh hưởng của môi trường nên điện trở tản của hệ thống nối đất sẽ bị gia tăng Vì vậy, hệ thống tiếp địa của đường dây cần phải được đo kiểm tra để theo dõi theo tần suất quy định

Đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng đưa vào vận hành vào 22/05/2005 nhằm

để truyền tải điện năng từ trạm 500kV Đà Nẵng đến trạm 500kV Hà Tĩnh và ngược lại nhằm cung cấp điện cho các phụ tải ở Đà Nẵng, Hà Tĩnh cũng như một số phụ tải lân cận Một số thông số cơ bản của đường dây 500kV Hà Tĩnh-Đà Nẵng như sau:

-Chiều dài đường dây: 391.5 km

-Tên xuất tuyến: 572 (tại trạm 500kV Hà Tĩnh) và 574 (tại trạm 500kV Đà Nẵng)

- Số lượng dây chống sét: 02 dây, gồm 01 dây chống sét loại PHILOX 116.2 và

01 dây chống sét cáp quang loại OPGW-80

-Số pha trên đường dây: 3 pha, mỗi pha được phân thành 4 dây con được định

vị thông qua các khung định vị bằng nhôm, dây con (trong dây pha) sử dụng loại ACSR 330/42

Hình 1.1: Ảnh cột đỡ của đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng

- Số lượng cột: 917 cột gồm có 766 cột đỡ và 151 cột néo Cột đỡ sử dụng loại cột thép mạ kẽm nhúng nóng liên kết bằng bulon như hình 1.1 Cột néo cũng sử dụng loại cột thép mạ kẽm nhúng nóng liên kết bằng bulon, tuy nhiên mỗi pha sử dụng 1 cột như hình 1.2

-Cách điện sứ: Sử dụng cách điện gốm tráng men Cách điện cho chuỗi sứ néo U300BS sử dụng 22 bát x 2 chuỗi/ pha, chiều dài 1 chuỗi kể cả phụ kiện là 6.3m Cách điện cho chuỗi sứ đỡ sử dụng loại U160 BS, gồm 27 bát/ chuỗi, chiều dài mỗi chuỗi cả phụ kiện là 5.9m

-Móng cột: sử dụng móng bê tông cốt thép, thiết kế chủ yếu kiểu móng trụ, mỗi cột có 04 chân

Hình 1.2: Cột néo của đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng

-Hệ thống nối đất: Sử dụng các loại nối đất như Bảng 1.2, Theo [4]

Bảng 1.2 Thống kê các loại nối đất có trên đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà

TT Loại nối đất gốc Số vị trí Ghi chú

1.2 Yêu cầu về điện trở nối đất của đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng:

Đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng nằm trong hệ thống đường dây truyền tải của hệ thống điện Việt Nam nên hệ thống nối đất ở cột đường dây phải tuân thủ

theo qui định hiện hành của Bộ Công nghiệp như bảng 1.1

1.3 Hiện trạng hệ thống nối đất đường dây 500kV Hà Tĩnh – Đà Nẵng:

Do đường dây 500KV Hà Tĩnh – Đà Nẵng xây dựng từ năm 2005, thiết kế chủ yếu là quấn quanh trụ chân móng (khoảng 1.5 vòng), khi thi công được lấp tiếp địa song song với quá trình lấp đất móng Sau nhiều lần sự cố đường dây, đơn vị đã tiến hành đào kiểm tra và phát hiện một số tồn tại như sau:

- Ở một số vị trí có hiện tượng quấn cột tiếp địa bó lại với nhau, độ chôn sâu sợi nối đất chưa đạt yêu cầu, hướng đi sợi tiếp địa đi sát nhau, không đúng thiết kế, đè lên nhau dẫn đến hiệu quả tản sét kém

- Một số tiếp địa có trị số điện trở nối đất cao, hoặc thấp bất thường

- Một số vị trí cột cao hơn 40m chưa đáp ứng trị số điện trở theo quy phạm

- Một số vị trí tiếp địa đã bị ăn mòn rỉ sét, thậm chí đã bị đứt gãy như hình 1.3

Do nhiều yếu tố như trên, điện trở nối đất của hệ thống nối đất tại nhiều cột đã tăng lên so với thiết kế ban đầu hoặc khi nghiệm thu hoàn công

Thực tế, theo đo đạc vào năm 2017, điện trở nối đất của nhiều vị trí cột trên đường dây 500KV Hà Tĩnh – Đà Nẵng có điện trở nối đất đã vượt quá điện trở yêu cầu theo qui phạm trang bị điện năm 2016 như bảng 1.3

Hình 1.3 Ảnh đào nối đất kiểm tra vị trí 5096 Bảng 1.3 Kết quả các vị trí đo nối đất năm 2017 không đạt qui định:

Địa hình/vị trí địa lý

Điện trở suất của đất

Nối đất hiện hành

Điện trở nối đất đo năm 2017

Đánh giá theo Qui phạm

0206 Cột đỡ 28 Đồi núi 3099 1T-10 37 Không đạt

đó, việc cải tạo để giảm điện trở nối đất là quan trọng và cần thiết Vấn đề đặt ra là làm sao có được một giải pháp cải tạo nối đất hiệu quả mà lại kinh tế

Biện pháp cải tạo đơn giản nhất là tận dụng hệ thống nối đất tự nhiên Trong trường hợp không có hoặc đã kết nối các vật nối đất tự nhiên xung quanh nhưng trị số điện trở nối đất vẫn không đảm bảo theo quy phạm thì chúng ta phải bổ sung thêm vào

hệ thống nối đất cũ một hệ thống nối đất mới Tuy nhiên, điện trở nối đất không giảm tuyến tính theo số lượng tia cọc mà ta chôn vào đất, nghĩa là nếu chúng ta chôn sắt cọc đến một số lượng cọc nhất định việc tăng số lượng cọc không làm giảm theo giá trị điện trở nối đất, không đem lại hiệu quả cao, đồng thời làm gia tăng chi phí xây dựng (hệ số sử dụng sẽ giảm khi bổ sung khối lượng lớn vật liệu)

Để phục vụ cho việc cải tạo hệ thống nối đất cho đường dây 500kV Hà Tĩnh-Đà Nẵng, trong chương này, tác giả sẽ xây dựng 01 chương trình tính điện trở nối đất và chi phí đầu tư của hệ thống nối đất trên Excel Chương trình tính toán này được xây dựng cho các dạng nối đất thông dụng hiện nay gồm có nối đất kiểu tia, nối đất kiểu tia cọc, nối đất kiểu tia cọc có bột GEM, nối đất kiểu giếng cọc, nối đất kiểu lưới Chương trình này sẽ được sử dụng để thuận tiện trong việc lựa chọn loại nối đất bổ sung phù hợp nhất

2.1 Yêu cầu Điện trở nối đất bổ sung:

Điện trở nối đất bổ sung tính như sau:

(2.1) Với

Rbs: Giá trị yêu cầu cho điện trở nối đất bổ sung

Ryc: Điện trở nối đất yêu cầu cho vị trí theo Qui phạm Trang bị điện 2006 (Bảng 1.1) ở chương 1

Rcl : điện trở nối đất còn lại (đo được)

Rcl= Rđo/Kcl với Kcl là hệ số còn lại do dự tính cho ảnh hưởng của hệ thống cũ lên hệ thống mới và dự phòng suy giảm nối đất

Như vậy chúng ta cần phải thiết kế hệ thống nối đất bổ sung sao cho điện trở tản của hệ thống nối đất bổ sung Rnđ< Rbs

2.2 Cơ sở lý thuyết tính điện trở nối đất

Giả sử điện trở suất đo được tại vị trí cần thực hiện hệ thống nối đất ρđo thì điện trở suất tính toán sử dụng cho thiết kế được tính:

Trong đó:

ρtt : Điện trở suất tính toán

km: hệ số mùa, hệ số này được tra ở [2]

Hệ thống nối đất có trị số điện trở tản càng bé sẽ càng thực hiện tốt nhiệm vụ tản dòng điện trong đất và giữ được mức điện thế thấp trên các vật nối đất Tuy nhiên, việc giảm thấp điện trở tản đòi hỏi phải tốn nhiều kim loại và khối lượng thi công Do vậy, việc xác định tiêu chuẩn của nối đất và lựa chọn các phương án nối đất sao cho hợp lý

về mặt kinh tế - kỹ thuật

Tất cả những dây kết nối ở trên mặt đất hay trong đất của hệ thống nối đất phải được lựa chọn đáp ứng các yêu cầu của dây dẫn như: điện dẫn suất cao, chống ăn mòn,

độ bền cơ Những mối nối này phải đủ chắc chắn khi nhiệt độ tăng và sự dẫn điện luôn

là hằng số đối với nhiệt độ Những mối nối cũng phải đảm bảo độ bền cơ do có lực điện từ sinh ra khi có dòng sự cố lớn Vật liệu của hệ thống tiếp địa trong luận văn này chọn loại thép CT3 (thép carbon thấp), đảm bảo khả năng dẫn và tản dòng vào đất tốt, đảm bảo tính ăn mòn

2.2.1 Nối đất kiểu hình tia

Nối đất kiểu tia là dạng nối đất đơn giản nhất trong các loại nối đất nhân tạo hiện nay Ở nối đất kiểu tia, người ta chỉ sử dụng sắt thanh chôn song song với mặt đất Một hệ thống nối đất kiểu tia có thể chỉ có 1 tia hoặc nhiều tia Khi có nhiều tia, ta

có thể xem các tia nối song song nhau và khi đó ta xét đến ảnh hưởng giữa các tia

Hình 2.1 là 1 ví dụ về nối đất kiểu tia cho đường dây, ở đó, A là vị trí bắt tia nối đất vào cột Cần lưu ý, với hệ thống nối đất cho cột điện đường dây thì chiều dài tia không nên vượt quá 40m để tránh ảnh hưởng của điện cảm của tia đến quá trình tản dòng điện sét

Hình 2.1: Nối đất kiểu tia cho đường dây

Theo [2], điện trở nối đất của 01 thanh nằm ngang chôn trong đất ở độ sâu:

(2.3) Trong đó:

Rt: Điện trở nối đất của tia

l: Chiều dài thanh

d: Đường kính của thanh (0.02-0.03m);

t: Độ chôn sâu

k: Hệ số phụ thuộc vào hình dáng nối đất

Điện trở nối đất của 1 hệ thống nối đất nhiều tia được tính

(2.4) Trong đó:

Rht: Điện trở nối đất của hệ thống

n: Số điện cực

: Hệ số sử dụng giữa các tia Hệ số này thể hiện ảnh hưởng của các điện cực nối đất gần nhau và hệ số luôn bé hơn 1 Như vậy, khi các điện cực nằm càng gần nhau thì càng nhỏ và điện trở tản của hệ thống sẽ tăng lên, ngược lại khi các điện cực nằm càng xa nhau thì xấp xỉ bằng 1 nên điện trở tản của hệ thống được xem như là điện trở của các điện cực song song [2]

2.2.2 Nối đất kiểu tia cọc:

Hình 2.2: Nối đất kiểu tia cọc cho đường dây

Với nối đất kiểu tia, đôi khi chúng ta không thể đạt được trị số điện trở tản yêu cầu dù cho số tia lớn và chiều dài tia lớn Vì vậy, người ta phải đóng thêm cọc dọc theo thanh, giữa thanh và cọc có hàn với nhau để hình thành kiểu nối đất tia cọc

Một hệ thống nối đất kiểu tia cọc có thể gồm nhiều tia như hình 2.2, với A là điểm bắt tia nối đất vào cột và B điểm hàn điện giữa thanh và cọc

Ưu điểm của nối đất tia cọc là tạo ra nhiều đường đi cho dòng điện vì vậy dòng điện sẽ được tản vào đất nhanh hơn, cọc làm giảm được dòng sự cố nhanh vì lớp đất ở trên cao có điện trở suất cao hơn lớp đất phía dưới Tuy nhiên khả năng tản dòng của thanh và cọc sẽ bị ảnh hưởng lẫn nhau, nếu khoảng cách giữa các cọc bé thì khả năng tản dòng của các cọc trở nên kém

-Theo [2], điện trở nối đất của 01 cọc

(

) (2.5) Trong đó:

Rc: Điện trở nối đất của cọc

d: đường kính của cọc (0.02-0.05 m) d=0.95b với b là bề rộng của sắt góc nếu dùng sắt góc và d=b/2 nếu là sắt dẹt

h: Độ sâu đỉnh cọc h=(0.5-0.8 m)

l: Chiều dài của cọc l=2-3m

t: Độ chôn sâu tương đương t=h+l/2

-Điện trở nối đất của 01 thanh nằm ngang:

Điện trở nối đất của 01 thanh nằm ngang được tính giống như trường hợp nối đất hình tia (2.3)

-Điện trở nối đất của hệ cọc và thanh liên kết với nhau:

(2.6)

Trong đó:

Rtc: Điện trở nối đất của hệ thanh cọc

Rt: Điện trở nối đất của thanh

Rc: Điện trở nối đất của cọc

: Số cọc trong 1 tia

ηt: Hệ số sử dụng của thanh khi không có cọc

ηc: Hệ số sử dụng của cọc khi không có thanh

-Điện trở nối đất của nhiều tia cọc:

Trong đó:

Rht: Điện trở nối đất của hệ thống

Rtc: Điện trở nối đất của 01 tia cọc

n: Số tia sử dụng

: Hệ số sử dụng của hệ thống nhiều tia Khi số tia càng nhiều thì hệ số sử dụng càng bé

2.2.3 Nối đất kiểu tia cọc sử dụng GEM:

Trong nhiều trường hợp, việc giảm điện trở xuống dưới mức yêu cầu là khó khăn, chi phí để giảm giá trị điện trở nối đất xuống dưới giá trị yêu cầu là lớn [5] Các giải pháp thông thường là tăng số lượng thanh và cọc nối đất bằng kim loại, hoặc bổ sung thêm muối, than, và các chất dẫn điện khác vào xung quanh thanh và cọc Giải pháp này thật ra cực kỳ tốn kém mà không bền vững, vì than, muối có thể bị rửa trôi qua một thời gian không dài (1-2 năm)

Gần đây, giới khoa học đã tìm ra một loại hóa chất bền vững với thời gian, không bị rửa trôi, không làm hại môi trường Họ dùng các điện cực kim loại nhỏ (đường kính cỡ 12-18 mm) chôn trong đất, sau đó phủ hóa chất dẫn điện ra ngoài Trong môi trường ẩm, hóa chất đó tự liên kết thành một khối với điện cực kim loại

để tạo ra một điện cực biểu kiến mới có đường kính đến 100 – 200 mm Vì thế giá trị điện trở nối đất được giảm một cách rõ rệt, có thể từ 50% đến 90% Hóa chất đó, trong tiếng Anh, được goi là GEM (Ground Enhancing Material)

Bột GEM là hóa chất cấu tạo chủ yếu từ bột than chì, ximăng pooclăng, khi thi công trộn với nước đổ lên vùng các điện cực tạo nên một lớp keo hồ cứng đồng nhất,

không bị rửa trôi và tồn tại dưới đất nhiều năm Điện trở suất của GEM thường nhỏ hơn 12Ω.cm tùy thuộc vào hãng sản suất Vì vậy người ta tận dụng bột GEM để bao phủ xung quanh điện cực nhằm giảm điện trở nối đất của điện cực

Ưu điểm:

Độ bền cao

GEM không bị biến tính hay phân hủy theo thời gian sử dụng

Không đòi hỏi phải bảo trì định kỳ hay thay thế mới sau thời gian định kỳ Không đòi hỏi phải có nước thường xuyên để duy trì khả năng dẫn điện của GEM

Hiệu quả giảm điện trở

Điện trở suất của đất giảm từ 50% -90%

Giá trị điện trở nối đất được giữ ổn định

GEM có hiệu quả đối với tất cả các loại đất đặc biệt là khi đất rất khô

Hình 2.3: Nối đất kiểu tia cọc sử dụng GEM xung quanh tia để tăng tiết diện

Bảo vệ môi trường

Không ảnh hưởng đến tính chất của đất, môi trường xung quanh

Không độc hại, ô nhiễm nguồn nước gần nơi sử dụng

Đáp ứng các yêu cầu về bảo vệ môi trường

Dễ sử dụng

Được đóng bao 11.3kg nên rất dễ vận chuyển

Dể dàng sử dụng

Có thể dùng ở dạng khô hay dạng ướt

Dể dàng pha trộn vào xi măng, bùn hay than

Không pha trộn khi sử dụng ở dạng khô, chỉ mở bao và trút ra

Nhanh chóng hút ẩm từ đất và đông cứng lại

Giảm kích thước hệ thống đất khi các phương pháp cũ không thể đáp ứng được

Ứng dụng:

- Hoá chất GEM thường được sử dụng trong các hệ thống nối đất đặc biệt đối với những vùng có điện trở suất đất cao mà các phương pháp xử lý truyền thống không thể xử lý đạt yêu cầu tiếp đất cho phép, hoặc chi phí cho việc này rất cao Cụ thể:

Bột GEM phủ thanh

Bột GEM phủ cọc

- Hệ thống tiếp đất trạm biến áp, trạm phát điện

- Tiếp đất các cột điện trên đường dây siêu cao áp, cao áp, trung áp, hạ áp

Lưu ý:

- Điện trở tiếp đất phụ thuộc rất nhiều yếu tố, nhất là đối với những vùng có điện trở suất lớn, điện trở tiếp đất thường khá cao Tùy vào điều kiện thực tế mà tính toán, sử dụng GEM sao cho phù hợp

- Thiết kế hệ thống tiếp địa trước khi sử dụng GEM

Theo [6], Điện trở nối đất của 01 thanh nằm ngang có phủ bột GEM:

))2(ln(

)2(ln[2

1

2 2

1

dt

C t C C

t C

l L

R t

(2.8)Trong đó:

Rt: Điện trở nối đất của tia

ρ1: Điện trở suất của đất

ρ2: Điện trở suất của bột GEM, do tiêu chuẩn của bột GEM trên thị trường ρ<=12 Ω.cm, nên chọn ρ2= 0.12 Ω.m

L: Chiều dài thanh

d: Đường kính của thanh

2C: đường kính của lớp bột GEM phủ ngoài thanh (tính cả thanh) Nếu hố GEM có dạng hình chữ nhật hoặc hình thang cân thì C có thể được tính tương đương

từ đường tròn ngoại tiếp của đa giác (hình chữ nhật hoặc hình thang cân)

t: Độ chôn sâu

- Điện trở nối đất của 01 cọc:

)]

2ln(

)4

4ln(

[2

1

2 1

d

C l

t C

l t l l

R C

(2.9) Trong đó:

Rc: Điện trở nối đất của cọc

ρ1: Điện trở suất của đất

ρ2: Điện trở suất của bột GEM

d: đường kính của cọc (0.02-0.06 m) d=0.95b nếu dùng sắt góc

2C: đường kính của lớp bột GEM phủ ngoài cọc (tính cả cọc)

h: Độ sâu đỉnh cọc h=(0.5-0.8 m)

l: Chiều dài của cọc l=2-3m

t: Độ chôn sâu t=h+l/2

-Điện trở nối đất của 01 hệ thống cọc và thanh liên kết với nhau:

Tính tương tự như 1 hệ thống tia cọc (2.6)

-Điện trở nối đất của hệ thống: tính tương tự như (2.7)

2.2.4 Nối đất giếng cọc

Tại những nơi có điện trở suất cao, hệ thống nối đất khó đạt yêu cầu, nếu sử

dụng nối đất kiểu tia cọc sẽ dẫn đến tình trạng các tia nối đất rất dài làm tăng cao điện

cảm của hệ thống nối đất, đồng thời sẽ gây khó khăn trong giải phóng mặt bằng thi

công Vì vậy ta sử dụng kiểu nối đất giếng cọc khoan sâu xuống lòng đất, hình 2.4,

càng xuống sâu điện trở suất của đất càng giảm do vậy hiệu quả nối đất sẽ tăng lên

Kiểu nối đất này cũng hữu dụng khi vị trí cột nằm ở nơi có mặt bằng chật hẹp hơn so

với các kiểu nối đất đã nói trên

Theo [2], điện trở nối đất của 01 giếng cọc

sâu: Điện trở suất ở độ sâu ứng với chiều dài cọc, ở đây tác giả lấy trung bình

giữa giá trị điện trở suất ở 2 đỉnh của 1 cọc

Kmùa: Hệ số mùa, lấy Kmùa=1 vì ở độ sâu lớp đất ổn định

Rg: Điện trở nối đất của cọc

d: đường kính của cọc (0.02-0.09 m)

h: Độ sâu đỉnh cọc h=(0.5-0.8 m)

l: Chiều dài của cọc l=5-50 m

t: Độ chôn sâu t=h+l/2

Hình 2.4: Nối đất kiểu giếng cọc

- Điện trở nối đất của 01 dây nối: tính giống như 1 thanh nằm ngang chôn trong đất (2.3) Chú ý điện trở suất tính toán lấy ứng với độ chôn sâu của thanh

-Điện trở nối đất của hệ 1 cọc và dây nối:

Tính tương tự như 1 hệ thống tia cọc (2.6) với điện trở Rc chínhlà điện trở của giếng

Rg

-Điện trở nối đất của hệ thống: tính tương tự như (2.7)

2.1.4-Nối đất kiểu lưới cọc

Khu vực móng cột điện là diện tích đất được thu hồi cấp quyền sử dụng cho ngành điện Nếu trong và liền kề diện tích đó ta bố trí được hệ thống lưới nối đất đạt

yêu cầu thì sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí đền bù giải phóng mặt bằng Với đường dây tải điện cấp điện áp càng lớn thì hành lang tuyến càng rộng nên việc bố trí hệ thống nối đất kiểu lưới cọc cho cột điện hoàn toàn khả thi Hình 2.5 là một ví dụ về hệ thống tiếp địa kiểu lưới cọc ở đường dây

Hình 2.5 Nối đất kiểu lưới

Giả sử 01 lưới nối đất có kích thước là LxR, kích thước ô lưới nxm

Theo [7], Điện trở của lưới:

LC: Tổng chiều dài thanh dẫn [m]

khi h= √

khi h= √ : : k1=-0.04 L/R+ 1.13 (2.17) k2: hệ số phản ánh cấu trúc lưới như hình 2.7

L/R: là tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng của lưới

-Điện trở tương hỗ giữa lưới và cọc:

2.3 Tính toán chi phí trực tiếp cho hệ thống:

Chi phí cải tạo hệ thống nối đất được tính như sau:

Trong đó,

Z: tổng chi phí tính toán cho việc cải tạo hệ thống nối đất bằng hệ thống nối đất

bổ sung

VL: chi phí chi trả cho nguyên vật liệu

NC: chi phí chi trả cho nhân công thực hiện các công việc liên quan đến cải tạo

2.3.1 Chi phí cho nguyên vật liệu (VL):

Chi phí cho nguyên vật liệu là chi phí dùng để chi trả trực tiếp cho việc mua nguyên vật liệu phục vụ cho hệ thống nối đất bổ sung Tùy thuộc vào kiểu nối đất bổ sung mà chi phí nguyên vật liệu ở đây có thể chỉ là chi phí mua sắt nối đất (sắt thanh

và sắt cọc), hóa chất GEM Ở dạng tổng quát, chi phí này có thể được tính như sau:

Với:

: khối lượng sắt thép cần làm nối đất (kg)

: giá thành của 1 kg sắt, (bảng 2.1)

: trọng lượng gem cần sử dụng làm nối đất (kg)

: giá thành của 1kg hóa chất GEM (đồng/kg), (bảng 2.1)

Khối lượng sắt thép cần làm nối đất:

Khối lượng sắt sử dụng sẽ được tính theo tổng chiều dài sắt thanh và sắt cọc sử

dụng trong hệ thống nối đất Khối lượng này được tính như sau

Với

: khối lượng theo đơn vị dài của sắt thanh (kg/m) tra theo [8]

∑ : tổng chiều dài sắt thanh sử dụng trong hệ thống nối đất,

: khối lượng theo đơn vị dài của sắt cọc (kg/m) tra theo [8]

∑ : tổng chiều dài sắt cọc sử dụng trong hệ thống nối đất

Khối lượng GEM cần sử dụng làm nối đất:

Lượng GEM sử dụng cho hệ thống nối đất tùy thuộc vào đường kính hố GEM

thiết kế Ở đây tác giả thiết kế hố GEM như hình 2.8

Hình 2.8 Mặt cắt bố trí nối đất bột GEM Như vậy trọng lượng GEM sử dụng được tính như sau:

Với

: là khối lượng riêng của GEM (kg/m3),

: bán kính hố GEM dùng cho sắt thanh,

∑ : tổng chiều dài sắt thanh,

: bán kính hố GEM dùng cho sắt cọc,

∑ : tổng chiều dài sắt cọc,

2.3.2 Chi phí cho máy móc (M):

Chi phí thuê máy móc thiết bị để gia công nối đất (cắt sắt và hàn nối đất), khoan giếng nối đất, thực hiện đo thí nghiệm hệ thống nối đất

Chi phí này được tính như sau:

Trong đó:

chi phí đo hệ thống tiếp địa, chi phí này được tính theo ca thí nghiệm, mỗi

vị trí cột là 1 ca thí nghiệm, chi phí này được tra ở bảng 2.1

chi phí thuê máy để gia công nối đất, chi phí này được tính theo khối lượng sắt thép sử dụng và đơn giá tính theo trọng lượng sắt thép (tra ở bảng 2.1)

: chi phí thuê máy khoang để khoan giếng nối đất, chi phí này được tính theo số giếng nối đất , chiều dài 1 giếng , và đơn giá cho mỗi giếng nối đất (Bảng 2.1)

2.2.3 Chi phí cho nhân công (NC)

Chi phí cho nhân công là lượng tiền phải trả cho nhân công thực hiện các công việc gồm đào đất, lấp đất, gia công vật liệu, đổ hóa chất GEM, đột lỗ vào thanh cột để nối nối đất bổ sung, khoan giếng, lắp đặt nối đất, thí nghiệm hệ thống nối đất

: là khối lượng công việc thứ i, công việc thứ I được liệt kê ở bảng 2.2 : giá nhân công thực hiện công việc thứ i (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Danh mục công việc để tính chi phí điện trở nối đất

Khối lượng đào rãnh nối đất bằng thủ công: gồm có đào đất để lắp nối đất thanh

và đào đất đổ bột GEM cho cọc (trong trường hợp sử dụng GEM) Bề rộng trung bình

hố đào cho sắt thanh là 0.5m

Hình 2.9 Mặt cắt chôn sâu tia và cọc tiếp địa

KL1= 0.5 t Lt(m3) + nE.lc [lc/4+0.15]2 (2.31)

Trong đó:

KL1: Khối lượng đất đào, (m3)

t: độ chôn sâu thanh, (m)

Lt =∑ : tổng chiều dài sắt thanh, (m),

mỗi cờ là 3m và được quy đổi ra đơn vị khối lượng (kg) tra theo [8]

ncờ: số lượng cờ cần sử dụng, thông thường số cờ bằng số tia, trong trường hợp

sử dụng nối đất kiểu lưới, ncờ lấy bằng số chân cột

+ Lắp đặt, tháo dỡ máy khoan tự hành:

KL5: Khối lượng khoan giếng, (m)

lg: chiều dài giếng, (m)

Bảng 2.2 Đơn giá: vật liệu , nhân công, máy thi công phục vụ tính

chi phí đầu tư (PL2.1)

Mã hiệu

Mã hiệu

ĐGQB Lắp đặt, tháo dỡ máy khoan tự hành

ĐGQB Khoan giếng đường kính 100mm đất

06.01.00.2 Gia công tiếp địa mạ kẽm N.nóng

EC.22010 Đo thí nghiệm điện trở tiếp địa vị trí

281368

2.4 Chương trình tính toán trên phần mềm Excel

Chương trình điện trở nối đất được xây dựng trên Excel, dựa vào lý thuyết ở

phần 2.1 và 2.2 Chương trình tính điện trở nối đất của hệ thống nối đất có giao diện như hình 2.8

Hình 2.8 Giao diện chương trình tính điện trở nối đất

Với chương trình tính toán này, người sử dụng chỉ có thể áp dụng 1 vị trí cột cho 1 lần tính Chương trình tự động đánh giá hệ thống nối đất thiết kế đạt hoặc không đạt dựa vào kết quả tính toán điện trở nối đất so với điện trở yêu cầu tại mỗi vị trí cột Chương trình còn lựa chọn được phương án có điện trở tính toán đạt yêu cầu và hàm chi phí tính toán bé nhất

Các dữ liệu đã nhập sẵn trong chương trình:

-Các hệ số sử dụng của hệ thống các tia, cọc [2]

-Đơn giá vật liệu thị trường năm 2018 (đã tính vào bảng 2.1)

-Đơn giá nhân công, chi phí cho máy thi công năm 2018(đã tính vào bảng 2.1)

: nối đất kiểu tia, hệ thống nối đất có tia, mỗi tia dài (m)

: nối đất kiểu tia cọc, hệ thống nối đất có tia, mỗi tia dài

(m) và tổng số cọc trong hệ thống nối đất

: nối đất kiểu giếng cọc, hệ thống nối đất có tia dây nối,

mỗi tia dài (m) và tổng số giếng trong hệ thống nối đất , cọc trong giếng có độ dài

lg (m)

: nối đất kiểu lưới, hệ thống nối đất có chiều dài lưới L (m), chiều rộng lưới R(n), và tổng số cọc trong hệ thống nối đất

: nối đất kiểu tia cọc có sử dụng hóa chất GEM, có tia, mỗi

tia dài (m) và tổng số cọc trong hệ thống nối đất ,

- Kích thước điện cực hình tia thép CT3 đường kính: d (m)

- Độ chôn sâu của nối đất hình tia: t (m)

- Kích thước điện cực cọc nối đất thép CT3 loại V đường kính: d (m)

- Chiều dài cọc nối đất h (m), độ chôn sâu đỉnh cọc: t (m)

- Điện cực giếng cọc nối đất thép CT3 thép ống đường kính: d (m)

- Chiều dài cọc trong giếng: lc (m)