Bảo về nối đất

Chia sẻ: Nguyen Xuan Thinh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:40

0
865
lượt xem
367
download

Bảo về nối đất

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ thống nối đất - tập hợp các cực tiếp địa và dây nối đất có nhiệm vụ truyền dẫn dong điện xuống đất. Hệ thống nối đất bao gồm nối đất tự nhiện và nối nhân tạo

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bảo về nối đất

  1. Chương 8 Bảo vệ nối đất 8.1. M ộ t s ố khái ni ệ m, đ ị nh nghĩa Hệ thống nối đất – tập hợp các cực tiếp địa và dây nối đất có nhiệm vụ truyền dẫn dòng điện xuống đất. Hệ thống nối đất bao gồm nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo. Cực tiếp địa – Cọc bằng kim loại dạng tròn, ống hoặc thép góc, dài 2÷ 3 mét được đóng sâu trong đất. Các cọc này được nối với nhau bởi các thanh giằng bằng phương pháp hàn. Hệ thống nối đất tự nhiên – hệ thống các thiết bị, công trình ngầm bằng kim loại có sẵn trong lòng đất như các cấu kiện bê tông cốt thép, các hệ thống ống dẫn bằng kim loại, vỏ cáp ngầm v.v. Hệ thống nối đất nhân tạo – hệ thống bao gồm các cực tiếp địa bằng thép hoặc bằng đồng được nối liên kết với nhau bởi các thanh ngang. Phân biệt hai dạng nối đất là nối đất làm việc và nối đất bảo vệ. Hệ thống nối đất làm việc – hệ thống nối đất mà sự có mặt của nó là điều kiện tối cần thiết để các thiết bị làm việc bình thường, ví dụ nối đất điểm trung tính của máy biến áp, nối đất của các thiết bị chống sét v.v. Hệ thống nối đất bảo vệ – hệ thống nối đất với mục đích loại trừ sự nguy hiểm khi có sự tiếp xúc của người với các phần tử bình thường không mang điện nhưng có thể bị nhiễm điện bất ngờ do những nguyên nhân nào đó. Ví dụ nối đất vỏ thiết bị, nối đất khung, bệ máy v.v. 8.2. Phân tích đặc điểm của quá trình phân tán dòng điện trong đất Khi có sự cố chạm đất, dòng điện truyền vào đất qua các đầu cực tiếp xúc rồi tỏa ra mọi hướng. Giả thiết đầu tiếp xúc có dạng hình cầu đường kính D. Mật độ dòng điện đi vào đất chính là mật độ dòng điện tính trên một đơn vị diện tích của nửa bề mặt hình cầu Sc/2, được xác định theo biểu thức: Id 2I I j= = d2 = d 2 S c πD 2π .rc , A/m2 (8.1) 2 rc- bán kính cực tiếp địa. 149
  2. Ở một điểm cách trục tiếp địa một khoảng x, mật độ dòng điện sẽ là: Id jx = 2 , A/m 2 (8.2) 2π .x Cường độ điện trường tại điểm này là: Id x Id ρ dx rc Ex = jx ρ = , V/m; (8.3) 2π .x 2 Hình 8.1 Quá trình phân tán dòng điện trong đất và sự phân bố điện thế Trong đó Id- dòng điện chạy trong đất, A; ϕ max ϕ(x) ρ - điện trở suất của đất, Ω.m. x Độ rơi điện áp trong dải đất dx: 20md I 20m dϕ x = E x dx (8.4) Điện thế tại điểm xét: ∞ ∞ I ρ dx I ρ ϕ x = ∫ dϕ x = d ∫ 2 = d (8.5) x 2π x x 2π .x Biểu thức (8.5) chính là phương trình Hypebol. Giá trị điện thế cực đại ở trên cực tiếp địa (ứng với bán kính của cực tiếp địa rc) được xác định: I ρ ϕ max = d (8.6) 2π .rc Vùng đất cách cực tiếp địa 20 mét trở lên được coi là vùng điện thế zero, có ϕ=0. UtxM UtxN Ub O M N Hình 8.2. Đặc tính điện thế do dòng điện chạy trong đất gây ra. 150
  3. So sánh các giá trị điện áp tiếp xúc tại các điểm khác nhau, khi người đứng ở vị trí M và N (hình 8.2), ta thấy UtxM < UtxN, điều đó được thể hiện qua các biểu thức: UtxM = ϕ max- ϕ M (8.7) UtxN = ϕ max- ϕ N Nếu điểm N nằm cách vị trí đặt hệ thống nối đất trên 20 mét thì ϕ N=0, khi đó điện áp tiếp xúc sẽ có giá trị lớn nhất (UtxN=ϕ max). Phân tích đặc tính điện thế hình 8.2 ta rút ra một số nhận xét sau : - Khi người ở vị trí càng gần với nơi đặt tiếp địa thì giá trị điện áp bước sẽ càng cao ; - Người ở vị trí càng gần điểm tiếp địa mà chạm vào vỏ thiết bị thì điện áp tiếp xúc sẽ nhỏ hơn so với trường hợp đứng ở vị trí xa (UtxM
  4. Xét sơ đồ hình 8.4, khi có ngắn mạch chạm masse sẽ có dòng điện sự cố chạy trong mạch kín Id , được xác định theo biểu thức: U ph Id = (8.8) Rtd + Rdn + R ph Trong đó Uph- điện áp pha, V; Rtd- điện trở tương đương: Rng Rd Rtd = (8.9) Rng + Rd Rng- điện trở cơ thể người, Ω; Rng Rd- điện trở hệ thống nối đất bảo vệ, Rd Rdn Ω; Id Ing a) Rdn- điện trở hệ thống nối đất nguồn, Ω; Rd Rng Rtd Rph- điện trở dây pha, Ω; Id Giá trị điện áp đặt lên cơ thể người là : Id Rdn Utx= IdRtd; (8.10) Rdn Dòng điện chạy qua cơ thể người : Rph Rph U I ng = tx (8.11) b) Rng Thay giá trị của Utx từ (8.10) vào (8.11) và sau một vài biến đổi đơn giản ta Hình 8.4. Giải thích vai trò của bảo vệ nối đất. được a) Sơ đồ mạng điện có bảo vệ nối đất; I d .Rtd I .R b) Sơ đồ thay thế . I ng = = d d (8.12) Rng Rng + Rd Nghĩa là dòng điện chạy qua cơ thể người phụ thuộc vào điện trở của hệ thống nối đất bảo vệ Rd. Trong thực tế người ta phải tính toán sao cho Rd có giá trị đảm bảo an toàn cho người vận hành. 8.4. Cấu trúc của hệ thống nối đất a) Theo phương thức bố trí, hệ thống nối đất được phân biệt hai loại là nối đất b) Hình 8.5. Các loại hệ thống nối đấ152 t a) Nối đất ngoại biên; b) Nối đất bao quanh.
  5. ngoại biên và nối đất bao quanh (hình 8.5). Nối đất ngoại biên thường được bố trí xa vị trí đặt thiết bị (hình 8.6). Nối đất bao quanh có thể được thực hiện theo vòng kín hoặc vòng hở. Ở hệ thống nối đất bao quanh, trường phân bố dòng điện từ các cực tiếp địa đan vào nhau, do đó điện thế tại điểm bất kỳ trên mặt đất bên trong khung tiếp địa khá cao. Tuy nhiên, hiệu điện thế giữa các điểm trên lãnh thổ bên trong khung của hệ thống nối đất lại giảm, do đó điện áp tiếp xúc sẽ không lớn. Hình 8.6. Nối đất ngoại biên a) mạch vòng; b) mạch thẳng; 1- cực tiếp địa; 2- dây nối đất; b) 3- thiết bị ; 4- thanh nối. a) b) Trên hình 8.7 ta thấy giá trị điện áp tiếp xúc trong trường Thanh hợp nối đất bao quanh nhỏ hơn nối so với trường hợp nối đất Cọc tiếp địa Utx2 ngoại biên (Utx2
  6. 8.5.1. Tính toán nối đất theo điện trở nối đất yêu cầu (Ryc) a) Trình tự tính toán đối với đất đồng nhất Quá trình tính toán nối đất theo Ryc đối với khu vực có đất đồng nhất được thực hiện theo các bước sau: 1) Xác định điện trở yêu cầu của hệ thống nối đất Như đã phân tích ở trên, giá trị của điện trở nối đất phải đủ nhỏ sao cho điện áp tiếp xúc không vượt quá giới hạn cho phép. Điện trở nối đất trong mạng điện được xác định theo điều kiện UL R yc = Ω (8.13) Id Trong đó Id – dòng điện ngắn mạch chạy trong đất, A; UL - điện áp tính toán có giá trị UL ≤ Ucp ; Ucp- giá trị được áp tiếp xúc cho phép, phụ thuộc vào thời gian cắt của bảo vệ: đối với mạng điện cao áp Ucp=250V, nếu hệ thống nối đất được xây dựng chung cho cả mạng cao và hạ áp thì Ucp=125V. Trong trường hợp có sử dụng các thiết bị tự động cắt bảo vệ thì giá trị của Ucp có thể lấy theo bảng sau. Bảng 8.1 Điện áp tiếp xúc cho phép phụ thuộc vào thời gian cắt t c, s 0,3 0,2 0,007 0,004 Ucp, V 50÷ 120 120÷ 230 230÷ 400 >400 Theo tính toán, nếu dòng điện ngắn mạch chạy trong đất có giá trị lớn hơn 500A, thì điện của hệ thống nối đất Ryc ≤ 0,5 Ω. Điều đó thường xẩy ra đối với mạng điện có hệ thống trung tính nối đất. Các giá trị Ryc tính theo (8.13) phải không được lớn hơn 10 Ω. Đối với các trạm biến áp tiêu thụ, giá trị của điện trở nối đất Ryc phụ thuộc vào công suất định mức của trạm, còn giá trị của hệ thống nối đất lặp lại R d.L, phụ thuộc vào điện trở của hệ thống nối đất chính như sau: SBA, kVA < 100 ≥ 100 Ryc, Ω ≤ 10 ≤4 Rd.L, Ω ≤ 30 ≤ 10 154
  7. Điện trở nối đất cho các khu nhà ở nằm trong giới hạn 4÷ 30 Ω, phụ thuộc vào điện áp cung cấp, đối với mạng điện 380/220V, Rd≤ 10 Ω. 2) Xác định điện trở nối đất nhân tạo Thông thường để tăng cường cho hệ thống nối đất và tiết kiệm cho hệ thống nối đất nhân tạo, người ta tận dụng các công trình ngầm như ống dẫn bằng kim loại, các cấu kiện bê tông cốt thép, vỏ cáp, nền móng v.v. Tuy nhiên ở đây cần hết sức lưu ý là không bao giờ được sử dụng các đường ống dẫn nhiên liệu. Điện trở của tất cả các công trình kể trên gọi là điện trở nối đất tự nhiên Rtn. Giá trị của điện trở nối đất tự nhiên được xác định theo phương pháp đo, bằng thiết bị đo điện trở tiếp địa. Nếu giá trị Rtn < Ryc thì không cần phải xây dựng thêm hệ thống nối đất nhân tạo. Trong trường hợp ngược lại thì cần tiến hành xác định giá trị điện trở tiếp địa nhân tạo Rn.tao theo biểu thức: Rtn .R yc Rn.tao = ,Ω (8.15) Rtn − R yc Rn.tao- điện trở của hệ thống nối đất nhân tạo; Rtn- điện trở của hệ thống nối đất tự nhiên. 3) Chọn điện cực tiếp địa và xác định điện trở của chúng Như đã trình bày, điện cực tiếp địa được làm bằng thép tròn, thép ống hoặc thép góc, được đóng sâu trong đất và được nối liên kết với nhau bởi các thanh nối dẹt nằm ngang. Các cọc tiếp địa bằng đồng có độ dẫn điện tốt, khả năng đề kháng đối với ảnh hưởng của các yếu tố tác động của môi trường cao, nhưng vốn đầu tư cao hơn nhiều so với hệ thống tiếp địa bằng thép. 155
  8. Hình 8.8. Mối quan hệ giữa điện trở của cực tiếp địa với điện trở suất của đất và chiều dài của điện cực, Rdc=f(ρ, l) Điện trở của cọc tiếp địa phụ thuộc vào điện trở suất của đất, và chiều dài của nó. Tuy nhiên, như thể hiện trên hình 8.8, chiều dài của cực tiếp địa chỉ có ảnh hưởng nhiều khi nó có giá trị không lớn. Khi chiều dài l của điện cực tiếp địa lớn hiệu quả giảm điện trở của nó không cao, đặc biệt khi điện trở suất của đất nhỏ, vì vậy chỉ nên sử dụng các điện cực dài khi điện trở suất của đất lớn. Trong nhiều trường hợp bản thân hệ thống lưới nối đất chỉ bao gồm các thanh nối đất ngang cũng có thể đảm bảo được giá trị điện trở nối đất yêu cầu. Tuy nhiên, thông thường người ta kết hợp hệ thống lưới nối đất ngang và các cọc tiếp địa thẳng đứng để đảm bảo độ ổn định của điện trở nối đất. Điện trở của một số dạng cực tiếp địa cơ bản được biểu thị trong bảng sau: Bảng 8.1. Tính toán điện trở nối đất của các điện cực tiếp địa Điện cực và đặc Sơ đồ bố trí Biểu thức tính điện trở điểm Cọc bằng thép tròn, h đường kính d m, ρ 2l 1 4l + 7h Rdc = (ln + ln ) d 2π .l d 2 l + 7h chiều dài l m, chôn (8.16) l 156
  9. thẳng đứng cách mặt đất h m. Điện trở suất của đất ρ, Ω.m. Cọc bằng thép tròn, ρ 4l d Rdc = ln , Ω ; (8.17) đường kính d m, 2π .l d l chiều dài l m, chôn thẳng đứng đầu trên sát mặt đất. Thanh ngang dẹt có bề dài L và rộng b,m ρ 1,5 L Rnga = ln ,Ω ; (8.18) h π .L b.h nằm cách mặt đất ở b độ sâu h m. L Thanh ngang dẹt tròn đường kính d, m có ρ L Rnga = ,Ω h . ln (8.18’) d bề dài L, nằm cách π .L d .h L mặt đất ở độ sâu h m. Lưới nối đất diện tích b’ Fnd= a’ x b’ với tổng chiều dài các thanh ngang: L= n1.a’+n2.b’, a’ m. 1 1 1 Rluoi = ρ [ + (1 + )] L 20.Fnd 1 + h. 20 / Fnd (8.19) Hệ thống gồm n tia tròn đường kính d, dài ρ 4.l Rsao = .[ln − 1 + N (n)], Ω π .n.l d 157
  10. l mét, kết sao, đặt N(n) ≈ (n-1).ln(3,414)-ln(n) gần mặt đất. (8.20) Diện tích nối đất Fnd (kích thước a’xb’) trong biểu thức (8.19) được xác định trên cơ F ở mặt bằng của vùng được tính toán nối đất. Có thể ước lượng s gần đúng theo biểu thức: ρ2 Fnd = 0,436 2 R yc Điện trở của thanh thép góc bản rộng b m cũng được xác định tương tự như thép tròn, nhưng thay giá trị d=0,95.b. Giá trị điện trở suất của một số loại đất đặc trưng được thể hiện trong bảng 8.2. Nếu giá trị điện trở suất của đất được xác định theo phương pháp đo thì ρ = ρ do.khc (8.22) ρ do- điện trở suất của đất theo chỉ số của thiết bị đo. khc – hệ số hiệu chỉnh điện trở suất của đất, phụ thuộc vào thời điểm đo, hay nói chính xác hơn là phụ thuộc vào trạng thái của đất, được lấy gần đúng theo bảng 8.3. Bảng 8.2. Điện trở suất trung bình của một số loại đất ở điều kiện tiêu chuẩn Loại đất ρ, Ω.m Loại đất ρ, Ω.m Đất đá 3000 Sét pha 150 Đất pha sỏi 1000 Đất sét 100 Cát 700 Đất vườn 40 Cát pha 300 Đất mùn 30 Đất đen 200 Đất bùn 20 Bảng 8.3. Giá trị hệ số khc Cực nối đất Đất ẩm Đất tr. bình Đất khô Thanh ngang dẹt chôn sâu 0,5m 6,5 5 4,5 Thanh ngang dẹt chôn sâu 0,8m 3 2 1,6 Cọc đóng sâu cách mặt đất 0,5÷ 0,8m 2 1,5 1,4 4) Xác định số lượng điện cực cần thiết khi chưa tính đến thanh nối ngang 158
  11. Rdc n1 = (8.23) Rn.tao Các điện cực được bố trí thành từng dãy hoặc theo chu vi của thiết bị bảo vệ. Nếu khoảng cách giữa các điện cực quá gần thì hiệu quả của hệ thống nối đất sẽ thấp, do ảnh hưởng của hiệu ứng đan chéo. Sau khi sơ bộ phân bố vị trí của các điện cực, ta có thể xác định được khoảng cách trung bình giữa chúng l a, để từ đó xác định hệ số sử dụng η, phục vụ cho quá trình tính toán tiếp theo. 5) Xác định điện trở của hệ thống nối đất nhân tạo có tính đến điện trở của các thanh nối ngang R 'nga .Rn.tao R 'n.tao = (8.24) R 'nga − Rn.tao R’nga- điện trở của thanh nối ngang có tính đến hệ số sử dụng. Rnga R 'nga = Tính toán(8.25) ở nối đất điện tr T η nga Id, R Ω; Rnga- điện trở thanh nối ngang, tn, L Rdc=f(ρ,L) la la η nga- hệ số sử dụng thanh nối ngang, l R phụ thuộc vào tỷ số la/l và số lượng Đ Id >500A Ryc ≤ 0,5 Ω n1 = dc = điện cực n; Rn.tao S la- khoảng cách giữa các điện cực, m; Hình 8.9 Sơ đồ bố trí các cực ti); p địa η nga= f(n1 ế l- chiều dài của áp ỗi điện cực,im.ện Cao m Lướ đi Cao+hạ áp η = f(n ) dc 1 Ucp ≤ 250V Ucp = f(tk) Ucp ≤ 125V UL ≤ Ucp R'nga .Rn.tao R'n.tao = R'nga − Rn.tao Rdc n = η dc .R 'n.tao T 159 Hình 8.10 Sơ đồ thuật giải tính toán nối đất K ết
  12. Hệ số sử dụng η nga được cho trong bảng 7.pl). Do sử dụng nhiều cọc tiếp địa, trường phân bố dòng điện trong đất đan chéo nhau làm cho mật độ dòng điện tăng lên, điện trở nối đất cũng tăng lên làm giảm hiệu quả sử dụng của hệ thống nối đất. Thường thì hệ số sử dụng η nằm trong khoảng 0,5÷ 0,8. 6) Xác định số lượng điện cực chính thức: Rdc n = η dc .R 'n.tao ; (8.26) η dc- hệ số sử dụng của các điện cực, tra theo bảng 5.pl tương tự như đối với hệ số η nga. 7) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của hệ thống nối đất Tiết diện tối thiểu của thanh nối được xác định theo biểu thức: tk Fmin = I d , mm2 (8.27) C tk- thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch chạm masse Id chạy trong đất, sec. C – hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm thanh nối ( đối với thanh thép C=74). Điều kiện ổn định nhiệt là Fmin≤ Fnga. Sơ đồ thuật toán quá trình tính toán nối đất được thể hiện trên hình 8.10 b) Tính toán nối đất trong trường hợp có hai lớp đất khác nhau Nếu vùng đất nơi đặt hệ thống tiếp địa có sự phân biệt rõ ràng của hai lớp đất, thì cần phải xét đến đặc điểm không đồng nhất này. Điện trở của cọc điện cực lúc này được xác định theo biểu thức: 160
  13. ρ1 1 + k kdn 4.l ∞ n l + 2hn Rdc = .(ln + ∑ k kdn . ln ) 2.π .l 1 + k .( 2.h − 1) d n=1 l + 2h(n − 1) (8.28) kdn l Trong đó kkdn- hệ số không đồng nhất được xác định theo biểu thức: ρ 2 − ρ1 k kdn = (8.29) ρ 2 + ρ1 ρ 1, ρ 2 - điện trở suất của lớp đất trên và lớp đất dưới; n – số thanh ngang. Tuy nhiên, ta thấy biểu thức (8.28) quá phức tạp, nên trong thực tế có thể áp dụng biểu thức gần đúng l 4.l Rdc ≈ ln h (l + h).l d (8.30) 2.π .( + ) ρ1 ρ2 Biểu thức này có sai số dưới 3% nếu tỷ lệ l/h >6, còn ở tỷ lệ l/h =1,5 thì sai số có thể đạt đến 15%. Xác định độ sâu chôn điện cực cần thiết: Trên nhánh phải của trục hoành (hình 8.11) đặt giá trị độ dày của lớp đất trên hS, kẻ vuông góc từ điểm tương ứng với độ dày hs đến điểm gặp đường ρ 2/ ρ 1, xác định giá trị A trên trục tung. Sau đó, ứng với giá trị ρ 2/R, kẻ đường từ trục tung một đường thẳng song song với trục hoành cho đến khi gặp đường thẳng ρ 2/R ở nhánh trái của trục hoành. A 0,01 60 0,001 0,1 ρ 2/R= 5 50 0,2 3 0,3 2 40 10 1 0,1 0,5 15 30 0,01 20 20 ρ 2/ρ 1= 25 30 10 161 h,m 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 hs,m
  14. Hình 8.11. Biểu đồ xác định độ sâu của điện cực tiếp địa. Ví dụ: Hãy xác định độ sâu cần thiết của cực tiếp địa, biết độ dày lớp đất trên là hS=1,2m, điện trở cần nhận được là R= 10 Ω, điện trở suất của các lớp đất ρ 1= 1000 Ω.m và ρ 2= 200 Ω.m. Trước hết ta cần xác định các đại lượng: ρ 2/ρ 1= 200/1000=0,2; ρ 2/R=200/10=20. Kẻ từ điểm hS=1,2 tên trục hoành đường thẳng vuông góc, gặp đường ρ 2/ρ 1=0,2; Từ giao điểm này kẻ đường thẳng song song với trục hoành cho đến khi gặp đường ρ 2/R = 20, dóng xuống trục hoành ta tìm được chiều sâu cần thiết là 3,8 m (đường chấm chấm trên hình 8.11). 8.5.2 Tính toán nối đất theo điện áp tiếp xúc và điện áp bước cho phép Theo tài liệu của IEEE /ANSI St 80-86, công thức thực nghiệm biểu thị ngưỡng an toàn của dòng điện đối với cơ thể người phụ thuộc vào thời gian dòng điện đi qua có dạng: I ng .t k = S B 2 Trong đó Ing – ngưỡng an toàn của dòng dòng hiệu dụng qua cơ thể người, mA; tk - là thời gian xuất hiện dòng điện, s; SB - hằng số kinh nghiệm liên quan đến năng lượng do điện giật. Từ đó xác định giá trị: kB I ng = (8.31) tk Trong đó k B = S B – hệ số khả hồi, phụ thuộc vào trọng lượng của cơ thể người: k = B 0,116 với người nặng 50 kg và kB= 0,157 với người nặng 70 kg. Điện áp cho phép: ( Rng + bS .C S .ρ S )k B U cp = (8.32) tk Trong đó bS- hệ số phụ thuộc vào loại điện áp tính: 162
  15. Đối với điện áp bước bS=6; đối với điện áp tiếp xúc bS=1,5; tk – thời gian sự cố, s; Trình tự tính toán hệ thống nối đất TBA theo điều kiện điện áp tiếp xúc cho phép 1) Xác định các số liệu ban đầu như diện tích mặt bằng của trạm, điện trở suất của đất, dòng sự cố chạm đất, thời gian sự cố 2) Thiết kế sơ bộ mạng nối đất chỉ sử dụng các điện cực nằm ngang nối với nhau thành một ô lưới (chưa sử dụng các cọc). Với mạng ôSlố liệu: ρ, người ta ưới này ρ S, and,bnd, U, xác định các trị số sau : - Điện trở mạng nối đất Rd; 3.U Ik = = - Dòng điện cực đại vào mạng nối đất Id; 2 Z1 + Z 0 - Độ dâng thế đất, Edâng. Id = CP.Df.Sf.Ik 3) Tính điện áp các ô lưới sau đó so sánh độ dâng thế đất, điện áp ô lưới với các giá trị điện Thiết kế sơ bộ: D, L, n, d, áp tiếp xúc cho phép và điện áp bước cho phép : – Nếu Edâng > Utx.cp 11 1 Rd ρ [ += (1+ )] – và Elưới > Ub.cp L 20.Fnd 1+ h. 20/Fnd thì phải bổ sung các điện cực nối đất nằm ngang hay đóng thêm các cọc điện cực nối đất thẳng đứng vào mạng nối đất trong thiết kế sơ bộ. Sơ đồ khối tính toán được thể hiện trên hình 8.12. Các điều kiện để tính toán: Thay đổi: Edâng = Id.Rd - Thời gian sự cố : t D, L, n - Điện áp dây của lưới: U Đ Edâng ≤ Utx.cp - Điện trở suất của đất: ρ 2 S - Điện trở suất của lớp đá vụn: ρ 1 ρ .I d .k m .ki Eluoi = - Độ dày của lớp đá: hS L - Độ chôn sâu mạng nối đất: h S Elưới ≤ Utx.cp - Tổng trở thứ tự thuận: Z1 Đ - Tổng trở thứ tự không: Z0 ρ .I .k .k - Diện tích mặt bằng của trạm:Ftr. Ub.t = d S i LT Trình tự tính toán nối đất được tiến S Ub.tt ≤ Ub.cp 163 Đ Thiết kế chi
  16. hành theo các bước sau: Bước 1 Căn cứ vào mặt bằng trạm biến áp xác định diện tích bề mặt sử dụng làm hệ thống nối đất a*b. Để thuận tiện ta giả thiết mặt bằng là một hình vuông (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 Hình 8.12 Sơ đồ thuật giải tính toán nối đất nhưng không có các cọc điện cực. theo điện áp tiếp xúc và điện áp bước cho phép Sơ bộ xác định kích thước các điện cực nối đất. Ta có một hệ thống nối đất đơn giản như sau: sử dụng các điện cực nối đất ngang có đường kính d mét tạo thành một mạng ô mắt lưới với khoảng cách mỗi ô là D chôn sâu h (m) và chưa dùng đến cọc thẳng đứng theo sơ đồ hình 8.13. Trên cơ sở đó xác định tổng chiều dài của các điện cực. L= 2.n.D (8.33) Bước 2 Theo số liệu đã cho ta tính dòng sự cố chạm masse coi (Z1=Z2): 3.U ph 3.U Ik = (8.34) and = Z1 + Z 2 + Z 0 2 Z1 + Z 0 Khi dòng sự cố đi vào đất nó sẽ bị phân dòng theo hệ số phân dòng Sf và thiết lập các dòng đối xứng tuơng ứng: Idx = Sf . Ik D Sf: hệ số phân dòng liên quan đến biên bnd độ của dòng sự cố và tỷ lệ truyền vào Hình 8.13 Sơ đồ bố trí các điện cực ngang giữa hệ thống nối đất và vùng xung quanh. Theo kinh nhiệm Sf = 0,5÷ 0,6. Giá trị dòng điện cực đại không đối xứng đi vào giữa lưới nối đất và vùng xung quanh được xác định theo biểu thức: Id = CP.Df.Sf.Ik (8.35) 164
  17. CP: hệ số hiệu chỉnh, tính đến sự tăng trưởng của dòng sự cố, (trong thời gian của tuổi thọ của trạm, với hệ thống phát triển lấy CP= 1) ; Df: hệ số tắt dần, phụ thuộc vào thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch (bảng 8.2); Bảng 8.2 : Hệ số tắt dần theo thời gian sự cố. Thời gian sự cố tk, s 0,08 0,1 0,25 ≥ 0,5 Df 1,65 1,25 1,1 1 - Xác định tiết diện thanh dẫn: F= F0.Ik Giá trị F0 được xác định phụ thuộc vào thời gian tk và loại điện cực, tra trong nomogram (hình 8.14) Đường kính thanh dẫn 4F d= (8.36) π Căn cứ vào giá trị d, chọn đường kính điện cực hợp lý. F0 2 A/mm mm2/kA Kích thước thanh dẫn ngang mils/A 20 50 100 25 40 80 30 30 60 40 50 20 40 NO.304 steel 100 10 20 200 5 10 30%CCS 97% Cu (2500C) 400 5 40%CCS 2,5 97% Cu (đ.thau) 4 600 3 97% Cu & 100% Cu (thau) 800 1000 1,0 2 tk, sec 1 0,1 0,2 0,3 0,5 1,0 2,0 3,0 5,0 10 20 Hình 8.14. Biểu đồ xác định kích thước thanh dẫn. 165
  18. Bước 3 Tính toán điện áp tiếp xúc cho phép và điện áp bước cho phép. Nếu các điện áp tính toán không thoả mãn các điện áp cho phép thì phải thay đổi thiết kế sơ bộ cho phù hợp. Giá trị cho phép của điện áp bước: ( Rng + bS .b .C S .ρ S )k B U b.cp = (8.37) tk Giá trị cho phép của điện áp tiếp xúc: ( Rng + bS .tx .C S .ρ S )k B U tx.cp = (8.38) tk CS- hệ số suy giảm, phụ thuộc vào độ dày của lớp đá vụn hS và hệ số không đồng nhất kkdn giữa các lớp đất; ρ 2 − ρ1 k kdn = (8.39) ρ 2 + ρ1 ρ 2, ρ 1 - điện trở suất của lớp đất và lớp đá vụn phía trên; CS kkdn=0 1,0 kkdn=-0,1 0,8 -0,2 -0,3 0,6 -0,4 0,4 -0,5 -0,6 -0,7 0,2 -0,8 -0,9 hS, m 0 0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24 Hình 8.15. Đường đặc tuyến CS = f (hS, kkdn) 166
  19. CS=f(hS, kkdn), tra theo nomogram (hình 8.15) hoặc xác định gần đúng theo biểu thức: ∞ n 1 kB CS = [1 + 2∑ ] (8.40) 0,96 n=1 1 + ( 2n.hS / b) 2 n – số lượng thanh ngang song song b – bán kính tương đương của bàn chân (0,08m) Bước 4 Xác định điện trở của hệ thống nối đất theo công thức sau: 1 1 1 Rluoi = ρ[ + (1 + )] (8.41) L 20.Fnd 1 + h. 20 / Fnd Bước 5 Căn cứ vào giá trị Rd vừa tìn được, xác định độ dâng thế đất theo biểu thức: : Edâng = Id . Rluoi (8.42) Nếu Edâng < Utx.cp thì bài toán kết thúc, tức là điện trở của hệ thống nối đất Rd đạt yêu cầu. Trong trường hợp ngược lại thì cần xác định điện thế ô lưới và điện áp bước. Bước 6 Điện thế ô lưới được xác định theo biểu thức: ρ .I d .k m .ki Eluoi = (8.43) L Trong đó ρ: điện trở suất của đất L: tổng chiều dài cực nối đất của hệ thống nối đất . km: Hệ số hình học của hệ thống nối đất được tính theo công thức: 1 D2 ( D + 2h ) 2 h k 8 km = [ln( + − ) + ii ln ] (8.44) 2π 16.h.d 8 D.d 4d k h π ( 2.n − 1) 1 kii = khi lưới nối đất không có cọc điện cực ( 2 n) 2 / n kii =1 khi lưới nối đất có cọc điện cực đóng theo chu vi ki là hệ số hiệu chỉnh; ki = 0,656+0,172⋅ n; n - là số thanh dẫn nối // với nhau. 167
  20. kh – hệ số hiệu chỉnh theo độ sâu: h kh = 1 + (8.45) h0 h0- chiều sâu từ lưới nối đất đến mặt đất. Nếu Eluoi > Utx.cp, thì cần phải bổ sung thêm điện cực dạng cọc đóng theo chu vi, tăng thêm chiều dài các điện cực... Mỗi lần như vậy ta phải tính lại từ bước thứ 4. Bước 7 Xác định điện áp ô lưới sau khi đã có bổ sung cọc tiếp địa. ρ .I d .km .ki Eluoi = (8.46) LT LT – tổng chiều dài của các cực tiếp địa trong hệ thống nối đất LT =Lng+ 1,1.Lc (8.47) Lng tổng chiều dài các điện cực nằm ngang Lc - tổng chiều dài các cọc tiếp địa thẳng đứng. Nếu Elưới < Utx.cp thì bài toán kết thúc, còn trong trường hợp ngược lại thì lặp lại phép tính. Bước 8 Xác định điện áp bước tính toán: ρ .I d .k S .ki U b.tt = (8.48) LT kS là hệ số hình học của lưới nối đất: 1 1 1 1 kS = [ + + (1 − 0,5) n−2 ] (8.49) π 2h D + h D Nếu Ub.tt < Ub.cp thì coi như hệ thống nối đất đạt yêu cầu, trong trường hợp ngược lại, cần bổ sung các cọc tiếp địa và lặp lại phép tính. 8.6. Đo điện trở nối đất Điện trở của đất phụ thuộc chủ yếu vào loại đất, độ ẩm và nhiệt độ của môi trường đất. Vì vậy nó thay đổi theo mùa. Để đảm bảo an toàn, điện trở của hệ thống nối đất phải nhỏ và ổn định trong giới hạn cho phép. Độ ẩm của đất khá ổn định ở độ sâu nhất định, vì vậy nên đặt hệ thống nối đất sâu đến mức có thể. 168
Đồng bộ tài khoản