Tiếp địa trạm và đường dây

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày khảo sát và thiết kế hệ thống nối đất, góc tối ưu để đóng cọc nối đất, khảo sát thiết kế lưới đất, nghiên cứu chống ăn mòn trong hệ thống nối đất, điện trở suất của đất.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiếp địa trạm và đường dây

TIẾP ĐỊA TRẠM VÀ ĐƯỜNG DÂY KS. VÕ THANH ĐỒNG Hội Điện lực miền Nam Lâu nay việc: Khảo sát - Thiết kế, Thi công – Giám sát và Nghiệm thu hệ thống “Tiếp địa Trạm và Đường dây” thường gây trì trệ cho tiến độ hoàn thành của các dự án điện vì trị số đo điện trở đất lúc nghiệm thu thường lớn hơn tiêu chuẩn cho phép. Về nguyên nhân chúng ta có thể phân tích như sau: Giai đoạn Khảo sát – Thiết kế: đơn vị Tư vấn không thực hiện việc khảo sát sát 100% cấu tạo địa chất của mỗi vị trí trụ điện mà thường chỉ dựa vào tài liệu địa chất của ngành tài nguyên môi trường. Không đo điện trở suất đất từng vị trí cho nên số liệu đầu vào phục vụ công tác thiết kế không chính xác Về kỹ thuật chuyên môn: ta phải “chọn góc tối ưu để đóng cọc đất nhằm đạt hiệu quả cao nhất” Hình 1 : Mô phỏng lưới tiếp đất của 1 trạm Trong giai đoạn khảo sát cần lưu ý thành phần cấu tạo của địa chất có chứa chất điện giải (tùy theo cấu tạo của tầng địa chất). Có 2 yếu tố hay không để khi thiết kế chọn loại cọc đất bằng để xác định hiệu quả cọc nối đất: kim loại thích hợp chống “ăn mòn” Cấu tạo của tầng địa chất (tạo nên điện Trong quá trình thi công – giám sát: Đơn trở suất lớn hay nhỏ) vị giám sát phải thường xuyên có mặt để kiểm Sự kết nối bằng dây tiếp đất giữa các cọc tra chất lượng thi công có đúng thiết kế không. đất liền kề Nên lưu ý: đa số các đơn vị thi công đều “làm Trong chủ đề này chúng ta nghiên cứu ảnh nhanh, làm lệch thiết kế” nếu không có người hưởng của hai yếu tố nêu trên đến điện trở của kiểm tra giám sát thường trực. Đối với phần điện cực để xác định giải pháp thực hiện góc ngầm của hệ thống tiếp địa Trạm hoặc Đường dây trước khi lắp đất cần có sự chứng kiến lập nghiêng tối ưu cho việc đóng cọc đất. biên bản của đại diện đơn vị Thi công, đơn vị 1/ Điện trở suất của đất : Thiết kế, đơn vị Giám sát, đơn vị Quản lý Vận Công dụng của cọc đất làm giảm điện trở hành và đơn vị Quản lý Công trình. của mỗi điện cực (phụ thuộc vào điện trở suất Trong phạm vi bài viết này chúng ta nghiên của đất và bề dày của mỗi lớp đất khác cấu trúc cứu về các chuyên đề sau : A/ KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT : I/ GÓC TỐI ƯU ĐỂ ĐÓNG CỌC ĐẤT : Điện trở bình thường Cọc nối đất đóng xuống mặt đất có công dụng làm giảm điện trở của các điện cực thuộc hệ thống tiếp đất, theo suy nghĩ thông thường góc tiếp xúc giữa cọc và mặt đất là 90° là tốt nhất tuy nhiên các nhà khoa học đã chứng minh điều ấy không chính xác. Ngoài cấu trúc của các lớp đất có điện trở suất khác nhau còn có tác dụng của “hệ số hiệu quả của góc nghiêng khi đóng cọc đất”. Cọc nối đất lắp ở góc nghiêng tối Góc nghiêng ưu sẽ có tác dụng làm giảm điện trở suất của đất Hình 2 : Tương quan giữa góc nghiêng của cọc và điện trở đất 28 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019
Các dây cáp liên kết lưới đất thường được sử dụng là cáp đồng trần, tròn tiết diện s ≥ 50 mm2, (kết quả tính toán không phụ Điện trở bình thường thuộc nhiều vào loại vật liệu cáp liên kết). Chương trình tính toán giả định bơm vào lưới đất một dòng điện xoay chiều cố định, kết quả sẽ cho trị số điện trở của từng điện cực (cọc đất). Điện trở của điện cực tiêu biểu sẽ được tham khảo để tính góc nghiêng đóng cọc tương ứng với cấu trúc của lớp đất. Độ sâu đóng cọc (m) Hình 3: Sơ đồ mô phỏng điện cực đất của 1 trạm với hiệu Ứng lân cận – điện trở đất giảm theo chiều sâu Điện trở bình thường mà cọc đất xuyên qua). Nếu lớp đất có điện trở suất thấp nằm ở lớp đất trên cùng thì không nhất thiết đóng cọc xuyên qua lớp đất khác có điện trở suất cao. Khi lớp đất thuận lợi nàm ngoài cùng thì chỉ cần đóng cọc với góc nghiêng nhỏ nhất (khuynh hướng nằm ngang) Góc nghiêng đóng cọc Khảo sát cho thấy khi lớp đất trên cùng điện trở suất thấp thì việc đóng cọc nghiêng mang lại Hình 4 : Hiệu ứng lân cận - tương quan giữa điện trở cọc và hiệu quả từ 2 ÷ 8 lần so với đóng góc 90°. góc nghiêng cọc Trường hợp lớp đất trên có điện trở suất cao thì việc đóng cọc sâu (góc 90°) sẽ tăng bề mặt tiếp xúc với lớp đất điện trở suất thấp mang 2/ Tham số cọc đất : lại hiệu quả tốt hơn. Đồ thị dưới đây cho thấy Các cọc đất được mặc định dài 12m, chiều tương quan giữa độ sâu và điện trở đất (đối với dài được chọn vì hướng đến tác dụng của lớp đất loại đất điện trở suất cao) trên cùng, góc đóng cọc thay đổi từ 0° đến 90° 2/ Hiệu ứng lân cận : (các cọc thay đổi góc nghiêng 15°cho từng cấp) 3/ Mô hình đất : Sự kết nối giữa cọc đất & phần còn lại sẽ tạo ra hệ số hiệu quả lưới đất ; các dây cáp liên kết Trong tính toán người ta mô phỏng có 2 lớp lưới đất nên chôn trong đất để tạo ra các gradient đất: loại tốt nhất có điện trở suất đất thấp và loại điện áp do 1 phần dòng điện được tản qua đất xấu hơn có điện trở suất đất cao. Lớp trên cùng . Các bản cực đất ( xử dụng đồng lá ) được đặt điện trở suất thấp được giả định có bề dầy ở các nằm ngang trong đất sẽ mang lại hiệu quả cao cấp: 1 – 2,7 – 5,5m; lớp còn lại bên dưới có điện nhất so với xử dụng cọc đất đóng thẳng đứng. trở suất cao. II/ KHẢO SÁT THIẾT KẾ LƯỚI ĐẤT : 1/ Phương pháp luận : Điện trở bình thường Người ta sử dụng chương trình phần mềm SES Tech CDEGS để tính toán thiết kế hệ thống lưới đất của một Trạm (trong đó mô phỏng hệ thống các cọc đất thành một cọc duy nhất). Các tham số về cấu tạo các loại lớp đất, chiều dài và góc nghiêng của cọc đất được mô phỏng. Mô hình trạm được nghiên cứu có kích thước 40 x 40m và khoảng cách giữa tất cả các cọc đất Góc nghiêng đóng cọc là 2,5m. Mỗi cọc đều được chôn sâu 0,5m dưới Hình 5 : Tương quan điện trở đất theo góc nghiêng mặt đất . của cọc (bề dày lớp đất: 1m – điện trở suất từ cao xuống thấp) BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 29
4/ Hiệu ứng lân cận: Đối với góc nghiêng < 15°| Góc nghiêng đóng cọc thay đổi theo sự đồng điện trở cao hơn nhưng tác động của hiệu ứng nhất của lớp đất để hạn chế hiệu ứng lân cận. lân cận thấp vì phần lớn các cọc nằm trong lớp Các yếu tố tham khảo khi tính toán: đất có điện trở suất cao Điện trở đất nhỏ nhất ở góc nghiêng cọc Đối với góc nghiêng > 30°điện trở đất là 30° nhưng dễ thực hiện trong vùng từ 15°÷ tăng dần theo hàm số mũ 50° (khả dĩ chấp nhận trong vùng: 30°÷ 60°) độ 5.2/ Mô hình đất dày 1m lớp trên cùng – điện sâu đóng cọc trong nghiên cứu này là 0,5m thay trở từ thấp lên cao: vì 0,8m Loại đất được mô phỏng dày 1m có điện trở suất 400 ohm-m, sâu hơn 1m đất có điện trở suất 1000 ohm-m. Theo hình số 6: Điện trở đất bằng 0 khi góc nghiêng cọc là 0° sau đó tăng nhanh đến 90° khi cọc đi vào lớp Điện trở bình thường đất có điện trở suất cao Ngoài góc > 20° hiệu ứng lân cận tác động theo hàm số mũ làm tăng dần điện trở đất 5.3/ Mô hình đất dày 2,7 m – điện trở suất từ cao xuống thấp: Loai đất mô phỏng dày 2,7 m có điện trở suất 1000 ohm-m, sâu hơn 2,7 m đất có điện trở suất Góc nghiêng đóng cọc trung bình 400 ohm-m. Theo hình số 7 : Điện trở đất bằng 1ohm khi góc nghiêng Hình 6 : Tương quan điện trở đất theo góc đóng cọc cọc là 0° (mô hình đất dày 1m – điện trở suất từ thấp lên cao) Điện trở đất có giá trị thấp nhất khi góc nghiêng cọc là 45°& giá trị giống nhau ở các Đối với góc nghiêng nhỏ, độ chôn sâu của góc 30° và 70° cọc sẽ chi phối đặc tính làm giảm điện trở đất 5.4/ Mô hình đất dày 2,7 m – điện trở suất từ Đối với các góc nghiêng cọc lớn hơn: thấp lên cao: hiệu ứng lân cận chi phối và kết quả là điện trở Điện trở đất thấp nhất khi góc nghiêng đất tăng theo chiều sâu cọc là 45° Độ chôn sâu của cọc đã được nghiên cứu về Điện trở tăng dần khi góc nghiêng thay chiều sâu lý thuyết để chứng minh cho hiệu ứng đổi : 45° ± 15°. (Hình số 8) lân cận. Điện trở của cọc đất mô hình giảm và 5.5/ Mô hình đất dày 5,5m- điện trở suất từ ổn định ở mức 200 m dưới lớp đất mặt (ở lớp cao xuống thấp: đất sâu > 200 m, hiệu ứng lân cận không còn Điện trở đất nhỏ nhất trong khoảng góc ảnh hưởng). Hình số 3 biểu thị đặc trưng này. nghiêng 60° ÷ 75° Với độ sâu này điện trở đất biến thiên theo đường cong có hàm số mũ và đạt giá trị cực đại ở góc nghiêng 90°, theo đồ thị của hình 4 điện trở kết nối giữa các cọc vào lưới chinh sẽ giảm. Điện trở bình thường Ngoài ra hình 4 cũng chỉ ra: do hiệu ứng lân cận đơn lẻ nên góc nghiêng tối ưu của cọc sẽ thấp: 0° ÷ 10°(gần nằm ngang với mặt trạm) 5/ Ảnh hưởng của cấu trúc đất : 5.1 / Mô hình đất dày 1m lớp trên cùng – điện trở suất từ cao xuống thấp: Loại đất được mô phỏng dày 1m có điện trở suất: 1000 ohm-m , sâu hơn 1m đất có điện trở Góc nghiêng đóng cọc suất trung bình: 400 ohm-m. Theo hình số 5: Điện trở đất nhỏ nhất khi cọc đóng theo Hình 7 : Tương quan điện trở đất theo góc nghiêng góc nghiêng từ 15° ÷ 30° Đóng cọc (Mô hình đất dày 2,7 m - điện trở suất từ cao xuống thấp) 30 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019
đóng sâu vào vùng đất điện trở suất cao . (Hình số 10) 6 / Nhận xét : Điện trở bình thường Góc nghiêng tối ưu của cọc đất sẽ được chọn tùy theo cấu trúc của loại đất (qua các mô phỏng tính toán) Có một số yếu tố xác định góc tối ưu như: tăng chiều sâu chôn cọc nhằm tăng diện tích tiếp xúc với đất, góc nghiêng chính xác sẽ giúp cho cọc đất tiếp xúc nhiều vào vùng điện Góc nghiêng đóng cọc trở suất thấp, các góc dốc hơn chỉ làm tăng hiệu Hình 8 : Tương quan điện trở đất theo góc nghiêng cọc ứng lân cận (Mô hình đất dày 2,7 m – điện trở suất từ cao Các góc nghiêng < 10° và > 80°thường xuống thấp) không mang lại kết quả tốt B/ NGHIÊN CỨU CHỐNG ĂN MÒN TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT: Hệ thống tiếp địa Trạm hoặc Đường dây sau khi được đưa vào vận hành còn vấn đề quan Điện trở bình thường trọng phải được quan tâm đó là duy trì chất lượng hệ thống. Chúng ta đã biết kết cấu hệ thống nối đất là kim loại như đồng, thau, sắt, sắt mạ kẽm hoặc mạ đồng; khi đặt trong đất thì theo thời gian sẽ bị ăn mòn. Chúng ta không thể chống ăn mòn các điện cực bằng biện pháp cách ly điện cực khỏi đất bằng màn chắn vì tạo Góc nghiêng đóng cọc ra điện trở tiếp xúc đất lớn. Nguy cơ ăn mòn phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của đất, kim Hình 9 : Tương quan điện trở đất theo góc đóng cọc (Mô hình đất dày 5,5 m – điện trở suất từ cao loại đơn làm điện cực (sắt hoặc đồng), kim loại xuống thấp) mạ chống ăn mòn tốt hơn. Hiện tượng ăn mòn do hình thành các pin điện mà âm cực là dây thép nối từ chân cột xuống đất thông qua khối Hiệu ứng lân cận được chứng minh ở bê tông móng trụ với các cọc đất còn lại được góc > 70°. (Hình số 9) xem như dương cực. Tỉ số khi gia cố khối bê 5.6/ Mô hình đất dày 5,5 m – điện trở suất từ tông chân trụ tiết diện của âm cực so với tiết thấp lên cao : diện của các dương cực còn lại càng lớn và điều Điện trở đất thấp nhất trong khoảng góc này không có lợi vì sẽ gia tăng yếu tố ăn mòn nghiêng 0° ÷ 15° Điện trở tăng nhanh khi góc nghiêng > 15° do hiệu ứng lân cận , thực tế hơn do các cọc Điện trở bình thường Chất điện phân Hình 11 : kết cấu pin với âm cực: sắt và dương cực: đồng Vấn đề cách ly về điện tất cả dương cực Góc nghiêng đóng cọc để hạn chế tác động ăn mòn chỉ là lý thuyết. Ngày nay người ta phải liên kết tất cả các cọc Hình 10: Tương quan điện trở đất theo góc đóng cọc (Mô hình đất dày 5,5 m – điện trở suất từ thấp lên cao) đất tiếp xúc tốt trong đất với cọc kim loại khác (sắt, thép), tạo ra sự liên kết đẳng thế để đảm BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 31
bảo an toàn không tạo ra điện áp xúc cao mỗi khi xảy ra ngắn mạch chạm đất hoặc khi thoát sét xuống đất. Ngoài ra theo tiêu chuẩn IEC – 603644- 4- 41 và IEC – 60364- 5- 54 các dây nối đất an toàn từ vỏ thiết bị cao thế xuống lưới đất có thể đặt trong ống dẫn hoặc cáp bọc hạ thế để chống điện giật. Giải pháp hạn chế hoặc giảm sự ăn mòn các cọc đất với các thiết bị nối đất là chọn kim loại thích hợp. Bê tông Sự hình thành Pin – Hiện tượng ăn mòn: Đất Nếu 2 điện cực làm bằng kim loại khác nhau Hình 13: Pin tập trung (Cọc sắt trong đất – Cọc sắt trong đặt trong cùng chất điện phân thì sẽ tạo ra điện bê tông) áp giữa 2 điện cực và giá trị điện áp sẽ phụ thuộc vào chất điện phân. Theo hình 11 khi nối Ampere kế giữa 2 điện cực sắt và đồng thì sẽ có Đặc điểm phân cực của các điện cực: dòng điện chạy từ cực dương (đồng) sang cực Khi các cọc thép mạ kẽm đóng trong đất thì âm (sắt) và trong chất điện phân thì ngược lại: sẽ có độ lệch điện áp khác với cọc thép trần đặt dòng điện chạy từ cực âm sang cực dương. Nói trong bê tông (hoặc so với điện cực sulfat đồng): cách khác là kim loại bị phân hũy trong chất · Thép trần trong khối bê tông : - 200 mV điện phân ÷ - 400 mV Hiện tượng ăn mòn còn có thể xảy ra trong · Thép mạ kẽm trong đất : - 800 mV ÷ - 900 mV hình thái Pin tập trung theo hình 12. Ở đây 2 · Thép mạ kẽm ( còn mới nguyên ) trong điện cực làm cùng kim loại được đặt trong 2 đất : - 1000 mV chất điện phân khác nhau; điện cực đặt trong Trong 2 trường hợp đầu độ chênh điện áp chất điện phân II có độ tập trung cao hơn chất của cọc thép trần và thép mạ kẽm lên đến 600 điện phân I do đó tạo ra các Ion dương so với mV, sự thay đổi kim loại sẽ tạo ra độ lệch điện điện cực còn lại áp khác nhau đối với đất và sự dẫn điện khác nhau của các loại đất cũng tạo ra độ lệch điện áp giữa các điện cực: dòng điện ăn mòn chạy giữa các điện cực được gọi là sự phân cực Thí dụ: Một đường ống dẫn khí làm bằng thép có bọc lớp bảo ôn nằm trong đất và được nối đất bằng điện cực đồng sau một thời gian nếu lớp bảo ôn bị bong tróc vài diện tích nhỏ thì hiện tượng phân cực sẽ làm ăn mòn nhanh chóng ống thép dẫn khí do dòng điện anod. Đối Chất điện phân I Chất điện phân II với điện cực sulfat đồng ta có thể đo điện áp Hình 12 : Pin tập trung phân cực từ 200 mV đến -600 mV tùy thuộc theo bề mặt của điện cực catod (thép mạ kẽm) Pin tập trung: Hai điện cực làm bằng cùng và bề mặt của điện cực anod (thép trần trong kim loại nhưng đặt trong 2 chất điện phân khác khối bê tông). Hình 14 mô tả trường hợp này nhau. Kim loại đặt trong chất điện phân II có mức Các kinh nghiệm đúc kết: tập trung ion cao hơn chất điện phân I nên mang Các hiện tượng phân cực < 20 mV không gây điện tích dương, nếu liên kết 2 điện cực lại sẽ có ra tác hại gì nhưng từ 20 mV ÷ 100 mV là có dấu dòng điện i chạy từ cực âm sang cực dương trong hiệu của sự ăn mòn và khi điện áp > 100 mV thì chất điện phân, hiện tượng điện hóa này tạo sự ảnh hưởng lớn đến các điện cực. Sự phân cực ăn mòn ở điện cực âm. Pin tập trung có thể hình hình thành bởi: thành từ 2 điện cực sắt: 1 đóng trong đất và 1 nằm Các kim loại: do sự khác nhau về kim trong lớp bê tông khi kết nối 2 điện cực lại sẽ có loại hoặc diện tích khác nhau (hình thành sự dòng điện di chuyển từ cực âm (cọc trong đất) ăn mòn tiếp xúc) hay do thành phần cấu trúc sang cực dương (cọc trong bê tông), hiện tượng khác nhau (hình thành sự ăn mòn giữa các ăn mòn này theo kinh nghiệm thực tế cho thấy tinh thể) cọc sắt trong đất có thể mòn đi vài gram / năm. + Dòng điện ăn mòn có thể tính bằng công thức: 32 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019