Chương 4: Nối đất hệ thống điện I) Khái niệm chung: Tác dụng nối đất để tản dòng điện cố vào đất để giữ mức điện thấp phần tử thiết bị điện nối đất Các loại cố thường xảy như: rò điện cách điện, xảy loại ngắn mạch, chạm đất pha, dòng điện sét Theo chức loại nối đất, chia làm loại sau đây: -Nối đất an toàn : nhằm đảm bảo an toàn cho người Nối đất an toàn nối tất phận kim loại TBĐ hay kết cấu kim loại mà cách điện bị hư hỏng xuất điện áp xuống hệ thống nối đất Nối đất chống sét : đảm bảo an toàn cho TBĐ Nối từ phận thu sét xuống đất Cả loại nối đất gọi nối đất bảo vệ -Nối đất làm việc : nhằm đảm bảo điều kiện làm việc bình thường cho TBĐ số phận TBĐ theo chế độ qui định sẵn, loại nối đất bắt buộc để đảm bảo điều kiện vận hành hệ thống Trong nhiều trường hợp, nhiệm vụ nối đất thực hệ thống nối đất Các loại nối đất thường thực hệ thống cọc thép (hoặc đồng) đóng vào đất ngang hệ thống - cọc nối liền chôn đất độ sâu định II) Điện trở suất đất - hệ số mùa: Đất môi trường dẫn điện phức tạp, không đồng thành phần cấu tạo, phụ thuộc vào nhiều yếu tố: -Lượng ẩm đất; -Năng lực giữ ẩm đất ; -Tạp chất đất; Vì tính toán nối đất người ta lấy: ρtt =ρdo k mua * Kmùa phụ thuộc vào độ chôn sâu điện cực * Kmùa phụ thuộc vào loại nối đất: nối đất an toàn hay nối đất chống sét Thường tính toán nối đất chống sét lấy kmùa nhỏ so với nối đất an toàn 2.3sốHệ số mùa II) Hệ mùa: * Km  phụ thuộc vào độ chôn sâu điện cực  phụ thuộc vào loại nối đất km nối đất chống sét < km nối đất an toàn  phụ thuộc hình thức nối đất Nằm ngang hay thẳng đứng Loại nối đất An toàn, làm việc Chống sét Hình thức Nằm ngang Thẳng đứng Nằm ngang Thẳng đứng Độ chôn sât Km 0,5 4,5÷6,5 0,8 1,6÷3 0,8 1,4÷2 0,5 1,4÷1,8 0,8 1,2÷1,45 0,8 1,15÷1,3 III) Tính toán nối đất an toàn: 1)Xác định điện trở nối đất điện cực đơn : Xác định Rnđ bán cầu có bán kính ro Iđ ro dr r Khi có dòng điện chạm đất Iđ vào bán cầu mật độ dòng điện cách tâm bán cầu khoảng r xác định: Id J = 2πr Theo định luật Ohm dạng vi phđn, xâc định cường độ điện trường đất: du E = =J ρ dr J - mật độ dòng điện đất Id J = 2πr Iđ ro dr A r ρ- điện trở suất đất Từ xác định được: I d ρ I d ρ du E = = ⇒du = dr 2 dr 2πr 2πr Điện áp điểm A cách tâm bán cầu khoảng rA xác định hiệu điện thế: I d ρ −I d ρ =∫ dr = 2πr 2πr rA ∞ UA ∞ rA I d ρ = 2πrA Điện áp bề mặt bán cầu ro: I d ρ −I d ρ U =∫ dr = 2πr 2πr ro ∞ ∞ ro I d ρ = 2πr0 Từ suy ra: Điện trở bán cầu có bán kính ro Rbc U ρ = = Id 2πro *Điện trở nối đất cọc chôn sâu đất: m t m = (0,5 ÷ 0,8) m l t =m+ ρtt  2l 4t + l  Rc = ln + ln  2πl  d 4t − l   d = ( ÷ 5)cm l = (2 ÷ 3)m d l *Điện trở nối đất chôn nằm ngang: ρtt kL2 Rt = ln 2πL t.d d = ( ÷ 3)cm k - hệ số phụ thuộc vào hình dáng nối đất t độ chôn sâu t d L IV) Tính toán nối đất chống sét: 1) Đặc điểm: -Dòng điện sét có biên độ lớn (Is lớn ), tức mật độ J lớn, suy cường độ điện trường E lớn Nếu E >Ecpđ vùng đất xung quanh điện cực bị phóng điện, lúc tương đương với kích thước điện cực tăng làm giảm đáng kể trị số điện trở nối đất -Khi đó, điện áp đặt điện cực nối đất tính toán theo biểu thức: dis U =Rxk I s +L dt dis - Do a = dt lớn bỏ qua ảnh hưởng điện cảm thân điện cực Bởi gây giá trị điện áp giáng cực dis L dt thân điện Vì hệ thống nối đất chống sét không tuý điện trở mà tổng trở Z làm trị số Ohm tăng lên lớn Thông thường, l >40 m lúc xét ảnh hưởng điện cảm 2) Phân loại : - Nối đất tập trung : chiều dài điện cực chôn vào đất l < 40 m Bỏ qua ảnh hưởng L xét dến tượng phóng điện đất - Nối đất phân bố dài: l ≥ 40m Xét đồng thời ảnh hưởng: + Hiện tượng phóng điện đất + Ảnh hưởng điện cảm Tuy nhiên toán phức tạp, trường hợp xét đến L bỏ qua tượng phóng điện đất 3)Xác định Rxk nối đất tập trung : ρxk = ρ (1 − kEr ) Eo = J rΦ.ρxk Suy rΦ = Is = ρxk 2πrΦ I s ρxk = 2πEo Is ro r rΦ dr Ecpd = Eo I s ρ(1 − kEo ) 2πEo Xét mặt cầu có bán kính r bất kỳ, ta có: Er = J r ρxk Is = ρ (1 − kEr ) 2πr Isρ du Er = = 2πr + I s ρk dr Isρ du = dr 2πr + I s ρk ∞ Isρ u=∫ dr 2πr + I s ρk rΦ Xác định điện áp đặt hệ thống nối đất: u = Is   ρ π π   − arctg  r  Φ I ρk  2πI s k  s    u = Is Rxk − kEo ρ π − arctg ρI s k  kEo 2 u = = Is     − kEo ρ  π − arctg 2πI s k  kEo 2     Rxk = f ( I s , ρ) Nhận xét: Rxk gần không phụ thuộc vào kích thước hình học ban đầu hệ thống nối đất, mà phụ thuộc vào biên độ dòng điện sét, điện trở suất tính toán đất Thực tế người ta thường tính Rxk công thức: Rxk = αxk R Với α xk hệ số xung kích < αxk < Hệ số xung kích tra bảng phụ lục 28-38 Sách Bài tập KTĐ Cao áp - TS Hồ Văn Nhật Chương, ĐHBK TP HCM) tùy theo giá trị điện trở suất đất, giá trị dòng điện sét, cách nối đất, *điện trở nối đất n cọc liên kết với chôn nằm ngang Rxkht Rxkc Rxkt = Rxkc + nRxkt ηxk Trong đó: Rxkc = αxk Rc Rxkt = αxk Rt ηxk : hệ số sử dụng xung kích (tra phụ lục 36 Sách Bài tập KTĐ Cao áp - TS Hồ Văn Nhật Chương, ĐHBK TP HCM) 4)Xác định Zxk nối đất phân bố dài : Lo Sơ đồ thay Lo - điện cảm đơn vị dài thân điện cực  l  Lo = 0,2 ln − 0,31  r  Lo Go [ µH / m] Go- Điện dẫn đơn vị dài thống nối dất   Go =  R.l  Ω m   R- điện trở tản ổn định hệ thống nối đất l - chiều dài điện cực Lo Go Go Từ sơ đồ thay ta lập hệ phương trình vi phân: ∂u ∂i − = Lo ∂x ∂t ∂i − = Go u ∂x −t   Tk ∝ a  −e kπx  u ( x, t ) = t + 2T1 ∑ cos   Go l k l k =1     −τ ds  Tk ∝ a  1−e u max = u (0,τ ds ) = τ ds + 2T1 ∑  Go l k k =1        Với T1 = Lo Go l π2 T1 Tk = k τ ds Is = a  u (0,τ ds )  2T1 ⇒ Z (0,τ ds ) = = 1+  i (τ ds ) Go l τ ds   −τ ds Tk 1−e ∑ k k =1 ∝      1−e ∑ k k =1 ∝ *Tính Ta có: −τ ds Tk −τ ds Tk 1−e ∑ k k =1 ∝ ∝ ∝ e = ∑ −∑ k =1 k k =1 k π2 = ∑ k =1 k ∝ Mà theo toán học thì: −τ ds Tk Như vậy, giá trị lại ta cần tính: ∝ −τ ds Tk e =e ∑ k =1 k −τ ds T1 + e −τ ds T2 Ta có nhận xét sau: Khi τ ds Tk >3 giá trị e + −τ ds Tk e −τ ds T3 ≈0 + nên bỏ qua Vậy, giá trị k sau ta bỏ qua τ ds T1 3T1 Tk = ⇒ k' > ⇒ k'> τ ds k' T1 Vì vậy, ta cần tính toán hệ số k số nguyên 1, 2, 3, đến giá trị gần với k’ V) Nối đất đường dây trạm biến áp : 1) Nối đất đường dây : Is Nối đất đường dây nối đất cột điện làm nhiệm vụ nối đất chống sét nối đất xem dạng nối đất tập trung Yêu cầu kỹ thuật: I s Rxk ≤ u50% chuoi cach dien Hiện người ta quy định sau: Rcot = 10 Ω ρ < 10 Ω.cm 10 Ω.cm < ρ < 5.10 Ω.cm 5.10 Ω.cm < ρ < 105 Ω.cm 4 ρ > 10 Ω.cm Rcot = 15 Ω Rcot = 20 Ω Rcot = 30 Ω Rcột Quy định xuất phát từ yêu cầu kinh tế - kỹ thuật cho hợp lý 2) Nối đất trạm biến áp : Có loại nối đất: - Nối đất an toàn - Nối đất chống sét Nguyên tắc: làm hệ thống nối đất khác tốt cho loại nối đất Tuy nhiên việc thực hệ thống nối đất trạm phân phối làm được, mà có hệ thống nối đất làm nhiệm vụ + Hiện nay, quy định tiêu chuẩn nối đất an toàn: - U ≥ 110KV: Rat ≤ 0,5Ω - U ≤ 35KV: Rat ≤ 4Ω + Đối với nối đất chống sét I s Z (0,τ ds ) ≤ u50% MBA [...]...2 .4 Tính toán nối đất ổn định k _hệ số hình dáng nối đất nằm ngang Hình dáng K Hình dáng 1 l2 1,22 1 .46 2,38 8 ,45 19,3 l1 l1 l2 K 1 5,53 1,5 5,81 2 6 ,46 3 8,17 4 10 ,4 2)Xác định điện trở nối đất của 1 hệ thống : Xét điện cực gồm 2 bán cầu bán kính ro Id Id/2 Id/2 ro ro a Điện áp đặt trên một điện cực chính bằng điện áp của hệ thống nối đất: Id Id ρ ρ u1 = 2 + 2 =U 2πro 2πa Điện trở nối đất của hệ thống: ... 2 loại nối đất: - Nối đất an toàn - Nối đất chống sét Nguyên tắc: làm 2 hệ thống nối đất khác nhau là tốt nhất cho 2 loại nối đất Tuy nhiên việc thực hiện 2 hệ thống nối đất trong 1 trạm phân phối là không thể làm được, mà chỉ có 1 hệ thống nối đất làm cả 2 nhiệm vụ + Hiện nay, quy định tiêu chuẩn đối với nối đất an toàn: - U ≥ 110KV: Rat ≤ 0,5Ω - U ≤ 35KV: Rat ≤ 4 + Đối với nối đất chống sét I s... quanh điện cực sẽ bị phóng điện, lúc này tương đương với kích thước của điện cực tăng làm giảm đáng kể trị số điện trở nối đất -Khi đó, điện áp đặt trên điện cực nối đất được tính toán theo biểu thức: dis U =Rxk I s +L dt dis - Do a = dt lớn do đó không thể bỏ qua ảnh hưởng của điện cảm của bản thân điện cực Bởi vì nó gây ra một giá trị điện áp giáng cực dis L dt trên bản thân điện Vì vậy hệ thống nối đất. .. vụ nối đất chống sét và nối đất này được xem là dạng nối đất tập trung Yêu cầu kỹ thuật: I s Rxk ≤ u50% chuoi cach dien Hiện nay người ta quy định như sau: Rcot = 10 Ω ρ < 10 4 Ω.cm 10 Ω.cm < ρ < 5.10 Ω.cm 5.10 4 Ω.cm < ρ < 105 Ω.cm 4 4 ρ > 10 Ω.cm 5 Rcot = 15 Ω Rcot = 20 Ω Rcot = 30 Ω Rcột Quy định này xuất phát từ yêu cầu kinh tế - kỹ thuật sao cho hợp lý 2) Nối đất ở trạm biến áp : Có 2 loại nối đất: ... Khi có hệ thống nối đất gồm n cọc liên kết với nhau bằng thanh chôn nằm ngang Rc Rt Rht = Rcηt + Rtηc n Các hệ số ηc và ηt được tra trong các bảng phụ lục 24- 27 Sách Bài tập Kỹ thuật điện Cao Áp (TS Hồ Văn Nhật Chương - ĐHBK TP HCM) IV) Tính toán nối đất chống sét: 1) Đặc điểm: -Dòng điện sét có biên độ lớn (Is lớn ), tức mật độ J lớn, suy ra cường độ điện trường E lớn Nếu E >Ecpđ thì vùng đất xung... tuý như 1 điện trở nữa mà là tổng trở Z và làm trị số Ohm tăng lên khá lớn Thông thường, khi l >40 m thì lúc đó mới xét ảnh hưởng của điện cảm 2) Phân loại : - Nối đất tập trung : khi chiều dài của điện cực chôn vào trong đất l < 40 m Bỏ qua ảnh hưởng của L chỉ xét dến hiện tượng phóng điện ở trong đất - Nối đất phân bố dài: l ≥ 40 m Xét đồng thời cả 2 ảnh hưởng: + Hiện tượng phóng điện trong đất + Ảnh... dòng điện sét, điện trở suất tính toán của đất Thực tế hiện nay người ta thường tính Rxk bằng công thức: Rxk = αxk R Với α xk là hệ số xung kích 0 < αxk < 1 Hệ số xung kích được tra ở các bảng phụ lục 28-38 Sách Bài tập KTĐ Cao áp - TS Hồ Văn Nhật Chương, ĐHBK TP HCM) tùy theo các giá trị điện trở suất của đất, giá trị dòng điện sét, cách nối đất, *điện trở nối đất của n cọc liên kết với nhau bằng thanh... ηxk Trong đó: Rxkc = αxk Rc Rxkt = αxk Rt ηxk : hệ số sử dụng xung kích (tra phụ lục 36 Sách Bài tập KTĐ Cao áp - TS Hồ Văn Nhật Chương, ĐHBK TP HCM) 4) Xác định Zxk của nối đất phân bố dài : Lo Sơ đồ thay thế Lo - điện cảm trên 1 đơn vị dài của bản thân điện cực  l  Lo = 0,2 ln − 0,31  r  Lo Go [ µH / m] Go- Điện dẫn trên 1 đơn vị dài của hê thống nối dất 1  1  Go =  R.l  Ω m   R- điện. .. rΦ Xác định điện áp đặt trên hệ thống nối đất: u = Is   ρ π 2 π   − arctg  r  Φ I ρk  2πI s k  2 s    u = Is Rxk 1 − kEo ρ π − arctg 2 ρI s k  kEo 2 u = = Is     1 − kEo ρ  π − arctg 2πI s k  kEo 2     Rxk = f ( I s , ρ) Nhận xét: Rxk gần như không phụ thuộc vào kích thước hình học ban đầu của hệ thống nối đất, mà chỉ phụ thuộc vào biên độ dòng điện sét, điện trở suất... T2 4 Ta có nhận xét sau: Khi τ ds Tk >3 thì giá trị e + −τ ds Tk e −τ ds T3 9 ≈0 + nên bỏ qua Vậy, đối với những giá trị k sau đây ta sẽ bỏ qua τ ds 2 T1 3T1 Tk = 2 ⇒ k' > 3 ⇒ k'> τ ds k' T1 Vì vậy, ta chỉ cần tính toán các hệ số k là số nguyên là 1, 2, 3, đến giá trị gần với k’ nhất V) Nối đất ở đường dây và trạm biến áp : 1) Nối đất ở đường dây : Is Nối đất ở đường dây là nối đất ở các cột điện ... - kỹ thuật cho hợp lý 2) Nối đất trạm biến áp : Có loại nối đất: - Nối đất an toàn - Nối đất chống sét Nguyên tắc: làm hệ thống nối đất khác tốt cho loại nối đất Tuy nhiên việc thực hệ thống nối. .. loại nối đất bắt buộc để đảm bảo điều kiện vận hành hệ thống Trong nhiều trường hợp, nhiệm vụ nối đất thực hệ thống nối đất Các loại nối đất thường thực hệ thống cọc thép (hoặc đồng) đóng vào đất. .. nối đất hệ thống : Xét điện cực gồm bán cầu bán kính ro Id Id/2 Id/2 ro ro a Điện áp đặt điện cực điện áp hệ thống nối đất: Id Id ρ ρ u1 = + =U 2πro 2πa Điện trở nối đất hệ thống: R2bc U ρ ρ = Rht