NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN HỆ THÓNG NÓI ĐẮT TBA THEO IEEE std80.2000

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành bày tỏ sự kính trọng và cảm ơn đến q Thầy Cơ
khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Tôn Đức Thắng đã tận tình giảng dạy
và truyền đạt những kiến thức q báu cho em trong suốt thời gian học tập
vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Huỳnh Văn Vạn đã tận tình giúp đỡ và
hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân và tất cả bạn bè đã
giúp đỡ và động viên em hoàn thành luận văn.
Mặc dù rất cố gắng để hoàn thành tốt quyển luận văn này, nhưng do
kiến thức còn nhiều hạn chế nên việc trình bày và thiết kế luận văn cịn nhiều
thiếu sót. Kính mong được sự chỉ bảo thêm từ q Thầy Cơ để luận văn được
hồn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn.

Trường Đại Học Tôn Đức Thắng .
Tháng 12 năm 2010

SVTH: Trịnh Trung Hưng.

MSSV: 811127D


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000

MỤC LỤC.
Trang
Chương 1. TIÊU CHUẨN IEEE std 80-2000
1.1 Tổng quan về tiêu chuẩn IEEE ............................................................... 1
1.2 Các định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE ..................................................... 2

1.3 Các yếu tố gây nguy hiểm đến cơ thể người ............................................ 5
1.4 Mạch điện tương đương khi người bị tai nạn điện ................................... 8
1.5 Ảnh hưởng của bề dày lớp đất bề mặt ................................................... 12
1.6 Giá trị lớn nhất của điện áo bước và điện áp tiếp xúc ............................ 13
1.7 Xem xét những nguyên tắc khi thiết kế ................................................. 17
1.8 Xác định dòng lớn nhất chạy vào đất ..................................................... 22
1.9 Thiết kế hệ thống nối đất ........................................................................ 23
Chương 2. NHỮNG CẢI TIẾN CỦA TIÊU CHUẨN IEEE Std.80-2000
SO VỚI CÁC LẦN XUẤT BẢN TRƯỚC ĐÓ
2.1 Tiêu chuẩn về giá trị lớn nhất cho phép
của điện áp bước và tiếp xúc .................................................................. 32
2.2 Phương pháp tính điện áp bước và lưới ................................................. 37
Chương 3. ÁP DỤNG TÍNH TỐN CÁC TRẠM IEE
3.1 Lưới vng khơng có cọc nối đất ...........................................................41
3.2 Lưới vng có cọc nối đất ...................................................................... 46
3.3 Lưới hình chữ nhật có cọc nối đất .......................................................... 49
3.4 Lưới hình chữ L có cọc nối đất .............................................................. 51
Chương 4. ÁP DỤNG TIÊU CHUẨN IEEE TÍNH TỐN CÁC
TRẠM BIẾN ÁP TP HCM
4.1 Thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp AN NGHĨA ....................... 54
4.2 Thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp TÂN HIỆP ........................ 58
4.3 Thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp TRƯỜNG ĐUA ................ 61

SVTH: Trịnh Trung Hưng.

MSSV: 811127D


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000

Chương 5. CHƯƠNG TRÌNH TỰ ĐỘNG TÍNH TỐN
HỆ THỐNG NỐI ĐẤT .........................................................................................63

SVTH: Trịnh Trung Hưng.

MSSV: 811127D


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các loại điện áp thường xảy ra bên trong trạm biến áp.
Hình 1.2: Dạng sóng khi xảy ra sự cố.
Hình 1.3 : Vùng tác động của thời gian và dòng điện lên cơ thể người
Hình 1.4: Điện áp tiếp xúc
Hình 1.5: Sơ đồ mạch điện áp tiếp xúc
Hình 1.6: Điện áp bước
Hình 1.7: Sơ đồ mạch điện áp bước
Hình 1.8: Quan hệ giữa bề dày lớp đất bề mặt hs và hệ số Cs với
s=1500m
Hình 1.9: Quan hệ giữa giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước, điện áp
tiếp xúc và bề dày lớp đất bề mặt hs
Hình 1.10: Quan hệ giữa giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước, điện
áp tiếp xúc và điện trở suất của lớp đất bề mặt s.
Hình 1.11: Quan hệ giữa giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước, điện
áp tiếp xúc và điện trở suất của lớp đất bên dưới 1.
Hình 1.12: Quan hệ giữa giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước, điện
áp tiếp xúc và hệ số Cs.
Hình 1.13: Quan hệ giữa giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước, điện
áp tiếp xúc và thời gian tồn tại sự cố ts.

Hình 1.14: Quan hệ giữa điện áp tiếp xúc, điện áp bước và bề dày H1 của
lớp đất thứ nhất khi (k>0) 1=300.m và 2=400.m
Hình 1.15: Quan hệ giữa điện áp tiếp xúc, điện áp bước và bề dày H1 của
lớp đất thứ nhất khi (k<0) 1=400.m và 2=300.m
Hình 1.16: Quan hệ giữa điện áp tiếp xúc, điện áp bước và khoảng cách
giữa 2 dây nối đất D(m)
Hình 1.17: Quan hệ giữa điện áp tiếp xúc, điện áp bước và độ chôn sâu lưới
nối đất h(m).
Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của Cs theo k và hs năm1986
Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của Cs theo k và hs

SVTH: Trịnh Trung Hưng.

MSSV: 811127D


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000

Hình 2.3: Đồ thị so sánh Cs đối với công thức tổng quát và công thức đơn
giản khi hs nhỏ.
Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của Cs theo k và hs năm 2000
Hình 2.5: Đồ thị so sánh Cs trong các năm xuất bản 1986, 1996, 2000
Hình B.1-Lưới vng mà khơng có thanh tiếp đất
Hình B.2-Lưới vng với 20 thanh 7,5 m
Hình B.3- Lưới hình chữ nhật với 38 thanh tiếp đất 10 m
Hình B.4-Lưới hình chữ L với 24 thanh mặt đất 7,5 m

.

SVTH: Trịnh Trung Hưng.

MSSV: 811127D


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000

LỜI NĨI ĐẦU
An tồn trong cơng tác vận hành trạm biến áp là yêu cầu quan trọng
công tác quản lý và vận hành hệ thống điện. Tai nạn điện giật thường xảy
ra do người vận hành không tuân theo các qui tắt an toàn trong vận hành
hoặc tiếp xúc với các bộ phận của thiết bị điện mà các điện bị chọc thủng
…Nhằm hạn chế mức độ nguy hiểm này yêu cầu hệ thống nối đất phải
đảm bảo tản nhanh dòng điện ngắn mạch, dòng điện sét tạo nên một điện
áp an toàn cho người và thiết bị .
Hệ thống nối đất của trạm biến áp truyền tải ở Việt Nam hiện nay
nói chung là một hệ thống gồm các lưới và cọc thép bố trí đều trên các mặt
trạm điện. Các thông số kĩ thuật yêu cầu được lấy theo nghành điện vốn
được soạn từ tiêu chuẩn của Liên Xô trong những năm trước thập kỷ 70 thế
kỷ .Về cơ bản việc áp dụng vẫn đáp ứng được các yêu cầu thực tế. Tuy
nhiên trong một số trường hợp việc áp dụng trở nên khó khăn gây tốn kém
mà hiệu quả dường như không tỉ lệ với kinh phí đầu tư.
Do vậy việc nghiên cứu và áp dụng phương pháp nối đất an toàn
theo tiêu chuẩn IEEE80-2000 đang được áp dụng ở các nước tiên tiến trên
thế giới vào hệ thống điện Việt Nam nhằm đáp ứng yêu cầu bài toán về
kinh tế, kĩ thuật trở nên cấp thiết trong sự phát triển chung của nền kinh tế
nước nhà.
Trong phạm vi luận văn này, với khả năng và tài liệu thơng tin có
hạn, thời gian thực hiện khơng nhiều, chắc chắn cịn nhiều thiếu sót, rất
mong sự đóng góp ý kiến xây dựng của q Thầy (Cơ) và các bạn.
Tp.HCM, Tháng 12 năm 20010

Sinh viên thực hiện
Trịnh Trung Hưng

SVTH: Trịnh Trung Hưng.

MSSV: 811127D


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
   

 

 

 

 

CHƯƠNG 1

TIÊU CHUẨN IEEE Std.80-2000
VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
1.1- TỔNG QUAN VỀ TIÊU CHUẨN IEEE Std.80.
1.1.1 TĨM TẮT.
 Trạm biến áp ngồi trời bao gồm trạm biến áp phân phối, truyền tải và trạm biến
áp ở các nhà máy điện, cách điện thường hay bằng khí, được đề cập trong tiêu chuẩn
này. Với những thận trọng thích đáng thì phương pháp mơ tả trong tiêu chuẩn này
cũng có thể áp dụng cho trạm biến áp trong nhà. Tiêu chuẩn này khơng áp dụng cho
tính tốn nối đất trạm biến áp DC và ảnh hưởng của xung sét đến hệ thống nối đất

cũng không được đề cập.
1.1.2 MỤC ĐÍCH.
 Mục đích của tiêu chuẩn này là cung cấp những hướng dẫn và thơng tin thích hợp
cho thiết kế hệ thống nối đất trong trạm biến áp.
1. Thiết lập, những vấn đề nền tản để thiết kế, như giới hạn điện áp an tồn khác
nhau có thể tồn tại trong trạm khi sự cố xảy ra và những điểm có điện thế khác nhau
con người có thể tiếp xúc.
2. Xem xét lại những hệ thống nối đất thực tế với những tham khảo đặc biệt về an
toàn để đưa ra những tiêu chuẩn cho thiết kế nối đất an tồn.
3. Cung cấp trình tự cho thiết kế hệ thống nối đất dựa trên những tiêu chuẩn này.
4. Phát triển phương pháp phân tích giúp nhận biết và giải quyết vấn đề gradient
điện áp.
1.1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ AN TOÀN.
 Thiết kế hệ thống nối đất an toàn phải đảm bảo 2 tiêu chuẩn sau:
1. Đảm bảo dịng điện truyền vào trong đất dưới điều kiện bình thường và sự cố mà
không tăng lớn hơn giá trị vận hành và giới hạn chịu đựng của thiết bị hoặc không ảnh
hưởng đến sự liên tục cung cấp điện.
2. Giả sử có một người tiếp xúc với những thiết bị trong hệ thống nối đất thì vẫn an
tồn.

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 1


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
1.1.4 NHỮNG ĐIỀU KIỆN NGUY HIỂM
 Khi sự cố chạm đất thì dịng điện chạy vào đất và tạo ra các gradient điện áp ở bên
trong và xung quanh trạm biến áp. Khi tiêu chuẩn an tồn khơng đưa vào thiết kế thì
gradient điện áp lớn ở trên bề mặt đất trong điều kiện sự cố sẽ gây nguy hiểm cho

người. Ngoài ra điện áp nguy hiểm này cũng phát triển giữa kết cấu nối đất hoặc vỏ
thiết bị và những điểm ở gần.
 Những tình huống có thể xảy ra tai nạn điện giật:
1. Dòng sự cố lớn chạy vào trong hệ thống nối đất nhưng khơng thốt hết xuống
đất.
2. Do điện trở suất cuả đất và dòng chạy vào đất tạo ra điện thế cao trên bề mặt.
3. Những điểm có điện thế khác nhau, cơ thể người chạm vào 2 điểm có chênh
lệch điện thế cao.
4. Tiếp xúc trực tiếp hoặc khơng có điện trở mắc nối tiếp để hạn chế dòng qua cơ
thể người xuống dưới mức an toàn.
5. Do thời gian bị sự cố và cách tiếp xúc của cơ thể người nên dòng điện qua lâu
dẫn đến nguy hiểm.

1.2- CÁC ĐỊNH NGHĨA TRONG TIÊU CHUẨN IEEE std.80
1.2.1 Điện áp bước
 Điện áp bước là sự khác nhau về điện thế bề mặt được thử nghiệm với khoảng
cách bước chân người là 1m và khơng tiếp xúc với bất kì cấu trúc nào của trạm.
1.2.2 Điện áp tiếp xúc.
 Điện áp tiếp xúc là sự chênh lệch điện áp giữa điện áp trong đất và điện áp bề
mặt tại nơi người đang đứng đồng thời tay tiếp xúc với thiết bị được nối đất.
1.2.3 Điện áp lan truyền.
 Điện áp lan truyền là trường hợp đặc biệt của điện áp tiếp xúc nơi mà điện áp
được truyền từ ngoài vào hoặc ra từ trạm biến áp.
1.2.4 Điện áp lưới nối đất (GPR).
 Điện áp lưới nối đất là điện áp lớn nhất mà lưới nối đất đạt được ở chu kỳ đầu
tiên khi xảy ra sự cố.
GPR= IG

Rg

Trong đó:
IG : Dịng tản trong đất lớn nhất
Rg :Điện trở của lưới nối đất
SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 2


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
1.2.5 Điện áp tiếp xúc trực tiếp.
 Điện áp tiếp xúc trực tiếp là sự chênh lệch điện áp giữa hai đối tượng kim loại
hoặc cấu trúc bên trong trạm biến áp do việc tiếp xúc trực tiếp. ( từ tay qua tay hoặc
qua chân ).
1.2.6 Điện áp lưới.
 Điện áp lưới là giá trị điện áp lớn nhất của điện áp tiếp xúc bên trong lưới nối đất.

E

m



 .I G .K

m

.K

i

LM

Trong đó
Em

Điện áp lưới

Km

Hệ số khoảng cách cho điện áp lưới

Ki

Hệ số hiệu chỉnh cách bố trí cọc trong lưới nối đất

IG

Dòng tản vào đất lớn nhất (chạy giữa lưới và đất)

LM

Chiều dài ảnh hưởng của Lc + LR đối với điện áp lưới

Hình 1.1: Các loại điện áp thường xảy ra bên trong trạm biến áp.

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 3

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
1.2.7 Dòng tản vào đất lớn nhất.
Dòng tản vào đất lớn nhất là dòng chạy giữa đất là lưới
IG= Df

Ig

Trong đó
IG Dịng tản vào đất lớn nhất(chạy giữa lưới và đất)
Df Hệ số tính đến ảnh hưởng của thành phần khơng chu kỳ
Ig Dịng tản vào đất
1.2.8 Hệ số phân chia dòng sự cố.
  Hệ số phân chia dòng sự cố là hệ số thể hiện tỉ số giữa dòng tản vào đất và
dòng ngắn mạch chạm đất lớn nhất. Dòng ngắn mạch cham đất lớn nhất là dòng chảy
giữa lưới nối đất và đất xung quanh

S

f



I

g

3I0

Trong đó:
Sf Hệ số phân dòng sự cố

Ig Dòng tản vào đất
3I0 Dòng ngắn mạch chạm đất lớn nhất
1.2.9 Dòng sự cố bất đối xứng.
 Dòng sự cố bất đối xứng là giá trị dịng điện lớn nhất được xác định ở ½ chu
kỳ đầu tiên khi xảy ra sự cố nó phụ thuộc vào tỉ số X/R.
IF = If

Df

Trong đó:
IF Dịng sự cố bất đối xứng A
If Dòng sự cố đối xứng A
Df Hệ số tính đến ảnh hưởng của thành phần khơng chu kì

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 4


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
1.2.10 Dòng sư cố đối xứng.
 Khi xảy ra sự cố dòng điện tản vào trong đất thường được chia làm hai thành
phần dòng điện đối xứng và dòng điện bất đối xứng.
Ig = Sf

If

Trong đó:
Ig Dịng tản vào đất
If Dịng sự cố đối xứng A

Sf Hệ sơ phân chia dịng sự cố

Hình 1.2: Dạng sóng khi xảy ra sự cố.

1.3- CÁC YẾU TỐ GÂY NGUY HIỂM ĐẾN CƠ THỂ NGƯỜI.
1.3.1 TÁC HẠI CỦA DÒNG ĐIỆN ĐẾN CƠ THỂ NGƯỜI.
 Ảnh hưởng của dòng điện đến cơ thể người phụ thuộc vào thời gian, biên độ và
tần số nguy hiểm nhất là ảnh hưởng đến tim làm cho máu ngưng lưu thông.

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 5


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
1.3.1.1 ẢNH HƯỞNG CỦA TẦN SỐ
1. Con người có thể bị thương tích do ảnh hưởng của dịng điện tần số 50 đến 60Hz
và giá trị 0.1A có thể gây tử vong. Điều này có thể giải thích là do dịng điện tần số
cơng nghiệp tạo nên sự rối loạn mà con người khó có thể tự giải phóng dưới tác dụng
của dòng điện.
2. Tần số càng cao càng ít nguy hiểm, dòng điện tần số trên 500.000 Hz khơng gây
giật vì tác động q nhanh hơn thời gian cảm ứng của các cơ nhưng có thể gây bỏng.
1.3.1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA BIÊN ĐỘ VÀ THỜI GIAN.
1. Dòng điện 1mA chưa gây giật chỉ có cảm giác tê ở tay.
2. Dòng điện từ 1-6mA bắt đầu gây giật nhưng con người có thể thốt khỏi được
3. Dịng điện từ 6-25mA có thể gây thương tích và con người khơng thể thốt ra
khỏi mạng điện được.
4. Dịng điện từ 60-100mA làm cho tim ngưng đập và gây tử vong.
 Tiêu chuẩn này nhấn mạnh tầm quan trọng của ngưỡng nguy hiểm. Nếu dòng
điện giật ở dưới giá trị này bằng cách thiết kế hệ thống nối đất đúng thì thương tích và

tử vong của con người có thể tránh khỏi.
SB = I2B

ts

(3.1)

Trong đó:
IB: Biên độ dịng qua cơ thể người
ts: Thời gian bị điện giật
SB: giới hạn năng lượng giật
5. Biên độ và khoảng thời gian dòng điện qua cơ thể người ở tần số 50 đến 60 Hz
phải nhỏ hơn giá trị gây tim ngưng đập.
6. Khoảng thời gian đối với dịng điện có thể chịu đựng được của con người liên
quan đến biên độ theo công thức (3.1).
7. Khoảng 99,5% người có thể chịu đựng, tim khơng ngưng đập, đối với biên độ và
khoảng thời gian bị điện giật xác định theo công thức sau:

IB 

K
ts

K 

Sb

(3.2)
(3.3)

Giới hạn dòng điện đối với người 50kg

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 6


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
IB 

0 .1 1 6
ts

(3.4)

Giới hạn dòng điện đối với người 70kg

IB 

0.157
ts

(3.5)

Bảng 3.1: Mối quan hệ giữa dòng điện và thời gian chịu đựng của con người

Dòng điện 10
Imax (mA)

60

90

110

160

250

Thời
điện
t(s)

10

3

2

1

0,4

gian 30
giật

Hình 1.3 : Vùng tác động của thời gian và dòng điện lên cơ thể người
SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 7

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
Mã
vùng

Giới hạn vùng

Các hiện tượng vật lý

AC-1

Đến 0,5 mA đường A

Không phản ứng

AC-2

Từ 0,5 mA đến đường B

Không gây tác hại về sinh lý

AC-3

Đường B đến C1

Bắp thịt co lại và gây khó thở thời gian tồn tại
dịng q 2s. Gây rối loạn nhịp tim hay tim
ngừng đập tạm thời khi gia tăng cường độ và
thời gian

AC-4

Trên đường C1

Cùng với sự gia tăng cường độ và thời gian, xuất
hiện các hiệu ứng nguy hiểm về mặc sinh lý như:
tim ngừng đập, ngừng hô hấp

AC-4-1

Giữa đường C1 và C2

Xác xuất nghẹt tâm thất là 0,5%

AC-4-2

Giữa đường C2 và C3

Xác xuất nghẹt tâm thất là 50%

AC-4-3

Ngoài đường C3

Xác xuất nghẹt tâm thất > 50%

1.4- MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG KHI NGƯỜI BỊ TAI NẠN ĐIỆN.
1.4.1 ĐIỆN TRỞ CỦA CƠ THỂ NGƯỜI:
 Đối với dòng dc hoặc dòng ac tần số 50 đến 60 Hz cơ thể người xấp xỉ như một

điện trở. Đường đi của dòng điện được xem xét đi từ tay sang chân hay từ chân sang
chân. Điện trở bên trong cơ thể người khoảng 300 và giá trị điện trở của cơ thể
người bao gồm cả da khoảng 500 đến 3000. Điện trở của cơ thể người sẽ giảm khi
da bị thương hay bị rách ở điểm tiếp xúc. Trong tiêu chuẩn này giá trị điện trở người
được chọn là 1000.
1.4.2 ĐƯỜNG ĐI CỦA DÒNG ĐIỆN QUA CƠ THỂ NGƯỜI.
 Điện trở người được chọn có giá trị 1000 và đường đi của dòng điện qua cơ thể
người từ tay đến 1 hoăc 2 chân và dòng điện đi qua các bộ phận quan trọng của cơ thể
người bao gồm cả tim. Chúng ta đồng ý rằng dòng điện đi qua cơ thể người theo
hướng từ chân sang chân thì ít nguy hiểm hơn. Những thí nghiệm được hồn thành tại
Đức cho thấy dòng điện đi từ chân sang chân lớn hơn dòng điện đi từ tay sang chân thì
dịng điện qua tim vẫn như nhau.

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 8


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
Từ những kết luận này ta thấy được giá trị điện trở người có thể lớn hơn 1000 khi
đường đi của dòng điện từ chân sang chân. Tuy nhiên chúng ta phải xem xét 2 yếu tố
sau đây:
a) Điện áp giữa 2 chân, bệnh tật nhưng không tử vong, có thể dẫn đến dịng điện qua
ngực lớn.
b) Một người đang làm việc hoặc đang nghỉ ngơi trong tư thế nằm sấp khi sự cố xảy
ra.
1.4.3 MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG KHI NGƯỜI BỊ TAI NẠN ĐIỆN.
 Sử dụng giới hạn dịng điện qua cơ thể người được cho ở cơng thức (3.4) và (3.5)
và mạch điện tương đương để xác định giới hạn điện áp giữa 2 điểm tiếp xúc.

Hình 1.4: Điện áp tiếp xúc

Ib: Dòng qua cơ thể người
RA: Điện trở của mạch sự co
VA: Tổng điện áp của mạch
 Hình1.4 cho thấy dịng điện sự cố đi vào đất thông qua hệ thống nối đất của trạm.

Người tiếp xúc với bộ phận bằng kim loại ở vị trí H. Điện thế tại H bằng với điện thế
của lưới nối đất khi dòng sự cố chạy vào lưới. Điện thế tại F là điện thế trên bề mặt đất
tại vị trí 2 chân người tiếp xúc. Dịng điện Ib đi từ H qua cơ thể người đến F xuống đất.

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 9


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000

Hình 1.5: Sơ đồ mạch điện áp tiếp xúc

Ib 

Vth
Zth  RB

(3.6)

Trong đó
Vth: Điện áp giữa 2 điểm H và F khi nười chưa tiếp xúc.
Zth: Tổng trở của hệ thống nhìn từ H và F, nối tắt nguồn áp.

RB: Điện trở của người
Ib : Dòng điện qua cơ thể người

Hình 1.6: Điện áp bước
SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 10


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
 Dòng điện Ib đi từ chân F1 qua cơ thể người đến F2. F1 và F2 là 2 điểm trên bề mặt
hệ thống nối đất mà người tiếp xúc.

Hình 1.7: Sơ đồ mạch điện áp bước

Vth: Điện áp giữa 2 điểm F1 và F2 khi người chưa tiếp xúc.
Zth: Tổng trở của hệ thống nhìn từ F1 và F2, nối tắt nguồn áp hệ thống.
Rf : Điện trở tiếp đất của 1chân người (bỏ điện trở của hệ thống nối đất)
Ib : Dòng điện qua cơ thể người

Rf 

s

(3.7)

4b

Trong đó:
s(.m): Điện trở suất của lớp đất bề mặt.

b=0.08m: Bán kính bàn chân người
Khi xác định điện áp bước thì Zth= 2Rf = 6s

(3.8)

Khi xác định điện áp tiếp xúc thì Zth= 0.5Rf = 1.5s

(3.9)

Do đó điện áp bước và điện áp tiếp xúc giới hạn là
Etouch= Ib.(Rb+1.5s) (v)

(3.10)

Estep = Ib.(Rb+6.s)

(3.11)

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

(v)

Page 11


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
1.5- ẢNH HƯỞNG CỦA BỀ DÀY LỚP ĐẤT BỀ MẶT.
 Công thức (3.7) dựa trên giả thiết đất đồng nhất. Tuy nhiên ở bề dày từ 0.080.15m điện trở suất của lớp đất bề mặt rất lớn.lớp đá, sỏi thưởng được trải lên trên lưới
nối đất nó làm tăng điện trở tiếp xúc giữa bề mặt với chân người bên trong trạm biến

áp.
 Khi điện trở suất của lớp đất phía dưới thấp hơn điện trở suất của lớp đất bề mặt,
thì dịng điện đi ngược lên lớp bề mặt rất nhỏ và điện áp trên bề mặt đều bằng nhau.
Dòng điện qua cơ thể sẽ thấp hơn bởi vì điện trở tiếp xúc giữa chân người và đất lớn
hơn.Tuy nhiên điện trở tiếp xúc sẽ giảm khi bề dày của lớp đất bề mặt không đủ để giả
định điện trở suất đồng nhất theo mọi hướng. Do đó hệ số hiệu chỉnh điện trở suất của
lớp đất bề mặt Cs được đưa ra. Hệ số này phụ thuộc vào điện trở suất của lớp đất phía
dưới, điện trở suất của lớp đất của lớp đất bề mặt và bề dày của lớp đất bề mặt.

Rf 

s

4b

.Cs

(3.12)

Cs :Hệ số hiệu chỉnh làm giảm điện trở suất của lớp đất bề mặt.


b
8 n n
2b
1 
cS  1  2  K  sin 
1
b 1
 r  b2  2.n.h 2 2  r  b2  2.n.h 2

0
s
s




K

 

1   S
1   S



1 
2 
 (3.13)



(3.14)

b = 0.08 m (bán kính qui đổi của bàn chân khi tính điện trở)

K= -0.1

Hình 1.8: Quan hệ giữa bề dày lớp đất bề mặt hs và hệ số Cs với s=1500m
SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 12


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
 Nhận xét: Khi bề dày lớp đất bề mặt càng tăng thì hệ số Cs càng tăng và tiến gần
đến 1 nghĩa là khi bề dày lớp đất bề mặt lớn thì ta có thể xem như đất đồng nhất và
điện trở suất bằng điện trở suất lớp đất bề mặt.

Cs: Được xác định theo công thức đơn giản với sai số 5%

0.09(1 
Cs  1 


)
s

(3.15)

2 hs  0.09

1.6-GIÁ TRỊ LỚN NHẤT CỦA ĐIỆN ÁP BƯỚC VÀ ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC.
 Điện áp bước và điện áp tiếp xúc lớn nhất cho phép là tiêu chuẩn để thiết kế hệ
thống nối đất an toàn. Nếu như điện áp bước và điện áp tiếp xúc của lưới nối đất nhỏ
hơn giá trị này thì lưới nối đất này thoả mãn yêu cầu. Giá trị điện áp bước và điện áp
tiếp xúc lớn nhất này mà càng nhỏ thì việc thiết kế lưới nối đất để thoả mãn ngày càng
khó khăn.
 Sự an tồn của 1 người phụ thuộc vào sự ngăn ngừa năng lượng giật cung cấp
trước khi sự cố cô lập và hệ thống hết năng lượng.

Estep= (RB+2Rf).IB

(3.16)

Khối lượng người 50kg và 70kg thì điện áp bước như sau:

Estep50  (1000  1.5Cs s )

0.116
ts

(3.17)

Estep70  (1000 1.5Cs s )

0.157
ts

(3.18)

Khối lượng người 50kg và 70kg thì điện áp tiếp xúc như sau:

Etouch50  (1000  6Cs  s )

0.116
ts

(3.19)

Etouch70  (1000  6Cs s )

0.157
ts

(3.20)

Estep(v): Điện áp bước
Etouch(v): Điện áp tiếp xúc
 

ts(s): Khoảng thời gian bị điện giật

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 13


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000

Estep70

Etouch70

Hình 1.9: Quan hệ giữa giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước, điện áp tiếp xúc và bề
dày lớp đất bề mặt hs.
 Nhận xét: khi bề dày lớp đất bề mặt hs tăng đến giá trị nhất định( xem như đất đồng
nhất) thì giá trị lớn nhất của điện áp bước và điện áp tiếp xúc khơng tăng

Estep70

Etouch70

Hình 1.10: Quan hệ giữa giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước, điện áp tiếp xúc
và điện trở suất của lớp đất bề mặt s.

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 14


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
 Nhận xét: Điện trở suất của lớp đất bề mặt càng lớn giá trị lớn nhất cho phép
của điện áp bước, điện áp tiếp xúc càng lớn.

Estep70

Etouch70

Hình 1.11: Quan hệ giữa giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước, điện áp tiếp xúc và
điện trở suất của lớp đất bên dưới 1.
 Nhận xét: khi bề dày lớp đất bề mặt không đổi điện trở suất lớp đất bên dưới càng
tăng thì giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước, điện áp tiếp xúc càng tăng.

Estep70

Etouch70

Hình 1.12: Quan hệ giữa giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước, điện áp tiếp xúc và
hệ số Cs.

 Nhận xét: Hệ số Cs càng tăng thì giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước,
điện áp tiếp xúc càng tăng.
SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 15


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000

Estep70
Etouch70

Hình 1.13: Quan hệ giữa giá trị lớn nhất cho phép của điện áp bước, điện áp tiếp xúc
và thời gian tồn tại sự cố ts.
 Nhận xét: Thời gian tồn tại sự cố ts tăng thì giá trị lớn nhất cho phép của điện áp
bước, điện áp tiếp xúc giảm.

1.7- XEM XÉT NHỮNG NGUYÊN TẮC KHI THIẾT KẾ.
1.7.1 KHÁI NIỆM CHUNG.
 Hệ thống nối đất được lắp đặt phải đảm bảo giới hạn điện thế đất như điện áp và
dịng điện, đảm bảo an tồn cho con người và thiết bị dưới điều kiện vận hành bình
thường và sự cố.

Những lý do sử dụng hệ thống kết hợp cọc nối đất và lưới nối đất:
1. Trong trạm nếu chỉ có cọc nối đất khơng thì khó thể đạt giá trị nối đất an tồn. Khi
có nhiều cọc kết nối với nhau, tất cả dây trung tính, khung và cấu trúc kim loại được
nối đất. Kết quả là phải có lưới phân bố cọc nối đất, để đảm bảo mục tiêu đầu tiên.
Nếu hệ thống nối đất nằm ở nơi có điện trở suất thấp thì mạng này có hệ thống nối đất
tốt. Một phần cho lý do này một vài ứng dụng chỉ sử dụng lưới nối đất. Tuy nhiên hệ
thống cọc có giá trị thật sự được giải thích sau.

2. Nếu biên độ dịng vào đất cao thì cần phải có hệ thống nối đất có điện trở nhỏ để
đảm bảo sự gia tăng điện áp trên bề mặt khơng lớn hơn gia trị an tồn cho người. Hệ
thống nối đất gồm lưới nối đất và cọc sẽ có nhiều thuận lợi.
3. Trong khi lưới nối đất làm giảm điện áp bước và điện áp tiếp xúc trên bề mặt. Lưới
nối đất được chôn cạn 0.3-0.5m và cọc nối đất dài sẽ ổn định hệ thống nối đất kết hợp.

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 16


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
Điều này thì quan trong bởi vì điện trở suất của lớp đất bề mặt thay đổi theo mùa cịn
điện trở suất của lớp dưới thì khơng đổi.
4. Cọc có điện trở suất thấp nên làm giảm được dịng sự cố trong đất hai lớp hay đất
nhiều lớp vì lớp đất ở trên có điện trở suất cao hơn lớp đất phía dưới. Nhiều trạm có
diện tích nhỏ nên kết hợp này sẽ hiệu quả hơn.
5. Nếu cọc nối đất chủ yếu chôn ở biên của lưới nối đất trong điều kiện đất đồng nhất
hoặc đất có điện trở suất cao ở lớp đất phía trên. Cọc nối đất sẽ làm giảm sự chênh
lệch điện thế ở mép lưới.
1.7.2 CỌC NỐI ĐẤT CHÍNH VÀ PHỤ.
 Hầu hết những hệ thống nối đất sử dụng 2 nhóm cọc nối đất. Cọc nối đất chính
được thiết kế cho mục đích nối đất. Những cọc phụ được lắp đặt dưới các cấu trúc
bằng kim loại cho mục đích khác hơn là nối đất. Cọc phụ có khả năng tải dịng giới
hạn.
1.7.3 HÌNH DẠNG CỦA LƯỚI NỐI ĐẤT.

1. Thực hiện nối đất theo kiểu mạch vịng ở chu vi diện tích nối đất. Điều này giúp
tránh được dòng điện và điện áp cao ở cả trong lưới nối đất và ở cuối đường cáp gần
đó.

2. Bên trong chu vi thanh nối đất được đặt song song nhau dọc theo chiều dài và chiều
rộng của lưới nối đất. Theo các cấu trúc và những hàng thiết bị để kết nối lưới nối đất
ngắn nhất.
3. Một hệ thống lưới nối đất tiêu biểu gồm những thanh đồng chôn sâu 0.3-0.5m
khoảng cách giữa các thanh từ 3-7m và có những kết nối dọc, những thanh dẫn được
hàn chắc chắn nhau. Cọc nối đất được bố trí ở góc của lưới hoặc ở những điểm giao
nhau dọc theo chu vi. Cọc nối đất được nối dưới những thiết bị chính hoặc ở dưới các
cột thu sét.
4. Hệ thống lưới nối đất phải kéo dài hết trạm và dọc theo hàng rào. Nhiều dây hoặc
dây có tiết diện lớn được dùng để nối vào hệ thống nối đất ở những nơi có tập trung
dịng lớn như trung tính máy biến áp, máy phát.Sự kết nối dọc tạo ra nhiều đường
thốt cho dịng sự cố làm điện áp trên bề mặt thấp.
1.7.4 SỰ KẾT NỐI VÀO LƯỚI.
 Dây kết nối phải đảm bảo độ bền cơ và tải được dòng điện xuống đất, dùng để kết
nối giữa:

1. Tất cả những điện cực như lưới nối đất, cọc nối đất, kim loại ống dẫn nước vv…
2. Tất cả những phần kim loại khi xảy ra sự cố thì có thể bị nhiễm điện như cấu trúc
kim loại, vỏ máy, nhà bằng kim loại cách điện thường hay bằng khí, thùng dầu máy
biến áp. Tất cả chúng phải được nối đất.

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 17


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
3. Tất cả những nguồn dòng sự cố như chống sét van, tụ điện, máy biến áp, trung
tính máy phát.
1.7.5 LỰA CHỌN DÂY LƯỚI NỐI ĐẤT VÀ KẾT NỐI.

1.7.5.1 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN.
 Mỗi thành phần của hệ thống nối đất như dây dẫn lưới nối đất, tất cả cọc nối đất,
kết nối phải thiết kế đảm bảo tuổi thọ:

1. Đảm bảo dẫn điện và không tạo ra khác biệt về điện áp trong trạm.
2. Chống lại sự nóng chảy và hư hỏng cơ khí do dịng sự cố và thời gian sự cố.
3. Rắn chắc, tin cậy và độ bền cơ khí ở cấp độ cao.
4. Có thể được bảo trì và thay thế.
1.7.5.2 CÁC LOẠI THANH DẪN CỦA LƯỚI NỐI ĐẤT.

1.Đồng:
 Đồng là loại vật liệu thường được sử dụng trong hệ thống nối đất. Dây dẫn đồng
ngồi khả năng dẫn điện cao, nó cịn có nhiều ưu điểm về khả năng chống ăn mòn.

2. Thép bọc đồng:
 Thép bọc đồng thường dùng để làm cọc nối đất, đôi khi được dùng làm lưới nối
đất. Đặc biệt là những nơi trộm cắp là một vấn đề. Sử dụng đồng hay thép bọc đồng để
đảm bảo rằng tính tồn vẹn của mơt hệ thống nối đất được đảm bảo qua nhiều năm.

3. Thép:
 Thép cũng được sử dụng làm dây dẫn hay cọc nối đất, tuy nhiên quá trình thiết kế
cần phải chú ý đến sự ăn mịn của thép. Do đó hệ thống nối đất thường sử dụng thét
mạ kẽm, hay thép không rĩ.
1.7.5.3 LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY NỐI ĐẤT.
1.7.5.3.1 PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN

Akcmil  I.K f . tc

(3.21)

Trong đó:
I (kA) : Trị hiệu dụng dòng điện sự cố
A(kmil): Tiết diện dây
Kf: Hằng số
tc(s): Khoảng thời gian sự cố

SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 18


NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT TBA THEO IEEE std80-2000
 Bảng 1 : xác định các hệ số Kf, tc

Kim loại 

Độ dẫn điện 
Tma (0C) 
(%) 

Kf 

Copper, annealed soft‐drawn 
Copper, commercial hard‐drawn 
Copper, commercial hard‐drawn 
Copper‐clad steel wire 
Copper‐clad steel wire 
Copper‐clad steel rod 
Aluminum EC Grade 
Aluminum 5005Alloy 

Aluminum 6201 alloy 
Aluminum‐clad steel wire 
Steel 1020 
Stainless clad steel rod 
Zinc‐coated steel rod 
Stainless steel 304 

100.0 
97.0 
97.0 
40.0 
30.0 
20.0 
61.0 
53.5 
52.5 
20.3 
10.8 
9.8 
8.6 
2.4 

7.00 
7.06 
11.78 
10.45 
12.06 
14.64 
12.12 
12.41 

12.47 
17.20 
15.95 
14.72 
28.96 
30.05 

1083 
1084 
250 
1084 
1084 
1084 
657 
652 
654 
657 
1510 
1400 
419 
1400 

1.7.5.3.2 CƠNG THỨC TÍNH TIẾT DIỆN DÂY TỔNG QT

Akcmil  I

197.4
                                                  (3.22)   
TCAP
K 0  Tm

(
) ln(
)
t c r p r
K 0  Ta

Trong đó:
I(KA): Trị hiệu dụng dịng sự cố
A(kmil): Tiết diện dây
Tc(s): Khoảng thời gian sự cố
TM(oC): Nhiệt độ lớn nhất cho phép
Ta(oC): Nhiệt độ môi trường
 r : Hệ số của điện trở suất ở nhiệt độ Tr(oC)

: Điện trở suất của dây nối đất ở nhiệt độ Tr(oC)
SVTH : TRỊNH TRUNG HƯNG

Page 19