Đồ án đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở nối đất của hệ thống nối đất theo tiêu chuẩn ieee std 80 2000

TÓM TẮT

Đồ án đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở nối đất của hệ thống nối đất
bao gồm các nội dung:
-

-

-

Giới thiệu tổng quan về tiêu chuẩn IEEE std.80-2000. Nêu tóm tắt những lý
thuyết và lưu đồ thuật toán để làm rõ phương pháp thiết kế HTNĐ cho trạm
biến áp sử dụng tiêu chuẩn IEEE std.80-2000.
Trình bày thao tác sử dụng Etap trong việc tính tốn các thông số cần thiết như
điện trở tản, điện áp tiếp xúc, điện áp bước… của một HTNĐ. Cách xuất các
báo cáo kết quả các trang thông tin, trang thông số đầu vào và ra. Ví dụ về tính
tốn một trạm biến áp sử dụng phần mềm Etap với tiêu chuẩn IEEE std.802000.
Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng như độ chơn sâu, độ cao lớp đất trên, kích thước
ơ lưới, số lượng cọc đến điện trở nối đất, điện áp bước và điện áp tiếp xúc bằng
việc thay đổi các yếu tố này lẫn nhau. Sau đó chọn ra giá trị mong muốn vừa
kinh tế vừa phù hợp với HTNĐ của trạm biến áp
Từ việc đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tản của HTNĐ, tác giả đề
xuất

khi thiết kế HTNĐ nên đảm bảo xem xét:
-

Đối với độ chôn sâu nên chọn từ 0.5m-0.8m
Độ cao lớp đất trên bé hơn 2m
Kích thước ơ lưới nằm trong khoảng từ 4x4 m2 – 6x6 m2
Tùy thuộc vào số lượng cọc diện tích nối đất tăng đến một số lượng có hạn vì

việc càng tăng cọc sẽ càng tăng khả năng tản dòng của lưới nhưng hiệu quả sẽ
giảm dần.

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

1


LỜI NÓI ĐẦU

Kể từ những ngày đầu của ngành điện cơng nghiệp, sự an tồn của nhân viên
trong và xung quanh thiết bị điện đã là mối quan tâm chính. Khi có sự cố, dịng điện đi
vào đất sẽ gây gia tăng điện thế. Điện thế trên mặt đất tại xung quanh các kết cấu mạng
trong các sự cố không đối xứng. Vào những thời điểm như vậy con người chạm vào
các cấu trúc nối đất có thể bị điện áp cao. Với cường độ và thời gian của dòng điện
được chạy qua cơ thể con người có thể gây nguy hiểm cho người.
Qua nhiều năm nghiên cưu về tác động của dòng điện lên cơ thể con người đã dẫn
đến việc phát triển các tiêu chuẩn về các giá trị cho phép để tránh bị điện giật. Trong
bài viết này tác giả sử dụng tiêu chuẩn IEEE std.80-2000 để tính tốn các giá trị của hệ
thống nối đất. Tiêu chuẩn IEEE Std.80 cung cấp những thông tin và hướng dẫn thiết kế
hệ thống nối đất an toàn cho các trạm biến áp trong hệ thống điện. Tiêu chuẩn này xuất
bản lần đầu tiên vào năm 1961 dựa trên đề xuất mơ hình tốn học thực tế cho việc tính
điện áp bước và điện áp tiếp xúc trong một diện tích hình vng của Steve năm 1959.
Kể từ đó tiêu chuẩn này được nhà khoa học như Thapar, Sverak, Dawalibi… phát triển
và sửa đổi vào các năm 1976,1986,1996 và 2000. Tiêu chuẩn IEEE Std.80 – 1976 đưa
ra phương pháp tính giới hạn điện áp tiếp xúc và điện áp lưới, điện áp bước của hệ
thống nối đất vuông. Lần xuất bản năm 1986 đã đưa ra 2 sửa đổi quan trọng: Thứ nhất
là định nghĩa lại giới hạn điện áp bước và điện áp tiếp xúc cho khối lượng cơ thể người

50kg và 70kg. Thứ hai là thêm vào hệ số Cs thể hưởng của đá granite bề mặt do có
điện trở suất khác lớp đất bên dưới.
Để rõ ràng cho việc hình dung tác giả ví dụ về một hệ thống lưới nối đất qua đó
tính tốn các giá trị điện trở tản, điện áp bước và tiếp xúc của lưới bằng phần mềm
ETAP. Đồng thời thay đổi và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị điện trở tản,
điện áp bước và tiếp xúc của hệ thống nối đất. Đọc giả có thể đọc và hiểu hơn về ảnh
hưởng các yếu tố như độ chôn sâu, độ cao lớp đất trên, kích thước ơ lưới, số lượng cọc
thông qua các bảng giá trị và đồ thị.
Xin chân thành cảm ơn thầy Phan Đình Chung đã hướng dẫn hoàn thành đồ án
này.

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

2


CAM ĐOAN

Tơi đã đọc và tìm hiểu về các hành vi vi phạm liêm chính học thuật. Tơi cam
kết bằng danh dự cá nhân rằng bài làm này do tôi tự thực hiện và khơng vi phạm về
liêm chính học thuật.

Sinh viên thực hiện

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

3


MỤC LỤC

TÓM TẮT....................................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................. 2
CAM ĐOAN................................................................................................................. 3
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT...................................................10
MỞ ĐẦU..................................................................................................................... 11
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ LƯỚI NỐI ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN
IEEE Std 80 – 2000....................................................................................................12
1.1 Giới Thiệu..........................................................................................................12
1.2 Thiết kế HTNĐ cho trạm biến áp[1]...................................................................12
1.3 Lưu đồ giải thuật cho tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000...........................................14
1.4 Tính tốn hệ thống nối đất an tồn theo tiêu chuẩn IEEE std 80-2000...............15
1.4.1 Lưới nối đất..................................................................................................15
1.4.2 Cách tính toán HTNĐ cho TBA:..................................................................15
Chương 2: SỬ DỤNG PHẦN MÊM ETAP TRONG TÍNH TỐN LƯỚI NỐI
ĐẤT............................................................................................................................. 20
2.1 Thiết lập lưới nối đất trong sơ đồ 1 sợi...............................................................20
2.2 Cửa sổ Ground Grid Systems.............................................................................21
2.2.1 Thanh công cụ Project..................................................................................21
2.2.2 Thanh công cụ IEEE Editor..........................................................................22
2.3 Thanh công cụ Gound Grid Study Method.........................................................23
2.4 Thiết lập lưới nối đất và mơ hình........................................................................26
2.5 Thiết lập các thơng số tính tốn..........................................................................30
2.6 Báo cáo đầu ra hệ thống lưới nối đất..................................................................32
2.6.1 Ground Grid Systems Report Manager........................................................33
2.7 Ví dụ về sử dụng phần mềm ETAP để tính tốn hệ thống nối đất......................40

Chương 3: ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐIỆN TRỞ NỐI
ĐẤT SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP.......................................................................45
3.1 Yêu cầu kĩ thuật của nối đất an toàn.[6]..............................................................45
3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến điện trở nối đất....................................................45
3.2.1 Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện trở nối đất ứng với số cọc tương ứng.
.............................................................................................................................. 45
3.2.2 Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện trở nối đất ứng với độ cao lớp đất trên.48
Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

4


3.2.3 Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện trở nối đất ứng với kích thước ơ lưới.
.............................................................................................................................. 51
3.2.4 Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện trở nối đất ứng với số cọc tương
ứng........................................................................................................................ 54
3.2.5 Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện trở nối đất ứng với kích thước ơ
lưới........................................................................................................................ 57
3.2.6 Ảnh hưởng của số cọc đến điện trở nối đất ứng với kích thước ô lưới. .......60
KẾT LUẬN................................................................................................................. 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................65

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

5

DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG 3.1a Kết quả điện trở tản khi thay đổi lần lượt độ chôn sâu và số cọc
BẢNG 3.1b Kết quả điện áp tiếp xúc khi thay đổi lần lượt độ chôn sâu và số cọc
BẢNG 3.1c Kết quả điện áp bước khi thay đổi lần lượt độ chôn sâu và số cọc
BẢNG 3.2a Kết quả điện trở tản khi thay đổi lần lượt độ chôn sâu và độ cao lớp đất
trên
BẢNG 3.2b Kết quả điện áp tiếp xúc khi thay đổi lần lượt độ chôn sâu và độ cao lớp
đất trên
BẢNG 3.2c Kết quả điện áp bước khi thay đổi lần lượt độ chôn sâu và độ cao lớp đất
trên
BẢNG 3.3a Kết quả điện trở tản khi thay đổi lần lượt độ chơn sâu và kích thước ô
lưới
BẢNG 3.3b Kết quả điện áp tiếp xúc khi thay đổi lần lượt độ chơn sâu và kích thước
ơ lưới
BẢNG 3.3c Kết quả điện áp bước khi thay đổi lần lượt độ chơn sâu và kích thước ơ
lưới
BẢNG 3.4a Kết quả điện trở tản khi thay đổi lần lượt độ cao lớp đất trên và số lượng
cọc
BẢNG 3.4b Kết quả điện áp tiếp xúc khi thay đổi lần lượt độ cao lớp đất trên và số
lượng cọc
BẢNG 3.4c Kết quả điện áp bước khi thay đổi lần lượt độ cao lớp đất trên và số
lượng cọc
BẢNG 3.5a Kết quả điện trở tản khi thay đổi lần lượt độ cao lớp đất trên và kích
thước ơ lưới
BẢNG 3.5b Kết quả điện áp tiếp xúc khi thay đổi lần lượt độ cao lớp đất trên và kích
thước ơ lưới
BẢNG 3.5c Kết quả điện áp bước khi thay đổi lần lượt độ cao lớp đất trên và kích
thước ơ lưới
BẢNG 3.6a Kết quả điện trở tản khi thay đổi lần lượt số cọc và kích thước ơ lưới

BẢNG 3.6b Kết quả điện áp tiếp xúc khi thay đổi lần lượt số cọc và kích thước ơ lưới
BẢNG 3.6c Kết quả điện áp bước khi thay đổi lần lượt số cọc và kích thước ô lưới

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

6


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

HÌNH 1.1 Lưu đồ thuật tốn tiêu chuẩn IEEE std.80-2000
HÌNH 1.2 Lưới (điện cực) nối đất
HÌNH 1.3 Chuyển môi trường không đồng nhất thành môi trường đồng nhất.
HÌNH 2.1 Thao tác đưa phần tử lưới nối đất vào sơ đồ 1 sợi OLV
HÌNH 2.2 Cửa sổ Ground Grid Systems
HÌNH 2.3 Thanh cơng cụ Project
HÌNH 2.4 Thanh cơng cụ IEEE Editor
HÌNH 2.5 Thanh cơng cụ Ground Grid Study Method
HÌNH 2.6 Hộp thoại GRD Analysis Alert View của Summary
HÌNH 2.7 Trình quản lý báo cáo thiết kế lưới nối đất
HÌNH 2.8 Cửa sổ IEEE Group Editor để tuỳ chỉnh thanh dẫn
HÌNH 2.9 Cửa sổ IEEE Group Editor để tuỳ chỉnh thanh dẫn
HÌNH 2.10 Cửa sổ Soil Editor
HÌNH 2.11 Cửa sổ Ground Grid Systems với lưới nối đất và mơ hình đã thiết lập
HÌNH 2.12 Cửa sổ GRD Study Case Editor
HÌNH 2.13 Quy tắc đặt tên cho báo cáo đầu ra
HÌNH 2.14 Hộp thoại quản lý báo cáo
HÌNH 2.15 Lựa chọn loại báo cáo

HÌNH 2.16 Minh họa báo cáo kết quả trang bìa
HÌNH 2.17 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu đầu vào hệ thống
HÌNH 2.18 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu đầu vào các lớp đất
HÌNH 2.19 Minh họa báo cáo kết quả thơng số thanh
HÌNH 2.20 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu lưới
HÌNH 2.21 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu cọc
HÌNH 2.22 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu thanh
HÌNH 2.23 Minh họa báo cáo kết quả dữ liệu cọc trong FEM
HÌNH 2.24 Báo cáo các hằng số trung gian
Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

7


HÌNH 2.25 Minh họa bảng tóm tắc
HÌNH 2.26 Minh họa báo cáo điện áp
HÌNH 2.27 Trang tóm tắt bà cảnh báo
HÌNH 2.28 Thơng số thanh
HÌNH 2.29 Thơng số cọc
HÌNH 2.30 Thơng số lớp đất
HÌNH 2.31 Thơng số chỉnh định và lựa chọn tiêu chuẩn
Hình 2.32 Báo cáo kết quả
HÌNH 3.1a Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện trở nối đất ứng với số cọc tương ứng
HÌNH 3.1b Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện áp tiếp xúc ứng với số cọc tương ứng
HÌNH 3.1c Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện áp bước ứng với số cọc tương ứng
HÌNH 3.2a Ảnh hưởng của độ chơn sâu đến điện trở nối đất ứng với độ cao lớp đất
trên
HÌNH 3.2b Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện áp tiếp xúc đất ứng với độ cao lớp

đất trên
HÌNH 3.2c Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện áp bước ứng với độ cao lớp đất trên
HÌNH 3.3a Ảnh hưởng của độ chôn sâu đến điện trở nối đất ứng với kích thước ơ lưới
HÌNH 3.3b Ảnh hưởng của độ chơn sâu đến điện áp tiếp xúc ứng với kích thước ơ lưới
HÌNH 3.3c Ảnh hưởng của độ chơn sâu đến điện áp bước ứng với kích thước ơ lưới
HÌNH 3.4a Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện trở nối đất ứng với số cọc
tương ứng
HÌNH 3.4b Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện trở nối đất ứng với số cọc
tương ứng.
HÌNH 3.4c Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện áp bước ứng với số cọc tương
ứng
HÌNH 3.5a Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện trở nối đất ứng với kích thước
ơ lưới
HÌNH 3.5b Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện áp bước ứng với kích thước ơ
lưới
HÌNH 3.5c Ảnh hưởng của độ cao lớp đất trên đến điện áp tiếp xúc ứng với kích thước
ơ lưới.
HÌNH 3.6a Ảnh hưởng của số lượng cọc đến điện trở nối đất ứng với kích thước ơ lưới
Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

8


HÌNH 3.6b Ảnh hưởng của số lượng cọc đến điện áp tiếp xúc với kích thước ơ lưới.
HÌNH 3.6c Ảnh hưởng của số lượng cọc đến điện áp bước với kích thước ơ lưới .

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

9


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU:
CHỮ VIẾT TẮT:
-

TBA: Trạm biến áp

-

HTNĐ: Hệ thống nối đất

-

GPR: Độ dâng thế

-

GGS: Ground Grid System

-

OLV: Sơ đồ một sợi

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

10


MỞ ĐẦU
Mục đích thực hiện đề tài là thơng qua việc đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến
điện trở nối đất của hệ thống nối đất để chọn ra các giá trị phù hợp nhất với hệ thống,
qua đó cũng như tiết kiệm được chi phí vật liệu và thi công. Đối tượng nghiên cứu là
lưới nối đất được tính tốn dựa theo tiêu chuẩn nối đất IEEE std.80-2000. Tác giả sử
dụng phần mềm ETAP 12.6.0 để phục vụ cho tính tốn hệ thống nối đất.

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

11


Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ LƯỚI NỐI ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN
IEEE Std 80 – 2000

1.1 Giới Thiệu
Hệ thống nối đất (HTNĐ) là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện, đặc
biệt là tại các trạm biến áp trong nhà máy điện và các trạm truyền tải trung gian.
HTNĐ có nhiệm vụ tản nhanh dịng điện sự cố vào trong đất mà khơng có sự gia tăng
điện thế lớn hơn giới hạn cách điện của thiết bị và đảm bảo giới hạn được điện áp bước
và tiếp xúc không gây nguy hiểm cho người trong điều kiện vận hành hệ thống điện.
Việc tính tốn an tồn của HTNĐ đòi hỏi phải đúng tiêu chuẩn như: Tiêu chuẩn Việt
Nam, IEEE std.80, IEC479-1.

Tiêu chuẩn IEEE Std.80 cung cấp những thông tin và hướng dẫn thiết kế hệ thống
nối đất an toàn cho các trạm biến áp trong hệ thống điện. Tiêu chuẩn này xuất bản lần
đầu tiên vào năm 1961 dựa trên đề xuất mơ hình tốn học thực tế cho việc tính điện áp
bước và điện áp tiếp xúc trong một diện tích hình vng của Steve năm 1959. Kể từ đó
tiêu chuẩn này được nhà khoa học như Thapar, Sverak, Dawalibi… phát triển và sửa
đổi vào các năm 1976,1986,1996 và 2000. Tiêu chuẩn IEEE Std.80 – 1976 đưa ra
phương pháp tính giới hạn điện áp tiếp xúc và điện áp lưới, điện áp bước của hệ thống
nối đất vuông. Lần xuất bản năm 1986 đã đưa ra 2 sửa đổi quan trọng: Thứ nhất là
định nghĩa lại giới hạn điện áp bước và điện áp tiếp xúc cho khối lượng cơ thể người
50kg và 70kg. Thứ hai là thêm vào hệ số Cs thể hưởng của đá granite bề mặt do có
điện trở suất khác lớp đất bên dưới.
Tiêu chuẩn IEEE Std.80 xuất bản năm 2000, các cơng thức được mở rộng tính tốn
cho lưới hình vng, hình chữ nhật, dạng tam giác, dạng T và dạng L, và thay đổi
phương pháp tính hệ số suy giảm bề mặt: được tính theo phương pháp giải tích với sau
số 5%. Thay đổi việ đánh giá lựa chọn thanh dẫn và kết nối. Mơ hình đất nhiều lớp để
tính toán điện trở suất của hệ thống nối đất được đưa vào tính tốn. [1]
1.2 Thiết kế HTNĐ cho trạm biến áp[1]
Các bước thiết kế HTNĐ cho 1 trạm biến áp như sau :
Bước 1: Xác định sơ đồ và vị trí TBA, từ đó lựa chọn nơi thích hợp nhất để thực hiện
nối đất. Kiểm tra điện trở suất của đất, xác định mơ hình đất, tính tốn điện trở suất
của đất

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

12


Bước 2: Xác định tiết diện thanh dẫn. Dòng sự cố 3I 0 là dòng sự cố lớn nhất trong

tương lai và từ dịng điện này chúng ta tính tốn lựa chọn thanh dẫn cho hệ thống nối
đất. Thời gian Tc là thời gian lớn nhất cô lập sự cố
Bước 3: Xác định giới hạn điện áp bước và điện áp tiếp xúc , xác định khoảng thời
gian điện giật
Bước 4: Thiết kế sơ bộ ban đầu bao gồm nối đất xung quanh chu vi và thanh nối đất
bên trong chu vi để đảm bảo kết nối thuận lợi và những thiết bị cần được nối đất. Xác
định khoảng cách giữa các thanh nối đất và vị trí cọc nối đất dựa vào dịng I G và diện
tích nối đất.
Bước 5: Ban đầu tính điện trở của hệ thống nối đất trong mơ hình đất đồng nhất. Khi
thiết kế cuối cùng phải tính chính xác giá trị này dựa theo mô phỏng các thành phần
của hệ thống nối đất, đảm bảo mơ hình đất lựu chọn là chính xác.
Bước 6: Xác định dòng điện lớn nhất chạy giữa lưới nối đất và đất. Khi thiết kế HTNĐ
chỉ cần đảm bảo dòng điện sự cố tổng 3I 0, dòng này sẽ chạy vào lưới nối đất tản vào
trong đất. Dòng IG phụ thuộc loại sự cố và vị trí sư cố, hệ số suy giảm và mở rộng hệ
thống trong tương lai.
Bước 7: Nếu giá trị gia tăng điện áp GPR thấp hơn giới hạn điện áp tiếp xúc thì khơng
phải tính tốn gì thêm. Thêm dây nối từ thiết bị nối đất đến hệ thống nối đất.
Bước 8: Tính tốn điện áp bước và điện áp lưới cho lưới vừa mới hoàn thành.
Bước 9: Nếu điện áp của lưới thấp hơn giới hạn điện áp tiếp xúc thì quá trình thiết kế
đã hoàn thành. Nếu điện áp lưới lớn hơn giới hạn điện áp tiếp xúc thì thiết kế ban đầu
phải thay đổi.
Bước 10: Nếu cả điện áp bước và tiếp xúc của hệ thống nối đất thấp hơn giới hạn điện
áp bước và điện áp tiếp xúc ở bước 3 thì thiết kế chỉ yêu cầu đảm bảo kết nối giữa thiết
bị nối đất và hệ thống nối đất.Nếu khơng thì phải thay đổi thiết kế ban đầu.
Bước 11: Nếu cả điện áp bước và tiếp xúc của HTNĐ lớn hơn giới hạn điện áp bước
và điện áp tiếp xúc ở bước 3 thì cần phải thay đổi thiết kế ban đầu. Sự thay đổi này có
thể thực hiện bằng cách giảm khoảng cách giữa các dây nối đất và thêm cọn nối
đất.Thay đổi thiết kế để đảm bảo giới hạn điện áp tiếp xúc và điện áp bước.
Bước 12: Sau khi đảm bảo yêu cầu về điện áp bước và điện áp tiếp xúc, cần phải thêm
nhanh thanh dẫn nối đất và cọc nối đất bổ sung. Thêm thanh dẫn vào lưới nối đất nếu

trong thiết kế không có thanh dẫn nối đất ở gần thiết bị được nối đất.Thêm cọc nối đất
bổ sung dưới các thiết bị chống sét và trung tính máy biến áp.

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

13


1.3 Lưu đồ giải thuật cho tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000
Để đơn giản cho việc hình dung cho tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000 ta thành lập lưu
đồ thuật tốn như Hình1.1. [1]
Thơng số mơ hình đất: A,р
Chọn tiết diện dây LNĐ: 3I0,Tc,d
Tiêu chuẩn điện áp bước và điện áp tiếp xúc
E touch 50 or 70, E step 50 or 70

Thiết kế ban đầu: D, n, Lc, LT,h
Điện trở lưới nối đất: Rg,LC,LR
Dòng điện lưới: IG,tf
Đúng
Thay đổi thiết kế ban
đầu: D, n, Lc, LT

IG.Rg < Etouch

Tính điện áp lưới và điện áp tiếp bước
Em,Es,Km,Ks,Ki,Kii,Ks

Sai

Em < Etouch

Sai

Es < Estep

Thiết kế chi tiết
Hình 1.1 Lưu đồ thuật toán tiêu chuẩn IEEE std.80-2000

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

14


1.4 Tính tốn hệ thống nối đất an tồn theo tiêu chuẩn IEEE std 80-2000.[2]
[3]
1.4.1 Lưới nối đất

Hình 1.2 Lưới (điện cực) nối đất
Lưới nối đất gồm các điện cực chơn nằm ngang trong đất như Hình 1.2, số thanh
ngang (Nb) và số thanh dọc (Na) được xác định theo cơng thức:
(1.1a)

(1.1b)
Tổng chiều dài điện cực hình thành lưới:
Lc = Na.b + Nb.a [m]

(1.2)

Khi có đóng thêm cọc (điện cực chôn thẳng đứng), với tổng chiều dài các cọc là L r,
thì tổng chiều dài các điện cực nối đất (gồm tất cả các điện cực chôn thẳng đứng và
chon nằm ngang) sẽ được xác định bởi:
L = Lc + Lr [m]

(1.2a)

L = Lc + 1,15.Lr [m]

(1.2b)

(1.2a) Khi có ít cọc và cọc đóng bên trong xa chu vi lưới.
(1.2b) Khi có cọc đóng ở chu vi lưới hoặc gần chu vi lưới.
Hệ số 1,15 là do mật độ dòng điện tản vào trong đất từ các cọc này lớn do đó
tương ung với sự tăng chiều dài cọc.
1.4.2 Cách tính tốn HTNĐ cho TBA:

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

15


Bước 1: Với các số liệu ban đầu như diện tích mặt phẳng của trạm, điện trở suất
của đất, dịng điện sự cố chạm đất, thời gian sự cố… Người ta xác định điện áp tiếp
xúc cho phép và điện áp bước cho phép:

+ Đối với người cân nặng 50Kg:
Et.x.c.p50 =

.(1000 + 1,5CSS) [V]

(1.3a)

Eb.c.p50 =

.(1000 + 6CSS) [V]

(1.3b)

+ Đối với người cân nặng 70Kg :
Et.x.c.p70 =

.(1000 + 1,5CSS) [V]

(1.4a)

Eb.c.p70 =

.(1000 + 6CSS) [V]

(1.4b)

Bước 2 : Kế tiếp ta đưa ra thiết kế sơ bộ nối đất chỉ sử dụng các điện cực nằm
ngang nối với nhau thành một ô mắt lưới (chưa sử dụng các cực).Với ô lưới này ta xác
định các trị số sau:
+ Điện trở mạng nối đất Rg

Rg = tt [

] [Ω] ]

(1.5)

Trong đó:
L: Tổng chiều dài điện cực nối đất.[m]
S: Diện tích lưới nối đất.[m2]
h: Độ chơn sâu của lưới.[m]
+ Dịng cực đại tản vào lưới nối đất, IG được xác định theo cơng thức sau:
IG = Sf.Df.Cp.I

(1.6)

Trong đó:
I: giá trị hiệu dụng dòng sự cố chạm đất đối xứng [A]
Df: Hệ số tắt dần
Cp: hệ số hiệu chỉnh thiết kế khi xét đến sự gia tăng của dòng điện sự cố

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

16


Sf: hệ số phân dịng điện do có một phần dịng điện sự cố tản vào đất thơng
qua các dây chống sét, dây trung tính được nối đất.
+ Độ dâng thế:

Edâng thế = IG.Rg [V]

(1.7)

Bước 3: Bước tiếp ta tính các điện áp ơ lưới, và điện áp bước tính tốn sau đó so
sánh độ dâng thế đất, điện áp ô lưới với các giá trị điện áp tiếp xúc cho phép và điện áp
bước cho phép.
+ Điện áp ô lưới:
lưới =

[V]

(1.8)

Trong đó:
L: Tổng chiều dài điện cực nối đất.[m]
tt: Điện trở suất tính tốn của đất.[ Ω] m]
Km: Hệ số khoảng cách (hình học) của hệ thống nối đất, được các định theo
cơng thức Several:
Km =

(1.9)

Trong đó:
D: Khoảng cách các thanh dẫn của lưới. D =

n: Số thanh dẫn trung bình, n =

[m]

và được làm số nguyên.

Kh: Hệ số biểu thị ảnh hưởng độ sâu (h) của lưới nối đất.
Kh =

, trong đó h0 = 1m từ lưới nối đất đến đất nền.

Kii : Hệ số liên hệ sự phân bố cọc.
+ Kii = 1 khi cọc đóng khắp diện tích lưới hay đóng theo chu vi lưới,ở góc lưới.
+ Kii =

Khi lưới nối đất khơng có cọc điện cực.

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

17


Ki : là hệ số hiệu chỉnh với Ki = 0,644 + 0,148.n

(1.10)

+ Điện áp bước tính tốn:
E bước tính tốn =

Với L = L1 + 1,15Lcọc [V]

(1.11)

Cịn KS là hệ số hình học của lưới nối đất:
KS = [

]

(1.12)

Nếu Edâng thế > Etiếp xúc cho phép Và Eô lưới > Etiếp xúc cho phép thì điều tất yếu là phải bổ
sung điện cực nối đất nằm ngang hoặc đóng thêm các cọc điện cực nối đất thẳng đứng
vào mạng nối đất trong thiết kế sơ bộ.
Sau đó tính tốn lại từ bước tính Rg, Edâng thế, lưới, … và cứ mỗi lần bổ sung điện
cực nối đất đều phải tính lại cho đến khi nào đạt được chỉ tiêu.
lưới tính tốn < Etiếp xúc cho phép.

(1.13a)

E bước tính tốn < E bước cho phép.

(1.13b)

Hệ thống nối đất an tồn ở các TBA có bộ phận chủ yếu là lưới các điện cực
nằm ngang chôn trong đất. Tiêu chuẩn của nối đất an tồn khơng được thể hiện bởi
giá trị của điện trở nối đất mà được thể hiện bởi các giá trị của điện áp bước và
điện áp tiếp xúc, các điện áp này không gây nên tử vong do rung tim. Điện áp tiếp
xúc và điện áp bước lớn nhất cho phép khi chạm điện gián tiếp được xác định bởi
công thức:
+ Đối với người cân nặng 50Kg: công thức (1.3a) và (1.3b).
+ Đối với người cân nặng 70Kg: công thức (1.4a) và (1.4b).
Trong các công thức trên:

1000: Trị số điện trở cơ thể người.
ts:Thời gian duy trì dịng điện qua người, cũng là thời gian duy trì sự cố (s).
Css: Do trong khu vực TBA thường có rải một lớp sỏi đá trên bề mặt đất nên dưới
chân người sẽ là một môi trường đất khơng đồng nhất. Lớp sỏi đá có độ dày h s và có
điện trở suất s, thơng thường hs = (0,08  0,15)m và s = (2000  3000)m còn bên
dưới là lớp đất với điện trở suất là .
Dùng phương pháp soi gương để dưa môi trường đất không đồng nhất này
(hình 1.3a) về mơi trường đồng nhất (hình 1.3b) với điện trở suất như trên

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

18


hình vẽ.

hs

s

//////////////////////////////
Css
///


//////////////////////////////////////
(a)

(b)

Hình 1.3: Chuyển mơi trường khơng đồng nhất thành môi trường đồng nhất.
Hệ số hiệu chỉnh điện trở Cs, theo , s, được xác định gần đúng theo công thức
của Jackson và Several.
Cs = 1- 0,09.

(1.14)

Khi: s =  hoặc khi hs = 0 sẽ được Cs.s = .
Như đã biết khi điện cực nối đất là đĩa kim loại trịn bán kính r đặt trên bề mặt
của đất có điện trở suất  sẽ cho điện trở nối đất là:
R=

[Ω] ]

(1.15)

Do vậy điện trở nối đất của bàn chân người với giả thiết bàn chân người là dẫn
điện lý tưởng và có đường kính là 16cm.
Rch =

3

(1.16)

Nếu bỏ qua điện trở nối đất tương hổ giữa các bàn chân thì điện trở nối đất hệ hai
bàn chân sẽ là:
+ Trong tính tốn điện áp tiếp xúc:
(1.17)

(do điện trở nối đất của các bàn chân ghép song song với nhau)
+ Trong tính tốn điện áp bước:
2×Rch = 6Css

(1.18)

(do điện trở các bàn chân được ghép nối tiếp với nhau)

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

19


*Trường hợp hệ thống với 2 lớp đất phía dưới lớp đá bề mặt có điện trở suất của đất
khác nhau thì ta áp dụng cơng thức 1.19 để tính toán điện trở suất biểu kiến của cọc
qua 2 lớp đất:
a =

[Ω] .m]

(1.19) [4]

Trong đó:
1: Điện trở suất của lớp đất trên [Ω] .m]
2: Điện trở suất của lớp đất dưới [Ω] .m]
h1: Độ cao lớp đất phía trên [m]
h2: Độ cao lớp đất phía dưới tính từ giao điểm 2 lớp đất đến đáy cọc [m]
l: chiều dài cọc nối đất của lưới nối đất [m]

Sinh viên thực hiện: Võ Quang Tùng

Hướng dẫn: Ts.Phan Đình Chung

20