Kỹ thuật cao áp : Nối đất trong hệ thống điện part 3 pot

Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

13

số lớn hơn
()
R
xk

> 1 . Bảng 6-5 đề xuất các giới hạn về chiều dài điện cực của nối đất
phân bố dài trong các vùng đất có điện trở suất khác nhau khi có dòng điện sét có biên
độ
I
kA= 40
và độ dài đầu sóng


ds
s
=
ữ
36 .
Trong trờng hợp phải dùng hình thức nối đất tổ hợp (thờng là một số cọc đợc
liên hệ với nhau bởi thanh nối) thì
việc tính toán điện trở tản xung kích
của hệ thống đợc tiến hành theo
các bớc sau đây:

Tính toán trị số điện trở tản

xoay chiều cuả từng bộ phận nối đất
riêng lẻ.

Phân bố dòng điện sẽt
cho từng bộ phận nối đất bằng cách
chia tỷ lệ ngịch với trị số điện trở tản
để xác định hệ số xung kích và trị số
điện trở tản xung kích của chúng.














Bảng 6-5.

Giới hạn về chiều dài điện cực của nối đất phân bố dài
( khi
I
kA
=
40 và

ds
s
=
ữ
36)






















Hình 6 -9

Quan hệ của điện trở tản xoay chiều R,
tổng trở xung kích Z
xk
và Z
0
theo chiều dài
điện cực của nối đất phân bố dài trong
các vùng đất có điện trở suất khác nhau

ds
= 3s) ; E
0
= 14kV/cm
180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

I=0
I=10kA

I=20kA
I=40kA
Z
0

Z
u

R
I=0
I=10kA

I=20kA
I=40kA
Z
0

Z
u

I=0
I=10kA

I=20kA

I=40kA
Z
0

Z
u

R
R
P=2x10
3
m
P=4x10
3
m
20 40 60 80 m
R Z Z
U
l
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

14

()

.m
5.10
2

10.10
2
20.10
2
40.10
2

()
lm
gh

25
ữ35 45ữ50 60ữ80 80 ữ100


Điện trở tản xung kích của hệ thống đợc xác định theo công thức:

R
R
n
R
R
n
RR
RR
RnR
xkht
xkc
xkt
xkc

xkt
xk
xkc xkt
xkc xkt xk
=
+
=
+
11

.
.
(6-18)

R
xkc
điện trở tản xung kích của một cọc.

R
xkt
điện trở tản xung kích của thanh nối.

n số cọc.


xk

hệ số sử dụng xung kích của nối đất.
Hệ số sử dụng xung kích có trị số bé hơn so với hệ số sử dụng xoay chiều vì khu
vực tia lửa điện xung quanh điện cực đã làm tăng ảnh hởng giữa chúng với nhau. Việc

tính toán hệ số sử dụng xung kích rất phức tạp vì nó phụ thuộc vào quá trình phóng điện
trong đất tức là phụ thuộc vào biên độ dòng điện, điện trở suất và đặc tính xung kích
của đất do đó hệ số này thờng đợc xác định bằng thực nghiệm trên mô hình.

Đ 6-3. lựa chọn các phơng án nối đất hợp lý.

Bộ phận nối đất có trị số điện trở tản càng bé sẽ càng thực hiện đợc tốt nhiệm
vụ tản dòng điện trong đất và giữ đợc mức điện thế thấp trên các vật đợc nối đất.
Tuy nhiên việc giảm thấp điện trở tản đòi hỏi phải tốn rất nhiều kim loại và khối lợng
thi công. Do đó việc xác định tiêu chuẩn của nối đất và lựa chọn các phơng án nối đất
phải sao cho hợp lý về kinh tế kỹ thuật.
1. Đối với đất làm việc trị số điện trở nối đất cho phép quyết định bởi yêu cầu
của tình trạng làm việc của từng thiết bị cụ thể, ở đây không xét tới.
Trị số điện trở nối đất cho phép của nối đất an toàn (bảo vệ) đợc chọn sao cho
các trị số điện áp bớc và tiếp xúc (xem hình 6-4) trong mọi trờng hợp đều không vợt
quá giới hạn cho phép. Cho đến nay vẫn cha có đầy đủ số liệu để xác định trị số điện
áp cho phép đối với ngời theo quan điểm an toàn vì chúng phụ thuộc vaò rất nhiều yếu
tố. Một trong các yếu tố rất quan trọng là thời gian tác dụng của điện áp, nếu thời gian
này giảm thì điện áp chịu đựng của ngời sẽ tăng lên. Điều đó cho phép làm nhẹ yêu
cầu đối với nối đất an toàn trong các thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất lớn (
I
A
> 500 )
vỉ ở đấy thời gian tồn tại của ngắn mạch rất ngắn và quyết định bởi thời gian
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

15

ngắn mạch tác động của hệ thống bảo vệ rơle. Ngoài ra khi thời gian có ngắn mạch
chạm đất ngắn thì xác suất có ngời trong khu vực có điện áp tăng cao lúc sự cố sẽ
giảm rất nhiều. Theo các quy trình hiện hành, tiêu chuẩn nối đất an toàn đợc quy định
nh sau:

Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đát (dòng điện ngắn
mạch chạm đất lớn) trị số điện trở nối đất cho phép:

R

05,

(6-9)

Đối với thiết bị có điểm trung tính cách điện (dòng điện ngắn mạch chạm đất
bé) thì:

R
I

250

(6-20)
nếu phần nối đất này chỉ dùng cho các thiết bị cao áp và

R
I

125
(19-21)

khi dùng chung cho cả phần cao áp và hạ áp nhng không đợc quá 10
.
Khi trong lới điện không đặt cuộn dập hồ quang ( cuộn Pêtecxen) thì dòng
điện I sẽ là dòng điện dung của toàn lới:

IU C
ph
=
3



U
ph
điện áp pha.

C

điện dung của pha đối với đất.
Trong trờng hợp có bù dòng điện dung, dòng điện tính toán I sẽ là dòng điện d
( phần cha đợc bù) với giả thiết trong lới đã cắt cuộn dây dập hồ quang có công suất
lớn nhất và trong mọi trờng hợp dòng điện này đều đều không đợc lớn quá 30A.
Dòng điện tính toán của nối đất tại các trạm có đặt cuộn dây hồ quang sẽ lấy bằng
125%I
dm
của cuộn dây dập hồ quang.
Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, nối đất làm việc và nối đất an toàn ở
các cấp điện áp khác nhau thờng đợc nối thành hệ thống chung. Việc nối đất riêng rẽ
theo từng loại nối đất và theo từng cấp điện áp có u điểm là dòng điện ngắn mạch
chạm đất đi trong bộ phận nối đất này sẽ không làm tăng điện áp ở bộ phận nối đất

khác; nhng thực hiện sự cách ly giữa chúng sẽ gặp rất nhiều khó khăn và nhiều khi
không thể đợc. Khi nối thành hệ thống chung, phải đạt đợc yêu cầu của loại nối đất
nào đó có trị số điện trở nối đất cho phép bé nhất.
Trong thực hiện nối đất, cần tận dụng các hình thức nối đất có sẵn ví dụ các
đờng ống ( ống nớc, vỏ cáp) và các kết cấu kim loại của công trình chôn trong đất,
móng bê tông cốt thép v.v
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

16

Việc tính toán điện trở tản của các đờng ống chôn trong đất hoàn toàn giống
với điện cực tia nhng do tác dụng của điện cảm nên độ dài điện cực không nên lấy quá
1 km.
Trong thời gian gần đây đã tiến hành nghiên cứu nhiều về tác dụng nối đất của
móng bê tông cốt thép. Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong vùng đất ẩm ( có

310
4
) cm và sau thời gian thi công vài tháng lớp bê tông của móng sẽ trở thành
môi trờng có trị số điện dẫn cao và ổn định. Do đó có thể xem phần cốt thép đặt trong
móng và chân cột bê tông nh các điện cực nối đất. Có thể sử dụng các công thức tính
toán thông thờng để tính điện trở nối đất của chân cột và móng bê tông chỉ cần chú ý
các điểm sau đây:

Do nối đất làm việc trong môi trờng không đồng nhất " đất - bê tông" nên
điện trở suất của nó lớn hơn so với trị số điện trở suất của đất thuần tuý và trong tính
toán lấy tăng thêm 25 %.

Vì khung cốt thép không phải là cực đặc mà là do các thanh đan lại với nhau
thành lới nên phải hiệu chỉnh bằng cách thân thêm hệ số
= 1,4, đó là hệ số chuyển từ
cực lới sang cực đặc.
Đối với các thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất bé khi điện trở tản của các
phần nối đất có sẵn đạt đợc yêu cầu về trị số điện trở cho phép thì không cần phải có
thêm phần nối đất nhân tạo, nhng đối với các thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm
đất lớn thì dù các phần nối đất có sẵn đã đạt yêu cầu về trị số điện trở cho phép vẫn phải
đặt thêm bộ phận nối đất nhân tạo với trị số điện trở tản không quá 1
. Đối với nối đất
an toàn, song song với việc thực hiện yêu cầu về trị số điện trở nối đất cần phải sử dụng
các biện pháp cân bằng điện áp tạo nên sự phân bố điện áp đều đặn trên mặt đất, làm
giảm trị số điện áp bớc và điện áp tiếp xúc. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các
thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất lớn. Với mục đích đó, thờng dùng nối đất
mạch vòng bố trí dọc theo chu vi trạm để làm tăng điện áp của phần mặt đất ở bên
trong và nh vậy sẽ giảm đợc trị số điện áp tiếp xúc và điện áp bớc.
2. Loại nối đất chống sét thờng gặp là nối đất của cột thu sét, cột điện và nối
đất của hệ thống thu sét ở trạm biến áp và nhà máy điện.
Do bộ phận nối đất của cột thu sét và cột điện thờng bố trí độc lập ( không có
liên hệ với các bộ phận khác) nên cần sử dụng hình thức nối đất tập trung do có hiệu
quả tản dòng điện tốt nhất. Nối đất cột điện là một vấn đề có ý nghĩa rất lớn về kinh tế
và kỹ thuật. Khi xét đánh vào đờng dây, phần điện áp giáng trên bộ phận nối đất cột
điện chiếm tỷ lệ khá lớn trong toàn bộ điện áp tác dụng lên cách điện đờng dây, do đó
nếu nối đất có trị số điện trở tản bé sẽ hạn chế đợc khả năng phóng điện ngợc tới dây
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

17

dẫn, đảm bảo vạn hành an toàn. Nhng việc giảm điện trở nối đất sẽ phải huy động
nhiều sắt thép và khối lợng thi công do đó tiêu chuẩn nối đất cột điện phải đợc quy
định sao cho hợp lý. Hiện nay tiêu chuẩn nối đất cột điện đợc quy định theo điện trở
suất của đất và cho ở bảng 6-6. Vì không thể đo trực tiếp trị số điện trở tản xung kích
nên chỉ quy định về trị số điện trở tản xoay chiều, có thể căn cứ vào sơ đồ của nối đất
và trị số dòng điện sét để xác định hệ số xung kích và từ đó suy ra trị số điện trở tản
xung kích.
Bảng 6-6
Tiêu chuẩn nối đất cột điện

Điện trở suất của đất

(
. cm)
Điện trở nối đất của cột điện
(
)


10
4


10 510
44
<

.
510 10
45

. <


10
5
<


10
15
20
30

Khi đờng dây đi qua các vùng đất ẩm
(
)

310
4
cm , nên tận dụng phần nối
đất có sẵn của móng và chân cột bê tông để bổ sung hoặc thay thế cho phần nối đất
nhân tạo.
Đối với nối đất của hệ thống thu sét ở các trạm biến áp ( chơng XVIII), khi bộ
phận thu sét đặt ngay trên xà trạm thì phần nối đất chống sét buộc phải nối chung với
mạch vòng nối đất an toàn của trạm. Nh vậy sẽ gặp trờng hợp nối đất phân bố dài,
tổng trở xung kích Z
xk
có thể lớn gấp nhiều lần so với trị số điện trở tản xoay chiều làm
tăng phần điện áp giáng trên bộ phận nối đất và có thể gây nên phóng điện ngợc tới
phần mang điện của trạm. Do đó việc thực hiện nối đất chung (giữa nối đất chống sét và

nối đất an toàn) thờng chỉ đợc tiến hành ở các trạm biến áp 110kV và điện áp cao
hơn vì có trị số điện trở tản của mạch vòng nối đất an toàn bé
()
R 05,
và có mức
cách điện cao. Ngoài ra còn phải tiến hành một số biện pháp bổ sung nh ở các chỗ đi
vào đất của hệ thống thu sét có đóng thêm cọc; không đặt bộ phận thu sét trên xà máy
biến áp; khoảng cách theo mạch dẫn điện trong đất từ chỗ nối đất của máy biến áp tới
chỗ nối đất của hệ thống thu sét phải từ 15m trở lên v.v
Các biện pháp này nhằm mục đích gỉam phần điện áp giáng trên bộ phận nối đất
và bảo vệ an toàn cho máy biến áp là thiết bị điện quan trọng nhất của trạm.
Kỹ thuật cao áp. Bộ môn: Năng lợng điện

Trờng Đại học Kỹ Thuật công Nghiệp Thái Nguyên.

18

Để cải thiện nối đất của trạm thờng kéo dây chống sét dùng bảo vệ đờng dây
vào tận xà trạm. Các yêu cầu kỹ thuật trong trờng hợp này hoàn toàn giống nh khi
đặt bộ phận thu sét trên xà trạm.