Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp chương 4

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Ch ơng 4
Tính toán nối đất cho trạm 110/35 kv
4.1- Giới thiệu chung và một số vần đề kỹ thuật khi tính
toán nối đất trạm biến áp.
Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên
vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ
quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đờng dây, các
thiết bị chống sét phải đợc tính toán cụ thể trong khi thiết kế.
Nối đất làm việc .
Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thờng của thiết bị, hoặc một số
bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ nối đất trực tiếp. Thờng là nối
đất điểm trung tính máy biến áp. Trong hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp
nối đất, nối đất của máy biến áp đo lờng và các kháng điện dùng trong bù ngang
trên các đờng dây cao áp truyền tải điện.
Nối đất chống sét .
Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất (khi sét đánh vào cột thu lôi
hay đờng dây) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh tr-
ờng hợp phóng điện ngợc từ cột thu lôi đến các thiết bị cần đợc bảo vệ.
Nối đất an toàn .
Có tác dụng đảm bảo an toàn cho con ngời khi cách điện bị h hỏng. Thực hiện
nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện nh vỏ
máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại để khi cách điện bị h hỏng do lão
hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhỏ không nguy hiểm (nếu
không nối đất thì điện thế này sẽ làm nguy hiểm đến con ngời khi chạm vào
chúng). Do đó nối đất các bộ phận này là để giữ điện thế thấp và bảo đảm an toàn
cho con ngời khi tiếp xúc với chúng.Về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống
nối đất nói trên nhng trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các
nhiệm vụ. Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu của các thiết bị khi
có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ.
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang

1
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng
của nối đất tốt hơn an toàn hơn. Nhng để đạt đợc trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất
tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp đợc cả hai yếu tố là
đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế.
Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất:
+ Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả
mãn: R 0,5.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toàn trang 189 giáo trình kỹ thuật điện
cao áp).
+ Đối với các thiết bị có điểm trung tính không trực tiếp nối đất thì:

I
R
250
+ Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một hệ thống
nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì:

I
125
R
+ Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêu cầu
của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì khong cần nối đất nhân tạo
nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối với các thiết bị cao áp
có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất nhân tạo và yêu cầu
trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: R 1.
Bất kỳ một hệ thống nối đất nào cũng phải có các điện cực chôn trong đất và
nối với thiết bị mà ta cần nối đất (điện cực thờng sử dụng là các cọc sắt thẳng
đứng hay các thanh dài nằm ngang) các điện cực này đợc chôn trong đất
có mức tản dòng điện sét phụ thuộc vào trạng thái của đất (vì đất là môi trờng

không đồng nhất, khá phức tạp, nó phụ thuộc vào thành phần của đất nh các loại
muối, a xít ... chứa trong đất ). Điều kiện khí hậu cũng ảnh hởng đến độ dẫn điện
của đất.
ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa độ ẩm của đất cũng thay đổi theo
dẫn đến điện trở suất cuả đất cũng biến đổi trong phạm vi rộng. Do vậy trong tính
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
2
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo lờng
thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng cờng an toàn.
Công thức hiệu chỉnh nh sau:
tt
=
đ
.K
m
Trong đó:

tt
: là điện trở suất tính toán của đất.

đ
: điện trở suất đo đợc của đất.
K
m
: hệ số mùa của đất.
Hệ số K phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực.
Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110/35kV và các cột thu lôi độc
lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt
nhất.

Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xà nên phần nối đất chống sét ta nối chung
với mạch vòng nối đất của trạm.
4.2- Các số liệu dùng để tính toán nối đất .
Điện trở suất đo đợc của đất:
đ
= 1,3.10
4
/cm =1,3.10
2
/m.
Điện trở nối đất cột đờng dây: R
c
= 20 .
Dây chống sét sở dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: R
o
=2,38/km.
Chiều dài khoảng vợt đờng dây là:
Đối với 110kV: l = 150m.
Dạng sóng tính toán của dòng điện sét:



=
<=
dss
dss
khiII
tkhit.aI
Trong đó:
a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/às

I: biên độ dòng điện sét I = 150kA

đs
: thời gian đầu sóng lấy bằng 5às =
s
a
I
s
ds
à=== 5
30
150
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
3
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

I
s

đs
I t
Hình (41) :
Dạng sóng của dòng sét.
4.3- trình tự tính toán .
Trạm điện thiết kế có điện áp là 110/35kV, phía 110kV là mạng điện có trung
tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đất an toàn là: R 0,5 .
Thành phần điện trở nối đất R gồm hai thành phần:
+ Điện trở nối đất tự nhiên (R
tn
).

+ Điện trở nối đất nhân tạo (R
nt
).
Đối với các thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (có dòng chạm đất lớn)
thì yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo phải có trị số nhỏ hơn 1.
Vậy điều kiện nối đất là:





)(R
)(,R//R
t.n
t.nn.t
1
50
Từ đó rút ra:
)(
,R
,.R
R
n.t
n.t
t.n



50
50

4.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên .
R
t.n
= 1,25 (đã cho trớc).
4.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo .
)(,
,,
,.,
,R
,.R
R
n.t
n.t
t.n
=

=

8330
50251
50251
50
50
Ta sẽ tính toán thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở nối đất
nhân tạo là: R
n.t.yc
0,833 .
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
4
(4 1 )

(4 2 )
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
4.3. 3 - Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV .
Đối với trạm biến áp 110kV khi thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng
hình thức nối đất theo mạch vòng có chôn cọc.
Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật ABCD có kích thớc nh sau:
Chiều dài l
1
= 57m ; Chiều rộng l
2
= 56,55m.
Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm nh hình (4 2 ):
Hệ thống nối đất mạch vòng của trạm ta chọn cọc loại thép góc 50x50x5,
chiều dài l =2,5m với lý do là để thuận lợi cho việc thi công mà vẫn đảm bảo độ
dẫn điện tốt. Mạch vòng nối giữa các cọc dùng loại sắt dẹt có kích thớc 50x5.
Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm nh hình (4 3 ):
a: là khoảng cách giữa các cọc theo chu vi mạch vòng.
l: chiều dài cọc l = 2,5m.
t: độ chôn sâu cọc t =0,8m.

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
5
B
A
D
C
Hình (4 2 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm.
l
1
l

2
t
a
l=2,5m
Hình (4 3 ): Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Điện trở tản nhân tạo đối với mạch vòng có chôn cọc đợc xác định theo công
thức sau:
)(
R..n.R
R.R
R
v.mcv.mc
v.mc
t.n
34

+
=
Trong đó:
R
c
: là điện trở tản nối đất của cọc ().
R
m.v
: là điện trở tản nối đất của mạch vòng ().
n : là số cọc sử dụng.

m.v
và

c
: tơng ứng là hệ số sử dụng mạch vòng, sử dụng cọc phụ thuộc
vào số cọc và tỷ số
l
a
Tính điện trở của mạch vòng quanh trạm R
m.v
:
)()(
d.t
L.k
ln
L..
R
v.m
44
2
2









=
Trong đó:
=

đo
.K
mùa (thanh)
là điện trở suất tính toán của mạch vòng.Tra bảng (21)
sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA ta có:
K
mùa (thanh)
= 1,6 vậy = .1,6 = 2,08.10
2
(.m).
L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l
1
+ l
2
) = 2.(57+56,55) = 227,1m.
d là đờng kính thanh nối: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10
-2
m.
t là độ chôn sâu (để đảm bảo cho ổn định ) : t = 0,8m.
k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất . Ta có:
1007951
5556
57
2
1
== ,
,l
l
Tra bảng (2 5) sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA đợc k = 5,53.
Thay số vào biểu thức (4 3) ta có:

).(,
.,.,
,.,
ln
,.,.
.,
d.t
L.k
ln
L..
R
v.m
=








=

=

42
105280
1227535
12271432
10082
2
2
222
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
6