Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở tp hồ chí minh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.6 MB, 114 trang )
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
NGUYỄN QUỐC VĂN
NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬ DỤNG HÓA
CHẤT CẢI TẠO ĐẤT CHO HỆ THỐNG LƯỚI NỐI ĐẤT
TRẠM BIẾN ÁP CAO THẾ Ở TP.HỒ CHÍ MINH
Chuyên ngành : Thiết Bị Mạng Và Nhà Máy Điện
Mã số ngành: 2.02.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2005
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học :.............................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
Cán bộ chấm nhận xét 1 : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
Cán bộ chấm nhận xét 2 :(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
………………….……………………………………………………………..
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm 200. .
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: ........................................................................Phái: ...............................
Ngày, tháng, năm sinh: ..............................................................Nơi sinh: ........................
Chuyên ngành: ..........................................................................MSHV:............................
I- TÊN ĐỀ TÀI: ................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong Quyết định
giao đề tài): .........................................................................................................................
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:.......................................................................
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): .......................................
.............................................................................................................................................
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký)
CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH
Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua.
TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH
Ngày
tháng
năm
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH
(Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV)
LờI CảM ƠN
Sau thời gian học tập, nghiên cứu tại Trờng Đại Học
Bách Khoa Tp.HCM, em đà đợc các thầy cô trang bị v
truyền đạt những kiến thức v những kinh nghiệm quý báu.
Đặc biệt trong suốt quá trình học cao học tại trờng, em đÃ
đợc cũng cố v nâng cao kiến thức của mình.
Em xin chân thnh cảm ơn:
- Ban giám hiệu trờng Đại Học Bách Khoa.
- Khoa Điện - Điện Tử , phòng Quản lý Khoa Học
sau đại học, Bộ môn Hệ thống điện.
- Thầy hớng dẫn: Tiến Sĩ Hồ Văn Nhật Chơng.
- Thầy: Tiến Sĩ Nguyễn Hong Việt.
- Tất cả các thầy cô Bộ môn Hệ Thống Điện
ĐÃ tận tình hớng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ, tạo nhiều
điều kiện thuận lợi cho em hon tất khóa học ny.
Thnh phố HCM ngy 28 tháng 9 năm 2005
Nguyễn Quốc Văn
TÓM TẮT LUẬN VĂN
MỞ ĐẦU
Nối đất cho trạm cao áp đã được áp dụng trong hệ thống điện từ rất lâu,
Nhằm mục đích vận hành lưới điện, an tồn cho người vận hành và tản dòng điện sự
cố.
Đề tài này sẽ đề xuất biện pháp làm giảm giá trị điện trở nối đất hệ thống nhỏ
hơn 0.5Ω cho trạm biến áp cao thế có diện tích hữu hạn bằng cách sử dụng hóa chất
cải tạo đất chơn xung quang cọc hoặc thanh nối đất.
Công việc nghiên cứu này sẽ mang lại các giá trị thực tiễn như sau:
1) Nhận được kết quả từ một mơ hình tốn học mới
2) Kết quả nhận được có thể sử dụng làm tài liệu giảng dạy, thiết kế cụ
thể hệ thống nối đất cho trụ điện, các cơng trình kiến trúc, trạm biến
áp cao thế có diện tích hữu hạn, đồng thời cũng có thể thiết kế hệ
thống nối đất cho các trạm thông thường mà việc sử dụng biện pháp
này sẽ mang lại hiệu quả cao về mặt kinh tế và kỹ thuật.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Thống kê về xác suất Sét, sét là một hiện tượng rất nguy hiểm cho mạng lưới
điện, trạm điện và con người, nên cần phải nghiên cứu tản dòng sét xuống đất
CHƯƠNG II:
CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ AN TOÀN VÀ
NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Nêu lên các lý thuyết cơ bản về sự cố chạm đất, Điện áp bước, Điện áp tiếp
xúc (điện áp chạm), đường quay trở về của dòng điện, gradien điện áp, hệ thống nối
đất, điện áp lan truyền
CHƯƠNG III:
CÁC MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
KHI SỬ DỤNG HOÁ CHẤT CẢI TẠO ĐẤT
Dùng các lý thuyết về trường điện từ đưa ra các cơng thức tốn học về các hệ
thống nối đất khi chưa sử dụng hóa chất cải tạo đất và sau khi sử dụng hóa chất cải
tạo đất như thanh nối đất, cọc nối đất, lưới thanh nối đất, hệ cọc nối đất và hệ thống
gồm lưới thanh và hệ cọc.
CHƯƠNG IV:
CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN
Thơng qua các cơng thức tính tốn ở chương IV, viết chương trình tính giá trị
điện trở nối đất của cọc, hệ cọc, thanh, lưới thanh, hệ thống gồm lưới thanh và hệ
cọc cho các trường hợp trước và sau khi sử dụng hóa chất cải tạo đất.
CHƯƠNG V: ÁP DỤNG TÍNH TỐN CHO MỘT SỐ BÀI
TỐN CỤ THÊ
Chạy chương trình và thu thập các số liệu cụ thể về các loại nối đất, từ đó đưa ra
các nhận xét về kết quả tính tốn đó.
CHƯƠNG VI:
SO SÁNH KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH ĐỀ TÀI VỚI PHẦN
MỀM TRỢ GIÚP THIẾT KẾ NỐI ĐẤT GEM
Cho ví dụ số liệu cụ thể để chạy chương trình trợ giúp thiết kế nối đất GEM của
hãng ERICO và chương trình đề tài, thu số liệu và so sánh hai kết quả đó.
CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Từ nhận xét ở chương VI, đưa ra các nhận định về lợi thế của việc sử dụng hóa
chất cải tạo đất cho hệ thống nối đất các trạm, từ đó đề xuất một giải pháp hiệu quả
hơn trong việc thiết kế hệ thống nối đất cho các trạm điện cao thế ở những nơi có
điện trở suất đất thấp và diện tích nhỏ, hoặc có thể thiết kế cho các trạm điện, trụ
điện thơng thường vì tính tối ưu kinh tế trong việc tiết kiệm kim loại làm điện cực
nối đất.
Từ đó viết chương trình thiết kế và tính tốn cụ thể cho giải pháp đã nêu ra.
Mục Lục
MỞ ĐẦU……………………………………………………………. Trang 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN………………………………………… Trang 2
CHƯƠNG II: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ AN TOÀN VÀ NỐI ĐẤT
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1- Sự cố Chạm đất……………………………………………… Trang 4
2.2- Điện áp tiếp xúc và điện áp bước……………………………. Trang 6
2.2.1- Điện áp bước………………………………………… Trang 7
2.2.2- Điện áp tiếp xúc……………………………………
Trang 8
2.3- Đường quay trở về của dòng điện…………………………
Trang 8
2.4- Gradien điện áp…………………………………………… Trang 10
2.5- Mạng lưới nối đất…………………………………………
Trang 10
2.6- Điện áp lan truyền………………………………………… Trang 13
CHƯƠNG III: CÁC MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
KHI SỬ DỤNG HÓA CHẤT CẢI TẠO ĐẤT
3.1- Các biện pháp cải tạo đất………………………………………
Trang 14
3.2- Xác định và xây dựng cơng thức tính tốn điện trở nối đất khi áp dụng
biện pháp cải tạo đất bằng hóa chất
3.2.1- Điện trở nối đất của cọc thẳng đứng
3.2.1.1- Hố khoan có dạng hình trụ trịn……………………Trang 14
2.1.2- Hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật…………… Trang 19
3.2.2- Điện trở nối đất của điện cực ngang
3.2.2.1- Hố khoan có dạng hình trụ trịn ngang……………Trang 20
3.2.2.2- Hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật ngang…… Trang 25
3.2.3- Điện trở nối đất của điện cực chôn nổi
3.2.3.1- Khi chưa sử dụng hóa chất cải tạo đất…………………Trang 26
3.2.3.2- Khi sử dụng hóa chất cải tạo đất…………………………Trang 26
3.2.3.3- Quy đổi hệ thanh (cọc) có sử dụng hóa chất cải tạo đất
thành thanh (cọc) đơn thuần………………………………………………………Trang 26
3.2.4- Cơng thức tính điện trở nối đất của hệ thống gồm hệ cọc và
lưới…………………………………………………………………………… Trang 26
CHƯƠNG IV: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN
4.1- Chương trình tính điện trở nối đất của cọc và hệ cọc ……
Trang 28
4.2- Chương trình tính điện trở nối đất của thanh và lưới ………Trang 30
4.3- Chương trình tính điện trở nối đất của hệ thống gồm hệ cọc và lưới
………………………………………………………………………
Trang 34
CHƯƠNG V: ÁP DỤNG TÍNH TỐN CHO MỘT SỐ BÀI TỐN CỤ THỂ
5.1- Tính toán cụ thể cho cọc và hệ cọc nối đất…………………
Trang 39
5.2- Tính tốn cụ thể cho thanh và lưới nối đất…………………
Trang 45
5.3- Tính tốn cụ thể cho hệ thống nối đất gồm hệ cọc và lưới… Trang 52
CHƯƠNG VI: SO SÁNH KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH ĐỀ TÀI VỚI
PHẦN MỀM TRỢ GIÚP THIẾT KẾ NỐI ĐẤT GEM
6.1- Giới thiệu về phần mềm trợ giúp thiết kế GEM…………
Trang 58
6.2- Sử dụng phần mềm trợ giúp thiết kế GEM………………
Trang 59
6.3- Ứng dụng phần mềm trợ giúp thiết kế GEM trong thiết kế nối đất cọc,
thanh và lưới cọc………………………………………………
Trang 62
6.4- Kềt quả tính tốn của luận văn………………………………… Trang 63
6.5- So sánh kết quả tính tốn giữa GEM và Luận văn (LV)…… Trang 65
CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ………………………… Trang 67
PHẦN PHỤ LỤC
1. Phụ lục 1: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (1)…………… Trang 77
2. Phụ lục 2: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (2)…………… Trang 78
3. Phụ lục 3: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (3)…………… Trang 80
4. Phụ lục 4: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (4)…………… Trang 80
5. Phụ lục 5: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (5)…………… Trang 81
6. Phụ lục 6: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (6)…………… Trang 82
7. Phụ lục 7: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (7)…………… Trang 83
8. Phụ lục 8: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (8)…………… Trang 85
9. Phụ lục 9: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (9)…………… Trang 86
10. Phụ lục 10: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (10)………… Trang 87
11. Phụ lục 11: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (11)………… Trang 87
12. Phụ lục 12: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (12)………… Trang 88
13. Phụ lục 13: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (13)………… Trang 88
14. Phụ lục 14: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (14)………… Trang 90
15. Phụ lục 15: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (15)………
Trang 92
16. Phụ lục 16: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (16)………
Trang 93
17. Phụ lục 17: Kết quả số liệu chi tiết của bài toán (17)………… Trang 95
18. Phụ lục 18: Phương pháp phân bố lưới tối ưu [13].………………………………………
19. Phụ lục 19: Giới thiệu về GEM…………………………………
Trang 99
20. Phụ lục 20: Thực hiện thiết kế một lưới nối đất cụ thể về Phương pháp
phân bố lưới tối ưu [13]………………………
Trang 99
21. Phụ lục 21: Bảng số liệu về hệ số phụ thuộc hình dạng lưới nối đất K1,
K2…………………………………………………………………………… Trang 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Các trang tiếp theo: Toàn bộ nội dung luận văn (thực hiện theo đề cương đã bảo
vệ)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]_Jinxi Microamperes, senior Member IEEE and Farid P.Dawalibi,
senior member IEEE, 2002. Analysis of Grounding systems in Soils with
finite volumes of different resistivities;
[2]_Ljubivoje M.popovie, senior member IEEE, 2000. A practical Method
for evaluation of ground fault current Distribution on Double Circuit
Parallel Lines.
[3]_Qui phạm về nối đất và nối không các thiết bị điện của Viện nghiên
cứu khoa học kỹ thuật - Bảo hộ lao động, Tổng liên đoàn lao động Việt
Nam, năm 1989;
[4]_Chuyên đề về Chống sét của GS.TS. Võ Viết Đạn – Tổng Công Ty
Điện Lực Việt Nam;
[5]_Hướng dẫn Thiết kế Lắp Đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC của
hãng Schneider do nhà xuất bản khoa học kỹ thuật năm 2000;
[6]_Thiết kế kỹ thuật dự án “Trạm biến áp 110kV Tân Sơn Nhất” và
“Trạm Biến áp 110kV Bình Chánh” do Cơng ty Tư Vấn Xây Dựng Điện 2
lập năm 2004;
[7]_Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học của TS.Văn Đình An về mạng lưới điện
Tp.HCM năm 2005;
[8]_Giáo trình Kỹ Thuật Điện Cao áp của TS. Hoàng Việt – Bộ Mơn Hệ
Thống Điện – ĐHBK TP.Hồ Chí Minh;
[9]_Giáo trình Lý Thuyết Trường Điện Từ của Ngô Nhật Ảnh và Trương
Trọng Tuấn Mỹ.
[10]_Bài Tập Trường Điện Từ của Ngô Nhật ảnh và Trương Trọng Tuấn
Mỹ.
[11]_Giáo trình Kỹ Thuật Chống Sét của khoa Điện-Điện Tử Trường Đại
Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh;
[12]_Giáo Trình An tịan điện của Bộ Mơn Cung Cấp Điện Trường Đại
Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh;
[13]_Hồ Văn Nhật Chương, Trần Quốc Quân – phương pháp thực nghiệm
tính tốn tối ưu lưới nối đất trạm biến áp cao áp. Tạp chí khoa học trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật.2005;
[14]_Hồ Văn Nhật Chương, Lê Văn Minh – thực nghiệm tính tốn tối ưu
lưới nối đất. Tạp chí Khoa học Điện và đời sống. 2005;
[15]_Hồ Văn Nhật Chương, Trần Ngọc Định – phân bổ lưới nối đất trong
trạm cao áp. Hội nghị khoa học quốc tế về điện - điện tử, năm 2004 tại
trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM;
[16]_Hồ Văn Nhật Chương, Nguyễn Hoài Trang – biểu thức thực nghiệm
để tính tốn hệ số K1, K2 cho việc tính tốn điện trở nối đất của trạm biến
áp cao áp. Tạp chí Khoa học Điện và đời sống. 2004.
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ và tên: Nguyễn Quốc Văn
Ngày, tháng, năm sinh: 15/11/1979 Nơi sinh: tỉnh Bình Định
Địa chỉ liên lạc: A6 tổ 6 ấp 1 xã Vĩnh Lộc A huyện Bình Chánh
Tp.HCM
Mobifone : 0963.336933
Q TRÌNH ĐÀO TẠO (Bắt đầu từ Đại học đến nay)
Q TRÌNH CƠNG TÁC (Bắt đầu từ khi đi làm đến nay)
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 1
MỞ ĐẦU
Nối đất cho trạm cao áp đã được áp dụng trong hệ thống điện từ rất lâu, với mục
đích vận hành lưới điện, đảm bảo an toàn cho người vận hành và tản dòng điện sự cố.
Hiện nay, hệ thống nối đất của trạm biến áp cao thế ở TP.HCM thường là một hệ
thống gồm lưới thanh và cọc thép bố trí đều trên mặt bằng trạm điện. Các thơng số kỹ
thuật yêu cầu được lấy theo tiêu chuẩn ngành Điện vốn được soạn từ tiêu chuẩn của Liên
Xô cũ trong những năm trước thập kỷ 70 thế kỷ trước. Theo quy định tại điều I 7.29
chương I.7 Tiêu chuẩn ngành 11TCN – 18 – 84: Đối với dòng điện có dịng chạm đất lớn,
trị số điện trở nối đất không được lớn hơn 0,5 Ω trong suốt năm; các Tiêu chuẩn Quốc tế
như IEC 60479 –1 – 1994, IEEE/ANSI St 80 – 1996 và CENELEC HD 637 S1 – 1999
đều đưa ra tiêu chuẩn về điện áp tiếp xúc và điện áp bước cho phép khi thiết kế nối đất.
Tuy nhiên, trong trường hợp qui mô lưới điện phát triển liên tục, nhu cầu điện tăng
rất nhanh, một số trạm cao thế phải đưa sâu vào trung tâm phụ tải và phải chấp nhận mặt
bằng chật hẹp (diện tích trạm thường rất nhỏ). Việc thiết kế hệ thống nối đất đáp ứng theo
quy định trở nên khó khăn và kém hiệu quả về mặt kinh tế. Đã có trạm xử lý khó khăn
trên bằng cách nối đất kéo dài hàng km đến hệ thống nối đất của các trạm khác hoặc
khoan nhiều cọc có độ sâu lớn, dẫn tới việc đầu tư kinh phí khá lớn mà hiệu quả khơng
cao.
Bài tốn giải quyết cho từng vấn đề trên thì không đơn giản. Viện Năng lượng đã
nghiên cứu vấn đề này theo từng chuyên mục chi tiết. Đề tài này chỉ tóm tắt một số nội
dung chính nhằm đáp ứng các yêu cầu thực tế. Với mong muốn góp phần giải quyết vấn
đề về điện trở nối đất trạm điện theo quy định, đề tài này đề xuất biện pháp làm giảm giá
trị điện trở nối đất hệ thống nhỏ hơn 0.5Ω cho trạm biến áp cao thế có diện tích hữu hạn,
bằng cách sử dụng hóa chất cải tạo đất chôn xung quang cọc hoặc thanh nối đất, từ đó
xây dựng được mơ hình tốn học mới để tính tốn các phần tử nối đất trong trường hợp
diện tích trạm biến áp hữu hạn. Công việc nghiên cứu này sẽ mang lại các giá trị thực tiễn
như sau:
1) Nhận được kết quả từ một mơ hình tốn học mới
2) Kết quả nhận được có thể sử dụng làm tài liệu giảng dạy, thiết kế cụ thể hệ
thống nối đất cho trụ điện, các cơng trình kiến trúc, trạm biến áp cao thế có
diện tích hữu hạn, đồng thời cũng có thể thiết kế hệ thống nối đất cho các
trạm thông thường mà việc sử dụng biện pháp này sẽ mang lại hiệu quả cao
về mặt kinh tế và kỹ thuật.
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 2
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
Sét là một hiện tượng rất nguy hiểm cho mạng lưới điện, trạm điện và con người.
Trong ba thập niên qua, Hệ thống điện nước ta đã phát triển với tốc độ rất nhanh cả chiều
dài, cấp điện áp truyền tải, công suất truyền tải và quy mô trạm. Những năm 70 chúng ta
mới có hệ thống 220kV thì đến năm 1993 đã có hệ thống 500kV. Nước ta nằm trong
vùng có hoạt động giơng sét mạnh (chưa phải là vùng mạnh nhất – nhưng cũng thuộc loại
có giơng sét nhiều). Với mật độ sét từ 3.5-9 lần sét đánh/1km2, số ngày giơng là vài chục
thậm chí đến 140 ngày, giờ giơng: 150-250. Vì vậy:
ª Tần suất sét đánh vào đường dây trên không và trạm biến áp cao (gấp từ 3 đến
4 lần số trung bình kiến nghị cho phép hiện nay).
ª Suất cắt điện trạm và đường dây do sét lớn (gấp khoảng 4 lần so với khuyến
nghị).
Căn cứ thống kê của EVN, trong 5 năm (từ 1996-2000), hệ thống 110kV và
220kV đã có 450 lần sự cố (153 lần sự cố vĩnh cửu), gây thiệt hại rất lớn do ngừng cung
cấp điện, hỏng thiết bị và sửa chữa, bảo dưỡng với chi phí rất lớn.
Theo kết quả tính tốn của Liên Xơ (do D.V Rajevirg và G.N Alexxandrow thực
hiện), suất cắt điện của các đường dây 110kV, 220 và 500kV ( phụ thuộc vào trị số điện
trở nối đất của cột), như sau:
Điện trở nối đất
Số lần cắt điện tăng lên (số lần tăng)
Đường dây 110kV
Đường dây 220kV
Đường dây 500kV
Tăng từ 20Ω lên
60Ω
2.3 – 2.5
2.2 – 3
4
Tăng từ 30Ω lên
80Ω
2.2
2 – 2.3
2.7 – 3.2
Bảng 1.1 số lần cắt điện
Còn độ nguy hiểm do sét (suất cắt tổng một năm/km) của đường dây như dẫn ra ở
bảng dưới đây:
Bảng 1.2 Độ nguy hiểm phụ thuộc vào điện trở nối đất R
Điện trở nối đất R (Ω)
5.6
7.2
12.3
39.6
100
200
Độ nguy hiểm khi sét đánh trực tiếp n2
0.156 0.444 1.074 4.728 7.10 7.986
Độ nguy hiểm khi sét đánh gián tiếp n1
0.69
0.69
0.69
0.69
0.69
0.69
Độ nguy hiểm tổng một năm
0.8
1.1
1.8
5.4
8.4
8.7
Chi phí tổn thất do sét đánh gây ra ngừng cung cấp điện và chi phí sửa chữa thay
thế hàng năm phải lên đến hàng trăm tỷ đồng.
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 3
Như trên đã thấy rất rõ tác dụng của nối đất để giảm suất cắt do sét. Khi giảm điện
trở nối đất thì suất cắt giảm rõ rệt (xem bảng 1.1) nhưng chi phí đầu tư bổ sung lại khơng
lớn.
Vì vậy làm giảm khối lượng vật tư nối đất và giảm điện trở nối đất là biện pháp
hữu hiệu cả kinh tế – kỹ thuật và an toàn để tránh tác hại của sét và các dòng chạm đất
lớn.
Bảng 1.3 Sự phụ thuộc chỉ tiêu chịu sét của
MBA khi thay đổi điện trở nối đất của đoạn tới trạm
Rđ (Ω)
5
6.5
8.5
10
12.5
15
20
M(năm)
80
57.6
43
39
31
26
23.5
Nhiều nước như Nga, Mỹ, Nhật, Đức, Ba lan,… đã và đang quan tâm, tìm biện
pháp giải quyết vấn đề cải tạo nối đất. Nhật đã cấp bằng phát minh cho việc dùng bột
than chì và vơi sống, đổ nước tạo hang, lỗ để giảm điện trở nối đất trạm, Người ta đã đề
nghị áp dụng nhiều biện pháp khác nhau để thực hiện nối đất ở những vùng đất có điện
trở suất cao.
Ở nước ta, do đặc điểm về lãnh thổ miền trung du, miền núi chiếm một tỷ lệ diện
tích khá lớn nên ở nhiều vùng đất có điện trở suất trên 300Ωm, thậm chí có nơi lên đến
2000-3000Ωm; Mật độ dân cư khơng đều nên xảy ra tình trạng các hộ dân tập trung sinh
sống đông đúc tại các Thành Phố phát triển (Thành phố Hồ Chí Minh) làm hạn chế mặt
bằng để xây dựng các cơng trình cơng cộng. Vì vậy, tìm biện pháp hợp lý để giải quyết
vấn đề giảm điện trở nối đất cho các hệ thống nối đất ở Thành Phố Hồ Chí Minh là một
trong những biện pháp đặc biệt cần phải quan tâm của Cơng ty Điện Lực Tp. HCM nói
riêng và ngành điện nói chung.
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 4
CHƯƠNG II
CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ AN TOÀN VÀ NỐI ĐẤT
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1- SỰ CỐ CHẠM ĐẤT:
Khi có sự cố chạm đất xảy ra bắt nguồn từ một cách điện bị hỏng nào đó ở trong
trạm, sẽ xuất hiện gradien điện áp do dòng điện chạy qua đất để trở về nguồn. Gradien
điện áp này là nguyên nhân để có khả năng tạo ra điện áp tiếp xúc và điện áp bước nguy
hiểm.
Dòng điện chạy qua đất và qua bất kỳ đường trở về nào đó để về nguồn (như màn
chắn của cáp, dây bảo vệ).
I*cco = Idat + Iday bao ve + Iman chan
(2.1)
Idat < Icco
(2.2)
Idat ∼ 0,7Icco
(Theo hình 2.1)
Trong đó: Icco =
(2.3)
Ux 3
Z1 + Z 2 + Z 0
Là dịng ngắn mạch thứ tự khơng được cho trong chương trình tính ngắn mạch của
mạng điện.
Poste 1: Trạm thứ 1;
Poste 2: Trạm thứ 2;
Cdg: dây chống sét;
Cable HT: cáp cao áp;
Ecran: Lưới màn;
Icdg: dòng điện trong dây chống sét;
Ig: dòng điện trong đất.
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 5
Poste P1
cdg
Poste P2
Icdg1
Icdg2
Jcco1
Jcco2
Jcco
Rp1
Rp1
Ig2
Poste P2
Icdg2
Icdg1
Jcco1
Jcco2
Jcco
Rp1
Ig1
Ig2
Poste P2
Poste P1
Jcco
Ig
Ig2
Hình 2.1
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 6
2.2- ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC VÀ ĐIỆN ÁP BƯỚC:
Tấm chắn
Lưới nối đất
Điện áp tiếp xúc
Điện áp bước
Hình 2.2
rất nguy hiểm và chính nó đưa đến kết quả là có gradien
Dịng điện đi vào đất Iđất
điện áp với lưới nối đất.
Điện áp đặt vào giữa một tay nào đó với chân (gọi là điện áp tiếp xúc và điện áp
đặt giữa 2 chân gọi là điện áp bước), chính là kết quả của dòng điện bị hạn chế bởi điện
trở của cơ thể người (trong đó có thể cộng thêm điện trở của giầy và điện trở trên bề mặt
đất).
Một cách tổng thể, dòng điện phải nhỏ hơn 30mA.
Điều kiện này đã được chuyển thành đường đặc tuyến “Điện áp theo thời gian”.
Đường cong trong hình này đã tuân theo đường đặc tuyến trong tiêu chuẩn quốc tế IEC
60479
Thí dụ: Điện áp tiếp xúc UTp = 500V với tc = 0,2s
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 7
V
1000
9
8
7
6
5
4
3
2
100
9
8
7
6
5
4
0.05
0.1
0.2
0.3 0.4 0.5
0.7
1
2
3
4
5
6 7 8 9 10
Ghi chú 1: Đường cong này tương ứng với sự cố chạm đất trong hệ thống cao áp
Ghi chú2: Nếu thời gian dòng điện qua lớn hơn trị số trên đồ thị thì lấy giá trị
của UTp - bằng 75 V (UTp là điện áp tiếp xúc cho phép)
Hình 2.3
2.2.1- Điện áp bước:
Ebước = ρs x K x I
Trong đó :
I=
I
g
L
ρs: điện trở suất của đất
K: hệ số phụ thuộc vào dạng hình học của lưới nối đất (xem trong IEEE)
L: chiều dài của điện cực bằng đồng chôn dưới đất
Như vậy chiều dài L của dây đồng chôn sâu lớn nhất thì Ebước nhỏ nhất.
Nếu dịng Ig nhỏ nhất thì Ebước cũng nhỏ đi
Chúng ta quan tâm là làm giảm dòng Ig tới mức tối đa bằng cách: cân nhắc kỹ dịng
sự cố thứ tự khơng thực (Icco). Tức là cân nhắc kỹ sự cố chạm đất thực sự.
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 8
Đưa vào tính tốn dịng trở về qua dây bảo vệ và qua màn chắn của cáp.
2.2.2- Điện áp tiếp xúc (điện áp chạm):
Rk
Rf
Rk
Rf
Rf
Rf
Hình 2.4
Dịng điện mà con người có thể chịu được (theo đúng như IEEE):
Ik =
0,116
t
(thử nghiệm bằng thí nghiệm)
c
tc: thời gian sự cố
Ik: dòng điện qua người (nặng 50kg) có thể chịu được.
Ebước = (Rk + 2 x Rf )xIk
Trong đó
Etiepxuc = (Rk +
Trong đó:
R
f
2
)xIk
Rk = 1000Ω
Rf = 3ps trong đó ps là điện trở trên bề mặt đất
Etiepxuc =
0,116 + 0,17 xρ
t
s
c
2.3- ĐƯỜNG QUAY TRỞ VỀ CỦA DỊNG ĐIỆN:
Khi dịng điện đi vào đất và một phần của dòng Icco cũng đi vào dây bảo vệ và vào màn
chắn của cáp:
I
I
g
= 1−
cco
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
Z
Z
ln
nn
và
I
I
vo
cco
= 1 − (1 −
Z
Z
ln
)
nn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 9
Trong đó:
- ZIn dây bảo vệ/ dây dẫn tương hỗ
- Znn độ tự cảm của dây bảo vệ với đường trở về đất
- Icco Dòng sự cố chạm đất thứ tự khơng
- Ig Dịng đi vào đất
- Ivo dịng ở dây bảo vệ
I dây chống sét
I cco
Rg
Ig
RT
Hình 2.5
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 10
2.4- GRADIEN ĐIỆN ÁP:
ρg
Lưới
Trước khi xảy ra sự cố
grid
ρg
Điện áp cực đại
(gradien điện áp
cực đại)
Gradien điện áp
Trước khi xảy ra sự cố
Hình 2.6
2.5- MẠNG LƯỚI NỐI ĐẤT:
R
U=R.I
I
U
Điện áp ở xa
qui chiếu Vr - O
Hình 2.7
Thí dụ: R = 1Ω;
I =1000A; U = 1000V
Khi có sự cố chạm đất xảy ra, điện áp dâng của trạm so với điện áp qui chiếu ở xa.
Điện áp U liên quan đến bất kỳ thiết bị nào (cáp, các ống, đường ray) mà chúng
được nối liên kết ở trong trạm và so với điện áp qui chiếu.
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 11
Giá trị của điện trở nối đất của trang bị nối đất các điện cực kiểu ô lưới (mạng lưới)
gần đúng bằng:
R=
ρ
(2.5.1)
E
2 .D
ρE : điện trở suất của đất
D: là đường kính của vịng trịn tương tự diện tích của mạng ô lưới các
điện cực nối đất
Thí dụ về mặt cắt điện thế và điện áp trong trường hợp dòng điện đi qua điện cực
nối đất (hình vẽ dưới đây).
UST
Trong đó:
ε
1m
Không có các
nấc điện thế
ε
UTSTE
Đất qui chiếu
(với một khoảng
cách là đủ)
UTST
UE
U
UST
ϕ
1m
E S1
1m S2 S3
Có nấc
điện thế
Hình 2.8
Đường cáp có vỏ liên tục
được cách điện suốt chiều
dài nhưng cả hai đầu đều
được đưa ra ngoài. Vỏ
được nối đất tại trạm.
-
E: Điện cực
S1, S2, S3 nấc điện thế của cực nối đất E
UE : Độ dâng điện thế đất
USS : Nguồn điện áp bước
UST: Nguồn điện áp tiếp xúc
UTST : Điện áp tiếp xúc lan truyền khi vỏ kim loại của cáp không được nối
đất tại đầu cuối ở khoảng cách xa
- UTSTE : Nguồn điện áp tiếp xúc lan truyền khi vỏ kim loại của cáp được nối
đất tốt tại đầu cuối ở khoảng cách xa.
Người ta cũng có thể ước lượng điện trở bé nhất của hệ thống nối đất trong đất
đồng nhất như điện trở của một đĩa kim loại ở độ sâu h=0 trong đất:
ρ π
Rg =
(2.5.2)
4π A
Trong đó: Rg : điện trở của hệ thống nối đất
ρ: điện trở suất trung bình của đất
A: diện tích khn viên nối đất
Laurent và Niemann đã phát triển công thức trên thành:
ρ π ρ
Rg =
+
(2.5.3)
4π A L
Trong đó:
L: tổng chiều dài cực nối đất sử dụng
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 12
Điều này có nghĩa là điện trở thực của một hệ thống nối đất nhỏ hơn điện trở của
một đĩa kim loại phẳng. Khi chiều dài L tăng thì điện trở của hệ thống nối đất sẽ
giảm.
Các công thức (2.5.2) và (2.5.3) có thể dùng cho hệ thống nối đất có độ sâu nhỏ
hơn 0.25m. Khi lưới nối đất có độ chôn sâu từ 0.25m đến 2.5m, điện trở sẽ được xác
định theo công thức sấp xỉ của Sverak:
⎡
⎛
⎞⎤
⎜
⎟⎥
⎢
1
1
1
⎜
⎟⎥
Rg = ρ ⎢ +
1+
⎜
⎢L
20 A
20 ⎟⎥
⎜
⎟⎥
1
+
h
⎢
A ⎠⎦
⎝
⎣
(2.5.4)
Chú ý:
+ Công thức (2.5.2) được dùng khi cần tính điện trở nối đất để xác định dịng điện sự
cố lớn nhất.
+ Cơng thức (2.5.3) và (2.5.4) được dùng khi cần xác định điện áp lớn nhất trên lưới
nối đất, ước lượng tổng chiều dài cực nối đất sử dụng.
+ Khi cần xác định giá trị chính xác hơn, đặc biệt là đối với lưới đất có cả cọc và
thanh nối đất, người ta dùng công thức Schwarz
Công thức Schwarz:
Điện trở của hệ thống gồm cả cọc và thanh nối đất được xác định:
Rg =
R1 R2 − R122
R1 + R2 − 2R12
(2.5.5)
Trong đó:
+ R1: điện trở của các thanh nối đất
+ R2: điện trở của các cọc nối đất
+ R12: điện trở tương hỗ giữa hệ cọc và thanh nối đất
Trong đất đồng chất, các giá trị R1, R2, R12 được xác định:
ρ ⎡ 2l
⎛ l
⎞⎤
R1 = 1 ⎢ln 1 + K 1 ⎜ 1 − K 2 ⎟⎥
πl1 ⎣ h'
⎝ A
⎠⎦
ρa
2nπll 2
(
)
2⎤
⎡ 8l 2
l
n −1 ⎥
− 1 + 2 K1 2
⎢ln
A
⎣ d2
⎦
⎤
ρ ⎡ 2l
l
R12 = a ⎢ln 1 + K 1 1 − K 2 + 1⎥
πl1 ⎣ l 2
A
⎦
R2 =
(2.5.6)
(2.5.7)
(2.5.8)
Trong đó:
+ ρ1: điện trở suất đất
+ ρa: điện trở suất tương đương của môi trường xung quanh cọc
+ H: độ dày của lớp bề mặt
+ ρ2: điện trở suất của lớp đất bên dưới lớp đất bề mặt (độ sâu > H)
+ l1: Tổng chiều dài thanh nối đất
+ l2: Chiều dài trung bình cọc nối đất
+ h: độ sâu của lưới nối đất
+ h’= d1 h khi lưới được chôn ở độ sâu h
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
Đề Tài: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở Tp.HCM
Trang 13
+ h’= 0.5d1 khi lưới được chôn ở độ sâu h =0
+ A: diện tích khn viên đất
+ n: số cọc nối đất
+ K1, K2: hệ số phụ thuộc tỷ lệ hình học của khn viên nối đất
+ d1: đường kính thanh nối đất
+ d2: đường kính cọc nối đất
+ a: chiều rộng ô lưới
+ b: chiều dài ô lưới
Trong trường hợp đất có mơ hình 2 lớp, độ dày của lớp trên là h với điện trở suất
tương ứng là ρ1. Khi ρ1 > ρ2 thì các cọc nối đất sẽ tản dòng điện hiệu quả. Trường
hợp này, giá trị điện trở suất dùng để tính điện trở đất:
l 2 ( ρ1 ρ 2 )
(2.5.9)
ρa =
ρ 2 H + ρ1 (l 2 − H )
Đặc biệt, khi độ sâu của cọc nối đất bằng độ sâu của lưới nối đất:
l 2 ( ρ1 ρ 2 )
ρa =
(2.5.10)
ρ 2 ( H − h) + ρ1 (l 2 + h − H )
2.6- ĐIỆN ÁP LAN TRUYỀN:
Thí dụ về bảo vệ so lệch cho đường cáp tín hiệu. Sử dụng một máy biến áp cách ly.
Trong một vài trường hợp, nếu điện áp U lớn (> 5kV), cần phải lắp đặt một máy
biến áp cách ly để bảo vệ cho các thiết bị như đường dây điện thoại và cáp tín hiệu.
Bảo vệ so lệch
Máy biến áp cách ly
P
Bảo vệ so lệch
P
TC
Trạm A
Trạm B
U
0V
Hình 2.9
SVTH: KS.Nguyễn Quốc Văn
GVHD: TS.Hồ Văn Nhật Chương
