Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng chất GEM (ground enhancement material) trong hệ thống nối đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN TRỌNG TUẤN

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG CHẤT GEM
(GROUND ENHANCEMENT MATERIAL)
TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
Mã số: 60 52 50

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013


i

CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS. HỒ VĂN NHẬT CHƢƠNG
(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 đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Cần Thơ ngày

tháng
năm 2013
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

BỘ MÔN QUẢN LÝ


ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: PHAN TRỌNG TUẤN

MSHV: 11820131

Ngày, tháng, năm sinh: 02/09/1989

Nơi sinh: Cà Mau

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện

Mã số : 60 52 50

I. TÊN ĐỀ TÀI : ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG CHẤT GEM
(GROUND ENHANCEMENT MATERIAL) TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Khảo sát và đánh giá hiệu quả kinh tế của việc sử dụng hóa chất cải tạo đất
GEM trong hệ thống nối đất nói chung, cụ thể là hiệu quả kinh tế của GEM trong
từng hệ thống thống nối đất đơn giản chỉ bao gồm cọc, thanh, hệ phức hợp cọc
thanh và hệ thống nối đất cho trạm biến áp AC theo tiêu chuẩn IEEE 80-2000.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/01/2013
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013
V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS. HỒ VĂN NHẬT CHƢƠNG

Tp. HCM, ngày

tháng

năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


iii

LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Hồ Văn Nhật
Chƣơng, và các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện-Trƣờng Đại học Bách Khoa
Thành phố Hồ Chí Minh, những ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, cung cấp những tài
liệu quý giá và đã giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô, những ngƣời đã giảng dạy và truyền
đạt cho em những tri thức khoa học giúp em trƣởng thành trong suốt q trình theo
học cao học.
Vơ cùng biết ơn đến Cha, Mẹ và gia đình đã ln là chỗ dựa vững chắc về
vật chất lẫn tinh thần, đã tạo mọi điều kiện để con đƣợc học tập, trƣởng thành cho
đến ngày hôm nay.
Xin gửi lời cảm ơn đến các Anh, Chị và bạn bè cùng lớp Thiết bị, mạng và
nhà máy điện khóa 03 (tại trƣờng Đại học Cần Thơ) đã giúp đỡ tơi q trình học tập
và làm luận văn này.

Cần Thơ, tháng 06 năm 2013

Phan Trọng Tuấn


iv

TĨM TẮT
Nối đất trong hệ thống điện nói chung và trong trạm biến áp nói riêng là một
đề tài đã đƣợc nghiên cứu từ rất lâu, nhằm phục vụ cho việc bảo đảm an toàn cho
con ngƣời, thiết bị cũng nhƣ đảm bảo tính ổn định cho một một hệ thống điện. Dựa
theo mục đích của nối đất mà ta chia nối đất ra thành ba loại: nối đất làm việc, nối
đất an toàn và nối đất chống sét.
Ở mỗi một kiểu nối đất có một yêu cầu giá trị điện trở tối thiểu riêng. Và để
đạt đƣợc giá trị điện trở đó là một vấn đề khó cho các nhà thiết kế. Thông thƣờng
ngƣời ta sử dụng cọc và thanh nối đất to hơn hoặc dài hơn để đạt đƣợc giá trị điện
trở mong muốn. Nhƣng phƣơng pháp đó cần kinh phí rất lớn. Chính vì vậy mà một
hóa chất làm giảm điện trở đất ra đời - GEM (Ground Enhancement Material) nhằm
làm giảm điện trở suất của lớp đất bao quanh cọc hoặc thanh nối đất. Từ đó làm
giảm điện trở nối đất, giúp dòng sự cố dễ dàng tản trong đất hơn.
Dù đã xuất hiện cách đây khá lâu nhƣng hiệu quả kinh tế của GEM trong
việc làm giảm điện trở nối đất vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu rộng rãi. Vì vậy luận văn
này đi vào nghiên cứu, tính tốn và đánh giá hiệu quả kinh tế của việc sử dụng chất
GEM trong hệ thống nối đất nói chung và lƣới nối đất trong trạm biến áp xoay
chiều nói riêng theo tiêu chuẩn IEEE 80-2000.


v

ABSTRACT
Grounding of power systems in general and in particular substation is a topic
has been studied for a long time, to serve for ensuring the safety of people,
equipment and ensure stability for an power system. Based on the purpose of
grounding, grounding is divided into three categories: working grounding, safe
grounding and lightning grounding.
In each of these types has a different minimum grounding resistance values.
To achieve this resistance value is a difficult problem for designers. Normally,

people use bigger or longer grounding rods and bars to get the desired resistance
value. But such methods need very large budget. Therefore, a chemical material that
reduces the soil resistivity was born - GEM (Ground Enhancement Material) to
decrease the resistivity of the soil surrounding the grounding rods or bars. This
decreases the earth resistance and helps fault currents flow into the ground more
easily.
Although GEM has appeared for a long time, but its economic efficiency in
reducing grounding resistance has not been extensively studied. So, This thesis will
research, calculate and evaluate the economic efficiency of the use of GEM in
general grounding system and particular grounding grid in AC substation followed
by IEEE 80-2000 standard.


vi

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố trong bất
kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác.

Cần Thơ, ngày tháng 06 năm 2013

Phan Trọng Tuấn


vii

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ.......................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii

TÓM TẮT ..................................................................................................................iv
ABSTRACT ................................................................................................................ v
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................vi
MỤC LỤC ................................................................................................................ vii
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 1
1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ......................................................... 1
1.2. Các cơng trình nghiên cứu có liên quan ............................................................ 4
Chƣơng 2: HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CỦA TRẠM BIẾN ÁP XOAY CHIỀU THEO
TIÊU CHUẨN IEEE 80-2000 .................................................................................... 5
2.1. Bƣớc 1: Diện tích lƣới và điện trở suất của đất ................................................ 6
2.2. Bƣớc 2: Kích cỡ dây dẫn nối đất....................................................................... 6
2.3. Bƣớc 3: Tiêu chuẩn điện áp tiếp xúc và điện áp bƣớc ...................................... 7
2.4. Bƣớc 4: Thiết kế ban đầu .................................................................................. 8
2.5. Bƣớc 5: Xác định điện trở của lƣới nối đất ....................................................... 8
2.6. Bƣớc 6: Dòng điện lƣới cực đại ........................................................................ 9
2.7. Bƣớc 7: GPR ................................................................................................... 10
2.8. Bƣớc 8: Điện áp lƣới và điện áp bƣớc ............................................................ 10
2.9. Bƣớc 9: So sánh điện áp lƣới Em và điện áp tiếp xúc cho phép Etouch ............ 12
2.10. Bƣớc 10: So sánh Es và điện áp bƣớc cho phép Estep .................................... 12
2.11. Bƣớc 11: Thay đổi thiết kế sơ bộ .................................................................. 12
2.12. Bƣớc 12: Thiết kế chi tiết cho lƣới ............................................................... 12
Chƣơng 3: CÁC MÔ HÌNH TỐN HỌC CỦA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CĨ SỬ
DỤNG HÓA CHẤT CẢI TẠO ĐẤT GEM ............................................................. 13


viii

3.1. Điện trở nối đất của cọc thẳng đứng ............................................................... 13
3.1.1. Hố khoan có dạng hình trụ trịn ................................................................13
3.1.2. Hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật .......................................................17

3.2. Điện trở của điện cực nối đất ngang ............................................................... 18
3.2.1. Hố khoan có dạng hình trụ trịn ................................................................18
3.2.2. Hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật .......................................................22
3.3. Điện trở nối đất của điện cực chôn nổi ........................................................... 23
3.3.1. Khi chƣa sử dụng hóa chất cải tạo đất ......................................................23
3.3.2. Khi sử dụng hóa chất cải tạo đất ..............................................................23
3.3.3. Quy đổi thanh (cọc) có sử dụng hóa chất cải tạo đất thành mơi trƣờng đất
tƣơng đƣơng ..........................................................................................................23
3.4. Điện trở nối đất của hệ phức hợp thanh và cọc (hình 3.5) .............................. 24
Chƣơng 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA VIỆC SỬ DỤNG GEM
TRONG CÁC HỆ THỐNG NỐI ĐẤT ĐƠN GIẢN ................................................ 25
4.1. Đối với điện trở nối đất của cọc thẳng đứng ................................................... 25
4.1.1. Trƣờng hợp hệ thống gồm một cọc nối đất ..............................................25
4.1.1.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................25
4.1.1.2. Khi có GEM .......................................................................................28
4.1.2. Trƣờng hợp hệ thống gồm hai cọc nối đất ...............................................34
4.1.2.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................34
4.1.2.2. Khi sử dụng GEM ..............................................................................38
4.1.3. Trƣờng hợp hệ thống gồm ba cọc nối đất ................................................43
4.1.3.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................43
4.1.3.2. Khi sử dụng GEM ..............................................................................47
4.2. Đối với điện trở nối đất của thanh nằm ngang ................................................ 51
4.2.1. Trƣờng hợp hệ thống gồm một thanh nối đất ...........................................51
4.2.1.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................51


ix

4.2.1.2. Khi có GEM .......................................................................................54
4.2.2. Trƣờng hợp hệ thống gồm hai thanh nối đất ............................................59

4.2.2.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................59
4.2.2.2. Khi có GEM .......................................................................................62
4.2.3. Trƣờng hợp hệ thống gồm ba thanh nối đất .............................................65
4.2.3.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................65
4.2.3.2. Khi có GEM .......................................................................................68
4.3. Đối với điện trở nối đất của hệ phức hợp gồm thanh và cọc .......................... 72
4.3.1. Khi chƣa sử dụng GEM ............................................................................72
4.3.2. Khi sử dụng GEM ....................................................................................75
Chƣơng 5: HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA GEM TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
CHO TRẠM BIẾN ÁP XOAY CHIỀU THEO TIÊU CHUẨN IEEE 80-2000 ...... 78
5.1. Đối với lƣới dạng hình vng ......................................................................... 78
5.1.1. Lƣới dạng hình vng khơng có cọc tiếp đất ...........................................78
5.1.1.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................78
5.1.2. Lƣới dạng hình vng với cọc tiếp đất.....................................................82
5.1.2.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................82
5.1.2.2. Khi sử dụng GEM ..............................................................................84
5.2. Đối với lƣới dạng hình chữ nhật ..................................................................... 86
5.2.1. Lƣới dạng hình chữ nhật khơng có cọc tiếp đất .......................................86
5.2.1.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................86
5.2.2. Lƣới dạng hình chữ nhật với cọc tiếp đất .................................................88
5.2.2.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................88
5.2.2.2. Khi sử dụng GEM ..............................................................................90
5.3. Đối với lƣới dạng hình chữ L .......................................................................... 92
5.3.1. Lƣới dạng hình chữ L khơng có cọc tiếp đất............................................92
5.3.1.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................92


x

5.3.2. Lƣới dạng hình chữ L với cọc tiếp đất .....................................................94

5.3.2.1. Khi chƣa sử dụng GEM .....................................................................94
5.3.2.2. Khi sử dụng GEM ..............................................................................97
Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................100
6.1. Đóng góp của Luận văn ................................................................................100
6.2. Hƣớng phát triển của đề tài ...........................................................................100
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................101
PHỤ LỤC ................................................................................................................103
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG.....................................................................................171


xi

PHỤ LỤC HÌNH
Hình 3.1. Nối đất thẳng đứng với hố khoan hình trụ trịn có lớp GEM .................103
Hình 3.2. Nối đất thẳng đứng với hố khoan hình chữ nhật có lớp GEM ................103
Hình 3.3. Nối đất nằm ngang với hố khoan hình trụ trịn có lớp GEM ..................104
Hình 3.4. Nối đất nằm ngang với hố khoan hình chữ nhật có lớp GEM ................104
Hình 3.5. Hệ phức hợp gồm thanh và cọc...............................................................104
Hình 4.6. Giá vật tư theo đường kính cọc khi chưa dung GEM (1 cọc) .................105
Hình 4.12. Giá vật tư theo bề dày hóa chất C ứng với các giá trị chiều dài cọc ...105
Hình 4.13. Giá vật tư theo điện trở nối đất ở các trường hợp chỉ sử dụng cọc sắt và
chỉ sử dụng cọc đồng (1 cọc) ..................................................................................106
Hình 4.20. Giá vật tư theo đường kính cọc khi chưa dùng GEM (2 cọc) ..............107
Hình 4.26. Giá vật tư theo C ứng với các giá trị chiều dài cọc (2 cọc)..................107
Hình 4.27. Giá vật tư theo Rth ở trường hợp sử dụng cọc Fe và Cu (2 cọc) ........108
Hình 4.28. Giá vật tư theo điện trở nối đất ở các trường hợp chỉ sử dụng cọc sắt và
khi sử dụng GEM (2 cọc) ........................................................................................108
Hình 4.34. Giá vật tư theo đường kính cọc khi chưa dùng GEM (3 cọc) ...............109
Hình 4.40. Giá vật tư theo bề dày C ứng với các giá trị chiều dài cọc (3 cọc) ......109
Hình 4.41. Giá vật tư theo điện trở nối đất ở các trường hợp chỉ sử dụng cọc sắt và

chỉ sử dụng cọc đồng (3 cọc) ..................................................................................110
Hình 4.42. Giá vật tư theo điện trở nối đất ở các trường hợp chỉ sử dụng cọc sắt và
khi sử dụng GEM (3 cọc) ........................................................................................110
Hình 4.48. Giá vật tư theo đường kính thanh khi chưa dùng GEM (1 thanh) ........111
Hình 4.54. Giá vật tư theo C ứng với các giá trị chiều dài thanh (1 thanh) ..........111
Hình 4.55. Giá vật tư theo điện trở nối đất ở các trường hợp chỉ sử dụng thanh sắt
và chỉ sử dụng thanh đồng (1 thanh) ......................................................................112
Hình 4.56. Giá vật tư theo điện trở nối đất ở các trường hợp chỉ sử dụng thanh sắt
và khi sử dụng GEM (1 thanh) ................................................................................112


xii

Hình 4.62. Giá vật tư theo đường kính thanh khi chưa dùng GEM (2 thanh) ........113
Hình 4.68. Giá vật tư theo C ứng với các giá trị chiều dài thanh (2 thanh) ..........113
Hình 4.69. Giá vật tư theo điện trở nối đất ở các trường hợp chỉ sử dụng thanh sắt
và chỉ sử dụng thanh đồng (2 thanh) ......................................................................114
Hình 4.70. Giá vật tư theo điện trở nối đất ở các trường hợp chỉ sử dụng thanh sắt
và khi sử dụng GEM (2 thanh) ................................................................................114
Hình 4.76. Giá vật tư theo đường kính thanh khi chưa dùng GEM (3 thanh) ........115
Hình 4.82. Giá vật tư theo C ứng với các giá trị chiều dài thanh (3 thanh) ..........115
Hình 4.83. Giá vật tư theo điện trở nối đất ở các trường hợp chỉ sử dụng thanh sắt
và chỉ sử dụng thanh đồng (3 thanh) ......................................................................116
Hình 4.84. Giá vật tư theo điện trở nối đất ở các trường hợp chỉ sử dụng thanh sắt
và khi sử dụng GEM (3 thanh) ................................................................................116
Hình 5.1. Lưới nối đất dạng hình vng khơng có cọc tiếp đất..............................117
Hình 5.2. Lưới nối đất dạng hình vng với 20 cọc tiếp đất dài 6 m .....................117
Hình 5.1. Sự thay đổi của các giá trị điện trở theo bề dày hóa chất C ..................118
Hình 5.2. Sự thay đổi của giá vật tư theo bề dày hóa chất C .................................118
Hình 5.3. Lưới nối đất dạng hình chữ nhật khơng có cọc tiếp đất .........................119

Hình 5.4. Lưới nối đất dạng hình chữ nhật với 38 cọc tiếp đất 6m ........................119
Hình 5.5. Sự thay đổi của các giá trị điện trở theo bề dày hóa chất C với lưới hình
chữ nhật ...................................................................................................................120
Hình 5.7. Lưới nối đất dạng hình chữ L khơng có cọc tiếp đất ..............................121
Hình 5.8. Lưới nối đất dạng hình chữ L với 24 cọc tiếp đất 6m .............................121
Hình 5.9. Sự thay đổi của các giá trị điện trở theo bề dày hóa chất C với lưới hình
chữ L ........................................................................................................................122
Hình 5.10. Sự thay đổi của giá vật tư theo bề dày C với lưới hình chữ L ..............122


xiii

PHỤ LỤC BẢNG
Bảng 1.1. Số lần cắt điện ........................................................................................123
Bảng 1.2. Độ nguy hiểm phụ thuộc vào điện trở nối đất R .....................................123
Bảng 1.3. Sự phụ thuộc chỉ tiêu chịu sét của MBA khi thay đổi điện trở nối đất của
đoạn tới trạm. ..........................................................................................................123
Bảng 2.1. Hằng số vật liệu ......................................................................................123
Bảng 2.2. Hệ số k1 và k2 ..........................................................................................124
Bảng 2.3. Giá trị của Df ..........................................................................................125
Bảng 4.1. Giá vật tư của đồng và sắt theo dc (1 cọc, l = 2 m, khơng có GEM) .....126
Bảng 4.2. Giá vật tư của đồng và sắt theo dc (1 cọc, l = 3 m, khơng có GEM) .....126
Bảng 4.3. Giá vật tư của đồng và sắt theo dc (1 cọc, l = 4 m, khơng có GEM) .....127
Bảng 4.4. Giá vật tư của đồng và sắt theo dc (1 cọc, l = 5 m, khơng có GEM) .....127
Bảng 4.5. Giá vật tư của đồng và sắt theo dc (1 cọc, l = 6 m, khơng có GEM) .....127
Bảng 4.6. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 1 cọc với l = 2 m ................128
Bảng 4.7. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 2 m (1 cọc) ..................128
Bảng 4.8. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 1 cọc với l = 3 m ................128
Bảng 4.9. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 3 m (1 cọc) ..................129
Bảng 4.10. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 1 cọc với l = 4 m ..............129

Bảng 4.11. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 4 m (1 cọc) ................130
Bảng 4.12. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 1 cọc với l = 5 m ..............130
Bảng 4.13. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 5 m (1 cọc) ................130
Bảng 4.14. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp với l = 6 m .......................131
Bảng 4.15. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 6 m (1 cọc) ................131
Hình 4.16. Giá vật tư của Fe, Cu và GEM theo phương án mới (1 cọc) ................132
Bảng 4.17. Giá vật tư của đồng và sắt theo dc (2 cọc, l = 2 m, khơng có GEM) ...133
Bảng 4.18. Giá vật tư của sắt và đồng theo dc (2 cọc, l = 3 m, khơng có GEM) ...134


xiv

Bảng 4.19. Giá vật tư của sắt và đồng theo dc (2 cọc, l = 4 m, khơng có GEM) ...134
Bảng 4.20. Giá vật tư của sắt và đồng theo dc (2 cọc, l = 5 m, khơng có GEM) ...134
Bảng 4.21. Giá vật tư của sắt và đồng theo dc (2 cọc, l = 6 m, khơng có GEM) ...135
Bảng 4.22. Tổng giá tiền vật tư theo bề dày lớp hóa chất với l = 2 m (2 cọc) .......135
Bảng 4.23. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 2 m (2 cọc) ................135
Bảng 4.24. Tổng giá tiền vật tư theo bề dày lớp hóa chất với l = 3 m (2 cọc) .......136
Bảng 4.25. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 3 m (2 cọc) ................136
Bảng 4.26. Tổng giá tiền vật tư theo bề dày lớp hóa chất với l = 4 m (2 cọc) .......137
Bảng 4.27. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 4 m (2 cọc) ................137
Bảng 4.28. Tổng giá tiền vật tư theo bề dày lớp hóa chất với l = 5 m (2 cọc) .......137
Bảng 4.29. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 5 m (2 cọc) ................138
Bảng 4.30. Tổng giá tiền vật tư theo bề dày lớp hóa chất với l = 6 m (2 cọc) .......138
Bảng 4.31. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 6 m (2 cọc) ................139
Hình 4.32. Giá vật tư của Fe, Cu và GEM theo phương án mới (2 cọc) ................139
Bảng 4.33. Giá vật tư của sắt và đồng theo dc (3 cọc, l = 2 m, khơng có GEM) ...140
Bảng 4.34. Giá vật tư của sắt và đồng theo dc (3 cọc, l = 3 m, khơng có GEM) ...141
Bảng 4.35. Giá vật tư của sắt và đồng theo dc (3 cọc, l = 4 m, khơng có GEM) ...141
Bảng 4.36. Giá vật tư của sắt và đồng theo dc (3 cọc, l = 5 m, khơng có GEM) ...141

Bảng 4.37. Giá vật tư của sắt và đồng theo dc (3 cọc, l = 6 m, khơng có GEM) ...142
Bảng 4.38. Tổng giá tiền vật tư theo bề dày lớp hóa chất với l = 2 m (3 cọc) .......142
Bảng 4.39 So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 2 m (3 cọc) .................142
Bảng 4.40. Tổng giá tiền vật tư theo bề dày lớp hóa chất với l = 3 m (3 cọc) .......143
Bảng 4.41. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 3 m (3 cọc) ................143
Bảng 4.42. Tổng giá tiền vật tư theo bề dày lớp hóa chất với l = 4 m (3 cọc) .......144
Bảng 4.43. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 4 m (3 cọc) ................144
Bảng 4.44. Tổng giá tiền vật tư theo bề dày lớp hóa chất với l = 5 m (3 cọc) .......144
Bảng 4.45. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 5 m (3 cọc) ................145


xv

Bảng 4.46. Tổng giá tiền vật tư theo bề dày lớp hóa chất với l = 6 m (3 cọc) .......145
Bảng 4.47. So sánh giá vật tư giữa các trường hợp với l = 6 m (3 cọc) ................146
Hình 4.48. Giá vật tư của Fe, Cu và GEM theo phương án mới (3 cọc) ................146
Bảng 4.49. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (1 thanh, l = 10 m, khơng có GEM) ..147
Bảng 4.50. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (1 thanh, l = 20 m, khơng có GEM) ..148
Bảng 4.51. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (1 thanh, l = 30 m, khơng có GEM) ..148
Bảng 4.52. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (1 thanh, l = 40 m, khơng có GEM) ..148
Bảng 4.53. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (1 thanh, l = 60 m, khơng có GEM) ..148
Bảng 4.54. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 1 thanh với l = 10 m ........149
Bảng 4.55. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 10 m (1 thanh) ................149
Bảng 4.56. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 1 thanh với l = 20 m ........149
Bảng 4.57. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 20 m (1 thanh) ................150
Bảng 4.58. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 1 thanh với l = 30 m ........150
Bảng 4.59. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 30 m (1 thanh) ................150
Bảng 4.60. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 1 thanh với l = 40 m ........151
Bảng 4.61. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 40 m (1 thanh) ................151
Bảng 4.62. Giá vật tư theo bề dày hóa chất trong trường hợp với l = 60 m ..........151

Bảng 4.63. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 60 m (1 thanh) ................152
Bảng 4.64. Giá vật tư của Fe, Cu và GEM theo phương án mới (1 thanh) ............152
Bảng 4.65. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (2 thanh, l = 10 m, khơng có GEM) ..153
Bảng 4.66. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (2 thanh, l = 20 m, khơng có GEM) ..153
Bảng 4.67. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (2 thanh, l = 30 m, khơng có GEM) ..153
Bảng 4.68. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (2 thanh, l = 40 m, khơng có GEM) ..154
Bảng 4.69. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (2 thanh, l = 60 m, khơng có GEM) ..154
Bảng 4.70. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 2 thanh với l = 10 m ........154
Bảng 4.71. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 10 m (2 thanh) ................155
Bảng 4.72. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 2 thanh với l = 20 m ........155


xvi

Bảng 4.73. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 20 m (2 thanh) ................155
Bảng 4.74. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 2 thanh với l = 30 m ........156
Bảng 4.75. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 30 m (2 thanh) ................156
Bảng 4.76. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 2 thanh với l = 40 m ........156
Bảng 4.77. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 40 m (2 thanh) ................157
Bảng 4.78. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 2 thanh với l = 60 m ........157
Bảng 4.79. So sánh giá vật tư ở các trường hợp l = 60 m (2 thanh) ......................157
Bảng 4.80. Giá vật tư của Fe, Cu và GEM theo phương án mới (2 thanh) ............158
Bảng 4.81. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (3 thanh, l = 10 m, khơng có GEM) ..159
Bảng 4.82. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (3 thanh, l = 20 m, khơng có GEM) ..159
Bảng 4.83. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (3 thanh, l = 30 m, khơng có GEM) ..159
Bảng 4.84. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (3 thanh, l = 40 m, khơng có GEM) ..159
Bảng 4.85. Giá vật tư của Fe và Cu theo dt (3 thanh, l = 60 m, khơng có GEM) ..160
Bảng 4.86. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 3 thanh với l = 10 m ........160
Bảng 4.87. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 10 m (3 thanh) ................160
Bảng 4.88. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 3 thanh với l = 20 m ........161

Bảng 4.89. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 20 m (3 thanh) ................161
Bảng 4.90. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 3 thanh với l = 30 m ........161
Bảng 4.91. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 30 m (3 thanh) ................162
Bảng 4.92. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 3 thanh với l = 40 m ........162
Bảng 4.93. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 40 m (3 thanh) ................162
Bảng 4.94. Giá vật tư theo bề dày C trong trường hợp 3 thanh với l = 60 m ........163
Bảng 4.95. So sánh giá vật tư ở các trường hợp với l = 60 m (3 thanh) ................163
Bảng 4.96. Giá vật tư của Fe, Cu và GEM theo phương án mới (3 thanh) ............163
Bảng 4.97. Điện trở và giá vật tư của hai trường hợp Fe, Cu (n=2) .....................164
Bảng 4.98. Điện trở và giá vật tư của hai trường hợp Fe, Cu (n=3) .....................164
Bảng 4.99. Điện trở và giá vật tư của hai trường hợp Fe, Cu (n=4) .....................164


xvii

Bảng 4.100. Điện trở và giá vật tư của hai trường hợp Fe, Cu (n=5) ...................164
Bảng 4.101. Điện trở và giá vật tư của hai trường hợp Fe, Cu (n=8) ...................165
Bảng 4.102. Điện trở và giá vật tư của hai trường hợp Fe, Cu (n=10) .................165
Bảng 4.103. Điện trở và giá vật tư của hai trường hợp Fe, Cu (n=15) .................165
Bảng 4.104. Bảng so sánh giá vật tư của ba trường hợp Fe, Cu và GEM (n=2) ...165
Bảng 4.105. Bảng so sánh giá vật tư của ba trường hợp Fe, Cu và GEM (n=3) ...165
Bảng 4.106. Bảng so sánh giá vật tư của ba trường hợp Fe, Cu và GEM (n=4) ...165
Bảng 4.107. Bảng so sánh giá vật tư của ba trường hợp Fe, Cu và GEM (n=5) ...166
Bảng 4.108. Bảng so sánh giá vật tư của ba trường hợp Fe, Cu và GEM (n=8) ...166
Bảng 4.109. So sánh giá vật tư của ba trường hợp Fe, Cu và GEM (n=10)..........166
Bảng 4.110. So sánh giá vật tư của ba trường hợp Fe, Cu và GEM (n=15)..........166
Bảng 4.111. So sánh giá vật tư của ba trường hợp Fe, Cu và GEM theo Rth.........166
Bảng 5.1. Giá vật tư cho lưới hình vng với cọc tiếp đất khi chưa dùng GEM ...167
Bảng 5.2. Giá vật tư cho lưới hình vng với cọc tiếp đất khi dùng GEM ...........167
Bảng 5.3. Bảng so sánh giá vật đối với lưới dạng hình vng có cọc tiếp đất.......167

Bảng 5.4. Sự thay đổi của các giá trị điện trở và giá vật tư theo bề dày hóa chất C
với lưới hình vng .................................................................................................167
Bảng 5.5. Giá vật tư cho lưới hình chữ nhật với cọc tiếp đất khi chưa dùng GEM
.................................................................................................................................168
Bảng 5.6. Giá vật tư cho lưới hình chữ nhật với cọc tiếp đất khi dùng GEM ........168
Bảng 5.7. Bảng so sánh giá vật đối với lưới dạng hình chữ nhật có cọc tiếp đất ..168
Bảng 5.9. Giá vật tư cho lưới hình chữ L với cọc tiếp đất khi chưa dùng GEM ...169
Bảng 5.10. Giá vật tư cho lưới dạng hình chữ L với cọc tiếp đất khi dùng GEM ..169
Bảng 5.11. Bảng so sánh giá vật đối với lưới dạng hình chữ L với cọc tiếp đất ....169
Bảng 5.12. Sự thay đổi của các giá trị điện trở và giá vật tư theo bề dày hóa chất C
với lưới dạng hình chữ L .........................................................................................170


1

Chƣơng 1: TỔNG QUAN

Chƣơng 1 trình bày tổng quan về vấn đề nối đất trong hệ thống điện, những
vấn đề còn tồn tại và mở ra hƣớng giải quyết sử dụng hóa chất GEM nhằm đạt mục
tiêu giảm điện trở nối đất của hệ thống, khảo sát các cơng trình đăng tải trong và
ngồi nƣớc có liên quan.
1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
Hệ thống điện là một hệ thống quan trọng của hệ thống năng lƣợng Việt
Nam và không thể thiếu đƣợc trƣớc công cuộc hiện đại hố, cơng nghiệp hố Đất
nƣớc. Do nguồn điện thƣờng đặt xa nơi tiêu thụ điện năng nên phải chuyển qua các
trạm biến áp tăng hoặc giảm điện áp. Đối với nƣớc ta là nƣớc có khí hậu nhiệt đới
gió mùa, mà hệ thống điện lại kéo dài từ Bắc vào Nam. Do đó phải đi qua nhiều
vùng khí hậu khác nhau đặc biệt là những nơi có độ ẩm cao, mật độ giông sét nhiều.
Thiệt hại do sét gây ra cho ngành điện và nền kinh tế quốc dân là rất lớn. Do vậy,
để an toàn cho ngƣời vận hành cũng nhƣ an tồn cho thiết bị thì ngƣời ta thực hiện

nối đất an toàn.
Tác dụng của nối đất là để tản dòng điện và giữ mức điện thế thấp trên các
vật đƣợc nối đất. Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất khác nhau: nối đất làm việc,
nối đất an toàn và nối đất chống sét.
- Nối đất chống sét: là nhằm tản dòng điện sét trong đất (khi có sét đánh vào
cột thu sét hoặc trên đƣờng dây) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột
khơng q lớn, do đó hạn chế đƣợc các phóng điện ngƣợc đến các cơng trình cần
đƣợc bảo vệ.
- Nối đất làm việc: nhiệm vụ của loại nối đất này là đảm bảo sự làm việc
bình thƣờng của các thiết bị hoặc của một số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm
việc đã đƣợc quy định sẵn. Loại nối đất này gồm có nối đất điểm trung tính máy
biến áp trong hệ thống có điểm trung tính nối đất, nối đất của máy biến áp đo lƣờng
và của kháng điện dùng trong bù ngang trên các đƣờng dây tải điện đi xa.
- Nối đất an tồn: có nhiệm vụ bảo vệ an toàn cho ngƣời khi cách điện bị hƣ
hỏng, nó đƣợc thực hiện bằng cách đem nối đất mọi bộ phận kim loại bình thƣờng
khơng mang điện (vỏ máy, thùng máy biến áp, máy cắt điện , các giá đỡ kim loại,


2

chân sứ,…). Khi cách điện bị hƣ hỏng, trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện thế
nhƣng do đã đƣợc nối đất nên giữ đƣợc mức điện thế thấp. Do đó đảm bảo an tồn
cho ngƣời khi tiếp xúc với chúng.
Tuy có nhiều loại nối đất khác nhau nhƣ vậy, nhƣng bất kỳ loại nối đất nào
cũng đều có các điện cực chôn sâu trong đất và đƣợc nối với vật cần đƣợc nối đất.
Điện cực thƣờng dùng là cọc sắt chôn thẳng đứng hoặc thanh dài nằm ngang trong
đất. Tóm lại, để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cũng nhƣ việc bảo vệ an toàn
cho ngƣời và thiết bị điện thì việc nối đất có một vị trí rất quan trọng.
Một trong những nối đất quan trọng là nối đất chống sét. Vậy sét là một hiện
tƣơng rất nguy hiểm cho mạng lƣới điện, trạm điện, thiết bị điện và con ngƣời.

Trong ba thập niên qua, hệ thống điện nƣớc 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 nắm 1993 mới có hệ thống 500kV.
Nƣớc ta nằm trong vùng có hoạt động giơng sét mạnh với mật độ sét từ 3,5 đến 9
lần sét đánh/km2. Số ngày giông trong năm là vài chục thậm chí lên tới 140 ngày,
giờ gơng lên tới 150 đến 250. Vì vậy:
Tần suất sét đánh vào đƣờng dây trên không và trạm biến áp cao (gấp từ 3
đến 4 lần số trung bình khuyến nghị cho phép hiện nay).
Suất cắt điện trạm và đƣờng 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 dƣỡng 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 đƣờng dây 110kV, 220kV và 500kV (phụ thuộc
vào trị số điện trở nối đất của cột) đƣợc thể hiện trong bảng 1.1.
Còn độ nguy hiểm do sét (suất cắt tổng một năm/km) của đƣờng dây nhƣ dẫn
ra ở bảng 1.2.
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 hành trăm tỉ đồng.


3

Vì vậy làm giảm khối lƣợng vật tƣ 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 cũng nhƣ việc đảm bảo an toàn cho con ngƣời và thiết bị.
Liên quan đến vấn đề nối đất thì nhiều nƣớc nhƣ Nga, Mỹ, Nhật, Úc, Ba Lan,
Đức, … 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 nƣớc tạo hang, lổ

để giảm điện trở nối đất trạm. Ngƣời ta đã áp dụng nhiều biện pháp khác nhau để
thực hiện nối đất ở những vùng đất có điện trở suất cao.
Ở nƣớc ta, do đặc điểm về lãnh thổ miền trung du, miềm núi chiếm một tỉ lệ
diện tích khá lớn nên có nhiều vùng đất có điện trở suất trên 300 Ωm, thậm chí có
nơi lên đến 2000 Ωm - 3000 Ωm. Vì vậy tìm biện pháp hợp lý để giải quyết các vấn
đề giảm điện trở nối đất cho các hệ thống nối đất là một trong những giải pháp đặc
biệt cần phải quan tâm của ngành điện nói chung.
Một biện pháp đã và đang đƣợc sử dụng để làm giảm điện trở nối đất là sử
dụng hóa chất cải tạo đất GEM (Ground Enhancement Material). Bằng cách thiết
lập các mơ hình tốn học để tính tốn điện trở nối đất của hệ thống khi có sử dụng
GEM, từ đó ta có thể đánh giá đƣợc hiệu quả sử dụng của nó.
Hệ thống nối đất của các trạm biến áp truyền tải trong hệ thống điện nƣớc ta
hiện nay nói chung là một hệ thống gồm các lƣới và cọc thép bố trí đều trên mặt
bằng trạm điện. Các thông số kỹ thuật yêu cầu đƣợc lấy theo tiêu chuẩn ngành Điện
vốn đƣợc soạn từ tiêu chuẩn của Liên Xô cũ trong những năm trƣớc thập kỷ 70 của
thế kỷ trƣớc. Theo quy định tại điều I 7.29, Chƣơng I.7-Tiêu chuẩn ngành 11TCN18-84: Đối với dịng điện có dịng chạm đất lớn, trị số điện trở nối đất không đƣợc
lớn hơn 0.5 Ohm trong suốt năm; các Tiêu chuẩn Quốc tế nhƣ IEC 60479-1-1994;
IEEE/ANSI St 80-1986; CENELEC HD 637 S1-1999 thì đều đƣa ra tiêu chuẩn về
điện áp tiếp xúc và điện áp bƣớc cho phép khi thiết kế nối đất. Tuy nhiên trong
trƣờng hợp quy mô lƣới điện phát triển liên tục, nhu cầu điện năng tăng rất nhanh,
một số trạm cao thế phải đƣa sâu vào trung tâm phụ tải nên mặt bằng chật hẹp, diện
tích trạm thƣờng rất nhỏ, việc áp dụng gây tốn kém mà hiệu quả dƣờng nhƣ không
tỷ lệ với kinh phí đầu tƣ. Việc thiết kế theo Tiêu chuẩn ngành 11TCN-18-84 dẫn
đến có trạm xử lý 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 tƣ có kinh phí khá
lớn mà hiệu quả không cao.


4

Vì thế việc sử dụng hóa chất cải tạo đất GEM (Ground Enhencement
Material) chôn xung quanh các cọc hoặc thanh nối đất là rất cần thiết để giảm điện
trở nối đất của hệ thống nhằm đạt đƣợc hiệu quả kinh tế trong vấn đề nối đất. Một
số tác giả cũng đã nghiên cứu và tìm ra những mơ hình tốn học để tính tốn giá trị
điện trở nối đất của hệ thống khi có sự đóng góp của chất GEM.
Đề tài dựa trên bài toán Trƣờng điện từ, sử dụng phƣơng pháp ảnh điện. Từ
đó tìm ra điện trở nối đất của hệ thống. Qua việc so sánh kết quả tính tốn bằng
chƣơng trình Matlab, ta khẳng định đƣợc tính đúng đắn của các mơ hình tốn học
tìm đƣợc. Bên cạnh đó, so sánh với phƣơng pháp nối đất cổ điển ta thấy đƣợc hiệu
quả của việc sử dụng hóa chất cải tạo đất GEM.
1.2. Các cơng trình nghiên cứu có liên quan
Chuong HoVanNhat, “Calculating resistance of simple grounding forms with
or without the soil improved chemical substance”, Power anhd Energy Engineering
Conference, 2010.
Hồ Văn Nhật Chƣơng, Trần Quốc Quân, (2005), “Phƣơng pháp thực nghiệm
tính tốn tối ƣu lƣới nối đất trạm biến áp cao áp”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh.
Hồ Văn Nhật Chƣơng, Trần Ngọc Định, (2004), “Phân bổ lƣới nối đất trong
trạm cao áp”, Hội nghị Khoa học Quốc tế về Điện-Điện tử.
Hồ Văn Nhật Chƣơng, Nguyễn Hoài Trang, (2004), “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.
Ljubivoje M.popovie, senior member IEEE, (2000), “A practical Method for
evaluvation of ground fault current Distribution on Double Circuit Parallel Lines”.
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”, Đại học
Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, 2011.
Nguyễn Thanh Tùng, “Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản
có tính đến thành phần cải tạo đất”, Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh,
2012.

W. Keith Switzer, Senior Staff Engineer, (1999), “Pratical Guide to
Electrical Grounding”, ERICO Publication.


5

Chƣơng 2: HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CỦA TRẠM BIẾN ÁP
XOAY CHIỀU THEO TIÊU CHUẨN IEEE 80-2000
Chƣơng này mô tả các bƣớc để thiết kế một hệ thống nối đất cho trạm biến
áp xoay chiều theo tiêu chuẩn IEEE 80-2000 [14]. Tiêu chuẩn này là bản đƣợc
chỉnh sửa từ tiêu chuẩn IEEE 80-1986 [12]. Theo tiêu chuẩn này thì để thực hiện
thiết kế nối đất cho một trạm biến áp xoay chiều ta cần thực hiện qua 12 bƣớc và
đƣợc mô tả nhƣ sơ đồ khối bên dƣới.

Hình 2.1. Trình tự thiết kế một trạm biến áp AC theo tiêu chuẩn IEEE 80-2000
Để thực hiện các bƣớc trên ta cần biết đƣợc các thông số của hệ thống nhƣ:


6

 Thời gian ngắn mạch (tc)
 Tổng trở tƣơng đƣơng thứ tự thuận, nghịch và không của hệ thống (Z1,
Z 2 , Z0 )
 Hệ số phân dòng sự cố (Sf = Ig/3I0)
 Điện áp dây nơi xãy ra sự cố xấu nhất
 Điện trở suất của đất và lớp đá bề mặt (ρ, ρs)
 Bề dày của lớp đá bề mặt (hs)
 Độ chôn sâu của lƣới nối đất (h)
 Diện tích khu vực nối đất (A)
 Tổng trở thứ tự thuận, nghịch và không của máy biến áp

Cụ thể các bƣớc trong sơ đồ khối trên đƣợc thực hiện nhƣ sau:
2.1. Bƣớc 1: Diện tích lƣới và điện trở suất của đất
Ta tiến hành xác định diện tích lƣới nối đất cần cho trạm biến áp nhờ vào
chiều dài và rộng của lƣới, hình dạng của lƣới nối đất là hình vng, hình chữ nhật
hay hình chữ L,…Bên cạnh đó ta tiến hành xác định điện trở suất của đất tại vị trí
thiết kế nối đất cho trạm biến áp. Nếu gọi x là chiều dài của lƣới và y là chiều rộng
của lƣới thì diện tích của lƣới là A = x.y (m2).
2.2. Bƣớc 2: Kích cỡ dây dẫn nối đất
Ta có dịng chạm đất đối xứng I f  3I 0 . Giả sử sự cố chạm đất là một pha
chạm đất. Ta có dịng điện chạm đất thứ tự không bằng:
I0 

E

3R f  R1  R2  R0   j  X 1  X 2  X 0 

(2.1)

Trong đó: E là điện áp giữa dây pha và dây trung tính (V)
Rf là điện trở ƣớc lƣợng của sự cố và thông thƣờng giả định bằng không
R1, R2, R0 lần lƣợt là điện trở tƣơng đƣơng thứ tự thuận, nghịch và không
của hệ thống (Ω)
X1, X2, X0 lần lƣợt là điện kháng tƣơng đƣơng thứ tự thuận, nghịch và
không của hệ thống (Ω)


7

Khi đó cần chú ý đến ngắn mạch xãy ra trên thanh cái nào của máy biến áp
để quy đổi giá trị trở kháng sự cố cho chính xác.

Tỷ số

R  R 2  R0
X
 1
R X1  X 2  X 0

(2.2)

Tiết diện dây dẫn cần thiết cho lƣới nối đất đƣợc tính theo cơng thức sau:
Akcmil  I f .k f . t c

(2.3)

Trong đó: If là dịng chạm đất đối xứng (A)
tc là thời gian ngắn mạch (s)
kf là hằng số đƣợc tra trong bảng 2.1 cho các vật liệu tại các giá trị
khác nhau của Tm (nhiệt độ tối đa cho phép 0C) với nhiệt độ môi trƣờng Ta = 400C.
Từ giá trị tiết diện dây dẫn tìm đƣợc, ta tính ra đƣờng kính dây dẫn thích hợp
cho lƣới nối đất. Chú ý khi chọn dây ta nên chọn đƣờng kính dây lớn hơn giá trị
tính tốn để đảm bảo an tồn cho thiết kế.
2.3. Bƣớc 3: Tiêu chuẩn điện áp tiếp xúc và điện áp bƣớc
Với lớp đá dăm bề mặt có bề dày hs và điện trở suất là ρs. Ta có hệ số giảm
tải lớp bề mặt đƣợc tính nhƣ sau:

 

0,09.1 

s 


Cs  1 
 0,7310
2hs  0,09

(2.4)

Trong đó: hs là bề dày lớp đá dăm trải bề mặt (m)
ρs là điện trở suất của lớp đá dăm (Ω.m)
ρ là điện trở suất của đất (Ω.m)
Sự an toàn của một ngƣời phụ thuộc vào việc ngăn chặn bị điện giật trƣớc
khi sự cố bị loại hoàn toàn. Điện áp lơn nhất khi sự cố không đƣợc vƣợt quá giới
hạn quy định nhƣ sau. Ta có điện áp bƣớc giới hạn là:
+ Đối với người nặng 50 kg
E step50 

1000  6.C s . s .0,116
tC

+ Đối với người nặng 70 kg

(2.5)