(Luận văn thạc sĩ) tính toán điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THANH TÙNG

TÍNH TỐN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA
CÁC HÌNH THỨC ĐƠN GIẢN CĨ
TÍNH ĐẾN THÀNH PHẦN CẢI TẠO ĐẤT
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN – 605250

S KC 0 0 3 7 8 8

Tp. Hồ Chí Minh, 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THANH TÙNG

TÍNH TỐN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA CÁC HÌNH THỨC
ĐƠN GIẢN CĨ TÍNH ĐẾN THÀNH PHẦN CẢI TẠO ĐẤT

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN – 605250

Hướng dẫn khoa học:

TS.HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG

Tp. Hồ Chí Minh, 2012


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: NGUYỄN THANH TÙNG

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 1980

Nơi sinh: Trà Vinh

Quê quán: Châu Thành, Trà vinh.

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 2, đƣờng Trần Phú, P.3, TX Sađéc, Đồng Tháp.
Điện thoại cơ quan: 067.3774 058
Fax:

Điện thoại nhà riêng: 01267.048.334
E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Cao đẳng:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo: 09/1998 – 02/2002

Nơi học: Trƣờng Cao Đẳng Sƣ Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long, tỉnh Vĩnh Long.
Ngành học: Kỹ Thuật Điện.
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Hoàn chỉnh ĐHTC

Thời gian đào tạo từ 10/2005 đến 10/2007.

Nơi học: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.
Ngành học: Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện.
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: chính quy tập trung Thời gian đào tạo từ 05/2011 đến 05/2013.
Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Thiết bị, mạng và Nhà máy điện .
Tên luận văn:
“Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành
phần cải tạo đất”.
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

i

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Tháng

năm 2012, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ

thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Hồ Văn Nhật Chƣơng
3. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh - mức độ: B1
5. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi
cấp:

- Cử nhân cao đẳng: Kỹ Thuật Điện, Số hiệu bằng: 213103, Ngày
cấp:28/02/2002.
Nơi cấp: Trƣờng Cao Đẳng Sƣ Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long.
- Bằng Kỹ Sƣ Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện, Số hiệu bằng: 0084091, Ngày
cấp: 23/11/2007.
Nơi cấp: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Trƣờng Cao đẳng Nghề Đồng Tháp

Giảng viên

Thời gian
Từ 09/2007
đến nay

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

ii

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tơi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 11 năm 2012
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

iii

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

LỜI CẢM ƠN
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn quý Thầy,
Cô giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, Đại học Bách
khoa Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức q báu
cho em trong tồn khóa học.
Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Hồ Văn Nhật Chương, người đã
tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn tốt
nghiệp và giúp em hoàn thành luận văn trước thời hạn.
Xin chân thành cảm ơn gia đình đã ln ở bên em ủng hộ, động viên cho em trong
quá trình thực hiện luận văn.
Ngồi ra tơi cũng xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, các anh chị học viên

cùng khóa cao học 2011 – 2013 đã động viên, khuyến khích và giúp đỡ tơi vượt qua
những khó khăn trong suốt q trình học và thực hiện luận văn này. Đặc biệt, tôi
xin chân thành cảm ơn bạn: Lê Duy Minh và Nguyễn Thanh Cường đã hỗ trợ cho
tơi trong q trình thực nghiệm.
Việc thực hiện đề tài luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu
sót. Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến q báu của q Thầy, Cơ và các bạn
để đề tài luận văn này hoàn thiện hơn.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012
Người thực hiện

Nguyễn Thanh Tùng

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

iv

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

MỤC LỤC
TRANG TỰA

TRANG

LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i

LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
TÓM TẮT ...................................................................................................................v
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..................................................................................... xiii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ..................................................................................... xvi
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỐI ĐẤT ..............................................................1
1.1- Giới thiệu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ......................................................1
1.2- Mục đích và giới hạn của đề tài ...........................................................................3
1.3- Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................................4
1.4- Điểm mới của luận văn ........................................................................................4
CHƢƠNG 2: CÔNG THỨC TÍNH ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA CÁC HÌNH
THỨC ĐƠN GIẢN KHI CÓ LỚP GEM ................................................................5
2. 1- Điện trở nối đất của cọc thẳng đứng ...................................................................5
2.1.1- Hố khoan có dạng hình trụ trịn ........................................................................5
2.1.2- Hố khoan có dạng hình chữ nhật ......................................................................9
2.2- Điện trở của điện cực nằm ngang ......................................................................11
2.2.1- Hố khoan có dạng hình trụ trịn ......................................................................11
2.2.2- Hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật .............................................................15
2.3- Điện trở của điện cực chơn nổi ..........................................................................16
2.3.1- Khi chƣa sử dụng hóa chất cải tạo đất ............................................................17
2.3.2- Khi sử dụng hóa chất cải tạo đất .....................................................................17
2.3.3- Quy đổi thanh (cọc) có sử dụng hóa chất cải tạo đất về mơi trƣờng đất .......17
2.4- Các bài toán áp dụng ..........................................................................................17
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

vii

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

24.1- Tính tốn điện trở nối đất của cọc thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ
trịn ............................................................................................................................17
24.2- Tính tốn điện trở nối đất của cọc thẳng đứng với hố khoan có dạng hình chữ
nhật ............................................................................................................................19
24.3- Tính toán điện trở nối đất của cọc nằm ngang với hố khoan có dạng hình trụ
trịn ............................................................................................................................21
24.4- Tính tốn điện trở nối đất của cọc nằm ngang với hố khoan có dạng hình chữ
nhật ............................................................................................................................23
2.5- So sánh cơng thức của luận văn và bài báo [5]..................................................24
2.5.1- Trƣờng hợp tính cọc của hố khoan có dạng hình trụ trịn ..............................24
2.5.2- Trƣờng hợp tính cọc của hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật .....................28
2.5.3- Trƣờng hợp tính thanh của hố khoan có dạng hình trụ trịn ...........................31
2.5.4- Trƣờng hợp tính thanh của hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật ..................35
CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẾN ĐIỆN
TRỞ NỐI ĐẤT .........................................................................................................39
3.1- Đối với điện cực chôn thẳng đứng .....................................................................39
3.1.1- Hố khoan có dạng hình trụ trịn ......................................................................39
3.1.1.1- Khi bề dày hóa chất C thay đổi ....................................................................39
3.1.1.2- Khi độ chôn sâu t thay đổi ...........................................................................41
3.1.1.3- Khi chiều dài cọc l thay đổi .........................................................................42
3.1.1.4- Khi điện trở suất của đất ρ1 thay đổi ............................................................44
3.1.1.5- Khi đƣờng kính của cọc d thay đổi ..............................................................45
3.1.1.6- Khi điện trở suất của cọc ρ3 thay đổi ...........................................................46
3.1.2- Hố khoan có dạng hình chữ nhật ....................................................................47
3.1.2.1- Khi bề dày hóa chất C thay đổi ....................................................................48
3.1.2.2- Khi độ chôn sâu t thay đổi ...........................................................................49

3.1.2.3- Khi chiều dài cọc l thay đổi .........................................................................50
3.1.2.4- Khi điện trở suất của đất ρ1 thay đổi ............................................................52
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

viii

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

3.1.2.5- Khi đƣờng kính của cọc d thay đổi ..............................................................53
3.1.2.6- Khi điện trở suất của cọc ρ3 thay đổi ...........................................................54
3.2- Đối với điện cực đặt nằm ngang ........................................................................56
3.2.1- Hố khoan có dạng hình trụ trịn ......................................................................56
3.2.1.1- Khi bề dày hóa chất C thay đổi ....................................................................56
3.2.1.2- Khi chiều dài thanh l thay đổi ......................................................................58
3.2.1.3- Khi điện trở suất của đất ρ1 thay đổi ...........................................................59
3.2.1.4- Khi đƣờng kính của cọc d thay đổi ..............................................................60
3.2.1.5- Khi điện trở suất của cọc ρ3 thay đổi ...........................................................61
3.2.1.6- Khi độ chôn sâu t thay đổi ...........................................................................62
3.2.2- Hố khoan có dạng hình chữ nhật ....................................................................64
3.2.2.1- Khi bề dày hóa chất C thay đổi ....................................................................64
3.2.2.2- Khi chiều dài thanh l thay đổi ......................................................................66
3.2.2.3- Khi điện trở suất của đất ρ1 thay đổi ...........................................................67
3.2.2.4- Khi đƣờng kính của cọc d thay đổi ..............................................................68
3.2.2.5- Khi điện trở suất của cọc ρ3 thay đổi ...........................................................69
3.2.1.6- Khi độ chôn sâu t thay đổi ...........................................................................70

CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN CƠNG THỨC THỰC NGHIỆM ĐỂ TÍNH TỐN
ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA CÁC HÌNH THỨC ĐƠN GIẢN KHI CĨ LỚP GEM
...................................................................................................................................72
4.1- Tìm cơng thức thực nghiệm ...............................................................................72
4.1.1- Tìm cơng thức thực nghiệm của cọc đặt thẳng đứng ......................................72
4.1.2- Tìm cơng thức thực nghiệm của thanh đặt nằm ngang ...................................72
4.1.3- So sánh kết quả công thức thực nghiệm với luận văn của cọc thẳng đứng ....73
4.1.4- So sánh kết quả công thức thực nghiệm với luận văn của thanh nằm ngang .74
4.2- Kết quả của quá trình thực hiện thực nghiệm ....................................................75
4.2.1- Đo điện trở nối đất với cọc đặt thẳng đứng khi khơng có GEM ....................75
4.2.2- Đo điện trở nối đất với thanh đặt nằm ngang khi khơng có GEM .................86
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

ix

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

4.2.3- Đo điện trở nối đất với cọc đặt thẳng đứng khi có GEM ...............................93
4.2.4- Đo điện trở nối đất với thanh đặt nằm ngang khi có GEM ............................96
4.2.5- Đo điện trở nối đất với thanh đặt nằm ngang và đấu sao khi có GEM...........98
4.3- So sánh hệ số sử dụng của cọc và thanh khi có GEM và khơng có GEM.........99
4.3.1- So sánh hệ số sử dụng của cọc đặt thẳng đứng...............................................99
4.3.2- So sánh hệ số sử dụng của thanh đặt nằm ngang ..........................................101
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..........................103
6.1 Các kết quả đạt đƣợc của đề tài......................................................................... 103

6.2 Hƣớng phát triển của đề tài ............................................................................... 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................104
PHỤ LỤC: CHƢƠNG TRÌNH CODE TÍNH TỐN PHỤC VỤ LUẬN VĂN ....105
1.1- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất của cọc thẳng đứng với hố khoan có
dạng hình trụ trịn khi quy đổi về mơi trƣờng đất. .................................................. 105
1.2- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất của cọc thẳng đứng với hố khoan có
dạng hình hộp chữ nhật khi quy đổi về mơi trƣờng đất. ......................................... 106
1.3- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất của thanh ngang với hố khoan có dạng
hình trụ trịn khi quy đổi về mơi trƣờng đất. .......................................................... 107
1.4- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất của thanh ngang với hố khoan có dạng
hình hộp chữ nhật khi quy đổi về môi trƣờng đất. .................................................. 108
1.5- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất của cọc thẳng đứng với hố khoan có
dạng hình trụ trịn khi quy đổi về môi trƣờng cọc nối đất. ..................................... 109
1.6- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất của cọc thẳng đứng với hố khoan có
dạng hình hộp chữ nhật khi quy đổi về môi trƣờng cọc nối đất. ............................ 110
1.7- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất của thanh ngang với hố khoan có dạng
hình trụ trịn khi quy đổi về môi trƣờng cọc nối đất. ............................................. 111
1.8- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất của thanh ngang với hố khoan có dạng
hình hộp chữ nhật khi quy đổi về môi trƣờng cọc nối đất. ..................................... 112

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

x

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

1.9- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất RC khi thay đổi bề dày hóa chất Cc của
cọc thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ trịn ............................................... 113
1.10- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất RC khi thay đổi độ chôn sâu t của cọc
thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ trịn ...................................................... 114
1.11- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất RC khi thay đổi chieu dai cọc l của cọc
thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ trịn ...................................................... 116
1.12- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất RC khi thay đổi điện trở suất của đất
S1 của cọc thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ trịn .................................... 117
1.13- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất RC khi thay đổi đƣờng kính d của cọc
thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ trịn ...................................................... 118
1.14- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất RC khi thay đổi điện trở suất S3 của
cọc thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ trịn .............................................. 120
1.15- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất RC khi thay đổi bề dày hóa chất Cc của
cọc thẳng đứng với hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật ...................................... 121
1.16- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất RC khi thay đổi độ chôn sâu t của cọc
thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ trịn ...................................................... 122
1.17- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất RC khi thay đổi chieu dai cọc l của cọc
thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ trịn ...................................................... 124
1.18- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất RC khi thay đổi điện trở suất của đất
S1 của cọc thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ trịn .................................... 125
1.19- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất RC khi thay đổi đƣờng kính d của cọc
thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ trịn ...................................................... 127
1.20- Chƣơng trình tính toán điện trở nối đất RC khi thay đổi điện trở suất S3 của
cọc thẳng đứng với hố khoan có dạng hình trụ trịn .............................................. 128
1.21- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
bề dày hóa chất C với hố khoan có dạng hình trụ trịn ........................................... 129
1.22- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
độ chơn sâu t với hố khoan có dạng hình trụ trịn ................................................... 131
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

xi

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

1.23- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
chiều dài l với hố khoan có dạng hình trụ trịn ....................................................... 132
1.24- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
điện trở suất của đất ρ1 với hố khoan có dạng hình trụ trịn ................................... 133
1.25- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
đƣờng kính của cọc d với hố khoan có dạng hình trụ trịn...................................... 134
1.26- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
điện trở suất của thanh ρ3 với hố khoan có dạng hình trụ trịn ............................... 136
1.27- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
bề dày hóa chất C với hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật .................................. 137
1.28- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
độ chôn sâu t với hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật .......................................... 138
1.29- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
chiều dài l với hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật .............................................. 140
1.30- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
điện trở suất của đất ρ1 với hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật .......................... 141
1.31- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
đƣờng kính của cọc d với hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật............................. 142
1.32- Chƣơng trình tính tốn điện trở nối đất Rt của thanh nằm ngang khi thay đổi
điện trở suất của thanh ρ3 với hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật ...................... 144

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

xii

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ NỐI ĐẤT
1.1 Giới thiệu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
Chúng ta đang sống ở thế kỷ 21, thế kỷ của cách mạng khoa học kỹ thuật.
Cùng với sự phát triển của khoa học thì điện năng là nguồn năng lƣợng hết sức quan
trọng đối với mọi lĩnh vực. Nƣớc ta đang trong thời kì cơng nghiệp hóa, hiện đại
hóa nên điện năng góp một phần đáng kể đối với sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện
đại hóa.
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.
Nối đất đƣợc chia thành 3 loại:
+ Nối đất chống sét.
+ Nối đất an toàn.
+ Nối đất làm việc.
Một điển hình về sét: 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/1km2. 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).

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

1

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

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) nhƣ sau:
Số lần cắt điện tăng lên (số lần tăng)
Điện trở nối đất
Đƣờng dây 110kV Đƣờng dây 220kV Đƣờng dây 500kV
Tăng từ 20Ω lên
60 Ω

2.3 – 2.5

2.2 – 3

4

2.2

2– 2.3

2.7 – 3.2

Tăng từ 30Ω lên
80 Ω

Bảng 1.1: Số lần cắt điện
Còn độ nguy hiểm do sét ( suất cắt tổng một năm/km) của đƣờng dây nhƣ dẫn ra ở
bảng dƣới đây:
Điện trở nối đất R (Ω)
Độ nguy hiểm khi sét đánh trực
tiếp n2
Đô nguy hiểm khi sét đánh gián
tiếp n1

Độ nguy hiểm tổng một năm

5.6

7.2

12.3

39.6

100

200

0.156 0.444 1.074 4.728 7.10

7.986

0.69

0.69

0.69

0.69

0.69

0.69

0.8

1.1

1.8

5.4

8.4

8.7

Bảng 1.2- Độ nguy hiểm phụ thuộc vào điện trở nối đất R
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.

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

2

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

Nhƣ 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) nhƣng chi đầu tƣ bổ
sung lai không lớn.

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.
Rđ (Ω)

5

6.5

8.5

10

12.5

15

20

M (năm)

80

57.6

43

39

31

26

23.5

Bảng 1.3: Sự phụ thuộc chỉ tiêu chịu sét của MBA khi thay đổi điện trở nối đất của
đoạn tới trạm.
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.
1.2 Mục đích và giới hạn của đề tài
Với đề tài ”Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính
đến thành phần cải tạo đất” sau khi hồn thành sẽ xây dựng mơ hình tốn học của
điện trở nối đất của cọc và thanh khi ta qui đổi lớp hóa chất cải tạo đất về mơi
trƣờng đất, so sánh kết quả tìm đƣợc với bài báo [5], khảo sát sự thay đổi của các
thơng số trong mơ hình, nghiên cứu tìm cơng thức thực nghiệm để đơn giản hóa
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

trong việc tính tốn. Thực hiện thực nghiệm để xác định điện trở suất của đất và so
sánh hệ số sử dụng của hệ thống khi có GEM và khơng có GEM.
Giới hạn của đề tài chỉ tập trung nghiên cứu:
-

Tính tốn điện trở nối đất khi có sử dụng hóa chất cải tạo đất.

-

Khảo sát mơ hình tốn học của điện trở nối đất có sử dụng hóa chất cải
tạo đất khi qui đổi mơi trƣờng hóa chất về môi trƣờng đất.

Từ kết quả thực hiện, so sánh với kết quả của bài báo[5], nhận xét kết quả
của sự ành hƣởng khi ta thay đổi các thông số trong mơ hình.
1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu
Để đáp ứng đƣợc các mục tiêu đề ra, đề tài đã sử dụng các phƣơng pháp
nghiên cứu sau:
Sử dụng phƣơng pháp ảnh điện (soi gƣơng) để xây dựng mơ hình tốn học
của tính tốn nối đất.
Thu thập và tham khảo các tài liệu liên quan trong và ngoài nƣớc.
Khảo sát và tham khảo các đề tài trƣớc làm cơ sở thực hiện cho đề tài.
Tham khảo các trang web và bài báo nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.
Sử dụng phần mềm Matlab để làm công cụ thực hiện các kết quả mô phỏng
của luận văn.
1.4 Điểm mới của luận văn
Tìm đƣợc mơ hình tốn học để tính tốn điện trở nối đất có sử dụng hóa chất

cải tạo đất khi quy đổi mơi trƣờng hóa chất về mơi trƣờng đất.
Khảo sát đƣợc sự ảnh hƣởng của các thông số đến điện trở nối đất.
Tìm đƣợc cơng thức thực nghiệm để đơn giản hóa trong việc tính tốn.
Thực hiện thí nghiệm và so sánh hệ số sử dụng của các kết quả thí nghiệm.

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

4

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

Chƣơng 2
CƠNG THỨC TÍNH ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA HÌNH
THỨC ĐƠN GIẢN CĨ LỚP GEM
2.1- Điện trở nối đất của cọc thẳng đứng:
2. 1.1- Hố khoan có dạng hình trụ trịn:

Hình 2.1- Nối đất thẳng đứng với hố khoan hình trụ trịn có lớp GEM
Điện cực thẳng đứng có đƣờng kính d, chiều dài l và điện trở suất ρ3 đƣợc
chôn trong đất ở độ sâu h (h=t0+l) xung quanh điện cực là hai mơi trƣờng dẫn điện
có điện trở suất ρ1 (lớp đất) và ρ2 (lớp hóa chất cải tạo đất) có độ dày bán kính C
đƣợc trình bày ở hình 2.1.
Xét thế tại một điểm có tọa độ (r, Z) nào đó có dịng điện chạy qua điện cực.
Theo phƣơng pháp hàm Green, ta có hàm thế nhƣ sau:

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

5

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

 (Z , r )  

Idz

l
, r ) sẽ là:
2

Thế ở một điểm có tọa độ (
2t 

(2.1-1)

4l Z 2  r 2

l

l

l
2
l
2t 
2

 ( Z , r )   l 2 d ( z, r )   2l d ( z, r )  




2

I

4l

2

2t 

d ( z, r )

(2.1-2)


 l 
 2t  l 2 
 2t  l 2 
  Arsh


2 Arsh 2r   Arsh r
 


 r


l
2

Với

t  t0 

Thay

 l 

l2
 l 
Arsh    ln   

1

4r 2
 2r 
 2r 


(2.1-3)

Tƣơng ứng cho các biến số khác ta rút ra:

 (r ) 

 (4t  l ) 2  4r 2  4t  l 
I   l 2  4r 2  l 

2 ln
 ln 
2
2


 (4t  l )  4r  4t  l 
4l  
2r





(2.1-4)

 Thế trên đoạn C đến vơ cùng chính là thế trên biên C vì φ(∞)=0 với x=C, ρ=
ρ1 (tức ở vùng đất không cải tạo).
 (4t  l ) 2  4C 2  4t  l 
I1   l 2  4C 2  l 


2 ln
1   (r  C ) 
 ln 

 (4t  l ) 2  4C 2  4t  l 
4l  
2C





Suy ra:

 (4t  l ) 2  4C 2  4t  l 
1   l 2  4C 2  l 


R1 
2 ln
 ln 

 (4t  l ) 2  4C 2  4t  l 
4l  
2C





Khi độ dày lớp cải tạo C bé ( C<R1 

1   l 
 4t  l 
2 ln    ln 


4l   C 
 4t  l 

(2.1-5)

 Thế giáng trên khoảng cách từ d/2 đến C là:
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

6

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

 2   (d / 2)   (C ) khi ρ= ρ2

Thay trị số của hàm  (r ) ở hàm số trên khi r=d/2 và r=C:
I 2
4l

 l 
 4t  l 
2 ln  C   ln  4t  l 


  

+

 (C ) 

+

I
 (d / 2)  2
4l

2
2
  l2  d 2  l 


  ln  (4t  l )  d  4t  l 
2 ln 

 (4t  l ) 2  d 2  4t  l 
d
 






Bỏ qua d/2 vì (d/2)2<<(4t+l)2 nên ta đƣợc:
 (d / 2) 

2 

Suy ra:

I 2   2l 
 4t  l 
2 ln    ln 


4l   d 
 4t  l 

I 2   2l 
 l 
ln

ln


 
2l   d 
 C 

Từ đó ta có:

R2 

2
I



 2   2l 
 l 
ln    ln  

2l   d 
 C 

(2.1-6)

 Thế giáng trên khoảng cách từ x=0 đến d/2:

 3   (0)   (d / 2) khi ρ= ρ3
Ta có:
  l 2  4r 2  l 
 (4t  l ) 2  4r 2  4t  l 
I




 (0) 

lim 2 ln
 ln 

 (4t  l ) 2  4r 2  4t  l 
4l x0  
2r





Với

2
2
2
2
  l 2  4r 2  l 
  lim l  2r  l  4r  lim ln  2  8r / l  4r  0
lim ln 
x 0
x 0
 x0 l  2r  l 2  4r 2
2r
 
2  8r / l 2  4r 2


Thế vào phƣơng trình (2.1.1-13)ta đƣợc

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

7

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

 (0) 

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

I 3
4l

 (d / 2) 

  4t  l 
ln  4t  l 

 

I 3
4l

  2l 
 4t  l 
2 ln  d   ln  4t  l 



  

Suy ra:
 3   (0)   (d / 2) 

I 3
2l

  2l 
ln  d 
  

Từ đó ta có:
R3 

 3   2l 
ln  
2l   d 

(2.1-7)

Nhƣ vậy điện trở tổng khi có hóa chất cải tạo đất là:
RC=R1+R2+R3

RC 

1   l 4t  l   2   2C   3   2l 
ln 
ln  

 
ln

2l   C 4t  l  2l   d  2l   d 

(2.1-8)

Trƣờng hợp ta qui đổi cọc nối đất có hóa chất trên về mơi trƣờng đất khi đó
điện trở suất tƣơng đƣơng ρtđ (gồm môi trƣờng đất và cọc nối đất có hóa chất cải
tạo) đƣợc tính nhƣ sau:
Khi qui đổi, ta có RC=Rtđ+R3. Mà R3 cũng chính là R’3.
Và khi đó ta có: Rtđ = R1+R2
 Thế giáng trên khoảng cách từ d/2 đến ∞ là:
 (d / 2)   (d / 2)   () khi ρ= ρtđ

I tđ
4l

  2l 
 4t  l 
2 ln  d   ln  4t  l 


  

+

 (d / 2) 

+

 ()  lim  (r )  0
r 

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

8

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

  (d / 2) 

Suy ra: Rtđ 



I tđ
4l

  2l 
 4t  l 
2 ln  d   ln  4t  l 


  

 tđ   2l 
 (4t  l ) 

2 ln    ln 
4l   d 
 (4t  l ) 

(2.1-9)

 (4t  l ) 4l 2 
1   tđ
2l 
RC 
. 2    3 . ln( )
( ) ln 
2l  2
d 
 (4t  l ) d 

(2.1-10)

Từ các phƣơng trình (2.1-8), (2.1-10) ta có:
 (4t  l ) 
1   l 4t  l   2   2C   tđ   2l 

  0

ln


2
ln

ln




ln 




2l   C 4t  l  2l   d  4l   d 
 (4t  l ) 






 (4t  l ) 
1   l 4t  l   2   2C   tđ   2l 
  0
ln 
 
ln 

2 ln    ln 



2l   C 4t  l  2l   d  4l   d 
 (4t  l ) 

  l 4t  l
  C 4t  l

1 ln 

 tđ 

  2l 

 4t  l 
 2C 
   2 ln 




ln

ln




tđ



 4t  l   0
d
d













  l 4t  l
  C 4t  l


 2C 
   2 ln 


  d 

  2l 
 4t  l 

ln    ln 


 4t  l 
  d 

1 ln 

1

 l 4t  l   2C  2
 .
ln 

C 4t  l   d 

  tđ 
 2l 4t  l 

ln 

d
4
t

l



(2.1-11)

Nhƣ vậy, hệ nối đất gồm điện trở suất của đất ρ1 và điện trở suất của hóa chất

cải tạo đất là ρ2 thì điện trở suất tƣơng đƣơng ρtđ đƣợc tính theo biểu thức (2.1-11).
2.1.2- Hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật:

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

9

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

-

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

Điện cực thẳng đứng có đƣờng kính d, chiều dài l và điện trở suất ρ3 đƣợc

chôn trong đất ở độ sâu h (h=t0+l) xung quanh điện cực là hai mơi trƣờng dẫn điện
có điện trở suất ρ1 (lớp đất) và ρ2 (lớp hóa chất cải tạo đất hình hộp chữ nhật) có
kích thƣớc (l x a x b).

Hình 2.2- Nối đất thẳng đứng với hố khoan hình chữ nhật có lớp GEM
-

Trƣờng hợp này ta có thể quy đổi hình hộp thành hình trụ có bán kính C và

thể tích đúng bằng thể tích hình hộp chữ nhật. Từ đó ta có thể suy ra:
C

a.b

(2.1-12)



- Tính tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp hóa chất có hình trụ trịn ta có thể suy ra:
+ Điện trở nối đất khi chƣa quy đổi:

RC 

1   l 4t  l   2   2C   3   2l 
ln 
ln  
 
ln

2l   C 4t  l  2l   d  2l   d 

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

10

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

+ Điện trở nối đất khi qui đổi lớp hóa chất cải tạo đất về mơi trƣờng đất:


RC 

1
2l

  tđ
 (4t  l ) 4l 2 
2l 

(
)
ln
. 2    3 . ln( )

d 
 (4t  l ) d 
 2

(2.1-13)

+ Điện trở suất tƣơng đƣơng khi qui đổi từ hóa chất cải tạo đất về môi trƣờng
đất:
1

 l 4t  l   2C  2
 .
ln 


C 4t  l   d 

 tđ 
 2l 4t  l 

ln 

d
4
t

l



(2.1-14)

Nhƣ vậy, hệ nối đất gồm điện trở suất của đất ρ1 và điện trở suất của hóa chất
cải tạo đất là ρ2 thì điện trở suất tƣơng đƣơng ρtđ đƣợc tính theo biểu thức (2.1-14).
2.2- Điện trở của điện cực nối đất ngang:
2.2.1- Hố khoan có dạng hình trụ trịn ngang:
-

Điện cực hình trụ trịn ngang có đƣờng kính d, chiều dài l và điện trở suất ρ3

đƣợc chôn trong đất ở độ sâu t, xung quanh điện cực là hai mơi trƣờng dẫn điện có
điện trở suất ρ1 (lớp đất) và ρ2 (lớp hóa chất cải tạo đất) có độ dày bán kính C đƣợc
trình bày ở hình2.3.

Hình 2.3- Nối đất nằm ngang với hố khoan hình trụ trịn có lớp GEM
HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

11

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất

- Xét thế tại một điểm có tọa độ (z, r) thì có dịng điện chạy qua điện cực. Theo
phƣơng pháp hàm Green ta có hàm thế nhƣ sau:
 (Z , r )  

Idz
4l Z 2  r 2

Trong trƣờng hợp này điện cực đƣợc bố trí nhƣ trình bày trong hình 2.3. Hàm
Green của thế hồn toàn giống nhau nhƣ trong trƣờng hợp điện cực đặt thẳng đứng.
Nhƣ vậy, thế ở một điểm cách trục một đoạn đƣợc xác định bởi biểu thức:
 (r ) 

I
4l



l/2

l / 2

dz
Z  r2
2

Tính hàm và thay cận ta có:

1 ( r ) 

I
 l  I  l 
Arsh   
ln   
2l
 2r  2l  2r 


l2

1

4r 2


(2.2-1)

Điện trƣờng đƣợc tạo ra bởi ảnh của nó ở điểm (r,Z) là:


 I 

I
l
l
 
 
 2 (r ) 
Arsh
ln 
2l
 2(2t  r )  2l  2(2t  r ) 

2



l

  1

 2(2t  r ) 


(2.2-2)

Thế của nối đất đƣợc xác định theo biểu thức:

 r  1   2 

I   l  l 2  4r 2
ln
2l  
2r


2
2


  ln  l  l  (2(2t  r ))


2(2t  r )








(2.2-3)

* Thế giáng trên khỏang cách từ C đến ∞:


1   ( 1 )  1 (C )  1 () khi (r = C, ρ=ρ1)

+ φ(∞)=0

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

12

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ:

+  (C ) 

Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất


I1  
l2


ln
 
2l   C (2t  C ) 

 1   ( 1 )   (C ) 

 R1 

 ( 1 ) 1

I

2l


I1  
l2


ln
 
2l   C (2t  C ) 

 

l2


ln
 
  C (2t  C ) 

(2.2-4)

* Thế giáng trên khỏang cách từ d/2 đến C:


 2   (  2 )   2 (d / 2)   2 (C ) khi (r = d/2 đến C, ρ=ρ2)

+  2 (C ,    2 ) 

I 2

2l

 

l2


ln
 
C
(
2
t

C
)




 




I 2  
l2

ln
+  2 (d / 2,    2 ) 


d 
2l   d 
(
2
t

)




2 
  2

  2   2 (d / 2)   2 (C ) 
 R2 

I 2
2l

I 2
2l

d2
(Do dt 
)
4

  C (2t  C ) 


ln 
dt

 

  C (2t  C ) 

ln 
dt

 

(2.2-5)

* Thế giáng trên khỏang cách từ 0 đến d/2:


3   (  3 )  3 (0)  3 (d / 2) khi (r = 0 đến d/2, ρ=ρ3)

I 3   l 2 
+  3 (d / 2,    3 ) 
ln  
2l   dt 

+  3 (0,    3 ) 

HVTH: Nguyễn Thanh Tùng

I 3   l 

ln  
2l   2t 

13

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương