Điện - Chương 4: Nối đất trong hệ thống điện

Nội dung text: Điện - Chương 4: Nối đất trong hệ thống điện

1. Chương 4: Nối đất trong hệ thống điện I) Khái niệm chung: Tác dụng của nối đất là để tản dòng điện sự cố vào đất và để giữ mức điện thế thấp trên các phần tử thiết bị điện được nối đất. Các loại sự cố thường xảy ra như: rò điện do cách điện, xảy ra các loại ngắn mạch, chạm đất 1 pha, dòng điện sét.
2. Theo chức năng của các loại nối đất, nó được chia làm 3 loại sau đây: -Nối đất an toàn : nhằm đảm bảo an toàn cho con người. Nối đất an toàn là nối tất cả các bộ phận kim loại của TBĐ hay của các kết cấu kim loại mà khi cách điện bị hư hỏng thì nó xuất hiện điện áp xuống hệ thống nối đất . Nối đất chống sét : đảm bảo an toàn cho TBĐ. Nối từ bộ phận thu sét xuống đất. Cả 2 loại nối đất trên được gọi là nối đất bảo vệ
3. -Nối đất làm việc : nhằm đảm bảo điều kiện làm việc bình thường cho TBĐ và 1 số bộ phận của TBĐ theo chế độ đã được qui định sẵn, đây là loại nối đất bắt buộc để đảm bảo các điều kiện vận hành của hệ thống. Trong rất nhiều trường hợp, 2 hoặc 3 nhiệm vụ nối đất trên được thực hiện trên cùng một hệ thống nối đất. Các loại nối đất thường được thực hiện bằng một hệ thống những cọc thép (hoặc đồng) đóng vào đất hoặc những thanh ngang hoặc hệ thống thanh - cọc nối liền nhau chôn trong đất ở một độ sâu nhất định.
4. II) Điện trở suất của đất - hệ số mùa: Đất là môi trường dẫn điện phức tạp, không đồng nhất về thành phần và cấu tạo, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: -Lượng ẩm trong đất; -Năng lực giữ ẩm của đất ; -Tạp chất trong đất; Vì vậy khi tính toán nối đất thì người ta lấy: tt = do.kmua * Kmùa phụ thuộc vào độ chôn sâu của điện cực * Kmùa phụ thuộc vào loại nối đất: nối đất an toàn hay nối đất chống sét. Thường tính toán nối đất chống sét lấy kmùa nhỏ hơn so với nối đất an toàn
5. II) Hệ2.3 số Hệ mùa: số mùa ➢ phụ thuộc vào độ chôn sâu của điện cực ➢ phụ thuộc vào loại nối đất * Km km nối đất chống sét < km nối đất an toàn ➢ phụ thuộc hình thức nối đất Nằm ngang hay thẳng đứng Loại nối đất Hình thức Độ chôn sât Km 0,5 4,56,5 An toàn, làm Nằm ngang 0,8 1,63 việc Thẳng đứng 0,8 1,42 0,5 1,41,8 Nằm ngang Chống sét 0,8 1,21,45 Thẳng đứng 0,8 1,151,3
6. III) Tính toán nối đất an toàn: 1)Xác định điện trở nối đất của các điện cực đơn : Xác định Rnđ của bán cầu có bán kính ro Iđ ro dr r Khi có dòng điện chạm đất Iđ đi vào bán cầu thì mật độ dòng điện cách tâm bán cầu một khoảng r bất kỳ được xác định: I J = d 2 r 2
7. I Theo định luật Ohm dạng vi phđn, đ xâc định được cường độ điện r o A trường trong đất: dr r du E = = J. dr J - mật độ dòng điện đi trong đất I J = d 2 r 2 - điện trở suất của đất Từ đó xác định được: du I . I . E = = d du = d dr dr 2 r 2 2 r 2
8. Điện áp tại điểm A nào đó cách tâm bán cầu một khoảng bằng rA được xác định bởi hiệu điện thế: I . − I . I . U = d dr = d = d A 2 r 2 2 r rA 2 r rA A Điện áp trên bề mặt bán cầu ro: I . − I . I . U = d dr = d = d 2 ro ro 2 r 2 r 2 r0 Từ đó suy ra: Điện trở của bán cầu có bán kính ro là U Rbc = = Id 2 ro
9. *Điện trở nối đất của cọc chôn m sâu trong đất: t m = (0,5  0,8)m l d l t = m + 2 tt 2l 1 4t + l Rc = ln + ln 2 l d 2 4t − l d = (2 5)cm l = (2 3)m
10. *Điện trở nối đất của thanh chôn nằm ngang: kL2 R = tt ln t 2 L t.d t d = (2 3)cm d k - hệ số phụ thuộc vào hình dáng nối đất L t độ chôn sâu
11. 2.4 Tính toán nối đất ổn định k_hệ số hình dáng nối đất nằm ngang l1 Hình dáng K Hình dáng K l2 1 1 5,53 1,22 l2 1,5 5,81 1.46 2 6,46 l1 2,38 3 8,17 8,45 4 10,4 19,3
12. 2)Xác định điện trở nối đất của 1 hệ thống : Xét điện cực gồm 2 bán cầu bán kính ro Id Id/2 Id/2 ro ro a Điện áp đặt trên một điện cực chính bằng điện áp của hệ thống nối đất: I I d . d . 2 2 u1 = + = U 2 ro 2 a
13. Điện trở nối đất của hệ thống: U R2bc = Rht = = + Id 2.2 ro 2.2 a Như vậy so với trường hợp lý tưởng của 2 bán cầu nối song song, điện trở nối đất của hệ thống 2 bán cầu khi có sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa 2 điện cực đặt trong đất tăng lên một lượng là: 2.2 a
14. Để đặc trưng cho hiện tượng này thì người ta đưa ra 1 hệ số gọi là hệ số sử dụng 2.2 r 1/ r 1  = o = o = r 1/ ro +1/ a 1+ 0 + a 2.2 ro 2.2 a  1 Như vậy: - η giảm khi a giảm, η tăng khi a tăng. Chính vì lý do này mà ít khi người ta đóng các cọc quá gần nhau (a≥3m) - η giảm khi ro tăng, η tăng khi ro giảm.
15. Khi có hệ thống nối đất gồm n cọc liên kết với nhau bằng thanh chôn nằm ngang Rc .Rt Rht = Rct + Rtc .n Các hệ số ηc và ηt được tra trong các bảng phụ lục 24-27 Sách Bài tập Kỹ thuật điện Cao Áp (TS. Hồ Văn Nhật Chương - ĐHBK TP HCM)
16. IV) Tính toán nối đất chống sét: 1) Đặc điểm: -Dòng điện sét có biên độ lớn (Is lớn ), tức mật độ J lớn, suy ra cường độ điện trường E lớn. Nếu E >Ecpđ thì vùng đất xung quanh điện cực sẽ bị phóng điện, lúc này tương đương với kích thước của điện cực tăng làm giảm đáng kể trị số điện trở nối đất. -Khi đó, điện áp đặt trên điện cực nối đất được tính toán theo biểu thức: di U = R .I + L s xk s dt
17. di - Do a = s lớn do đó không thể bỏ qua ảnh hưởng dt của điện cảm của bản thân điện cực. Bởi vì nó gây ra di một giá trị điện áp giáng L s trên bản thân điện cực. dt Vì vậy hệ thống nối đất chống sét không thuần tuý như 1 điện trở nữa mà là tổng trở Z và làm trị số Ohm tăng lên khá lớn. Thông thường, khi l >40 m thì lúc đó mới xét ảnh hưởng của điện cảm
18. 2) Phân loại : - Nối đất tập trung : khi chiều dài của điện cực chôn vào trong đất l < 40 m Bỏ qua ảnh hưởng của L chỉ xét dến hiện tượng phóng điện ở trong đất - Nối đất phân bố dài: l 40m Xét đồng thời cả 2 ảnh hưởng: + Hiện tượng phóng điện trong đất + Ảnh hưởng của điện cảm Tuy nhiên bài toán này khá phức tạp, cho nên đối với trường hợp nay chỉ xét đến L bỏ qua hiện tượng phóng điện trong đất
19. 3)Xác định R của nối đất tập xk Is trung : ro = (1− kE ) r xk r r E = E dr cpd o I s Eo = J r . xk = 2 . xk 2 r Suy ra Is xk Is (1− kEo ) r = = 2 Eo 2 Eo Xét tại 1 mặt cầu có bán kính r bất kỳ, ta có: I E = J . = s . (1− kE ) r r xk 2 r 2 r
20. Is du Er = 2 = 2 r + Is k dr Is du = 2 dr 2 r + Is k I u = s dr 2 r 2 + I k r s Xác định điện áp đặt trên hệ thống nối đất: 2 u = I − arctg r s 2 I k 2  I k s s
21. 1− kE u = I − arctg o s 2 I sk 2 kEo u 1− kE R = = − arctg o xk I s 2 I sk 2 kEo Rxk = f (Is , ) Nhận xét: Rxk gần như không phụ thuộc vào kích thước hình học ban đầu của hệ thống nối đất, mà chỉ phụ thuộc vào biên độ dòng điện sét, điện trở suất tính toán của đất.
22. Thực tế hiện nay người ta thường tính Rxk bằng công thức: Rxk = xk R Với xk là hệ số xung kích 0 xk 1 Hệ số xung kích được tra ở các bảng phụ lục 28-38 Sách Bài tập KTĐ Cao áp - TS. Hồ Văn Nhật Chương, ĐHBK TP HCM) tùy theo các giá trị điện trở suất của đất, giá trị dòng điện sét, cách nối đất,
23. *điện trở nối đất của n cọc liên kết với nhau bằng thanh chôn nằm ngang Rxkc .Rxkt 1 Rxkht = . Rxkc + nRxkt xk Trong đó: Rxkc = xk Rc Rxkt = xk Rt : hệ số sử dụng xung kích (tra phụ lục 36 Sách Bài  xk tập KTĐ Cao áp - TS. Hồ Văn Nhật Chương, ĐHBK TP HCM)
24. 4)Xác định Zxk của nối đất L L L phân bố dài : o o o Sơ đồ thay thế Go Go Go Lo - điện cảm trên 1 đơn vị dài của bản thân điện cực l Lo = 0,2 ln − 0,31 H / m r Go- Điện dẫn trên 1 đơn vị dài của hê thống nối dất 1 1 Go = R.l .m R- điện trở tản ổn định của hệ thống nối đất l - chiều dài của điện cực
25. Từ sơ đồ thay thế ta lập được hệ phương trình vi phân: u i − = L x o t i − = G u x o −t a  1− eTk k x u(x,t) = t + 2T cos G l 1 k 2 l o k =1 − ds a  1− e Tk u = u(0, ) =  + 2T max ds G l ds 1 k 2 o k=1
26. Với L G l 2 T = o o 1 2 T T = 1 k k 2 I  = s ds a − ds u(0, ) 1 2T  1− e Tk Z(0, ) = ds = 1+ 1 ds i( ) G l   k 2 ds o ds k=1
27. − ds T *Tính  1− e k  2 k =1 k − ds − ds Ta có:  1− e Tk  1  e Tk  2 =  2 −  2 k=1 k k=1 k k=1 k  1 2 Mà theo toán học thì:  2 = k=1 k 6
28. Như vậy, giá trị còn lại ta cần tính: − ds − ds − ds −  Tk ds T2 T3 e T1 e e  2 = e + + + k=1 k 4 9 Ta có nhận xét sau: − ds  T Khi ds 3 thì giá trị e k 0 nên bỏ qua . Tk Vậy, đối với những giá trị k sau đây ta sẽ bỏ qua T  3T T = 1 ds k'2 3 k' 1 k 2  k' T1 ds Vì vậy, ta chỉ cần tính toán các hệ số k là số nguyên là 1, 2, 3, đến giá trị gần với k’ nhất.
29. V) Nối đất ở đường dây và trạm biến áp : I 1) Nối đất ở đường dây : s Nối đất ở đường dây là nối đất ở các cột điện làm nhiệm vụ nối đất chống sét và nối đất này được xem là dạng nối đất tập trung. Yêu cầu kỹ thuật: I s .Rxk u50% chuoicach dien Hiện nay người ta quy định như sau: 4 Rcột 10 .cm Rcot =10  4 4 10 .cm 5.10 .cm Rcot =15  4 5 5.10 .cm 10 .cm Rcot = 20  5 10 .cm Rcot = 30  Quy định này xuất phát từ yêu cầu kinh tế - kỹ thuật sao cho hợp lý
30. 2) Nối đất ở trạm biến áp : Có 2 loại nối đất: - Nối đất an toàn - Nối đất chống sét Nguyên tắc: làm 2 hệ thống nối đất khác nhau là tốt nhất cho 2 loại nối đất Tuy nhiên việc thực hiện 2 hệ thống nối đất trong 1 trạm phân phối là không thể làm được, mà chỉ có 1 hệ thống nối đất làm cả 2 nhiệm vụ. + Hiện nay, quy định tiêu chuẩn đối với nối đất an toàn: - U ≥ 110KV: Rat 0,5 - U ≤ 35KV: Rat 4 + Đối với nối đất chống sét I s .Z(0, ds ) u50% MBA