Hệ số sử dụng của hệ thống nối đất đơn giản khi có sử dụng hóa chất cải tạo đất

Nội dung text: Hệ số sử dụng của hệ thống nối đất đơn giản khi có sử dụng hóa chất cải tạo đất

1. HỆ SỐ SỬ DỤNG CỦA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT ĐƠN GIẢN KHI CÓ SỬ DỤNG HÓA CHẤT CẢI TẠO ĐẤT Hồ Văn Nhật Chươnga, Phạm Tấn Hưngb TÓM TẮT Vấn về tính toán điện trở nối đất trong hệ thống điện là đề tài đã được nghiên cứu từ rất lâu, nhưng đến nay vẫn còn rất quan trọng. Các nhà khoa học vẫn không ngừng nghiên cứu với mục đích đảm bảo an toàn cho con người, thiết bị tiêu thụ cũng như đảm bảo tính làm việc ổn định cho một hệ thống điện. Đặc biệt khi có chất cải tạo đất (GEM) “Ground Enhancing Material, is a superior conductive material that improves grounding effectiveness, especially in areas of poor conductivity” được đưa vào ứng dụng thì việc nghiên cứu thật sự hấp dẫn hơn. Việc sử dụng hóa chất cải tạo đất vào trong thiết kế nối đất cho trạm biến áp là rất cần thiết, tuy nhiên cần phải xác định được tính hiệu quả khi sử dụng. Bài báo này trình bày kết quả thực nghiệm thực tế hệ thống nối đất khi có sử dụng hóa chất cải tạo đất.Từ kết quả thực nghiệm xác định được hệ số sử dụng của hệ thống nối đất đơn giản khi có sử dụng hóa chất cải tạo đất. 1. GIỚI THIỆU của 3 chữ cái đầu của từ Giảm Điện Trở. Việt Nam là một trong ba tâm giông sét của Hóa chất có tính chất bền vững với thời thế giới và trải dài từ Bắc vào Nam có gian, không bị rửa trôi, không làm hại môi những nơi có độ ẩm cao, mật độ giông sét trường. Họ dùng các điện cực kim loại nhỏ nhiều như ở các tỉnh: Hải Dương, Nghệ (đường kính cỡ 12 - 18 mm) chôn trong An, Hà Tĩnh và Đồng bằng sông Cửu đất, sau đó phủ hóa chất dẫn điện ra ngoài. Long. Trong môi trường ẩm, hóa chất đó tự liên Thiệt hại do mất an toàn cho ngành điện và kết thành một khối với điện cực kim loại để nền kinh tế quốc dân là rất lớn. Để đảm bảo tạo ra một điện cực biểu kiến mới có đường an ninh năng lượng điện đáp ứng nhu cầu kính đến 100 – 200 mm. Vì thế giá trị điện của công cuộc hiện đại hóa, công nghiệp trở nối đất được giảm một cách rõ rệt, có hóa đất nước thì việc sử dụng hóa chất cải thể từ 50% đến 90%. tạo hệ thống nối đất cho hệ Trạm biến áp 2. CÔNG THỨC TÍNH ĐIỆN TRỞ cao thế là rất cần thiết. NỐI ĐẤT KHI CÓ HÓA CHẤT Việc sử dụng hóa chất vào tính toán thiết 2.1 Công thức tính điện trở nối đất của kế nối đất sẽ góp phần nâng cao khả năng cọc thẳng đứng chưa qui đổi. an toàn cho trạm biến áp. Điện trở tổng RC khi có hóa chất cải tạo Hóa chất đó, trong tiếng Anh, được goi là của cọc thẳng đứng có: d là điện cực nối GEM (Ground Enhancing Material, is a đất, t là độ chôn sâu cọc, l là độ dài cọc, ρ1 superior conductive material that improves là điện trở suất lớp đất, ρ2 là điện trở suất grounding effectiveness, especially in areas của hóa chất cải tạo đất, C là bán kính của of poor conductivity - nghĩa là một loại vật lớp hóa chất xung quanh. liệu dẫn điện siêu đẳng cải thiện hiệu lực 1 l 4t l 2 2C 3 2l nối đất, đặc biệt trong vùng dẫn điện kém). R ln ln ln C 2 l 2 l d 2 l d Còn trong tiếng việt gọi là GĐT, viết tắt C 4t l
2. 2.2 Công thức tính điện trở nối đất của cọc thẳng đứng qui đổi. Điện trở tổng cọc tương đương 2 1 (4t l)4l 2l RC 1 / 2 ln 3 ln 2 l 2 D 4t l DC C Hình 2 :Thanh nối đất tương đương Trong đó: 2 1 l DT R ln ln 2 3 1 3 T 2 l 1 tD 3 2l T 3 1 3 1 DC d (2C) Ta có 3 2 1 2 2 1 3 1 3 1 3 1 DT d t C(2t C) Do đó, chúng ta có thể chuyển đổi thanh nối đất đơn có (d, l, ρ3) với chất hóa học Hình 1: Cọc nối đất tương đương (C, l, ρ2) thành một, với dộ dài l, đường Do đó, chúng ta có thể chuyển đổi cọc nối kính DT được tính bằng phương trình sau: đất thẳng đứng (d, l, ρ3) với chất hóa học Thực tế: ρ3 ≈ 0 ta có: (C, l, ρ2) thành một, với độ dài l, đường kính DC được tính bằng công thức sau: 2 1 l RT ln 2 l tD Thực tế :ρ3 ≈ 0 ta có: T 1 2l 1 (4t l) 2 2 1 R ln ln C 1 2 2 l DC 2 4t l 1 1 DT d t C(2t C) 1 Với: 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CỦA 2 1 2 HỆ CỌC THẲNG ĐỨNG 1 1 DC d (2C) 3.1. So sánh hệ số sử dụng thực nghiệm Nếu không có lớp chất hóa học thì ρ2 = ρ1 của hệ cọc thẳng đứng ở luận văn với Với DC = d luận văn [1] 1 2l 1 (4t l) Dựa trên các thông số thực nghiệm trong RC ln ln 2 l d 2 4t l tài liệu tham khảo [1], ta có hệ số sử dụng 2.3 Công thức tính điện trở nối đất của của cọc khi chưa sử dụng hóa chất GEM thanh nằm ngang chưa qui đổi. theo biểu thức: 1 l 2 C(2t C) d RC R ln ln ln C t 2 l 1 C(2t C) 2 dt 3 2l N .R ht 2.4 Công thức tính điện trở của thanh Trong đó dẫn nằm ngang qui đổi. RC: điện trở tản của một cọc. Rht: điện trở tản tương đương của hệ thống nối đất.
3. N: số cọc; ηC: hệ số sử dụng của hệ thống nối đất. Khoảng cách giữa các cọc a được đặt cách đều nhau. 3.2 Kết quả đo hệ cọc thẳng đứng khi chưa có lớp GEM TT LC(m) N Rht(Ω) RC(Ω) a(m) a/L d(m) ηC TN 1 1 2 14.6 21.9 0.5 0.5 0.01 0.75 2 1 2 13.19 21.9 1 1 0.01 0.8302 3 1 2 11.8 21.9 2 2 0.01 0.928 4 1 2 11.67 21.9 3 3 0.01 0.9383 5 2 2 7.8 11.67 1 0.5 0.01 0.7481 6 2 2 6.75 11.67 2 1 0.01 0.8644 7 2 2 6.23 11.67 4 2 0.01 0.8966 8 2 2 6.18 11.67 6 3 0.01 0.9442 Bảng 1: Hệ số sử dụng của hê cọc khi không có hóa chất Hình 4: Kết quả đo 2 cọc a =0.5m, L = 1m 3.3 Kết quả đo hệ cọc thẳng đứng khi có C lớp GEM 3.3.2 Số cọc N = 2; Chiều dài cọc LC = 1 3.3.1 Số cọc N = 2; Chiều dài cọc LC = 1 m; a = 1 m; C = 0,05 m m; a = 0.5 m; C = 0,05 m Hình 3: Kết quả đo một cọc Hình 5: Kết quả đo 2 cọc a =1 m, LC= 1m
4. 3.3.3 Số cọc N = 2; Chiều dài cọc LC = 1 3.3.6 Số cọc N = 2; Chiều dài cọc LC = 2 m; a = 2 m; C = 0,05 m m; a = 2 m; C =0,05 m Hình 6: Kết quả đo 2 cọc a =2m, LC= 1m Hình 9: Kết quả đo 2 cọc a = 2m, LC= 2m 3.3.4 Số cọc N = 2; Chiều dài cọc LC = 1m; 3.3.7 Số cọc N = 2; Chiều dài cọc LC = 2 a = 3 m; C = 0,05 m m; a = 4 m; C = 0,05 m Hình 10: Kết quả đo 2 cọc a =4m, LC= 2m Hình 7: Kết quả đo 2 cọc a =3m, LC= 1m 3.3.8 Số cọc N = 2; Chiều dài cọc LC = 2 TT LC(m) N Rht(Ω) R1C(Ω) a a/L d(m) C(m) ηC TN m; a = 6 m; C = 0,05 m 1 1 2 13,0 18,6 0,5 0,5 0.01 0,05 0,7154 2 1 2 10,9 18,6 1,0 1,0 0.01 0,05 0,853 3 1 2 10,4 18,6 2 2 0.01 0,05 0,894 4 1 2 10,1 18,6 3 3 0.01 0,05 0,921 Bảng 2: Hệ số sử dụng của hê cọc khi có hóa chất dài 1m 3.3.5 Số cọc N = 2; Chiều dài cọc LC = 2 m; a = 1 m; C = 0,05 m Hình 11: Kết quả đo 2 cọc a =6m, LC= 2m TT LC(m) N Rht(Ω) R1C(Ω) a a/L d(m) C(m) ηC TN 1 2 2 2,42 3,8 1 0.5 0.01 0,05 0,7851 2 2 2 2,29 3,8 2 0,1 0.01 0,05 0,8296 3 2 2 2,27 3,8 4 2,0 0.01 0,05 0,8370 4 2 2 2,15 3,8 6 3,0 0.01 0,05 0,8837 Bảng 3: Hệ số sử dụng của hê cọc khi có hóa chất dài 2m Hình 8: Kết quả đo 2 cọc a =1m, LC= 2m 3.4 So sánh hệ số sử dụng của hệ cọc khi có và không có GEM:
5. có GEM không GEM ηC LC a η (có Sai số: a/L N C (không GEM) %ηC (m) (m) Rht Rc Rht Rc GEM) 1 0,5 0,5 2 13,0 18,6 14.6 21.9 0,7154 0.75 4,613 1 1,0 1,0 2 10,9 18,6 13.19 21.9 0,853 0.8302 2,746 1 2,0 2,0 2 10,4 18,6 11.8 21.9 0,894 0.928 3,663 1 3,0 3,0 2 10,1 18,6 11.67 21.9 0,921 0.9383 1,843 2 1,0 0,5 2 2,42 3,8 7.8 11.67 0,7851 0.7481 4,945 2 2,0 1,0 2 2,29 3,8 6.75 11.67 0,8296 0.8644 4,026 2 4,0 2,0 2 2,27 3,8 6.23 11.67 0,8370 0.9366 10,634 2 6,0 3,0 2 2,15 3,8 6.18 11.67 0,8837 0.9442 6,407 Bảng 4: So sánh sai số hệ số sử dụng của hê cọc khi có và Hình 14: Kết quả 2 thanh a =1m, L = 1m không có hóa chất t 4.3 Số thanh N=2; Chiều dài thanh Lt = 1m, Khoảng cách: a= 2m, C= 0,05m Hinh 12: Hệ số sử dụng của hệ cọc có và không có GEM 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CỦA HỆ THANH NỐI ĐẤT Hình 15: Kết quả 2 thanh a =2m, Lt= 1m 4.1 Số thanh N=2; Chiều dài thanh Lt = 1m, Khoảng cách: a= 0.5, C= 0,05m 4.4 Số thanh N=2; Chiều dài thanh Lt = 1m, Khoảng cách: a= 3m, C= 0,05m Hình 16: Kết quả 2 thanh a =3m, Lt= 1m TT l n Rht RT a(m) a/l d(m) C(m) ηT TN 1 1 2 81,4 145 0.5 0.5 0.01 0,05 0,8906 2 1 2 78,4 145 1 1 0.01 0,05 0,9259 3 1 2 74,2 145 2 2 0.01 0,05 0,9770 4 1 2 73,4 145 3 3 0.01 0,05 0,9877 Hình 13: Kết quả 2 thanh a =0,5m, Lt= 1m Bảng 5: Hệ số sử dụng của thanh dài 1m khi có GEM 4.2 Số thanh N=2; Chiều dài thanh 4.5 Số thanh N=2; Chiều dài thanh Lt = 1m, Khoảng cách: a= 1m, C= 0,05m Lt = 2m, Khoảng cách: a= 1m, C= 0,05m
6. TT l n Rht RT a a/l d C(m) ηT TN 1 2 2 56,6 100,1 1 0.5 0.01 0,05 0,8842 2 2 2 54,3 100,1 2 1 0.01 0,05 0,9217 3 2 2 53,0 100,1 4 2 0.01 0,05 0,9443 4 2 2 52,0 100,1 6 3 0.01 0,05 0,9625 Bảng 6: Hệ số sử dụng của thanh dài 2m khi có GEM 5. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CỦA HỆ Hình 17: Kết quả 2 thanh a = 1m, Lt= 2m THỐNG NỐI ĐẤT HÌNH TIA (Y) 4.6 Số thanh N=2; Chiều dài thanh 5.1 Sơ đồ thực nghiệm hệ thống nối đất hình tia (Y) không GEM Lt = 2m, Khoảng cách: a= 2m, C= 0,05m 5.1.1 Trường hợp a: LT = 1m; h= 0,5m: Hình 18: Kết quả 2 thanh a = 2m, Lt= 2m 4.7 Số thanh N=2; Chiều dài thanh Lt = 2m, Khoảng cách: a = 4m, C= 0,05m Hình 21:Kết quả tia không GEM, LT= 1m Hình 19: Kết quả 2 thanh a = 4m, Lt= 2m 5.1.2 Trường hợp b: LT = 2 m; h = 0,5 m: 4.8 Số thanh N=2; Chiều dài thanh Lt = 2m, Khoảng cách: a= 6m, C= 0,05m Hình 22:Kết quả tia không GEM, LT= 2m Hình 20: Kết quả 2 thanh a =6m, Lt= 2m
7. TT LT(m) h(m) N(tia) R1 tia(Ω) Rtt(Ω) Rht(Ω) d(m) ηT TN 1 1 0,05 0,5 3 135 54,6 0,01 0,8241 1 1 0,5 3 296 98,67 115,8 0.01 0,852 2 2 0,05 0,5 3 74,7 29,9 0,01 0,8328 2 2 0,5 3 153,5 51,16 58,7 0.01 0,8715 Bảng 8: Tính hệ số sử dụng của hệ thống nối đất 3 tia Bảng 7: Hệ số sử dụng của hệ thống nối đất 3 tia khi có hóa chất khi không có hóa chất 5.3 So sánh hệ số sử dụng của hệ thống 5.2 Sơ đồ thực nghiệm hệ thống nối đất nối đất 3 tia khi có và không có GEM: hình tia (Y) có GEM có GEM không GEM η η LT h N T T Sai số: 5.2.1 Trường hợp a: LT = 1 m; h = 0,5 m; (có (không (tia) %η (m) (m) GEM) GEM) C C= 0,05 m: Rtia Rht Rtia Rht 1 0.5 3 135 54,6 296 115,8 0,8241 0,852 3,274 2 0,5 3 74,7 29,9 153,5 58,7 0,8328 0,8715 4,440 Hình 25: Hệ số sử dụng của hệ tia có và không có GEM 6. KẾT LUẬN Từ bảng 4 và bảng 6 ta thấy hệ số sử dụng khi có GEM và không có GEM của chúng gần như nhau mức chênh lệch tối đa 7%. Hình 23: Kết quả tia có GEM, LT= 1m Như vậy, mức độ tản dòng điện khi có 5.2.2 Trường hợp b: LT = 2 m; h = 0,5 m; GEM cũng giống như khi không có GEM. C = 0,05 m: Ta có thể sử dụng được khi có GEM cho không có GEM và ngược lại. TT LT(m) C(m) h(m) N(tia) R1 tia(Ω) Rht(Ω) d(m) ηT TN Hình 24: Kết quả tia có GEM, LT= 2m
8. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Luận văn Thạc sĩ: "Tính toán điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất", Học Viên thực hiện: Nguyễn Thanh Tùng, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM, 2012. [2]. Chuong HoVanNhat, “Calculating resistance of simple grounding forms with or without the soil improved chemical substance”, Power anhd Energy Engineering Conference, 2010. [3]. Chuong HoVanNhat, Van NguyenQuoc, “Common formulas for calculating resistance of simple grounding forms with or without the soil improved chemical substance”, International Symposium on Electrical & Electronics Engineering, 2007.ERICO Company LTD, “The GEM software for calculating grounding resistance” [4]. Richard P. Keil et al. “IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding”, USA, 2000. [5]. W. Keith Switzer, Senior Staff Engineer, (1999), “Pratical Guide to Electrical Grounding”, ERICO Publication. Giảng viên hướng dẫn Học viên thực hiện PGS-TS. Hồ Văn Nhật Chương Phạm Tấn Hưng
9. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.