Luận văn Nghiên cứu tính toán điện trở nối đất có xét đến ảnh hưởng của hóa chất giảm điện trở nối đất (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu tính toán điện trở nối đất có xét đến ảnh hưởng của hóa chất giảm điện trở nối đất (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA HÓA CHẤT GIẢM ĐIỆN TRỞS K C 0 0 3 9 5 9NỐI ĐẤT MÃ SỐ: T2015-25TĐ S KC 0 0 4 8 0 4 Tp. Hồ Chí Minh, 2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH o0o BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA HÓA CHẤT GIẢM ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT Mã số: T2015-25TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Quyền Huy Ánh Thành viên: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương ThS. Ngô Kim Lân TP. HCM, 11/2015
3. DANH SÁCH THÀNH VIÊN 1. PGS.TS. Quyền Huy Ánh, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM, CN đề tài. 2. PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương, Đại học Bách Khoa Tp HCM 3. ThS. Ngô Kim Lân, Cao đẳng nghề Đồng Nai. i
4. MỤC LỤC Trang Danh sách những thành viên i Mục lục ii Danh mục các hình vẽ vi Danh mục các bảng biểu vii Thông tin - kết quả viii CHƢƠNG 1. MỞ ĐẦU 1 1.1.Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1 1.2.Tính cấp thiết của đề tài 3 1.3.Mục tiêu của đề tài 3 1.4 .Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 1.5. Cách tiếp cận 4 1.6.Phương pháp nghiên cứu 4 1.7. Nội dung nghiên cứu 4 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 5 2.1 . Một số khái niệm 5 2.2 . Các biện pháp giảm điện trở của hệ thống nối đất 5 2.2.1. Giảm điện trở bằng cách tăng cường điện cực nối đất 5 2.2.2. Giảm điện trở nối đất bằng cách giảm điện trở suất của đất 6 2.3 . Tính toán nối đất an toàn 7 2.3.1. Tính toán nối đất theo điện trở nối đất yêu cầu (Ryc) 7 2.3.1.1. Tính toán nối đất trong trường hợp đất đồng nhất 7 2.3.1.1.1. Xác định điện trở yêu cầu của hệ thống nối đất 8 2.3.1.1.2. Xác định điện trở nối đất nhân tạo 8 2.3.1.1.3. Chọn điện cọc nối đất và xác định điện trở của chúng 9 ii
5. 2.3.1.1.4. Xác định số lượng cọc nối đất cần thiết khi chưa tính đến thanh nối ngang 12 2.3.1.1.5. Xác định điện trở của hệ thống nối đất nhân tạo có tính đến điện trở của các thanh nối ngang 12 2.3.1.1.6. Xác định số lượng điện cực chính thức 14 2.3.1.1.7. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của hệ thống nối đất 14 2.3.1.2. Tính toán nối đất trong trường hợp có hai lớp đất khác nhau 14 2.3.2. Tính toán nối đất theo điện áp tiếp xúc và điện áp bước cho phép 15 2.3.2.1. Bước 1: Diện tích lưới và điện trở suất của đất 19 2.3.2.2. Bước 2: Kích cỡ dây dẫn nối đất 19 2.3.2.3. Bước 3: Tiêu chuẩn điện áp tiếp xúc và điện áp bước 20 2.3.2.4. Bước 4: Thiết kế ban đầu 21 2.3.2.5. Bước 5: Xác định điện trở của lưới nối đất 21 2.3.2.6. Bước 6: Dòng điện lưới cực đại 23 2.3.2.7. Bước 7: GPR 23 2.3.2.8. Bước 8: Điện áp lưới và điện áp bước 23 2.3.2.9. Bước 9: So sánh điện áp lưới Em và điện áp tiếp xúc cho phép Etouch 25 2.3.2.10. Bước 10: So sánh Es và điện áp bước cho phép Estep 25 2.3.2.11. Bước 11: Thay đổi thiết kế sơ bộ 25 2.3.2.12. Bước 12: Thiết kế chi tiết cho lưới 26 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA CỌC, THANH NỐI ĐẤT CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƢỞNG CỦA HÓA CHẤT LÀM GIẢM ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT (GEM) 27 3.1. Điện trở nối đất của cọc thẳng đứng 27 3. 1.1. Hố khoan có dạng hình trụ tròn 27 3.1.2- Hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật 31 3.2. Điệntrở nối đất của thanh ngang 33 3.2.1. Hố khoan có dạng hình trụ tròn ngang 33 iii
6. 3.2.2. Hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật 37 CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẾN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT KHI CÓ HÓA CHẤT GIẢM ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT 39 4.1.Cọc nối đất 39 4.1.1. Quan hệ giữa điện trở nối đất và chiều dài cọc 40 4.1.2. Quan hệ giữa điện trở nối đất và đường kính cọc 40 4.1.3. Quan hệ giữa điện trở nối đất và độ chôn sâu của cọc 41 4.1.4. Quan hệ giữa điện trở nối đất và bề dày lớp GEM 41 4.1.5. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của cọc 42 4.1.6. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của đất 42 4.1.7. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của lớp GEM 43 4.2. Thanh nối đất 43 4.2.1. Quan hệ giữa điện trở nối đất và chiều dài thanh 44 4.2.2. Quan hệ giữa điện trở nối đất và đường kính thanh 44 4.2.3. Quan hệ giữa điện trở nối đất và độ chôn sâu của thanh 45 4.2.4. Quan hệ giữa điện trở nối đất và bề dày của GEM 45 4.2.5. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của thanh 46 4.2.6. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của đất 46 4.2.7. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của GEM 47 CHƢƠNG 5: CÔNG THỨC ĐƠN GIẢN ĐỂ TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA CỌC, THANH KHI CÓ HÓA CHẤT GIẢM ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT 48 5.1. Công thức tính toán điện trở nối đất 48 5.1.1. Tính điện trở nối đất của cọc 48 5.1.2. Tính điện trở nối đất của thanh 48 5.2. So sánh kết quả 49 iv
7. CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 52 6.1. Kết luận 52 6.2. Hướng nghiên cứu phát triển đề tài 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 v
8. DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 2.1:Giảm điện trở nối đất bằng GEM 7 Hình 2.2: Lưu đồ tính toán nối đất theo điện trở nối đất yêu cầu Ryc 13 Hình 2.4: Biểu đồ xác định độ sâu của điện cực nối 15 Hình2.5:Lưu đồ tính toán nối đất Trạm biến áp AC theo tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000 16 Hình 3.1: Nối đất thẳng đứng với hố khoan hình trụ tròn có lớp GEM 27 Hình 3.2: Nối đất thẳng đứng với hố khoan hình chữ nhật có lớp GEM 32 Hình 3.3: Nối đất nằm ngang với hố khoan hình trụ tròn có lớp GEM 33 Hình 3.4: Nối đất nằm ngang với hố khoan hình chữ nhật có lớp GEM. 37 Hình 4.1: Quan hệ giữa điện trở nối đất và chiều dài cọc 40 Hình 4.2: Quan hệ giữa điện trở nối đất và đường kính cọc 40 Hình 4.3: Quan hệ giữa điện trở nối đất và độ chôn sâu của cọc 41 Hình 4.4: Quan hệ giữa điện trở theo bề dày của lớp GEM . 41 Hình 4.5: Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của cọc 42 Hình 4.6: Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của đất 42 Hình 4.7: Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của lớp GEM 43 Hình 4.8: Quan hệ giữa điện trở nối đất và chiều dài thanh nối đất 44 Hình 4.9: Quan hệ giữa điện trở nối đất và đường kính thanh nối đất 44 Hình 4.10: Quan hệ giữa điện trở nối đất và độ chôn sâu của thanh 45 Hình 4.11: Quan hệ giữa điện trở nối đất và bề dày của GEM 45 Hình 4.12: Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của thanh nối đất 46 Hình 4.13: Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của đất 46 Hình 4.14: Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của GEM 47 vi
9. DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Điện áp tiếp xúc cho phép phụ thuộc vào thời gian cắt 8 Bảng 2.2:. Tính toán điện trở nối đất của các điện cực nối đất 10 Bảng 2.3: Điện trở suất trung bình của một số loại đất ở điều kiện tiêu chuẩn 11 Bảng 2.4: Giá trị hệ số khc 11 Bảng 2.4: Ý nghĩa của các thông số được dùng để thiết kế 18 Bảng 5.1: So sánh kết quả đất giữa (5-2) và [12] của cọc nối đất 50 Bảng 5.2: So sánh kết quả giữa (5-3) và [12] của thanh nối đất 51 vii
10. THÔNG TIN- KẾT QUẢ 1. Thông tin chung Tên đề tài: Nghiên cứu tính toán điện trở nối đất có xét đến ảnh hưởng của hóa chất giảm điện trở nối đất. Mã số:T2005-25TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: 10/03/2015-31/01/2016 2. Mục tiêu - Nghiên cứu phân tích các thông số ảnh hưởng đến điện trở nối đất khi có hóa chất giảm điện trở nối đất; - Xác định công thức đơn giản tính toán điện trở nối đất có xét đến ảnh hưởng của hóa chất giảm điện trở nối đất. 3. Tính mới và sáng tạo Phân tích các thông số ảnh hưởng đến điện trở nối đất của các cọc và thanh nối đất khi có sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất từ đó tìm công thức đơn giản hơn để tính toán điện trở nối đất. 4. Kết quả nghiên cứu - Phân tích được các thông số ảnh hưởng đến điện trở nối đất của các cọc, thanh nối đất khi có hóa chất giảm điện trở nối đất. - Đề xuất được công thức để tính toán điện trở nối đất của các cọc, thanh nối đất khi có hóa chất giảm điện trở nối đất. 5. Sản phẩm - Công bố 1 bài báo trên Hội nghị Quốc tế về Kỹ thuật điện-Điện tử (ISEE 2015), ĐH Bách khoa Tp HCM 10/2015. viii
11. - Đào tạo một nghiên cứu sinh Ngành Kỹ thuật điện: Ngô Kim Lân, khóa 2014- 2017. 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng - Tài liệu tham khảo cho học viên cao học Ngành Kỹ thuật điện. - Đào tạo 1 nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) ix
12. RESULT INFORMATION 1 General information Project title: Research and calculate the grounding resistance, considering the influence of theground enhancement material. Code number: T2015-25TD Coordinator: Associate Professor Quyen Huy Anh Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh city Duration: from March, 2015 to Dec, 2015. 2 Objective . Research and analyze the parameters affecting the earth resistance in the case of ground enhancement material. . Determine simple formulas for calculating the resistances of simple grounding systems with ground enhancement material. 3 Creativeness and innovativeness Analysis the parameters affecting to the earth resistance of the grounding wires and the grounding rods when using the ground enhancement material from there to find a simple formula to calculate the grounding resistance. 4 Research result . Analysis the parameters affecting to the earth resistance of the grounding wires and the grounding rods when using the ground enhancement material. . Recommend the simple formula to calculate the grounding resistance when using the ground enhancement material. . 5 Products . 01 paper on The 2015 International Symposium on Electrical and Electronics Engineering (ISEE 2015), Paper ID 44, 10/2015. . Training one PhD student of electrical engineering: Mr. Ngo Kim Lan, School Year 2014-2017. x
13. 6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability . Reference for the graduate students in Electrical Engineering. . Training one PhD student of electrical engineering. Dean of faculty Coordinator xi
14. Chƣơng 1 MỞ ĐẦU 1.1 . Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc Xã hội phát triển, yêu cầu đối với hệ thống điện cũng ngày càng được đòi hỏi cao về độ an toàn, tính ổn định – tin cậy và kinh tế trong vận hành. Hệ thống nối đất là một phần quan trọng không thể thiếu, nó là nền tảng để bảo đảo cho hệ thống điện vận hành an toàn, tin cậy và đặc biệt là bảo đảm an toàn cho con người trong trạng thái làm việc bình thường cũng như sự cố của hệ thống điện. Về cơ bản, có thể phân loại hệ thống nối đất theo mục đích sử dụng: - Nối đất làm việc. - Nối đất an toàn. - Nối đất chống sét. Các nghiên cứu về tính toán, thiết kế hệ thống nối đất cho hệ thống điện đã được nghiên cứu từ lâu. Nhưng cho đến những năm đầu của thập kỷ 1980, với sự phát triển của công nghệ máy tính và sự tiến bộ trong kỹ thuật phân tích trường điện từ bằng các phương pháp số như: phương pháp phần tử biên, phương pháp điện ảnh soi phức tạp, phương pháp phần tử hữu hạn và các phương pháp số khác mới được ứng dụng trong tính toán hệ thống nối đất. Đến nay, kỹ thuật nối đất cho hệ thống điện đã đạt được rất nhiều thành tựu cả về phương pháp và công nghệ. Các nghiên cứu, phân tích hệ thống nối đất chuyển từ các phương pháp tính toán đơn giản, các công thức thực nghiệm trên mô hình đất đồng nhất sang các phương pháp số, các mô hình đất phức tạp và quan tâm nhiều hơn đến các yếu tố ảnh hưởng trong suốt quá trình làm việc của hệ thống nối đất [8, 9, 19, 20, 21, 22]. Đặc biệt những năm gần đây, kinh tế - xã hội phát triển nhanh, nhu cầu sử dụng điện vì thế cũng tăng nhanh, hệ thống điện chịu áp lực lớn về truyền tải công suất. Do đó, ngày cáng xây dựng nhiều trạm dẫn sâu vào các thành phố, nơi có hạn chế về diện tích xây dựng trạm biến áp, việc tính toán, thiết kế, lắp đặt hệ thống nối đất cho trạm biến áp cũng 1
15. gặp nhiều khó khăn. Bài toán tối ưu về thiết kế được đặt ra, làm sao để hệ thống nối đất vẫn bảo đảm giá trị điện trở cho hệ thống điện vận hành an toàn, tin cậy mà giá thành thấp nhất? Hướng nghiên cứu dùng hóa chất để cải tạo đất (GEM: Ground Enhancement Material) trong tính toán thiết kế, thi công hệ thống nối đất được các chuyên gia, nhà khoa học quan tâm để giải quyết bài toán này [10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18]. Một số nước phát triển như Mỹ, Đức, Nga Nhât, Úc đã có các công ty chuyên sản xuất chất cải tạo đất, GEM của ERICO, SAN-ERTHER của SANCOSHA . Cụ thể là một số công trình điển hình như sau:  Công trình [14] nghiên cứu một số ứng dụng thực tế đã mang lại hiệu quả cao khi sử dụng vật liệu làm giảm điện trở nối đất. Đặc biệt là những hệ thống nối đất được lắp đặt tại những nơi có điện trở suất cao.  Công trình [15] nghiên cứu một số các vật liệu, hóa chất làm giảm điện trở của hệ thống nối đất. Đánh giá tính bền vững, hiệu quả của các vật liệu bằng phương pháp thực nghiệm.  Công trình [16] nghiên cứu tính ổn định của hệ thống nối đất có các điện cực được bao phủ bởi hóa chất làm giảm điện trở là hỗn hợp xi măng – Bentonite. Tại Việt Nam, nghiên cứu tính toán hệ thống nối đất cũng được quan tâm từ lâu.Tuy nhiên, hướng nghiên cứu sử dụng các các phương pháp số để tính toán và đặc biệt là dùng hóa chất để cải tạo đất của hệ thống nối đất vẫn còn hạn chế, ít được các chuyên gia và các nhà khoa học quan tâm.Hơn thế nữa, Việt Nam là nước đang phát triển, tốc độ đô thị hóa nhanh, mật độ dân cư không đề, các hộ dân sống tập trung tại các khu đô thị. Do đó, trong những năm sắp tới việc xây dựng thêm nhiều trạm biến áp cao áp và trạm biến áp dẫn sâu vào các thành phố là không tránh khỏi. Mặt khác, do đặc điểm về lãnh thổ, miền trung du, miền núi chiếm diện tích khá lớn, những vùng đất này có điện trở suất lớn, có nơi có điện trở suất lên đến trên 2000Ωm. Tại những vùng đất này, để tính toán thiết kế, thi công hệ thống nối đất bảo đảm giá trị điện trở nối đất cho hệ thống điện vận hành an toàn, tin cậy cũng là một thách thức không nhỏ.Một số công trình nghiên cứu về hóa chất giảm điện trở của hệ thống nối đất đã được công bố: 2
16.  Công trình [13] nghiên cứu và đề xuất hướng giải quyết để cải thiện hệ thống nối đất của đường dây truyền tải và trạm biến áp cao áp. Trong đó có đề xuất đến việc sử dụng hóa chất để làm giảm điện trở của hệ thống nối đất.  Công trình [11,12] nghiên cứu phương pháp tính toán điện trở nối đất khi có chất cải tạo đạo đất. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung tìm kiếm các vật liệu dùng để giảm điện trở của hệ thống nối đất, nghiên cứu đánh giá tính hiệu quả, ổn định của các vật liệu được sử dụng trong thực tế và công thức tính toán khá phức tạp. 1.2 . Tính cấp thiết của đề tài Việc xác định điện trở nối đất trong các công trình điện là một trong các yêu cầu đầu tiên nhằm đảm bảo an toàn cho người và sự vận hành bình thường của các thiết bị. Có rất nhiều phương pháp tính toán điện trở nối đất trong trường hợp bình thường.Nhưng khi sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất thì việc xác định điện trở nối đất trở nên khó khăn hơn và hiện nay có rất ít công trình nghiên cứu về vấn đề này. Ở Việt Nam, có rất nhiều vùng có điện trở suất của đất cao dẫn đến việc sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất là yêu cầu không thể thiếu nhằm đạt được giá trị điện trở nối đất nằm trong phạm vi cho phép, để trợ giúp cho công tác thiết kế, tính toán điện trở nối đất trong trường hợp này thì việc nghiên cứu tính toán điện trở nối đất có xét đến ảnh hưởng của hóa chất giảm điện trở nối đất là yêu cầu bức thiết. 1.3 . Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu phân tích các thông số ảnh hưởng đến điện trở nối đất khi có hóa chất giảm điện trở nối đất; - Xác định công thứctính toán điện trở nối đất có xét đến ảnh hưởng của hóa chất giảm điện trở nối đất. 1.4 . Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Tìm biểu thức đơn giản để xác định giá trị điện trở nối đất của cọc, thanh nối đất có xét đến ảnh hưởng của hóa chất giảm điện trở nối đất. 3
17. 1.5 . Cách tiếp cận Nghiên cứu phương pháp tính toán điện trở nối đất, cách xác định giá trị điện trở nối đấtcó xét đến ảnh hưởng của hóa chất giảm điện trở nối đất. 1.6 . Phƣơng pháp nghiên cứu Tham khảo tài liệu, phân tích, tổng hợp. 1.7 . Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan; - Nghiên cứu phương pháp xác định điện trở nối đất;; - Phân tích ảnh hưởng của các thông số đến điện trở nối đất khi cọc, thanh nối đất có hóa chất giảm điện trở nối đất; - Xác định công thứcđể tính toán điện trở nối đất của cọc, thanh nối đất có xét ảnh hưởng của hóa chất giảm điện trở nối đất. - Kết luận, đề xuất 4
18. Chƣơng 2 TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 2.1. Một số khái niệm Hệ thống nối đất– tập hợp các cọc và thanh nối đất có nhiệm vụ truyền dẫn dòng điện xuống đất.Hệ thống nối đất bao gồm nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo. Cọc nối đất– Cọc bằng kim loại dạng tròn, ống hoặc thép góc, dài 23 mét được đóng sâu trong đất. Các cọc này được nối với nhau bởi các thanh giằng bằng phương pháp hàn. Hệ thống nối đất tự nhiên – hệ thống các thiết bị, công trình ngầm bằng kim loại có sẵn trong lòng đất như các cấu kiện bê tông cốt thép, các hệ thống ống dẫn bằng kim loại, vỏ cáp ngầm v.v. Hệ thống nối đất nhân tạo – hệ thống bao gồm các cực tiếp địa bằng thép hoặc bằng đồng được nối liên kết với nhau bởi các thanh ngang.Phân biệt hai dạng nối đất là nối đất làm việc và nối đất bảo vệ. Hệ thống nối đất làm việc – hệ thống nối đất mà sự có mặt của nó là điều kiện tối cần thiết để các thiết bị làm việc bình thường, ví dụ nối đất điểm trung tính của máy biến áp, nối đất của các thiết bị chống sét v.v. Hệ thống nối đất an toàn – hệ thống nối đất với mục đích loại trừ sự nguy hiểm khi có sự tiếp xúc của người với các phần tử bình thường không mang điện nhưng có thể bị nhiễm điện bất ngờ do những nguyên nhân nào đó. Ví dụ nối đất vỏ thiết bị, nối đất khung, bệ máy v.v. 2.2. Các biện pháp giảm điện trở của hệ thống nối đất 2.2.1. Giảm điện trở bằng cách tăng cƣờng điện cực nối đất Bằng cách bổ sung vào hệ thống nối đất các cọc nối đất, theo hướng ưu tiên các cọc nối đất chôn sâu từ (10-30)m, ta có thể giảm được điện trở nối đất, cọc chôn sâu có ưu điểm về điện trở tản nhỏ, độ ổn định cao mà không cần bảo dưỡng, ít bị tác động bởi môi trường và thích hợp với diện tích hẹp. Theo một số nghiên cứu, phương pháp tăng cường 5
19. cọc chôn sâu có thể giảm được 40% giá trị điện trở nối đất.Tuy nhiên, không phải cứ tăng chiều dài của cọc là có thể giảm được điện trở. Thực nghiệm cho thấy, ở một khu vực cụ thể, điện trở giảm đến độ sâu nào đó, khoảng (20-30)m thì không thay đổi nữa. Ngoài ra, gradien điện thế của cọc chôn sâu khá lớn, nhất là khu vực xung quang điện cực.Cho nên, cần phải phối hợp cả cọc chôn sâu và thanh nằm ngang để đạt được đồng thời yêu cầu về điện trở tản và phân bố thế. Ở những nơi điều kiện địa chất không cho phép thực hiện theo phương pháp cọc chôn sâu, ta có thể kéo dài lưới nối đất và bổ sung thêm nhiều cọc nối đất song song .Hạn chế lớn của giải pháp này là kết quả phụ thuộc nhiều vào điện trở suất của lớp đất mặt, kết quả bị giới hạn do hiệu ứng màn che và chỉ thực hiện được ở khu vực có diện tích lớn.Về mặt kinh tế, giải pháp này có chi phí đầu tư không quá cao nên có thể chấp nhận được. 2.2.2. Giảm điện trở nối đất bằng cách giảm điện trở suất của đất Theo kết quả một số nghiên cứu thực nghiệm, trong khoảng 0,3m xung quanh điện cực nối đất, điện trở tản đạt khoảng 68% tổng điện trở tản của điện cực [24]. Nên việc làm giảm điện trở suất của vùng đất này có hiệu quả rất lớn trong việc giảm điện trở của điện cực nối đất. Nguyên tắc cơ bản của giải pháp này là làm giảm điện trở suất bằng cách thay lớp đất tự nhiên có điện trở suất cao bằng loại đất có điện trở suất nhỏ hơn hoặc bổ sung hóa chất để tạo môi trường dẫn điện tốt hơn xung quanh điện cực nối đất. Giải pháp này sử dụng ở những nơi có điện trở suất cao hoặc không thể thực hiện giải pháp bổ sung điện cực. Thực tế, có thể giảm điện trở suất bằng muối ăn, than chì, bentonite Muối được bổ xung quanh cọc nối đất (0,5-1)m, tuần tự thành lớp xen kẽ với đất, chiều dày mỗi lớp từ (2-4)cm, cho đến khi đạt 1/3 chiều dài cọc [23]. Tuy nhiên khi dùng muối, điện cực sẽ dễ bị ăn mòn, muối tan theo nước mưa nên độ ổn định thấp. Hiện nay, người ta sử dụng hóa chất có tác dụng làm giảm điện trở suất của đất như GEM (Grounding Enhancement Material), EEC ( Earth Enhancing Compound), MEG (More Effective Grounding), được lắp đặt như Hình 2.1. Thành phần chính của các hóa chất này là hỗn hợp các ôxít kim loại, không gây ô nhiễm môi trường, được pha chộn với các chất kết dính, có điện trở suất khoảng (10-12)Ω.m. Các thử nghiệm tại hiện trường cho thấy, có 6
20. thể giảm từ (50-90)% điện trở suất khi dùng GEM, EEC. Phương pháp dùng hóa chất có thể khắc phục được nhược điểm của giải pháp tăng cường điện cực và sử dụng muối nhưng giá thành vẫn còn tương đối cao. Hình 2.1: Giảm điện trở nối đất bằng GEM 2.3. Tính toán nối đất an toàn Việc tính toán nối đất là để xác định số lượng cọc và thanh ngang cần thiết đảm bảo điện trở của hệ thống nối đất nằm trong giới hạn yêu cầu.Điện trởcủa hệ thống nối đất phụ thuộc vào loại và số lượng cọc nối đất, cấu trúc của hệ thống nối đất và tính chất của đất nơi đặt hệ thống nối đất. 2.3.1. Tính toán nối đất theo điện trở nối đất yêu cầu (Ryc) 2.3.1.1. Tính toán nối đất trong trƣờng hợp đất đồng nhất Quá trình tính toán nối đất theo Ryc đối với khu vực có đất đồng nhất được thực hiện theo các bước sau: 7
21. 2.3.1.1.1. Xác định điện trở yêu cầu của hệ thống nối đất Như đã phân tích ở trên, giá trị của điện trở nối đất phải đủ nhỏ sao cho điện áp tiếp xúc không vượt quá giới hạn cho phép. Điện trở nối đất trong mạng điện được xác định theo điều kiện U L Ryc  (2-1) Id Trong đó: Id – Dòng điện ngắn mạch chạy trong đất, A; UL - Điện áp tính toán có giá trị UL Ucp ; Ucp- Giá trị được áp tiếp xúc cho phép, phụ thuộc vào thời gian cắt của bảo vệ: đối với mạng điện cao áp Ucp=250V, nếu hệ thống nối đất được xây dựng chung cho cả mạng cao và hạ áp thì Ucp=125V. Trong trường hợp có sử dụng các thiết bị tự động cắt bảo vệ thì giá trị của Ucp có thể lấy theo Bảng 2.1. tc, s 0,3 0,2 0,007 0,004 Ucp, V 50120 120 230 230 400 >400 Bảng 2.1: Điện áp tiếp xúc cho phép phụ thuộc vào thời gian cắt 2.3.1.1.2. Xác định điện trở nối đất nhân tạo Thông thường để tăng cường cho hệ thống nối đất và tiết kiệm cho hệ thống nối đất nhân tạo, người ta tận dụng các công trình ngầm như ống dẫn bằng kim loại, các cấu kiện bê tông cốt thép, vỏ cáp, nền móng v.v. Tuy nhiên ở đây cần hết sức lưu ý là không bao giờ được sử dụng các đường ống dẫn nhiên liệu. Điện trở của tất cả các công trình kể trên gọi là điện trở nối đất tự nhiên Rtn. Giá trị của điện trở nối đất tự nhiên được xác định theo phương pháp đo, bằng thiết bị đo điện trở tiếp địa. Giá trị điện trở nối đất nhân tạo Rn.taotheo biểu thức: Rtn.Ryc Rn.tao ,  (2-2) Rtn Ryc 8