Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất

Nội dung text: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất

1. TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CÓ XÉT ĐẾN HÓA CHẤT LÀM GIẢM ĐIỆN TRỞ ĐẤT Nguyễn Thanh Hà, Quyền Huy Ánh. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM TÓM TẮT Sử dụng chất cải tạo đất để làm giảm điện trở của hệ thống nối đất là một vấn đề thời sự hiện nay, nó thu hút sự quan tâm lớn của các nhà khoa học, đặc biệt là các nhà thiết kế nối đất trạm biến áp cao thế. Những năm gần đây, một số công trình đã công bố một vài công thức để tính toán điện trở nối đất trong trường hợp có xét đến chất cải tạo đất. Tuy nhiên chúng ta có thể xây dựng chương trình tính toán đơn giản để giúp cho các nhà thiết kế hệ thống nối đất dễ dàng trong công việc của mình. Với mục tiêu đó, bài báo này sẽ giới thiệu chương trình tính toán đơn giản để tính điện trở của các hình thức nối đất đơn giản có xem xét đến chất cải tạo đất, từ đó tính toán quan hệ của điện trở nối đất với các tham số liên quan và đánh giá kinh tế kỹ thuật để người sử dụng dễ dàng chọn phương án đầu tư phù hợp. 1. Giới thiệu 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, độ tin cậy và tính kinh tế trong vận hành. Các nghiên cứu về tính toán, thiết kế hệ thống nối đất cho hệ thống điện đã được nghiên cứu từ lâu và đến nay, có rất nhiều phương pháp tính toán điện trở nối đất trong trường hợp môi trường đất tự nhiên. Tuy nhiên, khi sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất thì việc xác định điện trở nối đất trở nên khó khăn. Giải pháp dùng hóa chất cải tạo đất để làm giảm nhỏ giá trị điện trở của hệ thống nối đất được các nhà khoa học rất quan tâm, đặc biệt là khi hệ thống nối đất được thực hiện ở những khu vực có diện tích bé hay điện trở suất cao. Để xác định các giá trị điện trở của các hình thức nối đất đơn giản ( thanh hay cọc nối đất) người ta có thể dùng phần mềm cho trước hay dùng các công thức tính. Tuy nhiên, theo yêu cầu của thực tiển, để thiết kế các hệ thống nối đất đơn giản chúng ta cần một phương pháp tính đơn giản hay một số công thức tính toán điện trở nối đất đơn giản. Việc nầy giúp ích rất nhiều cho các nhà thiết kế và thi công các công trình nối đất những công cụ để phục vụ tốt cho công việc của mình. 2. chương trình tính toán điện trở nối đất Giao diện chương trình tính toán điện trở nối đất cho hai trường hợp có và không dùng hóa chất GEM. 2.1. Điện trở nối đất của điện cực nối đất đơn có xét đến hóa chất GEM
2. 3. Phân tích ảnh hưởng của các thông số đến điện trở nối đất khi có chất cải tạo đất CÁC DẠNG NỐI ĐẤT CÔNG THỨC 1 R (ρ ln(D/d) ρln(8l/D) 1) [9] CE Rod 2πl c Trong đó: c là điện trở suất của hoá chất (m); là điện trở suất của Đơn cọc đất (m); l là chiều dài của điện cực nối đất (m); d là đường kính của điện cực nối đất (m); D là đường kính của lớp hoá chất bao quanh điện cực (m). 1 λa ρ R n RCE-Rod với a [9] Đa cọc n 2πRs Trong đó: RCE-Rod là điện trở của điện cực đơn khi có hoá chất (); s là khoảng cách giữa hai cọc kề nhau (m); là điện trở suất của đất (m) ρ 3L 3L 4S Điện trở nối đất của dây R 0.366 log log với: d ; S = Wb [9] L 2d 8h π đặt nằm ngang theo đường thẳng với chiều Trong đó: L là chiều dài của dây nối đất (m); h là độ chôn sâu của dây dài L và đường kính d, nối đất (m); S là diện tích mặt cắt ngang của lớp GEM (m2); W là bề chôn ở độ sâu h rộng lớp GEM (m); b là bề dày của lớp GEM (m). ρ 5D với: d Wb [9] R 2 ln Điện trở nối đất của một π D dh dây tiết diện tròn, đặt Trong đó: là điện trở suất của đất (m); D là đường kính của dưới dạng một vòng tròn trong đất đồng nhất mạch vòng (m); h là độ chôn sâu của dây nối đất(m); W là bề rộng của lớp GEM (m); b là bề dày của lớp GEM (m). 3.1. Đơn cực có GEM Sử dụng phần mềm được xây dựng, thay đổi giá trị điện trở suất từ =100(m) đến =500(m) nhận thấy giá trị điện trở đất cũng thay đổi từ R=22,8193() đến R=114,0324(). Các giá trị còn lại không thay đổi như chiều dài cọc nối đất l=3(m), đường kính cọc nối đất d=0,016(m), đường kính của lớp hóa chất D=0,12(m), điện trở
3. suất của lớp hóa chất c=0,15(m)÷0,2(m). Ở đây ta chọn c=0,15(m). Quan hệ giữa điện trở suất của đất và điện trở nối đất trình bày ở Hình1. Hình 1: Mối quan hệ giữa điện trở với điện trở suất 3.2. Đa cực có GEM Sử dụng phần mềm được xây dựng, thay đổi lần lược chiều dài của điện cực l=2;3;4;5;6(m) nhận thấy giá trị điện trở đất cũng thay đổi từ R=15,0912() đến R=7,9927(). Các giá trị còn lại không thay đổi như số cọc nối đất n=5(cọc), khoảng cách giữa hai cọc liền kề nhau s=6(m), đường kính cọc nối đất d=0,016(m), điện trở suất của hóa chất gem c=0,15(m), đường kính của lớp hóa chất D=0,12(m), điện trở suất =200(m). Quan hệ giữa điện trở của đất và chiều dài điện cực trình bày ở Hình 4.14. Hình 2: Mối quan hệ giữa điện trở với chiều dài điện cực 3.3. Hệ thống dây nối đất đặt nằm ngang có GEM Sử dụng phần mềm được xây dựng, thay đổi lần lược chiều dài của dây nối đất L=10;15;20;25;30m nhận thấy giá trị điện trở đất cũng thay đổi từ R=23,0522 đến R=10,0124. Các giá trị còn lại không thay đổi như bề rộng của lớp gem W=0,1m, bề dầy của lớp gem b=0,05m và độ chôn sâu của dây nối đất h=0,5m, điện trở suất =200m. Quan hệ giữa điện trở của đất và chiều dài chiều dài dây nối đất trình bày ở Hình 4.15.
4. Hình 3: Mối quan hệ giữa điện trở với chiều dài dây nối đất 3.4. Hệ thống dây nối đất đặt theo mạch vòng có GEM Sử dụng phần mềm được xây dựng, thay đổi giá trị điện trở suất từ =100(m) đến =500(m) nhận thấy giá trị điện trở đất cũng thay đổi từ R=3,1796() đến R=15,898(). Các giá trị còn lại không thay đổi như đường kính mạch vòng D=20(m), đường kính của dây nối đất d=8(mm) và độ chôn sâu của dây nối đất h=0,5(m). Quan hệ giữa điện trở suất của đất và điện trở nối đất trình bày ở Hình4. Hình 4: Mối quan hệ giữa điện trở với điện trở suất 3.5. Phương pháp tính toán theo thời gian hoàn vốn Khi so sánh hiệu quả kinh tế theo phương pháp thu hồi vốn đầu tư, thời gian hoàn vốn có V V thể viết dưới dạng: T 2 1 C C 1 2 Với: V1 n1k1 n1k2 L1k3 V2 n2k1 n2k2 L2k3 n3k4 C1 0,15(n1k1 n1k2 L1k3 ) C2 0,05(n2k1 n2k2 L2k3 n3k4 ) Ở đây: T là thời gian hoàn vốn, V1 là chi phí tính toán của phương án không dùng hóa chất GEM (Phương án 1), V2 là chi phí tính toán của phương án có dùng hóa chất GEM (Phương
5. án 2), n1 là số điện cực của phương án 1, n2 là số điện cực của phương án 2, n3 là số bao GEM, k1 là giá tiền một điện cực (l= 2,4 m, φ=16mm, 245.000đ/cọc), k2 là giá tiền một mối 2 hàn hóa nhiệt (210.000đ/mối hàn), k3 là giá tiền mỗi mét cáp đồng trần (s=50mm , 110.000đ/m), k4 là giá tiền mỗi bao GEM (400.000đ/bao), L1 là chiều dài cáp đồng trần (Phương án 1), L2 là chiều dài cáp đồng trần (Phương án 2), C1 là chi phí bảo dưỡng và lắp đặt phương án 1 (15% tổng vốn đầu tư), C2 là chi phí bảo dưỡng và lắp đặt phương án 2 (5% tổng vốn đầu tư). Thông số 129,5 27,16 10,15 210,72 43,16 14,8 268,1 58,1 20,5 193,66 39,25 12 322,2 61,9 18,5 383,2 85,9 27,2 19,43 4,07 1,52 31,6 6,47 2,2 40,2 8,7 3,1 9,7 1,96 0,6 16,1 3,1 0,9 19,1 4,3 1,36 6,58 5,72 1,99 7,19 5,54 2,85 5,46 6,27 3,93 Ghi chú: đơn vị tính bằng triệu đồng Tuổi thọ hệ thống nối đất thường phải lớn hơn tuổi thọ công trình. Đối với trạm biến áp tuổi thọ mặc định là 20 đến 30 năm. Do đó, thời gian hoàn vốn theo tiêu chuẩn là 7 đến 10 năm. - Nếu T≤Thv thì chọn phương án 1 (V1 Thv thì chọn phương án 2 (V2< V1) Đối chiếu kết quả tính toán trình bày trong các bảng 5.16‚5.20, phương án sử dụng hóa chất GEM được khuyến dụng trong đa số trường hợp. Tuy nhiên các trường hợp có chênh lệch vốn đầu tư không nhiều thì theo ý kiến của người nghiên cứu có thể không cần sử dụng hóa chất GEM. Đây là các trường hợp điện trở suất của đất nhỏ (400÷600Ωm) và giá trị điện trở đất yêu cầu lớn (R= 4Ω, 10Ω). 3.6. Phương pháp tính toán quy tiền về hiện tại Với phương pháp tính này ta áp dụng công thức tính giá trị hiện tại thuần (NPV) để quy tiền về thời điểm hiện tại theo công thức như sau: Cf Cf Cf NPV Cf 12 20 0 (1 RRR )1 (1 ) 2 (1 ) 20 Trong đó: NPV là giá trị hiện tại thuần hay còn có thể gọi là giá trị tiền hiện tại vào thời điểm đang tính toán, Cf0 là giá tiền tại năm 0 (còn gọi là số tiền đầu tư ban đầu); Cf1, Cf2, .Cf20 là số tiền bảo trì, sửa chửa hoặc những chi phí phát sinh khác cho từng năm thứ
6. nhất đến năm thứ 20 (giả thiết cho rằng hệ thống nối đất này được bảo hành trong 20 năm); R là lải suất của ngân hàng (tạm quy ước là 7% trên năm). Với yêu cầu của hệ thống nối đất thông tin R<1Ω, ρ=3000Ωm, l=2,4m, s=5m, h=0,5m, dc=0,016m, dth=0,8cm. Ta tính toán được n=729 cọc, Cf0=1.103.895.000đ cho trường hợp không sử dụng hóa chất GEM và n=676 cọc, Cf0=1.722.180.000đ cho trường hợp có dùng hóa chất cải tạo đất Hình 5.1: Đồ thị biểu diễn giá trị tiền được quy về hiện tại, R<1Ω, ρ=3000Ωm 4. Kết luận - Bài báo đã phân tích được ảnh hưởng của các thông số đến điện trở nối đất của các hình thức nối đất đơn giản có sử dụng chất cải tạo đất. - Bài báo đề xuất hai phương án tính kinh tế kỹ thuật trong hệ thống nối đất có xét đến hóa chất GEM. 5. Tài liệu tham khảo [1] Assessment of earthing systems andenhancement of their performance ahmed elmghairbi, mphil (Electrical Engineering) Thesis submitted to Cardiff University in candidature for the degree of PhD 2012 School of Engineering Cardiff University, Cardiff. [2] Military handbook grounding, bonding, and shielding for electronic equipments and facilities volume i of 2 volumes basic theory. Superseding mil-hdbk-419 21 january 1982. [3] Van Dinh Anh and his Group, ‘Researching and suggesting some solutions for improving grounding system of the transmission line and high voltage transformer substation of HoChiMinh City Power Company’, 2004. [4]ERICO Company LTD, ‘The GEM software for calculating grounding resistance’. [5] Chuong Ho Van Nhat, Tuan Phan Trong, Lan Ngo Kim, ‘Evaluating the Effectiveness of Using the Ground Enhancement Material in Grounding System’, The International Symposium on Electrical – Electronics Engineering (ISEE 2013), November 1st 2013, HCM City, Vietnam. [6] Chuong Ho Van Nhat, ‘Calculating resistance of simple grounding forms with or without the soil improved chemical substance’, 2010 Asia Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), March 28-31, 2010, Chengdu, China. [7] Chuong Ho Van Nhat, Tung Nguyen Thanh, Lan Ngo Kim ‘Formulas for Calculating Grounding Resistance of Simple Forms with Ground Enhancement Material’, International Journal Automation and Power Engineering, Volume 2 Issue 2, February 2013.
7. [8] Choosing grounding electrodes and some methods of reducing earthing resistance tạp chí khoa học và công nghệ, đại học Đà Nẵng - số 6(29).2008. [9] Technical Specfications for waterline replacement utility 4 – October 2010. . Thông tin li n hệ PGS.TS. Quyền Huy Ánh Tel: 0913755035, email: anhspkt@yahoo.com Nguyễn Thanh Hà Tel: 0903697853, email: ha.nt@kgcc.edu.vn
8. 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.