chuong 3 9082

1

Chương 3:

NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2

3.1 KHÁI NIỆM

Cọc nối đất: được đóng thẳng xuống mặt đất ở độ sâu từ 0,5m đến 0,8m

Đất

Không khí

độ chôn sâu t0

dây dẫn dòng sự cố, dòng sét

Cọc nối đất bằng đồng hay thép mạ kẽm

3

3.1 KHÁI NIỆM

Thanh nối đất: được chôn trong đất ở độ sâu từ 0,5m đến 0,8m

Đất

Không khí

độ chôn sâu t0

dây dẫn dòng sự cố, dòng sét

Thanh nối đất bằng đồng hay thép mạ kẽm

4

3.1 KHÁI NIỆM

Lưới nối đất: do nhiều cọc hay thanh ghép nối với nhau, chôn trong đất ở độ sâu 0,5m đến 0,8m

các thanh nối đất hay dây cáp

kết nối thành lưới

Cọc nối đất đóng ven chu vi (học dọc theo đường chéo)

5

3.1 KHÁI NIỆM

Các mối ghép kỹ thuật

6

3.1 KHÁI NIỆM

Nối đất làm việc: là nối đất điểm trung tính của máy phát, máy biến áp công suất, TI, TU…Đảm bảo sự làm việc của trang thiết bị điện lúc bình thường và sự cố.

Nối đất an toàn: là nối đất vỏ trang thiết bị điện hoặc kết cấu kim loại. Đảm bảo an toàn cho người vận hành khi có sự cố rò cách điện.

Nối đất chống sét: là nối đất các bộ phận thu sét ( KTS, DCS…) Nhằm tản dòng sét vào đất, tránh phóng điện ngược từ phần tử đó đến các bộ phận mang điện.

C

B

Rđ

A

N

Muốn điện áp tại N = 0

Rđ

Rđ

KTS

7

3.1 KHÁI NIỆM

Cấu tạo của nối đất: thông thường được thực hiện bằng một hệ thống những cọc bằng thép hoặc đồng ( có thể tròn hoặc dẹt) đóng vào đất, hoặc những thanh ngang chôn vào đất. Hoặc cọc và thanh nối liền với nhau và chôn vào đất.

Trạm phân phối: 3 hệ thống nối đất phải được nối riêng lẻ.

Trạm truyền tải ( >=110 kV): 3 hệ thống nối đất được dùng chung.

Điện trở nối đất Rđ là tỉ số giữa điện áp trên cực Uđ và dòng điện qua nó Iđ . Điện trở Rđ bao gồm điện trở của bản thân điện cực và điện trở tản trong đất.

Khi tản dòng một chiều hay xoay chiều thì điện trở bản thân điện cực rất bé có thể bỏ qua.

Rđ

IđUđ

8

3.1 KHÁI NIỆM

Khi tản dòng một chiều hay xoay chiều thì điện trở bản thân điện cực rất bé có thể bỏ qua.

Hình : Mô hình điện cực nối đất đơn giản ( thanh hay cọc nối đất)

9

3.1 KHÁI NIỆM

Khi tản dòng sét, quá trình truyền sóng trên cực nối đất tương tự như trên đường dây tải điện. Do có điện cảm cản trở dòng điện đi sâu vào chiều dài điện cực nên điện thế phân bố không đều trên điện cực.

T < <Tđs ( l bé): Nối đất tập trung. Rx =R∞

T >=Tđs ( l lớn): Nối đất kéo dài ( nối đất phân bố). Rx ≥ R∞

Rx (Ω)

t (µs)

R∞

Ảnh hưởng của điện cảm sẽ giảm dần theo thời gian. Điện trở tản của cực nối đất lớn nhất gần đúng vào lúc dòng sét đạt giá trị cực đại.

T=L0.g0.l2Tđs

10

3.1 KHÁI NIỆM

Hình : Quá điện áp tại các vị trí trên các thanh nối 20 m và 100m

11

3.1 KHÁI NIỆM

Khi tản dòng sét, ngoài ảnh hưởng của điện cảm L làm giảm khả năng tản dòng sét của htnđ, còn có ảnh hưởng phi tuyến bởi hiện tượng phóng điện tia lửa trong đất khi dòng sét có biên độ lớn. Vùng đất quanh điện cực trở nên dẫn điện tốt, làm tăng khả năng tản dòng sét, tức làm điện trở tản xung giảm.

12

3.1 KHÁI NIỆM

Hình: Bán kính của các phân đoạn trên thanh tại các thời điểm a) 0.2 μs và b) 0.5μs

a) b)

13

3.1 KHÁI NIỆM

Hình: Quá điện áp tại vị trí vào dòng sét và vị trí cuối trên thanh từ a) FEM và b) FDTD

a) b)

14

3.1 KHÁI NIỆM

Đối với nối đất chống sét cần phân biệt điện trở tản xung Rx với điện trở tản ổn định R∞. R∞ cũng chính là điện trở tản dòng xoay chiều ( R~ ) hay dòng một chiều.

x

x

R

Rα

∞

=

Nối đất tập trung: αx < 1, ảnh hưởng của phóng điện tia lữa chiếm ưu thế

Nối đất kéo dài: αx ≥ 1, ảnh hưởng của điện cảm dọc theo chiều dài của thanh dẫn trong HTNĐ chiếm ưu thế

15

3.1 KHÁI NIỆM

Một số phương pháp đo điện trở suất đất

2U

aI

ρ π=

Phương pháp Wenner

24

ln

l Ul I

d

πρ =

Phương pháp Driven Rod

16

3.2 ĐIỆN TRỞ TẢN DÒNG XOAY CHIỀU R~

Khi dòng điện xoay chiều chạy qua điện cực tản vào đất, tạo nên trong đất quanh nó một điện trường. Mỗi điểm trong điện trường đó kể cả trên mặt đất có một điện thế nhất định.

Utx

Ub

Giảm Utx , Ub

Trên mặt đất khu vực nối đất được rải một lớp sỏi hoặc đá để giảm sự chên lệch điện thế.

Uđ

φr/Uđ

Giảm điện áp trên điện cực Uđ hay giảm điện trở tiếp đất.

17

Đối với điện cực nối đất đơn giản: công thức xác định điện trở tản ở tần số công nghiệp của một số dạng điện cực thường dùng (Bảng 4.1, 4.2)


4ln

2tt

c

lR

l d

ρπ

=Cọc chôn nổi:

0

2 1 4(ln ln )

2 2 4

2

ttc

l t lR

l d t llt t

ρπ

+= +−

= +

Cọc chôn chìm:

2

0

ln2

ttt

lR

l dt

ρπ

=Thanh chôn chìm:

0

8(ln ln )

2 . 4tt

V

D DR

D d t

ρ ππ π

= +Thanh hình xuyến chôn chìm:

2

0

ln2

ttt

kLR

L dt

ρπ

=Thanh có hình dáng đặc biệt:

d

dang tròn

b

b

dang góc d=0,95b

dang dẹp d=0,5b

dott mkρ ρ=Điện trở suất tính toán của đất:

18


Đối với điện trở nối đất của tổ hợp nhiều điện cực:

Hiệu ứng màn che làm méo dạng vùng đẳng thế giữa hai điện cực, làm giảm khả năng tản của hệ thống nối đất.

Để đặc trưng cho hiệu ứng màn che, người ta dùng hệ số η~. η~ là hệ số sử dụng khi tản dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp. Đây là đại lượng toán học thể hiện bản chất vật lý là hiệu ứng màn che.

R1 R2 R3

Bỏ qua hiệu ứng màn che Rtđ = R1//R2//R3

Xét đến hiệu ứng màn che Rth~=Rtđ/η~ > Rtđ ~~

1td

th

R

Rη = ≤

19


Hệ số sử dụng phụ thuộc vào vào loại điện cực, số lượng và cách bố trí chúng. Nó có thể tra cứu trong các bảng số hoặc các đường cong cho trong các tài liệu hướng dẫn(SBT PL 4 đến PL 7).

Xét tổ hợp thanh và cọc

…cọc n

Rc, Rt: điện trở của từng cọc riêng lẻ và thanh.

ηc,ηt hệ số sử dụng của cọc và thanh trong tổ hợp

12 m

3 m ηc = 0.7 , ηt = 0.74VD

c t

c t c tth

c t c t t c

c t

R R

n R RR

R R R R nn

η ηη η

η η

⋅⋅= =

+ ⋅ ⋅+

20

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT

3.3.1 Điện trở tản xung của dạng nối đất tập trung Kích thước thật của điện cực có thể thay thế bằng kích thước của khu vực phóng điện tia lửa.

Rx = αx R~ (αx < 1 )

αx= f(Is , ρđ ): đặc trưng cho phóng

điện trong đất và giản nở điện cực nối đất.

Khi chiều dài của điện cực tăng lên thì αx tăng lên do ảnh hưởng của điện cảm.

Phóng điện trong đất

E > Epđ(đ)

IS

Biên độ lớn

E = Epđ(đ)

ρđ

Nếu nối đất là tổ hợp Rthx = Rtđx/ηx > Rtđx

ηx: thể hiện hiệu ứng màn che của tổ hợp

khi tản dòng điện xung.

21


Trình tự tính toán điện trở tản xung của một tổ hợp nối đất tập trung

B1: Chọn km (nối đất chống sét) . ρtt = km.ρđo

B2: Tính R~ của từng loại điện cực riêng lẻ. (R~c, R~t)

B3: Tính Rx của từng loại điện cực rriêng lẻ (Rxc, Rxt)

- Tính dòng sét phân bố qua mỗi điện cực riêng lẻ

- Tính αx : có thể tra bảng hoặc tính bằng công thức

Rxc = αxcR~c ; Rxt = αxtR~t

B4: Điện trở tản xung của cả tổ hợp

1 1xc

xtxc xt

thxc x xc xt x

xt

RR R RnR

R R n RRn

η η

⋅ ⋅= ⋅ = ⋅+ ⋅+

n : số cọc

ηx : hệ số sử dụng xung của tổ hợp. ( ηx < η~ )

22

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT BT 1: Chúng ta có một thanh sắt tròn dài

40 m đường kính 20 mm. Hỏi dạng nối đất nào sau đây, có điện trở tản xoay chiều nhỏ nhất? Biết nối đất được chôn sâu 0.8 m trong đất. Đất có điện trở suất đo vào mùa mưa là 100 Ωm.

a) b)

c)

l1

l2 = 2l1

BT 2: Cho một hệ tổ hợp phức như hình gồm 5 cọc, mỗi cọc dài 3 m, đường kính 30 mm, đóng cọc dọc theo thanh dạng tròn đường kính 20 mm dài 12 m. Cả tổ hợp nằm sâu trong đất 0.8 m có điện trở suất đo lúc khô ráo là 120 Ωm. Bỏ qua hiệu ứng màn che. Tính điện trở tản xoay chiều của tổ hợp.

23

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT BT 3:

BT 4:

Cho một hệ tổ hợp phức như hình gồm 3 cọc, mỗi cọc dài 3 m, đường kính 25 mm, đóng cọc dọc theo thanh dạng tròn đường kính 15 mm dài 12 m. Cả tổ hợp nằm sâu trong đất 0.5 m có điện trở suất đo lúc khô ráo là 150 Ωm. Tính điện trở tản xoay chiều và tản xung của tổ hợp.

Xác định điện trở xoay chiều và xung kích của ba thanh nối đất làm bằng thép dẹt 4x40 mm2, mỗi thanh dài 15 m chôn sâu trong đất 0.8 m. Điện trở suất đất đo vào mùa ẩm là 200 Ωm. Giả sử dòng sét chạy qua hệ thống nối đất là 120 kA.

Is = 100kA

( ) ( )1500

320 45t

tt t

l

Iα

ρ=

+ +

Is

It

24


3.3.2 Điện trở tản xung của nối đất kéo dài bằng thanh ngang

a. Khi bỏ qua quá trình phóng điện trong đất (ρ lớn, is nhỏ) is

lU(0) U(l)

is

L0 L0 L0 L0

g0 g0g0 g0 g0

0

0~

0.2 ln 0.31 /

1 1/

lL H m

r

g mR l

µ = −

= Ω

Phương trình truyền sóng qua điện cực có dạng:

0

0

u iL

x ti

g ut

∂ ∂− = ∂ ∂ ∂− = ∂

Dòng sét có độ dốc đầu sóng không đổi is(0,t) = at

25



a. Khi bỏ qua quá trình phóng điện trong đất (ρ lớn, is nhỏ)

Điện áp tại vị trí bất kỳ theo thời gian t:

1 210

1 210

1( , ) 2 1 os

1(0, ) 2 1

k

k

t

T

k

t

T

k

a k xu x t t T e c

g l k l

au t t T e

g l k

π∞ −

=

∞ −

=

= + −

= + − ⇒

∑

∑

Tổng trở tản xung đầu vào tại một thời điểm bất kỳ t:

12

10

2(0, ) 1 1(0, ) 1 1

(0, )k

t

T

ks

Tu tZ t e

i t g l t k

∞ −

=

= = + −

∑

20 0 1

1 2 2 ; k

L g l TT T

kπ= = Hằng số thời gian của quá trình truyền

sóng điều hòa bậc 1 và bậc k

26



a. Khi bỏ qua quá trình phóng điện trong đất (ρ lớn, is nhỏ)

Một cách gần đúng khi dòng sét đạt trị số cực đại (t = Tđs) thì tổng trở xung dầu vào có trị số lớn nhất.

s

1s 2

10 s

21 1(0, ) 1 1

d

k

T

Td

kd

TZ T e

g l T k

∞ −

=

= + −

∑

Trường hợp Tđs/T1 > 3

21 1

s 210 s s

0s

21 1(0, ) 1 1

3

(0, )3

dkd d

dds

T TZ T R

g l T k T

L lZ T R

T

π∞

∞=

∞

= + = +

= +

∑

27



b. Khi xét đến quá trình phóng điện trong đất

Phóng điện dọc theo chiều dài thanh làm cho khu vực phóng điện thu hẹp dần, dẫn đến điện dẫn tản xung không còn là hằng số. Hệ phương trình truyền sóng trở nên không tuyến tính và được giải bằng phương pháp gần đúng hoặc phương pháp số.

Ứng với một trị số ρ và Is nhất định có một trị số giới hạn của chiều dài điện cực mà vượt quá giới hạn đó, tổng trở xung không giảm khi tăng chiều dài điện cực nữa

chuong 3 9082

Documents