Ch-ơng 6 Tính toán nối đất trạm biến áp I.Mở đầu Trong khi thiết kế một công trình điện nào thì việc thiết kế hệ thống nối đất là không thể bỏ qua đ-ợc. Bởi vì hệ thống nối đất là một phần rất quan trọng trong việc bảo đảm an toàn và bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đ-ờng dây, các thiết bị chống sét phải đ-ợc tính toán cụ thể trong khi thiết kế. Trong hệ thống có các loại nối đất sau: Nối đất làm việc Nhiệm vụ chính là đảm bảo chế độ làm việc bình th-ờng của các thiết bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm việc đã quy định sẵn. Đó là nối đất điểm trung tính máy biến áp, trong hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất, nối đất của máy biến áp đo l-ờng và các kháng điện dùng trong bù ngang trên các đ-ờng dây cao áp truyền tải điện Nối đất chống sét Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất (khi sét đánh vào cột chống sét hay đ-ờng dây chống sét) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh tr-ờng hợp phóng điện ng-ợc từ cột thu lôi đến các các công trình đ-ợc bảo vệ. Dòng điện sét có giá trị rất lớn (có giá trị đến hàng trăm kA) nếu không có khả năng tản nhanh dòng điện này thì trên hệ thống nối đất có một điện áp lớn và có khả năng gây nên phóng điện ng-ợc tới các công trình xung quanh. Nối đất an toàn Có tác dụng đảm bảo an toàn cho con ng-ời khi cách điện bị h- hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện (nh- vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại). Do trong quá trình vận hành thì d-ới tác dộg của môi tr-ờng, của điện áp caolàm cho cách điện bị h- hỏng do lão hoá nên trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế. Điện thế này có thể gây nguy hiểm cho con ng-ời. Do đó phải nối đất các bộ phận này là để giữ điện thế thấp và bảo đảm an toàn cho con ng-ời có thể vô ý tiếp xúc với chúng. Về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên nh-ng trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm vụ. Bởi vì nhiều khi việc tách rời từng hệ thống nối đất là không thể thực hiện đ-ợc (nh- đối với trạm nhỏ thì không thể tách rời đ-ợc). Do đó để có thể nói chung các hệ thống nối đất này thì phải thoả mãn yêu cầu của cả ba hệ thống nối đất này (ta phải chọn điện trở nhỏ nhất trong tất cả ba loại nối đất). Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng của nối đất tốt hơn an toàn hơn. Nh-ng để đạt đ-ợc trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp đ-ợc cả hai yếu tố là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế. Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất: + Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R 0,5. + Đối với các thiết bị có điểm trung tính không trực tiếp nối đất thì: I R 250 + Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì: I 125 R + Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêu cầu của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì khong cần nối đất nhân tạo nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối với các thiết bị cao áp có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: R NT 1. Hệ thống nối đất gồm có các điện cực chôn trong đất và nối với thiết bị. Vì vậy mức độ tản dòng điện sét là phụ thuộc vào trạng thái của đất (do đất là môi tr-ờng rất phức tạp, điện trở suất cuả đất phụ thuộc thành phần của đất nh- tỉ lệ các loại muối, axit hoà tan trong đất, điều kiện khí hậu). Cho nên độ dẫn điện của đất là luôn luôn thay đổi. ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa rất mạnh (mùa khô thì độ ẩm giảm trong khi mùa m-a thì độ ẩm rất lớn) vì vậy độ ẩm của đất cũng thay đổi theo dẫn đến điện trở suất cuả đất cũng biến đổi trong phạm vi rộng. Do vậy trong tính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo l-ờng thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa với mục đích là tăng c-ờng an toàn. Công thức hiệu chỉnh nh- sau: tt = đ .K m Trong đó: tt : là điện trở suất tính toán của đất. đ : điện trở suất đo đ-ợc của đất. K m : hệ số mùa của đất. Hệ số K m phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực. Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110/35kV và các cột thu lôi độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất. Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xà nên phần nối đất chống sét ta nối chung với mạch vòng nối đất của trạm. . phần rất quan trọng trong việc bảo đảm an toàn và bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đ-ờng dây, các thiết bị chống sét phải đ-ợc tính toán cụ thể. máy biến áp đo l-ờng và các kháng điện dùng trong bù ngang trên các đ-ờng dây cao áp truyền tải điện Nối đất chống sét Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất (khi sét đánh vào cột chống. chống sét hay đ-ờng dây chống sét) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh tr-ờng hợp phóng điện ng-ợc từ cột thu lôi đến các các công trình đ-ợc bảo vệ. Dòng điện sét