CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT -CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾTKẾBẢOVỆ AN TOÀN CHO TÒANHÀ I/ ĐẶT VẤN ĐỀ : Một biện pháp an toàn có hiệu tương đối đơn giản thực việc nối đất cho thiết bò điện Khi cách điện thiết bò điện bò chọc thủng, nguyên nhân người công nhân vận hành không thực nguyên tắc an toàn nguyên nhân gây tai nạn điện, ảnh hưởng đến sinh mạng người Hoặc sét đánh trực tiếp hay gián tiếp lên hệ thống điện làm hư hỏng thiết bò điện mà gây nguy hiểm cho người vận hành Vì vậy, có trang bò nối đất, dòng điện ngắn mạch xuất cách điện thiết bò điện nối vỏ bò hư hỏng Dòng điện chạy qua vỏ thiết bò theo dây dẫn nối đất xuống điện cực tản vào đất Trong nối đất tự nhiên : ta sử dụng kết cấu kim lọai có sẳng nằm chôn sâu đất Đó ống dẫn nước kim lọai, vỏ bọc kim lọai cáp, kết cấu kim lọai công trình, nhà ở, … có liên hệ trực tiếp với đất Khi thiếtkế nối đất ta cần phải ý tận dụng loại nối đất tự nhiên Nếu điện trở nối đất không đạt yêu cầu tiến hành nối đất nhân tạo Trong nối đất nhân tạo : Trang bò nối đất bao gồm điện cực dây dẫn nối đất Các điện cực kim loại chôn thẳng đứng hay nằm ngang độ sâu đònh mặt đất Để chống ăn mòn kim lọai, người ta thường sử dụng lọai thép ống, thép góc, thép dẹp có chiều dày không nhỏ mm Các dây nối đất dùng để nối liên kết phận cầu nối đất với điện cực nối đất Điện trở nối đất trang bò nối đất không lớn trò số qui đònh cho quy phạm an toàn (được rút theo tính toán kinh nghiệm) Đồ n Môn Học: Cung Cấp Điện -Trang -1 - CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT nhỏ an toàn cho người sử dụng Đối với hệ thống lưới điện áp lớn 1000V qui đònh chung cho điện trở nối đất không vượt Ω Việc xác đònh điện trở nối đất thường dựa vào điện trở suất đất, hình dạng, kích thước điện cực độ chôn sâu đất Đồ n Môn Học: Cung Cấp Điện -Trang -2 - CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT II / TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT TÒA NHÀ: A PHẦN LÝ THUYẾT: 1/.Giới thiệu sơ yếu tố cấu thành mạng nối đất.: + Điện cực nối đất:là vật dẫn hay nhóm vật dẫn điện tiếp xúc với liên kết với đất + Đất:phần dẫn điện đất ln có điện áp qui ước điểm + Các điện cực nối đất độc lập :các điện cực nối đất đặt cách khoảng mà dòng điện cực đại qua khơng ảnh hưởng đáng kể đến điện áp điện cực khác Điện trở nối đất điện trở tiếp xúc xúc điện cực với đất + Dây nối đất: dây bảovệ nối đất có đầu nối với lưới điện cần bảovệ 2/.Các phận cần nối đất a).Các đường ống : + Ống dẫn + Cáp cách điện giấy vỏ chì,bọc giáp… + Cáp bọc kim loại cách điện b).Các thiết bị đóng cắt: + Phần tháo rời c).Thiết bị: Tất thiết bị sử dụng điện có vỏ kim loại cách điện như: đèn, quạt, máy điều hồ, ổ cắm… d).Các phần tử khơng điện: + Kết cấu kim loại đặt cáp + Vật thể kim loại khu vực có điện qua 3/.Các sơ đồ nối đất thường áp dụng: a).Sơ đồ TT: Trung tính máy biến áp nối đất trực tiếp,vỏ thiết bị nối đất dây nối đất b).Sơ đồ TN: Nguồn nối sơ đồ TT, mạng vỏ kim loại vật dẫn tự nhiên lưới điện nối với dây trung tính Đồ n Môn Học: Cung Cấp Điện -Trang -3 - CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT c).Sơ đồ TN-C: Dây trung tính bảovệ gọi PEN.Sơ đồ không phép sử dụng cho dây tiết diện nhỏ 10 mm2.Sơ đồ đòi hỏi đẳng áp hiệu lưới với nhiều điểm nối đất lặp lại d).Sơ đồ TN-S: Dây bảovệ dây trung tính riêng biệt Đối với cáp có bọc chì dây bảovệ thường vỏ chì.Sơ đồ TN-S bắt buộc mạch có dây tiết diện nhỏ 10mm2 e).Sơ đồ TN-C-S: Sơ đồ TN-C TN-S sử dụng lưới Trong sơ đồ TN-C-S sơ đồ TN-C không sử đụng sau sơ đồ TN-S Điểm phân dây PE tách khỏi dây PEN thường điểm đầu lưới f).Sơ đồ IT: Điểm trung tính máy biến áp nối cách ly với đất nối đất qua điện trở hạn chế áp.Vỏ thiết bị vật dẫn tự nhiên nhà nối tới điện cực nối đất riêng 4/ Các tiêu chuẩn để lựa chọn sơ đồ nối đất Tiêu chuẩn 1: Khơng có sơ đồ nối đất đa dụng Khi lựa chọn sơ đồ nối đất cần phân tích trường hợp riêng biệt lựa chọn cuối dựa vào ràng buộc Sự lựa chon tốt thường bao gồm nhiều sơ đồ nối đất khác cho thành phần khác lưới Tiêu chuẩn 2: Sơ đồ chọn cần thoả mãn yếu tố: + Chống điện giật + Chống hoả hoạn + Cung cấp điện liên tục + Bảovệ chống áp + Bảovệ chống nhiễu từ Tiêu chuẩn 3: So sánh sơ đồ theo yêu cầu cụ thể để chọn sơ đồ tối ưu Tiêu chuẩn 4: Về mặt áp chống nhiễu,các sơ đồ TT,IT ,và TN-S chúng lắp Tiêu chuẩn 5: Khi so sánh kinh tế tất chi phí tính đến + Thiếtkế + Bảo trì + Mở rộng cải tạo Đồ n Môn Học: Cung Cấp Điện -Trang -4 - CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ÑAÁT + Tổn thất sản xuất 5/.Các phương án tính tốn trang bị nối đất a) Cách thực nối đất (có loại) _ Cách nối đất tự nhiên:là sử dụng ống dẫn nước hay ống kim loại khác đặt đất, tận dụng vật liệu có sẵn _ Nối đất nhân tạo: thực cọc thép,thanh thép dẹt hình chữ nhật hay hình thép góc dài từ đến mét đóng sâu xuống đất cho đầu chúng cách mặt đất khoảng từ 0,5 đến 0,7 mét (sách NXP) b) Cách lắp đặt(có cách) Cách 1: điện cực dùng dây dẫn tạo nên mạch vòng bên tào nhà Theo cách điện cực cần chọn dọc theo chu vi hố đào móng.Cần để dây trần tiếp xúc trực tiếp với đất Ít cần có dây dẫn thẳng nối lên từ điện cực để nối kết lưới điện nơi cần thiết.Cọc kết cấu bê tông phải kết nối với điện cực.Dây dẫn tạo nên điện cực nối đẩt chúng chôn sâu (0,5 đến mét) phần móng bê tơng Theo qui định liên kết lên từ cực nối đất đến phần mặt đất cần bọc cách điện với điện áp từ 600V đến 1000V Dây là: _Dây đồng trần nhiều sợi với tiết diện lớn 25mm2 _Thép không gỉ nhiều sợi với tiết diện lớn 35mm2 _Thép mạ Đồng vật liệu đắt lại có tính chống ăn mòn cao nhất,và không nên sử dụng nhiều vật liệu khác chỗ chúng bị ăn mòn đất ẩm Điện trở gần cực nối đất trường hợp là: 2ρ R= ( Ω) theo sách IEC L Trong đó: _ L:chiều dài dây dẫn _ ρ :điện trở suất đất Cách 2:dùng cọc nối đất Cọc nối đất thẳng đứng thường dùng cho tồ nhà hữu cần đóng sâu xuống điều kịên cải thiện điện trở nối đất Cọc là: _Đồng đồng mạ thép:dài từ ÷ mét có đầu nhọn để đóng xuống đất _Ống thép mạ đường kính ≥25mm cọc có đường kính ≥15mm Khoảng cách cọc lớn chiều dài cọc từ ÷ lần Điên trở tổng nối đất theo phương pháp điện trở cọc chia cho tổng số cọc.Ta có: ρ R= ( Ω) tra sách IEC trang F67 n.L Trong đó: Đồ n Môn Học: Cung Cấp Điện -Trang -5 - CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT _L: chiều dài cọc (m) _ ρ : điện trở suất đất ( Ω m) _n:là số cọc Cách 3: Bảng hình chữ nhật có chiều dài ≥0,5 mét, đựơc chôn theo phương thẳng đứng cho tâm cách mặt đất mét Bản là: _Đồng dày 2mm _Thép mạ dày 3mm Điện trở tổng nối đất theo phương pháp là: 0,8.ρ R= ( Ω) tra sách IEC trang F68 L Trong đó: _ ρ :điện trở suất đất _L:chu vi B PHẦN TÍNH TOÁN: Tính toán nối đất tòanhà : Tòanhà sử dụng điện áp 10/0,4 KV thiết bò sử dụng điện nhiều, theo qui đònh an toàn điện , điện trở nối đất thời điểm năm không vượt Ω., ( Rnđ < Ω ) Loại đất nơi tòanhà loại đất sét khô mềm , tra bảng qui đònh trang 384 sách cung cấp điện Nguyễn Xuân Phú Hoặc bảng F47 trang F69sách IEC, ta chọn : ρ d = 0,5 x10 (Ω.cm) = 50(Ω.m) Chọn hệ số điều chỉnh tăng cao điện trở suất theo mùa mưa ;( Tra bảng 10-1 trang 384 sách cung cấp điện Nguyễn Xuân Phú ), ta chọn : Kng =3 nằm ngang Kđ =2 cọc thẳng đứng Ta chọn sơ 12 cọc điện cực thẳng đứng , dùng thép góc L=60 × 60 × 6mm chiều dài l= 2.5m Các điện cực đóngsâu vào lòng đất cách mặt đất khoảng 0,8m cách khoảng a=5m Các điện cực ngang nối với điện cực đứng tạo thành mạch vòng cách mặt đất 0.8m Điện trở nối đất cọc thẳng đứng cho công thức : R1coc = 0,366 2l 4t + l xρ tt x(lg + x lg ) l d 4t − l Đồ n Môn Học: Cung Cấp Điện -Trang -6 - CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT Với : l=2,5m : chiều dài điện cực ρ tt = ρ d Kd ρ d =0,5x104 (Ω.cm) = 50(Ω.m) d = 0,95.b b = 60(mm) =0,06(m) : chiều rộng thép góc t = 0.8+ ,5 =2,05 : độ sâu từ mặt đất đến cọc thẳng đứng Vậy : R1coc = 0,366 x 2,5 x 2,05 + 2,5 x50 x x(lg + x lg ) = 30,446(Ω) 2,5 0,95 x0,06 x 2,05 − 2,5 Điện trở khuếch tán 12 cọc thẳng đứng: Rtdcoc = R1coc n.η d Vì điện cực chôn thành mạch vòng cách 5m nên tỉ số a = (Tra bảng 10-3 trang 387 sách Cung Cấp l Điện Nguyễn Xuân Phú ) ta có: Số cọc chôn thẳng đứng Khi đặt cọc theo chu vi mạch vòng 10 12 20 Tỉ số a/l ηd η ng 0,69 X? 0,64 0,4 Y? 0,32 Bằng phương pháp nội suy ta tính sau: 20 − 12 0,64 − X = ⇒ X = η d = 0,68 12 − 10 X − 0,69 20 − 12 0,32 − Y = ⇒ Y = η ng = 0,384 12 − 10 Y − 0,4 Đồ n Môn Học: Cung Cấp Điện -Trang -7 - CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT Vaäy Rtdcoc = R1coc 30,446 = = 3,73(Ω) n.η d 12 x 0,68 Chọn 12 điện cực ngang thép dẹp L=50 × 5mm2 có chiều dài 5m Điện trở khuếch tán nằm ngang chưa xét đến ảnh hưởng che : R1ng = Với: 0,366 L2 ρ tt lg L b.t ρ tt = ρ d.Kng L=5x16=60m : toång chiều dài ngang b= 0,05 m :chiều rộng ngang t= 0,8m :vì thép dẹp nên chọn chiều sâu 0,8 Vậy: R1ng 0,366 L2 0,366 x60 = xρ tt x lg = x50.x3 x lg = 4,8(Ω) L b.t 60 0,05 x 0,8 Điện trở khuếch tán 12 ngang nối điện cực thẳng đứng có xét đến ảnh hưởng che Rng = R1ng η ng a = = (Tra baûng 10-3 trang 387 sách l 2,5 Cung Cấp Điện Nguyễn Xuân Phú ), ta có η ng = 0,384 R1ng 4,8 = = 12,5(Ω) Vaäy Rng = n.η ng 0,384 Với n=12 cọc Điện trở nối đất trang bò nối đất nhân tạo : RndNT = Rtdcoc x.Rng Rtdcoc + Rng = 3,73 x12,5 = 2,87(Ω) 3,73 + 12,5 Như vậy: RndNT = 2,87(Ω)