LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LƯỚI NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP THEO TIÊU CHUẨN IEEE.std 80 2000

Ngày nay thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đang được đầu tư và phát triển mạnh mẽ để đạt được mục tiêu trở thành nước công nghiệp hóa, với sự phát triển đó thì nhu cầu về điện năng đóng vai trò đặt biệt quan trọng. Nó được thể hiện từ việc các nhà máy điện, các trạm biến áp trung gian, và các đường dây truyền tải và phân phối được đầu tư xây dựng quy mô và lẫn công nghệ theo các tiêu chuẩn trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Như đã biết, trạm biến áplà một phần tử đặc biệt quan trọng trong hệ thống điện, nó giúp phân phối và điều hành hệ thống năng lượng điện.Để đảm bảo trạm biến áp hoạt động lâu dài và hạn chế các sự cố xảy ra thì việc xây dựng và thiết kế hệ thống bảo vệ là đều không thể thiếu. Hệ thống nối đất là một phần rất rất quan trọng trong hệ thống điện. Do vậy việc tính toán và thiết kế chính xác hệ thống nối đất là yêu cầu cần thiết và đảm bảo an toàn. Tính toán thiết kế hệ thống nối đất của nước ta từ trước đến nay chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và chỉ lấy một tiêu chuẩn duy nhất là giá trị điện trở của hệ thống nối đất và tính toán thiết kế hệ thống nối đất cũng chủ yếu tính trong mô hình đất đồng chất. Khi thiết kế hệ thống nối đất chúng ta phải chắc chắn rằng tất cả những thiết bị được nối đất thì phải đảm bảo an toàn khi tiếp xúc. Điện trở nối đất của hệ thống nối đất có giá trị nhỏ, mà chỉ xét giá trị điện trở nối đất của hệ thống nối đất và giá trị lớn nhất dòng điện sự cố rất phức tạp. Vì vậy giá trị điện trở nối đất của trạm biến áp có giá trị nhỏ cũng có thể nguy hiểm trong khi đó trạm biến áp khác có giá trị điện trở nối đất lớn hơn nhưng an toàn Đề tài luận văn tốt nghiệp bao gồm nội dung như sau : Chương 1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE.std 80 2000 1.1. Giới thiệu tiêu chuẩn IEEE.std 80 2000 1.2. Hệ thống lưới nối đất cho trạm biến áp 1.3. Tính toán hệ thống lưới nối đất cho trạm biến áp dựa trên tiêu chuẩn IEEE.std 80 2000 Chương 2 Nghiên cứu hệ thống nối đất cho trạm biến áp dựa trên tiêu chuẩn IEEE.std 80 2000 2.1. Phạm vi 2.2. Mục đích 2.3. Ý nghĩa Chương 3 Bài toán thiết kế lưới nối đất dựa trên tiêu chuẩn IEEE.std 80 2000

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LƯỚI NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP THEO TIÊU

CHUẨN IEEE.std 80 - 2000

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Nguyễn Đăng Khoa Võ Thị Hồng Vân(MSSV:ND1561P537)

Ngành : Kỹ thuật điện - Khóa 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Cần Thơ, ngày tháng năm 2018

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN

HỌC KỲ II NĂM HỌC 2018-2019

1 Họ và tên sinh viên: Võ Thị Hồng Vân MSSV: ND1562P537

2 Tên đề tài: Tính toán thiết kế lưới nối đấtcho trạm biến áp theo tiêu chuẩn

IEEE.std 80 - 2000

3 Địa điểm thực hiện: Khoa công nghệ - Trường Đại học Cần Thơ

Thời gian thực hiện: 14 tuần (bắt đầu từ 13/08/2018 – 18/11/2018)

4 Họ và tên cán bộ hướng dẫn khoa học: Thầy ThS Nguyễn Đăng Khoa

5 Mục tiêu đề tài: Tính toán thiết kế lưới nối đất cho trạm biến áp theo tiêu

chuẩn IEEE.std 80 - 2000

6 Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:

- Chương 1: Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE.sdt 80 - 2000

- Chương 2: Nghiên cứu hệ thống lưới nối đất cho trạm biến áp dựa trên tiêu chuẩn IEEE.sdt 80 - 2000

- Chương 3: Bài toán thiết kế lưới nối đất dựa trên tiêu chuẩn IEEE.sdt 80 - 2000

- Kết luận:

7 Các yêu cầu hỗ trợ việc thực hiện đề tài:

8 Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài:

Ý KIẾN CỦA NHDKH 2 (nếu có)

Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN

SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ

Ý KIẾN CỦA NHDKH 1

Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV& TLTN

Luận văn này, với đề tài là “Tính toán thiết kế lưới nối đất cho trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000”, do sinh viên < Võ Thị Hồng Vân> thực hiện theo sự hướng dẫn của giảng viên <Thầy ThS Nguyễn Đăng Khoa> Luận văn đã báo cáo và được hội đồng chấm luận văn thông qua ngày tháng năm

Giảng viên phản biện 1 Giảng viên phản biện 2

TS Đỗ Nguyễn Duy Phương Ths Nguyễn Hào Nhán

Chủ tịch Hội đồng, giảng viên phản biện 2

………

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1 Cán bộ hướng dẫn: Thầy ThS Nguyễn Đăng Khoa

2 Tên đề tài: Tính toán thiết kế lưới nối đất cho trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEEE std 80 - 2000

3 Sinh viên thực hiện: Võ Thị Hồng Vân MSSV: ND1561P537

5 Nội dung nhận xét:

6 Điểm đánh giá:

Cần Thơ, ngày….tháng… năm 2018

Cán bộ hướng dẫn

ThS NGUYỄN ĐĂNG KHOA

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1

1 Cán bộ phản biện: Thầy Đỗ Nguyễn Duy Phương

2 Tên đề tài: Tính toán thiết kế lưới nối đất cho trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEEE std 80 - 2000

3 Sinh viên thực hiện: Võ Thị Hồng Vân MSSV: ND1561P537

5 Nội dung nhận xét:

6 Điểm đánh giá:

Cần thơ, ngày….tháng… năm 2018

Cán bộ phản biện 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2

1 Cán bộ phản biện: Thầy Nguyễn Hào Nhán

2 Tên đề tài: Tính toán thiết kế lưới nối đất cho trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEEE std 80 - 2000

3 Sinh viên thực hiện: Võ Thị Hồng Vân MSSV:ND1561P537

5 Nội dung nhận xét:

6 Điểm đánh giá:

Cần Thơ, ngày….tháng… năm 2018

Cán bộ phản biện 2

Em xin chân thành cảm ơn đến quỳ thầy cô trong Khoa Công Nghệ trường Đại Học Cần Thơ, đặc biệt là quý thầy trong bộ môn kỹ thuật điện đã tận tình chỉ dạy truyền đạt kiến thức cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Nguyễn Đăng Khoa đã dành nhiều thời gian, công sức, quan tâm theo dõi, tận tình hướng dẫn, động viên và nhắc nhở em, hoàn thành tốt luận văn này

Em cũng xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và các anh chị đồng nghiệp trong công ty TNHH Tư Vấn Thiết kế điện Sao Kim đã tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn,cảm ơn bạn bè và những người anh đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn

Tuy nhiên do thời gian có hạn, dù đã có nhiều cố gắng hết mình nhưng bản thân tự nhận thấy còn nhiều hạn hẹp và yếu kém về kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế, song vẫn khó tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế trong lúc thực hiện luận văn này

Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và nhận xét từ các thầy cô và các anh chị.Em rất mong quý thầy chỉ dẫn giúp đỡ em để hoàn thiện hơn kiến thức của mình và tự tin bước vào cuộc sống với vốn kiến thức đã có được

Cuối cùng em kính chúc quý thầy, cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý Đồng kính chúc các anh chị đã giúp đỡ em dồi dào sức khỏe, đạt được nhiều thành công trong công việc !

Đồng Tháp, ngày tháng năm 2018

Sinh viên thực hiện

Võ Thị Hồng Vân

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đang được đầu tư và phát triển mạnh mẽ để đạt được mục tiêu trở thành nước công nghiệp hóa, với sự phát triển đó thì nhu cầu về điện năng đóng vai trò đặt biệt quan trọng Nó được thể hiện từ việc các nhà máy điện, các trạm biến áp trung gian, và các đường dây truyền tải và phân phối được đầu tư xây dựng quy mô và lẫn công nghệ theo các tiêu chuẩn trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng

Như đã biết, trạm biến áplà một phần tử đặc biệt quan trọng trong hệ thống điện, nó giúp phân phối và điều hành hệ thống năng lượng điện.Để đảm bảo trạm biến áp hoạt động lâu dài và hạn chế các sự cố xảy ra thì việc xây dựng và thiết kế

hệ thống bảo vệ là đều không thể thiếu Hệ thống nối đất là một phần rất rất quan trọng trong hệ thống điện Do vậy việc tính toán và thiết kế chính xác hệ thống nối đất là yêu cầu cần thiết và đảm bảo an toàn Tính toán thiết kế hệ thống nối đất của nước ta từ trước đến nay chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và chỉ lấy một tiêu chuẩn duy nhất là giá trị điện trở của hệ thống nối đất và tính toán thiết kế hệ thống nối đất cũng chủ yếu tính trong mô hình đất đồng chất

Khi thiết kế hệ thống nối đất chúng ta phải chắc chắn rằng tất cả những thiết bị được nối đất thì phải đảm bảo an toàn khi tiếp xúc Điện trở nối đất của hệ thống nối đất có giá trị nhỏ, mà chỉ xét giá trị điện trở nối đất của hệ thống nối đất và giá trị lớn nhất dòng điện sự cố rất phức tạp Vì vậy giá trị điện trở nối đất của trạm biến áp có giá trị nhỏ cũng có thể nguy hiểm trong khi đó trạm biến áp khác có giá trị điện trở nối đất lớn hơn nhưng an toàn

Đề tài luận văn tốt nghiệp bao gồm nội dung như sau :

Chương 1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000

1.1 Giới thiệu tiêu chuẩn IEEE.std 80 2000

1.2 Hệ thống lưới nối đất cho trạm biến áp

1.3 Tính toán hệ thống lưới nối đất cho trạm biến áp dựa trên tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000

Chương 2 Nghiên cứu hệ thống nối đất cho trạm biến áp dựa trên tiêu chuẩn IEEE.std 80 2000

Chương 1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000 1

1.1 Giới thiệu tiêu chuẩn IEEE.std 80 2000 1

1.2 Hệ thống lưới nối đất cho trạm biến áp 4

1.3 Tính toán hệ thống lưới nối đất cho trạm biến áp dựa trên tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000 4

1.3.1 An toàn trong tiếp đất 4

1.3.2 Tác hại của dòng điện đối với cơ thể người 4

1.3.3 Giới hạn dòng điện cơ thể người chịu đựng 6

1.3.4 Giới hạn điện trở của cơ thể người 7

1.3.5.Mạch tương đương ngẫu nhiên 7

1.3.6 Ảnh hưởng của bề dày lớp đất bề mặt 9

1.3.7 Gía trị lớn nhất cho phép của điện áp bước và điện áp tiếp xúc 11

1.3.8 Phương pháp tính điện áp bước và mắt lưới 11

1.3.8.1 Điện áp mắt lưới Em : 12

1.3.8.2 Điện áp bước ES: 13

1.3.9 Lựa chọn tiết diện dây dẫn nối đất 14

1.3.10 Cấu trúc đất và lựa chọn mô hình đất 16

1.3.10.1 Khảo sát điện trở suất đất 16

1.3.10.2 Mô hình đất 2 lớp 17

1.3.11 Đánh giá kháng đất (điện trở đất) 17

1.3.11.1 Các yêu cầu cơ bản 17

1.3.11.2 Các tính toán cơ bản 17

1.3.11.3 Điện trở nối đất của hệ thống theo phương trình Schwarz 19

1.3.12 Xác định lưới điện tối đa 20

1.3.12.1 Các loại dòng sự cố trong hệ thống nối đất 21

1.3.12.2 Điện cực bọc bê tông 22

2.1 Phạm vi 24 2.2 Mục đích 24 2.3 Ý nghĩa 25

Chương 3 Bài toán thiết kế lưới nối đấ tdựa trên Tiêu chuẩn IEEE.std 80 2000 26

- Kết luận: 35 Tài liệu tham khảo 37

Bảng 1.1 Ảnh hưởng của dòng điện đến cơ thể người 5

Bảng 1.2 Thông số vật liệu chọn làm thanh và cọc nối đất 15

Bảng 1.3 Các thông số của một số thanh dẫn kim loại: 16

Bảng 1.4 Phân loại đất và phạm vi điện trở suất 17

Bảng 1.5 Kết cấu thông số đất 18

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1 Lưu đồ giải thuật cho tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000 3

Hình 1.2 Trọng lượng so với trọng lượng cơ thể của các động vật khác nhau dựa trên khoảng thời gian 3s của điện giật điện 7

Hình 1.3 Điện áp tiếp xúc 7

Hình 1.4 Sơ đồ thay thế điện áp tiếp xúc 8

Hình 1.5 Điện áp bước 8

Hình 1.6 Sơ đồ thay thế điện áp bước 9

Hình 1.7 Cs so với hs 10

Hình 1.8 Các hệ số k1 và k2 của công thức Schwarz: 20

Hình 1.9 Khả năng tải dòng ngắn thời gian ngắn của các điện cực bê tông 23

Hình 1.10 Diện tích trạm 26

Hình 1.11 Khoảng cách trung bình giữa các dây dẫn với lưới có cạnh D1 và D2 34

CHƯƠNG 1

TÌM HIỂU VỀ TIÊU CHUẨN IEEE.std 80 - 2000

1.1 Giới thiệu tiêu chuẩn IEEE.std 80 2000

IEEE( Institute of Electrical and Electronics Engineers) là một tổ chức phi

lợi nhuận, chuyên nghiệp nhằm nâng cao sự thịnh vượng qua sự phát huy các đổi mới công nghệ tạo cơ hội nghề nghiệp cho các thành viên và cổ vũ cộng đồng thế giới mở rộng Thành viên hiện hơn 350 ngàn người khắp nơi trên thế giới bao gồm

kỹ sư, khoa học gia và sinh viên

Tiêu chuẩn IEEE Std.80 trong những tiêu chuẩn của IEEE cung cấp những

thông tin và hướng dẫn thiết kế hệ thống nối đất an toàn cho các trạm biến áp trong

hệ thống điện Tiêu chuẩn này xuất bản lần đầu tiên vào năm 1961 dựa trên đề xuất

mô hình toán học thực tế cho việc tính điện áp bước và tiếp xúc trong một điện tích hình vuông của Steven năm 1959 Kể từ đó, tiêu chuẩn này được nhiều nhà khoa học như Thapar, Sverak, Dawalibi phát triển và đã sữa đổi vào các năm 1976,

1986, 1996 và 2000

Tiêu chuẩn IEEE Std.80 năm 1976 đưa ra phương pháp tính giới hạn điện áp bước, giới hạn điện áp tiếp xúc và điện áp lưới, điện áp bước của hệ thống nối đất hình vuông

Lần xuất bản năm 1986 đã đưa ra hai sữa đổi quan trọng: Thứ nhất là định nghĩa lại giới hạn điện áp bước và điện áp tiếp xúc cho khối lượng cơ thể người 50kg và 70kg Thứ hai là thêm vào hệ số Cs thể hiện ảnh hưởng của đá granite bề mặt do có điện trở suất khác lớp đất bên dưới

Tiêu chuẩn IEEE Std.80 xuất bản năm 2000, các công thức được mở rộng tính toán cho lưới hình vuông, hình chữ nhật, dạng tam giác, dạng T và dạng L, và thay đổi phương pháp tính hệ số suy giảm bề mặt: được tính toán theo phương pháp giải tích với sai số 5%

Chương 1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000

Thay đổi việc đánh giá lựa chọn thanh dẫn và kếtnối; thêm thông tin về giải thích đo lường điện trở suất; và thảo luận về mô hình đất nhiều lớp để tính toán điện trở suất của hệ thống nối đất được đưa vào tính toán Những thay đổi và bổ sung khác đã được thực hiện trong các khu vực cách ly khí, trạmphương trình để tính toán điện trở lưới

* Trình tự thiết kế lưới nối đất:

Bước 1 : Xác định sơ đồ và vị trí trạm biến áp từ đó lựa chọn nơi thích hợp

nhất để thực hiện nối đất Kiểm tra điện trở suất của đất, xác định mô hình đất, tính toán điện trở suất của đất

Bước 2 : Xác định tiết diện dây dẫn Dòng sử cố 3I0 là dòng sự cố lớn nhất trong tương lai và từ dòng này ta tính toán lựa chọn dây dẫn cho hệ thống lưới nối đất Thời gian tc là thời gian lớn nhất cô lập sự cố

Bước 3 : Xác định giới hạn điện áp bước và điện áp tiếp xúc, xác định khoảng

thời gian điện giật

Bước 4 : Thiết kế sơ bộ ban đầu bao gồm nối đất xung quanh chu vi và thanh

nối đất dọc bên trong chu vi để đảm bảo đường đi vào thuận lợi cho những thiết bị nối đất Xác định khoảng cách giữa các thanh nối đất và vị trí cọc nối đất dựa vào dòng IG và diện tích nối đất

Bước 5 : Tính toán sơ bộ điện trở của hệ thống nối đất trong mô hình đất đồng

nhất Đến giai đoạn cuối thì giá trị này phải được xác định lại một cách chính xác dựa vào mô phỏng các thành phần của hệ thống nối đất, đảm bảo mô hình đất lựa chọn là chính xác

Bước 6 : Xác định dòng lớn nhất chạy vào lưới nối đất và đất Tránh thiết kế

dư chỉ cần đảm bảo dòng sự cố tổng 3I0 dòng này sẽ qua lưới đi tới khu vực đất xa được dùng trong thiết kế Dòng IG thể hiện loại sự cố và trị sự cố, hệ số suy giảm và

mở rộng hệ thống trong tương lai

Bước 7 : Nếu giá trị GPR thấp hơn điện áp tiếp xúc có thể chịu đựng được thì

không cần phải tính toán gì thêm Thêm dây nối từ thiết bị nối đất đến hệ thống nối đất

Bước 8 : Tính toán điện áp bước và điện áp lưới mới vừa hoàn thành

Bước 9 : Nếu điện áp của lưới thấp hơn điện áp tiếp xúc chịu đựng quá trình

thiết kế đã hoàn thành Nếu điện áp lưới lớn hơn điện áp tiếp xúc chịu đựng thì thiết

kế ban đầu phải thay đổi

Bước 10 : Nếu điện áp bước và điện áp tiếp xúc thấp hơn giới hạn chịu đựng

thì thiết kế chỉ yêu cầu đảm bảo kết nối vào thiết bị nối đất Nếu cao hơn thì phải thay đổi lại thiết kế ban đầu

Bước 11 :Nếu giới hạn chịu đựng của điện áp bước và điện áp tiếp xúc không

thỏa cần phải thay đổi thiết kế ban đầu Sự thay đổi này có thể giảm khoảng cách giữa các thanh nối đất và thêm cọc nối đất Thay đổi thiết kế để đảm bảo giới hạn điện áp tiếp xúc và điện áp bước

Bước 12 : Sau khi đảm bảo yêu cầu về điện áp bước và điện áp tiếp xúc , yêu

cầu phải thêm lưới và cọc nối đất Thêm vào dây dẫn của lươi nếu trong thiết kế không bao gồm dây dẫn nối thiết bị nối đất xuống hệ thống nối đất Thêm cọc nối đấtdưới các thiết bị chống sét và trung tính máy biến áp

Hình 1.1 Lưu đồ giải thuật cho tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000

Chương 1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000

1.2 Hệ thống lưới nối đất cho trạm biến áp

Hệ thống lưới nối đất (HTLNÐ) là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện,đặc biệt là tại các trạm biến áp trong nhà máy điện và các trạm biến áp truyền tải trung gian Hệ thống lưới nối đất (HTLNÐ) có nhiệm vụ tản nhanh dòng điện khi sự cố xảy ra vào trong đất mà không có sự gia tăng điện thế lớn hơn giới hạn cách điện của thiết bị và đảm bảo gới hạn được điện áp bước và tiếp xúc không gây nguy hiểm cho người trong điều kiện vận hành hệ thống và không làm hư hỏng các thiết bị điện Việc tính toán an toàn của hệ thống lưới nối đất (HTLNĐ) đòi hỏi phải đúng theo tiêu chuẩn và trong bài báo cáo này sẽ tính toán HTLNĐ cho trạm biến

áp theo tiêu chuẩn IEEE.std 80 2000

1.3 Tính toán hệ thống lưới nối đất cho trạm biến áp dựa trên tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000

1.3.1.An toàn trong tiếp đất

* Về nguyên tắc, một thiết kế nền tảng an toàn có hai mục tiêu sau:

- Cung cấp biện pháp vận chuyển dòng điện vào lòng đất trong điều kiện bình thường và không cóvượt quá giới hạn hoạt động và thiết bị hoặc ảnh hưởng bất lợi tới sự liên tục của dịch vụ

- Để đảm bảo rằng một người trong vùng lân cận của các cơ sở nối đất không

bị phơi nhiễm với nguy cơ điện giật

Một cách tiếp cận thực tế để nền tảng an toàn do đó mối quan tâm và cố gắng kiểm soát sự tương tác của haihệ thống nối đất, như sau:

- Mặt đất cố ý, bao gồm điện cực mặt đất chôn ở một số độ sâu dưới mặt đấtbề mặt

- Mặt đất ngẫu nhiên, tạm thời thiết lập bởi một người tiếp xúc với một gradienttiềm năng trongvùng lân cận của một cơ sở nối đất.Mọi người thường cho rằng bất kỳ vật thể nào có thể được chạm đất an toàn Một trạm hạ thế thấp kháng đất làkhông phải bản thân nó, một đảm bảo an toàn Không có mối liên hệ đơn giản giữa điện trở của hệ thống mặt đấtnhư một toàn thể và sốc lớn nhất hiện nay mà một người có thể bị phơi nhiễm Vìvậy, một trạm biến ápđiện trở tương đối thấp có thể gây nguy hiểm, trong khi một trạm biến áp khác có điện trở rất caoan toàn hoặc có thể được thực hiện an toàn bằng thiết kế cẩn thận

1.3.2 Tác hại của dòng điện đối với cơ thể người

- Khi tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếpvới phần tử mang điện áp, sẽ xuất hiện dòng điện chạy qua cơ thể, có thể gây nên những phản ứng sinh học phức tạp như

tiêt liệt các cơ thịt, sưng màng phổi, rối loạn nhịp tim, hủy hoại thần kinh điều khiển, Mức độ ảnh hưởng của dòng điện qua cơ thể người phụ thuộc vào biên độ dòng điện, tần số và thời gian tồn tại

- Ảnh hưởng của tần số: Con người có thể bị thương tích do ảnh hưởng của dòng điện có tần số từ 50Hz đến 60Hz và giá trị 0,1A có thể gây tử vong Tần số càng cao càng ít nguy hiểm

- Ảnh hưởng của dòng điện và thời gian:

Bảng 1.1 Ảnh hưởng của dòng điện đến cơ thể người

0,6 - 1,5 Bắt đầu thấy tê

2 - 3 Tê tăng mạnh

5 - 7 Bắp thịt bắt đầu co

8 - 10 Tay khó rời vật có điện

20 - 25 Tay không thể rời khỏi vật có điện, bắt đầu khó thở

50 - 80 Tê liệt hô hấp, tim bắt đầu đập mạnh

90 - 100 Nếu kéo dài với thời gian từ 3s trở lên tim ngừng đập

Với dòng điện 50 - 100mA làm tim ngừng đập và gây tử vong Tiêu chuẩn này nhấn mạnh tầm quan trọng của ngưỡng nguy hiểm Nếu dòng điện giật ở dưới giá trị này bằng một hệ thống nối đất được thiết kế cẩn thận có thể tránh được thương tích hoặc tử vong

Dòng điện không hoạt động của 𝐼𝐵ở thời lượng dao động từ 0,03-3,0 s có liên quan đến năng lượng hấp thụ bởi cơ thể như được mô tả bằng công thức sau:

Trong đó :

SB : Giới hạn năng lượng điện giật

IB : Biên độ dòng điện qua cơ thể người

ts : Thời gian dòng điện chạy qua cơ thể người

Chương 1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000

1.3.3 Giới hạn dòng điện cơ thể người chịu đựng

Biên độ và khoảng thời gian qua cơ thể người ở tần số 50 Hz đến 60 Hz phải nhỏ hơn giá trị gây tim ngưng đập

Khoảng thời gian đối với dòng điện có thể chịu đựng được của cơ thể con người liên quan đến biên độ theo công thức (1.1)

Dựa trên kết quả nghiên cứu 99,5% số người có thể chịu đựng được tim không ngưng đập, đối với với biên độ và khoảng thời gian điện giật xác định theo công thức:

𝐼𝐵 = √𝑆𝐵

√𝑡 𝑠 = 𝑘

𝑘 = √𝑆𝐵

Dalziel phát hiện ra rằng năng lượng điện giật có thể sống sót 99,5% số người

có trọng lượng xấp xỉ 50 kg (110 lb) cho giá trị 𝑆𝐵= 0,0135 Do đó, 𝑘50 = 0.116

Giới hạn dòng điện đối với người 50kg :

𝐼𝐵 = 0.116

Qua nhiều năm, các nhà nghiên cứu khác đã gợi ý các giá trị khác cho𝐼𝐵 Trong các thí nghiệm, những con vật có trọng lượng cơ thể và tim tương đương với con người phải chịu thời gian điện giật tối đa là 3 giây Một số thí nghiệm gần đây cho thấy sự tồn tại của hai ngưỡng riêng biệt: một trong những nơi thời gian điện giật ngắn hơn thời gian nhịp tim và một thời gian khác cho thời gian hiện tại dài hơn một nhịp tim

Giả định có giá trị cho 99,5% số người có trọng lượng khoảng 70 kg (155 lb ) cho giá trị 𝑆𝐵 = 0,0246 Do đó, k70 = 0,157

Giới hạn dòng điện đối với người 70kg :

𝐼𝐵 = 0.157

Hình (1) cho thấy mối quan hệ giữa trọng lượng hiện tại và trọng lượng cơ thể đối với một số loài động vật (con bê, chó, cừu và lợn) và 0.5 % vùng ngưỡng phổ biến cho động vật có vú

Hình 1.2 Trọng lượng so với trọng lượng cơ thể của các động vật khác nhau dựa

trên khoảng thời gian 3s của điện giật điện

1.3.4 Giới hạn điện trở của cơ thể người

Với dòng điện AC hoặc DC có tần số từ 50Hz đến 60Hz cơ thể người xấp

xỉ như một điện trở Đường đi của dòng điện được xem xét đi từ tay xuống chân hoặc từ chân sang chân Điện trở người có thể từ 1000Ω đến vài chục kΩ nếu mất đi lớp da thì điện trở người chỉ từ 600Ω - 750Ω Điện trở của cơ thể người là đại lượng không ổn định nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : tình trạng sức khỏe, môi trường chung quanh, độ ẩm của lớp da chỗ tiếp xúc với điện, da bị thương, bị rách ở điểm tiếp xúc Trong tiêu chuẩn này giá trị điện trở của cơ thể người được chọn là 1000Ω

1.3.5.Mạch tương đương ngẫu nhiên

Sau đây là một ví dụ mạch tương đương ngẫu nhiên trong hình 1.3:

* Điện áp tiếp xúc nhỏ hơn điện áp cho phép :

Hình 1.3.Điện áp tiếp xúc

Chương 1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000

Hình 1.3 cho thấy dòng điện sự cố đi vào đất thông qua hệ thống nối đất của trạm biến Người tiếp xúc với bộ phận kim loại ở vị trí H Điện thế tại H bằng với điện thế của lưới nối đất khi dòng sự cố chạy vào lưới Điện thế tại F là điện thế trên

bề mặt đất tại vị trí 2 chân người tiếp xúc Dòng điện Ib đi từ H qua cơ thể người đến F xuống đất

𝐼𝑏 = 𝑉𝑇ℎ

Trong đó :

VTh : Điện áp giữa 2 điểm H và F khi người chưa tiếp xúc

ZTh : Tổng trở của hệ thống nhìn từ H và F, nối tắt nguồn áp hệ thống

Ib : Dòng điện qua cơ thể (Ω)

RB : Điện trở của người (Ω)

Hình 1.4.Sơ đồ thay thế điện áp tiếp xúc

* Điện áp bước nhỏ hơn điện áp cho phép :

Hình 1.5 Điện áp bước Hình 1.5 cho thấy dòng điện sự cố đi vào đất thông qua hệ thống nối đất của trạm Dòng điện Ib đi từ chân F1 qua cơthể người đến F2 F1 và F2 là 2 điểm trên bề mặt hệ thống nối đất mà người tiếp xúc

Hình 1.6.Sơ đồ thay thế điện áp bước

VTh : Điện áp giữa 2 điểm F1 và F2 khi người chưa tiếp xúc

ZTh : Tổng trở của hệ thống nhìn từ F1 và F2 , nối tắt nguồn áp hệ thống

𝑅𝑓: Điện trở tiếp đất của 1 chân người(bỏ qua điện trở của hệ thống nối đất)

(Ω.m)

Ib : Dòng điện qua cơ thể người

- Điện trở tiếp đất của 1 chân người b (m) trên bề mặt của đất đồng đều, điện trở suất của đất ρ (Ω.m)

- Khi xác định điện áp tiếp xúc :

1.3.6 Ảnh hưởng của bề dày lớp đất bề mặt

Nếu lớp đất phía dưới có điện trở suất thấp hơn lớp đất bề mặt thì dòng điện đi ngược lên lớp đất bề mặt rất nhỏ và điện áp trên bề mặt đều nhau Dòng điện qua

Chương 1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000

cơthể người thấp hơn bởi vì điện trở tiếp xúc giữa chân người và đất lớn hơn Hệ số suy giảm này phụ thuộc vào điện trở suất của lớp đất phía dưới, điện trở suất của lớp đất bề mặt và bề dày của lớp đất bề mặt

𝐶𝑠: Hệ số suy giảm điện trở suất của lớp đá mặt

K :Hệ số phản xạ giữa các điện trở vật liệu khác nhau

𝜌𝑠: Điện trở suất của lớp đá mặt (Ω·m)

ρ :Điện trở suất của đất ngay bên dưới lớp đá (Ωm)

ℎ𝑠: Độ dày của lớp đá bề mặt (m)

b = 0,08 : Bán kính quy đổi bàn chân khi tính điện trở (m)

Hình 1.7 𝐶𝑠 so với ℎ𝑠Người ta áp dụng tính Cs theo công thức Thapar và sai số 5% so với giá trị tính bằng phương pháp giải tích

𝐶𝑠 = 1-0,09(1−

𝜌

𝜌𝑠)

2ℎ 𝑠 +0,09 (1.14)

1.3.7 Gía trị lớn nhất cho phép của điện áp bước và điện áp tiếp xúc

Điện áp bước và điện áp tiếp xúc lớn nhất cho phép là tiêu chuẩn để thiết

kế hệ thống nối đất an toàn Nếu như điện áp bước và điện áp tiếp xúc của lưới nối đất nhỏ hơn giá trị này thì lưới nối đất thỏa mãn yêu cầu Gía trị điện áp bước và điện áp tiếp xúc lớn nhất cho phép mà càng nhỏ thì việc thiết kế lưới nối đất để thỏa mãn càng khó khăn

* Đối với điện áp bước giới hạn:

𝐸𝑏ướ𝑐 = (𝑅𝐵+ 2𝑅𝑓).𝐼𝐵 (1.15) Trọng lượng cơ thể là 50 kg

𝑡𝑠 ∶Thời gian duy trì sự cố (s)

1.3.8 Phương pháp tính điện áp bước và lưới

Năm 1959 lầ đầu tiên một nhóm nghiên cứu của Steven đã đề xuất một mô hình toán học thực tế cho việc tính toán điện áp bước và điện áp tiếp xúc trong một diện tích giới hạn của một lưới vuông Sau đó mô hình này chính thức được sử dụng trong tất cả các lần xuất bản của tiêu IEEE.sdt 80 - 2000

Chương 1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn IEEE.std 80 - 2000

Mô hình này đặc cơ sở trên một quan điểm đơn giản là lưới nối đất gồm n

thanh dẫn song song được chôn ở độ sâu là h :

ℎ0= 1m (độ sâu tham khảo)

𝐾𝑖𝑖 = 1 cho các lưới có cọc nối đất ven chu vi hoặc ở góc lưới và bên trong diện

tích lưới

(𝑛.2)

2 𝑛

Các công thức được sử dụng tính toán cho các lưới hình vuông, chữ nhật,

tam giác, dạng T hoặc dạng L Các giá trị của Km , Ks , Ki , được tính tương tự

như trong lần xuất bản năm 1986.Tuy nhiên công thức mới cho thông số n được

Thapar và các đồng nghiệp phát triển như sau :