Tính toán điện trở của cọc nối đất trong cấu trúc đất nhiều lớp có xét đến thành phần cải tạo đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA WX LÝ TRƯỜNG SƠN TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ CỦA CỌC NỐI ĐẤT TRONG CẤU TRÚC ĐẤT NHIỀU LỚP CÓ XÉT ĐẾN THÀNH PHẦN CẢI TẠO ĐẤT CHUYÊN NGÀNH : THIẾT BỊ , MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mà SỐ NGÀNH : 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH , THÁNG 07 NĂM 2006 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG Cán chấm nhận xeùt 1: Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày tháng năm 2006 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học cao học trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, nhờ dạy dỗ tận tình thầy cô , hoàn thành chương trình luận văn cao học Kiến thức có giúp ứng dụng nhiều vào công việc Xin cho tri ân với TS Hồ Văn Nhật Chương ,thầy tận tình hướng dẫn hoàn thành luận văn tốt nghiệp đại học trước đến luận văn thạc só Xin chân thành cám ơn đến gia đình bạn bè giúp đỡ suốt trình thực luận văn Cuối xin chúc sức khỏe đến tất q thầy cô ,gia đình bạn bè PHAN PHẦÀN I NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN PHAN P HẦN II II PHẦ PHẦ NGHIÊ N TỔN NG CỨ KẾ UT ĐI SÂU PHÁT TRIỂN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH -o0o - CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc W—X -TP.HCM, ngày tháng năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÝ TRƯỜNG SƠN Phái: Nam Ngày, tháng, năm Sinh : 02/01/1975 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện Mã số học viên: 01804507 I- TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ CỦA CỌC NỐI ĐẤT TRONG CẤU TRÚC ĐẤT NHIỀU LỚP CÓ XÉT ĐẾN THÀNH PHẦN CẢI TẠO ĐẤT II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: PHẦN I : TỔNG QUAN Chương 1: Các vấn đề an toàn xí nghiệp công nghiệp , hệ thống điện Chương 2:Phân tích thông số ảnh hưởng lên hệ thống nối đất Chương 3:Các mô hình toán học hệ thống nối đất có xét đến thành phần cải tạo đất Chương 4:Chương trình tính toán kết so sánh với số chương trình khác Chương 5: Áp dụng tính toán cho số toán cụ thể Các biện pháp Kết luận PHẦN II : TỔNG KẾT Chương 6: Kết luận kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 16/01/2006 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: / /2006 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TIẾN SĨ HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2006 TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH LÝ NGÀNH TRƯỞNG KHOA QUẢN TÓM TẮT LUẬN VĂN Vấn đề nối đất thực hệ thống nối đất nói chung nối đất cho công trình , trạm biến áp cao áp nói riêng áp dụng hệ thống điện từ lâu Trong số trường hợp ,khi khuôn viên công trình trạm có kích thước giới hạn vùng đất có điện trở suất cao việc làm giảm thấp giá trị điện trở nối đất làm giảm giá trị điện áp bước điện áp tiếp xúc gặp nhiều khó khăn Việc làm giảm điện áp bước điện áp tiếp xúc trạm biến áp cao áp cách hiệu chỉnh lưới nối đất gắng liền với việc làm tăng khối lượng kim loại màu làm hệ thống nối đất Như ,làm để giảm nhỏ giá trị điện áp bước điện áp tiếp xúc đạt đến giá trị cho phép theo tiêu chuẩn an toàn quốc tế mà đảm bảo chi phí kim loại màu để thực hệ thống nối đất bé Ở Công ty Điện lực Thành Phố Hồ Chí Minh , điều kiện qui mô lưới điện phát triển liên tục , nhu cầu điện tăng nhanh , số trạm biến áp cao phải đưa sâu vào trung tâm phụ tải nên mặt chật hẹp , diện tích trạm thường nhỏ bé nên vấn đề đảm bảo nối đất ,cân số trạm cao gặp nhiều khó khăn Đây vấn đề lớn Công ty điện lực TPHCM Tương tự thế, đa số công trình xây dựng nằm thành phố với diện tích thực hệ thống nối đất nhỏ bé, để đạt giá trị điện trở cho phép, cần phải có số biện pháp tương ứng Với mong muốn góp phần nhỏ để giải vấn đề mục tiêu đề tài đề Trong luận văn này, xây dựng công thức toán học để tính toán điện trở cọc nối đất cấu trúc đất nhiều lớp có xét đến thành phần cải tạo đất Đồng thời đề xuất phương pháp tính toán cho hệ thống nối đất đơn giản ABSTRACT Ground and making generally a ground system and grounding for some Constructions, in particular a high voltage Substation ,have applied in electric systems a long time In some case, when Contructions area or a Substation have limits or a field have large resistivity then to decrease ground resistance value as same as to decrease step voltage and reach voltage have very difficult To make to decrease step voltage and reach voltage in high voltage Substation same to regulation ground systems to strive with make amount of metals for grounding system Then, how make to decrease step voltage and reach voltage have limits for standard safety which to determine the level of spending on metals on performed smallest ground systems At Ho Chi Minh City Power Company, in condition, development systems grid electric , increasing to demand electric Hence , several high voltage Substations have pushed in load central become a narrow fields, Substation area trend to wards smaller, to become good ground , balance the potential at a several high voltage Substations have very difficults That is the big problems of Ho Chi Minh City Power Company In addition, a lot of Constructions in the city with smaller area the ground system, have resistances value limits, also needed the same correclative Wishes us small participate in to solse problems and main target of this subjects In this essay, I have built the equation for calculating the earth resistance of a deep_driven rod in a multi_layer earth structure with Ground Enhancing Material In addition, to promote a new method for calculation of earth resistance for simples ground systems MUÏC LỤC &&& NHIỆM VỤ LUẬN VĂN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC PHẦN : PHẦN TỔNG QUAN CHƯƠNG : CÁC VẤN ĐỀ VỀ AN TOÀN TRONG CÁC XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP, HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu 1.2 Các vấn đề an toàn điện 1.2.1 Hiện tượng dòng điện đất 1.2.2 Điện áp tiếp xúc 1.2.3 Điện áp bước 1.3 An toàn mạng điện đơn giản 10 1.3.1 Mạng điện cách điện đất 10 1.3.2 Mạng điện có cực hay pha nối đất 12 1.3.2.1 Mạng điện dây 12 1.3.2.2 Mạng điện hai dây 13 1.3.3 Mạng điện cách điện đất có điện dung lớn 14 CHƯƠNG : PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG LÊN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 2.1 Giới thiệu 18 2.2 Các thông số ảnh hưởng lên hệ thống nối đất 19 2.2.1 Điện trở nối đất 19 2.2.2 Điện trở suất đất 20 2.2.3 Hình dáng vật nối đất 23 2.2.3.1 Cọc nối đất hình ống hay hình chữ nhật 23 2.2.3.2 Vật nối đất hình mỏng 24 CHƯƠNG : CÁC MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CÓ VÀ KHI KHÔNG CÓ XÉT ĐẾN THÀNH PHẦN CẢI TẠO ĐẤT 3.1 Tính toán điện trở cọc nối đất cấu trúc đất nhiều lớp 25 3.1.1 Tóm tắt 25 3.1.2 Các công thức 26 3.1.2.1 Mô hình đất lớp xếp thành tầng theo phương ngang 26 3.1.2.2 Mô hình đất 3-5 lớp xếp dạng tầng 29 3.1.2.3 Mô hình đất N lớp 31 3.1.2.4 Thành phần dòng điện 33 3.1.3 Tính toán điện trở đất 33 3.1.3.1 Các công thức tính toán điện trở đất 33 3.1.3.2 Minh hoạ số ví dụ cụ thể 34 3.1.4 Kết luận tác giả báo 40 3.1.5 Quan hệ điện trở đất độ chôn sâu cọc nối đất 40 3.2 Tính toán điện trở cọc nối đất cấu trúc đất nhiều lớp (khi có xét đến thành phần cải tạo đất 44 CHƯƠNG : CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN VÀ KẾT QUẢ SO SÁNH VỚI MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH KHÁC 4.1 Giới thiệu 54 4.2 Lập liệu để tính toán 54 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 50Ω.m ρ2 = 1000 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 100Ω.m ρ2 =200 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 100Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 100Ω.m ρ2 = 400 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 100Ω.m ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 100Ω.m ρ2 = 600 Ω.m Trang 117 GVHD : TS HOÀ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 100Ω.m ρ2 = 1000 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 150Ω.m ρ2 = 200 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 150Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 150Ω.m ρ2 = 400 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 150Ω.m ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 150Ω.m ρ2 = 600 Ω.m Trang 118 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 = 150Ω.m ρ2 = 1000 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =200Ω.m ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =200Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =200Ω.m ρ2 = 200 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =200Ω.m ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =200Ω.m ρ2 = 400 Ω.m Trang 119 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =200Ω.m ρ2 = 600 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 200 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 600 Ω.m Trang 120 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 1000 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 200 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 400 Ω.m Trang 121 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 1000 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 200 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 400 Ω.m Trang 122 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=3m h2= 7m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 600 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =200Ω.m ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =200Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =200Ω.m ρ2 = 400 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =200Ω.m ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =200Ω.m ρ2 = 600 Ω.m Trang 123 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =200Ω.m ρ2 =1000 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =150Ω.m ρ2 = 200 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =150Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =150Ω.m ρ2 = 400 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =150Ω.m ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =150Ω.m ρ2 = 600 Ω.m Trang 124 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =150Ω.m ρ2 = 1000 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =100Ω.m ρ2 = 200 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =100Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =100Ω.m ρ2 = 400 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =100Ω.m ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =100Ω.m ρ2 = 600 Ω.m Trang 125 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =100Ω.m ρ2 = 1000 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =50Ω.m ρ2 = 200 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =50Ω.m ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =50Ω.m ρ2 = 400 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =50Ω.m ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =50Ω.m ρ2 = 600 Ω.m Trang 126 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =50Ω.m ρ2 = 1000 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 200 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 600 Ω.m Trang 127 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =400Ω.m ρ2 = 1000 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 200 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 400 Ω.m Trang 128 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =600Ω.m ρ2 = 1000 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 50 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 200 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 400 Ω.m Trang 129 GVHD : TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp h1=6m h2= 4m ρ1 =1000Ω.m ρ2 = 600 Ω.m Trường hợp ρ1 = ρ2 =200 Ω.m Trường hợp ρ1 = ρ2 = 100 Ω.m Trường hợp ρ1 = ρ2 = 400 Ω.m Trường hợp ρ1 = ρ2 = 150 Ω.m Trường hợp ρ1 = ρ2 = 600 Ω.m Trang 130 GVHD : TS HOÀ VĂN NHẬT CHƯƠNG SVTH : LÝ TRƯỜNG SƠN Trường hợp ρ1 = ρ2 =1000 Ω.m Trang 131 ... 3.1.5 Quan hệ điện trở đất độ chôn sâu cọc nối đất 40 3.2 Tính toán điện trở cọc nối đất cấu trúc đất nhiều lớp (khi có xét đến thành phần cải tạo đất 44 CHƯƠNG : CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN VÀ KẾT... (TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ CỦA CỌC NỐI ĐẤT TRONG CẤU TRÚC ĐẤT NHIỀU LỚP) hai đồng tác giả thành viên IEEE : Takehiko Takahashi Taro Kawase 3.1 TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ CỦA CỌC NỐI ĐẤT TRONG CẤU TRÚC ĐẤT NHIỀU... KHÔNG CÓ XÉT ĐẾN THÀNH PHẦN CẢI TẠO ĐẤT Trên thực tế có nhiều mô hình toán học tính toán điện trở nối đất hệ thống nối đất Trong phạm vi luận văn ta nghiên cứu đến mô hình tính toán điện trở cọc nối