Đối với các vị trí sự cố lặp lại phải thực hiện đào kiểm tra tiếp địa cột xem thi công có đúng thiết kế không nếu sai thì lắp đặt lại, đo trị số điện trở nối đất cột nếu còn cao so với Quy phạm thì tiến hành bổ sung tiếp địa.
Đây là biện pháp kỹ thuật đơn giản cần cân nhắc trước tiên dựa trên tính toán lý thuyết và kết quả thực tế. Biện pháp này được áp dụng phổ biến tại các đơn vị quản lý vận hành đường dây cao áp với các lý do chính sau:
- Rất dễ thực thi với địa hình tương đối dốc hoặc bằng phẳng.
- Rất trực quan và cho kết quả ngay sau khi thực hiện.
- Không phải cắt điện nên không gây thiệt hại do ngừng cấp điện – Đáp ứng được yêu cầu về vận hành kinh tế đường dây.
- Thi công nhanh, không phải sử dụng máy móc, không phải đòi hỏi các biện pháp an toàn về điện.
- Có thể kết hợp với các công tác khác như xử lý kè móng, tái hoàn thổ. Tuy nhiên để biện pháp này đạt kết quả như mong muốn cần chú ý:
- Đo điện trở suất của đất để tính toán xác định điện trở nối đất cột cần đạt mà bổ sung, thay thế tiếp địa một cách hợp lý.
- Thi công đúng kỹ thuật để đảm bảo hệ thống nối đất cột làm nhiệm vụ tản sét nhanh nhất, an toàn nhất.
- Có sự tính toán phối hợp với các biện pháp như: Lắp đặt chống sét van, chuyển dây nối đất trực tiếp dây chống sét.
Tại vị trí cột số 19 đơn vị quản lý tiến hành kiểm tra mặc dù tiếp địa thi công đúng thiết kế song trị số điện trở nối đất cột cao ( Rcột = 12,51Ω) đơn vị đã thực hiện hàn bổ sung 02 bộ tiếp địa RS 4 đo lại trị số đạt yêu cầu ( R- cột 3= ,03Ω).
Nhận xét
Theo đánh giá của đơn vị quản lý hầu hết các vị trí được bổ sung tiếp địa đến nay sự cố đã không lặp lại.
Đề xuất
- Qua kết quả đo định kỳ điện trở suất đất, điện trở cột hàng năm cần kiểm tra
rà soát các vị trí còn cao để tính toán áp dụng giải pháp này đưa điện trở cột về giới hạn Quy phạm trang bị điện cho phép dựa trên công thức tính toán điện trở của sơ đồ nối đất hình tia [2].
2
.
R ln
2. .ttl K Lt d. (3.2)
Trong đó:
R: điện trở của bộ nối đất L : chiều dài toàn bộ thanh nối
ρtt: điện trở suất tính toán = ρdo.(1,4÷1,8)
d : đường kính điện cực
t : là độ chôn sâu
K : hệ số phụ thuộc vào hình dạng của hệ thống nối đất.
- Trường hợp phải bổ sung tiếp địa phải tính toán điện trở bổ sung và thi công đúng yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo sau khi bổ sung hệ thống nối đất làm việc hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
- Trong nối đất bổ sung thường sử dụng dạng nối đất tập trung gồm thanh và cọc tại chân các cột dựa theo các công thứctính toán dưới đây [2].
Điện trở thanh được tính theo công thức:
2 tt T T T T Kl R 2. .l .lnt.d (3.3) l
Trong đó: T – chiều dài thanh
t – độ chôn sâu của thanh
ρtt – điện trở suất tính toán của nối đất dạng thanh chôn sâu t:
ρtt= ρ0.Kmùa= ρ0.1,25 (Ωm)
d – đường kính thanh dùng nối đất
K – hệ số hình dáng của nối đất, với nối đất dạng tia lấy K = 1 Điện trở cọc được tính theo công thức:
tt
C 2.l 1 4.t l
R (ln ln )
2. .l d 2 4.t l (3.4)
Trong đó: ρtt – điện trở suất tính toán của nối đất dạng cọc chôn sâu h:
ρtt= ρ0.Kmùa= ρ0.1,25 (Ωm)
Giá trị của t được tính như sau: t l h 2 Điện trở bổ sung được tính theo công thức:
C T BS T C C T R R R R n R (3.5) n Trong đó: – số cọc ηT, ηC – hệ số sử dụng của thanh và cọc ( ηc= 0,83, ηT = 0,86)
Tính toán tổng trở xung kích của hệ thống khi có nối đất bổ sung như sau: 2 ds k 2 1 x . T BS NTS NTS XK ds k 1 NTS BS NTS 2 BS k R R 2R Z (0, ) R 1 e A B R R R cos x (3.6) Trong đó: BS. NTS ( ) BS NTS R R A R R ; 2 ds k 2 1 x .T NTS k 1 NTS 2 BS k 2R B R 1 e R cos x
Giá trị điện áp đầu vào trong đất là:
Uđ I= S.ZXK(0,t) ( kV ) (3.7)
Qua kết quả thu được nếu Uđ< U50% cs= 1230 kV thì thỏa mãn yêu cầu về điện áp phóng điện của cách điện.
3.2.6. Tái hoàn thổ phục hồi điện trở suất của đất
Do trong quá trình thi công đào đúc móng nền đất tại vị trí thi công bị đào xới san lấp trên bề mặt rộng làm ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu đất, khi thi công xong công tác hoàn thổ không được đơn vị thi công, tư vấn giám sát và đơn vị tiếp nhận vận hành đường dây chú trọng thực hiện nên ảnh hưởng rất lớn tới sự phục hồi và sinh trưởng của thảm thực vật – tác nhân chính để duy trì độ ẩm, chống xói lở móng cột, giữ nguyên trạng cấu trúc của đất tại các vị trí móng cột. Đây là nguyên nhân cốt lõi làm cho điện trở suất của đất tăng cao theo thời gian vận hành của đường dâychưa kể đến việc sạt lở chân móng cột gây mất an toàn cho công trình – đòi hỏi phát sinh chi phí bảo dưỡng cải tạo.
Khi độ ẩm nền đất không được duy trì, lớp đất mặt bị nước mưa làm xói lở chỉ còn lại nền đất đá khô cứng thì biện pháp bổ sung tiếp địa tại chân cột cho hệ thống nối đất không đem lại hiệu quả.
Kết quả thử nghiệm và tính toán cho thấy tại vị trí cột số 40 sau khi tiến hành bổ sung tiếp địa cho hệ thống nối đất bằng 02 bộ tiếp địa RS 4 kết quả đo được trị số -
điện trở nối đất cột chỉ giảm được từ 2 5 Ω. Như vậy biện pháp bổ sung tiếp địa cột -
vị trí này không hiệu quả đồng nghĩa với nguy cơ sự cố do sét đánh không giảm. Biện pháp hữu hiệu nhất trong trường hợp này là thực hiện tái hoàn thổ tại chân cột. Tại vị trí cột 55 có nền đất khô cứng nên gặp khó khăn trong việc áp dụng biện pháp nối bổ sung dây tiếp địa xuống nơi đất thấp hay thực hiện đào đổ hoá chất vào tiếp địa cột. Tác giả cùng đơn vị quản lý vận hành đã tiến hành thực hiện tái hoàn thổ qua các bước sau:
1. Dùng sỏi đá xếp xung quanh chân móng cột trên diện tích 225 m2 (Ngang
tuyến 15 m X dọc tuyến 15 m ).
2. Đào xới nền đất tại chỗ và đổ đất lấy từ 2 phía hành lang an toàn tạo thành lớp đất xốp, mầu dầy trung bình 0,3 m.
3. Đào các gốc cỏ hương bài có đường kính khóm từ 0,2 - 0,3 m trồng theo hàng khoảng cách các khóm là 0,8 m. Đây là loại cây tự nhiên rất thích nghi với điều kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta, đặc biệt phát triển rất nhanh vào mùa mưa có khả năng duy trì độ ẩm cao cho đất và chống sói mòn móng cột.
4. Tiến hành đo điện trở suất đất và đo điện trở nối đất cột sau 4 tháng kết quả đo được rất khả quan các trị số đo được giảm rõ rệt. cụ thể như bảng sau:
Stt Trị số đo Trước thi Sau thi công Chênh lệch
1 Điện trở suất đất ( Ωm) 56,8 11,68 - 45,12
2 Điện trở nối đất cột (Ω) 15,7 6,65 - 9,05
Nhận xét
- Biện pháp này thời gian cho kết quả có lâu hơn các biện pháp khác nhưng lại đem lại hiệu quả cao về kinh tế kỹ thuật. Điện trở nối đất cột giảm nhiều nhờ điện -
- Như vậy biện pháp tái hoàn thổ phục hồi điện trở suất đất là biện pháp cốt lõi của việc duy trì điện trở cột theo tính toán thiết kế và thi công ban đầu đồng thời nâng cao hiệu quả cho biện pháp bổ sung tiếp địa.
- So sánh về hiệu quả trong việc làm giảm trị số điện trở suất đất, giảm trị số điện trở nối đất cột thì biện pháp này có nhiều ưu điểm hơn biện pháp sử dụng hoá chất GEM 25A hay biện pháp sử dụng than bùn để cải thiện trị số điện trở cột [13 ] đó là:
+ Biện pháp tái hoàn thổ tạo nên độ ẩm đồng đều trên toàn bộ khu vực móng với diện tích 250 ÷ 400 m2 tuỳ theo từng loại móng, đây là môi trường lý tưởng để hệ thống nối đất làm việc có hiệu quả trong việc tản nhanh nhất dòng sét ra nền đất xung quanh trong khi biện pháp sử dụng hoá chất GEM 25A hay biện pháp sử dụng than bùn chỉ tạo nên rãnh ẩm xung quang đường đi của bộ tiếp địa, phần đất khô cứng còn lại vẫn không được cải thiện. Trong trường hợp dòng sét có biên độ và độ dốc lớn khó có thể tản một cách nhanh chóng.
+ Biện pháptái hoàn thổ duy trì được độ ẩm ổn định trên bề mặt cũng như trong lòng đất đặc biệt là trong mùa mưa, mùa giông sét nhiều cũng là mùa sinh trưởng tốt nhất của thảm thực vật, do đó việc tản sét càng hiệu quả trong khi biện pháp sử dụng hoá chất GEM 25A hay biện pháp sử dụng than bùn sẽ mất dần độ ẩm theo thời gian. + Biện pháp tái hoàn thổ là biện pháp thân thiện với môi trường không những duy trì tốt độ ẩm mà còn góp phần hạn chế khả năng gây sói mòn, sạt lở móng đặc biệt là không ăn mòn kim loại, không gây ảnh hưởng đến kết cấu của bộ tiếp địa trong khi biện pháp sử dụng hoá chất GEM 25A hay biện pháp sử dụng than bùn lại có nguy cơ gây ăn mòn kim loại khi các chất này kết hợp với các chất khác trong lòng đất đồng thời khi thi công phải đào xới đất chạy dọc theo bộ tiếp địa ảnh hưởng đến bề mặt xung quanh của đất.
+ Biện pháp tái hoàn thổ rất dễ dàng trong thi công và không phải sử dụng máy móc hay bất kỳ loại hoá chất nào trong khi biện pháp sử dụng hoá chất GEM 25A hay biện pháp sử dụng than bùn thi công khó khăn hơn nhiều phải tiến hành đào và
phủ kín hoá chất, than vào bộ tiếp địa sau đó dùng máy đầm nén để gắn kết hoá chất với đất thì mới có tác dụng.
+ Biện pháp tái hoàn thổ là biện pháp kinh tế vì vật tư và thi công ngay tại chỗ nên chi phí thấp trong khi biện pháp sử dụng hoá chất GEM 25A có chi phí cao hơn do giá mua hoá chất, than bùn cao ( Giá thành cho một vị trí áp dụng giải pháp sử dụng hoá chất GEM 25A là 11.551.086 đồng, [ 13])
Đề xuất
- Tuyến đường dây Thái Bình – Nam Định chủ yếu đi qua vùng đồng bằng nên hầu như toàn bộ các vị trí cột đều có có thể áp dụng biện pháp này.
- Qua kết quả đo kiểm tra định kỳ điện trở suất đất, điện trở nối đất một số cột năm 2014 ( bảng phụ lục 1 ) ta thấy:
+ Cần kiểm tra, chọn lọc áp dụng biện pháp này đối với các vị trí móng kè điện trở cột còn cao: cột số 3, 12, 14, 15,16, 20, 21, 46 ( mặc dù cóvị trí đã được xử lý, bổ sung tiếp địa) bên cạnh đó thì việc tiến hành thi công các vị trí này cũng dễ dàng và ít tốn kém hơn các vị trí khác vì đã có sẵn mặt phẳng móng ta chỉ cần xếp đá sỏi cao
thêm 30 ÷ 40 cm sau đó đổ đất, trồng cỏ hoặc để cỏ tự xâm thực thì chỉ sau một thời gian ngắn sẽ giảm thấp được điện trở suất đất khi đó chắc chắn trị số điện trở cột sẽ giảm mà chưa cần phải áp dụng thêm biện pháp đóng bổ sung tiếp địa.
+ Đối với các vị trí cột còn lại có điện trở nối đất cột cao, để đảm bảo tính hiệu quả của biện pháp này tại từng vị trí cần xét đến khu vực có nguy cơ ảnh hưởng sự cố do sét đánh đồng thời kiểm tra tính toán so sánh điện trở nối đất cột với điện trở suất đất trong giới hạn Quy phạm trang bị điện cho phép theo bảng dưới đây [8].
Bảng 3.1. Điện trở nối đất của đường dây trên không.
Stt Điện trở suất đất (Ωm ) Điện trở nối đất (Ω )
1 Đến 100 10
2 Trên 100 ÷ 500 15
3 Trên 500 ÷ 1000 20
4 Trên 1000 ÷ 5000 30
3.3. Phân tích nguyên nhân giảm thiểu sự cố do sét đánh trên đường dây sau khi đã áp dụng các biện pháp
3.3.1. So sánh số vụ sự cố do sét đánh trên đường dây theo năm vận hành
Dưới đây là bảng so sánh tình hình sự cố do sét đánh vào đường dây 220 kV Nam Định – Thái Bình qua các năm vận hành từ 2005 ÷ 2015 [11].
Bảng 3.2. So sánh số vụ sự cố do sét đánh trên đường dây.
Năm Số vụ Sự cố thoáng qua Sự cố vĩnh cửu So sánh năm trước với năm sau
So sánh với năm 2007 (*) Vụ (%) Vụ (%) 2005-2006 3 1 2 - 2 60 2007 5 4 1 +3 250 2008 1 1 0 - 4 25 - 4 20 2009 2 2 0 +1 200 - 3 40 2010-2012 1 1 0 50 -1 20 2013 2 2 0 0 100 - 3 40 2014 1 1 0 0 50 -4 20
(*): Năm 2007 là năm có số vụ sự cố do sét đánh gia tăng và nặng nề nhất.
3.3.2. Phân tích nguyên nhân tăng giảm số vụ sự cố do sét đánh trên đường dây
Qua so sánh tình hình sự cố, qua phân tích tình hình quản lý vận hành và áp dụng các giải pháp ta thấy:
- Năm 2005 -2006 số vụ sự cố là 3vụ.
Nguyên nguyên là do: Đường dây đi vào vận hành nhưng chưa được bổ sung cách điện, bổ sung tiếp địa tại những vị trí có nguy cơ sự cố cao.
- Năm 2007 số vụ sự cố là 5vụ ( Tăng 160 % so với năm 2005).
Nguyên nguyên là do:
+ Nhiều vị trí cột đi qua vùng có cây cối ảnh hưởng đến hàng lang an toàn điện, vượt sông, vùng có nguy cơ sét đánh cao nhưng chưa được bổ sung thêm bát sứ để tăng chiều dài chuỗi sứ.
+ Đặc biệt là từ năm 2007 đến 2008 do công tác hoàn thổ móng sau thi công không tốt nên các vị trí móng gần sông hồ có độ ẩm cao làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính năng làm việc của hệ thống nối đất cột. Trị số điện trở nối đất cột tăng cao là nguyên nhân chính gây ra nguy cơ sự cố khi bị sét đánh.
- Năm 2008 số vụ sự cố là 1vụ ( giảm 80 % so với năm 2007 ).
Nguyên nhân là do:
+ Đơn vị quản lý đã tiến hành xử lý kè móng khắc phục những vị trí tiếp địa hỏng tại vị trí móng bị sạt lở đồng thời kiểm tra đào xử lý và bổ sung 4 vị trí có điện trở nối đất cột cao tại các khu vực có nguy cơ sét đánh cao làm trị số điện trở nối đất cột giảm thấp.
+ Thường xuyên kiểm tra hành lang an toàn lưới điện.
- Năm 2009 số vụ sự cố là 2vụ ( giảm 60% so với 2007 ).
Nguyên nhân là do:
+ Đơn vị quản lý tiếp tục bổ sung 2 vị trí có điện trở nối đất cột cao. + Nhiều vị trí đã được bổ sung cách điện cho chuỗi sứ.
- Năm 2010 2012 số vụ sự cố là 1- vụ ( giảm 80% so với 2007 ). + Đơn vị quản lý tiếp tục bổ sung 2 vị trí có điện trở nối đất cột cao. + Nhiều vị trí đã được bổ sung cách điện cho chuỗi sứ.
+ Tình hình thời tiết ổn định,mưa giông ít diễn ra trên địa bàn tỉnh.
- Năm 2013 số vụ sự cố là 4vụ ( giảm 80 % so với 2007 ).
Nguyên nhân là do:
+ Hệ thống nối đất cột tại các vị trí được cải thiện đã phát huy tác dụng đồng