Các bước tính toán thiết kế lưới nối đất

Một phần của tài liệu ĐỀ tài NCKH nghiên cứu thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp thep tiêu chuẩn IEEE 80 2013 có xét đến các yếu tố ảnh hưởng (Trang 38 - 53)

Chương 3 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN IEEE Std. 80-2013

3.4. Các bước tính toán thiết kế lưới nối đất

Bước 1: Xác định diện tích triển khai lưới nối đất và điện trở suất của đất

 Xác định vị trí, hình dạng của lưới nối đất qua đó tính diện tích lưới nối đất của

trạm biến áp. Nếu lưới nối đất là hình chữ nhật với a là chiều dài, b là chiều rộng thì diện tích lưới nối đất A được xác định theo biểu thức (3.4):

A=a.b (m2).

 Xác định điện trở suất của đất tại vị trí triển khai hệ thống nối đất bằng cách

đo bằng máy đo chuyên dụng với phương pháp 4 cọc và lấy giá trị trung bình của các lần đo.

Bước 2: Xác định kích cỡ dây nối đất

Dòng chạm đất 3 pha đối xứng:

If = 3I0 Khi xuất hiện sự cố một pha chạm đất, dòng điện chạm đất thứ tự không xác định theo biểu thức (3.6):

3I0 = | 3. | (3.6)

(( 3 )+( 1+ 2+ 0)+ . ( 1+ 2+ 0))

Ở đây: Vln là điện áp pha phía sơ cấp MBA; Rf là điện trở ước lượng khi sự cố, thông thường giả định bằng không; R1, R2, R0 lần lượt là điện trở tương đương thứ tự thuận, nghịch và không của hệ thống; X1, X2, X0 lần lượt là điện kháng tương đương thứ tự thuận, nghịch và không của hệ thống.

Lưu ý, để tính chính xác giá trị trở kháng sự cố, cần xác định sự cố ngắn mạch xảy ra tại thanh cái nào của máy biến áp .

Tỷ số

Tiết diện dây nối đất được xác định theo biểu thức (3.8):

= . .√

(3.7)

(3.8)

Ở đây: Akcmil là tiết điện dây nối đất (kcmil); If là giá trị hiệu dụng dòng chạm đất (kA); tc là thời gian xảy ra chạm đất (s); Kf là hằng số vật liệu tra ở Bảng 3.2.

Bảng 3.2: Đặc tính vật liệu của dây nối đất.

Vật liệu

Đồng mềm

Đồng

Đồng

Thép mạ đồng

Dây thép mạ đồng

Cọc thép mạ đồng

Thép mạ nhôm

Thép 1020

Cọc thép không rỉ

Cọc thép mạ kẽm

Thép 304

Ngoài ra, có thể tính tiết diện dây nối đất theo biểu thức (3.9), với các đặc tính của vật liệu tra ở Bảng 3.3.

Akcmil = If .

(3.9)

Ởđây: tc là khoảng thời gian tồn tại sự cố (s); Tm là nhiệt độ lớn nhất cho phép của

dây nối đất (0C); Ta là nhiệt độ môi trường (0C); Tr là hằng số nhiệt độ của vật liệu, α 0

là hằng số nhiệt độ ở 0 0C, α r là hệ số nhiệt của điện trở suất ở nhiệt độ Tr (0C), ρr là điện trở suất của dây nối đất ở nhiệt độ Tr (0C); TCAP là nhiệt dung (J/cm3.0c).

K0 = (1/ α r ) - Tr

Sau đó, quy đổi tiết diện dây dẫn từ Akcmil sang Amm theo biểu

Amm = Kqđ . Akcmil

Ở đây: Kqđ là hệ số quy đổi tra ở Bảng 3.4.

Bảng 3.3: Hệ số vật liệu của dây nối đất.

Kim loại

Đồng

Đồng

Dây thép mạ đồng

Dây thép mạ đồng

Thép thanh mạ đồng

Dây thép mạ nhôm

Thép thanh không gỉ

Thép thanh tráng kẽm

Bảng 3.4: Hệ số quy đổi của dây nối đất.

Từ dạng

Hình tròn (mils)

Hình tròn (mils)

Hình tròn (mils)

Hình vuông (cm)

Hình vuông (feet)

Hình vuông (inches)

Hình vuông (inches)

Hình vuông (inches)

Hình vuông (inches)

Hình vuông (m)

Hình vuông (mm)

Hình vuông (mm)

Hình vuông (mils)

Hình vuông (mils)

Bước 3: Xác định điện áp tiếp xúc và điện áp bước

Với lớp đá dăm bề mặt có bề dày hs và điện trở suất là ρs, hệ số giảm tải lớp bề mặt được xác định theo biểu thức (3.12):

0,09 . (1− )

Cs = 1 - (3.12)

2ℎ +0.09

Ở đây: hs là bề dày lớp đá dăm trải bề mặt (m); ρs là điện trở suất của lớp đá dăm (Ω.m); ρ là điện trở suất của đất (Ω.m).

Ngoài ra, hệ số Cs cũng được xác định bằng cách tra đồ thị quan hệ Cs – k (Hình 3.2).

Hệ số phản xạ K:

K =

ρ − ρs

ρ + ρs

K có thể mang giá trị âm do điện trở suất của lớp vật liệu bề mặt lớn hơn điện trở suất của đất. Trong trường hợp này chỉ 1 phần dòng điện chạm đất đi vào lớp bề mặt; ngược lại dòng điện đi vào lớp bề mặt lớn hơn nếu K có giá trị dương.

Hình 3.2. Đồ thị quan hệ Cs - k

Sự an toàn của người phụ thuộc vào việc ngăn chặn bị điện giật trước khi sự cố bị loại trừ hoàn toàn ra khỏi hệ thống.

Điện áp bước và điện áp tiếp xúc lớn nhất khi sự cố không được vượt quá điện áp

bước giới hạn (Estep) và điện áp tiếp xúc giới hạn (Etouch):

 Xác đinh điện áp bước giới hạn:

+ Đối với người nặng 50 kg, điện áp bước xác định theo biểu thức (3.14):

Estep50 = (1000 + 6 . Cs . ρs) . + Đối với người nặng 70 kg, điện áp bước xác định theo biểu thức (3.15):

Estep70 = (1000 + 6 . Cs . ρs) .

 Xác định điện áp tiếp xúc giới hạn:

+ Đối với người nặng 50 kg:

Etouch50 + Đối với người nặng 70 kg:

Etouch70

Bước 4: Thiết kế ban đầu

Ở bước này, các giá trị ban đầu tùy thuộc dạng lưới nối đất:

 Khoảng cách giữa các thanh nối đất D (m);

 Số thanh theo chiều dọc và ngang của lưới;

 Tổng chiều dài của thanh dẫn nối đất Lc (m);

 Tổng chiều dài của cọc tiếp đất LR (m);

 Tổng chiều dài của hệ thống thanh dẫn và cọc tiếp đất LT (m);

 Chu vi của lưới nối đất LP (m);

 Độ chôn sâu của lưới h (m).

Bước 5: Xác định điện trở của hệ thống nối đất

Điện trở của lưới nối đất đơn giản được xác định theo biểu thức (3.18):

R

Ởđây: Rg là điện trở của hệ thống nối đất (Ω); h

ρ là điện trở suất của đất (Ω.m); A là diện tích

của lưới

độ chôn của lưới nối đất (m); nối đất (m2).

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

Bước 6: Xác định dòng điện lưới cực đại

Hệ số phân dòng sự cố Sf :

Sf =

0

Dòng điện lưới cực đại IG :

IG = Df . Ig Từ biểu thức (3.19 và 3.30), suy ra:

IG = Df . Sf . 3 . I0

Ở đây: IG là dòng tản vào đất lớn nhất (A); I0 là dòng điện chạm đất thứ tự không

(A); Df là hệ số suy giảm, tra ở Bảng 3.5; Sf là hệ số phân dòng sự cố; Ig là dòng tản

vào đất (A).

Bảng 3.5: Hệ số suy giảm Df.

Thời gian sự cố, tf

Giây Chu kỳ với 60 Hz

0.008 33 005 0.10 0.20 0.30 040 0.50 0.75

1 00

Bước 7: Xác định độ tăng điện thế đất GPR

Độ tăng điện thế đất GPR được xác định theo biểu thức (3.22):

GPR = IG . Rg Ởđây:

 Nếu giá trị GPR tìm được nhỏ hơn điện áp tiếp xúc giới hạn thì đi thực

hiện bước 12 là thiết kế chi tiết cho hệ thống nối đất.

 Nếu giá trị GPR lớn hơn điện áp tiếp xúc giới hạn thì thực hiện tiếp

bước 8.

Bước 8: Xác định điện áp lưới và điện áp bước

Xác định hệ số khoảng cách cho điện áp lưới (Km) được xác định theo biểu thức (3.23):

Km=

1

. [ln [

2

Đối với lưới nối đất có cọc tiếp địa dọc theo chu vi hoặc lưới với các cọc ở các góc lưới cũng như trên toàn khu vực lưới thì: Kii = 1

Đối với lưới không có cọc tiếp đất hoặc với lưới chỉ có vài cọc tiếp đất không nằm

ở các góc lưới hoặc trên cạnh chu vi lưới thì:

Kii =

(2 . )

Ở đây:

K (3.25)

n = na . nb . nc . nd

Với: na =2 .

nb = 1 nếu lưới là hình vuông

nc = 1 nếu lưới là hình vuông và hình chữ nhật

nd = 1 nếu lưới là hình vuông và hình chữ nhật hoặc hình chữ L

Nếu không thì:

(3.26) (3.27)

nb = √4. √

0,7 .

nc = ( . )( . )

nd =

√ 2 + 2

(3.28)

(3.29) (3.30)

Ởđây: D là khoảng cách giữa các dây nối đất (m); LC là tổng chiều dài của dây nối

đất (m); Lx là chiều dài tối đa của lưới nối đất theo chiều dài (m); Ly là chiều dài tối đa

của lưới nối đất theo chiều rộng (m); LT là tổng chiều dài của hệ thống thanh và cọc tiếp đất (m); Dm là khoảng cách tối đa giữa hai điểm bất kỳ trên lưới (m); dt, dc là đường kính thanh và đường kính cọc nối đất (m); h0 = 1 là độ sâu lưới nối đất chuẩn (m).

Hệ số Ki được tính theo biểu thức (3.31):

Ki = 0,644 + 0,148 . n (3.31) Đối với lưới không có cọc tiếp đất thì điện áp lưới Em được tính theo biểu thức

(3.32):

Em =

Đối với lưới có cọc tiếp đất thì điện áp lưới Em lúc này sẽ được tính theo biểu thức (3.33):

Em =

+ [1,55+1,22 . (

Hệ số khoảng cách cho điện áp bước (Ks) được xác định theo biểu thức (3.34):

Ks =1 [2 .1

ℎ + +1

ℎ +1 (1 − 0,5 −2) ] (3.34)

Điện áp bước Es được xác định theo biểu thức (3.35):

Es =

. . .

0,75 . + 0,85.

Bước 9: So sánh điện áp lưới Em và điện áp tiếp xúc cho phép Etouch

 Nếu điện áp lưới Em ≤ Etouch thì tiếp tục thực hiện Bước 10;

 Nếu như điện áp lưới Em > Etouch thì thực hiện Bước 11 để thay đổi thiết

kế ban đầu.

Bước 10: So sánh Es và điện áp bước cho phép Estep

 Nếu điện áp bước Es ≤ Estep thì thực hiện Bước 12 là bước thiết kế chi tiết;

 Nếu điện áp bước Es > Estep thì thực hiện Bước 11 để thay đổi thiết kế ban đầu.

Bước 11: Thay đổi thiết kế ban đầu

Nếu một trong hai bước: Bước 9 và Bước 10 không thỏa thì cần thay đổi thiết kế

ban đầu. Cụ thể, có thể thay đổi khoảng cách giữa các thanh dẫn nối đất (D), số cọc có trong lưới (N), chiều dài mỗi cọc (Lr), chiều dài thanh dẫn nối đất để từ đó tăng giá trị tổng chiều dài thanh dẫn nối đất (LC), tổng chiều dài cọc nối đất (LR), diện tích lưới… với mục đích là giảm giá trị Em và Es tính được.

Bước 12: Thiết kế chi tiết cho lưới

Nếu các bước trên đã tính toán và thỏa mãn thì thiết kế chi tiết cho lưới nối đất.

Một phần của tài liệu ĐỀ tài NCKH nghiên cứu thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp thep tiêu chuẩn IEEE 80 2013 có xét đến các yếu tố ảnh hưởng (Trang 38 - 53)

Tải bản đầy đủ (DOCX)

(94 trang)
w