7.1. Mục đích, ý nghĩa của việc nối đất an toàn
Hệ thống cung cấp điện làm nhiệm vụ phân phối và truyền tải điện năng đến các hộ dùng điện. Do đặc điểm của tòa nhà cơ là các máy móc và thiết bị phân bố trên đơn vị diện tích rộng, thường xuyên có người làm việc với thiết bị. Nếu cách điện bị hư hỏng, người vận hành không tuân theo các quy tắc an toàn thì có thể gây nguy hiểm hay sét đánh trực tiếp thiết bị, không những làm hư hỏng thiết bị mà còn gây nguy hiểm cho người công nhân vận hành. Do đó, hệ thống cung cấp điện phải nhất thiết có biện pháp an toàn. Một trong các biện pháp an toàn đó là nối đất cho cho các thiết bị điện và đặt các thiết bị nối đất chống sét. Thiết bị nối đất bao gồm các điện cực và dây nối đất.
Các điện cực đứng được chôn trực tiếp vào trong đất. Điện cực ngang được chôn ngầm ở độ sâu nhất định.
Dây nối đất dùng để nối liền các bộ phận được nối với các điện cực.
Trong hệ thống cung cấp điện có 3 loại nối đất chính:
- Nối đất an toàn : Trang bị nối đất được nối với vỏ của thiết bị điện.
- Nối đất làm việc : Trang bị nối đất được nối với dây trung tính của máy biến áp, trung tính của máy phát.
- Nối đất chống sét : Trang bị nối đất được nối với bộ phận chống sét như kim lôi. Khi có trang bị nối đất thì dòng ngắn mạch sẽ xuất hiện do cách điện vỏ và thiết bị hỏng nó sẽ qua thiết bị theo dây dẫn chạy tản xuống đất, ngoài ra ngày nay trong việc thực hiện giải pháp chống sét người ta còn sử dụng kim phóng điện sớm (ESE).
7.2. Tính toán hệ thống nối đất cho tòa nhà
Do lưới điện của tòa nhà có U <1000 (V) nên khi tính chọn cọc phải đảm bảo điện trở không vượt quá 4 (Ω).
Rth ≤ 4 (Ω)
Và điện áp bước lớn nhất không vượt qua 40 (V) và dòng qua người không được quá 10 (mA).
Ta chọn và bố trí cọc như sau:
- Chọn 22 cọc nối đất, dài L=3m, đường kính d=16mm, chôn sâu h=0.8m được đặt như hình vẽ. Hệ thống cáp nối các cọc dài 18m theo chiều rộng của tòa nhà và 78m theo chiều dài của tòa nhà.
Với điện trở xuất của đất đo vào mùa khô 𝝆 = 300 (Ω.m) , điện trở của 1 cọc:
rc = 2ρπL[ln(1.36∗d4L )]24h+h+LL = 74.54 (Ω)
Với số cọc là 22, tỷ số a/L= 6/3 = 2, từ bảng 3.8 trang 42 Giáo Trình An Toàn Điện Của TS.Quyền Huy Ánh , tra được ŋc = 0.64. Điện trở hệ thống 22 cọc :
R c =n∗ŋ crc = 5.24 (Ω)
Đường kính cáp đồng trần tiết diện 50mm2, d = 8mm. Điện trở nối đất của các dây cáp đồng nối các cọc với tổng chiều dài Lt = (18*2) + (78*2) = 192 (m), chôn sâu so với mặt đất h = 0.8 m.
rt = π∗L tρ [ln(√ h∗d4L t )-1] = 2.84 (Ω)
Tra bảng 3.8 trang 42 Giáo Trình An Toàn Điện Của TS.Quyền Huy Ánh , tra được ŋth = 0.32 .Điện trở nối đất của dây cáp đồng nối các cọc khi xét đến hệ số sử dụng thanh ( dây) nối theo mạch vòng:
Rth = ŋthrt = 8.875 (Ω) Điện trở của toàn hệ thống :
Rth = RcRc∗Rth
+Rth = 3.29< 4 (Ω)
Vậy phương án chọn số cọc là n = 22 phù hợp. Do đó, việc chọn hệ thống tiếp địa theo kiểu chu vi mạch vòng cho tòa nhà E1 là thỏa mãn.
7.3. Thiết kế hệ thống chống sét cho tòa nhà 7.3.1. Tổng quan về sét
Sét là hiện tượng phóng điện trong không khí giữa các đám mây mang điện trái dấu hoặc giữa đám mây mang điện với mặt đất.Điều kiện xuất hiện sét là sự hình thành các đám mây dông có tích điện. Chiều dài của khe sét khoảng 3 ÷ 5km. Quá trình phóng điện của sét tương tự quá trình phóng điện tua lửa trong điện trường rất không đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn.
Dòng điện sét mang đến rất nhiều tác hại, các thiệt hại cụ thể do sét là:
Gây cháy, nổ, hư hại công trình
Phá hủy thiết bị, các phương tiện thông tin liên lạc
Gây nhiễu loạn hay ngưng vận hành hệ thống
Mất dữ liệu hay hư dữ liệu
Ngừng các dịch vụ gây tổn thất kinh tế và các tổn thất khác
Gây chết người
Do thiệt hại do sét rất lớn và hầu như không thể dự báo trước nên việc phòng chống sét luôn là mối quan tâm của con người.Để chống sét một cách toàn diện và có hiệu quả cho một công trình, cần tuân theo giải pháp chống sét toàn diện 6 điểm như sau:
- Thu sét tại điểm định trước - Dẫn sét xuống đất an toàn
- Tản nhanh năng lượng sét vào đất - Đẳng thế các hệ thống đất
- Chống sét lan truyền theo đường cấp nguồn - Chống sét lan truyền theo đường tín hiệu 7.3.2. Tính toán hệ thống chống sét cho tòa nhà
Căn cứ vào diện tích khu E1, chọn sử dụng một kim thu sét phóng điện sớm ESE tờn S 6.60, kớch thước 5m, cú thời gian phúng điện sớm Delta T = 60às, đặt giữa tòa nhà, trên cột đỡ có chiều cao 4m. Chọn mức bảo vệ 1, tương ứng D = 20m.
Căn cứ vào tiêu chuẩn NFC 17-102 ta chỉ sử dụng một dây thoát sét cho tòa nhà E1
Độ lợi khoảng cách: Delta L = v* Delta T = 1.1*60 = 66 (m) Bán kính bảo vệ của kim ESE:
Rp = √h(2D−h)+DeltaL(2D+DeltaL)
= √4(2∗20−4)+66(2∗20+66) = 84.5 (m)
Nhận thấy, vùng bảo vệ bao trùm toàn bộ công trình và việc chọn kim ESE nêu trên là thích hợp.
Dây thoát sét được sử dụng là dây cáp đồng trần tiết diện 50mm2 . Để đảm bảo an toàn cho người, 3m cáp tính từ mặt đất được bọc ống PVC.
Chọn sử dụng 5 cọc dài L=3m, đường kính d=16mm, chôn sâu so với mặt đất h=0.5m, mỗi cọc cách nhau 6m làm hệ thống nối đất cho kim thu sét.
Tương tự như tính toán nối đất cho thiết bị. Với 𝝆 = 300 (Ω.m) rc = 2ρπL[ln(1.36∗d4L )]24h+h+LL = 80.4 (Ω)
Với số cọc n=5, ŋc = 0.81 (Bảng 3.8, trang 42). Điện trở của hệ thống 5 cọc:
R c =n∗ŋ crc = 5∗0.8180.4 =20(Ω)
Tra bảng 7.4, trang 133 Giáo Trình An Toàn Điện Của TS.Quyền Huy Ánh, điện trở xung của hệ thống cọc với αc =0.5.
Rcx = αc* R c = 0.5*20 = 10 (Ω)
Đường kính cáp đồng trần tiết diện 50mm2, d=8mm.
Điện trở nối đất của dây cáp đồng nối các cọc với tổng chiều dài Lt=24m, chôn sâu so với mặt đất h=0.5m:
rt = π∗L tρ [ln(√ h∗d4L t )-1] = 25.2 (Ω)
Tra bảng 3.8, trang 42 Giáo Trình An Toàn Điện Của TS.Quyền Huy Ánh, tìm được hệ số sử dụng thanh (dây) ŋth = 0.82, điện trở nối đất của dây cáp đồng nối các
cọc khi xét đến hệ số sử dụng thanh (dây):
Rth = ŋthrt = 25.20.82 = 30.7 (Ω)
Tra bảng 7.5, trang 133 Giáo Trình An Toàn Điện Của TS.Quyền Huy Ánh, điện trở xung của hệ thống cọc với αl =0.95.
Rthx = αl * Rth = 0.95*30.7 = 29.2 (Ω) Điện trở nối đất xung của toàn hệ thống:
RHTX = RcxRcx . Rthx
+Rthx = 10∗29.210+29.2 = 7.45 (Ω) RHTX = 7.45 (Ω) < 10(Ω) (Đạt yêu cầu)