8.1. Tính toán nối đất
Hệ thống phân xởng làm việc trên một diện tích rộng và thờng xuyên có ngời làm việc với các thiết bị điện.Cách điện của các thiết bị không tốt,ngời vận hành không tuân theo các quy tắc an toàn,…là những nguyên nhân dẫn đến tai nạn điện giật.Sét
đánh trực tiếp hoặc gián tiếp vào thiết bị không những làm h hỏng thiết bị mà còn gây nguy hiểm cho ngòi vận hành.Vì thế trong hệ thống cung cấp điện nhất thết phải có biện pháp an toàn có hiệu quả và tơng đối đơn giản là thực hiện việc nối đất và đặt các thiết bị chống sét.
Việc tính toán nối đất là để xác định số lượng cọc và thanh ngang cần thiết đảm bảo điện trở của hệ thống nối đất nằm trong giới hạn yêu cầu. Điện trở của hệ thống nối đất phụ thuộc vào loại và số lượng cọc tiếp địa, cấu trúc của hệ thống nối đất và tính chất của đất nơi đặt tiếp địa.
Trong đồ án này, ta sử dụng phương pháp tính toán nối đất theo điện trở yêu cầu (Ryc) ,các bớc tính nh sau:
1. Xác định điện trở yêu cầu của hệ thống nối đất
Giá trị của điện trở nối đất phải đủ nhỏ sao cho điện áp tiếp xúc không vượt quá giới hạn cho phép. Điện trở nối đất trong mạng điện được xác định theo điều kiện:
,
L yc
d
R U
= I Ω
Trong đó: Id – Dòng điện ngắn mạch chạy trong đất, A UL – Điện áp định mức có giá trị UL ≤ Ucp
Ucp – Giá trị điện áp tiếp xúc cho phép, phụ thuộc vào thời gian cắt của bảo vệ
2. Xác định điện trở nối đất nhân tạo
Thông thường để tăng cường cho hệ thống nối đất và tiết kiệm cho hệ thống nối đất nhân tạo, người ta tận dụng các công trình ngầm như ống dẫn bằng kim loại, các cấu kiện bê tông cốt thép, vỏ cáp, nền móng…Tuy nhiên ở đây cần hết sức lưu ý là không bao giờ được sử dụng các đường ống dẫn nhiên liệu. Điện trở của tất cả các công trình kể trên gọi là điện trở nối đất tự nhiên Rtn, Giá trị của điện trở nối đất tự nhiên được xác định theo phương pháp đo, bằng thiết bị đo điện trở tiếp địa. Nếu giá trị Rtn<Ryc thỡ khụng cần phải xõy dựng thêm hệ thống nối đất nhõn tạo. Trong trường hợp ngược lại thì cần tiến hành xác định giá trị điện trở tiếp địa nhân tạo Rn,tạo theo biểu thức:
.
. ,
tn yc n tao
tn yc
R R R
R R
= Ω
−
Rn,tao – điện trở của hệ thống nối đất nhân tạo.
Rtn – điện trở của hệ thống nối đất tự nhiên.
3. Chọn điên cực tiếp địa và xác định điện trở của chúng.
4. Xác định số lượng điện cực cần thiết khi chưa tính đến thanh nối ngang:
1
, dc n tao
n R
= R
5. Xác định điện trở của hệ thống nối đất nhân tạo có tính đến điện trở của các thanh nối ngang:
tao n nga
tao n nga tao
n R R
R R R
. '
. ' '
.
.
= −
R’nga – Điện trở của thanh nối ngang có tính đến hệ số sử dụng,
nga nga nga
R R
=η
'
Rnga – Điện trở thanh nối ngang, Ω
ηnga – Hệ số sử dụng thanh nối ngang, phụ thuộc vào tỷ số la/l và số lượng điện cực n
la – khoảng cách giữa các điện cực, m l – chiều dài của mỗi điện cực, m
6. Xác định số lượng điện cực chính thức:
ηdc – hệ số sử dụng của các điện cực 7. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của hệ thống nối đất.
Tiết diện tối thiểu của thanh nối được xác định theo biểu thức:
C I t
Fmin = d. k , mm2
Tk – thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch chạm masse Id chạy trong đất, s.
C - hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm thanh nối ( đối với thanh thép C = 74).
Điều kiện ổn định nhiết là Fmin ≤ Fngacx 8.1.1. Tính toán cụ thể:
Điện trở nối đất cho phép đối với trạm biến áp có công suất lớn hơn 100kVA là Rtd = 4 , điện trở suất của vùng đất đo trong điều kiện độ ẩm trung bình là ρ0= 0,75,104 ,cm ( hệ số hiệu chỉnh của cọc tiếp địa là kcọc = 1,5 và với thanh nối ngang là knga = 2 ), ( bảng 44.pl.BT)
Giả thiết mặt bằng của hệ thống nối đất là một hình chữ nhật có kích thước 4 x 9 m, Để tiết kiệm ta sử dụng hệ thống móng của nhà xưởng và hệ thống ống nước làm tiếp địa tự nhiên, với điện trở nối đất đo được là Rtn = 27,6 Ω.
Điện trở tiếp địa nhân tạo:
. 27, 6 4
4, 68 27,6 4
R Rtn d Rnt Rtn Rd
= = × =
− − Ω
'
. n.tao dc
dc
R n R
=η
Chọn cọc tiếp địa bằng thép tròn dài l = 2,5 m, đường kính d = 6 cm đóng sâu cách mặt đất h =0,75 m, Điện trở tiếp xúc của cọc này có giá trị:
Rcọc = ) 1 4 ln4 2 1 .(ln2
. 2
. 0
− + +
tb tb coc
h l h d
l l
k π
ρ
− + +
= 4.175 250
250 200 . ln4 2 1 6 250 . ln2 250 . 14 , 3 . 2
10 . 75 , 0 . 5 ,
1 4
= 34,728 Ω
Chiều sâu trung bình của cọc
Htb = h + =
2
l 50 + 2
250= 175 cm Sơ bộ chọn số lượng cọc:
= = 344,,68728 =7,42
nt coc
R
n R => chọn n=7 cọc.
Trạm biến áp đặt trên một diện tích hính chữ nhật cã kích thước là 4 x 9 m . Như vậy số cọc này được đóng xung quanh trạm biến áp theo chu vi là :
L = 2,( 4 + 9 ) = 26 m Khoảng cách trung bình giữa các cọc là :
Ia nL 3,714 m 7
26 =
=
= , nên tỷ lệ : Ila =3,2714,5 =1,486
Tra bảng 49.pl.BT , ta xác định được hệ số lợi dụng của các cọc tiếp địa là ηcọc = 0,58 , và thanh nối ngang ηngang = 0,36 .
Chọn thanh ngang giữa các cọc tiếp địa bằng thép có kích thước bxc = 50x70 mm . Điện trở của thanh nối ngang :
Rnga =
h b
l l
knga
. ln 2 . . 2
. 0 π
ρ
= Ω
= 29,734
75 , 0 . 5
24 . ln 2 250 . 14 , 3 . 2
10 . 75 , 0 .
2 4
Điện trở thực tế của thanh nối ngang có xét đến hệ số lợi dụng là : ; = = 290,,36734 =82,594
nga nga nga
R R
η Ω
Điện trở cần thiết của hệ thống tiếp địa nhân tạo có tính đến điện trở của thanh nối ngang là :
= − = − =4,961 Ω
68 , 4 594 , 82
68 , 4 . 594 , . 82
' ' '
nt nga
nt nt nga
R R
R R R
Số lượng cọc chính thức là :
=. ' = 0,3458,.7284,961=12,069
nt coc
coc
R n R
η
Vậy chọn số lượng cọc là 12 cọc .
Kiểm tra độ ổn định nhiệt của hệ thống nối đất :
Fmin
159 5 ,
* 2 3134
) *
3 (
1 =
=
t k
k C
I t = 31,165 < 40,9 = 360 mm2 là tiết diện ngang của thanh ngang . Như vậy hệ thống tiếp địa thỏa mãn về điều kiện ổn định nhiệt .
Sơ đồ nối đất
8.2. Tính toán chống sét
Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây tích điện và đất hay giữa các đám mây mang điện tích trái dấu.Các công trình nh đờng dây,các trạm biến áp ,tram phân phối,… là những thiết bị dễ bị sét đánh.Chống sột van được chọn để bảo vệ chống sét đánh lan truyền . Điều kiện chọn sao cho Un của thiết bị chống sét bằng điện áp định mức phia cao của máy biến áp . Như vây ta chọn chống sét van loại PBC- 22T1 ( bảng 35.pl.BT) do Nga sản xuất có Un = 22kV , điện áp cho phép bằng 25kV , điện áp phóng xung 80 kV , điện áp phóng ở f = 50hz là 49-60,5 kV.
• NhËn xÐt:
+Ta thấy tai nạn điện giật thờng xảy ra do ngời vận hành vô ý chạm phải bộ phận mang điện hoặc do tiếp xúc với các thiết bị điện bình thờng không mang
điện nhng do cách điện bị hỏng trở nên có điện.Hoặc do ngời vận hành không mang bảo hộ an toàn khi làm việc.Chính vì vậy nối đất và chống sét là biện pháp an toàn giúp ngời lao động tránh đợc những sự cố,tai nạn đáng tiếc.
CHƯƠNG IX