I. Tổng quan về nối đất
2. Xác định tổng trở xung của hệ thống nối đất:
Tổng trở xung của hệ thống nối đất được tính gần đúng theo các tiên đề và giả thiết sau:
Coi như chỉ có nối đất bổ sung dưới chân cột (kim) thu sét bị sét đánh trực tiếp và mạch vòng nối đất ven chu vi trạm tham gia vào việc tản dòng điện sét.
Bỏ qua ảnh hưởng màn chắn giữa nối đất bổ sung và mạch vòng nối đất của trạm (do mạch vòng của trạm trải ra trên một khu vực rộng).
Bỏ qua hiện tượng phóng điện tia lửa trong đất chỉ kể đến ảnh hưởng của điện cảm của mạch vòng nối đất.
Với các giả thiết trên thì việc tính toán tổng trở xung của hệ thống nối đất sẽ đơn giản hơn và kết quả sẽ lớn hơn thực tế, như vậy về mặt an toàn.
Sơ đồ đẳng trị để tính toán tổng trở xung của hệ thống nối đất có dạng như sau:
Dòng điện sét Is sẽ tản theo đường Rbs và 2 nhánh song song có chiều dài l1 + l2. Tổng trở xung đầu vào của mạch vòng nối đất bằng tổng trở xung đầu vào của một tia tương đương có chiều dài bằng l’, bằng nửa chu vi của mạch vòng thông số rải có các thông số như sau:
L’= với: L0 = 0,2.(ln - 0,31) (H/m) (2.17)
Trong đó: l’ = l1 + l2 : nửa chu vi mạch vòng trạm.
r : bán kính thanh mạch vòng. r =
G’ = 2.G0 với G0 = (Ω.m)-1
R’mv : Điện trở tản ổn định của mạch vòng nối đất đã được quy đổi về mùa mưa. Do điện trở tản của cọc và thanh đều tỷ lệ thuận với hệ số mùa tương ứng nên trị số của chúng tính quy đổi về mùa mưa như sau:
R’mv = Rmv. (2.19)
R’bs = Rbs. (2.20)
Với :
- Rmv, Rbs :điện trở tản của mạch vòng và thanh đã tính trong phần nối đất an toàn.
- kt : hệ số mùa trong nối đất an toàn của thanh chôn ngang
- k’t : hệ số mùa trong nối đất chống sét của thanh chôn ngang
Tổng trở xung của mạch vòng nối đất được xác định từ hệ phương trình truyền sóng trên tia tương đương của nó. Khi có dòng sét truyền vào thanh thì phân bố dòng và áp trong thanh có dạng:
Lấy đạo hàm của u và i theo x và t ta sẽ có hệ phương trình vi phân bậc hai như sau:
(*) Với: L’.G’ = L0.G0
Để giải hệ phương trình vi phân trên có thể dùng nhiều phương pháp; tuy nhiên, phương pháp toán tử Laplace cổ điển được sử dụng để giải (*) bởi vì tính ngắn gọn của nó so với các phương pháp khác trong việc tìm đáp ứng dòng, áp trong miền phức để xác định ZΣ(0,p) và viết dưới dạng khai triển Heavyside để biến đổi về miền thời gian ZΣ(0,t). Hệ phương trình (*) được viết dưới dạng toán tử như sau:
Từ đó tính được tổng trở xung đầu vào của mạch vòng nối đất bằng:
Z(x,p)= (2.21)
Nếu chỉ xét tổng trở xung đầu vào (x = 0) thì :
Z(0,p) =
Tổng trở xung đầu vào của mạch vòng nối đất có dạng:
Z(0,p)= (2.22)
Tổng trở xung của toàn bộ hệ thống nối đất dưới dạng toán tử :
(2.23)
Để biến đổi về dạng gốc ta viết lại nghiệm dưới dạng khai triển Heavyside:
Đổi về dạng với biến thời gian t như sau:
Lần lượt xác định các thành phần của :
=
Nghiệm thứ k (pk) của phương trình:
F(0,p) = Th
Để giải phương trình này ta đặt ẩn số phụ : pLG = x2
Như vậy : Phương trình F(0,p) = jtgx + jx = 0 ↔ tgx+ .x = 0 (2.24) pk = - ; T1 = F’(pk) = pk.F(pk) =
Cuối cùng tổng trở xung đầu vào của toàn HTNĐ có dạng:
Tổng trở xung đầu vào của hệ thống đạt giá trị cực đại (tính gần đúng) vào lúc dòng sét qua biên độ, tức là lúc t = τđs :
Z(0,τđs) =
Vì khi đó 0,05 nên ta có thể bỏ qua. Khi đó:
Z(0,τđs) =