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

TỔNG QUAN

Tổng quan

1.1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứu

Việc nối đất trong trạm biến áp có tác dụng quan trọng trong việc tạo điều kiện cho các dòng điện sự cố như dòng rò, dòng chạm đất, dòng ngắn mạch và dòng điện sét tản nhanh vào đất Điều này giúp hạn chế các tác hại tại chỗ và ngăn chặn sự lan truyền không mong muốn sang các phần tử khác trong hệ thống Đồng thời, nó cũng giữ cho điện thế trên các phần tử nối đất luôn ở mức giá trị thấp và chấp nhận được.

Trong thiết kế và lắp đặt hệ thống nối đất, giá trị điện trở nối đất cần phải nhỏ hơn mức cho phép theo các tiêu chuẩn hiện hành Tuy nhiên, ở những khu vực có điện trở suất đất cao hoặc diện tích hạn chế, việc đạt được giá trị điện trở thấp cho hệ thống nối đất trở nên khó khăn.

Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một số loại hóa chất hiệu quả trong việc giảm điện trở đất Những hóa chất này có độ bền cao theo thời gian, không bị rửa trôi và an toàn với môi trường.

Hiện nay, các nghiên cứu tính toán, thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp trước đây vẫn còn một số hạn chế như sau:

 Tính toán, thiết kế nối đất cho trạm biến áp theo hướng dẫn của tiêu chuẩn IEEE Std 80-2000, mặc dù năm 2013 tiêu chuẩn này đã ra phiên bản mới;

 Chưa xem xét việc sử dụng phương án kết hợp giữa lưới nối đất và cọc nối đất trong thiết kế và tính toán hệ thống nối đất;

Khi thiết kế hệ thống nối đất ở những khu vực có điện trở nối đất cao và diện tích thi công hạn chế, cần xem xét kỹ lưỡng các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị điện trở nối đất Đặc biệt, việc sử dụng các loại hóa chất giảm điện trở nối đất khác nhau có sẵn trên thị trường Việt Nam là điều quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống.

Chưa có sự so sánh kinh tế giữa việc sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất và không sử dụng Để giải quyết vấn đề này, đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEEE 80-2013” sẽ tiến hành nghiên cứu và đề xuất các bước tính toán, lựa chọn giải pháp nối đất an toàn cho trạm biến áp, đặc biệt là trạm biến áp Long Thành Nghiên cứu sẽ tuân theo hướng dẫn của tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013, đồng thời xem xét phương án sử dụng lưới nối đất kết hợp với cọc nối đất.

1.1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước a Nghiên cứu trong nước

Hồ Ninh Thuận đã nghiên cứu việc sử dụng chất cải tạo đất trong tính toán nối đất an toàn theo tiêu chuẩn IEEE STD 80-2013 Luận văn Thạc sĩ này được thực hiện tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, nhằm nâng cao hiệu quả và độ an toàn của hệ thống nối đất.

TPHCM, 2016. Đề tài tính toán nối đất và tối ưu hóa hệ thống nối đất khi có sử dụng chất cải tạo đất GEM theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013.

Phạm Tấn Hưng đã thực hiện nghiên cứu về phương pháp thực nghiệm đo điện trở đất tại trạm biến áp cao thế, với sự áp dụng hóa chất cải tạo đất GEM, theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2000 Luận văn Thạc sĩ của ông được trình bày tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM vào năm 2015, nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong việc đo điện trở đất cho các trạm biến áp.

Nguyễn Thanh Tùng đã thực hiện nghiên cứu về việc tính toán điện trở nối đất cho các hình thức đơn giản, đồng thời xem xét ảnh hưởng của các thành phần cải tạo đất Luận văn này được hoàn thành tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, mang lại những kiến thức quý giá trong lĩnh vực điện kỹ thuật.

Nghiên cứu năm 2012 tại TPHCM tập trung vào phương pháp tính toán điện trở nối đất cho trạm biến áp Bài viết đề xuất các hình thức đơn giản nhằm cải thiện thành phần điện trở nối đất, góp phần nâng cao hiệu quả an toàn điện trong hệ thống.

Nguyễn Trung Phương (2012) đã nghiên cứu và so sánh hai phương pháp tính toán điện trở nối đất cho trạm biến áp, bao gồm phương pháp của Nga và phương pháp Schwarz, theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE80 Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội này tập trung vào các giải pháp giảm điện trở ở những vùng có điện trở suất cao.

Trần Nam Anh đã thực hiện nghiên cứu và tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp tại khu vực có điện trở suất của đất cao Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật này được hoàn thành tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật, nhằm cải thiện độ an toàn và hiệu quả trong vận hành của các trạm biến áp.

Nhìn chung các nghiên cứu nêu trên còn một số hạn chế như sau:

 Các bước tính toán sử dụng công thức tính toán phức tạp, gây khó khăn cho người sử dụng;

Hệ thống nối đất cần được tính toán và thiết kế theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2000, mặc dù tiêu chuẩn này đã hết hiệu lực thi hành Cần xem xét việc áp dụng phương án kết hợp giữa lưới và cọc nối đất, đặc biệt trong những trường hợp đất có điện trở suất cao và diện tích triển khai hệ thống nối đất bị hạn chế Nghiên cứu từ các nước khác cũng sẽ góp phần vào việc cải thiện thiết kế này.

[6] Akshay Patil, IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR- JEEE), Substation Earthing Design, Volume 12, Issue 1 Ver II , Jan – Feb 2017.

Bài báo nghiên cứu về thiết kế nối đất trạm biến áp.

[7] Hachimenum Nyebuchi Amadi, Design of grounding system for A.C. substations with critical consideration of the mesh, touch and step potentials, European

Journal of Engineering and Technology, Vol 5 No 4, 2017.

Bài báo nghiên cứu thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp xoay chiều, nhấn mạnh tầm quan trọng của điện áp tiếp xúc và điện áp bước trong vận hành an toàn của trạm biến áp.

[8] Vijay Shinol, S M Takalkar, Feasibility Study of Adequacy of Existing

Earthing Grid to the Extended Gas Insulated Substation, International Journal of

Science and Research and Development, (IJERD) ISSN: 2278-067X Recent trends inElectrical and Electronics & Communication Engineering (Page 51-56) (RTEECE 08th– 09th April 2016).

Bài báo này nghiên cứu tính khả thi phù hợp của lưới nối đất hiện tại với trạm biến áp cách điện sử dụng khí (SF6).

[9] Dwarka Prasad , Dr.H.C Sharma, Designing an Earthing and Bonding System for High Voltage Substation, International Journal of Engineering Research and

General Science Volume 3, Issue 2, March-April, 2015.

Bài báo nghiên cứu về thiết kế hệ thống nối đất và hệ thống bao bọc chống nhiễu cho trạm biến áp cao áp.

[10] M.Nassereddine, J.Rizk, M.Nagrial, A Hellany, HV substation earth grid commissioning using current injection test (CIT) method: Worst case scenario determination, International Journal of Energy and Environment, Volume 6, Issue 4,

Bài báo này nghiên cứu về việc vận hành thử lưới nối đất của trạm biến áp cao áp thông qua phương pháp thử nghiệm bơm dòng (CIT) để xác định các tình huống xấu nhất có thể xảy ra.

[11] Zhang Jinsong, Qian Feng, Guo Bing, Yexu Li, and Farid Dawalibi,

Grounding of Urban GIS Substation Connected to Commercial Buildings and Metallic Infrastructures, International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing,

Bài báo này nghiên cứu về hệ thống nối đất của trạm biến áp GIS tại vùng ngoại ô, nơi kết nối với các trung tâm thương mại và hạ tầng kim loại khác như nhà xưởng Nghiên cứu nhằm đảm bảo an toàn điện và hiệu quả hoạt động của trạm biến áp trong môi trường đô thị phức tạp.

[12] Muhammad Usman Cheema, MBilal Cheema, Adnan Bashir, M Usman Aslam, A comparison of ground grid mesh design and optimization for 500kv substation using IEEE 80-2000 and finite element methods, Electrical and Electronics

Engineering: An International Journal (ELELIJ) Vol 4, No 1, February 2015.

Tính cấp thiết

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013 bao gồm việc sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất, kết hợp với lưới nối đất và cọc nối đất Phương pháp này không chỉ nâng cao hiệu quả kỹ thuật của hệ thống nối đất mà còn tối ưu hóa chi phí thi công, mang lại lợi ích kinh tế cho dự án.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Theo tiêu chuẩn IEEE Std.80-2013, việc thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp cần được tính toán cẩn thận Trong trường hợp không sử dụng hóa chất cải tạo đất, có thể áp dụng lưới nối đất đơn giản Tuy nhiên, khi kết hợp lưới nối đất với cọc nối đất, hiệu quả của hệ thống sẽ được cải thiện đáng kể, đảm bảo an toàn và độ tin cậy cho trạm biến áp.

Nghiên cứu thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp là cần thiết khi sử dụng hóa chất cải tạo đất, đặc biệt trong trường hợp điện trở suất của đất cao và diện tích triển khai hệ thống nối đất bị hạn chế Việc áp dụng các phương pháp cải tạo đất giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống nối đất, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hoạt động của trạm biến áp.

Chương trình tính toán và thiết kế tự động lưới nối đất an toàn trong trạm biến áp cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, đồng thời xác định chi phí tính toán hàng năm cho phương án nối đất được lựa chọn Phân tích này sẽ được thực hiện cho cả hai trường hợp: có và không sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất.

Giới hạn đề tài

Nghiên cứu giải pháp tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp trong điều kiện điện trở suất của đất cao và giới hạn về diện tích lắp đặt theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013 là rất cần thiết Việc này giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của trạm biến áp, đồng thời tối ưu hóa thiết kế hệ thống nối đất trong những điều kiện khó khăn.

 Tính toán, thiết kế hệ thống nối đất an toàn cho trạm biến áp 220kV/110kV Long

Phương pháp nghiên cứu

 Thu thập, nghiên cứu tài liệu;

 Lập trình trong phần mềm Matlab.

Điểm mới của đề tài

Chương trình thiết kế tự động hệ thống nối đất được xây dựng dựa trên các bước tính toán theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013, áp dụng cho trường hợp kết hợp giữa lưới nối đất và cọc nối đất.

Xây dựng chương trình thiết kế tự động cho hệ thống nối đất dựa trên các bước tính toán theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013, đặc biệt trong trường hợp sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất.

Giá trị thực tiễn của đề tài

Đề tài này cung cấp công cụ thiết kế tự động hệ thống nối đất cho trạm biến áp, dựa trên các bước tính toán theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013 Công cụ này kết hợp lưới nối đất và cọc nối đất, áp dụng cho cả trường hợp có và không sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất Đây là một giải pháp hữu ích cho các công ty Điện lực và các công ty Tư vấn Thiết kế điện tại Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu này sẽ là tài liệu tham khảo quý giá cho cán bộ kỹ thuật tại các công ty Điện lực, nghiên cứu sinh (NCS) và học viên cao học ngành Kỹ thuật điện, đặc biệt trong việc tính toán và thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp cao áp.

Nội dung của đề tài

Chương 2: Tổng quan về lưới nối đất và hóa chất giảm điện trở đất.

Chương 3: Tính toán và thiết kế nối đất theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013. Chương 4: Xây dựng chương trình tính toán lưới nối đất.

Chương 5: Tính toán và thiết kế lưới nối đất an toàn cho trạm biến áp

Chương 6: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI NỐI ĐẤT VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

Tổng quan về lưới nối đất trạm biến áp

2.1.1 Các yêu cầu của lưới nối đất trạm biến áp

1 Phần nối đất trạm biến áp

Các thành phần của hệ thống nối đất trong trạm biến áp, bao gồm thanh nối đất và cọc nối đất, cần được kết nối chặt chẽ và đảm bảo tuổi thọ thiết kế.

 Đảm bảo sự dẫn điện và không tạo ra sự chênh lệch về điện áp giữa các kết cấu được nối đất trong trạm biến áp;

 Vật liệu thực hiện hệ thống nối đất phải đảm bảo về nhiệt độ nóng chảy và độ bền về cơ khí khi có dòng sự cố;

 Các liên kết phải chắc chắn, làm việc tin cậy, độ bền cơ khí cao;

 Dễ dàng bảo trì và thay thế.

2 Các yếu tố ảnh hưởng liên quan đến giá trị điện trở nối đất a Dòng chạm đất: được sử dụng để lựa chọn đặc tính kỹ thuật của dây/cáp nối đất, phải lấy là trị số lớn nhất của dòng ổn định chạm đất 1 pha trong hệ thống điện và phải tính đến sự phân bố dòng chạm đất giữa các điểm trung tính nối đất của hệ thống; b Thời gian cắt dòng chạm đất được lấy bằng tổng thời gian tác động của rơ le bảo vệ và thời gian cắt toàn phần của máy cắt. c Điện trở suất của đất: xác định bằng máy đo theo phương pháp đo 4 cọc tại hiện trường; Trường hợp đo vào mùa mưa thì giá trị điện trở suất của đất tính toán phải nhân với hệ số mùa. d Hóa chất giảm điện trở nối đất: trong trường hợp diện tích triển khai hệ thống nối đất bị hạn chế hay vùng đặt trạm biến áp có điện trở suất của đất cao thì có thể sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất.

3 Giá trị điện trở nối đất yếu cầu

Giá trị điện trở nối đất yếu cầu của trạm biến áp 110kV đến 500kV phải đảm bảo đáp ứng các yêu cầu như sau:

Giá trị điện áp tiếp xúc và điện áp bước cần được tính toán sao cho nhỏ hơn giá trị cho phép của chúng.

 Tiết diện dây nối đất phải lớn hơn tiết diện dây nối đất tính toán;

Điện áp dư trên lưới nối đất trong trường hợp xảy ra ngắn mạch cần phải được duy trì ở mức thấp hơn khả năng cách điện của trung tính nối đất Điều này đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị có trung tính nối đất hoạt động trong trạm, nhằm đảm bảo an toàn và hiệu suất làm việc.

 Tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013: IEEE Guide for safety in AC substation grounding.

 TCVN 9621-1:2013 (IEC/TS 60479-1:2005); Ảnh hưởng của dòng điện lên người và gia súc để sử dụng khi thiết lập các yêu cầu an toàn điện.

 TCVN 4756: 1989; Quy phạm nối đất trong hệ thống điện.

2.1.3 Cấu hình của lưới nối đất trạm biến áp

Các cấu hỉnh của lưới nối đất trạm biến áp bao gồm:

 Lưới hình vuông không có cọc nối đất và có cọc nối đất;

 Lưới hình chữ nhật không có cọc nối đất và có cọc nối đất;

 Lưới hình L không có cọc nối đất và có cọc nối đất.

Các loại hóa chất giảm điện trở nối đất

2.2.1 Hóa chất giảm điện trở nối đất

Trên thị trường Việt Nam có nhiếu loại hóa chất giảm điện trở nối đất, cụ thể:

1 San Earth M5C của công ty Sankosa - Nhật Bản;

2 GEM của công ty Erico-Mỹ;

3 TerraFILL TF50 của công ty ALLTEC Mỹ;

Các loại hóa chất này có một số đặc điểm chung như sau:

 Tính hiệu quả: Giảm điện trở nối đất từ 50% - 90%, giữ ổn định giá trị điện trở nối đất, hiệu quả ngay cả khi đất rất khô;

Độ bền cao của vật liệu này đảm bảo rằng nó không bị biến tính hay phân hủy theo thời gian Người dùng không cần thực hiện bảo trì định kỳ hay thay thế, và khả năng dẫn điện của nó không phụ thuộc vào sự hiện diện thường xuyên của nước.

Bảo vệ môi trường là ưu tiên hàng đầu, đảm bảo không làm thay đổi tính chất của đất, không gây độc hại và ô nhiễm nguồn nước Các sản phẩm và hoạt động cần tuân thủ các tiêu chuẩn của EPA để góp phần bảo vệ môi trường một cách hiệu quả.

Sản phẩm này rất dễ sử dụng, được đóng gói tiện lợi và dễ dàng vận chuyển Nó có thể được sử dụng ở dạng khô hoặc ướt, dễ dàng pha trộn với xi măng, bùn hoặc than Đặc biệt, sản phẩm nhanh chóng hút ẩm từ đất và đông cứng lại, mang lại hiệu quả cao trong các ứng dụng xây dựng.

2.2.2 Tính điện trở với hóa chất giảm điện trở nối đất

Giá trị điện trở nối đất R (Ω) của điện cực đơn nằm ngang được xác định thông qua hóa chất giảm điện trở nối đất và điện trở suất của đất xung quanh (Ωm), theo biểu thức (2.1).

R Trong đó: L là chiều dài điện cực nối đất (m); W là chiều rộng lớp hóa chất (m); D là chiều sâu rãnh (m).

Hình 2.1 Điện cực đơn nằm ngang với hóa chất giảm điện trở đất.

2 Các điện cực nối đất song song

Xét hai dải điện cực nằm ngang có chiều dài L (m), chiều sâu D (m) và khoảng cách giữa hai điện cực a (m) như trình bày trong Hình 2.2 Điện trở nối đất được xác định theo công thức (2.2).

Hình 2.2 Hai điện cực đơn nằm ngang song song với hóa chất giảm điện trở đất 3 Điện cực nối đất hình chữ L

Hai dải điện cực nối đất hình chữ L có chiều dài L/2 (m), chiều rộng W (m) và chiều sâu D (m) như được minh họa trong Hình 2.3, với điện trở nối đất được tính toán theo công thức (2.3).

Hình 2.3 Hai điện cực đơn nằm ngang hình chữ L với hóa chất giảm điện trở đất

4 Điện cực nối đất hình chữ thập và điện cực nối đất dạng chu vi

Xét hai dải điện cực nối đất hình chữ thập, mỗi dải có chiều dài L/2 (m), chiều rộng W (m) và chiều sâu D (m) Đồng thời, cũng xem xét điện cực nối đất dạng chu vi cho 4 dải điện cực hình vuông với chiều dài L/4 (m) Điện trở nối đất được xác định theo biểu thức (2.4).

Để thuận tiện cho việc lập trình, cần thiết phải xây dựng mối quan hệ giữa chiều dài rãnh được bao phủ bởi một bao hóa chất và tiết diện mặt cắt ngang của lớp phủ hóa chất.

Sử dụng thông tin từ các nhà sản xuất hóa chất giảm điện trở nối đất và công cụ cftool của Matlab, mối quan hệ giữa chiều dài L (m) và tiết diện F (cm²) đã được xác định.

Hình 2.6 Số liệu nhà sản xuất hóa chất giảm điện trở đất.

Hình 2.7 Công cụ Cftool trong Matlab.

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

Tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013

Tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013 được phát triển dựa trên phiên bản trước, IEEE Std 80-2000, nhưng đã được tinh gọn và cải tiến bởi các chuyên gia Phiên bản mới này loại bỏ những phần không cần thiết, giúp người đọc dễ dàng tiếp cận và hiểu rõ hơn về tiêu chuẩn thiết kế hệ thống nối đất an toàn cho các trạm biến áp trong hệ thống điện.

Theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013, ngưỡng an toàn của dòng điện đối với cơ thể người phụ thuộc vào thời gian dòng điện đi qua :

Hằng số S B đại diện cho năng lượng do điện giật, trong khi I B là dòng điện (mA) đi qua cơ thể người và t s là thời gian dòng điện này tác động lên cơ thể (s).

Từ đó, giá trị I B được xác định như sau:

Với k là hệ số phục hồi phụ thuộc vào trọng lượng cơ thể người.

 Với người cân nặng 50 kg thì k = 0,116;

 Với người cân nặng 70 kg thì k = 0,157.

Ý nghĩa các ký hiệu trong tính toán nối đất

Bảng 3.1: Các ký hiệu và ý nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013.

Ký hiệu ρ Điện trở riêng của đất ρ s Điện trở suất của lớp đất bề mặt

3I 0 Dòng ngắn mạch chạm đất lớn nhất

A Diện tích lưới nối đất

C s Hệ số hiệu chỉnh làm giảm điện trở suất của lớp đất bề mặt d Đường kính của dây dẫn làm lưới nối đất (dt, dc)

D Khoảng cách giữa những dây dẫn song song

D f Hệ số tính đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ được dùng

D m Khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm bất kỳ trên lưới

E m Điện áp lưới ở giữa những mắt lưới

E s Điện áp giữa 2 điểm trên mặt đất

E step50 Điện áp bước chịu đựng được đối với người nặng 50 kg

E step70 Điện áp bước chịu đựng được đối với người nặng 70 kg

E touch50 Điện áp tiếp xúc chịu đựng được đối với người nặng 50 kg

E touch70 Điện áp tiếp xúc chịu đựng được đối với người nặng 70 kg h Độ sâu của lưới nối đất h s Độ dày của lớp đất bề mặt

I G Dòng điện tản vào đất lớn nhất

I g Dòng điện tản vào đất

K Hệ số phản xạ của đất

K h Hệ số hiệu chỉnh độ chôn sâu của lưới nối đất

K i Hệ số hiệu chỉnh cho hình dạng của lưới nối đất

K ii Hệ số hiệu chỉnh cách bố trí của lưới nối đất

K m Hệ số khoảng cách cho điện áp lưới

K s Hệ số khoảng cách cho điện áp bước

L C Tổng chiều dài các thanh dẫn của lưới

L M Chiều dài ảnh hưởng của L

L R Tổng chiều dài của các cọc nối đất

L r Chiều dài của mỗi cọc nối đất

L s Chiều dài ảnh hưởng của L

L T Tổng chiều dài ảnh hưởng của hệ thống nối đất, bao gồm lưới và

L x Chiều dài lớn nhất của lưới theo phương x

L y Chiều dài lớn nhất của lưới theo phương y n Hệ số hình học bao gồm n

N Tổng số cọc được dùng theo diện tích A

R g Điện trở của hệ thống nối đất

Hệ số phân dòng sự cố được tính toán dựa trên dòng hỗ cảm đi qua dây chống sét mà không đi qua lưới nối đất Thời gian tồn tại của dòng sự cố là yếu tố quan trọng để xác định kích cỡ dây nối đất Ngoài ra, thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch cũng được sử dụng để xác định dòng cho phép qua người.

Giải thuật tính toán nối đất theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013

Lưu đồ giải thuật tính toán nối đất theo IEEE Std 80-2013 trình bày ở Hình 3.1.

Sai Đóng cọc dọc theo chu vi lưới

Bước 1 : Xác định: thông số ban đầu (1) Bước 2 : Xác định: 3I 0 , t C , d

Bước 3 : Xác định: điện áp cho phép theo tiêu chuẩn:

Bước 4 : Cấu hình ban đầu: D, N, L C , L T , h Bước 5 : Điện trở lưới, tổng chiêu dài thanh và cọc: R g , L C , L R

Bước 6 : Xác định đòng điện lưới, thời gian sự cố: I G , t f Đúng

Bước 7 : So sánh GPR&E touch

Bước 8 : Tính điện áp lưới và điện áp bước

Bước 9 : So sánh E m < E touch Đúng

Bước 10 : So sánh E s < E step Đúng

Bước 12 : Thiết kế chi tiết

(1): t f , Z 1 , Z 2 , Z 0 , S f , h s , h, A, ρ, ρ s , Z T, Z T1, Z T1 , Z T0, S T, Z T, V ll ,V T_ pri_ ll ,V T_ sec_ ll

Hình 3.1 Lưu đồ tính toán nối đất theo tiêu chuẩn IEEE Std.80-2013.

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

Để tính diện tích lưới nối đất của trạm biến áp, trước tiên cần xác định vị trí và hình dạng của lưới nối đất Nếu lưới nối đất có hình chữ nhật với chiều dài a và chiều rộng b, thì diện tích lưới nối đất A được tính theo công thức (3.4).

Để xác định điện trở suất của đất tại vị trí triển khai hệ thống nối đất, cần sử dụng máy đo chuyên dụng và áp dụng phương pháp 4 cọc Sau đó, lấy giá trị trung bình từ các lần đo để có kết quả chính xác.

Bước 2: Xác định kích cỡ dây nối đất

Dòng chạm đất 3 pha đối xứng:

I f = 3I 0 Khi xuất hiện sự cố một pha chạm đất, dòng điện chạm đất thứ tự không xác định theo biểu thức (3.6):

Điện áp pha phía sơ cấp MBA được ký hiệu là V ln, trong khi R f là điện trở ước lượng khi xảy ra sự cố, thường được giả định là bằng không Các điện trở tương đương thứ tự thuận, nghịch và không của hệ thống lần lượt được ký hiệu là R 1 , R 2 , R 0 Tương tự, các điện kháng tương đương thứ tự thuận, nghịch và không của hệ thống được ký hiệu là X 1 , X 2 , X 0.

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

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

A kcmil là đơn vị đo tiết diện dây nối đất, trong khi I f đại diện cho giá trị hiệu dụng của dòng chạm đất tính bằng kA Thời gian xảy ra chạm đất được ký hiệu là t c và đo bằng giây (s) Hằng số vật liệu K f được tra cứu trong Bảng 3.2.

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

Vật liệu Đồng mềm Đồng Đồng

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.

Thời gian tồn tại sự cố được ký hiệu là t c, trong khi T m là nhiệt độ lớn nhất cho phép của dây nối đất (đơn vị 0 C) Nhiệt độ môi trường được ký hiệu là T a (0 C), và T r là hằng số nhiệt độ của vật liệu Các tham số khác bao gồm α 0, hằng số nhiệt độ ở 0 0 C, α r, hệ số nhiệt của điện trở suất ở nhiệt độ T r (0 C), và ρ r, điện trở suất của dây nối đất ở nhiệt độ T r (0 C) Cuối cùng, TCAP đại diện cho nhiệt dung (J/cm 3 0 C).

Sau đó, quy đổi tiết diện dây dẫn từ A kcmil sang A mm theo biểu

A mm = K qđ A kcmil Ở đây: K qđ là hệ số quy đổi tra ở Bảng 3.4.

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

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

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

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

2ℎ +0.09 Ở đây: h s là bề dày lớp đá dăm trải bề mặt (m); ρ s là điện trở suất của lớp đá dăm(Ω.m); ρ là điện trở suất của đất (Ω.m).

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

Giá trị K có thể âm nếu điện trở suất của lớp vật liệu bề mặt lớn hơn điện trở suất của đất, dẫn đến chỉ một phần dòng điện chạm đất đi vào lớp bề mặt Ngược lại, nếu K có giá trị dương, dòng điện sẽ đi vào lớp bề mặt nhiều hơn.

Hình 3.2 Đồ thị quan hệ C s - k

Để đảm bảo an toàn cho người, việc ngăn chặn điện giật là rất quan trọng trước khi sự cố được loại trừ hoàn toàn khỏi hệ thống Điện áp bước và điện áp tiếp xúc không được vượt quá giới hạn quy định, cụ thể là điện áp bước giới hạn (E step) và điện áp tiếp xúc giới hạn (E touch).

 Xác đinh điện áp bước giới hạn:

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

E step50 = (1000 + 6 C s ρ s ) + Đối với người nặng 70 kg, điện áp bước xác định theo biểu thức (3.15):

 Xác định điện áp tiếp xúc giới hạn:

+ Đối với người nặng 50 kg:

E touch50 + Đối với người nặng 70 kg:

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 L c (m);

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

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

 Chu vi của lưới nối đất L P (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: R g là điện trở của hệ thống nối đất (Ω); h là ρ là điện trở suất của đất (Ω.m); A là diện tích của lưới độ chôn của lưới nối đất (m); nối đất (m 2 ).

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

Bước 6: Xác định dòng điện lưới cực đại

Hệ số phân dòng sự cố S f :

Dòng điện lưới cực đại I G :

I G = D f I g Từ biểu thức (3.19 và 3.30), suy ra:

I G = D f S f 3 I 0 Ở đây: I G là dòng tản vào đất lớn nhất (A); I 0 là dòng điện chạm đất thứ tự không

(A); D f là hệ số suy giảm, tra ở Bảng 3.5; S f là hệ số phân dòng sự cố; I g là dòng tản vào đất (A).

Bảng 3.5: Hệ số suy giảm D f

Giây Chu kỳ với 60 Hz

Bước 7: Xác định độ tăng điện thế đất GPR Độ tăng điện thế đất GPR được xác định theo biểu thức (3.22):

 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 (K m ) được xác định theo biểu thức (3.23):

Đối với lưới nối đất có cọc tiếp địa dọc theo chu vi hoặc ở các góc lưới, hệ số K ii bằng 1 Ngược lại, nếu lưới không có cọc tiếp đất hoặc chỉ có một vài cọc không nằm ở các góc hoặc trên cạnh chu vi, hệ số K ii sẽ khác.

Với: n a = 2 n b = 1 nếu lưới là hình vuông n c = 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

Trong hệ thống nối đất, các tham số quan trọng bao gồm: D là khoảng cách giữa các dây nối đất (m), L_C là tổng chiều dài của dây nối đất (m), L_x là chiều dài tối đa của lưới nối đất theo chiều dài (m), L_y là chiều dài tối đa của lưới nối đất theo chiều rộng (m), và L_T là tổng chiều dài của hệ thống thanh và cọc tiếp đất (m) Ngoài ra, D_m là khoảng cách tối đa giữa hai điểm bất kỳ trên lưới (m), d_t và d_c lần lượt là đường kính thanh và đường kính cọc nối đất (m), với độ sâu lưới nối đất chuẩn được xác định là h_0 = 1 (m).

Hệ số K i được tính theo biểu thức (3.31):

K i = 0,644 + 0,148 n (3.31) Đối với lưới không có cọc tiếp đất thì điện áp lưới E m được tính theo biểu thức

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

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

ℎ + 1 (1 − 0,5 −2 ) ] (3.34) Điện áp bước E s được xác định theo biểu thức (3.35):

Bước 9: So sánh điện áp lưới E m và điện áp tiếp xúc cho phép E touch

 Nếu điện áp lưới E m ≤ E touch thì tiếp tục thực hiện Bước 10;

 Nếu như điện áp lưới E m > E touch thì thực hiện Bước 11 để thay đổi thiết kế ban đầu.

Bước 10: So sánh E s và điện áp bước cho phép E step

 Nếu điện áp bước E s ≤ E step thì thực hiện Bước 12 là bước thiết kế chi tiết;

 Nếu điện áp bước E s > E step thì thực hiện Bước 11 để thay đổi thiết kế ban đầu.

Bước 11: Thay đổi thiết kế ban đầu

Nếu bước 9 và bước 10 không đạt yêu cầu, cần điều chỉnh thiết kế ban đầu bằng cách thay đổi khoảng cách giữa các thanh dẫn nối đất (D), số lượng cọc trong lưới (N), chiều dài mỗi cọc (L r), và chiều dài thanh dẫn nối đất Những thay đổi này nhằm mục đích tăng tổng chiều dài thanh dẫn nối đất (L C), tổng chiều dài cọc nối đất (L R), và diện tích lưới, từ đó giảm giá trị E m và E s 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.

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN LƯỚI NỐI ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN IEEE Std 80-2013

Chương trình tính toán lưới nối đất SGDS-1 (Safety Grounding Design Software-1)

1 Chức năng của chương trình SGDS-1

Các chức năng chính của chương trình SGDS-1 bao gồm:

Tự động thiết kế lưới nối đất an toàn cho trạm biến áp, đảm bảo điện áp tiếp xúc và điện áp bước nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013.

 Cấu hình lưới nối đất kết hợp sử dụng lưới nối đất với cọc nối đất;

 Tính toán hàm chi phí tính toán hàng năm của lưới nối đất đề xuất.

2 Thông số ban đầu và kết quả tính toán a Thông số ban đầu

Các thông số ban đầu bao gồm: là thời gian sự cố (s); là tổng trở tương đương thứ tự thuận phía sơ cấp (Ω);

Tổng trở tương đương thứ tự nghịch phía sơ cấp được ký hiệu là Z2 = Z1 (Ω), trong khi tổng trở tương đương thứ tự không phía sơ cấp cũng được ký hiệu tương tự Hệ số chia dòng và điện áp dây tại nơi xảy ra sự cố (kV) cũng là những yếu tố quan trọng cần được xem xét.

 ρlà điện trở suất của đất (Ω.m); là điện trở suất của lớp vật liệu bề mặt (Ω.m); là độ dày của lớp đá (m);

 h là độ chôn sâu của lưới nối đất (m); là độ chôn sâu của lưới nối đất chuẩn (m);

 Z T1 là tổng trở thứ tự thuận của MBA phía thứ cấp;

 Z T2 = Z T1 là tổng trở thứ tự nghịch của MBA phía thứ cấp;

 Z T0 = Z T1 là tổng trở thứ tự không của MBA phía thứ cấp;

Công suất của máy biến áp (MBA) được biểu thị bằng K f (MVA) và tổng trở của MBA là 9% Điện áp phía sơ cấp và thứ cấp của MBA cũng rất quan trọng Diện tích lắp đặt được xác định bởi chiều rộng và chiều dài (m), cùng với chiều dài cọc nối đất (m) Nhiệt độ môi trường và nhiệt độ tối đa cho phép (0 C) cần được xem xét, cùng với hằng số vật liệu để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình hoạt động của MBA.

 là giá 1m cáp đồng (VND);

Giá của một mối hàn hóa nhiệt Cadweld là [giá] VND, trong khi giá cọc nối đất là [giá] VND Hệ số vận hành được xác định là [hệ số], và thời gian hoàn vốn dự kiến là [thời gian] năm Kết quả tính toán cho thấy hiệu quả kinh tế của dự án.

Kết quả tính toán bao gồm:

 N r là số lượng thanh theo chiều rộng;

 D 1 là khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều rộng;

 N l là số lượng thanh theo chiều ngang;

 D 2 là khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều ngang;

 A mm là tiết điện cáp nối đất (mm2);

 L T là tổng chiều dài cáp nối đất (m);

 N rod là số lượng cọc ;

 MH là chiều dài cọc (m); là tổng số mối hàn Cadweld;

 Klà tổng vốn đầu tư (VND);

 Z là chi phí tính toán hàng năm (VND/năm).

Mã chương trình SGDS-1 được trình bày ở Phụ lục 1.

Chương trình tính toán lưới nối đất SGDS-2 (Safety Grounding Design Software-2)

1 Chức năng của chương trình SGDS-2

Các chức năng chính của chương trình SGDS-2 bao gồm:

Hệ thống tự động thiết kế lưới nối đất an toàn cho trạm biến áp đảm bảo điện áp tiếp xúc và điện áp bước nằm trong giới hạn cho phép, tuân thủ theo tiêu chuẩn IEEE Std 80.

2013 trong trường hợp có sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất;

 Cấu hình lưới nối đất sử dụng lưới nối đất kết hợp với cọc nối đất;

 Tính toán hàm chi phí tính toán hàng năm của lưới nối đất đề xuất trong trường hợp có sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất.

2 Thông số ban đầu và kết quả tính toán a Thông số ban đầu

Các thông số ban đầu quan trọng trong phân tích sự cố bao gồm thời gian sự cố (s), tổng trở tương đương thứ tự thuận phía sơ cấp (Ω), tổng trở tương đương thứ tự nghịch phía sơ cấp (Ω), tổng trở tương đương thứ tự không phía sơ cấp (Ω), hệ số chia dòng, điện áp dây tại nơi xảy ra sự cố (kV) và điện trở suất của đất (Ω.m).

Điện trở suất của lớp vật liệu bề mặt (Z T1) được đo bằng đơn vị Ω.m, trong khi độ dày của lớp đá được tính bằng mét (m) Độ chôn sâu của lưới nối đất và độ chôn sâu của lưới nối đất chuẩn cũng được đo bằng mét Cuối cùng, tổng trở thứ tự thuận của MBA phía thứ cấp là một yếu tố quan trọng trong việc xác định hiệu suất của hệ thống.

 Z T2 = Z T1 là tổng trở thứ tự nghịch của MBA phía thứ cấp;

 Z T0 = Z T1 là tổng trở thứ tự không của MBA phía thứ cấp;

Công suất MBA được tính bằng MVA, với tổng trở MBA là 9% Điện áp phía sơ cấp và thứ cấp của MBA cũng cần được xác định Diện tích lắp đặt bao gồm chiều rộng và chiều dài, trong khi rãnh hóa chất có bề rộng và bề dày nhất định Chiều dài cọc nối đất và các yếu tố môi trường như nhiệt độ môi trường và nhiệt độ tối đa cho phép cũng được xem xét Hằng số vật liệu, giá 1m cáp đồng, giá 1 mối hàn hóa nhiệt Cadweld, giá cọc nối đất, và giá tiền một bao hóa chất đều ảnh hưởng đến chi phí tổng thể Hệ số vận hành và thời gian hoàn vốn cũng là những yếu tố quan trọng trong quá trình tính toán.

Kết quả tính toán bao gồm:

 N r là số lượng thanh theo chiều rộng;

 D 1 là khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều rộng;

 N l là số lượng thanh theo chiều ngang;

 D 2 là khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều ngang;

 A mm là tiết điện cáp nối đất (mm 2 );

 L T là tổng chiều dài cáp nối đất (m);

 N rod là số lượng cọc;

 MH là tổng số mối hàn Cadweld;

 B h là tổng số bao hóa chất cần sử dụng (bao);

 Klà tổng vốn đầu tư (VND);

 Z là chi phí tính toán hàng năm (VND/năm).

Mã chương trình SGDS-2 được trình bày ở Phụ lục 2.

TÍNH TOÁN LƯỚI NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV LONG THÀNH 5.1 Thông tin trạm biến áp 220kV Long Thành

Thiết kế lưới nối đất an toàn cho trạm biến áp 220kV/110kV 250MVA

1 Trường hợp không sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất

Sử dụng chương trình SGDS-1 để tính toán với các thông số ban đầu như sau:

Tổng trở tương đương thứ tự thuận phía sơ cấp (Ω);

 Z 2 = Z 1 Tổng trở tương đương thứ tự nghịch phía sơ cấp (Ω);

 Z 0 = 16.5+66i Tổng trở tương đương thứ tự không phía phía sơ cấp (Ω);

 V ll #0kV Điện áp dây tại nơi xảy ra sự cố (kV);

 ρ`0 Điện trở suất của đất (Ω.m);

 ρ s 000 Điện trở suất của lớp vật liệu bề mặt (Ω.m);

 h s =0.2 Độ dày của lớp đá (m);

 h=0.7 Độ chôn sâu của lưới nối đất (m);

 h 0 = 1 Độ chôn sâu của lưới nối đất chuẩn (m);

 D r 0 Chiều rộng diện tích lắp đặt (m);

 D l 0 Chiều dài diện tích lắp đặt (m);

 Z T1 =(0,3916 +j0,415) Tổng trở thứ tự thuận của MBA phía 115kV;

 Z T2 = Z T1 Tổng trở thứ tự nghịch của MBA phía 115kV;

 Z T0 = Z T1 Tổng trở thứ tự không của MBA phía 115kV;

 V T _ pri_ ll = 230kV Điện áp phía sơ cấp của MBA;

 V T _ sec_ ll = 115kV Điện áp phía thứ cấp của MBA;

 L r =3 Chiều dài cọc nối đất (m);

 T mt @ Nhiệt độ môi trường ( 0 C);

 T m 80 Nhiệt độ tối đa cho phép ( 0 C);

 γ 0000 Giá 1 mối hàn hóa nhiệt Cadweld (VND);

 g r 0000 Giá cọc nối đất (VND);

 a vh =0.1 Hệ số vận hành;

 T hv =8 Thời gian hoàn vốn (năm).

Kết quả tính toán như sau:

 N r = 16 Số lượng thanh theo chiều rộng;

Khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều rộng;

Số lượng thanh theo chiều ngang;

Khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều ngang;

Tiết điện cáp nối đất (mm2);

Tổng chiều dài cáp nối đất (m);

Số lượng cọc ; Chiều dài cọc (m);

Tổng số mối hàn Cadweld;

 K = 862,400,000Tổng vốn đầu tư (VND);

 Z = 194,040,000Chi phí tính toán hàng năm (VND/năm).

2 Trường hợp có sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất

Tổng trở tương đương thứ tự thuận phía sơ cấp (Ω);

Tổng trở tương đương thứ tự nghịch phía sơ cấp (Ω);

 Z 0 = 16.5+66iTổng trở tương đương thứ tự không phía phía sơ cấp (Ω);

Hệ số chia dòng, điện áp dây tại nơi xảy ra sự cố (kV), điện trở suất của đất (Ω.m), điện trở suất của lớp vật liệu bề mặt (Ω.m), độ dày của lớp đá (m), độ chôn sâu của lưới nối đất (m) và độ chôn sâu của lưới nối đất chuẩn (m) là những yếu tố quan trọng trong việc đánh giá và thiết kế hệ thống nối đất an toàn và hiệu quả.

Chiều rộng diện tích lắp đặt (m);

Chiều dài diện tích lắp đặt (m);

Tổng trở thứ tự nghịch của MBA phía 115kV;

Tổng trở thứ tự không của MBA phía 115kV;

 V T _ sec_ ll = 115kV Điện áp phía thứ cấp của MBA;

Bề rộng rãnh hóa chất (m);

Bề dày rãnh hóa chất (m);

Chiều dài cọc nối đất (m);

Nhiệt độ tối đa cho phép ( 0 C);

Giá 1 mối hàn hóa nhiệt Cadweld (VND); Giá cọc nối đất (VND);

Giá tiền một bao hóa chất (VND);

Thời gian hoàn vốn (năm);

Số lượng thanh theo chiều rộng;

Khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều ngang; Tiết điện cáp nối đất (mm2);

Tổng số bao hóa chất cần sử dụng (bao);

3 So sánh kết quả tính toán

Phân tích kết quả thiết kế lưới nối đất an toàn cho trạm biến áp 250MVA Long Thành cho thấy phương án sử dụng hóa chất (PA 2) có nhiều ưu điểm hơn so với phương án không sử dụng hóa chất (PA 1), mặc dù chi phí tính toán hàng năm của cả hai phương án tương đương nhau với mức sai lệch không quá 5% Cụ thể, PA 2 mang lại các lợi thế vượt trội so với PA 1.

 Vốn đầu tư thấp hơn;

 Lượng cáp đồng và số mối hàn Cadweld sử dụng thấp hơn, điều này tạo thuận lợi cho công tác lắp đặt tại thực địa.

Bảng 5.1 Kết quả tính toán lưới nối đất cho trạm biến áp 220kV/110kV.

Số lượng thanh theo chiều rộng

Khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều rộng (m)

Số lượng thanh theo chiều ngang

Khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều ngang (m)

Tiết điện cáp nối đất (mm 2 )

Tổng chiều dài cáp nối đất (m)

Tổng số mối hàn Cadweld

Tổng số bao hóa chất cần sử dụng (bao)

Tổng vốn đầu tư (VND)

Chi phí tính toán hàng năm

Thiết kế lưới nối đất an toàn cho trạm biến áp 110kV/22kV 40MVA

1 Trường hợp không sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất

Tổng trở tương đương thứ tự thuận phía sơ cấp (Ω) được xác định để phản ánh tính chất của mạch điện trong điều kiện hoạt động bình thường Tổng trở tương đương thứ tự nghịch phía sơ cấp (Ω) cho thấy sự thay đổi trong mạch khi có sự can thiệp từ bên ngoài Cuối cùng, tổng trở tương đương thứ tự không phía sơ cấp (Ω) giúp đánh giá hiệu suất của mạch khi không có sự phân chia rõ ràng giữa các thành phần.

Hệ số chia dòng, điện áp dây tại nơi xảy ra sự cố (kV), điện trở suất của đất (Ω.m), điện trở suất của lớp vật liệu bề mặt (Ω.m), độ dày của lớp đá (m), độ chôn sâu của lưới nối đất (m) và độ chôn sâu của lưới nối đất chuẩn (m) là các yếu tố quan trọng trong việc đánh giá an toàn và hiệu quả của hệ thống điện.

Chiều rộng diện tích lắp đặt (m);

Chiều dài diện tích lắp đặt (m);

Tổng trở thứ tự nghịch của MBA phía 22kV;

Tổng trở thứ tự không của MBA phía 22kV;

 V T _ sec_ ll = 23kVĐiện áp phía thứ cấp của MBA;

Giá 1 mối hàn hóa nhiệt Cadweld (VND);

Giá cọc nối đất (VND);

Thời gian hoàn vốn (năm).

Khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều ngang;

Tiết điện cáp nối đất (mm2);

2 Trường hợp có sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất

 Z 1 = 4+10i Tổng trở tương đương thứ tự thuận phía sơ cấp (Ω);

 Z 2 = Z 1 Tổng trở tương đương thứ tự nghịch phía sơ cấp (Ω);

 Z 0 = 10+40iTổng trở tương đương thứ tự không phía phía sơ cấp (Ω);

 V ll 5kV Điện áp dây tại nơi xảy ra sự cố (kV);

 ρ`0 Điện trở suất của đất (Ω.m);

 ρ s 0000 Điện trở suất của lớp vật liệu bề mặt (Ω.m);

 h s =0.2 Độ dày của lớp đá (m);

 h=0.7 Độ chôn sâu của lưới nối đất (m);

 h 0 = 1 Độ chôn sâu của lưới nối đất chuẩn (m);

 D r ` Chiều rộng diện tích lắp đặt (m);

 D l ` Chiều dài diện tích lắp đặt (m);

 Z T2 = Z T1 Tổng trở thứ tự nghịch của MBA phía 22kV;

Tổng trở thứ tự không của MBA phía 22kV; Công suất MBA (MVA);

 V T _ sec_ ll = 23kVĐiện áp phía thứ cấp của MBA;

Bề rộng rãnh hóa chất (m);

Bề dày rãnh hóa chất (m);

Giá 1 mối hàn hóa nhiệt Cadweld (VND); Giá cọc nối đất (VND);

Giá tiền một bao hóa chất (VND);

Thời gian hoàn vốn (năm).

Khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều ngang; Tiết điện cáp nối đất (mm2);

Tổng số bao hóa chất cần sử dụng (bao);

3 So sánh kết quả tính toán

Phân tích kết quả thiết kế lưới nối đất an toàn cho trạm biến áp 40MVA Long Thành cho thấy phương án sử dụng hóa chất mang lại nhiều ưu điểm hơn so với phương án không sử dụng hóa chất, mặc dù chi phí hàng năm của hai phương án gần như tương đương (không sai lệch quá 5%) Cụ thể, phương án 2 (PA 2) có những lợi thế nổi bật so với phương án 1 (PA 1).

 Vốn đầu tư thấp hơn;

 Lượng cáp đồng và số mối hàn Cadweld sử dụng thấp hơn, điều này tạo thuận lợi cho công tác lắp đặt tại thực địa.

Bảng 5.2 Kết quả tính toán lưới nối đất cho trạm biến áp 115kV/23kV.

Số lượng thanh theo chiều rộng

Khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều rộng (m)

Số lượng thanh theo chiều ngang

Khoảng cách giữa 2 thanh theo chiều ngang (m)

Tiết điện cáp nối đất (mm 2 )

Tổng chiều dài cáp nối đất (m)

Tổng số mối hàn Cadweld

Tổng số bao hóa chất cần sử dụng (bao)

Tổng vốn đầu tư (VND)

Chi phí tính toán hàng năm

Định dạng
Số trang	94
Dung lượng	1,05 MB