Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp
ChơngIII:
tính toán nối đất cho trạm 220/110kV.
I. Khái niệm chung.
Tác dụng của nối đất trong hệ thống điện là để tản dòng điện sét xuống
đất, đảm bảo điện thế trên các vật nối đất nhỏ.Trong HTĐ có 3 loại nối đất
khác nhau :
Nối đất an toàn.
Nối đất làm việc.
Nối đất chống sét.
1. Nối đất an toàn:
Nối đất an toàn có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho ngời khi cách điện của
thiết bị bị h hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ
phận kim loại bình thờng không mang điện ( vỏ máy, thùng máy biến áp, các
giá đỡ kim loại ). Khi cách điện bị h hỏng trên các bộ phận này sẽ xuất
hiện điện thế nhng do đã đợc nối đất nên mức điện thế thấp. Do đó đảm bảo
an toàn cho ngời khi tiếp xúc với chúng.
2. Nối đất làm việc :
Nối đất làm việc có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thòng của thiết bị
hoặc một số bộ phận của thiết bị làm việc theo chế độ đã đợc quy định sẵn.
Loại nối đất này bao gồm: Nối đất điểm trung tính MBA trong HTĐ có điểm
trung tính nối đất, nối đất của MBA đo lờng và của các kháng điện bù ngang
trên các đờng đây tải điện đi xa.
3. Nối đất chống sét:
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp
Nhiệm vụ của nối đất chống sét là tản dòng điện sét trong đất (khi có sét
đánh vào cột thu sét hoặc trên đờng đây) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên
thân cột không quá lớn do đó cần hạn chế các phóng điện ng ợc trên các
công trình cần bảo vệ.
ở các NMĐ và TBA về nguyên tắc là phải tách rời 2 hệ thống nối đất bảo

=1,15.
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp
II. Nối đất an toàn.
Với cấp điện áp lớn hơn 110(kV) nối đất an toàn phải thỏa mãn điều kiện
là:
Điện trở nối đất của hệ thống phải có giá trị R

0,5. Điều kiện này xuất
phát từ việc ở cấp điện áp lớn hơn 110kV dòng ngắn mạch lớn,khi chạm vỏ
hoặc khi rò điện thì dòng điện sẽ rất lớn gây nguy hiểm.
ở cấp điện áp U
đm

110(kV) do có độ dự trữ cách điện cao nên ta sử dụng
chung nối đất an toàn, nối đất làm việc, nối đất làm việc thành một hệ thống.
Điện trở nối đất của hệ thống phải thỏa mãn các điều kiện sau :
5,0
R+R
R.R
=R//R=R
TNNT
TNNT
TNNTHT
Trong đó :
R
TN
- là điện trở nối đất tự nhiên.
R
NT

điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vợt.
R
C
là điện trở nối đất của cột điện.
Tính R
CS
:
Dây chống sét ta sử dụng loại C-70 có r
0
=2,38(/km).
Khoảng vợt của đờng dây 220(kV) là l

=150(m).
Giả thiết các khoảng vợt có độ dài nh nhau:
R
CS
=r
0
.l

=2,38.150.10
-3
= 0,357()
Điện trở nối đất của cột điện R
C
:
Với
đo
=9,5.10
4

.
4
1
+
R
R
+
2
1
R
=R
CS
C
C
110TN

99,0=
2
1
.
.
4
1
+
357,0
13
+
2
1
13

TN
* ) Nhận xét :
Ta thấy rằng R
tn
< 0,5 , vì vậy về mặt lý thuyết ta không phải nối đất bổ
sung mà chỉ cần sử dụng R
tn
là đủ đạt yêu cầu cho hệ thống nối đất an toàn.
Tuy nhiên nối đất tự nhiên có thể xẩy ra biến động, chính vì vậy ta vẫn cần
phải nối đất nhân tạo
2.Nối đất nhân tạo.
Đối với nối đất nhân tạo cho trạm biến áp thì có nhiều cách thức khác
nhau nh nối đất kiểu lới, kiểu mạch vòng .
Nhng ở đây ta sẽ sử dụng nối đất dạng mạch vòng xung quanh trạm bằng
các thanh nối dẹt. Kích thớc của trạm có dạng hình chữ nhật, các cạnh có
chiều dài là l
1
=109(m), l
2
=111(m). Do đó ta sử dụng mạch vòng nối đất hình
chữ nhật có các kích thớc nh sau :l
1
=109(m), l
2
=111(m) (Ta lấy mỗi đầu lùi lại
1(m) để cách xa móng tờng bao quanh trạm).
Công thức tính điện trở mạch vòng :
d.t
L.K
ln.

= 1,14.10
4
(.cm)
d: Đờng kính của thanh làm mạch vòng (Nếu thanh dẹt có bề rộng
là b thì
2
b
=d
).ta chọn thanh có bề rộng là d = 4(cm)
Do đó :
m02,0=cm2=
2
4
=
2
b
=d
.
k: là hệ số phụ thuộc vào tỷ số
2
1
l
l
.Giá trị của
)
l
l
(f=k
2
1

02,0.8,0
440.7,4
ln.
440.14,3.2
10.14,1
=
d.t
L.K
ln.
L 2
=R
222
tt
mv
Ta thấy rằng R
mv
<1(), vậy mạch vòng nối của ta đạt tiêu chuẩn về nối
đất an toàn. Lúc này
253,0=
698,0+396,0
698,0.396,0
=
R+R
R.R
=R
NTTN
NTTN
HT
.
Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật R

Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian
TL.g.l
2
. Nh vậy T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng( L.l) và điện dẫn tổng
g.l=1/R của điện cực.
Từ công thức trên ta thấy rằng khi dòng điện tản trong đất là dòng một
chiều hoặc dòng xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hởng của L không
đáng kể và bất kỳ hình thức nối đất nào(thẳng đứng hoặc nằm ngang )cũng
đều biểu thị trị số điện trở tản.
Khi dòng điện đi vào trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị của nối
đất tùy thuộc vào tơng quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng
của dòng điện.
Khi T<<
đs
thì tới lúc cần xét (khi dòng điện sét đạt trị số cực đại) quá
trình quá độ đã kết thúc và nối đất thể hiện nh một điện trở tản.Trong trờng
hợp này ứng với hình thức nối đất tập trung.
Nếu điện cực dài, hằng số thời gian có thể đạt tới mức
đs
và tại thời điểm
dòng điện đạt trị số cực đại, quá trình quá độ cha kết thúc, nối đất thể hiện nh
một tổng trở Z và có trị số rất lớn so với trị số điện trở tản. Trờng hợp này đợc
gọi là nối đất phân bố dài.
Trong khi ta thiết kế bảo vệ chống sét cho các trạm biến áp thờng thì hệ
thống nối đất chống sét đợc nối chung với mạch vòng nối đất an toàn, tạo
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp
thành một hệ thống nối đất chung (chỉ áp dụng cho cấp điện áp U
đm


0,5MBA
= 460(kV).
Đối với MBA 220(kV) U
0,5MBA
=900(kV).
Vậy điều kiện của nối đất chống sét là U
đ
< U
0,5MBA
= 460(kV).
3.Dạng sóng tính toán của dòng điện sét.
Trong tính toán thiết kế ta chọn dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng
xiên góc có biên độ không đổi. Dạng sóng của dòng điện sét đợc cho nh đồ
thị dới đây:
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp
Phơng trình của dòng điện sét có dạng nh sau:
Biên độ của dòng sét đợc qui định là I = 150(kA).
Độ dốc của dòng sét là:a = 30(kA/às).
Thời gian đầu sóng là :
đs
=I/a=150/30=5(às).
Khi tính toán đợc giá trị tại chỗ điện sét đi vào nối đất U
đ
ta phải so sánh
với U
50%MBA
= 460(kV).Nếu U
đ
không thỏa mãn thì ta phải tiến hành nối đất bổ

Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp

)set(k.
)antoan(k
)antoan(R
=)set(R
mua
mua
mv
mv

)set(k.
)antoan(k
)antoan(R
=)set(R
mua
mua
coc
coc

mvcoccmv
mvcoc
NT
).set(R+n.).set(R
)set(R).set(R
=)set(R

Vì ở đấy nối đất nhân tạo chỉ cần một mạch vòng xung quanh trạm là
đủ.Ta không cần đóng thêm cọc nên ta có.
545,0=

Trong đó :
L:Là chiều dài cực.
R:Là bán kính cực (ở phần trớc ta đã chọn mạch vòng là thép dẹt
có bề rộng b = 0,04(m). Do đó :r=b/4=0,01(m))
Ta có :
L = 0,2[ln(l/r)-0,31] = 0,2[ln(220/0,01) - 0,31] = 1,94 (

H/m).
G =1/(2.R
NT
(sét).l) =1/(2.0,545. 220) = 4,17.10
-3
1/(.m).
Từ sơ đồ thay thế ta có hệ phơng trình vi phân :
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
l
Hình (2-3)
G
L
Hình (2- 4)
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp
u.G=
t
l
t
i
.I=
x
u


Từ đó ta suy ra tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất.
(
)
])e1(
k
1
.
t
T.2
+1[
l.G
1
=t,0Z
1=k
T
t
2
1
K


-
-
Với :

22
2
k
.k
l.G.L

l.G.2
1
=,0Z
1=k
T
2
ds
1
ds
K
ds



-
-


Từ công thức trên ta thấy tổng trở xung kích của nối đất gồm hai thành
phần:
Thành phần biến thiên theo thời gian t (thành phần cảm ứng ).
Thành phần ổn định có trị số bằng trị số điện trở xoay chiều là:1/(2.G.l)
Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tiến tới trị số ổn định càng nhanh
thì trị số điện trở tản càng ngắn. Chiều dài của điện cực càng lớn thì điện áp ở
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp
đầu cuối càng bé điều này chứng tỏ các phần ở cuối của điện cực phát huy tác
dụng kém.
Để xác định đợc Z


+ +
2
e
+
1
e
=e.
k
1
2
T
2
T
2
T
T
1=k
2
K
ds
2
ds
1
ds
K
ds

-

-

2
1
ds
k
ds


hay
ds
1
2
T.4
k


(kZ
+
)5.14,3
220.10.17,4.94,1
.2=
.
l.G.L
.2=
T
.2k
2
23

) ta có bảng kết quả sau :
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp
Bảng 2-2.
K 1 2 3 4 5 6
T
k
(às)
39,7 9,925 4,41 2,48 1,59 1,103
k
ds
T

0,126 0,54 1,134 2,02 3,145 4,53
K
ds
T
e

-
0,882 0,531 0,322 0,133 0,043 0,011
2
T
k
e
K
ds

-
0,882 0,133 0,0358 0,0083 0,0017 0,00031

=I.Z

(0,
đs
)=150.5,77=865,5 (kV).
Vì U
đ
= 865,5(kV) > U
50%MBA
= 460(kV) nên ta phải tiến hành nối đất bổ
xung để đảm bảo không có phóng điện ngợc.
6.Nối đất bổ sung.
Trong nối đất bổ sung ta sử dụng dạng nối đất tập trung gồm thanh và cọc.
Do việc xác định Z
bs
bằng lý thuyết lại rất kho khăn nên ta chọn hình thức nối
đất bổ xung nh sau:
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp
Chọn thanh nối đất bổ xung là loại thép dẹt có:
Chiều dài l
T
=12(m).
Bề rộng b
T
=0,04(m).
Dọc theo chiều dài thanh có chôn 3 cọc tròn có :
Chiều dài cọc l
cọc
=3(m).



Trong đó :
l-là chiều dài của thanh l=12(m).
t-độ chôn sâu của thanh làm tia t=0,8(m).

Ttt .

-điệ trở suất tính toán của đất đối với thanh làm tia chôn ở độ
sâu t.
m.10.14,1=cm.10.14,1=2,1.10.95,0=k.=
244
muaoT.tt

d-đờng kính thanh làm tia. Vì ta chọn thanh dẹt có bề rộng b=0,04(m)
nên d=b/2=0,02(m).
k-hệ số hình dáng. Lấy k=1. Do nối đất là tia ngang.
thay các giá trị vào công thức ta đợc.
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
t
t=0,8ml
T
l
cọc
a
Hình (2- 6)
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp




+
d
l.2
ln[
l 2
=R
coc
coccoc
coc
C.tt
C
-

Trong đó :

Ctt .

- là điện trở suất của đất đối với cọc chôn ở độ sâu t=0,8(m).

m.10.09,1=cm.10.09,1=10.15,1.95,0=k.=
244
muadoC.tt

d- là đờng kính cọc : d = 0,04(m); t= l
cọc
/2 + t = 3/2 + 0,8 = 2,3(m).
Thay các giá trị vào công thức trên ta đợc :




Điện trở bổ xung của cọc là :R
C
= 34,68().
2.3.6.3.Điện trở bổ sung.
Điện trở bổ xung có giá trị đợc tính theo công thức.
TCCT
CT
bs
.R+n R
R.R
=R

Trong đó :
n-là số cọc.

CT

,
-là hệ số sử dụng của thanh và của cọc.
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp
Với n = 3; l
cọc
= 3 (m); a = 6(m); a/l=2(m).
Tra bảng 3 phần phụ lục sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp ta đợc:
87,0=
C

.
Tra bảng 5 sách hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp ta đợc :

K
2
bx
NT
NT
NTbs
NTbs
dsXK
B+A=e.
Xcos
1
+
R
)set(R
)set(R.2
+
)set(R+R
)set(R.R
=),0(Z
1
ds
2
K
2
Trong đó :

506,0=
545,0+15,7
545,0.15,7
=

)set(R
)set(R.2
=B
Xét chuỗi số :




-
1=k
T
.
X
1
ds
2
K
2
e
trong chuỗi số này ta chỉ tính đến e
-4
(vì từ e
-5
trở đi có giá
trị rất nhỏ) có nghĩa là ta tính với X
K
sao cho :
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp
(

=
l.G2.
2
L
=
l'.G'.L
=T
2
2
2
2
2
2
1



7,17=
5
7,39
.14,3.2=
T
2X
ds
1
K


Trong đó X
K

2
=5,8475 cosX
2
=0,902
X
3
=8,813 cosX
3
=-0,819
X
4
=11,8115 cosX
4
=0,728
X
5
=14,8395 cosX
5
= 0,646
X
6
=17,8907 cosX
6
=0,574
Từ K

7 thì X
K
> 17,7 nên ta chỉ lấy 6 nghiệm nh trên. Lập bảng để tính
giá trị của chuỗi số với các X

NT
Sinh viên : Nguyễn Anh Đức Lớp HTĐ1- K43
Hình (2-8)
Bộ Môn Hệ Thống Điện Đồ án tốt nghiệp




-
1=k
T
.
X
K
2
bx
NT
NT
1
ds
2
K
2
e.
Xcos
1
+
R
)set(R
)set(R.2

K
T
.
X

0,108 0,437 0,993 1,783 2,814 4,09
1
ds
2
K
T
.
X
e


-
0,898 0,646 0,37 0,168 0,06 0,017
B
K
0,863 0,538 0,257 0,08 0,022 0,006

Từ bảng ta có :
766,1=B=B
6
1=K
K

Từ đó ta tính đợc:
Z