TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008

26

TÍNH CHỌN ĐIỆN CỰC NỐI ĐẤT VÀ CÁC GIẢI
PHÁP GIẢM ĐIỆN TRỞ CỦA TRANG BỊ NỐI ĐẤT
CHOOSING GROUNDING ELECTRODES AND SOME METHODS OF
REDUCING EARTHING RESISTANCE

TRẦN VINH TỊNH
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
NGUYỄN LƯƠNG MÍNH
Công ty Cổ phần Đầu tư Điện Lực 3

TÓM TẮT
Trang bị nối đất (TBNÐ) của công trình điện được xem là đạt yêu cầu khi đáp ứng các
chỉ tiêu kỹ thuật, có giá thành hợp lý và đảm bảo khả năng làm việc không ngắn hơn
thời gian hoạt động của công trình. Việc tính chọn điện cực nối đất (ĐCNĐ) ảnh hưởng
quyết định đến thời gian làm việc và giá thành của TBNÐ. Bài báo này trình bày các
vấn đề về tính chọn ĐCNĐ và một số giải pháp giảm điện trở tản của TBNÐ, sử dụng ở
các công trình nhà máy điện (NMĐ), trạm biến áp (TBA).
ABSTRACT
Grounding electrodes affect not only dissipation resistance but also the cost and lifetime
of the earthing system. Based upon the soil characteristics such as resistivity, pH value,
moisture, etc… the grounding electrodes can be corroded rapidly or not. This paper
presents how to choose grounding electrodes and some methods of reducing earthing
resistance of power substations.

1. Giới thiệu
TBNĐ của các công trình điện chủ yếu được thực hiện theo kiểu cọc, tia kết
hợp. Tùy thuộc vào loại vật liệu của điện cực, kích thước và cách bố trí chúng trong hệ


974,1
t
K
.IA
fđ
=
(1)
Với:
+ A(mm
2
+ I
) là tiết diện của điện cực
đ
+ t(s) là thời gian sự cố, để an toàn lấy t=1s
(KA) là giá trị hiệu dụng của dòng điện tản vào đất , Iđ = Sf. Df . IN(1) (Sf là
hệ số phân dòng, Df là hệ số tắt dần, IN(1) là DĐNM một pha)
+ Kf là hệ số vật liệu, lấy theo bảng 1
Bảng 1. Hệ số K
f
ở nhiệt độ môi trường 40
o
Vật liệu
C
Điện dẫn Nh.độ nóng chảy T
a
(
o
Hệ số KC)
f

e
++
Y = (85,44 – 2,45.10
)
ở anốt sẽ làm cho điện cực thép bị ăn mòn dần. Các nguyên nhân cơ bản ảnh
hưởng đến mức độ ăn mòn điện - hóa, đó là: mạch dẫn điện giữa các điện cực
thép và đồng, điện áp hình thành giữa các vật liệu, tỷ lệ giải phóng và hấp thụ
ion của anốt với catốt và điện trở của môi trường điện phân (đất). Cường độ ăn
mòn sẽ cao trong các trường hợp [4]: điện trở suất của đất giảm (bảng 2), khi đất
có tính axít hoặc bazơ cao (bảng 3), khi độ ẩm lớn và độ thoáng khí giảm. Nhìn
chung, đất có tính a xít, ẩm ướt, lẫn nhiều tạp chất hữu cơ yếm khí, có màu đen
thì có tính ăn mòn cao. Ngược lại , loại đất có cấu trúc dạng hạt khô, ráo, ít tạp
chất hữu cơ, màu sáng, độ rỗng lớn thường ít ăn mòn kim loại. Nghiên cứu của
Văn phòng Tiêu chuẩn Quốc gia Mỹ về tỷ trọng ăn mòn của thép chôn trong đất
đã công bố [4]:
-3
.X
1
+ 7,37.X
2
+ 0,86.X
3
+ 0,31.X
4
).10
-3
+ Y là tỷ trọng ăn mòn hàng năm (mm/năm)
(2)
Với:
+ X

4,5÷5,0

51÷100
Ăn mòn yếu (0,102÷0,229)

Axít mạnh
5,1÷5,5

>100
Ăn mòn rất yếu (<0,102)

Axít vừa
5,6÷6,0

Axít yếu
6,1÷6,5

Trung tính
6,6÷7,3
Ít ăn mòn nhất
Bazơ yếu

= 1, hệ số phát triển công
suất .
Bảng 4. Kích thước tối thiểu của điện cực nối đất
Điện cực nối đất
TCN18:2006
TCVN 4756 :1989
DIN VDE
0141
IED
621-2A
Vật liệu
Hình dáng
+ Đồng
dây trần
-
50mm
25mm
2

2

+ Thép mạ
dây trần
φ10mm
50mm
50mm
2

2


- -

hình L
dày 4mm
-
-
+ Thép mạ đồng cọc tròn -
φ 15mm
-
Từ thông số cho trước có thể tính được :
I
đ
= D
f
. S
f
. k . I
N(1)
974,1
1
974,1
t
K.IA
fđ
15,95 . 20 ==
= 1 . 1 . 2 . 10 = 20KA
Từ (1) tính được tiết diện điện cực:
= 161,6 mm
2


tx
) và điện áp bước (U
b
).
Cọc nối đất có tác dụng làm giảm
nhanh R
đ
, nhưng không giảm U
tx
và
U
b
. Ngược lại, lưới nối đất có phân bố
điện thế bằng phẳng hơn nên làm giảm
U
tx
, U
b
nhưng ít tác dụng làm giảm
R
đ
. Lợi dụng đặc điểm này, người ta
thường bố trí các điện cực dạng ô lưới (dọc và ngang) cho toàn bộ diện tích trạm (kéo
dài ra ngoài hàng rào khoảng 1m) để san bằng điện thế. Còn để giảm điện trở R
đ
, ta ưu
tiên bố trí cọc nối đất dọc theo chu vi của lưới nối đất và ở các vị trí nối đất của trung
tính MBA, kim thu sét, chống sét van… Nếu TBNÐ vẫn chưa thỏa mãn yêu cầu về R
đ
,

thay đổi nữa. Ngoài ra, gradien điện thế trên mặt đất của điện cực chôn sâu khá lớn,
nhất là khu vực xung quanh điện cực. Cho nên, cần phải phối hợp sử dụng cả điện cực
chôn sâu và điện cực ô lưới để đạt được đồng thời yêu cầu về điện trở tản và phân bố
điện thế. Ở những nơi điều kiện địa chất không cho phép thực hiện theo phương pháp
điện cực chôn sâu, ta có thể kéo dài lưới nối đất và bổ sung thêm nhiều cọc nối đất song
song. Các tia điện cực được kéo dài thêm có thể đến (1÷2)km về hướng có điện trở suất
nhỏ như khu vực có sông, suối, đồng ruộng Hạn chế lớn của giải pháp này là kết quả
phụ thuộc nhiều vào điện trở suất lớp đất mặt, kết quả bị giới hạn do hiệu ứng màn che
và chỉ có thể thực hiện ở khu vực có diện tích lớn. Về mặt kinh tế, giải pháp này có chi
phí đầu tư không quá cao nên có thể chấp nhận được.
* Giảm điện trở nối đất bằng cách giảm
điện trở suất của đất: Theo kết quả thực
nghiệm, trong khoảng 0,3m xung quanh điện
cực, điện trở tản đạt 68% tổng điện trở tản của
cả điện cực [2]. Nên việc làm giảm điện trở suất
của vùng đất này sẽ có hiệu quả rất lớn trong
việc giảm điện trở tản của ÐCNÐ. Nguyên tắc
cơ bản của giải pháp này là làm giảm điện trở
suất đất bằng cách thay lớp đất tự nhiên bằng
loại đất có điện trở suất nhỏ hơn hoặc bổ sung
các hóa chất để tạo môi trường dẫn điện tốt
xung quanh điện cực. Giải pháp này được sử
dụng ở những nơi đất khô cằn, có điện trở suất
đất cao (
ρ
> 500Ω.m) hoặc không thể thực hiện
giải pháp bổ sung điện cực. Thực tế, có thể làm
giảm điện trở suất đất bằng muối ăn, than chì,
bentonite… Muối được đổ xung quanh cọc nối
đất (0,5÷1)m, tuần tự thành từng lớp xen kẽ với

Các giải pháp giảm bổ sung điện cực hoặc cải thiện điện trở suất của đất cho
phép làm giảm điện trở tản của TBNÐ. Nhìn chung, kết quả của các giải pháp này có
tính ổn định chưa cao nên người vận hành cần phải định kỳ kiểm tra và tiếp tục xử lý để
TBNÐ luôn thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[2] IEEE std. 142-1991 (1991), Recommended Practice for Grounding of Industrial
and Commercial Power Systems, The Institute of Electrical and Electronics
Engineers, Inc., New York, USA.
[3] IEEE std. 80-2000 (2000), IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding, The
Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, USA.
[4] P.K. Sen, Keith Malmedal, John P. Nelson (2002), Steel grounding design giude
and application notes, IEEE Rural Electric Power Conference, Colorado, USA.