BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT
CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA HÓA CHẤT
GIẢM ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2015-25TĐ

S KC 0 0 4 8 0 4




MỤC LỤC
Trang
Danh sách những thành viên ........................................................................................ i
Mục lục ....................................................................................................................... ii
Danh mục các hình vẽ ................................................................................................ vi
Danh mục các bảng biểu ........................................................................................... vii
Thông tin - kết quả ................................................................................................... viii
CHƢƠNG 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1
1.1.Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................. 1
1.2.Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................... 3
1.3.Mục tiêu của đề tài........................................................................................ 3
1.4 .Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................. 3
1.5. Cách tiếp cận ............................................................................................... 4
1.6.Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 4
1.7. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 4
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT ............. 5
2.1 . Một số khái niệm ....................................................................................... 5
2.2 . Các biện pháp giảm điện trở của hệ thống nối đất .................................... 5
2.2.1. Giảm điện trở bằng cách tăng cường điện cực nối đất ............................ 5
2.2.2. Giảm điện trở nối đất bằng cách giảm điện trở suất của đất ................... 6
2.3 . Tính toán nối đất an toàn .......................................................................... 7
2.3.1. Tính toán nối đất theo điện trở nối đất yêu cầu (Ryc) .............................. 7
2.3.1.1. Tính toán nối đất trong trường hợp đất đồng nhất ............................... 7
2.3.1.1.1. Xác định điện trở yêu cầu của hệ thống nối đất ................................ 8
2.3.1.1.2. Xác định điện trở nối đất nhân tạo .................................................... 8
2.3.1.1.3. Chọn điện cọc nối đất và xác định điện trở của chúng ..................... 9

ii

iii


3.2.2. Hố khoan có dạng hình hộp chữ nhật.................................................... 37
CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẾN
ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT KHI CÓ HÓA CHẤT GIẢM ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT ... 39
4.1.Cọc nối đất .......................................................................................................... 39
4.1.1. Quan hệ giữa điện trở nối đất và chiều dài cọc............................................... 40
4.1.2. Quan hệ giữa điện trở nối đất và đường kính cọc ........................................... 40
4.1.3. Quan hệ giữa điện trở nối đất và độ chôn sâu của cọc ................................... 41
4.1.4. Quan hệ giữa điện trở nối đất và bề dày lớp GEM ......................................... 41
4.1.5. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của cọc .................................. 42
4.1.6. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của đất ................................... 42
4.1.7. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của lớp GEM ......................... 43
4.2. Thanh nối đất ..................................................................................................... 43
4.2.1. Quan hệ giữa điện trở nối đất và chiều dài thanh ........................................... 44
4.2.2. Quan hệ giữa điện trở nối đất và đường kính thanh ....................................... 44
4.2.3. Quan hệ giữa điện trở nối đất và độ chôn sâu của thanh ................................ 45
4.2.4. Quan hệ giữa điện trở nối đất và bề dày của GEM ......................................... 45
4.2.5. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của thanh ............................... 46
4.2.6. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của đất ................................... 46
4.2.7. Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của GEM ............................... 47
CHƢƠNG 5: CÔNG THỨC ĐƠN GIẢN ĐỂ TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI
ĐẤT CỦA CỌC, THANH KHI CÓ HÓA CHẤT GIẢM ĐIỆN TRỞ NỐI
ĐẤT .......................................................................................................................... 48
5.1. Công thức tính toán điện trở nối đất .................................................................. 48
5.1.1. Tính điện trở nối đất của cọc .......................................................................... 48
5.1.2. Tính điện trở nối đất của thanh ....................................................................... 48
5.2. So sánh kết quả ................................................................................................. 49


Hình 4.9: Quan hệ giữa điện trở nối đất và đường kính thanh nối đất ....................... 44
Hình 4.10: Quan hệ giữa điện trở nối đất và độ chôn sâu của thanh .......................... 45
Hình 4.11: Quan hệ giữa điện trở nối đất và bề dày của GEM ................................... 45
Hình 4.12: Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của thanh nối đất ............. 46
Hình 4.13: Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của đất ............................. 46
Hình 4.14: Quan hệ giữa điện trở nối đất và điện trở suất của GEM ......................... 47

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Điện áp tiếp xúc cho phép phụ thuộc vào thời gian cắt............................... 8
Bảng 2.2:. Tính toán điện trở nối đất của các điện cực nối đất................................... 10
Bảng 2.3: Điện trở suất trung bình của một số loại đất ở điều kiện tiêu chuẩn .......... 11
Bảng 2.4: Giá trị hệ số khc ......................................................................................................................................... 11
Bảng 2.4: Ý nghĩa của các thông số được dùng để thiết kế ........................................ 18
Bảng 5.1: So sánh kết quả đất giữa (5-2) và [12] của cọc nối đất .............................. 50
Bảng 5.2: So sánh kết quả giữa (5-3) và [12] của thanh nối đất ................................. 51

vii


THÔNG TIN- KẾT QUẢ
1. Thông tin chung
Tên đề tài: Nghiên cứu tính toán điện trở nối đất có xét đến ảnh hưởng của hóa chất
giảm điện trở nối đất.
Mã số:T2005-25TĐ
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh


(ký, họ và tên)

ix


RESULT INFORMATION
1 General information
Project title: Research and calculate the grounding resistance, considering the
influence of theground enhancement material.
Code number: T2015-25TD
Coordinator: Associate Professor Quyen Huy Anh
Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh city
Duration: from March, 2015 to Dec, 2015.
2 Objective
 Research and analyze the parameters affecting the earth resistance in the case of
ground enhancement material.
 Determine simple formulas for calculating the resistances of simple grounding
systems with ground enhancement material.
3 Creativeness and innovativeness
Analysis the parameters affecting to the earth resistance of the grounding wires
and the grounding rods when using the ground enhancement material from there
to find a simple formula to calculate the grounding resistance.
4 Research result
 Analysis the parameters affecting to the earth resistance of the grounding
wires and the grounding rods when using the ground enhancement material.
 Recommend the simple formula to calculate the grounding resistance when
using the ground enhancement material.
.
5 Products

theo mục đích sử dụng:
-

Nối đất làm việc.

-

Nối đất an toàn.

-

Nối đất chống sét.

Các nghiên cứu về tính toán, thiết kế hệ thống nối đất cho hệ thống điện đã được
nghiên cứu từ lâu. Nhưng cho đến những năm đầu của thập kỷ 1980, với sự phát triển của
công nghệ máy tính và sự tiến bộ trong kỹ thuật phân tích trường điện từ bằng các
phương pháp số như: phương pháp phần tử biên, phương pháp điện ảnh soi phức tạp,
phương pháp phần tử hữu hạn và các phương pháp số khác mới được ứng dụng trong
tính toán hệ thống nối đất. Đến nay, kỹ thuật nối đất cho hệ thống điện đã đạt được rất
nhiều thành tựu cả về phương pháp và công nghệ. Các nghiên cứu, phân tích hệ thống nối
đất chuyển từ các phương pháp tính toán đơn giản, các công thức thực nghiệm trên mô
hình đất đồng nhất sang các phương pháp số, các mô hình đất phức tạp và quan tâm nhiều
hơn đến các yếu tố ảnh hưởng trong suốt quá trình làm việc của hệ thống nối đất [8, 9,
19, 20, 21, 22].
Đặc biệt những năm gần đây, kinh tế - xã hội phát triển nhanh, nhu cầu sử dụng điện vì
thế cũng tăng nhanh, hệ thống điện chịu áp lực lớn về truyền tải công suất. Do đó, ngày
cáng xây dựng nhiều trạm dẫn sâu vào các thành phố, nơi có hạn chế về diện tích xây
dựng trạm biến áp, việc tính toán, thiết kế, lắp đặt hệ thống nối đất cho trạm biến áp cũng

1

2


 Công trình [13] nghiên cứu và đề xuất hướng giải quyết để cải thiện hệ thống nối
đất của đường dây truyền tải và trạm biến áp cao áp. Trong đó có đề xuất đến việc
sử dụng hóa chất để làm giảm điện trở của hệ thống nối đất.
 Công trình [11,12] nghiên cứu phương pháp tính toán điện trở nối đất khi có chất
cải tạo đạo đất.
Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung tìm kiếm các vật liệu dùng để
giảm điện trở của hệ thống nối đất, nghiên cứu đánh giá tính hiệu quả, ổn định của các
vật liệu được sử dụng trong thực tế và công thức tính toán khá phức tạp.
1.2 . Tính cấp thiết của đề tài
Việc xác định điện trở nối đất trong các công trình điện là một trong các yêu cầu đầu
tiên nhằm đảm bảo an toàn cho người và sự vận hành bình thường của các thiết bị. Có rất
nhiều phương pháp tính toán điện trở nối đất trong trường hợp bình thường.Nhưng khi sử
dụng hóa chất giảm điện trở nối đất thì việc xác định điện trở nối đất trở nên khó khăn
hơn và hiện nay có rất ít công trình nghiên cứu về vấn đề này. Ở Việt Nam, có rất nhiều
vùng có điện trở suất của đất cao dẫn đến việc sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất là
yêu cầu không thể thiếu nhằm đạt được giá trị điện trở nối đất nằm trong phạm vi cho
phép, để trợ giúp cho công tác thiết kế, tính toán điện trở nối đất trong trường hợp này thì
việc nghiên cứu tính toán điện trở nối đất có xét đến ảnh hưởng của hóa chất giảm điện
trở nối đất là yêu cầu bức thiết.
1.3 . Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu phân tích các thông số ảnh hưởng đến điện trở nối đất khi có hóa
chất giảm điện trở nối đất;
- Xác định công thứctính toán điện trở nối đất có xét đến ảnh hưởng của hóa chất
giảm điện trở nối đất.
1.4 . Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Tìm biểu thức đơn giản để xác định giá trị điện trở nối đất của cọc, thanh nối đất có
xét đến ảnh hưởng của hóa chất giảm điện trở nối đất.

vỏ cáp ngầm v.v.
Hệ thống nối đất nhân tạo – hệ thống bao gồm các cực tiếp địa bằng thép hoặc bằng
đồng được nối liên kết với nhau bởi các thanh ngang.Phân biệt hai dạng nối đất là nối đất
làm việc và nối đất bảo vệ.
Hệ thống nối đất làm việc – hệ thống nối đất mà sự có mặt của nó là điều kiện tối cần
thiết để các thiết bị làm việc bình thường, ví dụ nối đất điểm trung tính của máy biến áp,
nối đất của các thiết bị chống sét v.v.
Hệ thống nối đất an toàn – hệ thống nối đất với mục đích loại trừ sự nguy hiểm khi
có sự tiếp xúc của người với các phần tử bình thường không mang điện nhưng có thể bị
nhiễm điện bất ngờ do những nguyên nhân nào đó. Ví dụ nối đất vỏ thiết bị, nối đất
khung, bệ máy v.v.
2.2. Các biện pháp giảm điện trở của hệ thống nối đất
2.2.1. Giảm điện trở bằng cách tăng cƣờng điện cực nối đất
Bằng cách bổ sung vào hệ thống nối đất các cọc nối đất, theo hướng ưu tiên các cọc
nối đất chôn sâu từ (10-30)m, ta có thể giảm được điện trở nối đất, cọc chôn sâu có ưu
điểm về điện trở tản nhỏ, độ ổn định cao mà không cần bảo dưỡng, ít bị tác động bởi môi
trường và thích hợp với diện tích hẹp. Theo một số nghiên cứu, phương pháp tăng cường
5


cọc chôn sâu có thể giảm được 40% giá trị điện trở nối đất.Tuy nhiên, không phải cứ tăng
chiều dài của cọc là có thể giảm được điện trở. Thực nghiệm cho thấy, ở một khu vực cụ
thể, điện trở giảm đến độ sâu nào đó, khoảng (20-30)m thì không thay đổi nữa. Ngoài ra,
gradien điện thế của cọc chôn sâu khá lớn, nhất là khu vực xung quang điện cực.Cho nên,
cần phải phối hợp cả cọc chôn sâu và thanh nằm ngang để đạt được đồng thời yêu cầu về
điện trở tản và phân bố thế. Ở những nơi điều kiện địa chất không cho phép thực hiện
theo phương pháp cọc chôn sâu, ta có thể kéo dài lưới nối đất và bổ sung thêm nhiều cọc
nối đất song song .Hạn chế lớn của giải pháp này là kết quả phụ thuộc nhiều vào điện trở
suất của lớp đất mặt, kết quả bị giới hạn do hiệu ứng màn che và chỉ thực hiện được ở
khu vực có diện tích lớn.Về mặt kinh tế, giải pháp này có chi phí đầu tư không quá cao

đất nơi đặt hệ thống nối đất.
2.3.1. Tính toán nối đất theo điện trở nối đất yêu cầu (Ryc)
2.3.1.1. Tính toán nối đất trong trƣờng hợp đất đồng nhất
Quá trình tính toán nối đất theo Ryc đối với khu vực có đất đồng nhất được thực hiện
theo các bước sau:

7


2.3.1.1.1. Xác định điện trở yêu cầu của hệ thống nối đất
Như đã phân tích ở trên, 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
R yc 

UL

Id

(2-1)

Trong đó:
Id – Dòng điện ngắn mạch chạy trong đất, A;
UL - Điện áp tính toán có giá trị ULUcp ;
Ucp- Giá trị được áp tiếp xúc cho phép, phụ thuộc vào thời gian cắt của bảo vệ: đối
với mạng điện cao áp Ucp=250V, nếu hệ thống nối đất được xây dựng chung cho cả mạng
cao và hạ áp thì Ucp=125V. Trong trường hợp có sử dụng các thiết bị tự động cắt bảo vệ
thì giá trị của Ucp có thể lấy theo Bảng 2.1.
tc, s
Ucp, V


,

(2-2)

8