Phần I

Chơng 5 : Nối đất chống sét
1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by

Chơng 5 : Nối đất chống sét
5.1. Giới thiệu
5.1.1. Định nghĩa
9 Mạng nối đất bao gồm các tất cả các bộ phận của hệ thống nối đất nh là :
+ điện cực nối đất (điện cực nối đất là những vật dẫn bằng kim loại chôn trong đất hoặc ngập trong
móng bê tông)
+ các thanh nối .
9 Nhiệm vụ của hệ thống nối đất là tản dòng điện khi sự cố (h hỏng cách điện) đảm bảo an toàn cho ngời và
bảo vệ các thiết bị.
9 Trong trờng hợp có dòng điện sét, các đặc tính của hệ thống nối đất phải tính toán với dòng điện rất lớn có
thể đạt tới hàng trăm kilo-ampe và ở tần số đến mégahertz.
9 Hệ thống nối đất cho phép lập thế quy chiếu.
9 ở tần số cao, tất cả các liên lạc có tính trở kháng, đặc biệt do thành phần tự cảm của các dây nối. Khái niệm
thế quy chiếu do đó không tồn tại nữa và vậy thì nhiệm vụ của mạng nối đất một mặt chế ngự chênh lệch thế
để giảm điện áp bớc và điện áp tiếp xúc, mặt khác hạn chế chênh lệch thế ngang giữa hai điểm kề nhau của
công trình để giảm nguy cơ phóng điện và nhiễu điện từ.
5.1.2. Chức năng của hệ thống nối đất
Nối đất là đem các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ bị tiếp xúc với dòng điện (h hỏng cách điện) nối với hệ thống
nối đất. Tuỳ theo hiệu quả và nhiệm vụ ngời ta chia hệ thống nối đất thành ba laọi
Nối đất làm việc : Có nhiệm vụ đảm bảo cho sự làm việc bình thờng của thiết bị hoặc một số bộ phận của thiết bị
theo chế độ làm việc đã đợc qui định sẵn

I
t
trong thực tế là rất nhỏ so với I.

Z
A
et Z
B
- tổng trở của hai nối đất này so với đất cục bộ,
Z
C
là tổng trở giữa đất cục bộ với đất quy chiếu.

U
A
=Z
A
I + Z
C
(I + It)
U
B
=Z
B
It + Z
C
(I + It)

tăng thế của đất B so với đất A :
U

Cần phải rất chú trọng hiệu quả của nối đất tốt theo các lý do :
9 nối đất vỏ các thiết bị điện là bắt buộc : mạng nối đất phải thoả mãn tiêu chuẩn bảo đảm an toàn cho
ngời;
9 hệ thống nối đất phải hạn chế chênh lệch điện thế đặc biệt là điện áp bớc, đặc biệt trong vùng xung
quanh chu vi mạch vòng nối đất;
Nối đất các thiết bị
Các dây dẫn khi có dòng điện sét đi qua sẽ gây nên điện từ trờng mạnh là nguồn gây các nhiễu loạn cho đối với
các thiết bị. Với mục đích giảm ánh hởng này, các dây nối này đợc phân tán xung quanh công trình cần đợc bảo vệ.
5.1.4. Điện trở nối đất
9 Điện trở nối đất là một số liệu rất quan trọng để tối để đảm bảo an toàn, phụ thuộc vào điện trở suất của
đất và kích thớc của các ddiện cực nối đất.
9 Mọi mạng nối đất đều gồm các điện cực kim loại chôn nằm ngang hoặc chôn thẳng đứng trong đất.
Trờng hợp tổng quát, sơ đồ tơng đơng của mạng nối đất : Phần I

Chơng 5 : Nối đất chống sét
2 Kỹ thuật điện áp cao PDF by

+ điện trở r,
+ điện cảm L của bản thân điện cực,
+ điện trở tản R của môi trờng xung quanh điện cực,
+ điện dung C của các điện cực so với điểm thế bằng không.
9 Có thể bỏ qua điện trở tác dụng của các điện cực nối đất vì nó rất nhỏ so với điện trở tản R. Ngời ta cũng
không xét đến điện dung C của các điện cực so với đất vì dòng điện dung rất bé thậm chí ngay cả khi có
dòng điến sét.

+ Đối với các điện cực nối đất dài, hằng số thời gian thờng đạt và vợt xa
f
và nh vậy lhi dòng điện
đạt giá trị cực đại, hiện tợng quá độ vẫn cha kết thúc. Vì vậy nối đất thể hiện nh một tổng trở Z có trị
số khá lớn so với điện trở tản. Những loại nối đất này nối đất phân bố tham số rải (nối đất kéo dài).
9 Điện trở nối đất phụ thuộc vào điện trở suất của đất, kích thớc và bố trí các điện cực. Trị số điện trở tản
dòng điện xoat chiều (R

) khác trị số tản dòng điện xung kích (R
imp
).
9 Trong dải tần số bé; nối đất có thể coi là thuần trở và do vậy có thể tính toán điện trở nối đất bằng việc xem
xét kích thớc hình dạng điện cực, điều kiện lắp đặt và điện trở suất của đất. Điện trở tản dòng điện xoay
chiều (R

) đợc dùng để tính toán nối đất an toàn và nối đất làm việc. Trong những trờng hợp này cờng
độ dòng điện tản vào đất bé, điện trờng trong đất (E=.j với j là mật độ dòng điện và điện trở suất của
đất), có trị số bé không đạt tới ngỡng gây phóng điện trong đất.
9 Nối đất trong thực tế không phải là hoàn toàn thuần trở mà là một tổng trở gồm thành phần dung và cảm
kháng phụ thuộc vào kích thớc hình học và bản chất của đất, xét ảnh hởng các thành phần dòng điện Phần I

Chơng 5 : Nối đất chống sét
3 Kỹ thuật điện áp cao PDF by


đất calcaire chắc 1000-5000
9 Điện trở suất của đất ở các độ sâu khác nhau
Độ sâu (m) 5 10 20 25
Điện trở suất (.m)
1280 1290 1340 1340
b) Hệ số mùa
9 Khi thiết kế hệ thống nối đất phải tính trớc hết điện trở suất của vùng đất đó. Điện trở suất thay đổi trong
phạm vi rất rộng theo nhiệt độ và độ ẩm của đất, theo thành phần và cấu trúc, theo độ sâu và theo mùa.
9 Trong năm, điều kiện khí hậu thay đổi làm cho nhiệt độ của đất, độ ẩm, thành phần các chất hoà tan của
nó thay đổi theo. Điện trở suất trong mùa khô khác với điện trở suất trong mùa ma.
9 Trong tính toán điện trở nối đất, điện trở suất của đất đợc nhân với hệ số an toàn gọi là hệ số mùa k
s
.
msc
k =
(5. 2)
9 Hệ số mùa phụ thuộc vào hình dạng điện cực (thanh hoặc cọc), bố trí điện cực (nằm ngang hay thẳng
đứng), độ chôn sâu và bản chất của đất. Phần I

Chơng 5 : Nối đất chống sét
4 Kỹ thuật điện áp cao PDF by

Dạng nối đất Bố trí điện cực Độ chôn sâu, m Hệ số mùa, k
s

tản dòng điện sự cố tần số 50Hz cũng nh dòng điện tần số cao và dòng điện sét.
9 Nối đất là hệ thống (thanh nằm ngang, các cọc thẳng đứng, thanh cân bằng) tạo thành lới nối đất.
Nối đất cột điện của các đờng dây tải điện trên không,
9 Để giảm xác suất phóng điện ngợc, độ dốc của điện thế phải bé, điện trở nối đất phải nhỏ .
9 Vì thế ngời ta cần quy định trị số điện trở nối đất thấp đối với các cột điện của các đờng dây tải điện.
9 trong vùng điện trở suất lớn ( > 300 .m), để đạt đợc điện trở nối đất cột điện bé phải sử dụng các cọc
có chiều dài lớn.
9 Nhng do tự cảm của các điện cực rất dài, tổng trở xung kích ở tần số cao có thể lớn hơn rất nhiều so với
kết quả tính toán ở tần số thấp. Chính vì thế nên tồn tại chiều dài điện cực tới hạn.
5.2. Tính toán nối đất
5.2.1. Tính toán điện trở nối đất an toàn
Xét nối đất đơn giản dạng một điện cực hình bán cầu bằng (bán kính R
o
) kim loại chôn sát mặt đất có I
d
là dòng
điện chạm đất, trong vùng đất có điện trở suất .

dr
r
U
c
U
p

Một số giả thiết
9 Qua điện cực này có một dòng điện bằng I
nđ
đi vào trong môi
trờng đất.