Nghiên cứu các phương pháp tính toán và giải pháp giảm điện trở các vùng có điện trở suất cao

- Nguyễn Trung Phương NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ GIẢI PHÁP GIẢM ĐIỆN TRỞ CÁC VÙNG CÓ ĐIỆN TRỞ SUẤT CAO Chuyên ngành: Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THẮNG Hà Nội – Năm 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này do tôi thực hiện, các số liệu tính toán được sử dụng trong luận văn và các kết quả nghiên cứu hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong các công trình khác.
- 1 Chương 1: Tổng quan về hệ thống nối đất các trạm biến áp và đường dây thuộc khu vực Truyền tải điện Quảng Ninh quản lý.
- Các quy định, tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống nối đất.
- Nối đất các thiết bị điện tại các vùng đất có điện trở suất cao.
- Các quy định về nối đất trạm biến áp.
- Các quy định nối đất cột đường dây trên không.
- Các phương pháp thường được sử dụng để giảm điện trở nối đất.
- Thay đất gốc có điện trở suất cao bằng đất mới có điện trở suất thấp 7 1.3.3.
- Giảm điện trở suất đất bằng muối ăn.
- Bổ sung thêm hệ thống tiếp đất.
- Sử dụng hóa chất để làm giảm điện trở suất cục bộ.
- 10 Chương 2: Lựa chọn phương pháp tính trị số điện trở nối đất của trạm biến áp.
- Hê thống nối đất là một mạch vòng chưa có cọc nối đất.
- Hệ thống nối đất là một mạch vòng có cọc nối đất chôn dọc theo chu vi.
- Hệ thống nối đất là lưới có cọc nối đất chôn dọc theo chu vi.
- Nhận xét và đánh giá phương pháp tính điện trở nối đất.
- Tính toán điện trở nối đất theo phương pháp Schwarz cho thiết kế định hình mẫu của Tổng Công ty điện lực Việt Nam.
- Nối đất an toàn theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE80.
- Điện trở cơ thể người.
- Tính toán điện trở nối đất cho mẫu thiết kế định hình kiểu 2 theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE 80.
- 45 Chương 3: Biện pháp giảm điện trở cột điện đường dây ở vùng có điện trở suất cao.
- Tính toán điện trở tiếp địa đường dây 220kV Tràng Bạch - Hoành Bồ.
- Các biện pháp giảm điện trở các cột đường dây.
- Giảm điện trở tiếp địa đường dây bằng cách sử dụng tham bùn.
- Giảm điện trở tiếp địa bằng cách sử dụng hoá chất Gem.
- Tính toán phương án giảm điện trở nối đất các cột đường dây khi sử dụng than bùn và hoá chất Gem.
- So sánh chỉ tiêu chống sét cho đường dây trước và sau khi bổ sung tiếp địa cột điện.
- Tính số lần sét đánh thẳng lên đường dây.
- Tính suất cắt của đường dây 220kV khi sét đánh vào khoảng vượt.
- So sánh suất cắt trước và sau khi cải tạo hệ thống tiếp địa.
- Hiện tại ở một số trạm biến áp và đặc biệt là các tuyến đường dây đi qua các đồi núi, rẻo cao có điện trở suất cao, trị số điện trở không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn quy phạm hiện hành.
- Do đó việc nghiên cứu các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế và áp dụng các giải pháp xử lý hệ thống nối đất theo công nghệ mới là một vấn đề cần thiết.
- Để giải quyết vấn đề nêu trên đề tài “Nghiên cứu các phương pháp tính toán và giải pháp để giảm điện trở tiếp địa các vùng có điện trở suất cao” được trình bày với các nội dung sau đây: 1.
- Tổng quan về hệ thống nối đất các trạm biến áp và đường dây thuộc khu vực Truyền tải điện Quảng Ninh quản lý.
- Lựa chọn phương pháp tính trị số điện trở nối đất của trạm biến áp.
- Biện pháp giảm điện trở cột điện đường dây ở vùng có điện trở suất cao.
- Hà Nội, ngày tháng 3 năm 2012 Tác giả Nguyễn Trung Phương - 4 - CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CÁC TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƯỜNG DÂY THUỘC KHU VỰC TRUYỀN TẢI ĐIỆN QUẢNG NINH QUẢN LÝ 1.1.
- Để hạn chế được điều đó người ta thường sử dụng chức năng tự động đóng lại đường dây sau sự cố thoáng qua và giảm điện nối đất cho hệ thống, lắp đặt chống sét van cho đường dây, tăng chiều dài cách điện.v.v… Đối với các vùng có điện trở suất của đất cao người ta có thể giảm điện trở nối đất bằng cách bổ sung thêm hệ thống nối đất hoặc giảm điện trở bằng cách giảm điện trở suất của đất.
- 92,4km đường dây 500kV mạch kép.
- Ở đây các trạm biến áp có cấp điện áp từ 220kV trở lên đều có kích thước lớn nên điện trở hệ thống nối đất hầu hết đều đạt tiêu chuẩn so với quy phạm.
- Tuy nhiên các tuyến đường dây 220kV lại chủ yếu đi qua các vùng núi cao có điện trở suất rất lớn, nên việc làm giảm trị số điện trở tiếp địa cho các cột đường dây ở đây cũng là một bài toán khó khăn đối với đơn vị cũng như Công ty.
- Đối với vùng có điện trở suất cao lớn hơn 500m thì được xác định vào thời gian bất lợi nhất trong năm (đo vào mùa khô), để tiến hành các trang bị nối đất nhân tạo ta có thể sử dụng các biện pháp sau đây, [7.
- Tăng chiều dài cọc nối đất nếu điện trở suất của đất giảm theo độ sâu.
- Đặt điện cực nối đất kéo dài (có thể từ 1-2km) nếu ở gần đó có những chỗ điện trở suất thấp của đất nhỏ hơn.
- Cải tạo đất để làm giảm điện trở suất đất (dùng bột sét, bột bentônít hoặc than chì v.v… trộn với các chất phụ gia khác).
- Đối với những vùng đất đá lởm chởm và có điện trở suất lơn hơn 500m được xác định vào thời gian bất lợi nhất trong năm, việc nối đất các thiết bị điện phải áp dụng các biện pháp quy định trong điều I.7.41 tài liệu [7].
- Trong trường hợp sử dụng các biện pháp do không hợp lý về phương diện kinh tế thì cho phép tăng trị số điện trở nối đất quy định trong quy phạm lên 0,001.
- Dây chống sét của đường dây tải điện trên không có điện áp 110kV trở lên thường được nối vào kết cấu nối đất của hệ thống phân phối ngoài trời (trạm biến áp).
- Dây chống sét của đường dây trên không được nối vào kết cấu nối đất của hệ thống phân phối ngoài trời khi điện trở suất tương đương của đất đo mùa sét đến 750m - không phụ thuộc vào diện tích mạch vòng dây nối đất của trạm, lớn hơn 750÷ 1000m khi diện tích mạch vòng nối đất của trạm 10000m2 trở lên.
- Chỗ nối dây nối đất của các kết cấu có kim thu sét hay dây thu sét vào hệ thống nối đất chung của trạm phải cách chỗ nối của máy biến áp (cuộn kháng) ít nhất 15m tính theo vành đai nối đất chính.
- Trang bị nối đất của thiết bị điện có điện áp lớn hơn 1000V trong mạng điện có trung tính nối đất hiệu quả phải đảm bảo trị số điện trở nối đất và trị số điện áp - 6 - tiếp xúc cũng như điện áp trên trang bị nối đất.
- Những yêu cầu này không được áp dụng cho các trang bị nối đất các cột điện đường dây tải điện trên không.
- Điện trở của trang bị nối đất không được lớn hơn 0,5 trong bất cứ thời gian nào trong năm, có tính đến điện trở nối đất tự nhiên.
- Điện trở nối đất nhân tạo không được vượt quá 1.
- Trang bị nối đất phải đảm bảo trị số điện áp tiếp xúc không lớn hơn giá trị quy định trong bất kỳ thời gian nào trong năm khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua.
- Các quy định nối đất cột đường dây trên không Điện trở nối đất của ĐDK điện áp 6-22kV ở vùng ít dân cư khi có điện trở suất đến 100Ωm không quá 30Ω, khi điện trở suất của đất trên 100Ωm không quá 0,3.
- Còn lại điện trở nối đất các ĐDK đều được quy định như bảng 1-1, [7].
- Đối với ĐDK cao trên 40m có dây chống sét thì điện trở nối đất phải nhỏ hơn 2 lần trị số trong bảng 1-1.
- Bảng: 1-1: Điện trở nối đất của ĐDK STT Điện trở suất của đất  (Ωm) Điện trở nối đất (Ω) 1 Đến 100 Đến 10 2 Trên 100 đến 500 15 3 Trên 500 đến 1000 20 4 Trến 1000 đến 5000 30 5 Trên .
- Vì vậy việc thiết kế nối đất đạt tiêu chuẩn và có tuổi thọ là vấn đề rất cần thiết, vì các hệ thống nối đất phải đáp ứng được các yêu cầu sau.
- Giá trị điện trở nối đất của hệ thống phải đảm bảo đúng theo quy phạm hiện hành.
- Những vùng đất có điện trở suất cao hoặc rất cao như vùng đất cát, đất gan gà, đất nhiều sỏi đát, núi đá phong hóa, đá tổ ông .v.v…, việc thiết kế một hệ thống tiếp đất sao cho đạt được trị số điện trở tiếp đất đạt tiêu chuẩn theo quy phạm sẽ gặp nhiều khó khăn.
- Đối với những vùng đất trên, muốn giảm điện trở suất đất người ta có thể áp dụng các giải pháp sau: 1.3.1.
- Lợi dụng các vật tiếp đất tự nhiên có sẵn Đối với các thiết bị nối đất trong mạng điện xoay chiều, trước hết sử dụng nối đất tự nhiên.
- Đó là các thiết bị và cấu kiện khác nhau, tùy theo tính chất của bản thân, chúng có thể đồng thời làm cả chức năng nối đất: ống nước, vỏ cáp kim loại, các cấu kiện bằng thép hoặc bêtông cốt thép của tòa nhà và các công trình chôn chắc chắn xuống đất.
- Sử dụng hợp lý nối đất tự nhiên sẽ làm đơn giản và hạ giá thành các công trình nối đất.
- Trong thực tế, phần lớn trường hợp hệ thống đường dây, đường ống ngầm có giá trị điện trở nối đất rất thấp (khoảng 1÷2.
- trong khi đó một hệ thống nối đất nhân tạo muốn đạt được trị số nhỏ theo yêu cầu lại gặp nhiều khó khăn và tốn kém (đối với trường hợp điện trở suất cao, diện tích nhỏ).
- Thay đất gốc có điện trở suất cao bằng đất mới có điện trở suất thấp - 8 - Nếu lớp đất trên bề mặt có điện trở suất cao hoặc có độ dẫn điện kém nhưng có chiều dày không lớn (khoảng 20cm) thì việc giảm chỉ số tiếp địa có thể áp dụng các giải pháp sau.
- Đào đất xung quang cực nối đất với bán kính từ 1,5÷2m, độ sâu bằng chiều dài cọc nối đất cộng thêm với độ chôn sâu (khoảng 0,8m.
- Sau khi đặt cực tiếp đất, lấp đầy hố bằng đất tự nhiên có điện trở suất thấp hơn rồi tưới nước, đầm chặt.
- Với hệ thống tiếp đất gồm nhiều cực nối đất thì tiến hành nối các thanh liên kết cực khi hố chưa lấp đất.
- Loại đất sử dụng để lấp hố là loại đất có điện trở suất nhỏ hơn điện trở suất của đất gốc nơi đặt hệ thống tiếp đát từ 5÷10 lần, ví dụ hệ thống tiếp địa đặt trong đất cát hoặc đá thì có thể sử dụng đất sét, than bùn, đất đen, đất pha sét .v.v… tưới nước, đầm chặt lấp đầy hố.
- Giảm điện trở suất đất bằng muối ăn Dùng muối ăn để cải tạo độ dẫn điện của đất làm trị số điện trở suất của đất giảm nhanh trong điều kiện đất ẩm.
- Thời gian đầu khi đổ muối trị số điện trở suất đất giảm chậm bởi muối ăn chưa ngấm vào đất, khoảng 1 năm mới ổn định đối với vùng đất cát, đất rời.
- Khi sử dụng muối ăn làm cho các bộ phận của nối đất bị ăn mòn dẫn đến giảm tuổi thọ của hệ thống tiếp đất, đồng thời muối dễ bị các mạch nước ngầm rửa trôi làm cho giá trị điện trở nối đất không ổn định.
- Bổ sung thêm hệ thống tiếp đất Nếu trong trường hợp ta đã sử dụng nối đât tự nhiên hoặc không nhưng trị số điện trở nối đất vẫn không đảm bảo theo quy phạm hiện hành thì chúng ta có thể bổ sung thêm hệ thống nối đất cũ bằng hệ thống nói đất mới có thể là các tia kéo dài đến vùng có điện trở suất thấp hơn hoặc tăng chiều dài thanh cọc nối đất đến lớp đất phía dưới có điện trở suất nhỏ hơn.
- Sử dụng hóa chất để làm giảm điện trở suất cục bộ - 9 - 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, nên việc làm giảm điện trở suất của vùng đất này sẽ có hiệu quả rất lớn trong việc giảm điện trở tản của điện cực nối đất.
- 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.
- Phương pháp này có ưu điểm là giá trị điện trở nối đất ổn định, ít thay đổi theo mùa do độ ẩm và nhiệt độ ẩm của lớp đất phía dưới ổn định.
- Hợp chất tăng cường tiếp đất EEC (Earth Enhancing Compound) thường được sử dụng ở khu vực có cấu tạo đại chất là sỏi đá rời rạc hoặc diệp thạch với điện trở suất trong khoảng 100÷1000m.
- Sau khi hòa tan từng thành phần với nước và tưới vào hố và rãnh tiếp địa, chúng ta sẽ kết hợp với nhau và đất tạo thành dạng hồ dích màu nâu, tạo ra môi trường dẫn điện rất tốt bao bọc vật nối đất và tồn tại lâu dài trong đất.
- Được phát triển từ năm 1992, hoá chất giảm và ổn định điện trở đất GEM (Ground Enhancing Materials) là một loại vạt liệu bền vững và dẫn điện siêu hạng.
- Sử dụng hoá chất GEM nhằm giải quyết những khó khăn trong việc xử lý tiếp địa cho những vùng đất dẫn điện kém như: Vùng đất điện trở suất cao, khu vực đồi núi, cát sỏi, diện tích làm tiếp địa bị giới hạn.
- Giảm điện trở tiếp đất từ 50% đến 90% so với phương pháp không sử dụng GEM.
- Ổn định điện trở đất theo thời gian và kéo dài tuổi thọ của hệ thống đất do GEM tạo thành dạng rắn bao quanh lấy điện cực làm giảm sự ăn mòn điện hoá từ môi trường đất.
- Có thể trộn lẫn với xi măng, đất đá, bùn than đẻ tạo bề mặt tiếp xúc lớn và giảm kích thước hệ thống nối đất khi các phương pháp tiếp đất truyền thống không thực hiện được.
- Đặc điểm của hoá chất giảm điện trở đất: -Cấu tạo dạng bột, màu xám đen.
- -Điện trở suất của GEM: 12 Ω cm, dẫn điên tốt hơn cả nước biển và không cần sự hiện diện của nước để duy trì tính dẫn điện.
- Nhận xét Qua tổng quan về hệ thống nối đất các trạm biến áp và đường dây thuộc khu vực Truyền tải điện Quảng Ninh quản lý đề tài đã đi nghiên cứu các phương pháp và biện pháp giảm điện trở nối đất cho trạm biến áp và cột đường dây như sau: 1.
- Lựa chọn phương pháp tính trị số điện trở nối đất của trạm biến áp và đánh giá chỉ tiêu an toàn của hệ thống lưới nối đất theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE80.
- Biện pháp giảm điện trở cột điện đường dây ở vùng có điện trở suất cao và đánh giá chỉ tiêu chống sét cho đường dây trước và sau khi bổ sung tiếp địa cột điện.
- 11 - CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TRỊ SỐ ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA TRẠM BIẾN ÁP 2.1.
- Phương pháp tính toán của Nga Cho đến nay dựa vào kết quả tính toán trên mô hình vật lý của hệ thống nối đất phức tạp và kết quả tính toán bằng phương pháp giải tích, người ta có thể phân tích ảnh hưởng của các yếu tố như diện tích của hệ thống nối đất, số lượng, kích thước thanh nối và cọc nối đất, cách bố trí cọc, độ chôn sâu.
- Phương pháp tính điện trở nối đất được trình bày trong tài liệu [2]: Về cơ bản sự phân tích này là nhằm xét các giá trị số điện trở cực đại (Rmax) và cực tiểu (Rmin) của hệ thống nối đất trên một diện tích đã cho, trên cơ sở đó xác định trị số thực tế của hệ thống: R=ARmax (2-1) Hệ số A phục thuộc và kết cấu của hệ thống nối đất thực tế và được xác định bằng mô hình hoặc bằng các phép tính toán.
- Trị số cực đại của hệ thống nối đất trên một diện tích đã cho sẽ tương ứng với trường hợp khi hệ thống nối đất được cấu tạo bằng những thanh và đặt ngay trên mặt đất dọc theo chu vi.
- S-diện tích mạch vòng nối đất (m2).
- d1-đường kính lưới nối đất (m).
- Khi hệ thống nối đất là một mạch vòng hình chữ nhật cạnh ha và hb thì điện trở nối đất của hệ thống được tính theo công thức:

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt