Tài liệu Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THANH HÀ TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CÓ XÉT ĐẾN HÓA CHẤT LÀM GIẢM ĐIỆN TRỞ ĐẤT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 0 4 5 1 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THANH HÀ TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CÓ XÉT ĐẾN HÓA CHẤT LÀM GIẢM ĐIỆN TRỞ ĐẤT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH TP. Hồ Chí Minh, Tháng 04/2015 Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN THANH HÀ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 03/06/1980 Nơi sinh: Hậu Giang Quê quán: Tân Tiến, Vị Thanh, Hậu Giang. Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 105/9 Nguyễn An Ninh, Phƣờng Vĩnh Lạc, TP. Rạch Giá, Tỉnh Kiên Giang. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng:0903697853 Fax: E-mail: [email protected] II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 01/1999 đến 04/2003. Nơi học: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Ngành học: Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện. 2. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: chính quy tập trung Thời gian đào tạo từ 05/2013 đến 05/2015. Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Ngành học: Kỹ thuật điện . Tên luận văn: “Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở nối đất”. Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Ngày 19 tháng 4 năm 2015, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS. Quyền Huy Ánh 3. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh - mức độ: B1 4. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: - Bằng Kỹ Sƣ Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện, Số hiệu bằng : 509976, vào sổ số 4808, Nơi cấp: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. HVTH: Nguyễn Thanh Hà i GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Từ 2003 đến 3/2006 Từ 04/2006 đến nay Nơi công tác Kinh doanh tƣ nhân Phụ trách chính Trƣờng Cao đẳng Cộng đồng Kiên Giang HVTH: Nguyễn Thanh Hà Công việc đảm nhiệm ii Giảng viên GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 04 năm 2015 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Thanh Hà HVTH: Nguyễn Thanh Hà iii GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong toàn khóa học. Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS. Quyền Huy Ánh, PGS.TS.Trương Việt Anh và Thầy TS. Nguyễn Văn Thái những người đã tận tình hướng dẫn và phản biện giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn gia đình đã luôn ủng hộ, động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn và hơn hết là người vợ ở quê nhà làm hậu phương vững chắc để tôi an tâm học tập. Ngoài ra tôi cũng xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, các anh chị học viên cùng khóa cao học 2013 – 2015 đã động viên, khuyến khích và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học và thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Hữu Trần Quang đã hỗ trợ cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Việc thực hiện đề tài luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến quý báu của quý Thầy, Cô và các bạn để đề tài luận văn này hoàn thiện hơn. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2015 Người thực hiện Nguyễn Thanh Hà HVTH: Nguyễn Thanh Hà iv GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất TÓM TẮT Tính toán điện trở nối đất trong hệ thống điện là đề tài đã đƣợc nghiên cứu từ rất lâu, nó nhằm phục vụ cho việc đảm bảo an toàn cho con ngƣời, cho thiết bị tiêu thụ cũng nhƣ đảm bảo tính làm việc ổn định cho một hệ thống điện. Tuy nhiên, chỉ những vùng có điện trở suất của đất cao, việc lắp đặt các hệ thống nối đất có giá trị điện trở nối đất đạt yêu cầu là rất khó khăn. Trong các trƣờng hợp này, việc sử dụng hóa chất giảm điện trở đất là điều cần thiết. Luận văn này nghiên cứu việc tính toán điện trở nối đất khi sử dụng hóa chất GEM. Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 6 chƣơng:  Chƣơng 1: Tổng quan về nối đất.  Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết.  Chƣơng 3: Chƣơng trình tính toán điện trở nối đất và cách lắp đặt hệ thống nối đất.  Chƣơng 4: Tính toán quan hệ giữa điện trở nối đất với các tham số có liên quan trong hệ thống nối đất.  Chƣơng 5: Đánh giá kinh tế kỹ thuật trong hệ thống nối đất bằng hai phƣơng pháp.  Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển của đề tài. HVTH: Nguyễn Thanh Hà v GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất ABSTRACT Grounding resistance calculation in power systems is the subject has been studied for a long time, it aims to serve the safety for human consumption device as well as to ensure the stable working for power system. However, only the areas with high soil resistivity, the installation of earthing system value grounding resistance satisfactory is very difficult. In this case, the use of chemical for reducing soil resistivity is essential. This paper studies the calculation of grounding resistance when using chemical GEM. The content of the thesis is divided into six chapters: • Chapter 1: Overview of Grounding. • Chapter 2: Theoretical Foundations. • Chapter 3: The program calculates the grounding resistance and installation earthing system. • Chapter 4: Calculate the relationship between resistance to earth with resistivity and length of the grounding electrode. • Chapter 5: Economic evaluation techniques in the grounding system. • Chapter 6: Conclusions and direction of development of the subject. HVTH: Nguyễn Thanh Hà vi GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv TÓM TẮT ................................................................................................................... v ABSTRACT .............................................................................................................. vi MỤC LỤC .................................................................................................................vii MỤC LỤC CÁC HÌNH .............................................................................................. x MỤC LỤC CÁC BẢNG ...........................................................................................xii Chƣơng 1: TỔNG QUAN ........................................................................................ 1 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố ..................................................................................................................... 1 1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu .............................................................. 1 1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố ........................................ 2 1.2. Mục đích của đề tài ................................................................................................. 2 1.3. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài ..................................................................................... 2 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 3 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 4 2.1. Các biện pháp cải tạo đất......................................................................................... 4 2.2. Một số khái niệm, định nghĩa ............................................................................. 4 2.3. Phƣơng pháp xác định điện trở của hệ thống nối đất ................................................. 5 2.3.1. Hệ thống nối đất đơn giản (không GEM) .............................................................. 5 2.3.2. Hệ thống nối đất có hoá chất (GEM) ..................................................................... 7 2.4. Giới thiệu phƣơng pháp đo điện trở nối đất .............................................................. 8 2.4.1. Phƣơng pháp đo điện trở suất của đất .................................................................... 9 2.4.2. Đo điện trở nối đất bằng phƣơng pháp 3 cực ....................................................... 10 2.4.3. Các biện pháp giảm điện trở của hệ thống nối đất ................................................ 12 HVTH: Nguyễn Thanh Hà vii GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất 2.4.3.1. Sử dụng các điện cực tiếp địa tăng cƣờng .............................................. 12 2.4.3.2. Sử dụng các dung dịch hóa chất ............................................................... 13 Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT VÀ CÁCH LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NỐI ĐẤT......................................................................... 14 3.1. Hệ thống nối đất không có hóa chất GEM ......................................................... 14 3.1.1. Điện trở nối đất của điện cực nối đất đơn ............................................................ 14 3.1.2. Điện trở nối đất của nhiều điện cực song song ..................................................... 15 3.1.3. Điện trở nối đất của dây đặt nằm ngang theo đƣờng thẳng ................................... 16 3.1.4. Điện trở nối đất của dây đặt theo mạch vòng ....................................................... 17 3.1.5. Kết quả tính toán một số hệ thống nối đất không sử dụng hóa chất GEM .............. 18 3.2. Hệ thống nối đất có hóa chất GEM ........................................................................ 18 3.2.1. Điện trở nối đất của điện cực nối đất đơn có xét đến hóa chất GEM ..................... 18 3.2.2. Điện trở nối đất của nhiều điện cực song song có xét đến hóa chất GEM .............. 19 3.2.3. Điện trở nối đất của dây đặt nằm ngang theo đƣờng thẳng có xét đến hóa chất GEM ........................................................................................................................... 20 3.2.4. Điện trở nối đất của một dây tiết diện tròn, đặt dƣới dạng một vòng tròn trong đất đồng nhất có xét đến hóa chất GEM ............................................................................. 21 3.2.5. Kết quả tính toán một số hệ thống nối đất có sử dụng hóa chất GEM .................... 21 3.3. Cách lắp đặt ......................................................................................................... 23 3.3.1. Hệ thống nối đất với dây nối đất nằm ngang ........................................................ 23 3.3.2. Hệ thống nối đất với cọc nối đất thẳng đứng ....................................................... 24 3.4. Đặc tính của hóa chất GEM ................................................................................... 25 3.5. Thông tin về hóa chất GEM .................................................................................. 25 Chƣơng 4: TÍNH TOÁN QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT VỚI ĐIỆN TRỞ SUẤT VÀ CHIỀU DÀI ĐIỆN CỰC NỐI ĐẤT .......................................... 27 4.1. Trƣờng hợp không xét đến hóa chất GEM ............................................................. 27 4.1.1. Đơn cực không gem ........................................................................................... 27 HVTH: Nguyễn Thanh Hà viii GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất 4.1.2. Đa cực không gem ............................................................................................. 28 4.1.3. Hệ thống dây nối đất đặt nằm ngang không gem .................................................. 28 4.1.4. Hệ thống dây nối đất đặt theo mạch vòng không gem .......................................... 29 4.2. Trƣờng hợp có xét đến hóa chất GEM.................................................................... 30 4.2.1. Đơn cực có GEM ............................................................................................... 30 4.2.2. Đa cực có gem ................................................................................................... 30 4.2.3. Hệ thống dây nối đất đặt nằm ngang có GEM...................................................... 32 4.2.4. Hệ thống dây nối đất đặt theo mạch vòng có GEM .............................................. 33 4.3. Trƣờng hợp không xét đến hóa chất GEM .............................................................. 34 4.3.1. Đơn cực không GEM ......................................................................................... 34 4.3.2. Đa cực không GEM ........................................................................................... 35 4.3.3. Hệ thống dây nối đất đặt nằm ngang không GEM ................................................ 36 4.3.4. Hệ thống dây nối đất đặt theo mạch vòng không GEM......................................... 37 4.4. Trƣờng hợp có xét đến hóa chất GEM.................................................................... 38 4.4.1. Đơn cực có GEM ............................................................................................... 38 4.4.2. Đa cực có GEM ................................................................................................. 39 4.4.3. Hệ thống dây nối đất đặt nằm ngang có GEM...................................................... 40 4.4.4. Hệ thống dây nối đất đặt theo mạch vòng có GEM .............................................. 41 4.5. Tính toán cho nhiều đƣờng đặt tuyến trên cùng một đồ thị ...................................... 42 Chƣơng 5: ĐÁNH GIÁ KINH TẾ KỸ THUẬT TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT ......................................................................................................................... 46 5.1. Phƣơng pháp tính toán điện trở nối đất khi không sử dụng hóa chất GEM ................ 46 5.1.1. Điện trở nối đất của điện cực nối đất đơn có chiều dài l và đƣờng kính d .............. 46 5.1.2. Điện trở nối đất của nhiều điện cực song song ..................................................... 46 5.1.3. Điện trở nối đất của dây đặt nằm ngang theo đƣờng thẳng với chiều dài L và đƣờng kính d, chôn ở độ sâu h ................................................................................................ 46 5.2. Phƣơng pháp tính toán điện trở nối đất khi sử dụng hóa chất GEM .......................... 46 5.2.1. Điện trở nối đất của điện cực nối đất đơn có chiều dài l và đƣờng kính d .............. 46 HVTH: Nguyễn Thanh Hà ix GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất 5.2.2. Điện trở nối đất của dây đặt nằm ngang theo đƣờng thẳng với chiều dài L và W bề rộng lớp gem , chôn ở độ sâu D .................................................................................... 47 5.3. Thời gian hoàn vốn ............................................................................................... 47 5.4. Kết quả tính toán .................................................................................................. 47 5.4.1. Hệ thống nối đất thông tin, làm việc ................................................................... 47 5.4.2. Hệ thống nối đất an toàn .................................................................................... 52 5.4.3. Hệ thống nối đất chống sét ................................................................................. 56 5.5. Tổng kết kết quả tính toán và kết luận .................................................................... 60 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ...................... 71 6.1. Các kết quả đạt đƣợc của đề tài .............................................................................. 71 6.2. Hƣớng phát triển của đề tài .................................................................................... 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 72 PHỤ LỤC: CHƢƠNG TRÌNH CODE TÍNH TOÁN PHỤC VỤ LUẬN VĂN 73 1. Chƣơng trình tính toán điện trở nối đất của điện cực đơn không GEM ........................ 73 2. Chƣơng trình tính toán điện trở nối đất của nhiều điện cực song song không GEM ...... 75 3. Chƣơng trình tính toán điện trở nối đất của dây đặt nằm ngang theo đƣờng thẳng không GEM ........................................................................................................................... 78 4. Chƣơng trình tính toán điện trở nối đất của dây đặt theo mạch vòng không GEM ........ 80 5. Chƣơng trình tính toán điện trở nối đất của điện cực đơn có GEM .............................. 83 6. Chƣơng trình tính toán điện trở nối đất của nhiều điện cực song song có GEM............ 86 7. Chƣơng trình tính toán điện trở nối đất của dây đặt nằm ngang theo đƣờng thẳng có GEM ........................................................................................................................... 90 8. Chƣơng trình tính toán điện trở nối đất của dây đặt theo mạch vòng có GEM .............. 92 MỤC LỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ x Hình 2.1: Hệ thống nối đất đơn cọc không GEM ............................................................ 8 Hình 2.2: Hệ thống nối đất đa cọc không GEM............................................................... 8 HVTH: Nguyễn Thanh Hà x GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất Hình 2.3: Hệ thống nối đất nằm ngang không GEM ........................................................ 8 Hình 2.4: Hệ thống nối đất mạch vòng không GEM ........................................................ 8 Hình 2.5: Hệ thống nối đất đơn có GEM ........................................................................ 8 Hình 2.6: Hệ thống nối đất đa cọc có GEM .................................................................... 8 Hình 2.7: Hệ thống nối đất nằm ngang có GEM.............................................................. 8 Hình 2.8: Hệ thống nối đất mạch vòng có GEM.............................................................. 8 Hình 2.9: Sơ đồ đo điện trở suất của đất theo phƣơng pháp 4 cực .................................... 9 Hình 2.10: Sơ đồ giải thích vùng ảnh hƣởng của các điện cực E và H ............................ 11 Hình 2.11: Sơ đồ đo điện trở của hệ thống nối đất......................................................... 11 Hình 2.12: Cực tiếp địa chất lƣợng............................................................................... 12 Hình 4.1. Mối quan hệ giữa điện trở với điện trở suất (đơn cọc) ..................................... 27 Hình 4.2. Mối quan hệ giữa điện trở với điện trở suất (đa cọc) ....................................... 28 Hình 4.3. Mối quan hệ giữa điện trở với điện trở suất (dây nằm ngang) .......................... 29 Hình 4.4. Mối quan hệ giữa điện trở với điện trở suất (dây đặt theo mạch vòng) ............. 30 Hình 4.5. Mối quan hệ giữa điện trở với điện trở suất (đơn cọc có GEM) ....................... 31 Hình 4.6. Mối quan hệ giữa điện trở với điện trở suất (đa cọc có GEM) ......................... 32 Hình 4.7. Mối quan hệ giữa điện trở với điện trở suất (dây nằm ngang có GEM) ............ 33 Hình 4.8. Mối quan hệ giữa điện trở với điện trở suất (dây đặt theo mạch vòng có GEM) 34 Hình 4.9. Mối quan hệ giữa điện trở với chiều dài điện cực (đơn cực không GEM)......... 35 Hình 4.10. Mối quan hệ giữa điện trở với chiều dài điện cực (đa cực không GEM) ......... 36 Hình 4.11. Mối quan hệ giữa điện trở với chiều dài dây nối đất (dây đặt nằm ngang không GEM) ......................................................................................................................... 37 Hình 4.12. Mối quan hệ giữa điện trở với đƣờng kính mạch vòng (không GEM) ............ 38 Hình 4.13. Mối quan hệ giữa điện trở với chiều dài diện cực (đơn cực có GEM) ............ 39 Hình 4.14. Mối quan hệ giữa điện trở với chiều dài điện cực (đa cực có GEM)............... 40 Hình 4.15. Mối quan hệ giữa điện trở với chiều dài dây nối đất (mạch vòng có GEM) .... 41 Hình 4.16. Mối quan hệ giữa điện trở với đƣờng kính mạch vòng (GEM) ...................... 42 Hình 4.17. Quan hệ giữa điện trở đất với chiều dài và số điện cực nối đất (đa cực không GEM) ......................................................................................................................... 43 HVTH: Nguyễn Thanh Hà xi GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất Hình 4.18. Quan hệ giữa điện trở đất với chiều dài cọc và khoảng cách giữa hai cọc (đa cọc không GEM) ......................................................................................................... 43 Hình 4.19. Quan hệ giữa điện trở đất với đƣờng kính mạch vòng và độ chôn sâu của dây nối đất (không GEM) ................................................................................................. ..44 Hình 4.20. Quan hệ giữa điện trở đất với đƣờng kính cọc và điện trở suất ................... ...44 Hình 5.1. Đồ thị biểu diễn giá trị tiền đƣợc quy về hiện tại, R<1Ω, ρ=3000Ωm ………...64 Hình 5.2. Đồ thị biểu diễn giá trị tiền đƣợc quy về hiện tại, R<4Ω, ρ=1600Ωm………...67 Hình 5.3. Đồ thị biểu diễn giá trị tiền đƣợc quy về hiện tại, R<10Ω, ρ=400Ωm…………95 MỤC LỤC BẢNG ...................................................................................................xii Bảng 2.1: Hệ số cho nhiều điện cực đặt theo hàng........................................................... 6 Bảng 2.2: Hệ số cho nhiều điện cực đƣợc đặt theo hình vuông ......................................... 6 Bảng 5.1: Kết quả tính toán với ρ = 400, 600, 800Ωm ................................................... 48 Bảng 5.2: Kết quả tính toán với ρ = 1000, 1200,1400 (Ωm) ........................................... 49 Bảng 5.3: Kết quả tính toán với ρ = 1600, 1800, 2000Ωm ............................................. 49 Bảng 5.4: Kết quả tính toán với ρ = 2200, 2400,2600 (Ωm) ........................................... 50 Bảng 5.5: Kết quả tính toán với ρ = 2800, 3000 (Ωm) ................................................... 51 Bảng 5.6: Kết quả tính toán với ρ = 400, 600, 800 (Ωm) ............................................... 52 Bảng 5.7: Kết quả tính toán với ρ = 1000, 1200, 1400 (Ωm) .......................................... 53 Bảng 5.8: Kết quả tính toán với ρ = 1600, 1800, 2000 (Ωm) .......................................... 54 Bảng 5.9: Kết quả tính toán với ρ = 2200, 2400, 2600 (Ωm) .......................................... 54 Bảng 5.10: Kết quả tính toán với ρ = 2800, 3000 (Ωm) ................................................. 55 Bảng 5.11: Kết quả tính toán với ρ = 400, 600, 800 (Ωm).............................................. 56 Bảng 5.12: Kết quả tính toán với ρ = 1000, 1200, 1400 (Ωm) ........................................ 57 Bảng 5.13: Kết quả tính toán với ρ = 1600, 1800, 2000 (Ωm) ........................................ 58 Bảng 5.14: Kết quả tính toán với ρ = 2200, 2400, 2600 (Ωm) ........................................ 59 Bảng 5.15: Kết quả tính toán với ρ = 2800, 3000 (Ωm) ................................................. 59 Bảng 5.16: Kết quả tính toán với ρ = 400, 600, 800 (Ωm).............................................. 60 Bảng 5.17: Kết quả tính toán với ρ = 1000, 1200, 1400 (Ωm) ........................................ 61 Bảng 5.18: Kết quả tính toán với ρ = 1600, 1800, 2000 (Ωm) ........................................ 61 HVTH: Nguyễn Thanh Hà xii GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất Bảng 5.19: Kết quả tính toán với ρ = 2200, 2400, 2600 (Ωm) ........................................ 61 Bảng 5.20: Kết quả tính toán với ρ = 2800, 3000 (Ωm) ................................................. 61 Bảng 5.21: Kết quả tính toán quy tiền về hiện tại với ρ =3000 (Ωm)……………….63 Bảng 5.22: Kết quả tính toán quy tiền về hiện tại với R= 4Ω, ρ =1600Ωm……66 Bảng 5.23: Kết quả tính toán quy tiền về hiện tại với R<10Ω, ρ =400 Ωm…68 Bảng 5.24: HVTH: Nguyễn Thanh Hà xiii GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố 1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Hệ thống điện là một hệ thống quan trọng của hệ thống năng lƣợng Việt Nam và không thể thiếu đƣợc trƣớc công cuộc hiện đại hoá, công nghiệp hoá đất nƣớc. Do nguồn điện thƣờng đặt xa nơi tiêu thụ điện năng nên phải chuyển qua các trạm biến áp tăng hoặc giảm điện áp. Đối với nƣớc ta là nƣớc có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mà hệ thống điện lại kéo dài từ Bắc vào Nam do đó phải đi qua nhiều vùng khí hậu khác nhau đặc biệt là những nơi có độ ẩm cao, mật độ giông sét nhiều. Thiệt hại do sét gây ra cho ngành điện và nền kinh tế quốc dân là rất lớn. Do vậy, để an toàn cho ngƣời vận hành cũng nhƣ an toàn cho thiết bị thì ngƣời ta thực hiện nối đất an toàn. Tác dụng của nối đất là để tản dòng điện và giữ mức điện thế thấp trên các vật đƣợc nối đất. Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất khác nhau: nối đất làm việc, nối đất an toàn và nối đất chống sét. Nối đất chống sét: là nhằm tản dòng điện sét trong đất (khi có sét đánh vào cột thu sét hoặc trên đƣờng dây) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn, do đó hạn chế đƣợc các phóng điện ngƣợc đến các công trình cần đƣợc bảo vệ. Nối đất làm việc: nhiệm vụ của loại nối đất này là đảm bảo sự làm việc bình thƣờng của các thiết bị hoặc của một số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm việc đã đƣợc qui định sẵn. Loại nối đất này gồm có nối đất điểm trung tính máy biến áp trong hệ thống có điểm trung tính nối đất, nối đất của máy biến áp đo lƣờng và của kháng điện dùng trong bù ngang trên các đƣờng dây tải điện đi xa. Nối đất an toàn: có nhiệm vụ bảo vệ an toàn cho ngƣời khi cách điện bị hƣ hỏng, nó đƣợc thực hiện bằng cách đem nối đất mọi bộ phận kim loại bình thƣờng không mang điện (vỏ máy, thùng máy biến áp, máy cắt điện , các giá đỡ kim loại, chân sứ,…). Khi cách điện bị hƣ hỏng, trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện thế HVTH: Nguyễn Thanh Hà 1 GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất nhƣng do đã đƣợc nối đất nên giữ đƣợc mức điện thế thấp. Do đó đảm bảo an toàn cho ngƣời khi tiếp xúc với chúng. Tuy có nhiều loại nối đất khác nhau nhƣ vậy, nhƣng bất kỳ loại nối đất nào cũng đều có các điện cực chôn sâu trong đất và đƣợc nối với vật cần đƣợc nối đất. Điện cực thƣờng dùng là cọc sắt chôn thẳng đứng hoặc thanh dài nằm ngang trong đất. Đất là một môi trƣờng rất phức tạp và không đồng nhất về thành phần cũng nhƣ về cấu tạo. Các thành phần chủ yếu của đất gồm các hạt nhỏ gốc hữu cơ hoặc vô cơ và nƣớc. Điện dẫn của đất ở trạng thái khô cũng nhƣ của nƣớc nguyên chất là không đáng kể. Nhƣng nếu trong đất có các loại muối, axit chúng sẽ hòa tan thành dung dịch điện phân làm cho đất trở thành môi trƣờng dẫn điện. Nhƣ vậy, điện trở suất của đất phụ thuộc nhiều vào thành phần hóa học và độ ẩm của đất. 1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố - “Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hóa chất cải tạo đất cho hệ thống lưới nối đất trạm biến áp cao thế ở TP.Hồ Chí Minh”, Nguyễn Quốc Văn, trƣờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM. - “Tính toán điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất”, Nguyễn Thanh Tùng, trƣờng Đại học sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM. - “Phƣơng pháp thực nghiệm tính toán tối ƣu lƣới nối đất trạm biến áp cao áp” của tạp chí khoa học trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật, 2005. 1.2. Mục đích của đề tài Tính toán điện trở nối đất khi sử dụng hóa chất cải tạo đất (hóa chất GEM). 1.3. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài - Xây dựng công thức tính điện trở nối đất có sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất cho hệ thống đơn giản.Từ đó, nhận xét và đƣa ra khuyến cáo sử dụng. - Tính toán kinh tế và thời gian hoàn vốn cho hệ thống nối đất thông tin, làm việc R<1Ω, hệ thống nối đất an toàn R<4Ω và hệ thống nối đất chống sét R<10Ω trong trƣờng hợp có sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất. HVTH: Nguyễn Thanh Hà 2 GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: - Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất Xây dựng chƣơng trình tính toán điện trở nối đất cho hai trƣờng hợp: Không dùng chất cải tạo đất và có sử dụng chất cải tạo đất (GEM) trong môi trƣờng Matlab. 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Đọc, tra cứu, nghiên cứu tài liệu. - Thảo luận. - Nghiên cứu qua internet. HVTH: Nguyễn Thanh Hà 3 GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Các biện pháp cải tạo đất Do đất có giá trị điện trở suất lớn và thay đổi theo môi trƣờng thực tế đặt biệt ở những vùng đất núi. Do vậy, để thực hiện tiếp đất cho một hệ thống điện đƣợc an toàn, cần giảm thiểu điện trở nối đất khi thực hiện tiếp đất cho một hệ thống điện bằng nhiều cách khác nhau: + Sử dụng muối Clorua, đồng sunphat, Canxi clorua để tăng khả năng dẫn điện của đất. + Sử dụng Ben Tonic, đất sét tự nhiên chứa nhiều khoáng chất, ổn định, an toàn và độ ẩm cao khoảng 300%. Điện trở của đất này thấp và quá trình điện phân trong nƣớc của các hợp chất Na2O, K2O, CaO, MgO và các muối khoáng khác trong đất tạo ra các ion dẫn điện. Ngoài ra, Ben Tonic còn có khả năng giản nở lớn khi thấm nƣớc và khả năng hút ẩm và giữ ẩm cao. Tuy nhiên, việc dùng Ben Tonic không mang lại hiệu quả cao ở những nơi đất có độ ẩm thấp, nơi đất khô hạn. Vì khi đó, lớp đất này sẽ co lại làm tăng điện trở của hệ thống nối đất. + Đức đã chế tạo ra một loại hóa chất cải tạo đất bằng bột sét dẫn điện đã qua sấy, sàn mịn công nghiệp và các phụ gia để tăng cƣờng trao đổi cation (tăng ion + và ion -), làm tăng độ ẩm, đảm bảo độ ổn định. Các hóa chất này đã đƣợc thí nghiệm áp dụng cho nhiều nơi có hiệu quả, đặc biệt là rẻ hơn nhập ngoại nhiều. + Hãng ERICO cũng đã cho ra thị trƣờng một loại hóa chất cải tạo đất khá hiệu quả đó là GEM. GEM rất đa dạng về chủng loại, mỗi loại đều có trị số điện trở suất khác nhau nhƣng không lớn quá 0.2Ωm. Sản phẩm còn có phần mềm “trợ giúp thiết kế nối đất” để giúp cho việc thiết kế đơn giản hơn. Luận văn này sẽ đi xây dựng công thức tính toán điện trở nối đất khi áp dụng biện pháp cải tạo đất dùng hóa chất. 2.2. Một số khái niệm, định nghĩa Hệ thống nối đất – tập hợp các cực tiếp địa và dây nối đất có nhiệm vụ truyền dẫn dòng điện xuống đất. Hệ thống nối đất bao gồm nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo. HVTH: Nguyễn Thanh Hà 4 GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Luận văn thạc sỹ: Tính toán điện trở nối đất có xét đến hóa chất làm giảm điện trở đất Cực tiếp địa – Cọc bằng kim loại dạng tròn, ống hoặc thép góc, dài 23 mét đƣợc đóng sâu trong đất. Các cọc này đƣợc nối với nhau bởi các thanh giằng hoặc dây cáp đồng bằng phƣơng pháp hàn hóa nhiệt. Hệ thống nối đất tự nhiên – hệ thống các thiết bị, công trình ngầm bằng kim loại có sẵn trong lòng đất nhƣ các kết cấu kiện bê tông cốt thép, các hệ thống ống dẫn bằng kim loại, vỏ cáp ngầm v.v. Hệ thống nối đất nhân tạo – hệ thống bao gồm các cực tiếp địa bằng thép hoặc bằng đồng đƣợc 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 thƣờng, 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 bảo vệ – hệ thống nối đất với mục đích loại trừ sự nguy hiểm khi có sự tiếp xúc của ngƣời với các phần tử bình thƣờng không mang điện nhƣng 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. 2.3. Phƣơng pháp xác định điện trở của hệ thống nối đất 2.3.1. Hệ thống nối đất đơn giản (không GEM) + Điện trở nối đất của điện cực nối đất đơn có chiều dài l và đƣờng kính d (Hình 2.1 trang 8) R ρ  8l  ln( )  1  2πl  d  (2.1) Trong đó: R là điện trở nối đất của điện cực đơn ();  là điện trở suất của đất (m); l là chiều dài của điện cực (m); d là đƣờng kính của điện cực (m). + Điện trở nối đất của nhiều điện cực song song (Hình 2.2 trang 8)  1  λa  R n  R   n  với a  (2.2) ρ 2πRs HVTH: Nguyễn Thanh Hà 5 GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh