Nối đất chống sét của phân xưởng

CHƯƠNG VI: NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT CỦA PHÂN XƯỞNG CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ CHỐNG SÉT CHO PHÂN XƯỞNG SCCK I. Khái niệm: Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giửa các đám mây và đất hay giửa các đám mây mang điện trái dấu. Hiện tượng sét rất nguy hiểm cho các thiết bị, sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào các thiết bị không những làm hư hỏng các thiết bị mà còn gây bguy hiểm cho người vận hành. Do đó hệ thống cung cấp điện nhất thiết phải có biện pháp an toàn có hiệu quả để tránh điện giật và sét đánh chết người. Mộy biện pháp hiệu quả và tương đối rẽ là thực hiện nối đất và đặt các thiết bị chống sét. Độ tổn thương do điện phụ thuộc vào cường độ dòng điện I, thời gian và đường đi dòng điện chậy qua người, đồng thời phụ thuộc vào sức khoẻ và điện trở người. Dòng điện 100mA là có thể giật chết người, thậm chí từ 5 đến 100mA củng đủ gây chết người. II. CÁC HÌNH THỨC BẢO VỆ CHỐNG SÉT: Bảo vệ chống sét bằng một cột thu lôi. Cột thu sét bao gồm các phần tử: Kim thu sét đặt trên đỉnh cột điện, xà đở dây dẩn điện hay các công trình. Dây nối đất liền kim thu sét với hệ thống nối đất. Hệ thống nối đất bao gồm các thanh kim loại chôn sau vào trong đất, có tác dụng tản nhanh dòng điện sét vào trong đất. Bảo vệ chống sét từ đuờng dây truyền vào trạm: Sóng quá điện áp truyền từ dây vào trạm làm phá hoại thiết bị trong trạm. Nên dùng các thiết bị chống sét làm hạ thấp biên độ sóng quá điện áp đến trị số an toàn cho cách điện cần đuợc bảo vệ. Thiết bị chống sét chủ yếu cho trạm là chống sét van (CSV) kết hợp với chống sét ống (CSO) và khe hở phóng điện. III. TÁC DỤNG CỦA VIỆC NỐI ĐẤT VÀ AN TOÀN KHI NỐI ĐẤT: + Nối đất có 3 chức năng: nối đất làm việc, nối đất chống sét và nối đất an toàn. + trang bị nối đất bao gồm các điện cực và dây dẩn nối đất. Dây nối đất dùng để nối liền các bộ phận được nối đất với các điện cực. + trong nối đất bảo vệ thì điện áp trên vỏ thiết bị so với đất. Trong đó: Dòng điện ngắn mạch một pha chạm đất. : điện trở nối đất. + Khi người chạm phải vỏ thiết bị có điện áp dòng điện chạy qua người được xác đinh. + vì điện trở của người đuợc coi như mắc song song với điện trở nối đất. + khi thực hiện nối đất sao cho thì có thể coi Như vậy khi thực hiện nối đất tốt, điện trở nối đất đủ nhỏ có thể đảm bảo dòng điện chạy qua người nhỏ không gây nguy hiểm đến tính mạng. Khi có trang bị nối đất dòng điện ngắn mạch theo dây dẩn nối đất xuống các điện cực và chạu tản vào trong đất. Mặt đất tại chổ đặt điện cực có điện thế lớn nhất, càng xa điện cực điện thế giảm dần và bằng 0, ở nơi cách xa điện cực từ 15m đến 20m. Nếu bỏ qua điện trở nhỏ của dây nối đất thì điện trở nối đất được xác định. Trong đó:; điện áp của trang bị nối đất đối với đất Nếu tay người hoặc một bộ phận nào đó của cơ thể chạm vào thiết bị thì địên áp tiếp xúc là điện áp giửa chổ chạm ở cơ thể người với chân người được xác định. Trong đó: :điện thế lớn nhất tại điểm đặt điện cực nối đất : điện thế trên mặt đất, chổ chân người đứng Điện áp bước được xác định: Điện áp tiếp xúc và điện áp bước phải nằm trong giới hạn cho phép. Để thoả mãn điều này nguời ta tiến hánh bố trí nối đất để tạo sự cân bằng thế và tản nhanh dòng điện vào đất. IV. TÍNH TOÁN TRANG BỊ NỐI ĐẤT: Cách thực hiện nối đất: Nối đất có 2 loại: nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo. Nối đất tự nhiên là sử dụng các ống dẩn nước hay các ống bằng kim loại khác đặt trong đất( trừ các ống dẩn nhiên liệu lỏng và khí dễ cháy), các kết cấu kim loại của công trình nhà xưởng có nối đất. Nối đất nhân tạo thường được thực hịên bằng cọc thép, ống thép, thanh thép dẹt hình chử nhật hoặc thép góc dài 2-3 mét chôn sâu xuống đất sao cho đầu trên của chúng cách mặt đất khoảng 0,5-0,7 mét. Đối với lưới điện áp trên 1000V có dòng chạm đất lớn yêu cầu 0,5. Điện trở nối đất nhân tạo không được >1. Đối với lưới điện áp trên 1000V có dòng chạm đất bé yêu cầu Khi dùng trang bị nối đất chung cho cả điện áp trên và dưới 1000V. Khi dùng riêng trang bị nối đất cho các thiết bị có điện áp trên 1000V. Trong đó: 125 và 250 : là điện áp lớn nhất cho phép của trang bị nối đất : dòng điện chạm đất một pha. Trong cả 2 trường hợp trên điện trở nối đất không được vượt quá 10 .đối mạng với điện áp dưới 1000V điện trở nối đất tại mọi thời điểm không được lớn hơn 4. Nối đất lặp lại của dây trung tính trong mạng 380/220V phải có điện trở không quá 10. Nối đất lặp lại của dây trung tính trong mạng 220/380V phải có điện trở không quá 10. Trường hợp có nhiều thiết bị phân phối có điện áp khác nhau đặt trên cùng một khu đất nên thực hiện trang bị nối đất chung. Điện trở nối đất chung càn thoả mãn các yêu cầu của trang bị nối đất náo đòi hỏi điện trở nối đất nhỏ nhất. Đối với thiết bị có điện áp cao hơn 1000V, có dòng chạm đất bé và các thiết bị có điện áp đến 100V nên sử dung nối đất tự nhiên có sẵng. Đối với dòng truyền tải trên không cần nối đất các cột bê tông và cột thép của tất cả các đường dây tải điện 35KV. Các đường dây 3-22KV chỉ cần nối đất ở khu vực có dân cư. Cần nối đất các cột bê tông cốt thép, cột gổ của tất cả các loại đường dây ở mọi cấp điện áp khi có đặt thiết bị bảo vệ chống sét hay dây chống sét. Điện trở nối đất cho phép từ 10-d9 Trên các đường dây 3 pha 4 dây 380/220V có điểm trung tính trực tiếp nối đất, các cột sắt, xá sắt cần phải được nối với dây trung tính. Trong các mạng điện có điện áp dưới 1000V có điểm trung tính cách điện, các cột sắt và bê tông cốt thép cần có điện trở nối đất không quá 50. Điện trở nối đất chủ yếu các định bằng điện trở suất của đất , hình dạng, kích thước điện cực và độ chôn sâu của đất. Điện trở suất của đất phụ thuộc thành phần, mật độ , độ ẩm và nhịêt độ của đất và có thể xác định chính xác bằng đo lường. - Cát 7.10 - các lẩn đất 3. 10 - đất sét 1. 10 - đất vườn, ruộng 0,4. 10 - đất bùn 0,2. 10 Trong tính toán phải lấy trị số lớn nhất trong năm Trong đó: : hệ số tăng cao Đối với ống và thanh thép góc dai2m-3m khi đầu trên cách đất 0,5m-0,8m thì = 1,2-2. Đối với thanh thép dẹt đặt nằm ngang cách mặt đất 0,8m thì =1,5-7 Bản hệ số K hiệu chỉnh điện trở suất của đất: Loại cọc nối đất Loại đất Đất rất ướt Đất ướt trung bình Đất khô Thanh dẹt nằm ngang (điện cực nang) 6,5 5,0 4,5 Thanh dẹt chôn nằm ngang đặt ở độ sâu 0,5 0,8m 3,0 2,0 1,6 Cọc đóng thẳng đứng đóng ở độ sâu cách mặt đất 0,8m 2,0 1,5 1,4 Ta có bảng 1: Điện trở khuếch tán của các ống bằng kim loạichôn sâu dưới đất 200cm, ( điện trở suất của đất ) Độ dài ống chôn sâu dưới đất (m) Đường kính ông (inch) 1inch = 2,54cm 1,5 2,5 4 6 100 0,47 0,35 0,28 0,23 500 0,37 0,29 0,24 0,19 1000 0,30 0,25 0,20 0,17 2000 0,25 0,20 0,17 0,15 Ta có bảng 2: Điện trở khuếch tán của các ống bằng kim loạichôn sâu dưới đất 70cm, ( điện trở suất của đất ) Độ dài phần cáp chôn sâu dưới đất, m Thiết diện cáp mm 16-35 50-95 120 50 2,1 1,6 1,2 100 2,0 1,5 1,1 200 1,8 1,4 1,0 500 1,4 1,1 0,8 1000 1,2 0,9 0,7 Tính Toán Nối Đất Tự Nhiên: Mạng tính gần đúng. Đối với đường ống dẩn nước bằng kim loại, điện trở khuếch tán đuợc tính gần đúng như bảng 1 ở trên chôn sâu dưới đất 200cm. Điện trở suất chuẩn của đất là Đối với các vỏbằng chì chôn dưới đất, điên trở khuếch tán được tính theo bảng 2. Các điên trở khuếch tán trong bảng 1&2, khi tính phải nhân với hệ số K. Khi trong một rảnh chôn nhiều cáp thì điện trở khuếch tán tất cả các vỏ cáp phải xét tới ảnh hưởng của màng che và được xác định theo biểu thức: Trong đó: : điện trở khuếch tán của một cáp n: số cáp chôn cùng một rảnh. Điện trở nối đất tự nhiên được tính theo công thức: trong đó: là điện trở khuếch tán của các vỏ cáp hoặc ống nước đặt riêng rẽ. Tính Toán Nối Đất Nhân Tạo: Nếu > R thì điện trở nối đất nhân tạo được tính theocông thức. Trong đó:R điện trở nối đất cho phép lớn nhất của trang bị nối đất : điện trở nối đất tự nhiên. Điện trở nối đất nhân tạogồm hệ thống cọc côn thẳng đứng và thanh đặt nằm ngang được xác định theo công thức. Trong đó: điện trở khuếch tán của hệ thống thanh chôn nằm ngang : điện trở khuếch tán của hệ thống cọc chôn thẳng đứng. Đối với một cọc bằng thép ống hoặc thép góc chôn thẳng đứng thì điện trở khuếch tán được tính. Trong đó: : điện trở suất của đất . cm l: chiều dài cọc. cm d: đường kính ngoài của cọc. cm t: độ chôn sâu tính từ mặt đất điểm giữa cọc. Cm đối với thép góc đường kính đẳng trị được tính theo: d= 0,95.b ( với b là bề rộng của các cạnh thép góc) đối với các thanh thép dẹt hoặc tròn điện rở khuếch tán được tính. , Trong đó: b: bề rộng của thanh thép dẹt . cm d: đường kính của thanh thép tròn . cm t: độ chôn sâu tính từ mặt đất đến giữa thiết diện ngang của thanh. Cm :điện trở khuếch tán của một thanh thép tròn. : điện trở khuếch tán của một thanh thép dẹt. Khi xác định điện trở nối đất của toàn bộ mạch vòng cần phải xét tới ảnh huởng của màng che giữa các cọc của thanh. Trong trường hợp này ta dùng hệ số sử dụng của cọc đứng và của điện cực ngang hay của thanh nằm ngang Điện trở khuếch tán của n coc có xét tới ảnh hưởng của màng che được tính theo : Trong đó: : điện trở của một cọc hay môt điện cực thẳng đứng. : hệ số sử dụng của các điện cực chôn thẳng đứng Điện trở khuếch tán của thanh nằm ngang nồi giữa các điện cực đóng thẳng đứng có xét tới ảnh huởng của màng che. Trong đó: : Điện trở khuếch tán của thanh nối chưa xét tới ảnh hưởng của màng che. : hệ số sử dụng của thanh nằm ngang. Bảng hệ số của và : Số cọc chôn thẳng đứng Tỉ số a/ l ( a khoảng cách giữa các cọc, l chiều dài cọc) 1 2 3 Khi đặt các cọc theo chu vi mạch vòng 4 0,69 0,45 0,78 0,55 0,58 0,7 6 0,62 0,4 0,73 0,48 0,8 0,64 8 0,58 0,36 0,71 0,43 0,78 0,6 10 0,55 0,34 0,69 0,4 0,76 0,56 20 0,47 0,27 0,64 0,32 0,71 0,47 30 0,43 0,24 0,6 0,3 0,68 0,41 50 0,4 0,21 0,56 0,28 0,66 0,37 70 0,38 0,2 0,54 0,26 0,64 0,35 100 0,35 0,19 0,52 0,24 0,62 0,33 B. khi đặt các cọc thành dãy 3 0,78 0,8 0,86 0,92 0,91 0,95 4 0,74 0,77 0,83 0,87 0,88 0,92 5 0,7 0,74 0,81 0,86 0,87 0,9 6 0,63 0,72 0,77 0,83 0,83 0,88 140 0,59 0,62 0,75 0,75 0,81 0,82 15 0,54 0,5 0,7 0,64 0,78 0,74 20 0,49 0,42 0,68 0,56 0,77 0,68 30 0,43 0,312 0,65 0,46 0,75 0,58 4. Trình Tự Tính Toán Nối Đất: a) Tính toán nối đất cho phân xưởng: Aùp Dụng: chọn n =30 cọc, b = 50mm 50mm 5m, l = 250cm. Ở đây ta dùng phương pháp nối theo mạch vòng, các cọc cách nhau(a= 5m) và dùng thanh nối là thanh thép dẹp chôn cách mặt đất là 0,5m. Vậy tỉ số Chọn đất cho phân xưởng là đất có pha sỏi với k=1,4 điện trở suất Điện trở khuếch tán của một cọc là : với d= 0,95.b = 0,95.50 = 4,75cm t= 50 +175 = 44,3 Điện trở khuếch tán của n cọc: Với =30 và tra bảng cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú ta được = 0,6. Điện trở khuếch tán của thanh nằm ngang chưa xét tới ảnh hưởng của màng che dùng thép dẹp có b= 0,5cm, l= 2000cm, chôn sâu 50cm. Điện trở khuếch tán của thanh nằm ngang khi xét tới ảnh hưởng của màng che. với = 0,3 tra bảng cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú. Điên trở nối đất của phân xưởng: < 4 thoã. b) Tính toán nối đất cho trạm biến áp: Dây ta chọn 20 cọc phân bố theo mạch vòng và có kích thướt như đã chọn cho nối đất phân xưởng. = 44,3 với = 0,3 và = 0,6. chọn thanh nằm ngang thép dẹp có b = 5cm, l= 5000cm. Vậy: thoả. Thiết kế chống sét: a.Thiết kế chống sét cho trạm biến áp vàcủa toàn phân xưởng: - Đây là trạm biến áp có công suất lớn 31500KVA là loại lớn và diện tích của nhà máy tương đối lớn cho nên việc chống sét cho nhà máy và trạm rất quan trọng. - Sau đây là phương pháp chống sét hiện đại đang được sử dụng: + Giải pháp chống setù theo nguyên lý “ Hệ thống dàn phân tán” ( Dissipation Array System DAS). Dựa trên cơ sở thực nghiệm và áp dụng phương pháp tính toán gần đúng, một số chuyên gia chuyên nghành chống sét đã đề ra giải pháp chống sét theo nguyên lý dàn phân tán – DAS. Mục đích của phương pháp này là nhằm ngăn chặn tối đa sự phóng điện sét vào công trình cần bảo vệ bằng cách giảm chênh lệch điện áp một cách liên tục giữa mặt đất và đám mây. Theo nguyên lý – DAS, một mũi nhọn đặt trong một vùng có điện trường mạnh sẽ thiếu điện tử ( quá trình ion hoá các phần tử không khí xung quanh mũi nhọn có thể xảy ra nhưng không đáng kể), làm cho điện thế của mũi nhọn tăng lên rất cao khoảng 10KV trở so với xung quanh. Giải pháp DAS đưa ra dựa vào nguyên lý tạo ra thật nhiều điểm mũi nhọn, mỗi mũi nhọn có khả năng ion hoá mạnh các phần tử không khí xung quanh. Lúc này số lượng lớn các mũi nhọn có khả năng ion hoá mạnh, đồng thời ion hoá một vùng không khí rộng lớn phía trên, làm giảm sự chêng lệch quá lớn của điện trường so với mặt đất. Như vậy sẽ hạn chế được sự phóng điện sét vào cônh trình của đám mây đông. Nếu công trình xây dựng ở những nơi mà xung quanh có nhiều cây cối hoặc nhà bao bọc, theo nguyên lý DAS thì khả năng sét đánh vào công trình bị hạn chế rất nhiều. Một hệ thống chống sét theo nguyên lý DAS gồm có ba phần chủ yếu sau: + Phần gắn các kim thu sét có khả năng ion hoá vùng không khí xung quanh. + Phần thu điện tích trong đất. + Phần nối điện tích nối liền hai phần trên. b. Chống sét cho mặt bằng phân xưởng. Ta chọn phương pháp chống sét bằng cột thu sét với diện tích S= 7,4m x 24,4m =180,56 m2. chiều cao của phân xưởng hx = 6,5 m. Do đó pải tính toán cho phân xưởng nằm trong phạm vi của cột thu sét. Chọn chiều cao của cột thu sét là ha =5 m. h = ha + hx =6,5 +5 = 11,5 m. Bán kính bảo vệ của cột thu sét. ( chọn P = 1 vì h< 30m). = . Số cột cần thiết cho phân xưởng: (cột). Chọn đường kính dây dẫn chống sét là 75mm2. Vậy ta chọn 3 cột thu sét. Chọn hai cột cách nhau 10m bề ngang hẹp nhất bx của hai cột thu sét là: . 2bx =4,25x2=8,5. Thoả bề rộng nhỏ nhất của phân xưởng. c. Chống sét cho trạm biến áp: Chọn chiều cao của trạm biến áp là hx = 6m. Diện tích trạm biến áp S = 8m x 6m = 48m. tra sách tra cứu cung cấp điện của NGUYỄN XUÂN PHÚ và dựa vào Sdm MBA. Ta chọn phương pháp chống sét bằng cột thu sét . Chọn chiều cao của cột thu sét là ha = 5m. Ta có: h = ha + hx = 11m. Bán kính bảo vệ của cột thu sét. chọn P = 1 vì h< 30m. dựa vào chiều cao trạm biến áp và bán kính bảo vệ ta chọn một cột.