12 Thiết Kế Tối Ưu Lưới Nối Đất Trên Cơ Sở Tiêu Chuẩn IEEE STD.80-2000 THIẾT KẾ TỐI ƯU LƯỚI NỐI ĐẤT TRÊN CƠ SỞ TIÊU CHUẨN IEEE STD 80 - 2000 OPTIMAL DESIGN OF GROUNDING SYSTEM BASED ON IEEE STD 80-2000 Huỳnh Văn Vạn, Trường ĐH Tôn Đức Thắng Lê Quang Trung, Trường CĐ Nghề Lilama ABSTRACT In this paper, we propose a method for optimal design of grounding system based on IEEE.std 80 standard The current along any one of the conductors is discharged into the earth in a different manner The urrent is discharged into the soil from the outer grid conductors rather than from the conductors at or near the center of the grid An effective way of making the current density more uniform between the inside and periphery conductors is to employ a nonuniform conductor spacing, with the conductor spacing larger at the center of the grid and smaller toward the perimeter This method completely uses all grounding conductors to decrease step voltage and touch voltage of grounding system Keywords: grounding system, optimal design of grounding system TÓM TẮT Trong báo đưa phương pháp nén lưới để thiết kế tối ưu lưới nối đất dựa tiêu chuẩn IEEE.std 80 Do phân bố dòng điện tản điểm dẫn lưới nối khơng giống Dịng điện tản vào đất dẫn mép lưới nối đất lớn dịng điện tản vào đất dẫn lưới nối đất Chính cách hiệu để dòng điện tản vào đất biên lưới nối đất phải bố trí khoảng cách lưới không theo tỉ số gọi tỉ số nén lưới Khoảng cách nối đất lưới nối đất lớn biên lưới nhỏ Điều đảm bảo tất nối đất sử dụng hiệu giảm điện áp bước điện áp tiếp xúc I GIỚI THIỆU Hệ thống nối đất (HTNĐ) phần tử quan trọng hệ thống điện đặc biệt trạm biến áp nhà máy điện trạm truyền tải trung gian HTNĐ có nhiệm vụ tản nhanh dịng điện cố vào đất mà khơng có gia tăng điện lớn giới hạn cách điện thiết bị đảm bảo giới hạn điện áp bước tiếp xúc không gây nguy hiểm cho người điều kiện vận hành hệ thống điện Việc tính tốn an tồn HTNĐ đòi hỏi phải theo tiêu chuẩn như: Tiêu chuẩn Việt Nam –[1], IEEE std.80 [2]-[3], IEC 479-1 –[4] Tiêu chuẩn IEEE Std.80 cung cấp thông tin hướng dẫn thiết kế hệ thống nối đất an toàn cho Trạm biến áp hệ thống điện Tiêu chuẩn xuất lần vào năm 1961 dựa đề xuất mơ hình tốn học thực tế cho việc tính điện áp bước tiếp xúc diện tích hình vng Steven năm 1959 Kể từ tiêu chuẩn nhiều nhà khoa học Thapar, Sverak, Dawalibi… phát triển sửa đổi vào năm 1976, 1986, 1996 2000 – [2]-[3] Tiêu chuẩn IEEE Std.80 -1976 đưa phương pháp tính giới hạn điện áp bước, giới hạn điện áp tiếp xúc điện áp lưới, điện áp bước hệ thống nối đất hình vng Lần xuất năm 1986 đưa sửa đổi quan trọng: i) Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật, số 18(2011) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Định nghĩa lại giới hạn điện áp bước điện áp tiếp xúc cho khối lượng thể người 50 kg 70 kg, ii) Thêm vào hệ số Cs thể ảnh hưởng đá granite bề mặt có điện trở suất khác lớp đất bên Tiêu chuẩn IEEE Std.80 xuất năm 2000, i) cơng thức mở rộng tính tốn cho lưới hình vng, hình chữ nhật, dạng tam giác, dạng T dạng L, ii) Thay đổi phương pháp tính hệ số suy giảm bề mặt: tính theo phương pháp giải tích với sai số 5% Thay đổi việc đánh giá lựa chọn dẫn kết 13 Bước 6: Xác định dòng điện lớn chạy lưới nối đất đất Khi thiết kế HTNĐ cần đảm bảo dòng điện cố tổng 3I0, dòng chạy vào lưới nối đất tản vào đất Dịng IG phụ thuộc loại cố vị trí cố, hệ số suy giảm mở rộng hệ thống tương lai Bước7: Nếu giá trị gia tăng điện áp GPR thấp giới hạn điện áp tiếp xúc khơng cần phải tính tốn thêm Thêm dây nối từ thiết bị nối đất đến hệ thống nối đất nối Mơ hình đất nhiều lớp để tính toán điện trở suất hệ thống nối đất đưa vào tính tốn- [4] Bước 8: Tính tốn điện áp bước điện áp lưới cho lưới vừa hồn thành II TRÌNH TỰ THIẾT KẾ HTNĐ CHO TRẠM BIẾN ÁP Bước1: Xác định sơ đồ vị trí TBA từ lựa chọn nơi thích hợp để thực nối đất Kiểm tra điện trở suất đất, xác định mơ hình đất, tính tốn điện trở suất đất Bước 9: Nếu điện áp lưới thấp giới hạn điện áp tiếp xúc trình thiết kế hồn thành Nếu điện áp lưới lớn giới hạn điện áp tiếp xúc thiết kế ban đầu phải thay đổi Bước 2: Xác định tiết diện dẫn Dòng cố 3I0 dòng cố lớn tương lai từ dòng điện tính tốn lựa chọn dẫn cho hệ thống nối đất Thời gian tc thời gian lớn cô lập cố Bước 3: Xác định giới hạn điện áp bước điện áp tiếp xúc, xác định khoảng thời gian điện giật Bước 4: Thiết kế sơ ban đầu bao gồm nối đất xung quanh chu vi nối đất bên chu vi để đảm bảo kết nối thuận lợi với thiết bị cần nối đất Xác định khoảng cách nối đất vị trí cọc nối đất dựa vào dịng IG diện tích nối đất Bước 5: Ban đầu tính điện trở hệ thống nối đất mơ hình đất đồng Khi thiết kế cuối phải tính xác giá trị dựa vào mô thành phần hệ thống nối đất, đảm bảo mơ hình đất lựa chọn xác Bước 10: Nếu điện áp bước điện áp tiếp xúc hệ thống nối đất thấp giới hạn điên áp điện áp bước điện áp tiếp xúc bước thiết kế yêu cầu đảm bảo kết nối thiết bị nối đất hệ thống nối đất Nếu khơng phải thay đổi lại thiết kế ban đầu Bước 11: Nếu điện áp bước điện áp tiếp xúc hệ thống nối đất lớn giới hạn điên áp điện áp bước điện áp tiếp xúc bước cần phải thay đổi thiết kế ban đầu Sự thay đổi thực cách giảm khoảng cách dây nối đất thêm cọc nối đất Thay đổi thiết kế để đảm bảo giới hạn điện áp tiếp xúc điện áp bước Bước 12: Sau đảm bảo yêu cầu điện áp bước điện áp tiếp xúc, cần phải thêm dẫn nối đất cọc nối đất bổ sung Thêm dẫn vào lưới nối đất thiết kế khơng có dẫn nối đất gần thiết bị nối đất Thêm cọc nối đất bổ sung thiết bị chống sét trung tính máy biến áp 14 III LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CHO TIÊU CHUẨN IEEE Std.80-2000 (hình 1) Hình 1: Lưu đồ giải thuật cho tiêu chuẩn IEEE Std.80-2000 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật, số 18(2011) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh 15 IV THIẾT KẾ TỐI ƯU HTNĐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NÉN LƯỚI Dòng điện cố chạy dẫn lưới nối đất tản vào đất Tuy nhiên phân bố dòng điện tản điểm dẫn lưới nối đất khơng giống Dịng điện tản vào đất dẫn gần mép lưới nối đất lớn dịng điện tản vào đất dẫn lưới nối đất Chính cách hiệu để dòng điện tản vào đất biên lưới nối đất phải bố trí khoảng cách lưới khơng theo tỉ số gọi tỉ số nén lưới Đây gọi phương pháp nén lưới Khoảng cách nối đất lưới nối đất lớn biên lưới nhỏ Điều đảm bảo tất nối đất sử dụng hiệu giảm điện áp bước điện áp tiếp xúc Khi dẫn nối đất xắp xếp theo qui luật hàm mũ, khoảng cách dẫn giảm từ đến biên lưới Khoảng cách dẫn tính theo cơng thức sau - [7]-[10] (2.1) Di = Dmax C i , i = 0:m (1) Hình 3: Hình dạng lưới nối đất sau nén Trong C tỉ số nén (0