Bài giảng Cung cấp điện (Mới)

ân phối 
2ữ3 m
d
d I
125
R ≤ (4) 
Khi dùng riêng (chỉ dùng cho TB. >1000 V) thì: 
d
d I
250
R ≤ (5) 
Trong đó 125 và 250 là điện áp cho phép lớn nhất của trang bị nối đất. 
Id - Dòng chạm đất 1 pha lớn nhất. 
+ Trong cả hai tr−ơng hợp, điện trở nối đất không đ−ợc v−ợt quá 10 Ω. 
 Rd ≤ 10 Ω 
L−ới Udm < 1000 V: điện trở nối đất tại mọi thời điểm trong năm không v−ợt 
quá 4 Ω (riêng TB. nhỏ khi tổng công suất của máy phát và trạm BA không 
v−ợt quá 100 kVA, cho phép Rd đến 10 Ω). 
+ Nối đất lặp lại của dây trung tính trong mạng 380/220 V phải có Rd< 10 Ω 
+ Nếu tại điểm nào đó có nhiều TB. phân phối với điện áp khác nhau đặt 
trên cùng khu đất, nếu thực hiện nối đất chung. Thì điện trở nối đất phải 
thoả mãn yêu cầu của trang bị nối đất nào đồi hỏi có Rd nhỏ nhất. 
Đối với đ−ờng dây trên không: 
Udm ≥ 35 kV cần nối đất tất cả các cột bê tông, cột thép. 
Udm 3 ữ 20 kV – chỉ cần nối đất các cột ở gần nơi dân c−. 
Cần phải nối đất cho tất cả các cột bê tông, cột thép, cột gỗ của tất cả các 
loại đ−ờng dây ở mọi cấp điện áp khi trên cột đó có đặt bảo vệ chống sét 
hay dây chống sét. Điện trở nối đất cho phép của cột phụ thuộc vào điện 
trở suất của đất lấy 10 ữ 30 Ω. 
+ Trên các đ−ờng dây 3 pha 4 dây, điện áp 380/220 V có điểm trung tính 
trực tiếp nối đất các cột sắt và xà của cột bê tông cần phải đ−ợc nối với dây 
trung tính. 
+ Mạng Udm < 1000 V có dây trung tính cách đất, cột sắt, bê tông cốt thép 
cần có điện trở nối đất không quá 50 Ω. 
2) Tính toán hệ thống nối đất:: 
a) Điện trở nối đất của cọc và thanh nối: 
Phụ thuộc vào hình dạng, kích th−ớc và độ chôn sâu trong đất và điện trở 
xuất của đất tại nơi thực hiện nối đất. Các công thức tính toán và cách lắp 
đặt cho trong bảng d−ới đây. 
b) Tính toán hệ thống nối đất:: 
Hệ thống nối đất th−ờng bao gồm một số điện cực nối song song với nhau 
một khoảng t−ơng đối nhỏ (vì lý do không gian và kinh tế). Vì vậy khi có 
dòng ngắn mạch chạm đất, thể tích đất tản dòng từ mỗi cực giảm đi → do 
đó làm tăng điện trở nối đất của mỗi cọc. 
NH− vậy, nếu nối đất gồm n điện cực (cọc) thì điện trở nối đất của toàn hệ 
thống (không kể đến thanh nối ngang) không phải là Rcọc/n mà là: 
Bảng công thức xác định điện trở tản dòng của các điện cực khác nhau 
 Bảng 12-1 
Kiểu nối đất 
Cách đặt điện 
cực 
Công thức 
Chú 
thích 
Chôn thẳng 
đứng, làm băng 
thép tròn, đầu 
trên tiếp xúc với 
mặt đất. 
d
l4
ln
l.2
R ttddc π
ρ= 
 l > d 
Chôn thẳng 
đứng, làm bằng 
thép tròn, đầu 
trên nằm sâu 
cách mặt đất 
một khoảng. 
 )
lt4
lt4
ln
2
1
d
l2
(ln
l.2
R ttddc −
++= π
ρ 
 l > d 
Chôn nằm 
ngang, làm 
bằng thép dẹt, 
dài, nằm sâu 
cách mặt đất 
một khoảng. 
b – chiều rộng 
của thanh dẹt, 
nếu điện cực 
tròn có đ−ờng 
kính d thì b=2d 
t.b
l2
ln
l.2
R
2
ttng
dc π
ρ= 
5,2
t2
l ≥
Tấm thẳng 
đứng, sâu cách 
mặt đất một 
khoảng 
a, b kích th−ớc 
của tấm. 
b.a
25,0R ttddc
ρ= 
Vành xuyến, 
làm từ thép dẹt, 
đặt nằm ngang, 
sâu cách mặt 
đất một khoảng. 
b – chiều rộng 
của cực. 
bt
D8
ln
D2
R
2
2
ttng
ng π
ρ= 
 t<D/2 
Nếu điện 
cực tròn 
đ−ờng 
kính d thì 
b=2d 
l
d
l
d
t
b
l
t
b
a
b
D
t
 (6) η.n
R
R cọcd = 
Trong đó: 
η - là hệ số sử dụng điện cực nối đất. Hệ số này sẽ giảm đi khi số cọc trong 
cùng một không gian tăng lên (tức khi khoảng cách giữa các cọc giảm), 
ngoài ra còn phụ thuộc hình dạng các loại nối đất (kiểu nối mạch vòng, 
kiểu nối thẳng). Trị số η th−ờng đ−ợc cho tr−ớc, hoặc tra theo đ−ờng cong 
theo số cọc, khoảng cách giữa các cọc, loại mạch nối đất ..v.v 
c) Điện trở suất của đất:: phụ thuộc vào thành phần, mật độ, độ ẩm và 
nhiệt độ của đất. Và chỉ có thể xác định chính xác bằng đo l−ờng. Các trị số 
gần đúng của điện trở suất của đất (khi độ ẩm bằng 10 – 20 % về khối 
l−ợng) tính bằng Ωcm. 
Ví dụ: Cát 7.104 Ωcm. 
 Cát lẫn đất 3.104 Ωcm. 
 Đất sét 0,6.104 Ωcm. 
 Đất v−ờn 0,4.104 Ωcm. 
 Đất đen 2.104 Ωcm. 
Điện trở suất của đất không phải cố định trong cả năm mà thay đổi do ảnh 
h−ởng của sự thay đổi độ ẩm và nhiệt độ của đất, do đó điện trở của trang 
bị nối đất cũng thay đổi. Vì vậy trong tính toán nối đất phải dùng điện trở 
suất tính toán là trị số lớn nhất trong năm. 
 ρtt = Kmax .ρ (7) 
Trong đó: Kmax – hệ số tăng cao, phụ thuộc điều kiện khí hậu ở nơi xây 
dựng trang bị nối đất. 
Đối với các ống và thanh thép góc dài 2 – 3 m khi chôn sâu mà đầu trên 
cách mặt đất 0,5 – 0,8 m thì hệ số Kmax = 1,2 – 2. Còn khi đặt nằm ngang 
cách mặt đất 0,8 m thì hệ số Kmax = 1,5 – 7. Tóm lại trình tự tính toán nối 
đât nh− sau: 
Trình tự tính toán: 
B−ớc 1: Xác định điện trở cần thiết của trang bị nối đất (của hệ thống nối 
đất) theo tiêu chuẩn (cách thông th−ờng hoặc theo INmax). Rd 
B−ớc 2: Xác định điện trở nối đất của HT nối đất tự nhiên có sẵn Rtn . 
B−ớc 3: Nếu Rtn < Rd nh− đã nói ở phần trên, với l−ới trung áp có dòng 
chạm đất nhỏ và ở l−ới hạ áp → không cần phải đặt nối đất nhân tạo. Còn 
ở l−ới điện áp cao U ≥ 110 kV có dòng chạm đất lớn (hoặc ngay cả ở l−ới 
trung áp khi có dòng chạm đất lớn, tức l−ới dài) → lúc đó vẫn nhất thiết phải 
đặt nối đất nhân tạo với điện trở không lớn hơn 1 Ω. 
Nếu Rtn > Rd thì phải xác đình điện trở của nối đất nhân tạo theo công 
thức sau: Từ (HV.) ta có: 
tnntd R
1
R
1
R
1 += 
 → 
tnnt
tnnt
d RR
R.R
R += 
 Rd .Rnt + Rd .Rtn = Rnt.Rtn → Rnt (Rd - Rtn) = Rd.Rnt 
 (8) 
dtn
tnd
nt RR
R.R
R −= 
B−ớc 4: Từ trị số Rnt (8) ta sẽ tính ra số điện cực cần thiết, cần bố trí các 
điện cực để sao cho giảm Utx và Ub . Để tính đ−ợc số điện cực cần thiết 
tr−ớc tiên ta chọn một loại điện cực th−ờng dùng (thép góc hoặc thép tròn) 
→ Tra bảng hoặc tính Rcọc theo các công thức cho trong Bảng 12-1. Trong 
khấu này cần có ρtt ; kích th−ớc bố trí, độ sâu chôn cọc .v.v Những điều 
này phụ thuộc cả vảo không gian có thể đ−ợc phép sử dụng, hoặc có thể 
cho phép thi công dẽ dàng. 
B−ớc 5: Sơ bộ xác định số điện cực cần thiết của HT. 
 (9) 
sdcnt
coc
K.R
R
n = 
Chú ý: số cọc trong hệ thống nối đất không đ−ợc phép nhỏ hơn 2 (để 
giảm điện áp b−ớc). 
Ksdc – Hệ số sử dụng cọc, tham số này phụ thuộc vào số l−ợng cọc, 
khoảng cách cọc, loại HT (mạch vòng hay tia) → có thể sơ bộ tra bảng 
theo các kích th−ớc dự kiến. Ksdc = f ( n, khoảng cách, loại HT). → tạm 
xác định. 
B−ớc 6: Khi cần xét đến điện trở nối đất của các thanh nối nằm ngang. Sơ 
bộ −ớc l−ợng chiều dài (chu vi mạh vòng có thể cho phép lắp đặt HT nối 
đất). Việc tính Rt (điện trở của thanh nối) theo công thức (tra bảng); Sau đó 
điện trở của toàn bộ thanh nối sẽ đ−ợc tính theo công thức sau: 
t
t'
t
R
R η= 
Rtn Rnt 
t−ơng đ−ơng
Rđ 
HV. 
Trong đó: 
Rt – Tính theo công thức tra bảng. ηt – Hệ số sử dụng thanh nối ngang. 
B−ớc 7: Tính chính xác điện trở cần thiết của các cọc (điện cực) thẳng đứng 
có xét tới điện trở của thanh nối nằm ngang. 
'
tcọc
nt R
1
R
1
R +=
∑
 ⇒ 
nt
'
t
'
tnt
coc RR
R.R
R −=∑ (11) 
B−ớc 8: Tính chính xác số cọc thẳng đứng có xét tới ảnh h−ởng của thanh 
nằm ngang và hệ số sử dụng cọc. 
∑
=
R.K
R
n
sdc
coc (12) 
Ví dụ: Tính toán trang bị nối đất trạm phân phối 10 kV. Dòng điện điện 
dung chạm đất 1 pha của mạng 10 kV bằng 25 A. Bảo vệ chống chạm đất 
1 pha của mạng 10 kV tác động phát tín hiệu. Trong trạm có đặt máy biến 
áp giảm áp 10/0,38; 0,22 kV phía hạ áp có trung tính trực tiếp nối đất. 
- Đất thuộc loại đất sét, có ρ = 0,6 . 104 Ωcm. 
- Giả thiết xây dựng nối đất hình mạch vòng bằng thanh thép góc, 
chu vi mạch vòng 80 m. Không có nối đất tự nhiên. 
Giải: Điện trở trang bị nối đất xác định theo công thức: 
 Ω5
25
125
Rd == 
Để nối đất điểm trung tính của các máy biến áp ở phía 380/220 V phải có 
trang bị nối đất với điện trở R = 4 Ω ⇒ Nh− vậy điện trở nối đất chung của 
trạm không đ−ợc lớn hơn 4 Ω. 
Nối đất đ−ợc làm bằng thanh thép góc L50x50x5 dài 2,5 m với độ chôn sâu 
0,7 m. Các thanh thép góc đ−ợc nối với nhau bằng thanh thép dẹt 20x4 
mm, Không tính đến điện trở nối đất của các thanh nối. 
Giả thiết hệ số tăng điện trở suất của đất khi thực hiện nối đất bằng các 
thanh thép góc lấy Kmax = 2. 
 + Tính điện trở suất tính toán của đất: 
 ρtt = kmax . ρ = 2x0,6. 104 = 1,2 . 104 Ωcm 
 + Điện trở của một thanh thép góc theo công thức (7). 
 Rcọc = 0,00318. ρtt = 38,16 Ω 
+ Số cọc (thép góc) cần thiết cho TH nối đất. 
 15
65,0x4
38
.R
R
n
d
coc === η 
Hệ số sử dụng η = 0,65 tìm đ−ợc theo đ−ờng cong cho sắn (lấy với tỷ số 
a/l = 2. Tỷ số giữa khoảng cách giữa các cọc và chiều dài cọc). Tức là ta 
giả thiết khoảng cách giữa các cọc là a = 5 m. Khoảng cách giữa các cọc 
là a = 80/15 = 53 m ⇒ gần đúng với điều đã giả thiết. 
12.3 Quá điện áp thiến nhiên và đặc tính của sét: 
 Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất 
hay giữa các đám mây mang điện tích khác dấu. Tr−ớc khi có sự phóng 
điện của sét đã có sự phân chia và tích luỹ rất mạnh các điện tích trong 
các đám mây giông do tác dụng của các luồng không khí nóng thổi bốc lên 
và hơi n−ớc ng−ng tụ trong các đám mây rất mãnh liệt. Câc đám mây 
mang điện tích là do kết quả của sự phân tích các điện tích trái dấu và sự 
tập trung chúng trong các phần khác nhau của đám mây. 
 Phần d−ới của đám mây giông th−ờng tích điện tích âm, nó cùng 
với mặt đất hình thành một tụ điện “mây-đất”. ở phía trên của đám mây 
th−ờng tích luỹ các điện tích d−ơng. C−ờng độ điện tr−ờng của tụ điện 
mây-đất tăng dần lên và nếu tại chỗ nào đó c−ờng độ đạt đến trị số tới hạn 
25 ữ 30 kV/cm thì không khí bị ion hoá, tức là bắt đầu trở thành dẫn điện 
và sự phóng điện bắt đầu phát triển ở d−ới đất. 
 Phóng điện của sét chia làm 3 giai đoạn: 
+ Phóng điện giữa đám mây và đất đ−ợc bắt đầu bằng sự xuất hiện một 
dòng sáng phát triển xuống đất chuyển động từng đợt với tốc độ 100 ữ 
1000 km/s. Dòng này mang phần lớn điện tích của đám mây, tạo nên ở 
đầu cực nó một thế rất cao “hàng trăm triệu vôn”, giai đoạn này