Giáo trình An toàn điện - Chương 4: Bảo vệ nối đất

 đây ta xét 
một số trường hợp thường dùng nhất. 
 Vật nối đất là thép tròn, thép ống chôn sát mặt đất như hình 4-5 thì điện trở 
nối đất của một cột là: 
d
l4
ln.
.l.2
R ttc1
pi
ρ
=
Trong đó:
 ρtt = ρ (Ω.m) là điện trở suất tính toán của đất 
d: là đường kính ngoài của cọc nối đất, nếu dùng thép góc thì đường kính đẳng 
trị là: d = 0,95.b (b: là chiều rộng của thép góc )
  Vật nối đất cũng là thép tròn, thép ống nhưng được đóng sâu xuống sao cho 
đầu trên cùng của chúng cách mặt đất 1 khoảng nào đó (Hình 4.6). 
Lúc này điện trở nối đất của cọc là:



−
+
⋅+
⋅pi
ρ
=
1t4
1t4
ln
2
1
d
l2
ln
l2
R ttC1 
Trong đó: 
t: khoảng cách từ mặt đất đến điểm giữa của cọc.
 Vật nối đất là thép dẹt, thép tròn chôn nằm ngang trong đất (hình 4.7) thì 
điện trở nối đất là:
tb
l2
ln
l2
R
2
tt
tt
⋅
⋅
⋅pi
ρ
=
Trong đó :
 b: là chiều rộng của thanh thép, nếu dùng thép tròn thì thay b=2d 
 d: là đường kính
 Một điều cần chú ý khi xác định điện trở nối đất cần phải xét đến ảnh hưởng 
của nhau giữa các điện cực khi tản dòng điện vào đất. Quá trình tản dòng điện trong 
đất ở điện cực nào đó sẽ bị hạn chế bởi quá trình tản dòng điện cực từ các điện cực 
lân cận, do đó làm tăng chỉ số điện trở nối đất ảnh hưởng này được tính bằng việc đưa 
vào công thức xác định điện trở nối đất một hệ số gọi là hệ số sử dụng.
Vì vậy điện trở nối đất của n cọc (đóng thẳng đứng) có xét đến hệ số sử dụng: 
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
44
l
l>>d
d
Hình 4.5
t
d
Hình 4.6
l
t
Hình 4.7
l
 Giáo trình An Toàn Điện Trang
c
c1
c n
R
R
µ⋅
= 
Trong đó:
R1c : là trị số điện trở nối đất của một cọc.
 µc : là hệ số sử dụng của các cọc.
 Hệ số µc này phụ thuộc vào số cọc n và tỉ số a/l.
Trong đó:
a : là khoảng cách giữa các cọc chôn thẳng đứng 
l: là chiều dài giữa các cọc.
Thông thường a/l =1,2,3
Tương tự điện trở nối đất của các thanh ngang khi có tính đến hệ số sử dụng:
n
n
n
R
R
µ
,
= 
Trong đó :
R’n : là điện trở nối đất của các thanh ngang khi chưa tính đến hệ số sử dụng 
của các thanh ngang µn 
µn cũng phụ thuộc vào n và a/l.
Hệ số µn cũng như µc thường cho trong các sổ tay. Rõ ràng µn hay µc luôn luôn 
nhỏ hơn 1.
 4.7.2. Các bước tính toán nối đất:
Mục đích tính toán nối đất là xác định hình thức nối đất thích hợp (nối đất tập 
trung hay mạch vòng), xác định các thông số chủ yếu của hệ thống nối đất (như số 
lượng, hình dáng cọc, các thanh) xuất phát từ trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn và các 
điều kiện cụ thể nơi cần lắp đặt.
Trong các điều kiện cho phép cần thực hiện nối đất theo nối đất mạch vòng. 
Tuy vậy trong các mạng có dòng chạm đất bé nếu điều kiện lắp đặt mặt bằng bị hạn 
chế thì có thể cho phép nối đất tập trung. Với các mạng có dòng chạm đất lớn bắt 
buộc phải thực hiện nối đất mạch vòng. Ngoài ra phải thực hiện cân bằng thế (để 
giảm điện áp tiếp xúc và điện áp bước) 
trong các mạng điện có dòng chạm đất 
lớn này người ta thường đặt thêm các 
thanh nối ngang ở ngay phía dưới các 
thiết bị có độ sâu từ 0,5-0,7m dưới dạng 
mặt lưới (hình 4.8) 
 Sau khi đã được các số liệu cần 
thiết ban đầu (như mặt bằng, hình dạng, 
kích thước vật nối đất, chế độ làm việc của điểm trung tính, điện trở nối đất tự nhiên, 
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
45
Hình 4.8 
l
a
 Giáo trình An Toàn Điện Trang
điện trở suất của đất... )
 Các bước tính toán hệ thống nối đất được tính như sau:
 Xác định điện trở nối đất yêu cầu Rđ.
 Xác định điện trở nối đất nhân tạo. Nếu có sử dụng điện trở nối đất tự nhiên 
với trị số là Rtn thì điện trở nối đất nhân tạo cần thiết là:
dtn
tnd
nt RR
RR
R
−
⋅
=
 Xác định điện trở suất tính toán của đất:
Ở đây cần chú ý là vì các cọc chôn thẳng đứng và các thanh nối ngang có độ 
chôn sâu khác nhau nên chúng có điện trở suất tính khác nhau.
Cụ thể:
+ Với các cọc ρttc = Kmc.ρ 
+ Với các thanh nối ngang: ρttn = Kmn.ρ 
Trong đó:
- Kmc: là hệ số mùa của các cọc.
- Kmn: là hệ số mùa các thanh ngang.
 Theo địa hình thực tế mà bố trí hệ thống nối đất mà từ đó xác định gần đúng 
số lượng cọc ban đầu và chiều dài tổng của các thanh nối ngang (nbđ và ln). Ở đây cần 
lưu ý là khoảng cách giữa các cọc không được bé hơn chiều dài các cọc ( 1≥
l
a
). 
Cũng theo điều kiện và yêu cầu thực tế mà chọn cách lắp đặt, kích thước, hình dạng 
của vật nối đất... rồi từ đó xác định được điện trở nối đất của một cọc (R1c) theo công 
thức đã biết.
 Xác định số lượng cọc cần dùng:
cnt
c1
sb R
R
n
µ⋅
= 
Trong đó:
 µc: là hệ số sử dụng của các cọc phụ thuộc vào số lượng cọc ban đầu (nbđ) và tỉ 
số a/l.
 Rnt: là điện trở suất nhân tạo yêu cầu khi đã tính đến điện trở nối đất tự nhiên 
(nếu có).
Nếu không có sử dụng nối đất tự nhiên thì Rnt bằng trị số nối đất tiêu chuẩn 
yêu cầu: Rnt = Rđ .
 Xác định điện trở nối đất của các thanh ngang nối đất giữa các cọc theo 
công thức đã biết có tính đến hệ số sử dụng của các thanh ngang:
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
46
 Giáo trình An Toàn Điện Trang
tb
l2
l2
R
2
n
nn
ttn
nt
⋅
⋅
⋅
⋅µ⋅pi
ρ
= 
Trong đó:
 µn: là hệ số sử dụng của các thanh ngang phụ thuộc vào nbđ và a/l.
ln: tổng chiều dài của các thanh ngang nối giữa các cọc ở đây ta coi đó là một 
thanh ngang duy nhất.
 Xác định trị số điện trở nối đất yêu cầu của cọc khi có xét đến điện trở nối 
đất của các thanh ngang:
ntn
ntn
c RR
RR
R
−
⋅
= Chú ý có bất đẳng thức: cntd RRR <≤ 
 Xác định chính xác số cọc cần dùng:
,
cc
c1
c
R
R
n
µ⋅
=
Trong đó: µc: hệ số sử dụng của các cọc khi đã biết số cọc sơ bộ nsb.
Lưu ý là số cọc dùng trong nối đất không được nhỏ hơn 2.
 Phương pháp tính toán hệ thống nối đất ở trên là phương pháp tính toán dựa 
theo điện trở nối đất tiêu chuẩn (Rđ) với giả thiết là đất thuần nhất có điện trở suất 
không đổi là ρ nên có sai số nhất định vì trong thực tế điện trở suất của đất thay đổi 
theo sự thay đổi độ sâu. Vì vậy ngoài phương pháp coi điện trở suất của đất là một số 
không đổi còn có những phương pháp tính toán nối đất chính xác hơn, trong đó có 
tính đến sự thay đổi điện trở suất của đất phụ thuộc vào độ sâu của đất. 
Mặt khác, nhằm mục đích tiết kiệm và giảm bớt phức tạp tốn kém khi xây 
dựng hệ thống nối đất cho các thiết bị có dòng chạm đất lớn. Hiện nay, trong một số 
trường hợp người ta có thể tính toán hệ thống nối đất theo trị số điện áp tiếp xúc cho 
phép mà không phải theo trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn như đã trình bày ở trên.
Ví dụ tính toán hệ thống nối đất:
Hãy tính toán hệ thống nối đất của trạm biến áp 35/6KV. Lưới 35 và 6KV có 
trung tính cách điện đối với đất. Phía 35KV có dòng chạm đất 1 pha là: Iđ = 8A, phía 
6KV là: Iđ = 25A tự dùng của trạm được cung cấp bằng máy biến áp 6/0,4KV có 
trung tính nối đất trực tiếp ở phía hạ áp. Điện trở suất của đất đo được là 86Ω.m . 
Thiết bị của trạm chiếm diện tích (18 x 8)m2. Biết không có sử dụng điện trở nối đất 
tự nhiên và cho hệ số mùa của các cọc Kmc = 2, của các thanh ngang Kmn = 3.
Giải:
Ta tính theo các bước sau:
1.Xác định điện trở nối đất tiêu chuẩn theo yêu cầu của hệ thống nối đất:
Giả sử ở đây ta dùng hệ thống nối đất chung cho các thiết bị cao áp và thiết bị 
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
47
 Giáo trình An Toàn Điện Trang
hạ áp.
- Điện trở nối đất cần thiết của các thiết bị cao áp 35KV là:
Ω==≤ 4,31
8
250
I
250
R
d
1d 
- Điện trở nối đất cần thiết phía 6KV là:
Ω==≤ 10
25
250
I
250
R
d
2d
- Khi dùng cho cả thiết bị cao áp và hạ áp :
Ω==≤ 5
25
125
I
250
R
d
3d
Điện trở nối đất của trung tính máy biến áp tự dùng 6/0,4KV qui định là ≤ 4Ω.
Như vậy điện trở nối đất chung cho toàn trạm lấy theo trị số bé nhất là 4 Ω.
Rđiện = 4 Ω
2. Xác định điện trở nối đất nhân tạo:
Ở đây vì không có sử dụng nối đất tự nhiên nên ta có điện trở nối đất nhân tạo 
bằng trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn0:
Rnt = Rđ = 4Ω
3.Xác định điện trở suất tính toán của đất:
Với các cọc : ρttc = Kmc.ρ = 2.86 = 172 Ω.m 
Với các thanh ngang: ρttn = Kmn.ρ = 3.86 = 258 Ω.m 
4. Dự định: 
Hệ thống nối đất, trạm dùng 
cho các cọc thép tròn đường kính 
12mm, dài 5m đóng cách nhau 5m và 
các thanh nối ngang nối các cọc đặt ở 
độ sâu 0,7m. 
Dự kiến mạch vòng nối đất là:
2.(20+10) = 60m 
 Như vậy chiều dài của thanh 
nối ngang là:
Ln = 60m, tỉ số a/l = 1 và số 
lượng cọc ban đầu là: nbđ = 60/5 = 12.
Điện trở nối đất của 1 cọc nối đất thẳng đứng theo cách lắp đặt trên là:
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
48
Hình 4.9: Mặt bằng hệ thống nối đất 
 1. Diện tích đặt thiết bị (18x8m2) 
2. mạch vòng nối đất
3. Hàng rào
1
2
3
 Giáo trình An Toàn Điện Trang
Ω=


−⋅
+⋅
+
⋅
⋅
⋅pi
=
=+=
⋅Ω=ρ



−
+
⋅+
⋅pi
ρ
=
−
8,38
52,34
52,34
ln
2
1
1012
52
ln
52
172
R
m2,3
2
5
7,0t
m172
lt4
lt4
ln
2
1
d
l2
ln
l2
R
3c1
ttc
ttc
c1
 5. Xác định số lượng cọc:
cnt
c1
sb R
R
n
µ⋅
= 
Trong đó: Rnt = Rđ = 4 Ω ; µc tra bảng theo nsb = 12 và a/l = 1.
1,17
57,04
8,38
nbd =
⋅
= cọc
6. Xác định điện trở nối đất của các thanh ngang:
tb
2l
l2
R
2
n
nn
ttn
n
⋅
⋅
⋅
⋅µ⋅pi
ρ
= .
Ta có: n = 60m; b = 40.10-3m; trung tính = 0,7m.
 µn = 0,326 tra bảng theo n = 17 và a/l = 1.
 Ω=
⋅⋅
⋅
⋅
⋅⋅pi
=
−
8,25
7,01040
602
ln
326,0602
258
R
3
2
n
7. Xác định điện trở nối đất yêu cầu của các cọc sau khi xét tới điện trở 
nối đất của các thanh nối ngang:
Ω=
−
⋅
=
−
⋅
= 7,4
48,26
48,26
RR
RR
R
tn
tn
c 
Dễ dàng ta thấy: Rđ = Rtn = 4< Rc = 4,7 Ω
8. Xác định số lượng cọc cần thiết:
,
cc
c1
c
R
R
n
µ⋅
= 
Ở đây µc = 0,52 tra bảng theo n = 17 và a/l = 1.
Vậy 8,15
52,07,4
8,38
nc =
⋅
=
Kết quả ta lấy n = 16 cọc.
Như vậy so với dự kiến ban đầu ta phải đóng thêm 4 cọc nữa.
Bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
49