Giáo trình Thiết kế chống sét - Chương 5: Tính toán nối đất cho trạm 110/22 kV

Ch-ơng 5:
Tính toán nối đất cho trạm 
110/22 kv
II.1- Giới thiệu chung và một số vần đề kỹ 
thuật khi tính toán nối đất trạm biến áp.
Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo 
cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất là một 
phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất 
của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đ-ờng dây, các thiết bị chống 
sét phải đ-ợc tính toán cụ thể trong khi thiết kế.
Trong hệ thống điện th-ờng có ba loại nối đất :
+ Nối đất làm việc.
Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình th-ờng của thiết 
bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ 
nối đất trực tiếp, th-ờng là nối đất điểm trung tính máy biến áp. 
Trong hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất, nối đất 
của máy biến áp đo l-ờng và các kháng điện dùng trong bù ngang 
trên các đ-ờng dây cao áp truyền tải điện.
+ Nối đất chống sét.
Nối đất chống sét có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong 
đất (khi sét đánh vào cột thu lôi hay đ-ờng dây) để giữ cho điện thế 
mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh tr-ờng hợp phóng điện 
ng-ợc từ cột thu lôi đến các thiết bị cần đ-ợc bảo vệ.
+ Nối đất an toàn.
Có tác dụng đảm bảo an toàn cho con ng-ời khi cách điện bị h- 
hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim 
loại không mang điện nh- vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá 
đỡ kim loại để khi cách điện bị h- hỏng do lão hoá thì trên các bộ 
phận kim loại sẽ có một điện thế nhỏ không nguy hiểm (nếu không 
nối đất thì điện thế này sẽ làm nguy hiểm đến con ng-ời khi chạm 
vào chúng). Do đó nối đất các bộ phận này là để giữ điện thế thấp 
và bảo đảm an toàn cho con ng-ời khi tiếp xúc với chúng.Về 
nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên nh-ng 
trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm 
vụ. Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu của các 
thiết bị khi có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện 
trở nối đất phải nhỏ.
Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật 
độ lớn, tác dụng của nối đất tốt hơn an toàn hơn. Nh-ng để đạt 
đ-ợc trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất tốn kém do vậy trong tính 
toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp đ-ợc cả hai yếu tố là đảm bảo 
về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế. 
Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất:
 + Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối 
đất phải thoả mãn: R  0,5.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toàn trang 
189 giáo trình kỹ thuật điện cao áp).
 + Đối với các thiết bị có điểm trung tính không nối đất trực 
tiếp thì:

I
R
250
nếu nh- hệ thống chỉ dùng cho thiết bị cao áp 
+ Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện và chỉ hệ thống 
nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì:

I
125
R
nh-ng không đ-ợc quá 10 
+ Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả 
mãn yêu cầu của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì 
không cần nối đất nhân tạo nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên 
không thoả mãn đối với các thiết bị cao áp có dòng ngắn mạch 
chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số 
của điện trở nối đất nhân tạo là: R  1.
Dòng điện I tuỳ theo mỗi tr-ờng hợp sẽ có trị số khác nhau :
+ Trong hệ thống không thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là 
dòng điện khi có chạm đất 1 pha ( cả mạng trên không và mạng 
cáp ) :
 I = 3Uf..C
+ Nếu hệ thống có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là phần 
dòng điện còn lại hay ch-a đ-ợc bù của dòng điện ngắn mạch 
chạm đất trong mạng khi đã cắt đi thiết bị bù có công suất lớn nhất 
, nh-ng chú ý là phần dòng điện ấy không đ-ợc quá 30A.
+ Dòng điện tính toán trong hệ thống nối đất mà trong đó có nối 
thiết bị bù đ-ợc lấy bằng 125% dòng điện định mức của thiết bị bù 
.
Bất kỳ một hệ thống nối đất nào cũng phải có các điện cực chôn 
trong đất và nối với thiết bị mà ta cần nối đất (điện cực th-ờng sử 
dụng là các cọc sắt thẳng đứng hay các thanh dài nằm ngang) các 
điện cực này đ-ợc chôn trong đất .
Mức tản dòng điện phụ thuộc vào trạng thái của đất (vì đất là 
môi tr-ờng không đồng nhất, khá phức tạp, nó phụ thuộc vào thành 
phần của đất nh- các loại muối, a xít ... chứa trong đất ). Điều kiện 
khí hậu cũng ảnh h-ởng đến độ dẫn điện của đất.
ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa , độ ẩm của đất 
cũng thay đổi theo dẫn đến điện trở suất cuả đất cũng biến đổi 
trong phạm vi rộng. Do vậy trong tính toán thiết kế về nối đất thì trị 
số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo l-ờng thực địa và sau 
đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng c-ờng an toàn.
Công thức hiệu chỉnh nh- sau: tt = đ.Km
Trong đó: 
tt: là điện trở suất tính toán của đất.
đ: điện trở suất đo đ-ợc của đất.
Km : hệ số mùa của đất.
Hệ số K phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện 
cực.
Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110kV và các cột 
thu lôi độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có 
hiệu quả tản dòng điện tốt nhất.
Mặt khác do đặt các cột thu lôi trên xà nên phần nối đất chống 
sét ta nối chung với mạch vòng nối đất của trạm.