Giáo trình Thiết kế chống sét - Chương 6: Các số liệu dùng để tính toán nối đất

Chương 6: 
Các số liệu dùng để tính toán 
nối đất
Điện trở suất đo đ-ợc của đất: đ = 0,95.104 .cm =0,95.102
.m.
Điện trở nối đất cột đ-ờng dây: Rc = 11 .
Dây chống sét sở dụng loại C- 70 có điện trở đơn vị là: Ro
=2,38/km.
Chiều dài khoảng v-ợt đ-ờng dây là: 
Đối với 110kV: l = 190m.
Dạng sóng tính toán của dòng điện sét:





dss
dss
khiII
tkhit.aI
Trong đó:
a: độ dốc dòng điện sét a = 30kA/s
I: biên độ dòng điện sét I = 150kA
đs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5s = s
a
Is
ds  530
150
Is
đs I t
Hình (II–1) : Dạng sóng của dòng sét.
II.3- trình tự tính toán.
Trạm điện thiết kế có điện áp là 110kV, đây là mạng điện có 
trung tính trực tiếp nối đất nên yêu cầu của nối đất an toàn là: R 
0,5 .
Thành phần điện trở nối đất R gồm hai thành phần:
+ Điện trở nối đất tự nhiên (Rtn).
+ Điện trở nối đất nhân tạo (Rnt).
Đối với các thiết bị có điểm trung tính trực tiếp nối đất (có dòng 
chạm đất lớn) thì yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo phải có trị số 
nhỏ hơn 1.
Vậy điều kiện nối đất là:





)(R
)(,R//R
t.n
t.nn.t
1
50
Từ đó rút ra:
)(
5,0
5,0.
.
.
. 

nt
nt
tn R
R
R
(II – 1 )
(II – 2 )
II.3.1- Điện trở nối đất tự nhiên.
Trong phạm vi đề tài này chúng ta sẽ xét đến nối đất tự nhiên là 
hệ thống nối đất cột đ-ờng dây 110 kV tới trạm 
áp dụng công thức :
 )(
4
1
2
1
.
1 


cs
c
c
tn
R
R
R
n
R
Trong đó:Rc là điện trở nối đất của cột điện (Rc=11  )
 Rc s là điện trở của dây chống sét trong 1 khoảng v-ợt .
 Rc s =r0cs.L=2,38.190.10
-3=0,452(  )
 n=2
)(007,1
4
1
452,0
11
2
1
11
.
2
1 

tnR
II.3.2- Điện trở nối đất nhân tạo.
)(993,0
5,0007,1
5,0.007,1
5,0
5,0.
.
.
. 



nt
nt
tn R
R
R
Ta sẽ tính toán thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở 
nối đất 
nhân tạo là: Rn.t.yc  0,993 .
II.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 110kV.
Ta sử dụng một mạch vòng nối đất cho trạm 110 kV 
 Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật ABCD có kích 
th-ớc nh- sau:
Chiều dài l1 = 94m ; Chiều rộng l2 = 36m.
Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của trạm nh- hình (II –2 
):
 Hệ thống nối đất mạch vòng của trạm ta chọn thanh thép dẹt loại 
( 40x4 )mm
Độ chon sâu của mạch vòng là t = 0,8m
Điện trở tản nhân tạo đối với mạch vòng có chôn cọc đ-ợc xác 
định theo công thức sau:
)3(
...
.
..
.
. 
 II
RnR
RR
R
vmcvmc
vmc
tn 
Trong đó:
Rc : là điện trở tản nối đất của cọc ().
Rm.v : là điện trở tản nối đất của mạch vòng ().
n : là số cọc sử dụng.
m.v và c : t-ơng ứng là hệ số sử dụng mạch vòng, sử dụng 
cọc phụ thuộc vào số cọc và tỷ số 
l
a
Tính điện trở của mạch vòng quanh trạm Rm.v :
B
A D
C
Hình (II – 2 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng có chôn cọc của 
trạm.
l1
l2
)4()(
.
.
ln
..2
2
. 


 II
dt
Lk
L
R vm 

Trong đó:
 = đo.Kmùa (thanh) là điện trở suất tính toán của mạch vòng.Tra 
bảng (2–1)
sách “h-ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có:
Kmùa (thanh) = 1,6 vậy  = .1,6 = 0,95.1,6.102=1,52.102 (.m).
L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(94+36) = 260m.
d là đ-ờng kính thanh nối: d = b/2 = 0,04/2 = 0,02m 
t là độ chôn sâu (để đảm bảo cho  ổn định ) : t = 0,8m.
k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất . Ta có:
61,2
36
94
2
1 
l
l
Tra bảng (2 – 5) sách “h-ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” 
đ-ợc
 k =8,38.
Thay số vào biểu thức (II – 3) ta có:
).(282,1
02,0.8,0
260.38,8
ln
260.14,3.2
152
.
.
ln
..2
22
. 






dt
Lk
L
R vm 

Ta nhận thấy điện trở của mạch vòng xung quanh trạm lớn hơn 
điện trở nhân tạo cần thiết khi thiết kế (Rnđ = 0,993 ).Vậy phải 
dùng thêm số cọc vào hệ thống mạch vòng để giảm trị số điện trở 
nối đất của hệ thống. Qua kết quả tính toán Rm.v chứng tỏ rằng ta 
chọn hình thức nối đất an toàn bằng mạch vòng có chôn cọc là hợp 
lý.
Tính điện trở nối đất của một cọc (dùng cọc sắt góc L ).
Đối với cọc điện trở tản xoay chiều đ-ợc xác định theo công 
thức sau:
)5(
.4
.4
ln.
2
1.2
ln.
..2









 II
lt
lt
d
l
l
Rcoc 

Trong đó:
Cọc có kích th-ớc: l = 3m.
 là điện trở suất của đất đối với cọc:  = đo.Kmùa (cọc) .
đo =0,9.102 (.m); Kmùa (cọc) = 1,4.
(Tra bảng (2-1) sách “h-ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp 
KTĐCA”)
  = 0,95.102.1,4 = 1,33.102 (.m).
d là đ-ờng kính cọc (m) đ-ợc tính nh- sau:
d = 5. 10-2m.
t là độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t/ đ-ợc tính:
)(3,28,0
2
3
8,0
2
m
l
t 
t'
0,8m
l
Hình (II – 4): Các kích th-ớc nối đất cọc
Thay số liệu vào (II – 5 ) ta có:









  87,4333,2.4
33,2.4
ln.
2
1
10.5
3.2
ln.
5,2.14,3.2
10.33,1
2
2
cocR
Vậy điện trở của một cọc là 43,87 .
Sau khi tính đ-ợc Rc và Rmv ta tính điện trở nhân tạo theo công 
thức (II–3) .
Trong công thức này ta chỉ mới biết Rc và R mv vậy ta phải tìm số 
cọc để Rnt đạt giá trị nhỏ nhất và phải đảm bảo nhỏ hơn hoặc bằng 
giá trị tính toán cho phép Rnt  0,993 . mv và c phụ thuộc số cọc 
ta sử dụng trong mạch vòng.
Ta xét từng tr-ờng hợp theo tỷ số 
l
a
với các thông số là:
L (chu vi mạch vòng) = 260m. cách giữa các cọc a = 2.l =6m.
Ta có số cọc chôn theo chu vi mạch vòng là:
43
6
260
1
1  a
L
n cọc. Do vậy ta chọn 50 cọc 
l (chiều dài cọc) = 3 m.
* Khi 2
l
a (có nghĩa là khoảng ta chọn 50 cọc
Tra bảng 4 phần phụ lục sách “h-ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp 
KTĐCA” ta có: 
c = 0,58.
Theo bảng 6 trong phần phụ lục sách “h-ớng dẫn thiết kế tốt 
nghiệp KTĐCA” ta có:
thanh = 0,28.
Điện trở nhân tạo trong tr-ờng hợp này là:
.158,1
382,1.58,0.5028,0.87,43
382,1.87,43
)1(. 
tnR
 Vậy Rnt1>Rnt yc=0,928 
Ph-ơng án này không đảm bảo yêu cầu.
* Khi 1
l
a (có nghĩa là khoảng cách giữa các cọc a = l =3m.
Ta có số cọc chôn theo chu vi mạch vòng là:
6,86
3
260
2
2  a
L
n cọc.Do vậy ta chọn 100 cọc
Tra bảng 4 phần phụ lục sách “h-ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp 
KTĐCA” ta có: 
c = 0,39.
Theo bảng 6 trong phần phụ lục sách “h-ớng dẫn thiết kế tốt 
nghiệp KTĐCA” ta có:
thanh = 0,19.
Điện trở nhân tạo trong tr-ờng hợp này là:
.974,0
382,1.39,0.10019,0.87,43
382,1.87,43
2 
ntR
 Vậy Rnt2<Rnt yc=0,993 
Ph-ơng án này đảm bảo yêu cầu do giá trị điện trở nối đất nhỏ 
hơn giá trị điện trở yêu cầu.
Vậy ta chọn Rn.t(2) = 0,974 . Số cọc là 100 cọc. Khoảng cách 
giữa các cọc là a = 3 m.
* Ngoài việc nối đất cho phía 110 kV thì ta có thể nối đất cho 
các cột thu lôi độc lập hoặc ta cần tính toán nói đất làm việc cho 
phía hạ áp 22 kV .
II _3 : ở đây ta sẽ tính toán nối đất làm việc cho phía hạ áp 22 
kV :
 Yêu cầu nối đất an toàn phía 22 kV là :Ryc 4 
 Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật EFGH có kích 
th-ớc nh- sau:
Chiều dài l1 = 35m ; Chiều rộng l2 = 20m.
Kmùa (thanh) = 1,6 vậy  = .1,6 = 0,9.1,6.102=1,44.102 (.m).
L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(35+20) = 110m.
d là đ-ờng kính thanh nối: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10-2
m.
t là độ chôn sâu (để đảm bảo cho  ổn định ) : t = 0,8m.
k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất . Ta có:
G
E F
H
Hình (II – 3 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng 
l1
l2
75,1
20
35
2
1 
l
l
Tra bảng (2 – 5) sách “h-ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” 
đ-ợc
 k =6,78.
Thay số vào biểu thức (II – 3) ta có:
).(317,1
10.5,2.8,0
110.78,6
ln
110.14,3.2
144
.
.
ln
..2 2
22
. 





 dt
Lk
L
R vm 

Rn t=Rmv=1,317 () < Ryc= 4 ()