ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT Ở TẦN SỐ CÔNG NGHIỆP R~

Nếu ảnh hưởng của điện cảm của cực nối đất nhỏ (chiều dài bé) thì α_x < 1 tương ứng với hình thức nối đất tập trung, ngược lại nếu ảnh hưởng của điện cảm lớn (chiều dài lớn) thì αx ≥1, tương ứng với hình thức nối đất kéo dài.

điện xuyên thủng cách điện trong) dòng điện tần số công nghiệp sẽ qua điện cực bán cầu tản vào đất (H.4.3).

Hình 4.3: Xác định điện trở tản của điện cực hình bán cầu Điện trở tản của hớp đất nằm giữa hai mặt đẳng thế có bán kính r và r + dr bằng:

2 r2

dR dr ρ π

= với ρ là điện trở suất của đất

Như vậy điện trở tản của điện cực hình bán cầu bán kính r_o bằng:

r o

r o r r

dr dR r

R

o

o π

ρ π

ρ

2

2 ² =

=

=

∫

^∞

∫

^{∞ (4.2)}

Phân bố thế trên mặt đất xung quanh điện cực nối đất hình bán cầu được xác định theo:

r dR I

I ^d

r d

r π

ϕ ρ

= 2

=

∫

^∞

với Id là dòng điện chạm đất qua điện cực.

người tiếp xúc với vỏ máy lúc xảy ra sự cố chịu tác dụng của một hiệu số điện thế giữa vỏ máy và bàn chân gọi là điện áp tiếp xúc:

U_tx = ϕ_ro −ϕ_c

Người (hay thú) đi trong khu vực gần thiết bị trong thời gian sự cố chịu một hiệu số điện thế giữa hai bàn chân gọi là điện áp bước:

U_b = ϕ_c1−ϕ_c2

Điện thế vỏ máy bằng điện áp giáng trên điện cực tiếp đất:

U_m = I_dR

Để đảm bảo an toàn cho người vận hành, hệ thống nối đất phải được thiết kế sao cho điện áp tiếp xúc và điện áp bước trong mọi điều kiện không vượt quá trị số nguy hiểm cho người. Để thoả mãn yêu cầu này, phải có biện pháp giảm nhỏ điện trở tiếp đất R, phải có biện pháp cân bằng thế trong khu vực gần thiết bị được nối đất và tăng điện trở đối với dòng điện qua người vào đất bằng cách dùng đệm cách điện, ủng, găng tay cách điện. Trên mặt đất khu vực trạm thường được rải một lớp sỏi hoặc đa dăm dày khoảng 8÷15cm có tác dụng tăng cường điện trở đối với dòng điện chạy vào từ bàn chân qua cơ thể người, do đó , giảm khả năng bị điện giật. Tuy thuộc chủng loại, kích thước, tình trạng bề mặt sạch hay bẩn, độ ẩm của môi trường và thời tiết, điện trở suất của lớp sỏi, đá này thay đổi trong một phạm vi rộng, có thể từ một vài ngàn Ω.m đến hàng triệu Ω.m .

Điện trở tản ở tần số công nghiệp (ổn định) của một số dạng điện cực thường dùng, được xác định theo các công thức ở bảng 4.1.

Bảng 4.1

Loại điện cực Cách chôn Công thức tính điện trở tản Ghi chú

Cọc chôn nối d

l R_c l 4

2π ln

= ρ (4.4) Nếu dùng sắt góc

có bề rộng b thì thay d = 0,95b

Cọc chôn chìm

4 ) ln4 2 1 (ln2

2 t l

l t d

l R_c l

− + +

= ρπ (4.5) với

2 t l t= _o+

Như trên

Thanh chôn chìm ^o

t dt

l R l

2

2ρπ ln

= (4.6) Nếu dùng sắt dẹt có bề rộng b thì thay

2 d =b

Thanh hình xuyến chôn chìm

4 ) 8 ln

2 ² (ln _o

v t

D d

D

R D π

π

ρ ₊

=

(4.7) với là đường kính hình xuyến

Như trên

Đối với điện cực thanh đặt nằm ngang bố trí theo những kiểu khác nhau (bằng 4.2) có thể dùng công thức tổng quát sau để tính điện trở tản ở tần số công nghiệp một cách gần dúng:

o

t dt

kL R L

2

2πρ ln

= (4.8)

Với: L - tổng chiều dài của điện cực (nếu là mạch vòng thì lấy bằng chu vi)

d - đường kính của thanh dùng làm điện cực - nếu dùng sắt dẹt thì thay d = b/2 với b là bề rộng sắt dẹt

to - độ chôn sâu điện cực

k - hệ số phụ thuộc cách bố trí thanh ngang có tính đến hiệu ứng màn che, cho trong (bảng 4.2) được xác định bằng thực nghiệm.

Bảng 4.2: Hệ số hình dáng k dùng trong công thức (4.8)

Sơ đồ bố trí

thanh k Sơ đồ bố trí thanh ℓ1/ℓ2 k

1 1 5,53

1,27

1,5 5,81

1,46

2 6,42

2,38

3 8,17

8,45

4 10,40

19,2

l D

2 2

4D l

Điện trở nối đất của tổ hợp nhiều điện cực

Để đảm bảo yêu cầu về trị số điện trở nối đất, thường phải dùng các hình thức nối đất tổ hợp, gồm một số lượng nhất định các thanh và cọc nối liền nhau theo nhiều cách khác nhau (tia, mạch kép kín).

Trong trường hợp này, dòng điện sự cố từ các điện cực tản vào đất không đồng đều theo mọi phương (H.44), dòng điện điện trường của dòng điện qua chúng có ảnh hưởng lẫn nhau – đó là hiệu ứng màn che kết quả là hiệu quả tản dòng điện của đất kém hơn so với trường hợp

ℓ

₁

ℓ

₂

từng điện cực riêng lẻ, do đó điện trở tản của tổ hợp R_th~ các điện cực lớn hơn so với điện trở tản tương đương R_th~ > R_1~//R_2~ / / … =

∑

= n

i 1 Ri~

1

1 = R_td~

Hay Rth~ =

~

~

1 ~

~ 1 1 η η

td n

i i

R R

∑

=

=

(4.9)

1

~

~

~ = ≤

th td

R η R

η ~ là hệ số sử dụng khi tản dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp.

Hình 4.4: Phân bố đường tản dòng điện của các điện cực nối song song với nhau Để minh hoa hiệu ứng màn che, sét ví dụ một tổ hợp đơn giản gồm hai điện cực bán cầu nối song song nhau (H.4.5).

Hình 4.5: Tổ hợp hải điện cực hình bán cầu

Trong trường hợp này dòng điện chạy qua mỗi điện cực bằng Id/2. Điện áp giáng trên mỗi điện cực gồm hai thành phần:

- Do bản thân dòng điện chạy trong điện cực đó gây nên - Do dòng điện chạy trong điện cực kia gây nên.

Từ đó điện trở tản của tổ hợp gồm hai thành phần xác định theo:

1) (1

~ 4

a r I

R U

o d

th = = +

π ρ

với: r_o - bán kính điện cực; a- khoảng cách giữa hai điện cực.

Nếu hai điện cực đặt rất xa nhau, tức an toàn rất lớn, điện trường của chúng không ảnh hưởng lẫn nhau thì:

2

~ 4

'

~

R R r

R

O td

th = = =

π ρ

tức điện trở tẩn của tổ hợp bằng điện trở tản tương đương của các điện cực. Tỉ số giữa điện trở tản của tổ hợp khi không kể và khi có kể đến hiệu ứng màn che chính là hệ số sử dụng của tổ hợp nối đất.

Trong ví dụ này:

1 1

1 1)

(1 4 /

4 /

~ '

~

~ <

+

= +

=

=

a r a

r r R

R

o o

o th

th

π ρ

π η ρ

Từ ví dụ đơn giản này có thể rút ra một qui luật chung là, hệ số sử dụng của tổ hợp điện cực sẽ giảm nếu tăng kích thước của điện cực và giảm khoảng cách giữa chúng.

Ngoài ra, hệ số sử dụng còn phụ thuộc vào loại điện cực (cọc, thanh…), số lượng và cách bố trí chúng. Đối với các tổ hợp phức tạp, hệ số sử dụng được xác định bằng mô hình và có thể tra cứu trong các bảng số hoặc các đường cong cho trong các tài liệu hướng dẫn thiết kế nối đất, các qui phạm về nối đất các trang thiết bị điện. Nếu tổ hợp điện cực nối đất gồm nhiều cọc nối liền nhau bởi các thanh (theo các kiểu hình tia hay mạch khép kín) thì điện trở tản của cả hệ thống Rht~ được xác định như là điện trở của tổ hợp cọc RcΣ nối song song với điện trở của tổ hợp thanh Rt.

c t t c

t c

t t c c

t t c c

ht R R n

R R R

n R

R n

R

R η η

η η

η η

. . . .

= + +

= (4.10)

với: R_t – điện trở của tổ thanh tính theo công thức gần đúng (4.8) và bằng 4.2 R_c – điện trở tản của từng cọc riêng lẻ

η

η , - hệ số sử dụng của cọc, thanh trong tổ hợp; nối đất - số cọc.

Các hệ số sử dụng η_c, phụ thuộc vào tỉ số bước cọc trên chiều dài cọc (a/lη_t c), vào số lượng cọc nối đất, vào cách bố trí thanh (tia, mạch khép kín) có thể tra cứu theo các tài liệu đã nêu trên.

Trong tài liệu SÉT- NGUỒN GỐC CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN (Trang 86-93)