CÁC KHÁI NIỆM CHUNG

Chương 4

để giảm bớt ảnh hưởng thời tiết không thuận lợi (quá khô về mùa nắng, bị băng giá về mùa đông) và tránh khả năng bị hư hỏng về cơ giới (do đào hơi cày cuốc).

Dòng điện Iđ chạy qua các cực tản vào đất, tạo nên trong đất quanh nó một điện trường (điện trường trong môi trường dẫn điện). Môi điểm trong điện trường đó kể cả trên mặt đất có một điển thế nhất định. Trên mặt đất những điểm ở cách xa cực khoảng 20m trở lên có thể coi như có điện thế bằng không ( cường độ trường ở các khoảng cách đó thường không quá 1V/m). Điện thế của cực nối đất đối với các điểm có điện thế “không”, về trị số bằng điện áp giáng trên cực được gọi là điện áp trên cực Uđ

- Điện trở nối đất được định nghĩa như là tỉ số giữa điện áp trên cực Uđ và dòng điện qua nó I_đ

d d

d I

R =U

- Điện trở Rd gồm điện trở của bản thân điện cực và điện trở tản trong đất. Điện trở của bản thân điện cực phụ thuộc vào vật liệu và kích thước của cực. Khi tản dòng một chiều hoặc xoay chiều 50Hz thì trị số của điện trở bản thân điện cực rất bé có thể bỏ qua. Khi tản dòng điện xung có độ dốc lớn (dòng sét) nó có thể có trị số đáng kể, sẽ được xét sau.

Điện trở tản trong đát có trị số lớn hơn nhiều và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước, hình dáng, số lượng, cách bố trí các điện cực, phụ thuộc vào dạng và trị số dòng điện, phụ thuộc tính chất, cấu tạo, trạng thái của đất và thời tiết.

Hình 4.1: Phần bố thế quanh điện cực trong đất

- Khi tản dòng sét, quá trình truyền sóng trên cực nối đất tương tự như trên đường dây tải điện. Tuy nhiên trong sơ đồ thay thế thống số rải, điện trở tác dụng cảu bản thân điện cực ro

rất bé so với cảm kháng Lo của điện cực và dòng quá điện dung Co của nó rất bé so với dòng quá điện dẫn tản go ra môi trường đất quanh điện cực nên có thể bỏ qua ro và Co (H.4.2). Nhờ đó, phương trình mô tả quá trình truyền sóng trên cực đất đơn giản hơn và có thể giả bằng các phương pháp giải tích đơn giản thông dụng:

Hình 4.2 : Sơ đồ thay thế khi tản dòng sét qua cực nối đất

- Khi dòng sét với độ dốc đầu sóng lớn chạy qua điện cực thì, ban đầu do từ thông không biến thiên đột ngột, nên điện cảm của cực có tác dụng cản trở dòng điện đi sâu vào chiều dài của nó, do đó trị số điện trở nối đất ở thời điểm ban đầu lớn và giảm dần theo thời gian, điện áp giáng ở đầu vào lớn và giảm dần theo chiều dài điện cực, tức là điện thế phân bố không đều trên điện cực.

Ảnh hưởng của điện cảm sẽ giảm dần theo thời gian, điện áp phân bố theo chiều dài điện cực trở nên đều đặn hơn và khi quá trình quá độ kết thúc điện trở tản ổn định bằng:

R∞ = l g_o

1 = R~ (4.2)

với - điện dẫn tản của đất trên một đơn vị chiều dài của điện cực l - chiều dài điện cực.

R_∞ Cũng chính là trị số điện tản R~ khi tản dòng một chiều hoặc xoay chiều tần số 50Hz vì trong trường hợp này ảnh hưởng của điện cảm Lo không đáng kể, do đó độ biến thiên dòng điện bé.

Như vậy ảnh hưởng của điện cảm Lo của điện cực thay một thời gian của quá trình truyền sóng qua điện cực, nghĩa là phụ thuộc vào hằng số thời gian của quá trình quá độ

.g l2

L

T ≡ _{o o} .

Khi tản dòng sét, trị số điện trở tản của cực nối đất lớn nhất gần đúng vào lúc dòng sét đạt trị số cực đại, tức là lúc t = τ_ds

Nếu hằng số thời gian của quá trình quá độ T<<τ_ds thì lúc dòng điện sét đạt trị số cực đại, quá trình quá độ đã kết thúc, ảnh hưởng của điện cảm Lo không còn nữa, điện trở tản có trị số bằng R_∞ = 1/g_oℓ và có thể coi điện thế tại mọi điểm trên điện cực bằng nhau. Trường hợp này ứng với hình thức nối đất bằng cọc hoặc thanh ngang, có chiều dài không lớn và được gọi là hình thức nối đất tập trung. Nếu cực nối đất dài, T có thể bằng hoặc lớn hơn τds (T>>τ_ds⁾ thì khi dòng sét qua trị số cực đại (t=τ_ds) quá trình quá độ chưa kết thúc, ảnh hưởng của điện cảm vẫn tồn tại, do đó điện trở tản xung lơn hơn điện trở tản ổn định R_x ≥ R_∞. Đây là trường hợp nối đất kéo dài (hay nối đất phân bố). Điện thế phân bố không đều điện cực, ở đầu vào cao và giảm dần theo chiều dài điện cực.

Khi tản dòng sét, ngoài ảnh hưởng của điện cảm L cảu cực nối đất còn một yếu tố quan trọng nữa ảnh hưởng đến trị số của điện trở tản nối đất, đó là hiện tượng phóng điện tia lửa trong đất. Khi dòng sét có biên độ lớn, cường độ trường xung trong đất quanh điện cực có trị số bằng Eđx = δ ρ_{s x} ^với δs - mật độ dòng sét, ρ_xđiện trở suất xung của đất, có thể có trị số cao vượt quá trị số trường tới hạn của đất, có thể có trị số cao vượt quá trị số trường tới hạn của đất Epđ đất thì sẽ gây nên phóng điện tia lửa trong đất (Epđ đất gần bằng 10÷12kV/cm), vùng đất quanh điện cực trở nên dẫn điện tốt, khiến điện trở tản xung giảm và trong trường hợp khi chiều dài điện cực ngắn thì điện trở tản xung có thể bé hơn cả điện trở tản xoay chiều tần số 50Hz.

Tóm lại, đối với nối đất chống sét, cần phân biệt điện trở hay tổng trở tản xung (Zx hay Rx) với điện trở tản ổn định R∞. Quan hệ giữa hai trị số này biển thị bởi hệ số xung _x R^x

α 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.