Cách thực hiện nối đất

Có hai loại nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo

Nối đất tự nhiên là sử dụng các ống dẫn nước hay các ống hằng kim loại khác (trừ các ống dẫn nhiên liệu lỏng và khí dễ cháy) đặt trong đất, các kết câu bằng kim loại của nhà cửa, các công trình có nối đất, các vỏ bọc kim ỉoại của cáp đặt trong đất… làm trang bị nối đất.

Khi tính toán trang bị nối đất cần phải tận dụng các vật nối đất tự nhiên có sẵn. Điện trở nối đất tự nhiên của các vật nối đất tự nhiên được xác định bằng cách đo lường thực tế tại chỗ hay lấy theo các tài liệu thực tế.

Nối đất nhân tạo thường được thực hiện bằng cọc thép,ống thép, thanh thép dẹt hình chữ nhật hoặc thép góc dài 2-3 m chôn sâu xuống đất sao cho đầu trên của chúng cách mặt đất khoảng 0,5 – 0,7 m. Nhờ vậy giảm được sự thay đổi của điện trở nối đất theo thời tiêt.

Các ống thép hay thanh thép đó được nối với nhau bằng cách hàn với thanh thép nằm ngang đặt ở độ sâu 0,5 – 0,7 m.

Đế chống ăn mòn, các ống thép đặt trong đất phải có bề dày không được nhỏ hơn 3,5 mm, các thanh thép dẹt, thép góc không được nhỏ hơn 4 mm. Tiết diện nhỏ nhất cho phép của thanh thép là 48 mm2.

Dây nối đất cần có tiết diện thoả mãn độ bền cơ khí và ổn định nhiệt, chịu được dòng điện cho phép lâu dài. Dây nối không được bé hơn 1/3 tiết điện dây dẫn pha, thường dùng thép có tiết điện 120 mn2 nhôm 35 mm2 hoặc đồng 25 mm2 .

Điện trở nối đất của trang bị nối đất không được lớn hơn các trị số đã được quy định trong các quy phạm.

Đối với lưới điện áp trên 1000 V có dòng điện chạm đất lớn, tức là trong các mạng có điểm trung tính trực tiếp nối đất hay nối đất qua một điện trở nhỏ (mạng điện 110 kV và cao hơn) khi xảy ra ngắn mạch, bảo vệ rơle tương ứng sẽ cắt bộ phận hư hỏng hoặc thiết bị điện ra khỏi mạng điện. Sự xuất hiện điện thế trên trang bị nối đất chỉ có tính chất tạm thời. Xác suất xảy ra ngắn mạch chạm đất đồng thời với việc người tiếp xúc với vỏ thiết bị điện có mang điện áp rất nhỏ nên quy phạm không quy định điện áp lớn nhất cho phép mà chỉ đòi hỏi ở bất kỳ thời gian nào trong năm điện trở của trang bị nối đất cũng phải thoả mãn:

Rđ < 0,5 Ω

Trong mạng có dòng chạm đất lớn bắt buộc phải có nối đất nhân tạo trong mọi trường hợp không phụ thuộc vào nối đất tự nhiên, điện trở nối đất nhân tạo không được lớn hơn 1 Ω.

Với lưới có điện áp trên 1000 V dòng điện chạm đất bé tức là mạng điện có điểm trung tính không nối đất trực tiếp hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang thường bảo vệ rơle không tác động cắt bộ phận hoặc thiết bị điện có chạm đất một pha. Vì thế chạm đất một pha có thể kéo dài, điện áp UN trên thiết bị bị chạm đất cũng sẽ tồn tại lâu dài làm tăng xác suất người tiếp xúc với thiết bị có điện áp Uđ. Vì vậy quy phạm quy định điện trở của trang bị nối đất tại thời điểm bất kỳ trong năm như sau:

Khi dùng trang bị nối đất chung cho cả điện áp dưới và trên 1000 V:

Rđ ≤ 125/Iđ

Khi dùng riêng trang bị nối đất cho các thiết bị có điện áp trên 1000 V trong đó:

Rđ ≤ 250/Iđ

Trong đó

  • 125 và 250 – điện áp lớn nhất cho phép của trang bị nối đất;
  • Iđ – dòng điện tính toán chạm đất một pha.

Trong cả hai trường hợp, điện trở nối đất không được vượt quá 10 Ω

Đỏi với mạng điện có điện áp dưới 1000 V điện trở nối đất tại mọi thời điểm trong năm không được vượt quá 4 Ω (riêng với các thiết bị nhỏ, công suất tổng của máy phát điện và máy biến áp không quá 100 kVA, cho phép tới 10 Ω).

Nối đất lặp lại của dây trungtính trong mạng 380/220 V phải có điện trở không quá 10 Ω.

Trường hợp có nhiều thiết bị phấn phối cỏ điện áp khác nhau đặt trên cùng một khu đất nên thực hiện trang bị nối đất chung. Điện trở nối đất chung cần phải thỏa mãn yêu của trang bị nối đất nào đòi hỏi điện trở nhỏ nhất.

  • Đối với thiết bị điện có điện áp cao hơn 1000 V có dòng điện chạm đất bỏ và các thiết bị điện có điện áp tổn 100 V nên sử dụng nối đất tự nhiên có sẵn. Nếu trị số của điện trở nối đất tự nhiên nhỏ hơn trị số tính toán đã nói trên thì không cần thực hiện nối đất nhân tạo.
  • Đối với đường dây tải điện trên không cần nối đất các cột bêtông cốt thép và cột sắt của tất cả các đường dây tải điện 35 kV các đường dây 3 – 20 kV chỉ cần nối đất ở khu vực có dân cư. Cầu nối đất các cột bêtông, cột thép, cột sắt, cột gỗ của tất cả các loại đường dây ở mọi cấp điện áp khi có đặt thiết bị bảo vệ chống sét hay dây chống sét. Điện trở nối đất cho phép của cột phụ thuộc vào điện trở suất của đất và bằng 10 – 30 Ω.

Trên các đường dây ba pha bốn dây điện áp 380/220 V có điểm trung tính trực tiếp nối đất, các cột sắt, xà sắt của cột bêtông cốt thép cần phải được nối với dây trung tính.

Trong các mạng điện có điện áp dưới 1000 V có điểm trung tính cách điện, các cột sắt và bêtông cốt thép cần có điện trở nối đất không quá 50 Ω.

Điện trở nối đất chủ yếu xác định bằng điện trở suất của đất, hình dạng kích thước điện cực và độ chôn sâu trong đất.

Điện trở suất của đất phụ thuộc thành phần, mật độ,độ ẩm và nhiệt độ của đất và chỉ có thể xác định chính xác bằng đo lường. Các trị số gần đúng của điện trở suất của đất ρ (khi độ ẩm bằng 10 – 20% về trọng lượng) tính hằng Ω.cm như sau:

  • Cát                                             7.104
  • Cát lẫn đất                               3.1o4
  • Đất sét, đất sét lẫn sỏi (độ dày của lớp đất sét từ 1 đến 3m)              1.104
  • Đất vườn, đất ruộng                    0,4.104
  • Đất bùn                                     0,2.104

Điện trở suất của đất không phải cố định trong năm mà thay đổi do ảnh hưởng của độ ẩm và nhiệt độ của đất, do đó điện trở của trang bị nối đất cũng thay đổi. Vì vậy trong tính toán nối đất phải dùng điện trở tính toán là trị số lớn nhất trong năm.

Ptt=kmax

trong đó:

  • kmax – hệ số tăng cao, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu của nơi sẽ xây dựng trang bị nối đấu kmax còn được gọi là hệ số mùa.

Đối với các ống và thanh thép góc dài 2 – 3 m, khi đâu trên cách mặt đất 0,5 – 0,8 m thì kmax = 1,2-2, còn với thanh thép dẹt đật nằm ngang cách mặt đất 0,8 m thì kmax = 1,5 – 7.

Tính toán nối đất nhân tạo

Tính toán nối đất nhân tạo theo trình tự sau đây:

  • Xác định điện trở nối đất Rđ theo quy định của quy trình quy phạm về nối đất.
  • Xác định điện trở nối đất của một cọc:

Rlc = 0,336/1 .p.kmax.{lg(21/d)+1/2log[(4t+1)/(4t-1)]} Ω

Trong đó

  • p – điện trở suất của đất, Ω/cm
  • kmax = 1,5 hệ số mùa
  • d – đường kính ngoài của cọc, m
  • l – chiều đài của cọc, m
  • t – độ chôn sâu của cọc, lính từ mặt đất lới điểm giữa của cọc, cm.

Đối với thép góc có bề rộng của cạnh là b, đường kính ngoài đẳng trị được tính:

d = 0,95 b

Thông thường người ta dùng thép góc L 60 x 60 x 6 dài 2,5 cm dể làm cọc thẳng đứng của thiết bị nối đất. Với tham số cọc như trên, có thể tính gần đúng như sau:

Rlc = 0,00298.ρ, Ω

trong đó:

  • ρ – điện trở suất của đất, Q/cm.

Nếu ρ là số liệu đo trong mùa mưa thì phải nhân thêm hệ số kmax để tìm được giá trị lớn nhất.

ρmax = kmax . ρ , Ω/cm

kmax= 1,5÷2.

  • Xác định sơ bộ số cọc

Số cọc thường được xác định theo kinh nghiệm, đồng thời cũng có thể xác định sơ bộ theo công thức sau:

n = RlccRđ

trong đó:

  • Rlc – điện trở nối đất của một cọc, Ω;
  • Rđ – điện trở của thiết bị nối đất theo quy định, Ω,
  • η– hệ số sử dụng cọc,

Theo quy định số cọc không được ít hơn hai.

  • Xác định điện trở của thanh nổì nằm ngang:

 

Rt=0,366/l . ρmax lg(212/bt) ,  Ω

Trong đó:

  • ρmax – điện trở suất của đất ở độ sâu chôn thanh nằm ngang, Ω/cm (lấy độ sâu = 0,8 m);
  • l – chiều dài (chu vi) mạch vòng tạo nên bởi các thanh nối, cm;
  • b – bề rộng thanh nối, cm(thường lấy b = 4 cm);
  • t – chiều sâu chôn thanh nối, cm (thường lấy t = 0,8 cm).

Điện trở của thanh nối thực tế còn cần phải xét đến hệ số sử dụng thanh η

R’t = Rtt , Ω

 

  • Xác định điện trở (khuếch tán) của n cọc chôn thẳng đứng Rc

Rc = Rlc/nη

 

  • Xác định điện trở (khuếch tán) của thiết bị nối đất gồm hệ thống cọc và các thanh nối nằm ngang:

R = Rc.Rt/(Rc+Rt)

 

So sánh điện trở nối đất tính được R với điện trở nối đất theo quy định Rđ, nếu R > Rđ thì phải tăng số cọc lên và tính lại.

Trích: Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng

Tính toán trang bị nối đất
5 (100%) 2 votes