10+ Tiêu Chuẩn Tiếp Địa Trạm Biến Áp Dễ Hiễu Và Dễ Áp Dụng

Trạm biến áp không thể thiếu hệ thống tiếp địa nối đất chống sét để đảm bảo an toàn cho công trình và các hệ thống điện sử dụng chung trạm biến áp.

Trong thời gian qua có rất nhiều trạm biến áp 110 kV thi công xong đến thời điểm đóng điện đều vướng mắc về trị số điện trở nối đất không đạt yêu cầu (Rtđ> 0,5Ω), mặc dù đơn vị Tư vấn đã đưa ra rất nhiều giải pháp xử lý nhưng vẫn không đạt yêu cầu. Làm thế nào để trị số điện trở nối đất của trạm đạt yêu cầu để đảm bảo tiến độ đóng điện, đó là điều trăn trở của những người làm quản lý dự án.

Trong quá trình khảo sát thiết kế lựa chọn địa điểm đặt trạm biến áp đơn vị Tư vấn thường quan tâm đến:

Trung tâm phụ tải

Thuận lợi cho công tác vận hành

Phù hợp quy hoạch chung của khu vực. v.v…

Hầu như chưa tính đến khu vực đó có thuận lợi để khi thi công tiếp địa theo phương pháp truyền thống đảm bảo trị số điện trở nối đất theo yêu cầu kỹ thuật.

Hiện nay việc thiết kế các hệ thống nối đất có chất lượng và tuổi thọ là vấn đề rất cần thiết. Các hệ thống nối đất phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

– Giá trị điện trở nối đất của hệ thống phải đảm bảo đúng theo quy phạm.

– Giá trị điện trở nối đất ít thay đổi theo mùa.

– Tuổi thọ công trình cao

– Không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

– Vốn đầu tư thấp.

Đối với những trạm biến áp được đặt những nơi có điện trở suất đất cao như tại những vùng đất cát, đất đồi nhiều đá sỏi, núi đá phong hoá…, việc thiết kế một hệ thống nối đất sao cho đạt được trị số điện trở nối đất theo yêu cầu quy phạm là một điều hết sức khó khăn. Theo lý thuyết đối với các khu vực có địa chất như trên, muốn giảm trị số điện trở suất đất, có thể áp dụng các giải pháp sau:

1- Lợi dụng các vật tiếp đất tự nhiên sẵn có

Trong một số trường hợp bên cạnh hệ thống tiếp địa trạm biến áp có những đường ống kim loại, vật kim loại được chôn ngầm thuộc các hệ thống kỹ thuật khác đi gần hoặc chéo ngang qua. Nhất là ở những vùng đông dân cư như trong các thành phố, khu công nghiệp. Ngay cả bên dưới của mỗi công trình cũng có các phần như móng bê tông cốt thép, các đường ống nước, cáp điện…

Nếu được sự đồng ý của cơ quan chủ quan có hệ thống các đường dây, đường ống kỹ thuật ngầm và các đường ống đó dùng để chuyên tải những vật liệu không thể gây cháy nổ thì việc kết hợp các hệ thống đường dây, đường ống kỹ thuật ngầm với hệ thống nối đất để tăng nhanh khả năng tản dòng điện sét hoặc dòng điện sự cố vào trong đất là hết sức cần thiết.

Hệ thống các đường dây, đường ống kỹ thuật ngầm trong các trường hợp này được xem như là bộ phận nối đất tự nhiên.

Trong thực tế, phần lớn trường hợp hệ thống đường dây, đường ống ngầm có trị số điện trở nối đất rất thấp ( khoảng 1-2 ôm). Trong khi đó một hệ thống nối đất nhân tạo muốn đạt được trị số như trên sẽ gặp nhiều khó khăn và tốn kém (Trong trường hợp điện trở suất cao trong trường hợp điện trở suất đất cao, diện tích trạm nhỏ).

2- Thay đất gốc điện trở suất cao bằng đất mới có điện trở suất nhỏ hơn

Khi lớp đất trên bề mặt có điện trở suất cao hoặc có độ dẫn điện kém nhưng có chiều dầy không lớn (khoảng 20 cm), việc giảm giá trị điện trở nối đất có thể thực hiện theo các bước sau:

Đào đất xung quanh cực nối đất với bán kính từ 1,5 đến 2 m, độ sâu bằng chiều dài cọc nối đất cộng thêm với độ sâu (khoảng 0.8 m)

Sau khi đặt cọc nối đất, lấp đầy hố bằng loại đất có điện trở suất thấp hơn rồi đầm chặt đất. Với hệ thống nối đất gồm nhiều cọc tiếp đất, tiến hành nối các thanh liên kết cực khi hố móng chưa lấp đầy.

Loại đất lấp đầy hố là loại đất có điện trở suất nhỏ hơn điện trở suất của đất gốc nơi đặt hệ thống tiếp địa từ 5-10 lần, ví dụ nếu hệ thống nối đất được đặt trong đất cát hoặc đá thì có thể lấp đầy bằng đất sét , than bùn, đất đen, đất pha sét, xỉ than….

3- Giảm điện trở suất bằng muối ăn.

Dùng muối ăn để cải tạo độ dẫn điện của đất làm trị số điện trở suất của đất giảm rất nhnah trong điều kiện đất ẩm. Số muối ngấm ra không xa, việc cải tạo lại đất ngay tại vị trí chôn cọc nối đất là hiệu quả nhất. Thông thường cải tạo bằng muối có chiều dày bằng khoảng 1 phần 3 chiều dài cọc nối đất bán kính từ 0.5 đến 1 m.

Lớp đất trộn muối nên để ở phía trên gần sát đầu mút trên của cọc nối đất. Cứ một lớp muối kế tiếp một lớp đất, chiều dài của mỗi lớp từ 2 đến 4 cm. Mỗi killogram muối tưới thêm từ 1 – 1.5 lít nước, lượng muối dùng cho mỗi cọc khoảng từ 40 đến 50 kg.

Khi sử dụng muối ăn có khể giảm trị số điện trở suất tương ứng với các loại đất như sau:

Đất pha sét giảm từ 1,5 đến 2 lần

Đất pha cát giảm từ 2,5 đến 4 lần

Đất cát giảm từ 4 đến 8 lần

Trị số điện trở suất được cải tạo băng muối này ổn định vì muối có khả năng hút ẩm, duy trì tốt hơi nước xuang quanh cọc. Tuy nhiên lượng muối cũng bị tiêu tan dần do bị lước mưa hòa tan mang đi, do đó cần có chế độ bổ sung muối hàng năm.

β-hệ số giảm trị số điện trở suất của đất

β=po/pct

Trong đó:

pct: điện trở suất của đất sau khi cải tạo bằng muối(Ω.m)

po: điện trở suất khi chưa cải tạo (Ω.m)

Hệ số giảm trị số điện trở suất của đất được cải tạo bằng muối.

 

Hệ số giảm β	Điện trở suất chưa cải tạo po (Ω.m)
	0,5.10­4	1.10­4	2.10­4	3.10­4	4.10­4	5.10­4	6.10­4	7.10­4	8.10­4
	1,6	2	2,5	3,5	4	4,4	5	6,5	8

 

Quan hệ phụ thuộc giữa p với hàm lượng muối (NaCl) và nước (H2O) theo độ ẩm của đất

Thời gian đầu sau khi đổ muối, trị số điện trở suất đất giảm chậm bởi muối chưa thấm hết vào đất, khoảng 1 năm mới ổn định đối với vùng đất cát, đất rời. Độ ổn định của lớp muối có trong đất phụ thuộc vào thành phấn cấu tạo đất, độ ẩm, số lượng và mức độ các trận mưa…., ở những vùng mưa nhiều thời gian định kỳ cải tạo, bổ sung muối phải rút ngăn lại. Ngoài muối ăn để cải tạo đất, ta có thể dùng xỉ than hoặc thường xuyên tưới nước vào bộ phận tiếp đất nhưng hiệu quả kém hơn so với muối.

Cải tạo đất bằng muối ăn và than sẽ làm cho bộ phận kết nối dễ dàng bị ăn mòn dẫn đến tuổi thọ của hệ thống nối đất. Đồng thời muối, than sẽ phân tán và dễ bị các mạch nước ngầm rửa trôi. Điều này sẽ làm cho giá trị điện trở nối đất không ổn định đòi hỏi phải có chế độ kiểm tra bảo dưỡng định kỳ.

4- Bổ sung thêm hệ thống nối đất

Trong trường hợp không hoặc đã kết nối các vật nối đất tự nhiên nhưng trị số điện trở nối đất vẫn không đảm bảo theo quy phạm thì chúng ta có thể hàn nối thêm vào hệ thống nối đất cũ một hệ thống nối đất mới (đơn giản có thể chỉ là các tia kéo dài đến những khu vực có điện trở suất đất thấp, tăng chiều dài cọc nối đất để đến lớp đất phía bên dưới có điện trở suất nhỏ hoặc là hệ thống nối đất hỗn hợp cọc – thanh – tấm).

Tuy nhiên điện trở nối đất không giảm tuyến tính theo lượng cọc, nghĩa là đến một số lượng cọc nhất định việc tăng số lượng cọc không làm giảm theo giá trị điện trở nối đất, không đem lại hiệu quả cao, đồng thời làm gia tăng chi phí xây dựng vì tổng trở nối đất của hệ thống nối đất bao gồm điện trở thuần R và dung kháng C. Điện trở thuần R là điện trở của bản thân điện cực nối đất, các bộ phận kết nối, điện trở tiếp xúc giữa đất với điện cực và điện trở của khối đất bao quanh điện cực. Dung kháng C của hệ thống nối đất là tỷ lệ của diện tích tiếp xúc giữa điện cực và đất. Như vậy nếu ta gia tăng số lượng điện cực lên càng nhiều thì dung kháng C càng lớn.

5- Sử dụng hóa chất để giảm điện trở suất cục bộ

Hiện nay trên thế giới có nhiều hóa chất dùng để giảm điển trở suất của đất như:

i) Hợp chất tăng cường tiếp đất ECC (Earth Enhancing Compound) thường được sử dụng ở khu vực có cấu tạo địa chất là đất cát sỏi rời rạc hoặc diệp thạch với điện trở suất đất trong khoảng 100 đến 1000 Ω.m. EEC là hợp chất gồm hai thành phần hóa chất có độ phân ly mạnh:

– Sunfat đồng (chiếm 15%, dạng bột mầu xanh)

– Sudium Ferro Cyanide (chiếm 85%, dạng bột màu vàng)

Sau khi lần lượt hòa tan tưng phần với nước và rải vào hố và rãnh tiếp địa, chúng sẽ kết hợp với nhau và với đất tạo thành dạng hồ dính mầu nâu, tạo ra môi trường dẫn điện tốt, bao bọc vật tiếp địa và tồn tại lâu dài trong đất.

ii) Sử dụng hợp chất tăng cường hiệu quả tiếp đất RES-LO do hãng LPI sản suất.

iii) Vật liệu tăng cường tiếp đất GEM ( Earth Enhancing Material) thường được sử dụng ở khu vực có cấu tạo địa chất là cát, sỏi, đã vụn, đá phong hóa có hạt to và rời rạc với điện trở suất đất trên 1000 hoặc những nơi có diện tích làm tiếp địa bị giới hạn bởi vì trong GEM ngoài các ion dẫn điện còn có các hạt đất mịn giúp cho việc liên kết các hạt cát đá sỏi, bù vào các kẽ hổng giữa các hạt khiến cho đất chặt hơn. Đất chặt, ít kẽ hổng là yếu tố quan trong giúp giảm điện trở suất của đất.

iv) Hóa chất San- Earth (do tập đoàn Sankosha – Nhật Bản sản xuất):

Hóa chất dẫn điện San – Earth được sản xuất từ các hóa chất bền vững, nó có thể được sử dụng để phòng chống hiện tượng tĩnh điện, ngăn sóng điện từ…. Nhưng ứng dụng rộng rãi nhất là trong việc giảm điện trở suất so với các phương pháp làm giảm điện trở đất truyền thống. San – Earth có hiệu quả ở các vùng đất có nhiều đá, sỏi, cát.

 

Thành phần	Hàm lượng
Chất dễ bay hơi	2,6%
Asen	0,5%
Các bon	96,9%
Nhôm	0,1 + 0,001%
Can xi	< 0,01%
Sắt	< 0,1%
Magiê	< 0,01%
Ni ken	0,1 + 0,01%
Silicon	0,1%
Titan	< 0,01%
Trọng lượng riêng	857kg/m3
Điện trở suất	0,02 Ωm

 

6- Phương pháp hàn hoá nhiệt CADWELD

Hàn hoá nhiệt Cadweld hay còn gọi là hàn hoá nhiệt đúc theo khuôn hàn graphit. Hàn hoá nhiệt áp dụng phương pháp nhiệt nhôm của Bekatop. Phản ứng khử ôxit các kim loại của nhôm đối với các kim loại nằm sau nó trong bảng Bekatop là rất mạnh, phản ứng này toả nhiệt đến 3000oC . Với nhiệt độ này các kim loại đều bị chảy và ôxit nhôm nhẹ sẽ nổi lên trên bề mặt kim loại nóng chảy.

Ví dụ: Khi nhôm tác dụng với các ôxit kim loại có hoạt tính kém hơn nó như ôxít sắt, phản ứng này có nhiệt lượng là 2000oC (khi 2 phân tử gam A­2O3 được tạo thành, lượng nhiệt t­oả ra gấp 4 lần khi than nóng chảy để tạo thành 2 phân tử gam CO2) giải phóng sắt ra khỏi ôxít tạo ra với ôxít nhôm như sau:

2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3

Công nghệ hàn nhiệt hoá Cadweld có thể hàn được các kim loại sau: Đồng với đồng, đồng với nhôm, đồng với sắt và nhôm với nhôm.

Hàn hoá nhiệt Cadweld có các đặc điểm sau:

–          Hình dạng và kích thước khuôn hàn đa dạng, thích hợp với mọi chi tiết cần hàn;

–          Truyền tải được dòng điện lớn;

–          Là loại mối hàn phân tử nên bền, không hư hỏng, không giảm chất lượng theo thời gian;

–          Không cần nguồn ngoài, thi công nhanh, thiết bị gọn nhẹ, không cần những kỹ năng đặc biệt;

–          Có thể kiểm tra chất lượng mối hàn bằng mắt thường;

–          Chi phí thấp.

7- Công nghệ nối đất tầng sâu để sử lý hệ thống nối đất của các trạm biến áp trong vùng điện trở suất đất cao.

Công nghệ tiếp điạ tầng sâu thực chất là việc sử dụng các cọc tiếp địa được tiếp sâu xuống đất để đạt tới lớp đất ẩm hay mực nước ngầm có điện trở suất thấp kết hợp với các hoá chất để giảm điện trở suất xung quanh điện cực. Phương pháp này có ưu điểm là giá trị điện trở tiếp địa ổn định, ít thay đổi theo mùa do độ ẩm và nhiệt độ của lớp đất sâu bên dưới ổn định.

Để xử lý vấn đề này, cần tiến hành nghiên cứu đo điện trở suất của đất và xem xét khả năng ứng dụng công nghệ nối đất tầng sâu cho các trạm biến áp có trị số điện trở nối đất không đạt yêu cầu.

Theo kết quả đo điện trở suất, ta nhận thấy điện trở suất của đất có trị số khá lớn. Trong nhiều trường hợp trạm có kích thước nhỏ, rất khó, thậm chí không thể đạt được điện trở nối đất theo quy phạm bằng cách tăng chiều dài và số lượng cọc với các trạm trong vùng điện trở suất đất cao và kích thước trạm bé, ngay cả khi sử dụng số lượng lớn cọc.

Do đó với các trạm này nếu không xác định được khu vực hoặc độ sâu, nơi có điện trở suất đất thấp (nhỏ hơn 100 Ωm) thì không thể đạt được trị số theo quy phạm.

Từ các giải pháp trên chúng tôi có một số đề xuất sau:

– Khi lựa chọn địa điểm xây dựng trạm biến áp dự kiến đặt ở khu vực gần ao hồ, đầm, suối những vùng có điện trở suất thấp giải pháp đặt tiếp địa theo phương pháp truyền thống. Trong trường hợp tiếp địa chưa đạt yêu cầu xem xét việc bổ sung cọc tia. Ví dụ như trạm Phù Ninh.

– Khi địa điểm đặt trạm ở những vùng đồi núi, sỏi, cát, đất phong hóa những vùng có điện trở suất của đất lớn đòi hỏi đơn vị Tư vấn phải có đơn vị có chức năng để xác định giá trị chính xác điện trở suất của đất. trong trường hợp này xem xét khảo sát bằng phương pháp đo sâu điện đối xứng và phân tích kết quả trên phần mềm địa chất và áp dụng phương pháp nối đất tầng sâu. Để giảm chi phí cần phải tính toán sử dụng các cọc tiếp địa bằng thép mạ kẽm hạn chế sử dụng cọc đồng, đồng thời tính toán hạn chế sử dụng hóa chất nhằm giảm chi phí cho hạng mục này.

Xem bài tiếp theo: Khái Niệm Và Nguyên Lý Làm Việc Của Công Tơ Điện 1 Pha