Tiếp địa trạm và đường dây
¾ Giai đoạn Khảo sát – Thiết kế: đơn vị Tư
vấn không thực hiện việc khảo sát sát 100% cấu
tạo địa chất của mỗi vị trí trụ điện mà thường
chỉ dựa vào tài liệu địa chất của ngành tài
nguyên môi trường. Không đo điện trở suất đất
từng vị trí cho nên số liệu đầu vào phục vụ công
tác thiết kế không chính xác
¾ Về kỹ thuật chuyên môn: ta phải “chọn
góc tối ưu để đóng cọc đất nhằm đạt hiệu quả
cao nhất”
¾ Trong giai đoạn khảo sát cần lưu ý thành
phần cấu tạo của địa chất có chứa chất điện giải
hay không để khi thiết kế chọn loại cọc đất bằng
kim loại thích hợp chống “ăn mòn”
¾ Trong quá trình thi công – giám sát: Đơn
vị giám sát phải thường xuyên có mặt để kiểm
tra chất lượng thi công có đúng thiết kế không.
Nên lưu ý: đa số các đơn vị thi công đều “làm
nhanh, làm lệch thiết kế” nếu không có người
kiểm tra giám sát thường trực. Đối với phần
ngầm của hệ thống tiếp địa Trạm hoặc Đường
dây trước khi lắp đất cần có sự chứng kiến lập
biên bản của đại diện đơn vị Thi công, đơn vị
Thiết kế, đơn vị Giám sát, đơn vị Quản lý Vận
hành và đơn vị Quản lý Công trình.
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Tóm tắt nội dung tài liệu: Tiếp địa trạm và đường dây
tạo địa chất của mỗi vị trí trụ điện mà thường chỉ dựa vào tài liệu địa chất của ngành tài nguyên môi trường. Không đo điện trở suất đất từng vị trí cho nên số liệu đầu vào phục vụ công tác thiết kế không chính xác ¾ Về kỹ thuật chuyên môn: ta phải “chọn góc tối ưu để đóng cọc đất nhằm đạt hiệu quả cao nhất” ¾ Trong giai đoạn khảo sát cần lưu ý thành phần cấu tạo của địa chất có chứa chất điện giải hay không để khi thiết kế chọn loại cọc đất bằng kim loại thích hợp chống “ăn mòn” ¾ Trong quá trình thi công – giám sát: Đơn vị giám sát phải thường xuyên có mặt để kiểm tra chất lượng thi công có đúng thiết kế không. Nên lưu ý: đa số các đơn vị thi công đều “làm nhanh, làm lệch thiết kế” nếu không có người kiểm tra giám sát thường trực. Đối với phần ngầm của hệ thống tiếp địa Trạm hoặc Đường dây trước khi lắp đất cần có sự chứng kiến lập biên bản của đại diện đơn vị Thi công, đơn vị Thiết kế, đơn vị Giám sát, đơn vị Quản lý Vận hành và đơn vị Quản lý Công trình. Trong phạm vi bài viết này chúng ta nghiên cứu về các chuyên đề sau : A/ KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT : I/ GÓC TỐI ƯU ĐỂ ĐÓNG CỌC ĐẤT : Cọc nối đất đóng xuống mặt đất có công dụng làm giảm điện trở của các điện cực thuộc hệ thống tiếp đất, theo suy nghĩ thông thường góc tiếp xúc giữa cọc và mặt đất là 90° là tốt nhất tuy nhiên các nhà khoa học đã chứng minh điều ấy không chính xác. Ngoài cấu trúc của các lớp đất có điện trở suất khác nhau còn có tác dụng của “hệ số hiệu quả của góc nghiêng khi đóng cọc đất”. Cọc nối đất lắp ở góc nghiêng tối ưu sẽ có tác dụng làm giảm điện trở suất của đất (tùy theo cấu tạo của tầng địa chất). Có 2 yếu tố để xác định hiệu quả cọc nối đất: ¾ Cấu tạo của tầng địa chất (tạo nên điện trở suất lớn hay nhỏ) ¾ Sự kết nối bằng dây tiếp đất giữa các cọc đất liền kề Trong chủ đề này chúng ta nghiên cứu ảnh hưởng của hai yếu tố nêu trên đến điện trở của điện cực để xác định giải pháp thực hiện góc nghiêng tối ưu cho việc đóng cọc đất. 1/ Điện trở suất của đất : Công dụng của cọc đất làm giảm điện trở của mỗi điện cực (phụ thuộc vào điện trở suất của đất và bề dày của mỗi lớp đất khác cấu trúc Hình 2 : Tương quan giữa góc nghiêng của cọc và điện trở đất Đ iệ n tr ở bì nh th ườ ng Góc nghiêng BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 29 mà cọc đất xuyên qua). Nếu lớp đất có điện trở suất thấp nằm ở lớp đất trên cùng thì không nhất thiết đóng cọc xuyên qua lớp đất khác có điện trở suất cao. Khi lớp đất thuận lợi nàm ngoài cùng thì chỉ cần đóng cọc với góc nghiêng nhỏ nhất (khuynh hướng nằm ngang) Khảo sát cho thấy khi lớp đất trên cùng điện trở suất thấp thì việc đóng cọc nghiêng mang lại hiệu quả từ 2 ÷ 8 lần so với đóng góc 90°. Trường hợp lớp đất trên có điện trở suất cao thì việc đóng cọc sâu (góc 90°) sẽ tăng bề mặt tiếp xúc với lớp đất điện trở suất thấp mang lại hiệu quả tốt hơn. Đồ thị dưới đây cho thấy tương quan giữa độ sâu và điện trở đất (đối với loại đất điện trở suất cao) 2/ Hiệu ứng lân cận : Sự kết nối giữa cọc đất & phần còn lại sẽ tạo ra hệ số hiệu quả lưới đất ; các dây cáp liên kết lưới đất nên chôn trong đất để tạo ra các gradient điện áp do 1 phần dòng điện được tản qua đất . Các bản cực đất ( xử dụng đồng lá ) được đặt nằm ngang trong đất sẽ mang lại hiệu quả cao nhất so với xử dụng cọc đất đóng thẳng đứng. II/ KHẢO SÁT THIẾT KẾ LƯỚI ĐẤT : 1/ Phương pháp luận : Người ta sử dụng chương trình phần mềm SES Tech CDEGS để tính toán thiết kế hệ thống lưới đất của một Trạm (trong đó mô phỏng hệ thống các cọc đất thành một cọc duy nhất). Các tham số về cấu tạo các loại lớp đất, chiều dài và góc nghiêng của cọc đất được mô phỏng. Mô hình trạm được nghiên cứu có kích thước 40 x 40m và khoảng cách giữa tất cả các cọc đất là 2,5m. Mỗi cọc đều được chôn sâu 0,5m dưới mặt đất . Các dây cáp liên kết lưới đất thường được sử dụng là cáp đồng trần, tròn tiết diện s ≥ 50 mm2, (kết quả tính toán không phụ thuộc nhiều vào loại vật liệu cáp liên kết). Chương trình tính toán giả định bơm vào lưới đất một dòng điện xoay chiều cố định, kết quả sẽ cho trị số điện trở của từng điện cực (cọc đất). Điện trở của điện cực tiêu biểu sẽ được tham khảo để tính góc nghiêng đóng cọc tương ứng với cấu trúc của lớp đất. 2/ Tham số cọc đất : Các cọc đất được mặc định dài 12m, chiều dài được chọn vì hướng đến tác dụng của lớp đất trên cùng, góc đóng cọc thay đổi từ 0° đến 90° (các cọc thay đổi góc nghiêng 15°cho từng cấp) 3/ Mô hình đất : Trong tính toán người ta mô phỏng có 2 lớp đất: loại tốt nhất có điện trở suất đất thấp và loại xấu hơn có điện trở suất đất cao. Lớp trên cùng điện trở suất thấp được giả định có bề dầy ở các cấp: 1 – 2,7 – 5,5m; lớp còn lại bên dưới có điện trở suất cao. Hình 3: Sơ đồ mô phỏng điện cực đất của 1 trạm với hiệu Ứng lân cận – điện trở đất giảm theo chiều sâu Đ iệ n tr ở bì nh th ườ ng Độ sâu đóng cọc (m) Hình 4 : Hiệu ứng lân cận - tương quan giữa điện trở cọc và góc nghiêng cọc Đ iệ n tr ở bì nh th ườ ng Góc nghiêng đóng cọc Hình 5 : Tương quan điện trở đất theo góc nghiêng của cọc (bề dày lớp đất: 1m – điện trở suất từ cao xuống thấp) Đ iệ n tr ở bì nh th ườ ng Góc nghiêng đóng cọc BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 201930 4/ Hiệu ứng lân cận: Góc nghiêng đóng cọc thay đổi theo sự đồng nhất của lớp đất để hạn chế hiệu ứng lân cận. Các yếu tố tham khảo khi tính toán: ¾ Điện trở đất nhỏ nhất ở góc nghiêng cọc là 30° nhưng dễ thực hiện trong vùng từ 15°÷ 50° (khả dĩ chấp nhận trong vùng: 30°÷ 60°) độ sâu đóng cọc trong nghiên cứu này là 0,5m thay vì 0,8m ¾ Đối với góc nghiêng nhỏ, độ chôn sâu của cọc sẽ chi phối đặc tính làm giảm điện trở đất ¾ Đối với các góc nghiêng cọc lớn hơn: hiệu ứng lân cận chi phối và kết quả là điện trở đất tăng theo chiều sâu Độ chôn sâu của cọc đã được nghiên cứu về chiều sâu lý thuyết để chứng minh cho hiệu ứng lân cận. Điện trở của cọc đất mô hình giảm và ổn định ở mức 200 m dưới lớp đất mặt (ở lớp đất sâu > 200 m, hiệu ứng lân cận không còn ảnh hưởng). Hình số 3 biểu thị đặc trưng này. Với độ sâu này điện trở đất biến thiên theo đường cong có hàm số mũ và đạt giá trị cực đại ở góc nghiêng 90°, theo đồ thị của hình 4 điện trở kết nối giữa các cọc vào lưới chinh sẽ giảm. Ngoài ra hình 4 cũng chỉ ra: do hiệu ứng lân cận đơn lẻ nên góc nghiêng tối ưu của cọc sẽ thấp: 0° ÷ 10°(gần nằm ngang với mặt trạm) 5/ Ảnh hưởng của cấu trúc đất : 5.1 / Mô hình đất dày 1m lớp trên cùng – điện trở suất từ cao xuống thấp: Loại đất được mô phỏng dày 1m có điện trở suất: 1000 ohm-m , sâu hơn 1m đất có điện trở suất trung bình: 400 ohm-m. Theo hình số 5: ¾ Điện trở đất nhỏ nhất khi cọc đóng theo góc nghiêng từ 15° ÷ 30° ¾ Đối với góc nghiêng < 15°| điện trở cao hơn nhưng tác động của hiệu ứng lân cận thấp vì phần lớn các cọc nằm trong lớp đất có điện trở suất cao ¾ Đối với góc nghiêng > 30°điện trở đất tăng dần theo hàm số mũ 5.2/ Mô hình đất dày 1m lớp trên cùng – điện trở từ thấp lên cao: Loại đất được mô phỏng dày 1m có điện trở suất 400 ohm-m, sâu hơn 1m đất có điện trở suất 1000 ohm-m. Theo hình số 6: ¾ Điện trở đất bằng 0 khi góc nghiêng cọc là 0° sau đó tăng nhanh đến 90° khi cọc đi vào lớp đất có điện trở suất cao ¾ Ngoài góc > 20° hiệu ứng lân cận tác động theo hàm số mũ làm tăng dần điện trở đất 5.3/ Mô hình đất dày 2,7 m – điện trở suất từ cao xuống thấp: Loai đất mô phỏng dày 2,7 m có điện trở suất 1000 ohm-m, sâu hơn 2,7 m đất có điện trở suất trung bình 400 ohm-m. Theo hình số 7 : ¾ Điện trở đất bằng 1ohm khi góc nghiêng cọc là 0° ¾ Điện trở đất có giá trị thấp nhất khi góc nghiêng cọc là 45°& giá trị giống nhau ở các góc 30° và 70° 5.4/ Mô hình đất dày 2,7 m – điện trở suất từ thấp lên cao: ¾ Điện trở đất thấp nhất khi góc nghiêng cọc là 45° ¾ Điện trở tăng dần khi góc nghiêng thay đổi : 45° ± 15°. (Hình số 8) 5.5/ Mô hình đất dày 5,5m- điện trở suất từ cao xuống thấp: ¾ Điện trở đất nhỏ nhất trong khoảng góc nghiêng 60° ÷ 75° Hình 6 : Tương quan điện trở đất theo góc đóng cọc (mô hình đất dày 1m – điện trở suất từ thấp lên cao) Đ iệ n tr ở bì nh th ườ ng Góc nghiêng đóng cọc Hình 7 : Tương quan điện trở đất theo góc nghiêng Đóng cọc (Mô hình đất dày 2,7 m - điện trở suất từ cao xuống thấp) Đ iệ n tr ở bì nh th ườ ng Góc nghiêng đóng cọc BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 31 ¾ Hiệu ứng lân cận được chứng minh ở góc > 70°. (Hình số 9) 5.6/ Mô hình đất dày 5,5 m – điện trở suất từ thấp lên cao : ¾ Điện trở đất thấp nhất trong khoảng góc nghiêng 0° ÷ 15° ¾ Điện trở tăng nhanh khi góc nghiêng > 15° do hiệu ứng lân cận , thực tế hơn do các cọc đóng sâu vào vùng đất điện trở suất cao . (Hình số 10) 6 / Nhận xét : Góc nghiêng tối ưu của cọc đất sẽ được chọn tùy theo cấu trúc của loại đất (qua các mô phỏng tính toán) Có một số yếu tố xác định góc tối ưu như: tăng chiều sâu chôn cọc nhằm tăng diện tích tiếp xúc với đất, góc nghiêng chính xác sẽ giúp cho cọc đất tiếp xúc nhiều vào vùng điện trở suất thấp, các góc dốc hơn chỉ làm tăng hiệu ứng lân cận Các góc nghiêng 80°thường không mang lại kết quả tốt B/ NGHIÊN CỨU CHỐNG ĂN MÒN TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT: Hệ thống tiếp địa Trạm hoặc Đường dây sau khi được đưa vào vận hành còn vấn đề quan trọng phải được quan tâm đó là duy trì chất lượng hệ thống. Chúng ta đã biết kết cấu hệ thống nối đất là kim loại như đồng, thau, sắt, sắt mạ kẽm hoặc mạ đồng; khi đặt trong đất thì theo thời gian sẽ bị ăn mòn. Chúng ta không thể chống ăn mòn các điện cực bằng biện pháp cách ly điện cực khỏi đất bằng màn chắn vì tạo ra điện trở tiếp xúc đất lớn. Nguy cơ ăn mòn phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của đất, kim loại đơn làm điện cực (sắt hoặc đồng), kim loại mạ chống ăn mòn tốt hơn. Hiện tượng ăn mòn do hình thành các pin điện mà âm cực là dây thép nối từ chân cột xuống đất thông qua khối bê tông móng trụ với các cọc đất còn lại được xem như dương cực. Tỉ số khi gia cố khối bê tông chân trụ tiết diện của âm cực so với tiết diện của các dương cực còn lại càng lớn và điều này không có lợi vì sẽ gia tăng yếu tố ăn mòn Hình 11 : kết cấu pin với âm cực: sắt và dương cực: đồng Chất điện phân Vấn đề cách ly về điện tất cả dương cực để hạn chế tác động ăn mòn chỉ là lý thuyết. Ngày nay người ta phải liên kết tất cả các cọc đất tiếp xúc tốt trong đất với cọc kim loại khác (sắt, thép), tạo ra sự liên kết đẳng thế để đảm Hình 8 : Tương quan điện trở đất theo góc nghiêng cọc (Mô hình đất dày 2,7 m – điện trở suất từ cao xuống thấp) Đ iệ n tr ở bì nh th ườ ng Góc nghiêng đóng cọc Hình 9 : Tương quan điện trở đất theo góc đóng cọc (Mô hình đất dày 5,5 m – điện trở suất từ cao xuống thấp) Đ iệ n tr ở bì nh th ườ ng Góc nghiêng đóng cọc Hình 10: Tương quan điện trở đất theo góc đóng cọc (Mô hình đất dày 5,5 m – điện trở suất từ thấp lên cao) Đ iệ n tr ở bì nh th ườ ng Góc nghiêng đóng cọc BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 201932 bảo an toàn không tạo ra điện áp xúc cao mỗi khi xảy ra ngắn mạch chạm đất hoặc khi thoát sét xuống đất. Ngoài ra theo tiêu chuẩn IEC – 603644- 4- 41 và IEC – 60364- 5- 54 các dây nối đất an toàn từ vỏ thiết bị cao thế xuống lưới đất có thể đặt trong ống dẫn hoặc cáp bọc hạ thế để chống điện giật. Giải pháp hạn chế hoặc giảm sự ăn mòn các cọc đất với các thiết bị nối đất là chọn kim loại thích hợp. Sự hình thành Pin – Hiện tượng ăn mòn: Nếu 2 điện cực làm bằng kim loại khác nhau đặt trong cùng chất điện phân thì sẽ tạo ra điện áp giữa 2 điện cực và giá trị điện áp sẽ phụ thuộc vào chất điện phân. Theo hình 11 khi nối Ampere kế giữa 2 điện cực sắt và đồng thì sẽ có dòng điện chạy từ cực dương (đồng) sang cực âm (sắt) và trong chất điện phân thì ngược lại: dòng điện chạy từ cực âm sang cực dương. Nói cách khác là kim loại bị phân hũy trong chất điện phân Hiện tượng ăn mòn còn có thể xảy ra trong hình thái Pin tập trung theo hình 12. Ở đây 2 điện cực làm cùng kim loại được đặt trong 2 chất điện phân khác nhau; điện cực đặt trong chất điện phân II có độ tập trung cao hơn chất điện phân I do đó tạo ra các Ion dương so với điện cực còn lại Hình 12 : Pin tập trung Chất điện phân I Chất điện phân II Pin tập trung: Hai điện cực làm bằng cùng kim loại nhưng đặt trong 2 chất điện phân khác nhau. Kim loại đặt trong chất điện phân II có mức tập trung ion cao hơn chất điện phân I nên mang điện tích dương, nếu liên kết 2 điện cực lại sẽ có dòng điện i chạy từ cực âm sang cực dương trong chất điện phân, hiện tượng điện hóa này tạo sự ăn mòn ở điện cực âm. Pin tập trung có thể hình thành từ 2 điện cực sắt: 1 đóng trong đất và 1 nằm trong lớp bê tông khi kết nối 2 điện cực lại sẽ có dòng điện di chuyển từ cực âm (cọc trong đất) sang cực dương (cọc trong bê tông), hiện tượng ăn mòn này theo kinh nghiệm thực tế cho thấy cọc sắt trong đất có thể mòn đi vài gram / năm. Hình 13: Pin tập trung (Cọc sắt trong đất – Cọc sắt trong bê tông) Đất Bê tông Đặc điểm phân cực của các điện cực: Khi các cọc thép mạ kẽm đóng trong đất thì sẽ có độ lệch điện áp khác với cọc thép trần đặt trong bê tông (hoặc so với điện cực sulfat đồng): · Thép trần trong khối bê tông : - 200 mV ÷ - 400 mV · Thép mạ kẽm trong đất : - 800 mV ÷ - 900 mV · Thép mạ kẽm ( còn mới nguyên ) trong đất : - 1000 mV Trong 2 trường hợp đầu độ chênh điện áp của cọc thép trần và thép mạ kẽm lên đến 600 mV, sự thay đổi kim loại sẽ tạo ra độ lệch điện áp khác nhau đối với đất và sự dẫn điện khác nhau của các loại đất cũng tạo ra độ lệch điện áp giữa các điện cực: dòng điện ăn mòn chạy giữa các điện cực được gọi là sự phân cực Thí dụ: Một đường ống dẫn khí làm bằng thép có bọc lớp bảo ôn nằm trong đất và được nối đất bằng điện cực đồng sau một thời gian nếu lớp bảo ôn bị bong tróc vài diện tích nhỏ thì hiện tượng phân cực sẽ làm ăn mòn nhanh chóng ống thép dẫn khí do dòng điện anod. Đối với điện cực sulfat đồng ta có thể đo điện áp phân cực từ 200 mV đến -600 mV tùy thuộc theo bề mặt của điện cực catod (thép mạ kẽm) và bề mặt của điện cực anod (thép trần trong khối bê tông). Hình 14 mô tả trường hợp này Các kinh nghiệm đúc kết: Các hiện tượng phân cực < 20 mV không gây ra tác hại gì nhưng từ 20 mV ÷ 100 mV là có dấu hiệu của sự ăn mòn và khi điện áp > 100 mV thì ảnh hưởng lớn đến các điện cực. Sự phân cực hình thành bởi: ¾ Các kim loại: do sự khác nhau về kim loại hoặc diện tích khác nhau (hình thành sự ăn mòn tiếp xúc) hay do thành phần cấu trúc khác nhau (hình thành sự ăn mòn giữa các tinh thể) + Dòng điện ăn mòn có thể tính bằng công thức:
File đính kèm:
- tiep_dia_tram_va_duong_day.pdf