CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan chung về hướng nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã được công bố 1. Tổng quan chung về hướng nghiên cứu Hàng năm ngành điện nước ta phải gánh chịu những tổn thất to lớn do hậu quả của các trận sấm sét gây ra. Nó không những làm gián đoạn việc cung cấp điện mà còn làm thất thoát rất nhiều ngân sách của Nhà nước.
Trước tình hình đó thì việc tính toán và thiết kế một hệ thống nối đất hiệu quả là việc rất quan trọng và cấp thiết nhằm bảo vệ an toàn tính mạng cho con người và thiết bị trong hệ thống điện. Tác dụng của việc nối đất là tạo điều kiện thuận lợi nhất cho các dòng điện sự cố (dòng rò qua cách điện, dòng chạm đất, dòng ngắn mạch hoặc dòng điện sét) tản nhanh vào trong lòng đất nhằm hạn chế được các tác hại tại chỗ cũng như tránh được các sự lan truyền không mong muốn của chúng sang các phần tử khác của hệ thống, đồng thời giữ cho điện thế trên các phần tử nối đất luôn ở các mức giá trị thấp chấp nhận được. Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất như sau: Nối đất làm việc nhằm bảo đảm sự làm việc của trang thiết bị điện trong các điều kiện bình thường và sự cố theo các chế độ quy định (nối đất điểm trung tính các cuộn dây máy phát, nối đất máy biến áp đo lường, nối đất trong hệ thống pha - đất). Nối đất an toàn (nối đất bảo vệ) nhằm bảo đảm an toàn cho người khi cách điện của trang thiết bị điện bị hư hỏng gây rò điện (nối đất vỏ máy phát, vỏ thiết bị điện, nối đất các kết cấu kim loại của trang thiết bị phân phối điện).
Nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét vào đất, giữ cho điện thế của các phần tử được nối đất không quá cao để hạn chế phóng điện ngược từ các phần tử đó đến các bộ phận mang điện và trang thiết bị khác (nối đất cột thu sét, dây chống sét, nối đất các kết cấu kim loại có thể bị sét đánh). HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 1 Luan van Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu và tính toán nối đất trạm biến áp trong vùng có điện trở suất của đất cao” Trong hệ thống nối đất thì yếu tố điện trở đất là yếu tố rất quan trọng, giá trị điện trở đất càng thấp thì càng có lợi. Nhưng trong thực tế ở những vùng đồi núi, cao nguyên, vùng nhiều đá sỏi. thì điện trở đất rất cao, do đó việc làm giảm điện trở nối đất trong hệ thống là điều rất quan trọng, nó không những giúp cho việc nối đất hiệu quả hơn mà còn mang lại lợi ích về kinh tế.
Gần đây, các nhà nghiên cứu đã tìm ra một loại hóa chất làm giảm điện trở đất rất hiệu quả, bền vững với thời gian, không bị rửa trôi, an toàn với môi trường. Đó là hóa chất San Earth M5C - một loại hóa chất làm giảm điện trở đất được hãng Sankosa-Nhật Bản sản xuất và hiện nay Việt Nam cũng đã xây dựng nhà máy sản xuất hóa chất này. Tuy nhiên, hiện nay các nghiên cứu tính toán, thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp vẫn còn một số hạn chế như sau: Tính toán, thiết kế nối đất cho trạm biến áp theo hướng dẫn của tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2000, mặc dù năm 2013 tiêu chuẩn này đã ra phiên bản mới; Đa phần các nghiên cứu trước đây, chưa xem xét sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất khi tính toán, thiết kế hệ thống nối đất đặt ở vùng có điện trở nối đất cao và diện tích thi công bị hạn chế; Chưa xem xét, so sánh về kinh tế giữa phương án có/không sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất.
Để giải quyết các vấn đề trên, đề tài “ Nghiên cứu và tính toán nối đất trạm biến áp trong vùng có điện trở suất của đất cao” được học viên tiến hành nghiên cứu nhằm đề xuất các bước tính toán và lựa chọn giải pháp nối đất an toàn cho trạm biến áp trong vùng có điện trở suất của đất cao theo hướng dẫn của tiêu chuẩn IEEE Std. Các nghiên cứu trong và ngoài nước a. Nghiên cứu trong nước [1] Hồ Ninh Thuận, Sử dụng chất cải tạo đất trong tính toán nối đất an toàn theo tiêu chuẩn IEEE STD. 80-2013, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, 2016.
HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 2 Luan van Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu và tính toán nối đất trạm biến áp trong vùng có điện trở suất của đất cao” Đề tài tính toán nối đất và tối ưu hóa hệ thống nối đất khi có sử dụng chất cải tạo đất GEM theo tiêu chuẩn IEEE STD. [2] Phạm Tấn Hưng, Nối đất trạm biến áp cao thế có tính đến hóa chất cải tạo đất, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, 2015. Đề tài nghiên cứu phương pháp thực nghiệm đo điện trở đất trạm biến áp cao thế có tính đến hóa chất cải tạo đất GEM theo tiêu chuẩn IEEE STD. [3] Nguyễn Thanh Tùng, Tính toán điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, 2012.
Đề tài nghiên cứu phương pháp tính toán điện trở nối đất trạm biến áp bằng các hình thức đơn giản có thành phần cải tạo điện trở nối đất. [4] Nguyễn Trung Phương, Nghiên cứu các phương pháp tính toán và giải pháp giảm điện trở các vùng có điện trở suất cao, Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2012. Đề tài nghiên cứu so sánh 2 phương pháp: phương pháp tính toán của Nga, phương pháp tính toán của Schwarz để tính trị số điện trở nối đất của trạm biến áp theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE80. Nhìn chung các nghiên cứu nêu trên còn một số hạn chế như sau: Các bước tính toán sử dụng công thức tính toán phức tạp, gây khó khăn cho người sử dụng; Tính toán, thiết kế hệ thống nối đất theo tiêu chuẩn IEEE STD.
80-2000 đã hết hiệu lực thi hành. Nghiên cứu ngoài nước [5] Akshay Patil, IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR- JEEE), Substation Earthing Design, Volume 12, Issue 1 Ver. Bài báo nghiên cứu về thiết kế nối đất trạm biến áp. HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 3 Luan van Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu và tính toán nối đất trạm biến áp trong vùng có điện trở suất của đất cao” [6] Hachimenum Nyebuchi Amadi, Design of grounding system for A.
substations with critical consideration of the mesh, touch and step potentials, European Journal of Engineering and Technology, Vol. Bài báo nghiên cứu về thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp xoay chiều xem xét tầm quan trọng về khả năng cảm ứng và bước thực hiện trong lưới điện. Takalkar, Feasibility Study of Adequacy of Existing Earthing Grid to the Extended Gas Insulated Substation, International Journal of Science and Research and Development, (IJERD) ISSN: 2278-067X Recent trends in Electrical and Electronics & Communication Engineering (Page 51-56) (RTEECE 08th – 09th April 2016). Bài báo này nghiên cứu tính khả thi phù hợp của lưới nối đất hiện tại với trạm biến áp cách điện sử dụng khí (SF6) [8] Dwarka Prasad , Dr.C Sharma, Designing an Earthing and Bonding System for High Voltage Substation, International Journal of Engineering Research and General Science Volume 3, Issue 2, March-April, 2015.
Bài báo nghiên cứu về thiết kế hệ thống nối đất và kết nối với trạm biến áp cao áp [9] M. Hellany, HV substation earth grid commissioning using current injection test (CIT) method: Worst case scenario determination, International Journal of Energy and Environment, Volume 6, Issue 4, 2015. Bài báo nghiên cứu về vận hành lưới điện áp cao áp bằng cách sử dụng phương pháp thực nghiệm thực tế (CIT): Xác định tình huống trường hợp xấu nhất. [10] Zhang Jinsong, Qian Feng, Guo Bing, Yexu Li, and Farid Dawalibi, Grounding of Urban GIS Substation Connected to Commercial Buildings and Metallic Infrastructures, International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing, Vol.
HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 4 Luan van Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu và tính toán nối đất trạm biến áp trong vùng có điện trở suất của đất cao” Bài báo nghiên cứu về nối đất của trạm biến áp GIS dân dụng được kết nối với các trung tâm thương mại và hộ tiêu thụ khác. [11] Muhammad Usman Cheema, MBilal Cheema ,Adnan Bashir, M Usman Aslam, A comparison of ground grid mesh design and optimization for 500kv substation using IEEE 80-2000 and finite element methods, Electrical and Electronics Engineering: An International Journal (ELELIJ) Vol 4, No 1, February 2015. Bài báo so sánh thiết kế lưới điện mặt đất và tối ưu hóa cho trạm biến áp 500KV dùng tiêu chuẩn IEEE 80-2000 và phương pháp phần tử hữu hạn.Shah and Nitin.Bhasme, Design of earthing system for hv/ehv ac substation (a case study of 400kv substation at aurangabad, india), International Journal of Advances in Engineering & Technology, Jan. Bài báo này trình bày thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp 400KV.
[13] Lothar Fickert, Ernst Schmautzer, Christian Raunig, Verification of global earthing systems, 22nd International Conference on Electricity Distribution Stockholm, 10-13 June 2013. [14] Shan Sun, Guo Zeng, Xiaozang He, Yanping Lv, Xinyi Li, The Research on Grounding Protection for 110kV Resistance Grounding Distribution System, Energy and Power Engineering, 2013. Rizk, HV Substation Earthing Design for Mines, Volume 4, Issue 6 (October 2012). Bài báo nghiên cứu về thiết kế nối đất trạm biến áp cao áp cho khu hầm mỏ.
[16] Ashwani Kumar, Grounding System for High Resistivity Limited Area Substations in Hilly Region of Himachal Pradesh, 16th National Power Systems Conference, 15th-17th DECEMBER, 2010. Bài báo nghiên cứu về hệ thống nối đất cho các khu vực có điện trở suất cao tại khu vực đồi núi của Himachal Pradesh. HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 5 Luan van Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu và tính toán nối đất trạm biến áp trong vùng có điện trở suất của đất cao” Các nghiên cứu nêu trên có ưu điểm là nghiên cứu và phân tích chi tiết các bước tính toán, thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp, tuy nhiên vẫn có một số hạn chế như sau: Tính toán, thiết kế hệ thống nối đất theo tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2000 đã hết hiệu lực thi hành.
Chưa xem xét, so sánh về kinh tế giữa phương án có/không sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất. Tính cấp thiết của đề tài Đề tài nghiên cứu và tính toán thiết kế hệ thống nối đất trạm biến áp có sử dụng hóa chất làm giảm điện trở ở những vùng có điện trở suất của đất cao.