Tại sao các trạm biến áp sử dụng đá cuội sỏi và đá vụn

Tại Sao Các Trạm Biến Áp Lại Sử Dụng Đá, Sỏi, Cuội Và Đá Dăm?

Trong các trạm biến áp, các thiết bị như máy biến áp truyền tải và phân phối, đường dây truyền tải, biến áp điện áp, biến áp dòng điện và cầu dao cách ly đều yêu cầu nối đất. Ngoài chức năng nối đất, bài viết này sẽ đi sâu vào lý do vì sao sỏi và đá dăm thường được sử dụng trong các trạm biến áp. Mặc dù trông có vẻ bình thường, nhưng những loại đá này đảm nhiệm vai trò quan trọng về mặt an toàn và chức năng.

Trong thiết kế nối đất trạm biến áp—đặc biệt khi áp dụng nhiều phương pháp nối đất—đá dăm hoặc sỏi được rải khắp sân trạm vì một số lý do then chốt.

Mục đích chính của việc rải sỏi trong sân trạm biến áp là giảm hiện tượng tăng điện thế nối đất (GPR), còn được gọi là điện áp bước và điện áp tiếp xúc, được định nghĩa như sau:

• Tăng điện thế nối đất (GPR): Điện thế điện lớn nhất mà mạng nối đất của trạm biến áp có thể đạt được so với một điểm tham chiếu đất xa (được giả định ở điện thế bằng không tuyệt đối). GPR bằng tích của dòng sự cố cực đại đi vào mạng nối đất và điện trở của mạng đó.

• Điện áp bước (Eₛ): Hiệu điện thế cực đại có thể tồn tại giữa hai bàn chân (thường cách nhau 1 mét) khi dòng sự cố chảy vào hệ thống nối đất. Một trường hợp đặc biệt là điện áp chuyển tiếp (Etransfer), khi điện áp xuất hiện giữa một cấu trúc nối đất bên trong trạm biến áp và một điểm xa bên ngoài—thường được đánh giá trên khoảng cách 1 mét từ các cấu trúc kim loại đến các điểm trên bề mặt đất.

• Điện áp tiếp xúc (Eₜ): Hiệu điện thế cực đại giữa một cấu trúc kim loại nối đất (ví dụ: vỏ thiết bị) và một điểm trên bề mặt đất khi một người chạm vào cấu trúc đó trong điều kiện dòng sự cố đang chảy.

Trong các sự kiện ngắn mạch, cả điện áp bước và điện áp tiếp xúc đều tăng đáng kể. So với các vật liệu thông thường như đất, cỏ hay bê tông, sỏi và đá dăm có điện trở suất tương đối cao. Điện trở suất bề mặt cao này hạn chế dòng điện đi qua cơ thể người, từ đó làm giảm nguy cơ bị điện giật trong quá trình bảo trì hoặc vận hành gần các thiết bị đang mang điện.

Do đó, sỏi và đá dăm được chủ động sử dụng trong các trạm biến áp nhằm tăng điện trở lớp bề mặt, hiệu quả giảm thiểu các điện áp bước và điện áp tiếp xúc nguy hiểm, đồng thời nâng cao độ an toàn cho nhân viên trong trường hợp xảy ra sự cố nối đất.

Bảng dưới đây thể hiện điện trở suất của các vật liệu khác nhau như đá, cát, v.v.

Lý do sử dụng đá trong trạm biến áp và khu vực chuyển mạch điện

Dưới đây là các lý do và yếu tố cụ thể để sử dụng đá thay vì các vật liệu khác:

Cỏ và các loại cỏ dại hoặc thực vật nhỏ khác có thể gây ra vấn đề. Trong điều kiện mưa hoặc ẩm ướt, sự phát triển của cây cỏ có thể làm mặt đất trơn trượt, tạo ra nguy cơ an toàn cho nhân viên và thiết bị. Hơn nữa, cỏ khô có thể bốc cháy trong quá trình chuyển mạch hoặc gây ra ngắn mạch, ảnh hưởng tiêu cực đến thiết bị và độ tin cậy của lưới điện. Do đó, các trạm biến áp thường thực hiện các biện pháp kiểm soát sự phát triển của thực vật để đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định.

Sử dụng đá xung quanh khu vực chuyển mạch giúp ngăn chặn động vật hoang dã—như rắn, thằn lằn, gặm nhấm và các loài động vật nhỏ khác—xâm nhập vào khu vực trạm biến áp.

Mặt bằng sỏi ngăn chặn việc hình thành vũng nước và tích tụ nước trong khu vực chuyển mạch, điều này không mong muốn đối với thiết bị điện áp cao.

Đá cuội và đá nghiền có khả năng chịu lực va đập tốt hơn cỏ hoặc cát, giúp giảm rung động từ máy biến áp (do magnetostriction lõi) và giảm sự di chuyển trong các sự kiện địa chấn.

Sử dụng đá và sỏi tăng cường độ kháng điện của lớp bề mặt, do đó giảm nguy cơ điện giật do chạm và bước điện. Ngoài ra, nó cũng kìm hãm sự phát triển của các loại cây nhỏ và cỏ dại—nếu có, chúng có thể làm giảm độ kháng điện bề mặt và tăng nguy cơ điện giật trong quá trình bảo trì và vận hành thông thường.

Tổng thể, vật liệu đá được sử dụng trong khu vực chuyển mạch cải thiện điều kiện làm việc, hỗ trợ hoạt động ổn định và nâng cao hiệu quả của hệ thống tiếp đất hiện tại trong việc bảo vệ chống lại điện giật.