CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TRỞ ĐẤT

Nối đất (tiếp địa) là một phương pháp cực kỳ hữu hiệu trong việc bảo vệ an toàn cho các thiết bị của bạn .

Nối đất (tiếp địa) là một phương pháp cực kỳ hữu hiệu trong việc bảo vệ an toàn cho các thiết bị của bạn nó. Trong những ngày mưa giông, sét là một yếu tố nguy hiểm có thể gây cháy nổ hàng loạt cho khu vực bị đánh trúng, xây dựng một hệ thống tiếp địa không chỉ giúp truyền được lượng điện trong sét, mà còn giúp truyền những dòng điện rò rỉ từ mạch điện xuống lòng đất giúp đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị. Tuy nhiên, việc đầu tư một hệ thống nối đất qua loa có thể gây tâm lý chủ quan làm tăng nguy cơ nguy hiểm

1. Yếu tố làm giảm hiệu quả của hệ thống nối đất

Hiệu quả của hệ thống nối đất có thể bị giảm bởi nhiều yếu tố khác nhau. Dưới đây là một số yếu tố chính làm giảm hiệu quả của hệ thống nối đất:

• Điện trở suất của đất cao

  • Đặc điểm đất: Đất có độ dẫn điện kém như đất cát, đất đá, hoặc đất khô cằn có điện trở suất cao, làm tăng điện trở nối đất.
  • Độ ẩm thấp: Đất khô có điện trở suất cao hơn đất ẩm, do đó trong các mùa khô hạn hoặc khu vực có độ ẩm thấp, hiệu quả nối đất giảm.

• Ăn mòn và suy thoái của vật liệu nối đất

  • Ăn mòn: Vật liệu kim loại của cọc đất, dây dẫn và các kết nối nối đất có thể bị ăn mòn theo thời gian, làm giảm hiệu quả dẫn điện.
  • Suy thoái: Vật liệu nối đất bị suy thoái do các yếu tố môi trường như axit, kiềm, hoặc các hóa chất khác trong đất.

• Thiết kế và lắp đặt không đúng cách

  • Số lượng và độ sâu của cọc đất không đủ: Số lượng cọc đất ít hoặc cọc đất không được đóng đủ sâu sẽ làm tăng điện trở nối đất.
  • Khoảng cách giữa các cọc không phù hợp: Nếu các cọc đất đặt quá gần nhau, chúng có thể tương tác và làm tăng điện trở tổng thể.
  • Vật liệu không phù hợp: Sử dụng vật liệu không đúng hoặc chất lượng kém cho các cọc đất và dây dẫn sẽ làm giảm hiệu quả của hệ thống nối đất.

• Thiếu bảo trì và kiểm tra định kỳ

  • Không kiểm tra định kỳ: Thiếu kiểm tra định kỳ có thể dẫn đến việc không phát hiện các vấn đề như ăn mòn, kết nối lỏng lẻo, hoặc hư hỏng cọc đất.
  • Không bảo trì: Thiếu bảo trì và sửa chữa các phần hư hỏng của hệ thống nối đất sẽ làm giảm hiệu quả của hệ thống.

• Kết nối không chặt chẽ

  • Kết nối lỏng lẻo: Kết nối lỏng lẻo giữa các phần của hệ thống nối đất sẽ làm tăng điện trở tiếp xúc, dẫn đến hiệu quả nối đất kém.
  • Sử dụng vật liệu kết nối kém chất lượng: Vật liệu kết nối không đủ chất lượng hoặc không phù hợp sẽ làm giảm độ dẫn điện của hệ thống.

• Tác động từ môi trường xung quanh

  • Biến đổi thời tiết: Sự thay đổi của thời tiết, đặc biệt là độ ẩm và nhiệt độ, có thể ảnh hưởng đến điện trở suất của đất và hiệu quả nối đất.
  • Hoạt động xây dựng và đào bới: Các hoạt động xây dựng, đào bới gần khu vực nối đất có thể làm hỏng hoặc thay đổi cấu trúc của hệ thống nối đất.

• Sử dụng hóa chất không đúng cách

  • Hóa chất giảm điện trở suất: Sử dụng không đúng hoặc thiếu kiểm soát các hóa chất như bentonite hoặc muối đồng để giảm điện trở suất đất có thể gây hại hoặc không hiệu quả.

• Ảnh hưởng của dòng điện tần số cao

  • Dòng điện tần số cao: Dòng điện tần số cao có thể gây ra hiện tượng bề mặt (skin effect), làm tăng điện trở nối đất.

• Thiếu hệ thống tiếp địa phụ trợ

  • Hệ thống tiếp địa phụ trợ không đủ: Trong một số hệ thống lớn, thiếu hệ thống tiếp địa phụ trợ hoặc không đủ số lượng có thể làm giảm hiệu quả nối đất tổng thể.

• Thiết kế không phù hợp với loại đất

  • Thiết kế không tương thích: Thiết kế hệ thống nối đất không tương thích với loại đất cụ thể (ví dụ như thiết kế cho đất ẩm nhưng áp dụng cho đất khô) sẽ làm giảm hiệu quả nối đất.

Để đảm bảo hiệu quả của hệ thống nối đất, cần thực hiện các biện pháp như kiểm tra và bảo trì định kỳ, sử dụng vật liệu chất lượng, thiết kế và lắp đặt đúng cách, và xem xét các yếu tố môi trường và điều kiện đất đai.

2. Làm cách nào để giảm điện trở nối đất

Để giảm điện trở nối đất, có bốn yếu tố chính ảnh hưởng đến điện trở của một hệ thống tiếp địa: chiều dài (độ sâu) của các điện cực, đường kính của cọc nối đất, số lượng cọc nối đất và cách thiết kế hệ thống. Hãy cùng phân tích chi tiết từng yếu tố này để hiểu rõ hơn về cách chúng ảnh hưởng đến khả năng truyền điện.

2.1. Chiều sâu của các cọc điện cực

Việc cắm cọc sâu là một cách đơn giản và hiệu quả để giảm điện trở nối đất. Khi cọc được cắm sâu, điện sẽ truyền sâu xuống lòng đất, giúp tránh các nguy hiểm tiềm tàng. Lớp đất sâu thường có độ dẫn điện ổn định hơn so với các lớp đất nông, do đó việc cắm cọc sâu sẽ giúp giảm đáng kể điện trở. Thực tế, tăng gấp đôi chiều dài của cọc nối đất có thể giảm điện trở lên đến 40%. Tuy nhiên, ở những khu vực có nhiều đá cứng, phương pháp này có thể không khả thi. Trong những trường hợp như vậy, có thể xem xét sử dụng cọc xi măng hoặc các phương pháp khác.

2.2. Đường kính cọc nối đất

Tăng đường kính của cọc cũng là một phương pháp giúp giảm điện trở, nhưng hiệu quả không cao. Để giảm 10% điện trở, cần phải tăng gấp đôi đường kính của cọc, điều này đòi hỏi chi phí lớn mà hiệu quả lại không đáng kể.

2.3. Số lượng cọc nối đất

Sử dụng nhiều cọc nối đất và kết nối chúng song song với nhau là một phương pháp hiệu quả để giảm điện trở. Các cọc bổ sung cần được đặt cách nhau ít nhất bằng độ sâu của cọc để tránh giao thoa và đảm bảo chúng hỗ trợ lẫn nhau hiệu quả. Nếu các cọc không được đặt đúng khoảng cách, phạm vi ảnh hưởng của chúng sẽ giao nhau và điện trở sẽ không giảm đáng kể.

Loại đất	Điện trở suất RE	Điện trở đất
		Độ sâu cọc (mét)			Dải nối đất (mét)
	ΩM	3	6	10	5	10	20
Đất rất ẩm	30	10	5	3	12	6	3
Đất trồng trọt đất sét    và đất sét	100	33	17	10	40	20	10
Đất sét cát	150	50	25	15	60	30	15
Đất cát ẩm	300	66	33	20	80	40	20
Bê tông 1: 5	400	-	-	-	160	80	40
Sỏi ẩm	500	160	80	48	200	100	50
Đất cát khô	1000	330	165	100	400	200	100
Sỏi khô	1000	330	165	100	400	200	100
Đất đá	30 000	1000	500	300	1200	600	300
Đá, hòn đá, phiến đá	107	-	-	-	-	-	-

2.4. Cách thiết kế hệ thống

Thiết kế hệ thống nối đất đóng vai trò quan trọng trong việc giảm điện trở. Một hệ thống được thiết kế tốt sẽ tối ưu hóa sự phân bố và kết nối của các cọc nối đất, giúp giảm điện trở và tăng độ an toàn.

3. Cách đo điện trở nối đất.

Việc đo điện trở đất là vô cùng cần thiết trước khi xác định hệ thống nối đất cho các công trình lắp đặt mới để đáp ứng đầy đủ các chuẩn an toàn theo TCVN. Trong một điều kiện lý trường nhất bạn sẽ tìm thấy một vị trí có điện trở đất rất thấp và tương đối đồng đều để có thể đóng các cọc nối đất tại đó 

Trong điều kiện đất kém có thể khắc phục với các hệ thống nối đất phức tạp hơn, thành phần đất, độ ẩm và nhiệt độ tác động đến điện trở suất của đất, đất hiếm khi đồng nhất và điện trở suất của nó sẽ thay đổi theo địa lý ở những độ sâu khác nhau. Độ ẩm thay đổi theo mùa, thay đổi tùy theo tính chất của tầng đất dưới và độ sâu của mực nước ngầm. *Có một khuyến cáo rằng các thanh nối đất được đặt càng sâu càng tốt vào trái đất vì đất và nước thường ổn định hơn ở các tầng sâu hơn 

Công thức tính điện trở suất của đất   

ρ   = 2 π AR 

Trong đó:

• ρ: điện trở suất trung bình ở độ sâu A  (Đơn vị: ohm/cm)   
• π: 3,1616. 
• A: khoảng cách giữa các điện cực tính bằng cm. 
• R :giá trị điện trở (Đơn vị: Ohm)

4. Giới thiệu các phương pháp đo điện trở tiếp địa

Tổng quan về đo điện trở tiếp địa

Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để đo điện trở đất là kỹ thuật đo ba điểm (3P), phương pháp này bắt nguồn từ phép đo bốn điểm (4P) thường được sử dụng đo điện trở suất của đất 

Phương pháp đo ba điểm (Fall-Of-Potential), sử dụng ba cọc điện cực bao gồm một cọc chính cần đo và hai cọc thử nghiệm độc lập về điện, thường được kí hiệu là P(Potential) và C(Current). Hai cọc thử nghiệm này có thể có chất lượng kém hơn nhưng phải độc lập về điện với điện cực cần đó 

Một dòng điện xoay chiều (I) sẽ được truyền qua điện cực ngoài C và điện áp được đo bằng điện cực bên trong P tại một số điểm trung gian giữa chúng 

" Điện trở đất được tính toán đơn giản bằng định luật Ohm: R g = V / I 

Ngoài ra, bạn có thể sử dụng một số phương pháp phức tạp khác như phương pháp độ dốc (Slope method) hoặc phương pháp bốn điểm (4P) được phát triển để khắc phục các vấn đề cụ thể liên quan đến quy trình đơn giản này, chủ yếu để đo điện trở của các hệ thống nối đất lớn hoặc tại các vị trí có không gian đặt điện cực thử nghiệm hạn chế 

Bất kể sử dụng phương pháp nào để đo, nên nhớ rằng việc đo điện trở tiếp địa sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau như đã liệt kê ở trên và khó có thể định lượng chính xác. Như vậy, tốt nhất hãy thực hiện phép đó nhiều lần và bằng một vài phương pháp khác nhau tính giá trị trung bình để có hệ số chính xác nhất

Khi thực hiện phép đo, mục đích là đặt điện cực thử nghiệm C cách cọc chính xa nhất, điện cực P sẽ nằm ở khu vực không chịu ảnh hưởng điện trở của cả hai cọc chính và cọc C

Phương pháp đo 3 điểm (3P)   

Đây là một trong những phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để đo điện trở đất, thường sử dụng cho các hệ thống đo nhỏ tức là diện tích bao phủ của hệ thống không quá rộng. Ưu điểm của phương pháp này là dễ dàng thực hiện và chỉ cần yêu cầu tính toán ít để có thể đưa ra được kết quả 

Không nên sử dụng phương pháp đo nối đất 3P cho các khu vực lớn, vì sự phân cách cần thiết để đảm bảo phép đo chính xác có thể quá mức, đòi hỏi phải sử dụng các ống dẫn rất dài (tham khảo thêm ở bảng 1) 

Thông thường, các điện cực thử nghiệm ngoài cùng (có thể là cọc dòng điện) sẽ cách cột nối đất chính khoảng 30 - 50m (mặc dù kích thước này sẽ phụ thuộc vào kích thước của hệ thống được nghiệm - tham khảo bảng 1). Cọc thử điện áp sẽ đặt ở giữa và ba cọc này sẽ nằm thẳng hàng với nhau 

Bảng 1 - Khoảng cách của cọc điện áp và dòng điện tính theo kích thước cọc nối đất chính   

Kích thước tối đa    cọc chính	Khoảng cách từ cọc chính    đến cọc điện áp	Khoảng cách tối thiểu từ cọc chính    đến cọc dòng điện
1	15	30
2	20	40
5	30	60
10	43	85
20	60	120
50	100	200
100	140	280

Phương pháp 3P kết hợp kiểm tra để đảm bảo rằng các cọc thử nghiệm thực sự được đặt ở vị trí đủ xa để kết quả đo được chính xác. Do đó, để phép đo chính xác hơn bạn có thể thực hiện hai phép kiểm tra bổ sung .

• Trường hợp 1: Di chuyển vị trí cọc P xa hơn 10% (tính từ cọc chính) so với vị trí ban đầu của nó 
• Trường hợp 2: Di chuyển vị trí cọc P lại gần 10% (tính từ cọc chính) so với vị trí ban đầu của nó 

Nếu hai phép đo bổ sung này phù hợp với phép đo ban đầu (trong khoảng chính xác cho phép) thì các cọc thử đã được định vị chính xác và có thể lấy được điện trở DC bằng cách lấy giá trị trung bình của ba kết quả 

Tuy nhiên, nếu có sự không chính xác trong kết quả đo, có khả năng các cọc được đặt ở vị trí không chính xác. Có thể là do nằm quá gần cọc nối đất chính, quá gần nhau hoặc trong khu vực có các cấu trúc gây nhiễu làm sai kết quả

Để đạt được vị trí chính xác nhất cần phân bố loại khoảng cách giữa các cọc và thực hiện 3 lần đo lặp lại như trên. Quá trình này nên được lặp lại cho đến khi có kết quả khả quan nhất 

Phương pháp bốn điểm 4P

Đây là một trong những phương pháp rất phổ biến dùng để đo điện trở suất của đất. Trong phương pháp này, bốn điện cực có kích thước nhỏ được dẫn vào trái đất ở cùng độ sâu, khoảng cách bằng nhau và theo cùng một đường thẳng 

Trong phương pháp này, bạn vẫn phải lưu ý đến các yếu tố như khoảng cách các điện cực không quá gần, các vật dẫn khác trong đất và chất lượng đất 

Phương pháp kẹp

Đây là phương pháp duy nhất giúp bạn đo điện trở mà không cần ngắt hệ thống nối đất. Phương pháp cho khả năng đo nhanh chóng, dễ dàng các phép đo được thực hiện trực tiếp bằng cách kẹp kìm đo dòng qua dây nối đất chính .

Trong trường hợp một hệ thống tiếp địa được nối song song, bạn có thể dùng 2 ampe kìm cùng với máy đo để thực hiện đo chính xác điện trở 

Nguyên tắc của phương pháp đo này là phải đặt 2 kẹp vòng quanh dây tiếp đất đo và nối mỗi kẹp với dụng cụ đo. 1 kẹp đưa vào mạch vòng tiếp đất một tín hiệu biết trước (32V/ 1367Hz); kẹp kia sẽ đo dòng điện chảy trong mạch vòng. 

Các điện cực càng song song, tác động của điện trở của các điện cực không được kiểm tra càng nhỏ và điện trở vòng càng gần với điện trở của điện cực được kiểm tra. Nếu điện cực được đo có điện trở cao, phép đo sẽ chỉ cho bạn rằng đang có vấn đề ở đây

Tóm lại , trong phương pháp kiểm tra điện trở đất bằng kìm kẹp là phép đo điện trở của toàn bộ vòng lặp. Do đó, phải có một điện trở vòng để đo, nếu không có vòng lặp để đo người thực hiện phép đo có thể tạo một vòng lặp của các cọc điện cực bằng các bước nhảy tạm thời. Số lượng đường song sóng càng lớn, giá trị đo được sẽ càng gần với điện trở đất thực tế 

Sử dụng máy kiểm tra điện trở nối đất dạng kẹp có thể dễ dàng chỉ ra các cọc điện cực kém dù chỉ có một vài hoặc có nhiều đường nối song song

5. Hướng dẫn sử dụng máy đo điện trở nối đất

Cách đo điện trở hệ thống tiếp địa chống sét bằng máy đo điện trở, gồm 4 bước như sau   

Bước 1: Kiểm tra điện áp PIN 

- Bật công tắc tới vị trí “BATT. CHECH” và ấn nút “PRESS TO TEST” để kiểm tra điện áp Pin.   
- Để máy hoạt động chính xác thì kim trên đồng hồ phải chỉ ở vị trí “BATT. GOOD” 

Bước 2: Đấu nối các dây nối. 

- Cắm 2 cọc bổ trợ như sau: Cọc 1 cách điểm đo khoảng 5~10m, cọc 2 cách cọc 1 từ 5~10m.   
- Dây màu xanh (Green) dài 5m kẹp vào điểm đo.   
- Dây màu vàng (Yellow) dài 10m, dây màu đỏ (red) dài 20m kẹp vào cọc áp và cọc 2 dòng sao cho phù hợp với chiều dài của dây. 

Bước 3: Kiểm tra điện áp của tổ đất cần kiểm tra 

- Bật công tắc tới vị trí “EARTH VOLTAGE” và ấn nút “PRESS TO TEST” để kiểm tra điện áp đất.   
- Để kết quả đo được chính xác thì điện áp đất không được lớn hơn 10V. 

Bước 4: Kiểm tra điện trở đất. 

- Đầu tiên ta bật công tắc tới vị trí x100Ω để kiểm tra điện trở đất.   
- Nếu điện trở quá cao (>1200Ω) thì đèn OK sẽ không sáng, khi đó ta cần kiểm tra lại các đầu đấu nối.   
- Nếu điện trở nhỏ thì ta bật công tắc tới vị trí x10Ω hoặc x1Ω sao cho phù hợp để có thể dễ đọc được trị số điện trở trên đồng hồ.   
- Kết quả đo đạt yêu cầu TCCSVN dưới <10Ω hoặc thấp hơn theo yêu cầu từng công trình khác nhau. 

VIDEO ĐÀO TẠO HÃNG CHAUVIN ARNOUX