Phương pháp đo và lưu ý trong đo điện trở nối đất (tiếp địa)

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 

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

Theo thời gian, các thành phần trong đất như độ ẩm, muối khoáng và nhiệt độ có thể làm giảm chất lượng của các thanh nối đất và các liên kết giữa chúng. Do đó, dù các hệ thống nối đất có giá trị điện trở rất nhỏ khi lắp đặt ban đầu, sau một thời gian sử dụng cần phải kiểm tra lại vì khi đó các cọc nối đất đã bị ăn mòn và giá trị điện trở tăng cao 

Việc kiểm tra nối đất là một kiến thức cần thiết giúp xử lý các sự cố nâng cao thời gian hoạt động. Đối với các hệ thống này tốt nhất bạn cần chế độ kiểm tra ít nhất một lần trên năm để có thể duy trì hoạt động ổn định nhất. Nếu mức điện trở tăng hơn khoảng 20% trong các lần kiểm tra định kỳ này có thể đã có một sự cố nào đó xảy ra, bạn nên điều tra nguồn gốc của sự bất ổn và thực hiện các chỉnh sửa để giảm điện trở bằng cách thay thế hoặc thêm các nối đất vào hệ thống 

2️⃣ Làm cách nào để giảm điện trở nối đất

Bốn yếu tố ảnh hưởng đến điện trở của một hệ thống tiếp địa là: Chiều dài (độ sâu) của các điện cực, đường kính của cọc nối đất, số lượng cọc nối đất và cách thiết kết hệ thống. Cùng đi sâu thêm một chút vào 4 yếu tố này để xem chúng ảnh hưởng thế nào đến khả năng truyền điện nhé 

1. Chiều sâu của các cọc điện cực   

Một điều vô cùng đơn giản để tránh được các nguy hiểm là cần phải tránh xa chúng. Trường hợp này cũng vậy, việc cắm cọc sâu sẽ khiến điện được truyền sâu xuống lòng đất tránh gây nguy hiểm. Ngoài ra, cách lái các cọc dẫn xuống sâu còn là một cách hiệu quả để hạ thấp điện trở (Do đất có điện trở suất không nhất quán ở tầng cao, càng xuống sâu trong lòng đất độ ổn định càng tốt hơn) 

Mức điện trở có thể giảm thêm 40% bằng cách tăng gấp đôi chiều dài của cọc nối đất. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thực hiện phương pháp này điển hình là ở các khu vực có nhiều đá cứng. Trong trường hợp này, có thể thay thế phương pháp nối đất bằng cột xi măng hoặc tham khảo thêm các phương pháp bên dưới 

2. Đường kính cọc nối đất   

Tăng đường kính của cọc cũng là một phương pháp giúp giảm điện trở tuy nhiên việc này gần như không khả thi vì tác dụng hạ điện trở thấp. Ví dụ, để có thể giảm 10% điện trở bạn cần phải tăng đường kính của cọc lên gấp đôi như vậy chúng ta phải bỏ một lượng tiền khá lớn chỉ để loại bỏ một điện trở nhỏ 

3. Số lượng cọc nối đất   

Sử dụng nhiều cọc hơn là một cách khác để hạ thấp điện trở mặt đất, bằng cách cắm nhiều điện cực được dẫn xuống đất và kết nối song song với nhau. Để các cọc có thể hỗ trợ qua lại tốt, khoảng cách của các cọc bổ sung ít nhất phải bằng độ sâu của thanh truyền động 

Phạm vi ảnh hưởng của các điện cực mặt đất sẽ giao nhau và điện trở sẽ không hạ xuống nếu không có khoảng cách thích hợp. Tham khảo bảng dưới đây để biết khả năng cung cấp các điện trở đất khác nhau có thể sử dụng như một quy tắc chung 

4. Thiết kế hệ thống nối đất   

Một hệ thống đơn giản bao gồm một cọc nối đất duy nhất. Việc sử dụng một cọc điện cực duy nhất là hình thức nối đất phổ biến nhất. Các hệ thống nối đất phức tạp bao gồm nhiều thanh nối đất, dạng kết nối, mạng lưới, tấm mặt đất hoặc các vòng trên mặt đất 

Các hệ thống phức tạp thường được lắp ráp tại các trạm phát điện, văn phòng trung tâm, vị trí các tháp điện thoại di động. Các mạng lưới nối đất phức tạp làm tăng đáng kể diện tích tiếp xúc với mặt đất xung quanh và điện trở mặt đất thấp hơn 

3️⃣ 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 

• 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)   

4️⃣ 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 

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 

• Nếu điện cực thử nghiệm dòng điện C quá gần các vùng điện trở sẽ chồng lấp và sẽ có một biến đổi dốc trong điện trở đo được khi điện cực thử điện áp được di chuyển 
• Nếu điện cực thử nghiệm dòng điện C được đặt đúng vị trí sẽ tạo ra một vùng điện trở phẳng (hoặc gần như vậy) ở đâu đó giữa nó và cột chính. Khi đó, sự thay đổi vị trí của điện cực thử nghiệm điện áp chỉ tạo ra thay đổi điện trở rất nhỏ 

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   

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 

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 kiểm tra nối đất 3 cực 62%   

Đối với các hệ thống nối đất trên một diện tích trung bình hệ thống 3P cổ điển sẽ không đạt được hiệu quả tốt, do đó chúng ta cải thiện một chút về khoảng cách giữa các cọc, đây gọi là phương pháp nối đất 62%. Trong phương pháp này, khoảng cách từ cọc chính đến cọc điện áp nằm ở khoảng 62% (ở phương pháp 3P thông thường là 50%) 

Đây là điểm khác biệt duy nhất của phương pháp cải tiến này, các yếu tố như ba cọc phải được đặt thẳng hàng và cách xa các yếu tố gây nhiễu vẫn được giữ lại 

Khi sử dụng phương pháp này, cũng nên lặp lại các phép đo với các thử bên trong di chuyển ±10% khoảng cách như trong phương pháp 3P truyền thống, để đạt hiệu quả tốt 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. 

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 

5️⃣ 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.