Các phương pháp đo điện trở tiếp địa cho hệ thống nối đất

Đo điện trở nối đất được tiến hành khi cần kiểm tra hệ thống điện và thực hiện đầy đủ các yêu cầu về bảo vệ chống giật điện. Bên cạnh mục đích chống sét, nối đất cũng đảm bảo một số chức năng an toàn (ví dụ phóng điện trong các khu vực nguy hiểm, dễ cháy nổ).

Trong suốt quá trình hoạt động, do các tác động bên ngoài như sự ăn mòn, sự thay đổi điện trở suất của đất…, hệ thống nối đất cần được kiểm tra định kỳ để đảm bảo giá trị điện trở đất luôn ở trong ngưỡng giá trị cho phép.

Hình 1: Cọc tiếp địa

Có thể sử dụng các đồng hồ đo đa chức năng được tích hợp các chức năng thích hợp như dòng sản phẩm MRU (Sonel) để thực hiện các phép đo điện trở nối đất. Với mỗi phép đo điện trở đất, phương pháp thường được sử dụng là tính toán giá trị điện trở bằng cách đo điện áp trên mỗi cực sau khi bơm dòng điện vào hệ thống.

Để đo các hệ thống nối đất đơn, sử dụng phương pháp điện áp rơi 3 cực. Phương pháp này dựa trên việc bơm một dòng điện vào trong mạch: đồng hồ đo – cọc nối đất – điện cực dòng – đồng hồ đo. Khoảng cách giữa các điện cực nên lớn nhất có thể; điện cực dòng nên được đặt tại khoảng cách ít nhất lớn hơn 10 lần chiều dài của cọc nối đất được đo; trong thực tế, khoảng cách giữa cọc nối đất và điện cực dòng xấp xỉ 40m là chấp nhận được.

Hình 2: Phân bố điện áp theo dòng điện đo

Điện cực áp được cắm vào đất ở khoảng giữa cọc nối đất và điện cực dòng tại khu vực có điện thế không. Thực tế, nên tiến hành ba phép đo, với điện cực áp ở các vị trí cách 6m xung quanh cọc nối đất. Nếu các kết quả giống nhau,  vị trí cắm các điện cực áp là đúng. Phép đo được tiến hành với dòng điện có tần số phù hợp để tránh được các nhiều từ tần số của nguồn điện và các sóng hài từ nguồn. Trước khi tiến hành đo, các thiết bị MRU sẽ kiểm tra và hiển thị điện áp nhiễu. Ngoài ra, các đồng hồ này sẽ tính toán sai số cộng thêm do điện trở tự có của các que đo.

Các thiết bị đo tiên tiến có khả năng thực hiện các phép đo bằng phương pháp bốn cực, cho phép loại bỏ các tác động của các đầu kết nối tới công cụ đo và hệ thống nối đất.

Hình 3: Đo điện trở nối đất – phương pháp bốn cực

Đối với hệ thống nối đất liên hợp, khi tiến hành đo cần thực hiện cô lập từng hệ thống nối đất riêng lẻ. Điều bất tiện này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng thêm các kìm đo (đối với MRU-105, MRU-120, MRU-200). Các điện cực áp và dòng được bố trí như phương pháp 3 cực, nhưng dòng điện được đo bởi kìm đo cố định trên cọc nối đất. Đồng hồ đo tính toán điện trở bằng giá trị dòng điện đi qua cọc nối đất. Tuy nhiên, phương pháp này này không thể áp dụng đối với hệ thống nối đất liên hợp mà các hệ thống nối đất riêng lẻ được kết nối ngầm với nhau.

Hình 4: Đo điện trở nối đất – phương pháp ba cực + một kìm

Phương pháp hai kìm (MRU-120, MRU-200, MPI-530) cho phép đo điện trở của hệ thống nối đất liên hợp mà không cần cắm điện cực phụ vào đất. Trong quá trình đo, dòng điện được phát truyền qua kìm đo chạy trong mạch điện: cọc nối đất được đo + hệ thống song song của các cọc tiếp địa còn lại và được đo bởi một kìm đo khác – dựa trên phép đo này để tính toán điện trở mạch điện. Bởi vì mạch song song của các điện trở tạo ra một điện trở tương đương có giá trị nhỏ hơn nhiều, kết quả thu được sẽ lớn hơn so với điện trở được kiểm tra. Độ chênh lệch sẽ nhỏ hơn tương ứng với việc tăng số lượng các hệ thống nối đất trong đối tượng đo.

Hình 5: Đo điện trở nối đất – Phương pháp hai kìm

Phương pháp hai kìm được áp dụng để đo các hệ thống tiếp địa liên hợp không có kết nối ngầm. Nếu các hệ thống nối đất được kết nối ngầm, phương pháp này chỉ cho phép đo mạch điện liên tục đối với hệ thống nối đất bảo vệ chống sét. Mục đích của nối đất bảo vệ chống sét là dẫn xung sét xuống đất. Các xung gây sét gây ra dòng điện cảm ứng trong các thành phần của hệ thống nối đất trở thành quan trọng, chỉ có phần gần điểm thu sét nhất là có thể dùng một cách hiệu quả để thoát dòng sét.

Mặc dù nối đất với điện trở cố định thấp bảo đảm các tính năng bảo vệ cơ bản tốt, nhưng không cung cấp đầy đủ các chức năng bảo vệ chống sét khác – điều này đặc biệt đúng với các hệ thống nối đất lớn có thể có trở khảng lớn hơn vài lần so với điện trở cố định. Phép đo sử dụng phương pháp xung (MRU-200) theo tiêu EN62305 cho phép chẩn đoán các thông số động của các hệ thống nối đất bảo vệ chống sét. Do tính chất xung của phép đo, việc ngắt cọc nối đất được đo với hệ thống nối đất hoặc dùng thêm thiết bị tạo dòng là không cần thiết, bởi vì xung của dòng điện đo chỉ hoạt động trong một khoảng cách giới hạn, giống như tia sét. Việc tiến hành phép đo theo phương pháp phù hợp với tiêu chuẩn EN cho phép xác định một giá trị quy ước gọi là trở kháng động (ZE), là tỷ số của giá trị điện áp cực đại và dòng điện cực đại.

Trở kháng được xác định theo tiêu chuẩn là một giá trị quy ước, bởi vì điện áp và dòng điện cực đại không xảy ra đồng thời. Trở kháng được coi là một chỉ số để đánh giá độ hiệu quả của hệ thống nối đất trong các điều kiện bảo vệ nghiêm ngặt và đặc biệt.

Các thông số của xung đo (mô phỏng dạng sóng của phóng điện sét) được xác định bởi hai thông số: thời gian trước T1 và thời gian sau T2. Đồng hồ đo MRU-200 cho phép lựa chọn một trong ba dạng xung: 10/350μs, 8/20μs or 4/10μs.

Theo EN 62305, dạng xung 10/350μs là điển hình cho tác động đầu tiên của dòng sét. Tiêu chuẩn EN 62305-1 dùng một xung mẫu làm xung hiệu chỉnh.

Hình 6: Dạng xung đo lường – phương pháp xung

Trong quá trình đo hệ thống nối đất liên hợp bằng phương pháp xung, tại những vị trí cọc nối đất đơn được nối ngầm và nổi, xung đo lường chỉ hoạt động trong một khoảng cách gần từ cọc nối đất, cho phép tiến hành phép đo nối đất mà không cần ngắt kế nối các đối tượng đo và các dây đẳng thế – nghĩa là không cần ngắt kết nối nguồn của đối tượng.

Hình 7: Đo điện trở nối đất – phương pháp đo 4 cực

Phương pháp xung cũng có thể sử dụng để đo điện trở nối đất cảu các trụ điện cao thế và cho phép xác định trở kháng đất của tổng thể trụ, bao gồm cả hệ thống khung sắt và móng trụ. Hơn thế, phương pháp này cũng được sử dụng mà không cần ngắt đường dây cao thế được kiểm tra và gỡ bỏ một phần của tiếp địa.

Hình 8: Đo điện trở nối đất cho trụ cao thế

Khi thiết kế hệ thống nối đất, điện trở suất của đất là một yếu tố quan trọng, thông số này phụ thuộc vào một số yếu tố như tiết diện, loại nối đất được áp dụng. Ví dụ, để có điện trở suất thất tại một độ sâu nhất định, một cọc nối đất đơn sẽ được đóng sâu xuống đất theo chiều dọc. Tại các vị trí nông hơn hoặc cao hơn, hệ thống tiếp địa sẽ là một tổ hợp của các cọc tiếp địa dọc được nối với nhau bằng các vòng kim loại.

Hình 9: Đo điện trở suất của đất

Phép đo điện trở suất của đất được thực hiện bằng cách cắm bốn que đo thẳng hàng cách đều nhau (phương pháp Wenner). Điện trở suất được đo tại độ sâu bằng 0,7 lần khoảng cách giữa các que đo.