Quy trình đo điện trở tiếp địa
QUY ĐỊNH CHUNG
Phạm vi điều chỉnh và đối tượng áp dụng
Quy trình này xác định nội dung các hạng mục liên quan đến công tác thí nghiệm trước lắp đặt, nghiệm thu, bảo dưỡng định kỳ và xử lý sau sự cố cho các hệ thống nối đất.
Tiêu chuẩn này áp dụng cho Tập đoàn Điện lực Việt Nam (Doanh nghiệp cấp I), các công ty con của Tập đoàn (Doanh nghiệp cấp II) và các công ty con của Doanh nghiệp cấp II (Doanh nghiệp cấp III) Điều 2 quy định các định nghĩa và thuật ngữ liên quan.
Các định nghĩa và thuật ngữ sau đây được sử dụng trong Quy trình này.
1.Liên kết (bonding) : Liên kết của các phần dẫn điện, được thiết kế để duy trì sự đẳng thế.
2.Sự mắc nối (coupling) : Sự kết hợp của hai hay nhiều mạch hoặc hệ thống để tạo liên kết điện.
3 Sự nối đất (ground): Một kết nối dẫn điện, do cố ý hay vô tình, mà một mạch điện hoặc thiết bị được tiếp đất, hay nối vào các vật thể dẫn điện có phạm vi tương đối lớn đóng vai trò của đất.
4 Dòng nối đất (ground current): Một dòng điện chạy vào hoặc ra khỏi đất
5 Mạch hồi đất (ground return circuit): Một mạch trong đó đất hoặc một vật thể dẫn điện tương đương được sử dụng để khép kín mạch và cho phép dòng điện chạy qua.
Hệ thống, mạch hoặc thiết bị được nối đất nhằm tạo ra mạch hồi đất và duy trì điện thế gần với điện thế đất Việc tiếp đất giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho các thiết bị điện.
Vật liệu bề mặt là loại vật liệu được sử dụng để phủ lên bề mặt đất, nhằm giảm thiểu dòng điện có thể đi qua cơ thể con người trong trường hợp xảy ra sự cố điện, như điện áp bước và điện áp tiếp xúc.
8.Hiệu điện thế (electric potential difference): Chênh lệch điện thế giữa hai điểm trong điện trường.
9.Đường đẳng thế hoặc đường đồng mức (equipotential line or contour):
Tập hợp các điểm có cùng điện thế tại một thời điểm nhất định.
10.Điện cực nối đất (ground electrode): Một vật dẫn điện được đóng vào đất và được sử dụng để dẫn hoặc tản dòng nối đất.
Hình 1.I Điện cực đơn nối đất
11.Điện cực đất nhân tạo (Artificial earth electrode):Điện cực chế tạo riêng cho việc nối đất.
Điện cực đất tự nhiên là các bộ phận dẫn điện, bao gồm nhà và công trình dưới đất, được tiếp xúc chặt chẽ với đất và sử dụng làm điện cực nối đất.
Điện trở tương hỗ của các điện cực nối đất đề cập đến sự thay đổi điện áp trong một điện cực do sự biến đổi dòng điện ở điện cực khác Đơn vị đo lường cho điện trở này là Ohm.
Hình 2.I Sự tương hỗ giữa 2 điện cực
Hình 3.I Không có sự tương hỗ giữa 2 điện cực
Điểm nối đất xa (remote earth) là khái niệm lý thuyết chỉ một điện cực nối đất có điện trở bằng không, được đặt ở khoảng cách vô tận so với nối đất đang thử nghiệm Trong thực tế, điểm nối đất xa đạt được khi điện trở tương hỗ giữa nối đất thử nghiệm và điện cực thử nghiệm trở nên không đáng kể, và thường được coi là có điện thế bằng không.
Hình 4.I Mô tả vùng đạt nối đất xa
15.Điện trở suất đất biểu kiến (apparent soil resistivity): Điện trở tương đương của một khối đất không đồng nhất.
16.Điện trở suất đất (soil/earth resistivity): Một giá trị đo thể hiện khả năng hạn chế dẫn điện của một khối đất , đơn vị là ohm - mét
17.Lưới nối đất (ground grid): Một hệ thống bao gồm các điện cực nối đất được liên kết với nhau theo thiết kế.
18.Hệ thống nối đất (grounding system): Bao gồm tất cả các phương tiện nối đất được liên kết với nhau trong một khu vực cụ thể.
19 Phương pháp nối đất dạng lưới (cho đường dây trên không/bảo vệ chống sét) (counterpoise (overhead lines) (lightning protection)): phần tử dẫn điện hay hệ thống các phần tử dẫn điện, được bố trí dưới đường dây trên không, thường nằm dưới mặt đất và được kết nối với hệ thống nối đất của các trụ đỡ đường dây.
Tổng trở nối đất, hay còn gọi là điện trở nối đất, là tổng vectơ của thành phần điện trở và điện kháng giữa một điện cực nối đất, lưới nối đất hoặc hệ thống nối đất với điểm nối đất xa Trong thực tế, vì các thành phần điện kháng thường rất nhỏ, tổng trở nối đất thường được xem như là điện trở nối đất.
Ground Potential Rise (GPR) refers to the maximum voltage that an electrode, grid, or grounding system can attain relative to a distant grounding point This phenomenon is crucial for understanding electrical safety and system performance in various applications.
Hình 5.I Độ tăng điện thế đất
22.Đặc tuyến điện thế theo khoảng cách (potential profile): Một biểu đồ của hàm số điện thế theo khoảng cách, theo phương xác định
Hình 6.I Đặc tuyến điện thế theo khoảng cách.
23.Gradient điện thế bề mặt (surface-potential gradient): Độ dốc của đường đặc tuyến điện thế theo khoảng cách
Điện áp bước (step voltage) là sự chênh lệch điện thế giữa hai chân của một người, khi khoảng cách giữa chúng là 1 mét, trong trường hợp người đó không tiếp xúc với bất kỳ vật thể nào được nối đất.
Hình 7.I Mô tả điện áp bước
25.Điện áp tiếp xúc (touch voltage): Sự chênh lệch điện thế giữa giá trị
GPR của một lưới hoặc hệ thống nối đất có điện thế bề mặt nơi người đứng, trong khi một tay tiếp xúc với cấu trúc hoặc vật thể nối đất.
Hình 8.I Mô tả điện áp tiếp xúc
26 Điện áp mắt lưới (mesh voltage): Điện áp tiếp xúc lớn nhất trong một mắt lưới của lưới nối đất.
27 Điện áp tiếp xúc kim loại với kim loại (metal-to-metal touch voltage):
Sự chệch lệch điện thế giữa các kết cấu kim loại tiếp xúc thông qua tay với tay hoặc tay với chân.
Hình 9.IĐiển hình tiếp xúc kim loại với kim loại trong trạm GIS
Điện áp truyền là một dạng đặc biệt của điện áp tiếp xúc, xảy ra tại khu vực gần một điện cực nối đất Hiện tượng này xuất hiện do sự truyền điện từ điện cực nối đất ở khoảng cách xa hoặc ngược lại.
Các thuật ngữ được dùng với nghĩa như sau:
Phải: bắt buộc thực hiện.
Cần: cần thiết, cần có nhưng không bắt buộc.
Nên: không bắt buộc nhưng thực hiện thì tốt hơn.
Thường hoặc thông thường: có tính phổ biến, được sử dụng rộng rãi. Không nhỏ hơn hoặc ít nhất là: là nhỏ nhất.
Khoảng cách: từ điểm nọ đến điểm kia. ĐDK: viết tắt của đường dây dẫn điện trên không.
MBA: viết tắt của máy biến áp.
GPR: độ tăng điện thế đất. Điều 3 Các biện pháp an toàn khi đo nối đất
Các biện pháp an toàn khi đo nối đất
Khi thực hiện đo điện áp, cần chú ý không để bất kỳ bộ phận nào của cơ thể tiếp xúc với mạch đo có điện áp cao Người thử nghiệm phải đeo găng tay và giày cách điện, đồng thời đảm bảo rằng các đầu dây và điện cực trần được cách ly hoàn toàn khỏi cơ thể trước khi tiến hành cấp điện áp.
- Trong thời gian thử nghiệm phải có hiệu lệnh cảnh báo an toàn.
- Sau khi hoàn thành thử nghiệm, tất cả các dây thử nghiệm phải được tách ra ngay lập tức.
Trong trường hợp các vị trí bố trí cọc và dây thử nghiệm nằm trong khu dân cư hoặc ngoài tầm nhìn của nhân viên thử nghiệm, cần thiết phải thực hiện quan sát liên tục Để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong suốt quá trình thử nghiệm, nên sử dụng thiết bị liên lạc vô tuyến như bộ đàm hoặc điện thoại để giữ liên lạc với nhân viên vận hành máy đo.
- Không bố trí dây thử nghiệm song song với đường dây đang mang điện, khi đó có thể xuất hiện điện áp cảm ứng nguy hiểm
Các vấn đề chung cần lưu ý khi đo nối đất
1.Tính phức tạp, không đồng nhất của đất.
2.Điện trở các điện cực phụ tham gia thử nghiệm
3.Dòng điện tản một chiềucó trong đất.
4.Dòng điện tản xoay chiều có trong đất.
5.Thành phần điện kháng của tổng trở một lưới nối đất lớn.
Để tránh hiện tượng hỗ cảm, cần chú ý đến phương và hướng mắc dây thử nghiệm Hiện tượng này có thể xảy ra khi cảm ứng từ mạch điện thử nghiệm hoặc từ mạch bên ngoài tác động vào mạch thử nghiệm.
7.Các kết cấu kim loại ngầm trong khu vực đo.
(Xem thêm phụ lục A) ĐO ĐIỆN TRỞ SUẤT ĐẤT Điều 5 Mục đích:
- Điện trở suất đất là dữ liệu cho việc tính toán thiết kế một hệ thống nối đất.
- Uớc lượng tổng trở của một hệ thống nối đất
- Ước lượng điện áp bước và điện áp tiếp xúc.
- Là dữ liệu để tính toán sự cảm ứng giữa các nguồn lực gần với các mạch truyền thông.
- Khảo sát địa chất dẫn điện. Điều 6.Chuẩn bị
Để thực hiện đo đạc chính xác, cần tìm hiểu giá trị điện trở suất của đất tại khu vực đo bằng cách tham khảo bản đồ điện trở suất địa phương Thông tin này có thể được tìm thấy trong Bảng 1.B thuộc phụ lục B.
Nghiên cứu yêu cầu thiết kế về mặt bằng và độ sâu khảo sát điện trở suất của đất là rất quan trọng Theo tiêu chuẩn của IEEE, mô hình tương đương đất hai lớp được coi là đủ chính xác cho các ứng dụng trong thiết kế điện Khoảng cách a cần khảo sát cũng cần được xác định rõ ràng để đảm bảo hiệu quả trong quá trình thiết kế.
3 lần đường chéo lưới nối đất xây dựng thì các giá trị đo nối đất sẽ có phạm vi sai số nhỏ hơn (xem phụ lục 4B)
- Thu thập các thông tin về địa hình, nhiệt độ, độ ẩm, tính chất đất …
Căn cứ vào những thông tin trên, chọn phương pháp và ước tính số lượng phép đo thích hợp Điều 7 Đo điện trở suất đất
7.1 Phương pháp bốn điểm Đây là phương pháp thích hợp để đo điện trở suất đất của một vùng đất rộng lớn Phương pháp này cung cấp số liệu điện trở suất đất ở các độ sâu khác nhau bằng cách thay đổi khoảng cách giữa các cọc theo chiều ngang
7.1.1Phân bố cọc cách đều (Phương pháp Wenner)
Hình 1.II Phương pháp bốn điểm phân bố cọc cách đều
Công thức tính toán điện trở suất của đất ρ = 2πaRaR
- ρ: Điện trở suất của đất (Ω.m).
- a: Khoảng cách giữa các cọc (m).
- R: Giá trị đo được của điện trở đất (Ω).
- Công thức trên chỉ đúng khi b ≤ 0,1a trong đó b là độ sâu chôn cọc.
- Phép đo sẽ cho thông tin về bản chất của đất ở độ sâu tương ứng với a.
Bước 1: Chọn vị trí và đóng cọc như Hình 1.II Độ sâu b của các cọc không được vượt quá 0,1a Các cọc đo phải được bố trí thẳng hàng.
Bước 2: Đo điện trở đất R tại nhiều khoảng cách a khác nhau
Bước 3: Với mỗi điện trở đất R ở các khoảng cách a khác nhau ta có được điện trở suất ρ tương ứng
Bước 4: Tập hợp các giá trị điện trở suất tính đượctạo thành đặc tuyến của điện trở suất đất theo độ sâu.
Bước 5: Dựa vào đặc tuyến điện trở suất đã xác định ở bước 4, tiến hành phân loại đất thành hai loại: đất có điện trở suất đồng nhất hoặc nhiều lớp Tiếp theo, tính toán điện trở suất trung bình cho từng loại đất để có được thông tin chính xác hơn về đặc tính điện của chúng.
- a (tb): Giá trị trung bình gần đúng của điện trở suất đất đồng nhất.
- a(1) , a(2) , a(3) , … , a(n) : Số liệu điện trở suất đo với khoảng cách khác nhau, hoặc độ sâu khác nhau
Trong thiết kế điện sử dụng mô hình tương đương đất hai lớp để tính toán là đủ, nó được mô tả theo hình sau:
Hình 2.II Mô hình đất 2 lớp
- h : Độ sâu từ lớp đất trên xuống lớp đất dưới.
- 1 : Điện trở suất của lớp đất trên.
- 2 : Điện trở suất của lớp đất dưới.
- K : Hệ số không đồng nhất.
- a : Khoảng cách giữa cách cọc
Phương pháp đo điện trở suất 4 điểm với cọc phân bố đều có ưu điểm nổi bật là không yêu cầu đóng cọc sâu khi khảo sát trên diện tích đất lớn Phương pháp này rất phù hợp cho các khảo sát ở độ sâu nhỏ, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.
7.1.2 Phân bố cọc cách không đều(Phương pháp Schlumberger-Palmer)
Hình 3.II Phương pháp bốn điểm, phân bố khoảng cách cọc không đều
Theo phương pháp này công thức tính toán điện trở suất của đất như sau : ρ = πaRc(c+d)R/dTrong đó:
- ρ: Điện trở suất của đất (Ω.m).
- d: Khoảng cách giữa 2 cọc cố định ở phía trong (m).
- c: Khoảng cách giữa cọc di động phía ngoài và cọc cố định gần nó ở phía trong (m).
- R: Giá trị đo được của điện trở đất (Ω).
- Công thức trên chỉ đúng khi b ≤ 0,1d trong đó b là độ sâu chôn cọc.
- Phép đo sẽ cho thông tin về bản chất của đất ở độ sâu (2c + d)/2.
Bước 1: Chọn vị trí và đóng cọc như Hình 3.II Độ sâu b của các cọc không được vượt quá 0,1d Các cọc đo phải được bố trí thẳng hàng.
Bước 2: Đo điện trở đất R tại nhiều khoảng cách (2c + d)/2 khác nhau.
Bước 3: Với mỗi điện trở đất R ở các khoảng cách (2c + d)/2 khác nhau ta có được điện trở suất ρ tương ứng
Bước 4: Giống như bước 4 mục 7.1.1
Bước 5: Giống như bước 5 mục 7.1.1
Phương pháp đo điện trở suất 4 điểm với khoảng cách cọc không đều mang lại lợi ích là không cần đóng cọc sâu khi thực hiện đo ở vùng đất rộng Phương pháp này chỉ yêu cầu di chuyển 2 cọc ngoài cùng cho các phép đo, rất phù hợp cho việc khảo sát ở độ sâu lớn.
7.2 Phương pháp biến thiên theo độ sâu
Hình 4.II Phương pháp biến thiên theo độ sâu.
Theo phương pháp này công thức tính toán điện trở suất của đất như sau : ρ Trong đó:
- ρ: điện trở suất đất, đơn vị tính bằng Ohm.mét (Ω.m).
- l: độ sâu của cọc đo E, đơn vị tính bằng mét (m).
- r : bán kính của cọc đo E, đơn vị tính bằng mét (m).
- R: giá trị điện trở đo được, đơn vị tính bằng Ohm (Ω).
Phép đo sẽ cho thông tin về bản chất của đất xung quanh cọc từ 5 đến 10lần chiều dài cọc.
Để xác định điện trở suất của đất, trước tiên, cần đo điện trở nối đất của điện cực đã đóng xuống đất Tiếp theo, với mỗi độ sâu xác định, sẽ có một giá trị điện trở R tương ứng, phản ánh bản chất của đất trong khoảng 5 đến 10 lần chiều dài của điện cực nối đất Cuối cùng, sử dụng giá trị điện trở đất R trong công thức sẽ cho ra điện trở suất ρ tương ứng.
Bước 4: Giống như bước 4 mục 7.1.1
Bước 5: Giống như bước 5 mục 7.1.1 Ưu nhược điểm của phương pháp đo điện trở suất biến thiên theo độ sâu : Ưu điểm:
- Cho trực tiếp giá trị điện trở suất đo tại độ sâu xác định
- Cung cấp các thông tin về độ sâu cọc có thể đạt được trong quá trình thi công lưới tiếp địa.
- Thích hợp cho vùng địa hình phức tạp không thể áp dụng hai phương pháp trên.
- Cọc dễ rung lắc khi đóng vào đất, dẫn đến tiếp xúc không tốt với đất khiến kết quả đo không chính xác
- Không thể khảo sát ở một vùng đất rộng lớn, vì không thể đóng sâu hơn hoặc chi phí lớn.
Để xác định giá trị điện trở suất ổn định một cách chính xác, việc đóng cọc theo độ sâu có thể gặp phải những hạn chế Để khắc phục những nhược điểm này, phương pháp 4 điểm được khuyến nghị Tổng hợp báo cáo kết quả sẽ giúp cung cấp cái nhìn tổng quát hơn về hiệu quả của phương pháp này.
- Kết quả phải cung cấp thông tin về bản chất của đất ở độ sâu theo yêu cầutrên một vùng đất xác định.
- Kết quả đo điện trở suất đất phải được ghi nhận cùng với điều kiện khi đo: nhiệt độ, độ ẩm, mùa…
CHƯƠNG III.ĐO TỔNG TRỞ ĐẤT Điều 9 Mục đích
- Kiểm tra sự phù hợp với thiết kế từng phần hoặc toàn phần của một hệ thống nối đất mới thi công.
- Phát hiện những thay đổi của một hệ thống nối đất hiện hữu Điều 10 Chuẩn bị
Để thiết kế hiệu quả hệ thống nối đất, cần tham khảo tài liệu thiết kế của mạng lưới nối đất và xác định giá trị tổng trở kỳ vọng của hệ thống.
Khảo sát địa hình là bước quan trọng trong việc lựa chọn phương pháp, thiết bị và hướng đo phù hợp, nhằm giảm thiểu các yếu tố có thể ảnh hưởng đến kết quả đo Điều này cần được thực hiện theo những lưu ý đã nêu trong Điều 4 và Phụ lục C.
Cô lập các hệ thống tiếp đất khác đang kết nối vào lưới tiếp đất cần đo, bao gồm dây chống sét trên không, dây trung tính nối đất và vỏ cáp ngầm, nếu có thể.
Dây đo cần phải là loại dây bọc, mềm, có tiết diện phù hợp với dòng điện thử nghiệm và khả năng chịu lực kéo Điều 11 đề cập đến phương pháp đo tổng trở đất.
11.1 Phương pháp điện áp rơi 62%
Hình 1.III Phương pháp điện áp rơi 62 %.
Để xác định vị trí và đường chéo lớn nhất (d) của hệ thống nối đất, cần căn cứ vào bản vẽ thiết kế và thi công của hệ thống đó.
Bước 2: Cô lập hệ thống nối đất cần đo với các liên kết mở rộng (dây trung tính, các vỏ cáp ngầm nối đất …)
Bước 3: Xác định điểm nối đất xa (điểm đóng cọc dòng C như hình 1.III)
Khoảng cách D này phải bằng hoặc lớn hơn 5 lần đường chéo d lớn nhất của trạm (khoảng cách D được tính từ tâm của hệ thống nối đất cần đo).
Chọn hướng kéo dây một cách cẩn thận để đảm bảo đạt đủ độ xa theo yêu cầu đã đề ra ở bước 3 Lưu ý rằng việc lựa chọn hướng này rất quan trọng nhằm tránh các yếu tố có thể ảnh hưởng đến kết quả đo.
Bước 5: Sơ đồ đo như Hình 1.III Vị trí cọc áp (P) theo khoảng cách X = 62%D.
