(TIỂU LUẬN) báo cáo bài tập lớn đo điện TRỞ SUẤT của đất

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐO ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS.Nguyễn Thị Lan Hương Bộ môn : Kỹ thuật đo tin học công nghiệp Viện : Điện Thành viên nhóm : Đồn Tiến Dũng -20160644 Nguyễn Văn Hiến- 20173844 Lê Quang Thắng -20174197 Mục lục CHƯƠNG I: PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT Điện trở suất đất 1.1Điện trở suất đất ? 1.2Điện trở suất đất hệ thống tiếp địa Phương pháp đo điện trở suất đất 2.1Phương pháp Wenner 2.2Phương pháp Schlumberger 2.3So sánh phương pháp CHƯƠNG II: MÁY ĐO ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT 2.1Máy đo điện trở suất 5/1 CA6471 2.1.1 Đặc điểm 2.1.2 Thông số kĩ th 2.1.3 Cấu tạo chi tiế 2.2 Cách đo 2.2.1 Phương pháp 2.2.2 Phương pháp 2.3 Máy đo Máy đo điện trở đất điện trở suất Sonel MRU-200-GPS TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 10 Hình 11 Hình 12 Hình 13 Hình 14 Hình 15 Hình 16 Hình 17 Hình 18 Hình 19 CHƯƠNG I: PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT I Điện trở suất đất 1.1 Điện trở suất đất gì? Đất vật thể xốp có tính mao dẫn, gồm thành phần thể rắn, thể lỏng thể khí Phần thể rắn đất gồm số lượng lớn hạt nhỏ bé khoáng chất khác với đường kính từ 0,1 mm đến mm cấu thành hữu vi động thực vật Phần thể lỏng đất (dung dịch đất) nước với chất chứa phần thể rắn khí đất hồ tan nước Phần thể khí đất chủ yếu khí ơxy, nitơ, cacbon dioxyd lấp đầy lỗ đất đá Hình 1: Cấu tạo đất Các dung dịch đất phận dẫn điện đất, hạt cứng đất (khoáng chất) dẫn điện yếu Trong dung dịch đất ảnh hưởng điện trường làm dịch chuyển ion, tạo nên tượng dẫn điện đất Nồng độ ion dung dịch đất cao độ dẫn điện đất lớn Trị số nghịch đảo Độ dẫn điện đất Điện trở đất Độ dẫn điện đơn vị thể tích (cm3 m3) đất gọi độ dẫn suất đất ký hiệu chữ Hilạp Xíchma-1/Ohm.m Giống hệt vậy, điện trở đơn vị thể tích đất điện trở suất đất ký hiệu chữ Hilạp ρ (Rho) Điện trở suất đất điện trở khối đất lập phương 1m3, dòng điện chảy từ mặt khối đất sang mặt đối diện Điện trở suất đất có đơn vị Ωm 1.2 Điện trở suất đất & hệ thống tiếp địa Kết nghiên cứu người ta chứng minh điện trở suất với đất đá nhiệt độ giảm độ ẩm tăng, hệt điện trở suất đất độ ẩm giảm nhiệt độ tăng Do điều kiện khí khí hậu thay đổi năm nên độ ẩm đất nhiệt độ thay đổi làm thay đổi điện trở suất đất Sự dao động điện trở suất đất chủ yếu lớp đất phân bố gần với bề mặt đất Điện trở suất đất độ sâu từ đến mét có trị số thay đổi theo theo thời gian năm, chênh lệch giá trị điện trở suất đất từ cực tiểu đến cực đại không lần Điện trở suất lớp đất bố trí độ sâu lớn 5m không thay đổi trị số theo thời gian năm Do đó, để nhận tiếp đất có trị số điện trở ổn định thời điểm năm ta nên thực cách sau: - Bố trí cọc tiếp địa lớp đất có độ sâu từ 1m đến 5m có hiệu chỉnh hệ số mùa năm - Hoặc bố trí lớp đất sâu từ 5m đến 30m, độ sâu khơng có thay đổi điện trở suất đất theo mùa Khi bố trí tiếp địa độ sâu 2-5 m trị số điện trở suất đo máy đo nhân với hệ số hiệu chỉnh K (xem bảng 1) phù hợp với điều kiện đo đưa trị số điện trở suất đất có khả lớn thơì gian làm việc hệ thống tiếp đất Trị số điện trở suất tính tốn đất (ρtt) xác định theo cơng thức: ρtt = ρdo K Trong đó: ρdo trị số điện trở suất đất đo diện tích bố trí hệ thống tiếp đất; K hệ số điều chỉnh Khi lựa chọn trị số K ta nên vào số liệu khí tượng làm ảnh hưởng đến trị số điện trở suất đất lượng mưa trung bình v.v Hình : Bảng hệ số mùa Khi thiết kế hệ thống tiếp địa ta cần phải bảo đảm trị số điện trở tiếp đất không vượt trị số yêu cầu thời điểm năm Sự dao động trị số điện trở tiếp đất độ sâu từ đến 3m thường không trùng năm năm trước, thêm vào vùng khác có số liệu khí hậu khí tượng khác nhau, chí loại đất điện trở suất đất thay đổi khác theo thời gian năm Do đó, ta cần biết số liệu thực nghiệm dao động trị số điện trở suất theo mùa nhiều năm thiết kế hệ thống tiếp đất chuẩn xác II Phương pháp đo điện trở suất đất Điện trở suất đất tham số quan trọng, phải quan tâm xem xét Điện trở đất có ảnh hưởng đến q trình lan truyền dịng điện đất, q trình tính tốn tiếp đất chống sét, tiếp đất an toàn, cân điện nhà máy điện trạm biến áp điện, tính tốn loại tiếp đất cho cơng trình viễn thơng, truyền hình v.v Trị số điện trở tiếp đất tỉ lệ thuận với điện trở suất đất ρ bao xung quanh cọc tiếp địa Để xác định điện trở suất đất, người ta phải áp dụng phép đo thích hợp Đo điện trở suất đất thăm dò điện cực thẳng đứng theo hai mạch: - Mạch Wenner - Mạch Schlumberger Đa số trường hợp thực tế thường gặp đất có kết cấu hai lớp, với lớp có chiều dày h điện trở suất ρ1 cịn lớp có điện trở suất ρ2 Để xác định tham số ρ1, ρ h người ta dùng phương pháp phổ biến thăm dò điện thẳng đứng mà thực chất chọn tâm thăm dị O Sau phương pháp bốn điện cực tiến hành đo loạt điện trở suất đất với khoảng cách điện cực khác Theo số liệu đo ta xây dựng đường cong phụ thuộc điện trở suất đất vào khoảng cách so sánh với đường chuẩn (theo mẫu) Sự so sánh cho phép xác định gần kết cấu đất trị số điện trở suất lớp đất 2.1 Phương pháp Wenner Các điện cực A, B, M, N bố trí đối xứng với tâm thăm dị (tâm đo) O, điện cực phía ngồi A, B điện cực dịng, cịn điện cực phía M, N điện cực điện Cho lần đo, tất điện cực kéo giãn dần bảo đảm đối xứng với tâm thăm dị O Hình 2: Mạch đo theo phương pháp Wenner Phép đo tiến hành với khoảng cách AB = 1,5 m (khoảng cách điện cực liền kề a = 0,5 m), phép đo thứ hai với AB = 2,1 m (a = 0,7 m) Để nhận đựơc đồ đầy đủ đo điện trở suất đất, người ta khuyến nghị tiến hành loạt phép đo với khoảng cách điện cực (AB) khoảng cách điện cực liên tiếp (a) trình bày bảng Hình : Khoảng cách khuyến nghị điện cực đo theo mạch Wenner Tuỳ theo việc tăng khoảng cách điện cực AB thị máy đo giảm Quá trình đo cần phải tiếp tục mà đạt tới giới hạn thang máy đo điện trở đất Tuyệt đại đa số trường hợp đo kết thúc AB = (90-120) m 2.2 Phương pháp Schlumberger Khi thăm dò theo mạch Schlumberger phải bảo đảm điện cực đối xứng tâm thăm dò, kéo giãn điện cực dòng A B điện cực điện giữ nguyên vị trí cũ Theo mạch Schlumberger thị máy đo giảm nhanh so với đo theo mạch Wenner sau lần đo Trong kết đo giới hạn máy đo tiếp đất điện trở suất đạt với khoảng cách điện cực A B nhỏ đáng kể Phương pháp đo điện trở suất đất Schlumberger với khoảng cách nhỏ cho độ xác cao, bắt đầu đo hợp lý chọn phương pháp Hình :Mạch đo theo phương pháp Schlumberger Để đạt giới hạn thang đo ta tiếp tục chuyển sang đo theo mạch Wenner cách sau: Các điện cực dịng giữ ngun vị trí cũ, cịn điện cực đưa xa với khoảng cách MN = AB/3 tiến hành đo tiếp điện trở suất đất Thông thường người ta chuyển sang đo theo mạch Wenner AB = (30 - 45) m Việc xác định điện trở suất biểu kiến tiến hành theo cơng thức: Hình 6: Bảng cơng thức tính theo phương pháp Theo số liệu đo nhận ta xây dựng đường cong phụ thuộc điện trở suất biểu kiến vào l, có nghĩa P K = f(l ) = f(AB/2), giấy có hai trục theo tỉ lệ logarit , (xem hình 2) Hình Đồ thị hàm số PK = f(l ) Sau đồ thị xây dựng, người ta mang đặt lên có đường cong mẫu (xem hình 3) dịch chuyển để cho đồ thị trùng vào với đường cong mẫu nằm giới hạn hai đường cong mẫu kề cận Hình Tấm mẫu 10 Sau đạt trùng hợp người ta tiến hành xác định tham số đất có kết cấu hai lớp Trục tung mẫu cắt trục hoành đường cong thăm dò điện thẳng đứng chiều dầy lớp đất h, cịn trục hồnh mẫu cắt trục tung đường cong thăm dò điện thẳng đứng giá trị điện trở suất lớp đất ρ Giá trị điện trở suất ρ2 xác định theo đoạn nằm ngang cuối đường cong thăm dò điện thẳng đứng, l lớn điện trở suất biểu kiến tiệm cận với điện trở suất lớp (ρK-> ρ2) Trên hình ví dụ xác định tham số ρ 1, ρ2 h Trong ví dụ ρ1 = 200 Ωm, ρ2 = 45 Ωm h = 2,4 m Hình Xác định tham số đất có kết cấu hai lớp theo đường cong thăm dò điện thẳng đứng (đường liền nét) PK = f (l) ) trục toạ độ nhờ đường cong mẫu (đường chấm chấm) Trong trường hợp phổ biến đường cong thăm dị điện thẳng đứng trùng hồn tồn với mẫu đất có kết cấu hai lớp, nhiên vài trường hợp đường cong thăm dò điện thẳng đứng khác với mẫu hai lớp Khi xảy hai trường hợp đặc trưng Trường hợp thứ 11 Đoạn nằm ngang cuối đường cong thăm dò trùng với đường cong mẫu (xem hình 5), có nghĩa độ sâu lớn đất đồng nhất, cịn lớp đất có kết cấu phức tạp Ví dụ hình với h = 1,0 m, ρ1 = 150 Ωm, ρ2 = 42 Ωm Hình 10 Xác định tham số đất theo đường cong thăm dò điện thẳng đứng, có hình dạng khác với mẫu (đường cong thăm dò điện thẳng đứng biểu diễn đường liền nét, đường không liền nét đường cong mẫu) Trường hợp thứ hai Khi lớp có độ dẫn tốt với độ dầy h > m, đường cong thăm dị điện thẳng đứng khơng nhận đầy đủ, khơng có đoạn nằm ngang nhánh Theo đường cong thăm dò ta xác định hai tham số ρ , h (xem hình 6) Trong ví dụ h = 7,0 m, ρ = 1200 Ωm Một cách tương đối ta nói ρ2 có trị số khơng lớn 50 Ωm 12 Hình 11 Xác định tham số đất theo đường cong thăm dị điện thẳng đứng khơng có nhánh (đường liền nét đường cong thăm dò điện thẳng đứng, đường không liền nét đường cong mẫu) Theo quy trình đo điện trở suất đất Phịng địa vật lý - Tổng cục địa chất ban hành, việc đo tiến hành trình tự theo khoảng cách quy định bảng Hình 12: Bảng khoảng cách quy định phép đo Chọn vị trí đo điện trở suất đất Để xác định điện trở suất đất cho vùng dự kiến trang bị hệ thống tiếp đất hình chữ nhật, người ta cần bố trí mạch đo tối thiểu điểm theo hướng minh họa Hình 13: Bố trí mạch đo 13 2.3 So sánh phương pháp: - Trong cấu hình Wenner, người ta quan sát thấy khó hoạt động, tỷ lệ độ sâu độ lan rộng 1: Do đó, khó ghi lại giá trị vượt độ sâu 100 m Vì phương pháp sử dụng kiểu độ dốc nghịch đảo, nên điện trở suất lớp tính tốn riêng biệt Phương pháp so sánh với phần giếng tiếp xúc khớp với điện trở suất Do đó, dễ dàng tính tốn giải thích thủ cơng mà không cần sử dụng kỹ thuật so khớp đường cong Điều làm giảm lỗi Nên sử dụng phương pháp độ dốc nghịch đảo Wenner địa hình đá cứng -Trong phương pháp Schlumberger, giá trị quan sát R sử dụng để tính tốn Phần mềm có tùy chọn để xử lý lỗi để khớp với đường cong tiêu chuẩn Khi làm vậy, giá trị ban đầu lớp khác cách giải thích khác tùy thuộc vào người xử lý Phương pháp Schlumberger dễ vận hành tốn thời gian thời gian ngắn trải rộng điện cực tại, đạt khoảng cách độ sâu lớn Việc diễn giải liệu kỹ thuật đối sánh đường cong nhiệm vụ dễ dàng thực thủ cơng Việc xem xét số lượng lớp khó, u cầu nhiều lớp hơn, việc điều chỉnh thơng qua phần mềm trình giảm số lượng đường cong ảnh hưởng đến độ dày lớp tự động điều chỉnh Việc xác định đường cong khác tốn nhiều thời gian => Cả hai phương pháp Wenner Schlumberger áp dụng, nơi có phát triển đô thị khu vực cộng đồng làng xã, khơng có khơng gian cho lan truyền theo chiều điện cực Vì vậy, cần cẩn thận đưa vị trí phù hợp Để sử dụng phương pháp Schlumberger đá cứng, địa hình yêu cầu khảo sát chi tiết Trong hai trường hợp, cần phải có bề mặt khơ để dịng điện xâm nhập hiệu Nếu mặt đất ướt đủ ẩm, đất có ẩm nhiều khả dịng điện khơng thể xun qua mặt đất 14 CHƯƠNG II : MÁY ĐO ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT 2.1 Máy đo điện trở suất 5/1 CA6471 Hình 14:Máy đo điện trở suất 5/1 CA6471 2.1.1 Đặc điểm: CA 6471 dạng khối chắn, chống thấm nước, dễ sử dụng, thiết kế làm việc động Kết nối cách dễ dàng nhờ đầu nối với cọc đo đánh dấu theo màu sắc CA 6471 có hình LCD lớn, sáng rõ Ắc quy sạc điện nhờ chuyển nối với mạng điện lưới với điện bật lửa xe tơ 15 Thiết bị có chức xem trực tiếp kết đo lưu giữ để xem lại sau Một cổng USB cho phép chuyển liệu sang máy tính cáp quang với phần mềm chuyên dụng để xử lý thêm Máy đo điện trở suất CA 6471 bảo đảm độ tin cậy nhờ: Sử dụng phương pháp dựa sở cọc đo truyền thống  Máy tự cho biết lỗi ảnh hưởng đến phép đo bắt đầu phép đo (nối có tín hiệu nhiễu)  Dãi đo rộng: 0,001 Ω đến 100 kΩ  Tự động điều chỉnh tần số đo 41 Hz 512 Hz  Máy đo điện trở suất CA 6471 trang bị chức tính tốn tinh vi: Với phép đo ghép hợp tiếp đất, cần thực phép đo, sau phép đo máy tự động tính toán hệ số ghép hợp  Khi đo điện trở suất đất, khoảng cách đo lập trình cho phép tự động tính điện trở suất theo phương pháp Wenner Schlumberger  2.1.2 Thông số kỹ thuật Hình 15 : Bảng thơng số đo 2.1.3 Cấu tạo chi tiết 16 Hình 16: Cấu tao chi tiết Máy đo điện trở suất 5/1 CA6471 2.2 Cách đo Khi chọn vị trí kết nối đất, phép đo điện trở suất sử dụng để kiểm tra đất xác định nơi có điện trở đất thấp (tối ưu hóa chi phí xây dựng) Hình 17: Sơ đồ bố trí điện cực nối dây phép đo 17 2.2.1 Phương pháp Wenner Các điện cực E(x),ES(Xv),S(y),H(z) bố trí đối xứng với tâm thăm dị (tâm đo) O, điện cực phía ngồi E(x),H(z) điện cực dịng, cịn điện cực phía ES, S điện cực điện Cho lần đo, tất điện cực kéo giãn dần bảo đảm đối xứng với tâm thăm dị O Cơng thức xác định điện trở suất biểu kiến Trong : RS-ES thị máy đo cực S ES d khoảng cách điện cực liền kề 2.2.2 Phương pháp Schlumberger Hình 18: Sơ đồ bố trí điện cực nối dây phép đo theo phương pháp Schlumberger Khi thăm dò theo mạch Schlumberger phải bảo đảm điện cực đối xứng tâm thăm dò, kéo giãn điện cực dòng A B điện cực điện giữ nguyên vị trí cũ Theo mạch Schlumberger thị máy đo giảm nhanh so với đo theo mạch Wenner sau lần đo Trong kết đo giới hạn đạt với khoảng cách điện cực E H nhỏ đáng kể 18 Trong : A khoảng cách S ES (m) l=EH/2 (m) 2.3 Tìm hiểu thêm : Máy đo điện trở đất điện trở suất Sonel MRU-200-GPS Hình 19 :Máy đo điện trở đất điện trở suất Sonel MRU-200-GPS 2.3.1 Đặc điểm phép đo điện trở đất với phương pháp cực, cực, cực phép đo điện trở đất có chọn lọc kẹp (không bị ảnh hưởng đất song song; không cần mở mối nối bị gỉ) đo điện trở xung đất, ba loại xung đo / 10µs, µs, 10 / 350µs hai kẹp đo điện trở đất đầu dò thử nghiệm phụ, đo điện trở suất đất, đo dịng rị, tích hợp GPS, Tọa độ GPS phép đo lưu trữ nhớ máy đo Nó cho phép thực phép đo của: 19  điện trở nối đất sử dụng điện cực phụ,  điện trở nối đất sử dụng điện cực phụ kẹp  (đối với phép đo nhiều nối đất)  điện trở nối đất sử dụng kẹp đôi (để đo nối đất sử dụng điện cực phụ),  điện trở xung đất (không ngắt nối đất đo được),  điện trở suất nối đất (Phương pháp Wenner)  dòng điện sử dụng kẹp (ví dụ: rị rỉ) kẹp linh hoạt (cuộn dây Rogowsky),  phép đo tính liên tục liên kết đẳng khả bảo vệ  dây dẫn (đáp ứng yêu cầu IEC 60364-6-61: 2000 phần 6.12.2) với chức tự động khơng - với dịng điện 200mA Ngồi ra:  phép đo điện trở điện cực phụ Rs Rh  phép đo điện áp nhiễu,  đo tần số giao thoa,  phép đo có điện áp nhiễu mạng điện với tần số 16 2/3 Hz, 50Hz, 60Hz 400Hz (tự động lựa chọn tần số thích hợp tín hiệu đo với lựa chọn thủ công),  lựa chọn điện áp đo tối đa (25V 50V)  giới thiệu khoảng cách điện cực cho điện trở suất tính mét (m) feet (ft),  nhớ 990 phép đo (10 ngân hàng, ô 99 ô),  hiệu chuẩn kẹp sử dụng,  đồng hồ thời gian thực (RTC),  truyền liệu đến máy tính (USB),  báo trạng thái pin 2.3.2 Thông số kỹ thuật 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO Slide “ Đo kiểm tra môi trường 04’’ cô Nguyễn Thị Lan Hương https://thyan.vn/vn/ho-tro/30/phuong-phap-do-dien-tro-dat https://link.springer.com/article/10.1007/s13201-017-0576-7 https://thyan.vn/vn/do-kiem/71/may-do-tiep-dat-va-dien-tro-suat https://thyan.vn/vn/do-kiem/116/ca6471-may-do-dien-tro-suat-5-1 http://etco.vn/san-pham/may-thiet-bi-do-thu-nghiem-dien/may-do-dien-trodat-dien-tro-suat http://etco.vn/may-do-dien-tro-dat-va-dien-tro-suat-sonel-mru-200-gps : https://thyan.vn/webroot/upload/do/dt/ca6470n-ca6471-catalog.pdf https:// www.chauvin-arnoux.com/sites/default/files/D00TEC88.PDF https://emin.vn/media/uploads/filesupload/SONEL_mru-200-gps_en_v15.pdf 21 ... I: PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT Điện trở suất đất 1. 1Điện trở suất đất ? 1. 2Điện trở suất đất hệ thống tiếp địa Phương pháp đo điện trở suất đất ... đo điện trở đất điện trở suất Sonel MRU-200-GPS Hình 19 :Máy đo điện trở đất điện trở suất Sonel MRU-200-GPS 2.3.1 Đặc điểm phép đo điện trở đất với phương pháp cực, cực, cực phép đo điện trở đất. .. Nếu mặt đất ướt đủ ẩm, đất có ẩm nhiều khả dịng điện khơng thể xun qua mặt đất 14 CHƯƠNG II : MÁY ĐO ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT 2.1 Máy đo điện trở suất 5/1 CA6471 Hình 14:Máy đo điện trở suất 5/1