Điện trở nối đất là một trong những thông số quan trọng để đánh giá hiệu quả vận hành của hệ thống tiếp địa, hệ thống chống sét trong các công trình. Nhất là khi, sau thời gian sử dụng giá trị điện trở đất sẽ tăng lên so với ngưỡng cho phép do mất liên kết giữa các cọc tiếp địa hoặc môi trường gắn cọc bị ảnh hưởng. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu chi tiết về các quy định và phương pháp đo điện trở nối đất trạm biến áp.
Điện trở đất là gì?
Điện trở đất (còn gọi là điện trở tiếp địa, điện trở chống sét, điện trở suất của đất) là điện trở của dòng điện đi từ thiết bị tiếp đất vào đất, được đo bằng điện trở của một khối đất lập phương theo thể tích 1m3. Điện trở nối đất có đơn vị là Ωm và thường phụ thuộc vào độ ẩm, nhiệt độ, nồng độ ion, loại đất...
Hiểu đơn giản, điện trở đất cho biết khả năng dẫn dòng sự cố trong hệ thống nối đất xuống đất một cách nhanh chóng và an toàn. Điều này có ảnh hưởng đến quá trình tính toán tiếp đất cho các công trình viễn thông, truyền hình hoặc cân bằng điện thế tại các nhà máy, trạm biến áp. Đặc biệt, việc kiểm soát điện trở nối đất còn góp phần đánh giá đúng hiệu quả hoạt động của hệ thống tiếp địa, hệ thống chống sét, từ đó có giải pháp khắc phục hoặc nâng cấp kịp thời.
Tiêu chuẩn về điện trở nối đất trạm biến áp
Tiêu chuẩn về điện trở nối đất được quy định chi tiết và cụ thể trong TCVN 4756:1989. Đây là tiêu chuẩn quốc gia do Viện tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam ban hành, quy định về phạm vi giá trị điện trở cho thiết bị xoay chiều có điện áp > 42V và thiết bị 1 chiều có điện áp > 100V.
Một số quy định điển hình về nối đất trong TCVN 4756:1898 như sau:
- Bắt buộc phải nối đất thiết bị có điện áp > 1000V trong mạng điện trung tính. Khi nối đất cần đáp ứng yêu cầu trị số điện trở nối đất và trị số điện áp chạm.
- Giá trị điện trở nối đất đối với điện trở nối đất tự nhiên không được vượt quá 0,5Ω và 1Ω cho nối đất nhân tạo.
- Giá trị điện trở nối đất cho mạng điện có điểm trung tính nối đất trực tiếp (dưới 1000V) không vượt quá 4Ω và giá trị điện trở nối đất lặp lại không vượt quá 10Ω.
- Trang bị nối đất cần đáp ứng yêu cầu trị số điện áp chạm không vượt quá giá trị quy định khi có dòng ngắt mạch chạy qua.
Riêng với trạm biến áp, yêu cầu về điện trở nối đất được quy định:
- Điện trở đất tại các dòng điện xoay chiều không vượt quá 4Ω.
- Với điện trở chống sét, điện trở nối đất không vượt quá 10Ω.
- Điện trở nối đất của hệ thống nối đất tuân theo quy định: R ≤ 2000 / IΩ. Khi dòng điện > 4000A, R ≤ 0,5Ω.
- Với thiết bị điện < 1000V, giá trị điện trở đất tuân theo quy định: R ≤ 125 / IΩ.
Thông thường, trong điều kiện lý tưởng, trạm biến áp sẽ dễ dàng tìm được vị trí tiếp địa có điện trở đất thấp và tương đối đồng đều để đóng cọc nối đất. Tuy nhiên, khi điều kiện đất khắc nghiệt, vẫn có thể khắc phục bằng hệ thống nối đất phức tạp hơn. Trường hợp này, nên đặt que nối đất vào đất càng sâu càng tốt để tìm được vị trí mà đất và nước ổn định nhất.
Công thức tính điện trở suất của đất được áp dụng:
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 liền kề nhau tính bằng cm.
- R: Giá trị điện trở (Đơn vị: Ohm)
3 phương pháp đo điện trở nối đất trạm biến áp phổ biến
3 phương pháp này được áp dụng để đo điện trở nối đất cho nhiều công trình, trong đó có trạm biến áp.
Phương pháp đo điện áp rơi 3 cực
Đây là một trong những phương pháp đo điện trở nối đất phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay, thông qua việc tạo ra một dòng điện xoay chiều (hoặc 1 chiều) giữa điện cực cần đo (E) và điện cực dòng (H) được đặt ở khoảng cách đủ xa.
Để tiến hành đo điện áp rơi 3 cực, cần chuẩn bị 1 hệ thống gồm đồng hồ đo điện, cọc nối đất và điện cực dòng. Trong đó, đảm bảo vị trí của điện cực dòng cách tối thiểu 10 lần so với chiều dài cọc nối đất (khoảng 40m) và vị trí thực hiện phương pháp đo cách cọc nối đất 6m.
Trước hết, cần đo điện áp rơi (V) giữa điện cực cần đo (E) và 1 điện cực phụ điện áp (S) được đặt ở vị trí trung gian giữa E và H.
Điện trở nối đất lúc này được tính theo công thức: R = V/I, trong đó, I là dòng điện chạy qua E và H.
Phương pháp này có ưu điểm là tách biệt được dòng điện và điện áp, từ đó giảm thiểu được ảnh hưởng của điện trở tiếp xúc.
Phương pháp đo điện áp rơi 4 cực
Đo 4 cọc là phương pháp đo điện trở đất cải tiến từ đo 3 cọc, được áp dụng cho các hệ thống nối đất liên hợp hoặc riêng lẻ kết nối ngầm với nhau.
Để thực hiện, cần cô lập các hệ thống nối đất riêng lẻ bằng cách sử dụng kìm đo của đồng hồ ampe và chuẩn bị 4 điện cực (P1, C1, C2, P2), sau đó cắm thẳng hàng xuống đất với các khoảng cách bằng nhau (a).
Khi dòng điện (I) được truyền vào đất thông qua 2 điện cực ngoài (C1, C2), điện áp (V) sẽ được đo giữa 2 điện cực trong của P1 và P2.
Điện trở suất của đất lúc này được tính theo công thức:
Trường hợp cần đo điện trở đất của hệ thống nối đất quy mô lớn, các điện cực có thể được bố trí theo các cách khác nhau.
Phương pháp đo điện trở đất 2 kìm
Phương pháp này được áp dụng trong 1 số trường hợp đặc biệt như:
- Dùng cho hệ thống nối đất liên hợp không kết nối ngầm với nhau.
- Kiểm tra điện trở nối đất hàng ngày mà không gây gián đoạn hoạt động hệ thống.
- Đo điện trở suất của đất tại các khu vực khó tiếp cận hoặc không thể đóng các điện cực phụ.
Cách thực hiện như sau: Sử dụng 2 ampe kìm và máy đo theo nguyên tắc đặt 2 kìm vòng quanh dây tiếp địa, đo và nối mối kìm với dụng cụ đo. Trong đó, 1 kìm sẽ được đưa vào mạch vòng tiếp đất có tín hiệu cho trước, thường là 32V/1367Hz và kìm còn lại được dùng để đo dòng điện chạy trong mạch vòng.
Lưu ý khi tiếp địa cho trạm biến áp
Hệ thống tiếp địa của trạm biến áp khi được thiết kế tối ưu sẽ đảm bảo hiệu suất vận hành trong các trường hợp có sét đánh hoặc xảy ra sự cố trên lưới.
Dưới đây là một số lưu ý khi tiếp địa cho trạm biến áp:
- Chọn kích thước dây dẫn của hệ thống tiếp địa phù hợp với khả năng thoát sét.
- Sử dụng đúng dây dẫn và lưới điện chính.
- Kích thước của cọc tiếp đất phải đủ lớn để chịu tải và điện trở tiếp đất.
- Lưu ý điện thế bước và tiếp xúc.
- Cần nối đất trên nền tòa nhà và nối đất hàng rào trạm biến áp.
- Đấu đất bộ cắt lọc sét đúng tiêu chuẩn.
- Nối đất toàn bộ máng cáp.
- Tiếp đất tạm thời các bộ phận có điện áp.
Câu hỏi thường gặp về điện trở nối đất trạm biến áp
Câu hỏi 1: Điện trở nối đất có mối liên hệ gì với khả năng dẫn điện của đất?
Trả lời: Điện trở suất của đất tỉ lệ nghịch với khả năng dẫn điện của đất. Tức là điện trở suất càng cao, khả năng dẫn điện của đất càng kém và ngược lại, điện trở đất càng thấp, đất dẫn điện càng tốt.
Câu hỏi 2: Yếu tố nào ảnh hưởng nhiều nhất đến điện trở suất của đất?
Trả lời: Độ ẩm là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến điện trở suất của đất. Thông thường, đất ẩm có điện trở suất thấp hơn đất khô. Do đó, đất sét ẩm thường dẫn điện tốt hơn đất khô. Ngoài ra, các yếu tố khác như nồng độ muối, mật độ nén chặt, thành phần khoáng chất trong đất và nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến điện trở nối đất.
Câu hỏi 3: Phương pháp nào được sử dụng phổ biến nhất để đo điện trở đất?
Trả lời: Đo điện áp rơi 3 cực là phương pháp phổ biến nhất được dùng để đo điện trở đất cho nhiều công trình khác nhau.
