Kĩ thuật viễn thông - Nghiên cứu phần thí nghiệm điện nhà máy

dòng điện của hệ thống xuống đất. Hệ thống trung tính nối đất: là hệ thống có điểm trung tính của hệ thống, mạch điện, máy biến áp, máy phát, động cơ được nối đất. Hệ thống nối đất: là hệ thống các dây dẫn có tối thiểu một dây được nối đất. Hệ thống không nối đất: là hệ thống các dây dẫn không được nối đất. Hệ thống nối đất trực tiếp: là hệ thống có tổng trở nối đất bằng không, vì vậy dòng điện chạy qua dây nối đất bằng dòng sự cố ba pha. Hệ thống nối đất qua điện trở: là hệ thống được nối đất thông qua điện trở. Độ lớn của điện trở có thể lớn hoặc nhỏ. Hệ thống điện trở đất nhỏ có dòng điện từ 25 đến vài trăm ampe tùy theo giá trị của điện trở. Còn hệ điện trở đất lớn thường có dòng điện nhỏ hơn 25A, nhưng điện trở đất phải lớn hơn XCO/3, trong đó XCO là dung khángcủa hệ. Hệ thống nối đất qua điện cảm: là hệ thống được nối đất thông qua điện cảm. Hệ thống nối đất cộng hưởng: là hệ thống được nối đất thông qua điện cảm ,sao cho ở tần số định mức dòng sự cố đi qua dây dẫn gần bằng dòng điện chạy qua dây dẫn và đất. Bộ trung tính hóa sự cố chạm đất: là thiết bị nối đất sao cho thành phần điện cảm của dòng sự cố đi qua dây dẫn gần bằng dòng điện ngắn mạch chạm đất ở tần số định mức. II. PHƯƠNG PHÁP NỐI ĐẤT CHO HỆ THỐNG Việc lựa chọn phương pháp nối đất cho hệ thống điện là công việc rất khó khăn vì có rất nhiều yếu tố cần được xem xét trước khi lựa chọn. Trong phần này sẽ đưa ra một số phương pháp nối đất khác nhau và giải thích lý do và cách thực hiện hệ thống nối đất này. 1. Hệ thống không nối đất Trước đây, hầu hết các hệ thống điện vận hành theo kiểu không nối đất. Ở các hệ thống nhỏ, khi một bộ phận cách điện trên một pha bị hư hỏng không gây sự cố mất điện. Hư hỏng này có thể được phát hiện và sửa chữa vào thời điểm thích hợp mà không bắt buộc phải cắt điện. Tuy nhiên, khi hệ thống tăng lên về cả qui mô lẫn điện áp thì số lượng hư hỏng cách điện tăng lên kéo theo sự cố nhiều nơi và gây ra những sự cố lớn. Đầu tiên người ta không hiểu lý do của những sự cố này và việc tìm ra nguyên nhân sự cố tốn rất nhiều công sức. Kiểu hệ thống trung tính “không nối đất” được cho trong hình .1. Hình 1. Mạch điện hệ thống không nối đất khi ngắn mạch pha B. Hiện nay, người ta sử dụng hệ thống trung tính nối đất điện dung. Điện dung ở đây là điện dung giữa dây dẫn với đất. Ở điều kiện vận hành bình thường, dòng điện dung của các dây dẫn vượt trước điện áp tương ứng một góc 90O và tổng vectơ của ba dòng điện bằng không. Hình 1 nêu hiện tượng xảy ra khi hệ thống điện bị sự cố chạm đất. Dòng điện tải của pha có sự cố bằng không bởi vì điện áp pha bằng không. Điện áp pha của những dây không bị sự cố sẽ tăng đến giá trị điện áp dây, vì vậy dòng điện của các pha này sẽ tăng tương ứng. Hơn nữa, do sự dịch pha 30O của điện áp pha làm cho dòng điện của các pha này cũng thay đổi và tổng các dòng điện của các pha không bị sự cố sẽ bằng 3 lần giá trị bình thường chạy qua đất rồi quay về chỗ sự cố. Nếu sự cố được cắt thì dòng điện bằng không. Tuy nhiên, vì dòng điện dung vượt trước 90O, dòng điện thứ tự không xuất hiện tại thời điểm điện áp cực đại, do đó nếu sự cố mất đi sẽ xuất hiện điện áp cao tại chỗ sự cố và sự cố lại tiếp tục xảy ra. Tại thời điểm sự cố đã bị loại trừ, trên các dường dây không bị sự cố có quá điện áp trên tụ điện dưới dạng điện áp một chiều. Khi hồ quang lại xuất hiện thì các tụ điện này sẽ được nạp lại bằng điện áp pha cộng với điện áp đã được nạp trước đó. Vì vậy, việc xuất hiện hồ quang sau khi dòng điện bằng không là điều không thể tránh khỏi và điện áp trên tụ lại được cộng thêm. Hiện tượng này có khả năng trở thành dao động tự duy trì làm tăng điện áp, cuối cùng dẫn đến hư hỏng bộ phận cách điện của pha tiếp theo và gây ra sự cố giữa hai pha. Trong khi sự cố thứ nhất phân nhánh trên đường dây thì sự cố thứ hai có thể xuất hiện ở một vài điểm, có thể làm ảnh hưởng đến những thiết bị đắt tiền như máy biến áp. Vì vậy hiện nay không sử dụng hệ thống không nối đất nữa. Những nguyên nhân kể trên cùng với một số yếu tố khác dẫn đến việc chấp nhận các hệ thống trung tính nối đất khác nhau. Những yếu tố đó là: - Vấn đề an toàn cho con người. - Giá thành của thiết bị dùng cho hệ thống nối đất thường thấp hơn vì giảm được mức cách điện cho phép. Hiện nay ở tấc cả cấp điện áp cao đang sử dụng hệ thống nối đất trực tiếp. Yêu cầu an toàn đòi hỏi hệ thống phải được nối đất do giảm được mức cách điện cho phép dẫn tới tiết kiệm vật tư trong sản xuất chế tạo máy biến áp. 2. Hệ thống nối đất trực tiếp Phương pháp nối đất đơn giản và hiệu quả nhất là nối trực tiếp mạng trung tính của các máy biến áp hoặc máy nối hình sao với đất. Phương pháp này có hai ưu điểm chính là: - Đơn giản và không tốn kém vì không đòi hỏi thiết bị phụ. - Giảm thiểu độ lớn quá điện áp có thể xuất hiện trên pha không bị sự cố, dẫn đến việc giảm ứng suất trên bộ phận cách điện so với các phương pháp khác. Mặc dù hệ thống trung tính nối đất trực tiếp có những ưu điểm nhưng cũng có những nhược điểm như những phương pháp nối đất khác. Những nhược điểm này đều xuất phát từ thực tế là hệ thống nối đất trực tiếp có dòng điện sự cố chạm đất lớn. Người ta nhận thấy rằng, với hệ thống trung tính nối đất thì 95% các sự cố là do một pha chạm đất. Nếu dòng điện chạm đất có thể được kiểm soát và sự cố bị loại trừ nhanh chóng thì tổng thiệt hại do sự cố sẽ giảm và sự cố có thể được hạn chế để không làm ảnh hưởng đến pha thứ hai. Điều này tránh gây cháy nổ, giảm chi phí sửa chữa, tăng thời hạn cần bảo dưỡng các máy cắt. Đối với máy điện, đặc biệt là máy biến áp, sự khác nhau trong chi phí sửa chữa có thể là do chỉ cần thay một vài cuộn dây hư hỏng thay vì phải thay thế toàn bộ máy khi chúng có thể bị cháy hoặc nổ vì sự cố dòng điện lớn có thể làm chảy dây quấn và lõi thép tỷ lệ với bình phương dòng điện. 3. Nối đất qua điện trở và kháng điện. 3.1. Nối đất qua điện kháng Kháng điện thường được sử dụng như là một trở kháng trung tính nhằm hạn chế dòng điện chạm đất khi cần giảm dòng điện sự cố. Vì kháng điện có tổng trở thấp dùng để hạn chế dòng điện lớn sẽ rẻ tiền hơn so với điện trở khi cùng một mức hạn chế dòng điện. Kháng điện hạn chế dòng điện nhỏ hơn khoảng 30 - 50% so với giá trị dòng ngắn mạch ba pha là không thực tế. Nếu kháng điện có tổng trở lớn dùng để giới hạn dòng điện lớn sẽ đắt hơn so với điện trở. Mặt khác, kháng điện có giá trị lớn kết hợp với những điều kiện của các hệ thống không nối đất làm cho quá điện áp quá độ sẽ cao. Để hạn chế dòng điện chạm đất đến mức vừa phải, người ta thường sử dụng điện trở. Điện trở nối trực tiếp vào các điểm cần hạn chế dòng điện là không thực tế. Khi cần giảm dòng điện ít, người ta sử dụng kháng điện vì nếu dùng điện trở đủ lớn để hạn chế dòng điện thì phải có nhiều điện trở mắc song song do đó đắt tiền. Mặt khác, nếu ta muốn hạn chế tối đa dòng điện nối đất bằng điện trở thì cũng rất đắt, do điện trở nhỏ khó chế tạo, dễ bị gỉ, ăn mòn. Vì vậy, để có điện trở có giá trị lớn thì phải mắc nối tiếp nhiều bộ điện trở có giá trị vừa phải, khi đó bộ điện trở sẽ đắt và cồng kềnh. Hình 2: H ệ thống nối đất cộng hưởng khi sự cố pha B Để hạn chế dòng điện sự cố chạm đất đến giá trị cực nhỏ, ta sử dụng điện trở nối đất trực tiếp. Máy biến áp phân phối có trung tính nối đất có điện trở nối với trung tính của cuộn thứ cấp . Một trong những phương pháp ra đời sớm nhất nhằm khắc phục sự cố của hệ thống không nối đất khi bị chạm đất mà vẫn giữ được những ưu điểm đối với hệ thống này đó là nối đất cộng hưởng sử dụng cuộn dây Peterson. Nói chung, sử dụng kháng điện để nối đất trung tính cho máy phát điện. Giá trị của kháng điện được chọn sao cho dòng điện sự cố nhỏ hơn 25% của dòng điện sự cố ba pha để tránh quá điện áp quá độ khi sự cố chạm đất bị loại trừ. Đối với hệ thống này giá trị của Xo phải nhỏ hơn hoặc bằng 10 lần giá trị của X1. 3.2. Nối qua điện trở nhỏ Những lý do sử dụng hệ thống nối đất này là: - Để giảm dòng điện sự cố chạm đất có tránh những thiệt hại cho máy cắt, động cơ, cáp... - Để giảm tối đa lực điện từ và lực cơ học. - Để giảm tối đa dòng điện sự cố chạm đất tản mát đảm bảo an toàn cho người. - Để giảm sự sụt áp tức thời trên đường dây nhờ loại bỏ được những sự cố chạm đất. Điện áp pha có thể duy trì khi có sự cố và bằng điện áp của những hệ thống không nối đất. Tuy nhiên, quá điện áp quá độ sẽ không cao bằng. Nếu hệ thống được nối đất một cách chính xác qua điện trở thì tránh được nguy hiểm do quá điện áp này. 3.3. Nối đất qua điện trở lớn Trong hệ thống này trung tính được nối đất qua điện trở lớn. Điện áp pha của pha không bị sự cố chạm đất một pha sẽ bằng điện áp dây. Nếu hệ thống cách điện đã được lựa chọn cho một hệ thống nối đất thì nó sẽ chịu quá điện áp khi có sự cố một pha chạm đất. Dòng điện sự cố chạm đất của hệ thống rất nhỏ, thường dưới 25A. Cần lưu ý rằng khi sử dụng hệ thống này, dòng điện sự cố chạm đất không bao giờ nhỏ hơn dòng điện tải. Hơn nữa, bộ chống sét cho hệ thống này có thể là loại không nối đất. Hệ thống này sẽ phụ thuộc vào các điều kiện quá điện áp sau đây: - Kiểu cộng hưởng từ, do ảnh hưởng của các điện dung và điện cảm mắc nối tiếp. - Điều kiện quá điện áp quá độ bị hạn chế. - Điều kiện quá điện áp quá độ do nối trực tiếp với những điện áp cao hơn. Lý do sử dụng điện trở nối đất lớn cũng giống như khi dùng điện trở nhỏ, chỉ khác nhau là dòng điện sự cố được hạn chế ở giá trị nhỏ hơn. III. KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TRỞ NỐI ĐÁT 1. Khái niệm về điện trở nối đất Đất có tác dụng bảo vệ rất cơ bản. Đối với những hiện tượng tự nhiên như sét, đất có tác dụng làm đường phóng điện nhằm tránh hiện tượng bị điện giật và tránh hư hỏng thiết bị, tài sản. Vì điện thế cảm ứng do sự cố hệ thống điện với mạch vòng qua đất, điện trở đất nhỏ sẽ giúp cho rơle bảo vệ hoạt động nhanh khi bị sự cố. Khi đó điện thế sẽ dịch chuyển rất nhanh và đất sẽ làm giảm điện thế này tránh nguy hiểm cho người cũng như tránh cho hệ thống điện hoặc hệ thống thông tin bị hư hỏng. Thuật ngữ “đất” ở đây được hiểu đồng nghĩa với việc nối một mạch điện hoặc thiết bị xuống đất. Cách nối như vậy được sử dụng cho việc bảo dưỡng thiết bị khi điện thế của chúng bằng điện thế đất. “Đất” bao gồm dây dẫn nối đất, bộ đầu nối, cực nối đất và phần đất tiếp xúc với các cực nối đất. Trên lý thuyết, để duy trì điện thế chuẩn cho thiết bị an toàn, để bảo vệ trường tĩnh điện cũng như hạn chế điện áp trên các thiết bị nối đất nhằm mục đích an toàn, điện trở nối đất phải bằng không. Trong thực tế, như đã giải thích ở phần trên điều này không thể đạt được. Tuy nhiên, điện trở nối đất nhỏ là yêu cầu của TCVN, NEC, OSHA và của những tiêu chuẩn an toàn điện khác. 2.1. Điện trở cực(cọc) nối đất Đầu nối Điện trở tiếp xúc Giửa cọc và đất Các lớp điện trở tản đồng tâm Hình 3 Mô tả cực (cọc) tiếp đất. Điện trở nối đất này bao gồm những thành phần sau: 1) Điện trở của bản thân cọc và điện trở tiếp xúc của phần đầu nối. 2) Điện trở tiếp xúc của đất xung quanh với cọc. 3) Điện trở của đất bao sát xung quanh cọc tiếp đất hoặc điện trở suất của đất. Đây là thành phần quan trọng nhất. Các cọc tiếp đất thường được làm bằng kim loại (đồng hoặc mạ đồng) với tiết diện thích hợp để điện trở tổng là không đáng kể. Có thể bỏ qua điện trở giữa cọc và đất xung quanh nếu cọc được phủ bằng sơn, mỡ... và nếu là đất thịt. Thành phần duy nhất còn lại là điện trở của đất xung quanh. Có thể coi cọc như được bao quanh bởi những lớp đất đồng tâm. Tất cả những lớp này có độ dày như nhau. Đối với các lớp gần cọc có diện tích nhỏ do đó điện trở lớn, còn đối với các lớp ở xa thì diện tích lớn và điện trở nhỏ hơn. Việc thêm các lớp ở xa cọc quá sẽ không ảnh hưởng đến tổng điện trở đất xung quanh cọc. Điện trở nối đất tỷ lệ thuận với chiều sâu của cọc. Khi dòng điện sự cố chạm đất chạy từ cọc đến đất, dòng điện sẽ chạy theo hướng tâm của các lớp hình cầu, thường được coi là hiệu ứng hình trụ của đất xung quanh cọc. Điện trở của các lớp cầu gần cọc là cao nhất bởi vì đó là các lớp cầu nhỏ nhất. Khi khoảng cách từ cọc tăng lên thì điện trở càng nhỏ vì lớp cầu sẽ rộng hơn. Khi khoảng cách từ cọc đến một điểm đủ xa thì điện trở của lớp cầu bằng không. Vì vậy đối với bất kỳ phương pháp đo điện trở đất nào thì chỉ có phần của điện trở đất là được xem xét. Về mặt lý thuyết, điện trở đất của hệ thống nối đất phải được đo ở khoảng cách vô hạn kể từ cọc nối đất. Tuy nhiên đối với mục đích thực hành, hiệu ứng hình trụ của đất (hay lớp cầu) thì khoảng cách bằng 2 lần độ dài của cọc là đủ. Điện trở đất được tính theo công thức tổng quát sau: (điện trở đất bằng điện trở suất nhân với chiều dài chia cho diện tích). Công thức này giải thích tại sao các lớp đất đồng trục sẽ có điện trở càng giảm khi khoảng cách càng xa cọc nối đất. R đất cũng bằng điện trở suất của đất nhân với độ dày của lớp chia cho diện tích. Trong trường hợp điện trở suất của đất là đồng nhất thì điện trở đất tỉ lệ với thể tích của khối đất mặc dù trường hợp này hiếm khi xảy ra. Công thức tính điện trở đất khi có cọc tiếp đất rất phức tạp và thường chỉ biểu diễn bằng những công thức gần đúng. Công thức thường được sử dụng nhất cho những hệ thống có cọc tiếp đất đơn do H.R.Dwight của Viện kỹ thuật Massachusetts đưa ra như sau: Trong đó R : Điện trở tính bằng ()của cọc nối đất L : Chiều dài của cọc r : Bán kính của cọc : Điện trở suất trung bình tính bằng (/cm) 2.2. Ảnh hưởng của kích thước cọc tiếp đất và độ sâu của cọc đến điện trở Về kích thước cọc, khi tăng đường kính của cọc nối đất không có nghĩa là làm giảm điện trở bản thân của nó. Nhưng trên thực tế khi tăng gấp đôi đường kính của cọc sẽ làm giảm điện trở ít nhất 10%. Hình 3.Quan hệ giữa điện trở đất với chiều sâu cọc tiếp đất. Về độ sâu của cọc khi một cọc nối đất được đóng sâu xuống đất thì điện trở của nó về cơ bản là giảm đi. Nói chung, tăng gấp đôi độ dài của cọc sẽ làm giảm 40% điện trở của nó như hình 4 cho thấy. Theo tiêu chuẩn NEC yêu cầu chiều dài tiếp úc của cọc với đất tối thiểu là 2,4m. Cọc hình trụ thường được sử dụng là 3m thỏa ãn tiêu chuẩn của NEC. Đường kính tối thiểu cọc là 1,59 cm đối với cọc thép và ,27cm đối với cọc đồng hoặc mạ đồng. Đường kính tối thiểu cho cọc có chiều dài tiếp xúc nhỏ hơn 3m là: - 1,27cm ở đất thường. - 1,59cm ở đất ẩm. - 1,91cm ở đất cứng hoặc hơn 3 m ở độ sâu. 2.3. Ảnh hưởng điện trở suất của đất đến điện trở cọc tiếp đất Công thức Dwight kể trên chỉ ra rằng điện trở của cọc tiếp đất không chỉ phụ thuộc vào độ sâu và diện tích khu vực của điện trở nối đất mà còn phụ thuộc vào điện trở suất của đất. Điện trở suất của đất là yếu tố then chốt quyết định điện trở của cọc nối đất và độ sâu cần thiết để tạo nên điện trở nối đất thấp. Điện trở suất của đất thay đổi theo vùng và theo mùa. Điện trở suất của đất được xác định theo chất điện phân của nó, bao gồm độ ẩm, khoáng chất và muối hòa tan. Đất khô có điện trở suất cao nếu nó không chứa muối hòa tan được chỉ ra ở bảng sau: 2.4. Những yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất của đất Hai mẫu đất hoàn toàn khô trên thực tế có thể trở thành vật cách điện rất tốt có điện trở suất vượt quá 109/cm. Điện trở suất của mẫu đất sẽ thay đổi tương đối nhanh cho đến khi xấp xỉ 12% hoặc đạt được độ ẩm như đã nêu ở sau. Hình 4 Sự thay đổi điện trở đất theo thời gian với cọc tiếp đất có đường kính 1,91cm, sâu 1m (đường 1) và sâu 3m (đường 2). Bảng 3 Ảnh hưởng muối trong đất đến điện trở nối đất Bảng 4 Ảnh hưởng của nhiệt đỏtong đất mặn đối với điện trở nối đất Điện trở suất của đất phụ thuộc vào nhiệt độ. Bảng 4 chỉ ra những thay đổi của điện trở suất của các loại đất có nhiều cát với độ ẩm 15,2% và nhiệt độ thay đổi từ 20o C đến –15o C . Ở trong khoảng nhiệt độ này điện trở suất thay đổi từ 7.200 đến 330.000/cm. Do điện trở suất của đất phụ thuộc trực tiếp vào độ ẩm và nhiệt độ nên điện trở của bất kỳ hệ thống nối đất nào cũng sẽ thay đổi theo các mùa khác nhau trong năm. Sự thay đổi này được nêu trong hình 4. Khi cả nhiệt độ và độ ẩm trở nên ổn định hơn và khoảng cách dưới mặt đất lớn hơn thì hệ thống nối đất có tác dụng hơn vào bất cứ thời điểm nào nếu cọc đóng sâu vào đất. Hiệu quả tốt nhất có được khi cọc nối đất được đóng sâu đến tầng nước ngầm. Ở một vài nơi, điện trở suất của đất quá cao làm cho việc thực hiện điện trở nối đất nhỏ với chi phí lớn và hệ thống nối đất sẽ rất phức tạp. Trong trường hợp này người ta có thể tiết kiệm bằng cách sử dụng hệ thống cọc nối đất với kích thước giới hạn và giảm suất điện trở của đất bằng cách tăng lượng hóa chất hòa tan vào đất theo từng giai đoạn. Bảng 4 sẽ cho thấy điện trở suất của đất giảm đáng kể khi tăng lượng muối hòa tan vào đất cát. 2.5. Ảnh hưởng của độ sâu cọc đến điện trở nối đất Khi xác định độ sâu cần thiết của cọc nối đất để có điện trở mong muốn, chúng ta nên sử dụng toán đồ được cho trên hình 24.5. Toán đồ này cho thấy để đạt được điện trở nối đất 20Ω với điện trở suất là 10.000Ω/cm, người ta sử dụng cọc có đường kính 1,59cm sâu 6m. Lưu ý rằng, giá trị thu được từ toán đồ khi ta coi đất đồng nhất và có cùng một điện trở suất. Giá trị tra được sẽ chỉ là gần đúng. Hình 5. Toán đồ giá trị điện trở đất theo độ sâu của cọc tiếp đất. 2. Giá trị của điện trở nối đất Theo tiêu chuẩn NEC qui định điện trở nối đất không được vượt quá 25Ω. Đây là giá trị cho phép tối đa của điện trở nối đất, tuy nhiên người ta sử dụng điện trở nối đất cho phép thấp hơn nhiều. “Điện trở nối đất nên bằng bao nhiêu ?”. Rất khó trả lời câu hỏi này. Điện trở nối đất thấp nhất, an toàn nhất và bảo vệ tốt nhất cho người sử dụng cũng như thiết bị là phấn đấu giảm dưới 1Ω. Tuy nhiên điều này là không thực tế đối với hệ thống lưới phân phối, truyền tải cũng như các trạm biến áp công suất nhỏ. Ở một vài khu vực thực hiện điện trở nối đất dưới 5Ω không mấy khó khăn, nhưng ở một số khu vực khác việc giảm điện trở nối đất dưới 100Ω là rất khó. Bảng 6 Bảng tiêu chuẩn giá trị điện trở nối đất điển hình đối với lĩnh vực hoạt động khác nhau. Theo tiêu chuẩn Bộ công nghiệp qui định đối với các trạm truyền tải thì điện trở nối đất phải được thiết kế không quá 1Ω Trong hầu hết các trường hợp, hệ thống lưới kim loại chôn dưới đất của trạm sẽ xác định điện trở mong muốn. Trong công nghiệp nhẹ hoặc tại trung tâm viễn thông, điện trở 4Ω thường là giá trị được chấp nhận. Đối với bảo vệ chống sét, bộ chống sét nên được ghép đối với điện trở nối đất tối đa là 1Ω. 3. Các phương pháp đo điện trở nối đất Việc đánh giá kết quả điện trở nối đất theo giá trị thiết kế còn phụ thuộc nhiều vào các phương pháp đo lường và thử nghiệm đối với điện trở nối đất và điện trở suất của đất: - Phương pháp hai điểm. - Phương pháp ba điểm. - Phương pháp điện áp rơi. - Phương pháp tỷ lệ. - Phương pháp bốn điểm. - Đo điện thế tiếp xúc. - Phương pháp kìm đo. Các phương pháp đo điện trở nối đất này chỉ có thể được thực hiện với các thiết bị thử nghiệm chuyên dụng. Phương pháp thông dụng nhất là sử dụng bộ giảm điện thế xoay chiều tấn số > 50Hz chạy từ cọc phụ đến cọc nối đất. Số đọc sẽ hiển thị bằng ôm và biểu diễn điện trở của cực nối đất với đất xung quanh. Do vậy một số nhà sản xuất mới đây đã giới thiệu bộ đo điện trở bằng phương pháp dùng ampe kìm đo tiếp đất. 3.1. Phương pháp hai điểm Hình 6 Phương pháp đo điện trở đất qua hai điểm. Phương pháp này có thể được sử dụng để đo điện trở của cọc nối đất đơn, sử dụng cọc nối đất phụ có điện trở đã biết hoặc có thể đo được. Điện trở của cọc nối đất phụ này có giá trị rất nhỏ so với giá trị điện trở của cọc nối đất cần đo, và giá trị đo được coi như điện trở nối đất. Ví dụ người ta tiến hành đo điện trở của cọc nối đất đơn cho tòa nhà khi việc đóng thêm hai cọc phụ khó khăn thì đường ống nước có thể được chấp nhận như cọc nối đất phụ có giá trị điện trở xấp xỉ 1Ω hoặc nhỏ hơn. Giá trị này tương đối nhỏ so với giá trị của cọc nối đất đơn thường là 25Ω. Số đo được là trị số của hai cọc nối đất nối nối tiếp nhau. Điện trở của các dây đo sẽ được xác định và sẽ được trừ đi từ kết quả đo được. Phương pháp này thường thích hợp ở những địa điểm yêu cầu kiểm tra điện trở nối đất không quan trọng. Sơ đồ đo theo phương pháp này được cho trên vẽ trên. 3.2 Phương pháp ba điểm Phương pháp này tương tự như phương pháp hai điểm ngoại trừ việc sử dụng cọc phụ. Để nhận được giá trị chính xác của điện trở nối đất thì điện trở của các cọc phụ phải xấp xỉ gần bằng hoặc nhỏ hơn cọc cần đo. Sơ đồ nối theo phương pháp ba điểm được cho trong hình 7. Người ta có thể sử dụng dòng xoay chiều 50Hz hoặc dòng một chiều để tiến hành thử nghiệm này. Ưu điểm của việc sử dụng dòng xoay chiều là giảm tối đa ảnh hưởng của các dòng tạp ký sinh đối với kết quả đo. Tuy nhiên khi những dòng tạp này có cùng tần số, số đọc sẽ cho kết quả sai. Việc sử dụng dòng điện một chiều để tiến hành thử nghiệm sẽ hoàn toàn loại bỏ ảnh hưởng của các dòng tạp ký sinh xoay chiều. Tuy nhiên, dòng tạp một chiều và sự hình thành khí xung quanh các cọc sẽ gây ra sai số cho phương pháp này. Ảnh hưởng của các dòng tạp một chiều có thể giảm tối đa bằng cách đảo chiều dòng điện. Trung bình cộng của 2 số đo sẽ cho ta giá trị thử nghiệm chính xác. Thang đo của dòng điện được chọn thích hợp khi đo. Cọc phụ 1 (RY) Cọc phụ 1 (RY) (RX) Cọc phụ 2 (RZ) (RZ) (RY) V1 V2 V3 A3 A2 A1 Hình 7 Phương pháp 3 điểm và mạch điện tương đương. Điện trở của cọc thử nghiệm có thể được tính toán như sau: Từ sơ đồ mạch ta có: R1 = RX + RY = V1.A1 R2 = RX + RZ = V2/A2 R3 = RY + RZ = V3/A3 Giải 3 phương trình trên ta nhận được: RY = R3 - RZ RX = R1 - RY = R1 - R3 + RZ Và RX = R2 - RZ Từ đó suy ra: 2RX = R1 + R2 - R3 hay: RX= 3.3 Phương pháp điện áp rơi Phương pháp này dựa trên nguyên lý điện áp rơi trên điện trở, và phương pháp cũng sử dụng 2 cọc nối đất phụ (một cọc dòng điện và cọc kia là cọc điện thế) được đặt ở khoảng cách thích hợp so với các cọc nối đất cần đo. Dòng điện qua cọc nối đất cần đo có độ lớn cho trước còn dòng điện qua các cọc phụ sẽ được đo (cọc dòng điện). Người ta đo điện áp rơi giữa các cọc thử nghiệm và cọc phụ thứ hai (cọc điện thế), biết tỷ số điện áp rơi (U) trên dòng điện (I) là điện trở nối đất. Người ta sử dụng nguồn điện áp xoay chiều hoặc một chiều để thực hiện thí nghiệm. Với phương pháp này có thể khắc phục được những sai số sau đây: Các dòng điện tạp trong đất làm cho chỉ số trên đồng hồ vôn kế có thể cao hơn hoặc thấp hơn. Điện trở của cọc phụ và dây đo có thể gây ra sai số cho số đo vôn kế. Có thể giảm tối thiểu sai số này bằng cách sử dụng vôn kế có trở kháng cao. Phương pháp này có thể sử dụng vôn kế và ampe kế rời hoặc thiết bị đo điện chuyên dụng cho trực tiếp giá trị điện trở nối đất (hình 8). Để đo điện trở của cọc nối đất thì cọc dòng điện được đặt ở khoảng cách thích hợp so với cọc nối đất thử nghiệm. Như đã mô tả như trong hình 9, sự chênh lệch điện thế giữa các cọc X và Y được đo bằng vôn kế còn dòng điện chạy giữa các cọc X và Y được đo bằng ampe kế. (Chú ý Y, Y và Z có thể tương ứng với X, P và C trong phương pháp 3 điểm hoặc C1, P2 và C2 trong phương pháp 4 điểm). Theo định luật Ôm E = RI hoặc R = E/I, chúng ta có điện trở của cọc nối đất R. Nếu E = 30V và I = 1A thì: R = E/I = 30/1 = 30Ω. 3.3.1 Vị trí của các cọc phụ Để đo chính xác điện trở nối đất cần đóng cọc dòng điện phụ Z đủ xa so với cọc nối đất cần đo để cọc điện thế phụ Y nằm ngoài vùng ảnh hưởng của điện trở (hiệu ứng hình trụ của đất) giữa cọc nối đất cần đo và cọc dòng điện phụ. Cách tốt nhất để xác định cọc điện thế phụ Y có nằm ngoài vùng ảnh hưởng này không là chuyển cọc Y vào giữa cọc X và Z và đọc số đo ở mỗi điểm. Nếu cọc điện thế phụ Y nằm trong vùng ảnh hưởng (hoặc nằm cả hai vùng nếu hai vùng này chồng lên nhau như hình 10, thì khi di chuyển cọc này giá trị đọc sẽ thay đổi đáng kể. Trong điều kiện này, không xác định được giá trị điện trở nối đất chính xác nào. Hình 9 Mô tả cầu đo điện trở nối đất DET2/2 Hình 9 Thiết bị đo điện trở nối đất bằng phương pháp điện áp rơi. Hình 10a Trường hợp hiệu ứng hình trụ của 2 cọc tiếp đất giao thoa. Hình 10b Trường hợp hiệu ứng hình trụ của 2 cọc tiếp đất không giao thoa. Mặt khác, nếu cọc điện thế phụ Y được đặt ngoài khu vực ảnh hưởng của điện trở như trong hình 10b, khi cọc Y di chuyển thì chỉ số đo rất ít thay đổi. Những số đo được có liên quan chặt chẽ với các số đo khác và sẽ cho giá trị điện trở nối đất chính xác tại cọc X. Những số đo này phải được vẽ thành đồ thị để đảm bảo chúng nằm trong vùng “bằng phẳng” như hình 10b. Vùng này chiếm 62% và sẽ được đề cập tiếp ở phần sau. 3.2 Điện trở đo của các cọc nối đất (phương pháp 62%) Rnđ 50 62 L 72 Cầu đo TERCA2 L L Cọc Y Cọc Z Cọc X Hình 11: Phương pháp điện áp rơi với cọc điện áp ở vị trí 62% so với cọc nối đất cần đo Hình 12 Ảnh hưởng của vùng giao thoa với điện trở đất Phương pháp 62% là sự mở rộng của phương pháp điện áp rơi và đã được chấp nhận sau khi xác định theo toán đồ và thử nghiệm thực tế. Đây là phương pháp chính xác nhất nhưng có mặt hạn chế vì phải sử dụng bộ phận thử nghiệm chuyên dụng. Phương pháp này chỉ được áp dụng khi cả 3 cọc nằm trên cùng một đường thẳng và cọc nối đất cần đo là cọc đơn, là ống hoặc tấm kim loại như trong hình 11 Hình 12 chỉ ra những khu vực ảnh hưởng của đ