Đo điện trở nối đất theo phương pháp 3 cọc: quy tắc 62 %, cách đo, đọc kết quả

Đo điện trở nối đất bằng phương pháp 3 cọc: nguyên lý, bố trí cọc áp ở 62 %, kiểm tra đoạn phẳng, đo bao nhiêu là đạt, tính điện trở cọc theo loại đất, so với ampe kìm đo đất, xử lý lỗi.

Điện trở nối đất quyết định dòng sự cố hay dòng sét có thoát an toàn xuống đất hay không. Đo đúng không khó, nhưng đồng hồ vạn năng không làm được. Cách chuẩn là phương pháp 3 cọc (fall of potential): máy bơm dòng qua điện cực và một cọc xa, đo điện áp bằng một cọc thứ ba đặt ở khoảng 62 % khoảng cách. Bài này giải thích vì sao lại là 62 %, cách bố trí và đo, đọc kết quả ra sao, và tính trước điện trở cọc theo loại đất.

Cảnh báo an toàn: không đo khi trời có giông, sét. Dây nối đất có thể mang điện khi hệ thống đang sự cố: tháo mối nối chỉ sau khi đã cắt nguồn và đảm bảo an toàn, không để thiết bị mất nối đất lúc đang vận hành. Công việc tại hệ thống điện phải do người có chuyên môn thực hiện và tuân theo quy định nơi làm việc.

1. Vì sao cần 3 cọc

Đất không phải dây dẫn lý tưởng, dòng chảy tỏa ra từ điện cực theo mọi hướng. Điện trở nối đất gần như tập trung ở vùng đất sát điện cực. Máy đo tạo một dòng xoay chiều qua điện cực E và cọc dòng C, rồi đo điện áp giữa E và cọc áp P, tính R = V / I. Dùng xoay chiều để tránh ảnh hưởng của điện hóa đất và dòng lạc. Cọc C cần đặt đủ xa để vùng ảnh hưởng của nó không chồng lên vùng của E. Tiêu chuẩn về máy đo là TCVN 13726-5:2023, tương đương IEC 61557-5.

2. Bố trí cọc

1. Tháo điện cực cần đo khỏi hệ thống, hoặc đo riêng từng nhánh.
2. Đóng cọc dòng C cách điện cực 20–40 m với một cọc đơn. Lưới tiếp đất lớn cần xa hơn nhiều, thường từ 5 lần đường chéo lưới.
3. Đóng cọc áp P thẳng hàng, ở 62 % khoảng cách từ E tới C.
4. Nối dây E, P, C vào máy. Một số máy cần nối thêm cực ES nếu đo chính xác cao, để bỏ qua điện trở dây.
5. Đo, ghi lại. Dời P thêm ±10 % khoảng cách rồi đo lại.

3. Vì sao 62 %

Đặt P gần E thì đo thiếu, vì mới tính một phần vùng đất của E. Đặt P gần C thì đo thừa, vì lẫn vùng đất của C. Với đất đồng nhất, tính toán cho thấy giá trị thật nằm ở khoảng cách 61,8 % từ E tới C. Trong mô phỏng dưới đây, ở 62 % đọc được 19,86 Ω với C 20 m, 19,89 Ω với C 40 m, đúng bằng giá trị thật 19,89 Ω.

# PYWORLD.VN - Mô phỏng đo điện trở đất 3 cọc: vì sao cọc áp đặt ở 62 % khoảng cách, và điện trở một cọc tiếp địa theo điện trở suất của đất
# PYWORLD.VN - Mô hình điện cực bán cầu trong đất đồng nhất: R(x) = rho/(2 pi) (1/a - 1/x - 1/(C-a) + 1/(C-x)); cọc: R = rho/(2 pi L) (ln(4L/d) - 1)
# PYWORLD.VN - Chạy: python mo_phong_3_coc.py          (chỉ dùng thư viện chuẩn)
import math


def r_do(x: float, c: float, rho: float = 100.0, a: float = 0.8) -> float:
    """Điện trở đọc được khi cọc áp cách điện cực x (m), cọc dòng cách c (m), điện cực tương đương bán kính a."""
    return rho / (2 * math.pi) * (1 / a - 1 / x - 1 / (c - a) + 1 / (c - x))


def r_that(rho: float = 100.0, a: float = 0.8) -> float:
    return rho / (2 * math.pi * a)


def r_coc(rho: float, l_m: float, d_m: float = 0.016) -> float:
    """Công thức cọc thẳng đứng (Dwight)."""
    return rho / (2 * math.pi * l_m) * (math.log(4 * l_m / d_m) - 1)


def r_nhieu_coc(rho: float, l_m: float, n: int, he_so: float = 0.8) -> float:
    """Ghép n cọc cách nhau khoảng 2 lần chiều dài, hệ số sử dụng gần đúng 0,8."""
    return r_coc(rho, l_m) / (n * he_so)


if __name__ == "__main__":
    print(f"Dien tro that: {r_that():.2f} ohm")
    for c in (20, 40):
        for ty_le in (0.40, 0.52, 0.618, 0.72, 0.85):
            print(f"C {c} m, coc ap {ty_le:.0%}: {r_do(ty_le * c, c):.2f} ohm")
    for rho in (30, 100, 300, 1000):
        print(f"Dat {rho} ohm.m: 1 coc 2,4 m {r_coc(rho, 2.4):.1f} ohm; 4 coc {r_nhieu_coc(rho, 2.4, 4):.1f} ohm")

Trong thực tế đất không đồng nhất nên phải kiểm tra đoạn phẳng: đo ở 52 %, 62 %, 72 % khoảng cách. Nếu ba số gần nhau (theo mô phỏng C 40 m là 19,55; 19,89; 20,36 Ω), kết quả dùng được. Nếu lệch nhiều, đưa cọc C ra xa hơn.

4. Đọc kết quả

Không có một con số đạt chung cho mọi nơi. Mức yêu cầu phụ thuộc loại hệ thống, kiểu nối đất, dòng sự cố và điện trở suất đất. Ở Việt Nam, người làm nghề hay nhắc tới mức khoảng 4 Ω cho nối đất an toàn thiết bị, 10 Ω cho một số hệ thống chống sét. Đó chỉ là mức hay gặp; số phải đạt là số trong hồ sơ thiết kế và tiêu chuẩn áp dụng cho công trình, như TCVN 9358:2012 về nối đất thiết bị trong công trình công nghiệp, TCVN 9385:2012 về chống sét. Khi nghi ngờ, hỏi đơn vị thiết kế hoặc kiểm định.

Ghi lại kết quả kèm ngày, thời tiết, độ ẩm đất. Điện trở thay đổi theo mùa: mùa khô thường cao hơn nhiều so với sau mưa.

5. Tính trước điện trở cọc

Điện trở một cọc tỉ lệ thuận với điện trở suất của đất. Cọc 2,4 m trong đất 100 Ω·m có khoảng 36 Ω, xa mức 4 Ω. Để giảm, có các cách: thêm cọc cách nhau ít nhất bằng chiều dài cọc; đóng sâu hơn; dùng thanh ngang chôn sâu; xử lý đất bằng hóa chất giảm điện trở theo hướng dẫn. Cọc ghép quá gần nhau không có tác dụng vì vùng đất của chúng chồng lên nhau.

6. Các cách đo khác

Ampe kìm đo đất tiện vì không cần cọc và không tháo mối nối, nhưng chỉ đúng khi có vòng kín qua đất, ví dụ nhiều cột nối đất song song. Với một cọc đứng riêng, phép đo này không cho kết quả đúng. Về đồng hồ vạn năng và cấp an toàn, xem cách dùng đồng hồ vạn năng.

7. Xử lý lỗi thường gặp

8. Xem thêm

Về an toàn điện cơ bản: điện một chiều, xoay chiều và an toàn 220 V. Bài cùng cụm chủ đề: đo điện trở cách điện; aptomat và RCD.