Thiết Kế Hệ Thống Tiếp Địa & Bố Trí Sơ Đồ Cọc Tiếp Địa

Hệ thống tiếp địa trong một công trình thường có chi phí không quá cao nhưng nó là một phần quan trọng về mặt an toàn cho cả công trình cũng như bảo vệ tính mạng cho người sử dụng. Do đó, việc thiết kế hệ thống tiếp địa và bố trí sơ đồ cọc tiếp địa một cách chính xác là cần được xem xét một cách thấu đáo. Chúng ta cùng tìm hiểu và thảo luận về vấn đề này nhé.

Nội dung chính:

Toggle

1. Nối đất tiếp địa và tầm quan trọng của hệ thống tiếp địa an toàn:

Như chúng ta thường thấy trong mạng điện lưới hạ áp sẽ có dây tiếp đất hay dây tee, tất cả các phần tử kim loại của các thiết bị bình thường không mang điện đều được nối đến hệ thống tiếp địa này. Tác dụng bảo vệ của hệ thống tiếp địa an toàn này được giải thích như sau:

• Khi có sự ngắn mạch trong hệ thống điện, nghĩa là dây pha sẽ chạm vào dây trung tính (dây lửa và dây nguội chạm nhau) hay dây pha chạm với vỏ kim loại của thiết bị điện thì trên vỏ kim loại sẽ xuất hiện một điện áp bằng với điện áp pha. Nếu vỏ kim loại không nối với hệ thống tiếp đất thì sẽ cực kỳ nguy hiểm khi con người tiếp xúc với nó.

• Trường hợp vỏ của thiết bị được kết nối đến hệ thống tiếp địa an toàn thì giá trị điện áp tiếp xúc chỉ bằng độ rơi điện áp trên điện trở của hệ thống nối đất bảo vệ. Nếu hệ thống tiếp địa bảo vệ có giá trị điện trở đủ nhỏ thì có thể đảm bảo được sự an toàn cho con người khi tiếp xúc với vỏ thiết bị.

• Ngoài ra, khi kết nối đến hệ thống tiếp địa an toàn thì sẽ nâng cao được khả năng bảo vệ nhiễm điện của thiết bị và giảm thiểu được nguy cơ hư hại thiết bị do dòng điện sét đánh hoặc dòng điện cảm ứng do chống sét lan truyền gây ra.

2. Thiết kế hệ thống tiếp địa:

2.1 Sơ đồ bố trí cọc tiếp địa và xác định các kiểu nối đất:

Thiết kế hệ thống tiếp địa sẽ bao gồm hệ thống nối đất tập trung và hệ thống nối đất mạch vòng. Thường thấy ở Việt Nam sẽ sử dụng hệ thống nối đất tập trung, một số nước khác với tiêu chuẩn cao hơn như Singapore sẽ sử dụng nối đất mạch vòng.

Nối đất tập trung: Sử dụng các cọc tiếp địa D16 bằng đồng đóng xuống đất và được nối lại với nhau bằng cáp đồng trần hay các thanh ngang. Liên kết giữa các cọc tiếp địa với cáp đồng trần bằng mối hàn hóa nhiệt hay bằng kẹp đồng. Bố trí sơ đồ cọc tiếp địa tối thiểu phải bằng chiều dài cọc để tránh hiệu ứng màn che. Hiệu ứng màn che làm méo dạng dùng đẳng thế giữa 2 điện cực và làm giảm khả năng tản điện tích của hệ thống nối đất.

Thông thường khoảng cách bố trí giữa 2 cọc tiếp địa từ 3-5m.

Nối đất mạch vòng: các điện cực đặt theo chu vi công trình cần bảo vệ, cách mép móng từ 1-1.5m. Nối đất mạch vòng cũng có thể đặt ngay bên trong phạm vi công trình.

2.2 Tìm hiểu và xác định điện trở suất của đất:

Điện trở xuất của đất là yếu tố quyết định khả năng tản điện tích của các cực nối đất và là yếu tố chính để xác định được số lượng cọc tiếp địa. Điện trở suất của đất phụ thuộc vào cấu tạo chất đất, độ ẩm của đất, nhiệt độ, các thành phần kim loại, muối, acid… có trong đất.

Để thiết kế hệ thống tiếp địa đáp ứng tiêu chuẩn điện trở tiếp địa thì quá trình xác định điện trở suất của đất là quan trọng nhất. Tuy nhiên, hầu hết các dự án MEP hiện nay thì việc tính toán sẽ ước tính dựa trên lý thuyết và đơn vị khảo sát địa chất cũng sẽ không cung cấp những giá trị điện trở đất trừ khi được CDT yêu cầu khảo sát đo giá trị điện trở đất.

Và đây là kết quả sau khi có được điện trở suất của đất:

Tuy nhiên, chúng ta có thể xác định điện trở suất của đất khi không có giá trị đo thực tế thông thường chúng ta có thể kiểm tra sơ bộ các hố khoan địa chất của đơn vị đo khảo sát địa chất.

Đầu tiên mình tìm file báo cáo khảo sát địa chất của đơn vị khảo sát địa chất. Tùy theo mỗi công trình mà đơn vị khảo sát họ sẽ khoan khoảng 2-4 hố khoan, đây là kết quả mình cần xem xét. Đọc qua tài liệu khảo sát mình sẽ biết được sơ bộ các lớp đất ở khu vực công trình như: khu vực công trình có các loại đất gì? Độ dày, phân bố mỗi lớp như thế nào? Các thành phần khác có trong đất?

Một điều lưu ý rằng, chúng ta không thể căn cứ và mực nước ngầm để xác định điện trở suất của đất được. Giá trị về mực nước ngầm thường dao động khá lớn, và không thể lấy tiêu chí này để xác định điện trở suất của đất được

Sau khi biết được thành phần đất và các thông số liên quan tạo công trình việc tiếp theo là lựa chọn giá trị điện trở đất theo ứng với từng trường hợp cụ thể.

Đất là môi trường dẫn điện phức tạp, không đồng nhất về thành phần và cấu tạo, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, vì vậy khi tính toán nối đất thì người ta lấy: r tt = rđất x kmùa.

Các tiêu chuẩn thiết kế tiếp đất:
Tiêu chuẩn về thiết kế hệ thống tiếp đất chủ yếu vẫn dùng 2 tiêu chuẩn bên dưới.:

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9358:2012 về Lắp đặt hệ thống nối đất thiết bị cho các công trình công nghiệp – Yêu cầu chung.
Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7447-5-54:2015 (IEC 60364-5-54:2011) về Hệ thống lắp đặt điện hạ áp – Phần 5-54: Lựa chọn và lắp đặt thiết bị điện – Bố trí nối đất và dây bảo vệ

2.3 Tính toán điện trở nối đất

Việc tính toán nối đất là để xác định số lượng cọc và thanh ngang cần thiết đảm bảo điện trở của hệ thống nối đất nằm trong giới hạn yêu cầu. Điện trở của hệ thống nối đất phụ thuộc vào loại và số lượng cọc tiếp địa, cấu trúc của hệ thống nối đất và tính chất của đất nơi đặt tiếp địa.

Thông thường người ta kết hợp hệ thống lưới nối đất ngang và các cọc tiếp địa thẳng đứng để đảm bảo độ ổn định của điện trở nối đất. Công thức này áp dụng cho trường hợp điện trở suất của đất là đồng nhất. (Trong thực tế cọc tiếp đất xuyên qua các lớp đất khác nhau, mỗi lớp lại có điện trở suất khác nhau).

Tính toán điện trở của hệ n cọc chôn thẳng đứng:

Điện trở tản của 1 cọc chôn cách 1 mặt đất 1 khoảng h được xác định bằng công thức sau:

Trong đó:
ρ: điện trở tản của hệ thống gồm n cọc (Ωm)
L: chiều dài cọc (m)
d: đường kính cọc (m)
h: độ sâu chôn cọc (m)

Hệ thống gồm n cọc chôn thẳng đứng theo công thức:

Trong đó:
Rc: điện trở tản của hệ thống gồm n cọc.
rc: điện trở tản của 1 cọc.
ηc: hệ số sử dụng ứng với n cọc chôn thẳng đứng.

Tính toán điện trở tản của hệ thanh (dây cáp) nằm ngang kết nối đến n cọc thẳng đứng:

Điện trở tản của 1 thanh/ dây dẫn chôn cách 1 mặt đất 1 khoảng h được xác định bằng công thức sau:

Trong đó:
ρ: điện trở tản của hệ thống gồm n cọc (Ωm)
L: chiều dài cọc (m)
d: đường kính cọc (m)
h: độ sâu chôn cọc (m)

Điện trở tản của hệ thống thanh (dây) nối đất đặt nằm ngang kết nối n cọc chôn thẳng đứng được xác định bằng công thức sau:

Trong đó:
Rth: điện trở tản của hệ thống thanh (dây) nối đất đặt nằm ngang kết nối n cọc chôn thẳng đứng.
rt: điện trở tản của thanh (dây) nối đất đặt nằm ngang chưa xét đến hệ số sử dụng.
ηth: hệ số sử dụng của thanh (dây) nối đất đặt nằm ngang kết nối n cọc chôn thẳng đứng.

Tính toán điện trở tản của hệ thống thanh ngang (dây) và cọc:
Điện trở nối đất của hệ thống gồm n cọc chôn thẳng đứng và thanh (dây) kết nối đặt nằm ngang là:

Trong đó:
RHT: điện trở tản của hệ thống thanh (dây) và cọc
Rc: điện trở tản của hệ cọc.
Rt: điện trở tản hệ thanh.

3. Bố trí sơ đồ cọc tiếp địa:

Phần trên ta đã tính toán sơ bộ về điện trở của hệ thống tiếp địa và số cọc cần thiết để đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật. Theo phần dưới đây sẽ là bảng tính công thức điện trở suất tương ứng với sơ đồ cọc tiếp địa được bố trí.

Ảnh hưởng của hiệu ứng màn che:

Ảnh hưởng của hiệu ứng màn che làm giảm khả năng tản dòng của các cọc đặt chôn gần nhau nên người ta đưa thêm hệ số sử dụng cọc, thanh vào khi tính toán. Bên dưới là bảng tra hệ số sử dụng của chôn thẳng đứng và thanh (dây) nối các cọc trong từng trường hợp cụ thể.

4. Thực tế khi thi công hệ thống tiếp địa và phương pháp tính toán tối ưu:

Vì mối quan hệ giữa điện trở nối đất với chiều dài cọc, đường kính cọc không tuyến tính nên khi thiết kế hệ thống nối đất cũng có vài điểm để chúng ta chú ý.

Điện trở nối đất không giảm tuyến tính theo số lượng hay đường kính cọc, việc tăng số lượng cọc hay đường kính cọc cũng không làm giảm đáng kể điện trở của hệ thống nối đất, nhiều khi còn làm phát sinh chi phí không cần thiết.

Điện trở nối đất thay đổi nhiểu khi chiều trong trường hợp cọc nối đất có chiều dài nhỏ hơn 6m. Khi chiều dài cọc lớn hơn 6m thì điện trở nối đất giảm không đáng kể.

Tham gia GROUP để giao lưu kiến thức MEP: