Điện trở của Trái đất là gì?

Đất có độ kháng là gì?

Định nghĩa Độ Kháng Đất

Điện cực đất là thanh kim loại hoặc tấm được chôn trong đất và kết nối với đầu nối đất của hệ thống điện. Nó cung cấp một đường dẫn có độ kháng thấp cho dòng điện lỗi và xung sét tiêu tán vào đất. Nó cũng giúp ổn định điện áp của hệ thống và giảm nhiễu điện từ.

Điện cực đất có thể được làm từ các vật liệu như đồng, thép, hoặc sắt mạ kẽm, được chọn vì tính dẫn điện và chống ăn mòn. Kích thước, hình dạng, chiều dài và độ sâu của điện cực phụ thuộc vào điều kiện đất, công suất định mức, và ứng dụng cụ thể của hệ thống tiếp đất.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ kháng tiếp đất

Độ kháng của đất chủ yếu phụ thuộc vào độ kháng điện của đất giữa điện cực và điểm tiềm năng bằng không (đất vô tận). Độ kháng điện của đất bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn:

• Độ dẫn điện của đất, chủ yếu do quá trình phân giải điện hóa. Nồng độ nước, muối, và các thành phần hóa học khác trong đất quyết định độ dẫn điện của nó. Đất ẩm có nồng độ muối cao có độ kháng điện thấp hơn so với đất khô có nồng độ muối thấp.

• Thành phần hóa học của đất, ảnh hưởng đến giá trị pH và tính chất ăn mòn. Đất axit hoặc kiềm có thể ăn mòn điện cực đất và tăng độ kháng của nó.

• Kích thước hạt, sự đồng đều và cách sắp xếp của các hạt đất ảnh hưởng đến độ xốp và khả năng giữ ẩm. Đất có hạt nhỏ, phân bố đồng đều và đóng gói chặt có độ kháng điện thấp hơn so với đất có hạt lớn, phân bố không đều và lỏng lẻo.

• Nhiệt độ của đất, ảnh hưởng đến sự giãn nở nhiệt và điểm đóng băng. Nhiệt độ cao có thể tăng độ dẫn điện của đất bằng cách tăng di chuyển ion. Nhiệt độ thấp có thể giảm độ dẫn điện của đất bằng cách làm đông cứng nước trong đất.

• Độ kháng đất cũng phụ thuộc vào độ kháng của chính điện cực và độ kháng tiếp xúc giữa bề mặt điện cực và đất. Tuy nhiên, những yếu tố này thường không đáng kể so với độ kháng điện của đất.

Phương pháp Đo Độ Kháng Đất

Có nhiều phương pháp để đo độ kháng đất trên các hệ thống hiện có. Một số phương pháp phổ biến là:

Phương pháp Sụt Áp

Phương pháp này, còn gọi là phương pháp 3 điểm hoặc phương pháp sụt áp, cần hai điện cực thử nghiệm (dòng điện và điện thế) và máy đo độ kháng đất. Điện cực dòng điện được đặt ở khoảng cách từ điện cực đất, phù hợp với độ sâu của nó. Điện cực điện thế được đặt giữa chúng, bên ngoài khu vực độ kháng. Máy đo tiêm một dòng điện đã biết qua điện cực dòng điện và đo điện áp giữa điện cực điện thế và điện cực đất. Độ kháng đất sau đó được tính bằng luật Ohm:

Trong đó R là độ kháng đất, V là điện áp đo được, và I là dòng điện tiêm vào.

Phương pháp này đơn giản và chính xác nhưng yêu cầu ngắt tất cả các kết nối với điện cực đất trước khi thử nghiệm.

Phương pháp Kẹp

Phương pháp này còn được gọi là kiểm tra tần số cảm ứng hoặc phương pháp không cần cọc. Nó không yêu cầu bất kỳ điện cực thử nghiệm nào hoặc ngắt kết nối với điện cực đất. Nó sử dụng hai kẹp được đặt quanh điện cực đất hiện có. Một kẹp tạo ra điện áp cho điện cực và kẹp khác đo dòng điện chảy qua nó. Độ kháng đất được tính bằng luật Ohm:

Trong đó R là độ kháng đất, V là điện áp tạo ra, và I là dòng điện đo được.

Phương pháp này thuận tiện và nhanh chóng nhưng yêu cầu mạng đất song song với nhiều điện cực.

Phương pháp Cọc Gắn Kết

Phương pháp này bao gồm một điện cực thử nghiệm (dòng điện) và máy đo độ kháng đất. Điện cực dòng điện được kết nối với điện cực đất bằng dây. Máy đo tiêm một dòng điện đã biết qua dây và đo điện áp giữa dây và điện cực đất. Độ kháng đất sau đó được tính bằng luật Ohm:

Trong đó R là độ kháng đất, V là điện áp đo được, và I là dòng điện tiêm vào.

Phương pháp này không yêu cầu ngắt kết nối với điện cực đất nhưng yêu cầu tiếp xúc tốt giữa dây và điện cực dòng điện.

Phương pháp Sao-Delta

Phương pháp này sử dụng ba điện cực thử nghiệm (dòng điện) được sắp xếp theo tam giác đều xung quanh điện cực đất hiện có. Máy đo độ kháng đất tiêm một dòng điện đã biết qua mỗi cặp điện cực thử nghiệm lần lượt và đo điện áp giữa mỗi cặp điện cực thử nghiệm lần lượt. Độ kháng đất được tính bằng luật Kirchhoff:

Trong đó R là độ kháng đất, V_AB, V_BC, V_CA là điện áp đo được giữa mỗi cặp điện cực thử nghiệm, và I là dòng điện tiêm vào.

Phương pháp này không yêu cầu ngắt kết nối với điện cực đất nhưng yêu cầu nhiều điện cực thử nghiệm hơn so với các phương pháp khác.

Phương pháp Đất Chết

Phương pháp này sử dụng hai điện cực thử nghiệm (dòng điện) được kết nối theo chuỗi với máy đo độ kháng đất. Một điện cực thử nghiệm được cắm gần điện cực đất hiện có, và điện cực thử nghiệm khác được cắm xa. Máy đo tiêm một dòng điện đã biết qua cả hai điện cực thử nghiệm vào đất và đo điện áp giữa chúng. Độ kháng đất được tính bằng luật Ohm:

Trong đó R là độ kháng đất, V là điện áp đo được, và I là dòng điện tiêm vào.

Phương pháp này không yêu cầu ngắt kết nối với điện cực đất hiện có nhưng yêu cầu một dây rất dài giữa cả hai điện cực thử nghiệm.

Phương pháp Dốc

Phương pháp này sử dụng một điện cực thử nghiệm (điện thế) và máy đo độ kháng đất. Điện cực điện thế được di chuyển dọc theo một đường thẳng cách xa điện cực đất hiện có theo các khoảng cách đều đặn. Máy đo tiêm một dòng điện đã biết qua điện cực đất hiện có vào đất và đo điện áp giữa nó và điện cực điện thế tại mỗi khoảng cách. Biểu đồ điện áp theo khoảng cách được vẽ và ngoại suy để tìm giao điểm trên trục điện áp. Độ kháng đất được tính bằng luật Ohm:

Trong đó R là độ kháng đất, V₀ là giao điểm trên trục điện áp, và I là dòng điện tiêm vào.

Phương pháp này không yêu cầu ngắt kết nối với điện cực đất hiện có nhưng yêu cầu di chuyển điện cực điện thế theo một đường thẳng.

Cải Thiện Độ Kháng Đất

Độ kháng đất có thể được cải thiện bằng cách giảm độ kháng điện của đất hoặc tăng diện tích bề mặt của điện cực. Một số cách phổ biến để cải thiện độ kháng đất là:

• Thêm muối hoặc các chất tan khác xung quanh điện cực để tăng độ dẫn điện của đất bằng quá trình phân giải điện hóa.

• Thêm than hoặc các chất giữ ẩm khác xung quanh điện cực để giữ đất ẩm quanh năm.

• Sử dụng nhiều điện cực kết nối song song để tăng tổng diện tích bề mặt tiếp xúc với đất.

• Sử dụng điện cực dài hơn hoặc sâu hơn để tiếp cận các lớp đất dưới cùng có độ kháng điện thấp hơn.

• Sử dụng điện cực có tiết diện lớn hơn hoặc hình rỗng để giảm độ kháng của điện cực.

• Sử dụng điện cực có lớp phủ đặc biệt hoặc hợp kim để ngăn chặn ăn mòn và tăng độ kháng tiếp xúc.

Nên đo độ kháng đất định kỳ (hàng năm hoặc nửa năm) và thực hiện các biện pháp cần thiết nếu nó vượt quá giá trị mong muốn cho ứng dụng.

Kết luận

Độ kháng đất là tham số quan trọng để thiết kế và bảo trì hệ thống tiếp đất. Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ kháng điện của đất, kích thước, hình dạng, độ sâu, vật liệu của điện cực, v.v. Có nhiều phương pháp để đo nó trên các hệ thống hiện có, như phương pháp sụt áp, phương pháp kẹp, phương pháp cọc gắn kết, phương pháp sao-delta, phương pháp đất chết, và phương pháp dốc.

Độ kháng đất có thể được cải thiện bằng cách thêm muối, than, hoặc các chất khác xung quanh điện cực, sử dụng nhiều điện cực, sử dụng điện cực dài hơn hoặc sâu hơn, sử dụng điện cực lớn hơn hoặc rỗng, hoặc sử dụng các lớp phủ hoặc hợp kim đặc biệt cho điện cực. Độ kháng đất nên được đo định kỳ và giữ trong giới hạn chấp nhận được vì lý do an toàn và hiệu suất.