Đo điện trở nối đất bằng phương pháp sụt áp

Phương pháp sụt áp (Fall of Potential Method)

Phương pháp sụt áp, còn được gọi là phương pháp 3 dây hoặc 3 cọc đo (3-wire method / 3-spike method), là phương pháp đo phổ biến và được tiêu chuẩn IEEE 80 (Institute of Electrical and Electronics Engineers – tiêu chuẩn an toàn nối đất) khuyến nghị sử dụng đầu tiên. Phương pháp này đặc biệt phù hợp cho các hệ thống nối đất tại khu vực xa khu dân cư.

Hệ thống đo sử dụng ba điện cực:

+ E (Earth Electrode – điện cực nối đất cần đo)

+ P (Potential Electrode – điện cực đo điện áp)

+ C (Current Electrode – điện cực dòng điện)

Trong các thiết bị đo của Metrel, ký hiệu thường được sử dụng là:

+ S (Sense – điện cực đo điện áp) thay cho P

+ H (High Current – điện cực dòng điện) thay cho C

Nguyên lý đo

Nguyên lý hoạt động của phương pháp này tương đối đơn giản:

+ Điện cực H (High Current – điện cực dòng điện) bơm dòng điện vào đất

+ Dòng điện quay trở lại qua điện cực E (Earth Electrode – điện cực nối đất cần đo)

+ Hiệu điện thế giữa điện cực S (Sense – điện cực đo điện áp) và điện cực E được đo

+ Điện trở nối đất được tính toán dựa trên định luật Ohm (Ohm’s Law)

Trong quá trình đo:

+ Dây PE (Protective Earth – dây bảo vệ) hoặc PEN (Protective Earth and Neutral – dây bảo vệ kiêm trung tính) của hệ thống TN (Terra Neutral – hệ thống nối đất trung tính) cần được ngắt kết nối

+ Nếu đo một điện cực nối đất đơn lẻ, điện cực đó phải được tách rời khỏi toàn bộ hệ thống nối đất

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác phép đo

Mô tả trên là trường hợp lý tưởng. Trong thực tế, mỗi điện cực nối đất đều có một vùng điện trở phân bố trong đất (effective resistance area). Để đảm bảo độ chính xác, các điện cực phải được đặt đủ xa nhau nhằm tránh sự chồng lấn của các vùng điện trở này.

Các sai lệch thường gặp:

+ Nếu điện cực S (Sense – điện cực đo điện áp) đặt quá gần E, kết quả đo sẽ thấp hơn thực tế

+ Nếu điện cực S và H (High Current – điện cực dòng điện) đặt quá gần nhau, vùng ảnh hưởng của H sẽ làm sai lệch kết quả

+ Sự hiện diện của vật liệu dẫn điện ngầm như đường ống kim loại hoặc hàng rào cũng là nguyên nhân gây sai số

Khoảng cách bố trí điện cực

Khoảng cách giữa các điện cực phụ thuộc vào kích thước lớn nhất (đường chéo hoặc đường kính) của đối tượng được bảo vệ:

+ Khoảng cách D giữa E (Earth Electrode) và H (High Current Electrode) phải ít nhất bằng 5 lần kích thước lớn nhất của đối tượng

+ Điện cực S (Sense Electrode) được đặt tại vị trí 62% khoảng cách D, tính từ E

Một số biến thể của phương pháp cho phép thay đổi vị trí điện cực:

+ Khi có không gian rộng, khoảng cách 5D có thể được tăng lên và điện cực S đặt tại vị trí giữa, cho phép đo mà không cần sử dụng thước đo

Ngoài ra, các điện cực có thể được bố trí theo đỉnh của tam giác đều. Trong mọi trường hợp, kết quả đo cần được kiểm tra bằng cách lặp lại phép đo tại các khoảng cách khác nhau.

Kiểm tra và lặp lại phép đo

Theo khuyến nghị của IEC 60364-6 (International Electrotechnical Commission – tiêu chuẩn kiểm tra hệ thống điện hạ áp):

+ Điện cực S (Sense) được dịch chuyển khoảng 6 m mỗi lần, tiến gần hơn và xa hơn so với vị trí ban đầu

+ Kết quả đo không được thay đổi quá 10%

+ Nếu sai lệch lớn hơn, các điện cực cần được đặt xa hơn khỏi điện cực đo

+ Trong trường hợp nghi ngờ có vật thể kim loại ngầm, nên thay đổi vị trí bố trí điện cực

Thực hành tốt yêu cầu lặp lại phép đo với cách bố trí điện cực khác, ít nhất là đặt các điện cực ở phía đối diện đối tượng đo (180°) so với vị trí ban đầu.

Phạm vi áp dụng của phương pháp

Trong nhiều trường hợp, khoảng cách yêu cầu có thể quá lớn, ngay cả đối với các đối tượng có kích thước trung bình. Do đó:

+ Phương pháp này hiếm khi áp dụng trong khu vực đô thị, nơi không gian và khả năng tiếp cận đất bị hạn chế

+ Phương pháp đặc biệt hiệu quả tại khu vực xa trung tâm, và là phương pháp duy nhất có thể sử dụng khi hệ thống chỉ có một điểm nối đất duy nhất

MI 3155 của Metrel là thiết bị kiểm tra lắp đặt điện đa chức năng, đáp ứng đầy đủ các giai đoạn từ nghiệm thu ban đầu đến bảo trì định kỳ dài hạn. Thiết bị tích hợp ba phương pháp đo điện trở nối đất (Earth Resistance), cùng nhiều đầu dò và dây đo hỗ trợ thao tác đo nhanh và thuận tiện. MI 3155 được trang bị tiêu chuẩn cáp và cọc đo dài 20 m, phục vụ đo điện trở nối đất, với tùy chọn mở rộng khi cần thiết. Phần mềm tích hợp cho phép thiết lập giới hạn điện trở tối đa, hiển thị kết quả đạt/không đạt (Pass/Fail) và tự động thực hiện phép đo sau khi khởi động. Kết quả đo có thể được lưu trữ, xuất sang máy tính PC (Personal Computer) để xử lý và lập báo cáo chi tiết.