Bảo vệ chống sét và phát kiến mới của hệ thống chống sét (Kỳ cuối)

03/06/2016

B- ĐO LƯỜNG VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT

Nối đất cho hệ thống chống sét là biện pháp kỹ thuật rất quan trọng nhằm bảo vệ an toàn cho con người, các cơ sở vật chất, các đường dây truyền tải điện và thiết bị (tạo mốc điện thế, bảo vệ chống quá áp và quá dòng, nối đất tín hiệu). Điện trở nối đất của các cọc tiếp đất (điện cực nối đất) phải đáp ứng được yêu cầu bởi các quy định của tiêu chuẩn quốc gia hoặc các yêu cầu về tiêu chuẩn kỹ thuật. Có một vài phương pháp đo điện trở nối đất, ví dụ phương pháp Vonm-ampe và phương pháp đo tổng trở mạch vòng nối đất. Các phương pháp này được áp dụng rộng rãi và đều phải sử dụng các điện cực phụ để đo.

Tuy nhiên, cũng có vấn đề khó khăn khi đo điện trở nối đất mà bề mặt của đất được phủ bởi bê tông, nhựa đường hay đá thì không thể đóng các cọc làm điện cực phụ xuống đất. Vì thế cần phải áp dụng kỹ thuật đo mà không cần các điện cực phụ.

1. Phương pháp đo điện trở nối đất truyền thống

Phương pháp đo điện trở nối đất kiểu truyền thống là phương pháp Von-Ampe (xem hình 1) Trên hình 1.1 là sơ đồ của hệ thống đo, hình 1.2 thể hiện sự phân bố điện áp khi có điện áp được cung cấp giữa các điện cực E và C.

Trong hình 1.1, E là cọc nối đất (điện cực nối đất) cần được thử nghiệm, P là điện cực phụ để lấy điện áp, C là điện cực phụ để cấp dòng điện cho việc thử nghiệm, S.G là máy phát tín hiệu với tần số 500Hz hoặc 1kHz và biên độ 30Vrms, A là amperemet, V là Voltmet có giá trị tổng trở vào cao. Trong hình 1.2, V là điện áp giữa E và P. Điện trở nối đất là tỉ số giữa V và A tại vị trí bằng phẳng trên đồ thị.

Sơ đồ hệ thống đo

Phương pháp đo điện trở nối đất kiểu truyền thống đã được sử dụng rộng rãi và cho giá trị chính xác của điện trở nối đất. Để đánh giá điện trở nối đất của cọc nối đất (điện cực nối đất của đối tượng đo), ta phải đóng thêm hai cọc phụ (điện cực phụ) vào trong đất để cấp dòng điện vào và đo điện áp. Tuy nhiên ta thường gặp khó khăn khi đo điện trở nối đất mà bề mặt của đất được phủ bởi bê tông, nhựa đường hay đá như ở hình 2. Vì vậy cần phải áp dụng kỹ thuật đo mà không cần các điện cực phụ.

Đo điện áp trở tiếp đất

2. Phương pháp đo điện trở nối đất không dùng điện cực phụ

Thiết bị đo kiểu này có hình dáng tương tự như một Ampe kìm. Khi đo cần cặp kìm vào một đường dây dẫn xuống cọc tiếp đất của hệ thống chống sét như trình bày trên hình 3. Nguyên lý vận hành của thiết bị như sau:

Đặt giả thiết Rx là điện trở nối đất mà ta cần xác định trong quá trình đo và thử nghiệm, còn các giá trị R1, R2…Rn là điện trở nối đất của các đối tượng liền kề khác cần đo.

Hình 3. Sử dụng kìm đo điện trở tiếp đất

Xét về mặt thực tế thì những điện trở nối đất R, R2…Rn này có thể coi như là được kết nối thành mạch song song và chúng có thể tạo thành một mạch điện trở liên hợp Rs. Vì mạch điện trở liên hợp có thể bao gồm nhiều điện trở, nên tổng điện trở Rs là khá nhỏ so với Rx. Dưới đây là sơ đồ mạch (hình 4) tương đương với nguyên lý mạch vừa đề cập ở trên.

Hình 4. Sơ đồ mạch tương đương

Nguồn điện bên trong thiết bị sẽ tạo ra dòng điện trong cuộn dây của máy biến dòng CT2. Dòng điện cảm ứng I được phát ra từ máy biến dòng CT2 này chạy qua điện trở nối đất tương ứng Rx. Điện áp cảm ứng V tạo thành từ cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng CT1 được cấp vào đối tượng cần đo để xác định điện trở (điện trở Rx) và giá trị điện trở này có thể được đặt ra ngoài để tính toán (xem hình 5 biểu đồ và phúc trình tính toán).

Hình 5. Biểu đồ và phúc trình tính toán

Nếu so sánh giữa hai phương pháp vừa nêu trên thì mỗi phương pháp đều có những đặc thù ưu việt riêng. Phương pháp đo điện trở nối đất truyền thống cho độ chính xác cao về giá trị điện trở tiếp đất của hệ thống, nhưng lại không thể xác định được về mức độ nguyên vẹn của hệ thống các dây nối bên trên điểm tiếp đất, còn phương pháp đo điện trở nối đất không dùng điện cực phụ thì xác định được mức độ nguyên vẹn của hệ thống bên trên điểm tiếp đất nhưng độ chính xác của phép đo điện trở tiếp đất không cao.

3. Phân biệt hệ thống bảo vệ chống sét và hệ thống tiếp đất đo lường

Đây là hai hệ thống bảo vệ riêng biệt và cùng song song tồn tại, mỗi hệ thống đều có chức năng bảo vệ riêng.

a. Hệ thống bảo vệ chống sét gồm 2 phần chính, phần lắp đặt ở trên cao (còn gọi là phần thu sét), ví dụ như ở hệ thống bảo vệ chống sét kiểu truyền thống, đó là những hàng cột thu lôi có đầu mũi nhọn lắp đặt ở trên cao (trên các mái nhà, công sở, nhà máy, đường dây truyền tải điện, các cơ sở vật chất, kho tàng, bến bãi,...) phần ở trên cao được truyền dẫn qua đường dây xuống hệ thống các cọc tiếp đất ở bên dưới. Tuỳ thuộc vào kiểu thiết kế của mạng tiếp đất, phải biết được giá trị điện trở suất của vùng đất ở vị trí sẽ chôn các cọc tiếp đất và xác định điện trở nối đất. Tuỳ loại đất nơi lắp đặt mạng, thông thường giá trị điện trở nối đất đối với các công trình xây dựng theo tiêu chuẩn quốc gia là 4W.

b. Hệ thống tiếp đất đo lường: Đây là hệ thống được kết nối giữa vỏ máy, vỏ bọc bằng kim loại của các thiết bị, các lớp bọc kim chống nhiễu được nối trực tiếp xuống đất giữa để đảm bảo an toàn cho thiết bị và người sử dụng, chúng thường được lắp đặt trong các phòng thí nghiệm, trạm điện,…Tuỳ thuộc vào từng loại thiết bị mà giá trị điện trở nối đất của hệ thống này cũng khác nhau. Thiết bị càng tinh vi và có độ chính xác cao thì càng cần giá trị điện trở nối đất nhỏ. Ví dụ theo một văn bản của Cơ quan Phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP) đã áp dụng tại Việt Nam thì quy định hố tiếp đất đo lường phải có kích thước (dài x rộng x cao = 2000 x 1000 x 1000mm), trong hố đó có đặt 3 tấm đồng (dày x rộng x cao = 2 x 1000 x 1000mm), được nối với nhau và đặt cách đều nhau. Giữa các tấm đồng được lấp đầy than hoạt tính. Hệ thống tiếp đất đo lường này được nối với hệ thống các dây dẫn bằng đồng có tiết diện phù hợp đi bao quanh phòng thí nghiệm. Giá trị điện trở nối đất của hệ thống sẽ nhỏ hơn hoặc bằng 0,5W.

Xem thêm: Bảo vệ chống sét và phát kiến mới của hệ thống chống sét (Kỳ đầu tiên)

4. Những bất cập trong hệ thống mạng lưới tiêu dùng điện ở Việt Nam

a. Rất nhiều khách hàng sử dụng nguồn điện 3 pha ở nước ta vẫn còn sử dụng loại công tắc đóng ngắt điện 3 pha chỉ có 3 chấu (công tắc 3 pha nhưng chỉ ngắt nguồn điện áp dây, còn dây trung tính vẫn giữ nguyên không bị ngắt và nối thẳng vào mạch nguồn). Trên thực tế thì xung sét vẫn có thể được truyền dẫn qua dây trung tính, cho dù sét đánh ở một nơi cách xa nơi sử dụng điện, nhưng vẫn có khả năng lan truyền và gây hỏng hóc cho các thiết bị điện tử.

b. Theo tiêu chuẩn quy định về an toàn điện của hầu hết các nước trên thế giới, ổ cắm điện 1 pha bao giờ cũng có 3 lỗ dắc cắm: 1 cho dây điện áp pha, 1 cho dây trung tính và 1 cho dây tiếp đất đo lường, tương ứng với ổ cắm đó, dây cấp nguồn cũng có 3 sợi nối với 3 dắc cắm, trong đó dây cho tiếp đất đo lường có màu vàng và sọc xanh lá cây. Tuy nhiên ở nước ta, quy định này ở nhiều nơi cũng chỉ là hình thức vì phần lớn các dắc và lỗ cắm dành cho tiếp đất đo lường đều trống trơn, không đấu nối vào đâu cả. Và còn một điều bất cập nữa là ở nhiều nơi vẫn coi tiếp đất cho hệ thống bảo vệ chống sét và tiếp đất đo lường là một và nghiễm nhiên là hai hệ thống này được nối chung với nhau. Điều bất cập này đã gây ra nhiều hậu quả và tổn thất nặng nề trong việc bảo vệ con người và các trang thiết bị có giá trị cao, quý hiếm.

TS. Vũ Đăng Quang

Ủy viên Ban Chấp hành Hội VinaLAB

Nguyên Trưởng phòng Đo lường Điện - Viện Đo lường Việt Nam

Tin bài khác