News

Specialized News

Điện trở suất của đất là gì, cách đo điện trở suất

Wednesday, 07/12/2022, 17:01

 

Điện trở suất của đất là gì ?

 

 

Đất là vật liệu tồn tại trong tự nhiên, tùy theo các điều kiện biến đổi địa chất và môi trường thì chúng có thể khác nhau ở nơi này và nơi khác, nhưng trên cơ bản gồm các thành phần chính và các thể khác nhau gồm:Đất là vật thể xốp có tính mao dẫn, gồm các thành phần ở thể rắn, thể lỏng và thể khí 

  • Phần thể rắn của đất gồm một số lượng lớn các hạt nhỏ bé của các khoáng chất khác nhau với đường kính từ 0,1 mm đến 3 mm và các cấu thành hữu cơ vi động và thực vật.
  • Phần thể lỏng của đất (dung dịch đất) là nước với các chất chứa trong các phần thể rắn và khí của đất hoà tan trong nước.
  • Phần thể khí của đất chủ yếu là khí ôxy, nitơ, cacbon dioxyd lấp đầy các lỗ của đất đá.

Các dung dịch đất là thành phần dẫn điện chính ở trong đất, các hạt cứng của đất (khoáng chất) dẫn điện rất yếu.

Trong dung dịch đất do ảnh hưởng của điện trường làm dịch chuyển các ion, tạo nên hiện tượng dẫn điện của đất, nồng độ ion trong dung dịch đất càng cao độ dẫn điện của đất càng lớn.

Vậy :

  • Trị số nghịch đảo của độ dẫn điện của đất chính là Điện trở đất.
  • Độ dẫn điện đối với một đơn vị thể tích (cm3, m) của đất gọi là độ dẫn suất của đất, được ký hiệu bằng chữ cái Hilạp là Xíchma - 1/Ohm.m.
  • Giống hệt như vậy, điện trở của một đơn vị thể tích đất là điện trở suất của đất, được ký hiệu bằng chữ cái Hilạp ρ (Rho).

 

Điện trở suất của đất là điện trở của một khối đất lập phương bằng 1m3, đối với dòng điện chảy từ một mặt của khối đất này sang mặt đối diện. Điện trở suất của đất có đơn vị là Ωm

 

Mối quan hệ giữa giữa điện trở và điện trở suất theo công thức

 

 

 

Điện trở suất của đất và hệ thống tiếp đất


Kết quả nghiên cứu người ta đã chứng minh rằng điện trở suất với mọi đất đá ở một nhiệt độ nào đó sẽ giảm khi độ ẩm tăng, cũng hệt như vậy điện trở suất của đất ở một độ ẩm nào đó cũng giảm khi nhiệt độ tăng.

Do điều kiện khí quyển và khí hậu thay đổi trong năm nên độ ẩm trong đất và nhiệt độ của nó thay đổi làm thay đổi điện trở suất của đất. Sự dao động điện trở suất của đất chủ yếu đối với các lớp đất phân bố càng gần với bề mặt đất.

Điện trở suất của đất ở độ sâu từ 1 đến 3 mét có trị số thay đổi theo theo thời gian trong năm, nhưng chênh lệch giá trị điện trở suất của đất từ cực tiểu đến cực đại không quá 2 lần. Điện trở suất của các lớp đất bố trí ở độ sâu lớn hơn 5m hầu như không thay đổi về trị số theo thời gian trong năm.

Do đó, để nhận được tiếp đất có trị số điện trở ổn định ở thời điểm bất kỳ trong năm thì ta nên thực hiện 1 trong 2 cách sau:

  • Bố trí cọc tiếp địa hoặc ở lớp đất có độ sâu từ 1m đến 5m có sự hiệu chỉnh của hệ số mùa trong năm.
  • Hoặc bố trí ở lớp đất sâu từ 5m đến 30m, ở độ sau này hầu như không có sự thay đổi điện trở suất của đất theo mùa.

Khi bố trí tiếp địa ở độ sâu 2-5 m trị số điện trở suất đo được bằng máy đo sẽ nhân với hệ số hiệu chỉnh K (xem bảng 1) phù hợp với điều kiện đo và đưa ra trị số điện trở suất của đất có khả năng lớn nhất trong thơì gian làm việc của hệ thống tiếp đất.

Trị số điện trở suất tính toán của đất (ρtt) được xác định theo công thức: ρtt = ρdo K

Trong đó: ρdo là trị số điện trở suất của đất đo được trên diện tích bố trí hệ thống tiếp đất; K là hệ số điều chỉnh

Khi lựa chọn trị số K ta nên căn cứ vào các số liệu khí tượng làm ảnh hưởng đến trị số điện trở suất của đất như là lượng mưa trung bình v.v

Hệ số mùa


Khi thiết kế hệ thống tiếp địa ta cần phải bảo đảm trị số điện trở tiếp đất không vượt quá trị số yêu cầu ở bất kỳ một thời điểm nào trong năm. Sự dao động trị số điện trở tiếp đất ở độ sâu từ 1 đến 3m thường là không trùng nhau giữa năm này và năm trước, thêm vào đó đối với mỗi vùng khác nhau có các số liệu khí hậu và khí tượng khác nhau, thậm chí ngay cùng loại đất điện trở suất của đất thay đổi khác nhau theo thời gian trong năm.

Do đó, ta cần biết các số liệu thực nghiệm về sự dao động trị số điện trở suất theo mùa trong nhiều năm thì thiết kế hệ thống tiếp đất mới chuẩn xác.

 

Phương pháp đo điện trở suất của đất

 

Điện trở suất của đất là một tham số rất quan trọng, phải được quan tâm xem xét. Điện trở của đất có ảnh hưởng đến quá trình lan truyền dòng điện trong đất, quá trình tính toán tiếp đất chống sét, tiếp đất an toàn, cân bằng điện thế tại các nhà máy điện hoặc trạm biến áp điện, cũng như khi tính toán các loại tiếp đất cho các công trình viễn thông, truyền hình .v.v.

Trị số điện trở tiếp đất tỉ lệ thuận với điện trở suất của đất ρ bao xung quanh cọc tiếp địa.

Để xác định điện trở suất của đất, người ta phải áp dụng các phép đo thích hợp.

Đo điện trở suất của đất trên cơ bản là thăm dò điện cực thẳng đứng theo hai mạch:

  • Mạch Wenner
  • Mạch Schlumberger

Đa số các trường hợp trong thực tế thường gặp là đất có kết cấu hai lớp, với lớp trên có chiều dày h và điện trở suất ρ1 còn lớp dưới có điện trở suất ρ2 . Để xác định các tham số ρ1, ρ 2h người ta đã dùng phương pháp phổ biến là thăm dò điện thẳng đứng mà thực chất là chọn một tâm thăm dò O. Sau đó bằng phương pháp bốn điện cực tiến hành đo một loạt điện trở suất của đất với khoảng cách giữa các điện cực khác nhau.

Theo các số liệu đo được ta xây dựng đường cong chỉ sự phụ thuộc điện trở suất của đất vào khoảng cách và so sánh với đường chuẩn (theo tấm mẫu). Sự so sánh cho phép xác định gần đúng kết cấu đất và trị số điện trở suất của các lớp đất.

 

Đo điện trở suất theo phương pháp Wenner

 

Các điện cực A, B, M, N được bố trí đối xứng với tâm thăm dò (tâm đo) O, khi đó các điện cực phía ngoài A, B là các điện cực dòng, còn các điện cực phía trong M, N là các điện cực điện thế. Cho mỗi lần đo, tất cả các điện cực kéo giãn dần ra và bảo đảm đối xứng với tâm thăm dò O.

 
Đo điện trở suất theo phương pháp Wenner
 
Phép đo đầu tiên được tiến hành với khoảng cách AB = 1,5 m (khoảng cách giữa các điện cực liền kề nhau a = 0,5 m), phép đo thứ hai với AB = 2,1 m (a = 0,7 m).
Để nhận đựơc bản đồ đầy đủ đo điện trở suất của đất, người ta khuyến nghị tiến hành một loạt các phép đo với khoảng cách giữa các điện cực ngoài cùng (AB) và khoảng cách giữa các điện cực liên tiếp (a) như trình bày trong bảng 2.
khoang cach do theo Wenner
 

Tuỳ theo việc tăng khoảng cách giữa các điện cực AB chỉ thị của máy đo sẽ giảm. Quá trình đo cần phải tiếp tục cho đến khi mà đạt tới giới hạn dưới của thang máy đo điện trở đất. Tuyệt đại đa số các trường hợp đo được kết thúc khi AB = (90-120) m.

 

Đo điện trở suất phương pháp Schlumberger


Khi thăm dò theo mạch Schlumberger cũng phải bảo đảm các điện cực đối xứng đối với tâm thăm dò, chỉ kéo giãn các điện cực dòng A và B còn các điện cực điện thế vẫn giữ nguyên vị trí như cũ. Theo mạch Schlumberger chỉ thị của máy đo sẽ giảm nhanh hơn so với đo theo mạch Wenner  sau mỗi lần đo tiếp theo.

Trong kết quả đo giới hạn dưới của máy đo tiếp đất và điện trở suất sẽ đạt được với khoảng cách giữa các điện cực A và B nhỏ đáng kể.

Phương pháp đo điện trở suất của đất Schlumberger với khoảng cách nhỏ cho độ chính xác cao, vì vậy bắt đầu đo hợp lý là chọn phương pháp này. 


Để đạt giới hạn dưới của thang đo ta tiếp tục chuyển sang đo theo mạch Wenner bằng cách như sau:

Các điện cực dòng giữ nguyên ở vị trí cũ, còn các điện cực thế được đưa ra xa với khoảng cách MN = AB/3 và tiến hành đo tiếp điện trở suất của đất.

Thông thường người ta chuyển sang đo theo mạch Wenner khi AB = (30 - 45) m.

Việc xác định điện trở suất biểu kiến được tiến hành theo công thức:

 

Theo các số liệu đo nhận được ta xây dựng đường cong sự phụ thuộc của điện trở suất biểu kiến vào l, có nghĩa là PK = f(l ) = f(AB/2), trên giấy có hai trục theo tỉ lệ logarit , (xem hình 2).

 Hình 2. Đồ thị hàm số  Pk= f(l)
Hình 2. Đồ thị hàm số PK = f(l )

Sau khi đồ thị được xây dựng, người ta mang đặt lên một tấm có các đường cong mẫu (xem hình 3) và dịch chuyển để sao cho đồ thị trùng vào với một đường cong mẫu hoặc nằm trong giới hạn của hai đường cong mẫu kề cận nhau.
 

Hình 3. Tấm mẫu
Hình 3. Tấm mẫu

Sau khi đạt được sự trùng hợp người ta tiến hành xác định các tham số của đất có kết cấu hai lớp.

Trục tung của tấm mẫu cắt trục hoành của đường cong thăm dò điện thẳng đứng tại chiều dầy của lớp đất trên h, còn trục hoành của tấm mẫu cắt trục tung của đường cong thăm dò điện thẳng đứng tại giá trị điện trở suất của lớp đất trên ρ1. Giá trị điện trở suất ρ2 được xác định theo đoạn nằm ngang ở cuối đường cong thăm dò điện thẳng đứng, vì rằng khi l lớn điện trở suất biểu kiến sẽ tiệm cận với điện trở suất của lớp dưới (ρK-> ρ2).

Trên hình 4 là ví dụ xác định các tham số ρ1, ρ2 và h. Trong ví dụ này ρ1 = 200 Ωm, ρ2 = 45 Ωm và h = 2,4 m.

Hình 4. Xác định các tham số của đất
Hình 4. Xác định các tham số của đất có kết cấu hai lớp theo đường cong thăm dò điện thẳng đứng (đường liền nét)  PK = f (l) ) và các trục toạ độ của nó nhờ đường cong tấm mẫu (đường chấm chấm).


Trong những trường hợp phổ biến đường cong thăm dò điện thẳng đứng trùng hoàn toàn với tấm mẫu của đất có kết cấu hai lớp, tuy nhiên trong vài trường hợp đường cong thăm dò điện thẳng đứng có thể khác với tấm mẫu hai lớp. Khi đó xảy ra hai trường hợp đặc trưng.

 

  • Trường hợp thứ nhất

Đoạn nằm ngang ở cuối đường cong thăm dò trùng với đường cong tấm mẫu (xem hình 5), có nghĩa là ở độ sâu lớn đất đồng nhất, còn ở lớp trên đất có kết cấu phức tạp hơn. Ví dụ được chỉ ra trên hình 4 với h = 1,0 m, ρ1 = 150 Ωm,  ρ2 = 42 Ωm.

Xác định các tham số của đất theo đường cong thăm dò

Hình 5. Xác định các tham số của đất theo đường cong thăm dò điện thẳng đứng, có hình dạng khác với tấm mẫu (đường cong thăm dò điện thẳng đứng được biểu diễn bởi đường liền nét, đường không liền nét là đường cong tấm mẫu)

 

  • Trường hợp thứ hai

Khi lớp trên có độ dẫn tốt với độ dầy h > 5 m, đường cong thăm dò điện thẳng đứng có thể không nhận được đầy đủ, không có đoạn nằm ngang ở nhánh dưới. Theo đường cong thăm dò như vậy ta chỉ có thể xác định hai tham số là ρ1 , h (xem hình 6). Trong ví dụ này h = 7,0 m, ρ1 = 1200 Ωm. Một cách tương đối ta có thể nói rằng ρ2 có trị số không lớn hơn 50 Ωm.

Hình 6. Xác định tham số của đất
Hình 6. Xác định tham số của đất theo đường cong thăm dò điện thẳng đứng không có nhánh dưới (đường liền nét là đường cong thăm dò điện thẳng đứng, đường không liền nét là đường cong tấm mẫu)


Theo quy trình đo điện trở suất của đất do Phòng địa vật lý - Tổng cục địa chất ban hành, việc đo được tiến hành trình tự theo các khoảng cách như quy định trong bảng 3.

khoảng cách đo quy định
 

Chọn vị trí đo điện trở suất của đất

 

Các vị trí đo điện trở suất


Để xác định điện trở suất của đất cho một vùng dự kiến trang bị hệ thống tiếp đất hình chữ nhật, người ta cần bố trí các mạch đo tại tối thiểu 5 điểm theo 5 hướng như minh họa trên.

Tiến sĩ. Nguyễn Văn Dũng

Giám Đốc Kỹ Thuật

 

 

Other news

Wednesday,07/12/2022
Khi sét đánh xuống từ đám mây xuống mặt đất, cây cối, công trình kiến trúc sẽ tác động trực tiếp và gián tiếp làm sẽ gây ra nhiều tổn thất về tài sản và con người. Không chỉ vậy, sét đánh giữa các đám mây cũng có thể làm hư hỏng các thiết bị điện và điện tử dưới đất.
Wednesday,07/12/2022
Sử dụng Type của thiết bị chống sét như thế nào ? Các thiết bị chống sét thuộc nhóm hay Type được các nhà sản xuất quy định trên mỗi sản phẩm, chúng phải đáp ứng theo các yêu cầu thử nghiệm của tiêu chuẩn IEC. Vậy khi nào thì sử dụng type 1, type 2 hay type 3, sử dụng như thế nào là phù hợp ?
Wednesday,07/12/2022
Sét là một hiện tượng khí tượng phức tạp. Nắm rõ được bản chất quá trình hình thành và tác động của sét đến các công trình xây dựng, ví dụ như các tòa nhà, kho tàng, bến bãi, các cột, tháp vô tuyến, phát thanh truyền hình, các đường dây điện lực, đường dây viễn thông, đường dây điện thoại, internet, cáp đồng trục anten phi đơ từ đó ta có các biện pháp phòng chống sét một cách có hiệu quả. Vậy sét là gì ?
Wednesday,07/12/2022
Hệ thống điện trong các nhà máy công nghiệp được thiết kế và lắp đặt từ tủ phân phối chính và nhiều tủ phân phối nhánh, chúng ta không chỉ chọn các thiết bị chống sét phù hợp về khả năng chịu được dòng xung sét, type bảo vệ mà phải được lắp đặt đồng bộ với các tủ phân phối điện hiện hữu để đảm bảo hiệu quả và an toàn nhất cho các thiết bị điện công nghiệp trong nhà máy.
Wednesday,07/12/2022
Hệ thống phân phối điện hạ áp thường sử dụng loại 3 pha 3 dây hoặc 3 pha 4 dây để truyền tải, cấp nguồn cho các thiết bị điện hoạt động, vậy chúng vận hành và có sự khác nhau như thế nào ? Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế (IEC) đã đưa ra các quy định tiêu chuẩn hóa về cách gọi các loại mạng điện khác nhau như TT, IT, TN, TN-C, TN-S ...
Wednesday,07/12/2022
Công suất và công suất phản kháng trong điện năng là khái niệm để mô tả và đo lường phần năng lượng điện đã được truyền qua một mạch điện trong một đơn vị thời gian nhất định. Trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo công suất là Oat được ký hiệu là W (1W = 1J/s), viết tắt tên của James Watt.
Tuesday,06/12/2022
Biết cách chọn thiết bị chống sét như thế nào cho đúng thì sẽ có hiệu quả sử dụng tối ưu, vừa đảm bảo an toàn cao nhất mà chi phí lại thấp nhất ? Đó là một vấn đề mà bất kỳ ai cũng muốn nhưng không dễ đạt được, chúng ta chỉ có thể tối ưu hóa nó bằng cách phải tự tìm hiểu thêm các thông tin liên quan hoặc nhờ chuyên viên tư vấn mà thôi.
Tuesday,06/12/2022
Chọn thiết bị chống sét theo dòng cắt và điện áp Up về khả năng chịu được dòng xung điện trực tiếp hoặc lan truyền, điện áp bảo vệ .v.v. phù hợp với mật độ sét, cường độ sét ở vùng được lắp đặt, chọn các mức bảo vệ Up phù hợp với độ nhạy cảm của thiết bị cần bảo vệ là một vấn đề rất quan trọng khi chọn sản phẩm.
Tuesday,06/12/2022
Như bài viết trước đã đề cập về cách chọn thiết bị chống sét theo dòng cắt và điện áp Up - In / Imax càng cao càng tốt mà Up thì ngược lại - càng thấp càng tốt, nhưng khả năng của một thiết bị chống sét sẽ không thể đáp ứng đồng thời các các thông số đó một cách tốt nhất được (như Imax cao thì Up sẽ cao chứ không thấp hơn). Vì vậy, để đáp ứng thì chúng ta cần chọn thiết bị chống sét phối hợp với nhau theo nhiều cấp để có khả năng...
Tuesday,06/12/2022
Cấp đo lường CAT I, CAT II, CAT III, CAT IV là gì ? - Nhằm mục đích cung cấp sự bảo vệ tốt hơn cho người sử dụng, các tổ chức công nghiệp đã nêu ra những rủi ro và nguy hiểm thường xảy ra hiện nay trong môi trường làm việc có hoạt động điện năng. Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ (ANSI), hiệp hội tiêu chuẩn Canada (CSA) và hội đồng kỹ thuật điện quốc tế (IEC) đã thống nhất và đưa ra những tiêu chuẩn nghiêm ngặt, chặt chẽ hơn đối với các thiết bị kiểm...