Hướng dẫn thực hành về thanh nối đất: Loại, lựa chọn, lắp đặt và bảo trì

Thanh nối đất chỉ là một phần của hệ thống nối đất, nhưng nó thường là bộ phận quyết định liệu hệ thống lắp đặt có vượt qua bài kiểm tra điện trở hay không. Ở trạm biến áp, tháp viễn thông, trang trại năng lượng mặt trời hoặc nhà máy công nghiệp, thanh được chọn mà không kiểm tra điều kiện đất có thể tạo ra điện trở đất không ổn định, khó phát hiện lỗi và ăn mòn sớm. Kết luận thực tế sau nhiều năm làm việc nối đất rất đơn giản: chọn thanh sau khi bạn biết đất, điện trở mục tiêu và phương pháp kết nối bạn dự định sử dụng, sau đó lắp đặt nó một cách cẩn thận như đối với một thiết bị an toàn cố định.

Thanh nối đất làm gì và tại sao chúng quan trọng

Thanh nối đất, còn được gọi là thanh nối đất hoặc điện cực nối đất, cung cấp đường dẫn có trở kháng thấp cho dòng điện sự cố, xung sét và phóng tĩnh điện tới vùng đất xung quanh. Đường dẫn này cung cấp cho các thiết bị bảo vệ một điểm tham chiếu được kiểm soát, giới hạn điện áp bước và điện áp tiếp xúc, đồng thời giúp giữ cho thiết bị điện và điện tử ổn định trong quá trình hoạt động bình thường.

Chỉ riêng chiếc roi không thể gánh hết trách nhiệm. Hiệu suất của nó phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa kim loại và đất, độ dẫn điện của vật liệu thanh, điện trở suất của đất xung quanh điện cực và chất lượng kết nối từ dây dẫn nối đất đến thanh. Ngay cả một thanh cao cấp cũng sẽ hoạt động kém nếu kẹp bị lỏng, đất khô hoặc dây dẫn quá nhỏ.

• Trạm biến áp và trạm phân phối sử dụng thanh nối đất để cân bằng điện thế trong điều kiện sự cố.
• Các điểm viễn thông dựa vào các thanh để ổn định điện áp tham chiếu và giảm nhiễu.
• Các trang trại năng lượng mặt trời và các cơ sở công nghiệp cần các thanh để đáp ứng các yêu cầu về an toàn và xử lý lỗi của nhà máy.
• Các tòa nhà dân cư sử dụng các cột để tạo đường dẫn thay thế cho sét và các dòng điện tăng vọt.

Đối với hầu hết các dự án, mục tiêu không phải là đạt được giá trị cực thấp bằng mọi giá; đó là đạt được giá trị ổn định nằm trong giới hạn yêu cầu dưới sự thay đổi theo mùa về độ ẩm và nhiệt độ.

Các loại thanh nối đất chính

Người mua thường bắt đầu với nhiều loại thanh nối đất có sẵn trên thị trường. Lựa chọn vật liệu ảnh hưởng đến giá cả, tuổi thọ sử dụng, khả năng chống ăn mòn và khả năng tương thích với các bộ phận nối đất khác. Bảng dưới đây cho thấy bốn loại cần câu phổ biến nhất và các tình huống mà mỗi loại cần được xem xét.

Đối với hệ thống lắp đặt công nghiệp tiêu chuẩn, thanh nối đất bằng thép liên kết bằng đồng là một mặc định chắc chắn vì lõi thép mang lại độ bền cơ học cần thiết để dẫn động, trong khi lớp đồng mang lại điện trở thấp và hiệu suất ăn mòn tốt ở hầu hết các loại đất. Sự lựa chọn trở nên cụ thể hơn khi điện trở suất của đất, độ dày lớp phủ và vật liệu kết nối được thêm vào đánh giá.

Cách chọn thanh nối đất phù hợp cho dự án của bạn

Việc lựa chọn bắt đầu bằng việc khảo sát đất chứ không phải bằng danh mục thanh. Đo điện trở suất của đất trong khu vực lắp đặt thực tế, vì các giá trị có thể dao động từ dưới 50 ohm-mét trong đất sét ướt đến hơn 1.000 ohm-mét trên nền đất cát hoặc đá. Con số này ảnh hưởng đến chiều dài thanh, số lượng thanh, khoảng cách thanh và liệu bạn có cần xử lý bổ sung hay không.

Các mã địa phương và thông số kỹ thuật của dự án thường đặt ra điện trở đất mục tiêu. Ở một số vùng, một thanh đơn được chấp nhận khi điện trở đo được của nó là 25 ohms trở xuống và cần có thanh thứ hai nếu nó cao hơn. Nhiều thông số kỹ thuật công nghiệp và viễn thông thắt chặt giới hạn ở mức 10 ohm trở xuống, trong khi các trung tâm dữ liệu và trạm biến áp có thể yêu cầu từ 1 đến 5 ohm. Cách tiếp cận đúng là so sánh dữ liệu đất với thông số kỹ thuật trước khi quyết định xem cần một thanh, nhiều thanh hay một thanh nối đất hóa học.

• Điện trở suất của đất dưới 100 ohm-mét: các thanh mạ đồng hoặc mạ kẽm tiêu chuẩn thường là đủ.
• Điện trở suất của đất từ ​​100 đến 500 ohm-mét: thường có một thanh dài hơn hoặc nhiều thanh cách nhau.
• Điện trở suất của đất trên 500 ohm-mét: xem xét sử dụng các thanh song song, thanh truyền động sâu hoặc thanh nối đất hóa học để giảm điện trở.

Nguy cơ ăn mòn làm thay đổi sự lựa chọn vật liệu. Thanh nối đất bằng đồng hoạt động tốt ở nhiều vùng đất trung tính, nhưng việc lắp đặt gần bờ biển, trong khu công nghiệp có khả năng tràn hóa chất hoặc trong đất có tính axit cao có thể cần thanh nối đất bằng đồng nguyên chất hoặc thanh nối đất thay thế bằng thép không gỉ. Kiểm tra độ dày lớp phủ đồng trên thanh liên kết đồng; 0,254 mm là thông số kỹ thuật phổ biến và lớp mỏng hơn có thể làm giảm tuổi thọ sử dụng ở vùng đất xâm thực.

Thực hành cài đặt tạo nên sự khác biệt

Một thanh nối đất được lựa chọn đúng cách vẫn có thể bị hỏng nếu quá trình lắp đặt diễn ra vội vàng. Rủi ro chính là tiếp xúc với đất kém, bị uốn cong trong quá trình đóng, kẹp không được đánh giá cao và mối nối bị ăn mòn sau khi đóng rãnh. Những rủi ro này có thể tránh được bằng các bước cài đặt được thiết lập tốt.

1. Xác minh vị trí, điện trở suất của đất và độ sâu của thanh mục tiêu trước khi lái xe. Nếu mặt đất có nhiều đá, hãy sử dụng lỗ thí điểm hoặc lắp một thanh dài hơn vào rãnh thay vì buộc thanh.
2. Dẫn động thanh theo phương thẳng đứng, giữ dụng cụ dẫn động thẳng hàng với trục thanh để tránh bị cong. Đầu thanh phải vẫn có thể tiếp cận được và được bảo vệ bằng nắp kiểm tra nếu cần.
3. Sử dụng khớp nối khi cần thanh cắt để đạt độ sâu. Khớp nối cơ học phải tương thích với đường kính thanh và phải tạo ra mối nối có điện trở thấp.
4. Nối dây dẫn nối đất bằng kẹp, đầu nối hoặc mối hàn tỏa nhiệt được xác định phù hợp với kích thước dây dẫn và lớp hoàn thiện của thanh. Ăn mòn điện có thể xảy ra khi các vật liệu không tương thích được kết nối, vì vậy hãy chọn các khớp nối và kẹp thanh thích hợp cho vật liệu thanh cụ thể.
5. Đo điện trở đất sau khi lắp đặt và đo lại sau khi đất lắng xuống hoặc sau chu kỳ làm ướt. Nếu giá trị quá cao, hãy thêm một thanh khác hoặc cải tạo đất xung quanh điện cực.

Khi điện trở đất của thanh truyền động tiêu chuẩn vẫn còn quá cao, thanh nối đất hóa học có thể được lắp đặt bằng hợp chất chèn lấp dẫn điện. Cách tiếp cận này làm giảm lực cản trên một thể tích đất lớn hơn, điều này đặc biệt hữu ích ở những nơi chật chội, nền sỏi hoặc những nơi nhiều đá nơi thanh chịu lực không thể được đóng đủ sâu.

Kiểm tra, bảo trì và hiệu suất lâu dài

Điện trở đất không phải là một con số cố định. Nó nổi lên khi đất khô, rơi xuống khi mưa làm tăng độ ẩm và có thể leo lên vĩnh viễn khi mối nối bị ăn mòn hoặc lớp phủ bị ăn mòn. Việc kiểm tra điện trở đất được thực hiện bằng máy kiểm tra bốn điểm hoặc máy kiểm tra kẹp giúp chủ sở hữu thiết bị kiểm tra rõ ràng xem liệu thanh nối đất có còn đáp ứng thông số kỹ thuật của dự án hay không.

Đối với hệ thống lắp đặt cố định, hãy kiểm tra ít nhất một lần mỗi năm và sau các sự kiện lớn như bão sét, đào bới gần cột hoặc thay đổi cơ sở hạ tầng tiện ích gần đó. Giữ nhật ký các giá trị đo được để có thể phát hiện được các mức tăng bất thường trước khi chúng gây hư hỏng thiết bị. Trong các hệ thống điện tử hoặc tần số cao, hãy kiểm tra kết nối giữa thanh và dây dẫn nối đất một cách cẩn thận như khi bạn kiểm tra chính thanh đó; một kẹp bị lỏng sẽ tạo ra một chướng ngại vật cảm ứng và điện trở không thể nhìn thấy được từ bề mặt.

Thiết kế nối đất tốt không kết thúc bằng một thanh truyền động. Nhiều thanh có thể được kết nối song song để có điện trở thấp hơn và mỗi thanh bổ sung phải cách nhau ít nhất bằng chiều dài của một thanh so với thanh đầu tiên để tránh các vùng điện trở chồng chéo. Các thanh này cần được nối bằng dây dẫn liên tục và các kết nối cố định, không phải bằng dây tạm thời xoắn quanh thanh.