Tiêu chuẩn ngành TCN68-141:1995

TIÊU CHUẨN NGÀNH

TCN 68 - 141: 1995

TIẾP ĐẤT CHO CÁC CÔNG TRÌNH VIỄN THÔNG
YÊU CẦU KỸ THUẬT

EARTHING OF TELECOMMUNICATION INSTALLATIONS
TECHNICAL STANDARD

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1. Phạm vi áp dụng

2. Thuật ngữ - Giải thích và định nghĩa

3. Yêu cầu kỹ thuật

3.1 Tiếp đất cho các trạm điện thoại

3.2 Tiếp đất cho các trạm vô tuyến

3.3 Tiếp đất trên đường dây trần và cáp thông tin đường dài

3.4 Tiếp đất trên đường dây trần và cáp thuê bao nội hạt

Phụ lục A: Trình tự thiết kế, tính toán thiết bị tiếp đất

Phụ lục B: Cải tạo đất

Phụ lục C: Đặc tính xung của điện trở tiếp đất

Phụ lục D: Tài liệu tham khảo

LỜI NÓI ĐẦU

TCN 68 - 141: 1995 được xây dựng trên cơ sở các khuyến nghị của Hội đồng tư vấn điện thoại, điện báo quốc tế (CCITT), có tham khảo tiêu chuẩn của một số nước có công nghệ thông tin phát triển và thực tiễn  mạng lưới Bưu chính Viễn thông Việt Nam.

TCN 68 - 141: l995 do Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện biên soạn, Vụ Khoa học công nghệ và hợp tác quốc tế đề nghị và được Tổng cục trưởng Tổng cục Bưu điện ban hành theo Quyết định số 1035/QĐ-KHCN ngày 01 tháng 8 năm 1995.

TCN 68 - 141: 1995 được ban hành đúng vào dịp kỷ niệm 50 năm ngày thành lập ngành Bưu điện (15/8/1945 - 15/8/1995).

TIẾP ĐẤT CHO CÁC CÔNG TRÌNH VIỄN THÔNG
YÊU CẦU KỸ THUẬT

EARTHING OF TELECOMMUNICATION INSTALLATIONS
TECHNICAL STANDARD

(Ban hành theo Quyết định số 1035/QĐ-KHCN ngày 01 tháng 8 năm 1995 của Tổng cục trưởng Tổng cục Bưu điện)

1. Phạm vi áp dụng

1.1 Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về tiếp đất cho các công trình thông tin của mạng lưới viễn thông Quốc gia.

1.2 Tùy thuộc vào yêu cầu tiếp đất của các công trình viễn thông, có thể trang bị một, hai hoặc ba hệ thống tiếp đất sau:

- Tiếp đất công tác;

- Tiếp đất bảo vệ;

- Tiếp đất đo thử.

1.3 Tiêu chuẩn này nhằm bảo đảm an toàn cho con người, cho thiết bị đồng thời đảm bảo độ tin cậy khai thác của các thiết bị viễn thông.

2. Thuật ngữ, giải thích và định nghĩa

2.1 Tiếp đất công tác

A. Telecom service earth

Đ. Betriebserdung

Tiếp đất công tác là tiếp đất các bộ phận thiết bị thuộc một mạch điện công tác với mục đích dùng đất như một dây dẫn của mạch điện.

2.2 Tiếp đất bảo vệ

A. Protective earth

Đ. Schutzerdung

Tiếp đất bảo vệ là tiếp đất các bộ phận thiết bị không thuộc mạch điện công tác nhằm giảm nhỏ điện áp nguy hiểm cho thiết bị được bảo vệ đến giá trị cho phép. Thiết bị tiếp đất bảo vệ được nối với các bộ phận kim loại của thiết bị điện (đế, vỏ máy và thiết bị), nối với dây dẫn sét, nối với các ống phóng điện...

2.3 Tiếp đất đo thử

A. Earth for measure

Đ. Messerdung

Tiếp đất đo thử là cực tiếp đất phụ dùng để đo kiểm tra tiếp đất công tác và tiếp đất bảo vệ. Tiếp đất do thử được trang bị chỉ ở các trạm báo thoại, các trạm tăng âm có người phục vụ.

2.4 Điện cực tiếp đất

A. Earth electrode, Grounding electrode

Đ. Erder

Điện cực tiếp đất là một vật dẫn điện có dạng bất kỳ (ống, cọc đặc, thanh dẹt, tấm, dây v.v... ) không bọc cách điện ở bên ngoài được chôn trực tiếp trong đất hoặc tiếp xúc với đất.

2.5 Hệ thống tiếp đất

A. Earthing system, Grounding system

Đ. Erdungssystem

Hệ thống tiếp đất bao gồm các điện cực tiếp đất, các dây (thanh) nối các điện cực đó và dây nối tới thiết bị viễn thông.

2.6 Điện trở tiếp đất

A. Earthing resistance, Grounding resistance

Đ. Erdungswiderstand

Điện trở tiếp đất là điện trở truyền lan của các điện cực tiếp đất kể cả các dây nối các điện cực.

2.7 Điện trở suất của đất

A. Earth (soil) resistivity

Đ. Spezifisller Erdwiderstand, Bodenwiderstand

Điện trở suất của đất là điện trở của một khối đất hình lập phương có thể tích bằng 1 m3  khi dòng điện chảy từ mặt này sang mặt đối diện của khối đất.

2.8 Cân bằng chênh lệch thế

A. Equation of potencial differences

Đ. Potentialausgleieh

Cân bằng chênh lệch thế là sự cân bằng điện thế của các bộ phận kim loại riêng lẻ ở gần nhau. Cân bằng thế được thực hiện nhờ một dây (thanh) dẫn cân bằng thế nối các bộ phận kim loại không cùng một mạch điện công tác với dây bảo vệ hoặc với hệ thống tiếp đất.

2.9 Điện trở tiếp đất xung

A. Surge (impulse) earthing (grounding) impedance

Đ. Stossausbreitungswiderstand

Điện trở tiếp đất xung là điện trở tiếp đất của một hệ thống tiếp đất đối với dòng xung, ví dụ dòng sét.

3. Yêu cầu kỹ thuật

3.1 Tiếp đất cho các trạm điện thoại

Các trạm điện thoại được trang bị ba hệ thống tiếp đất riêng biệt:

a) Hệ thống tiếp đất công tác;

b) Hệ thống tiếp đất bảo vệ;

c) Hệ thống tiếp đất đo thử.

3.1.1 Tiếp đất công tác của các trạm điện thoại được nối với cực của nguồn điện cung cấp, các bộ phóng điện trong trạm và các bộ phận kim loại của thiết bị trạm.

3.1.2 Điện trở tiếp đất công tác của các trạm điện thoại theo tiêu chuẩn của các nhà sản xuất nhưng không được lớn hơn các trị số quy định ở bảng 1.

Bảng 1: Điện trở tiếp đất công tác của các trạm điện thoại

3.1.3 Tiếp đất bảo vệ của các trạm điện thoại được nối với các bộ phận kim loại của thiết bị điện lực, vỏ kim loại của cáp nhập trạm, các kết cấu kim loại của nhà trạm, dây dẫn sét và các bộ phóng điện phía ngoài trạm.

Điện trở tiếp đất bảo vệ của các trạm điện thoại không được lớn hơn 10 Ω.

3.1.4 Thiết bị tiếp đất công tác và bảo vệ của trạm điện thoại phải cách xa nhau ít nhất là 5m. Để cân bằng điện thế phải nối tiếp đất công tác và tiếp đất bảo vệ với nhau bằng dây dẫn có vỏ cách điện với tiết diện không nhỏ hơn 4 mm2.

3.1.5 Tiếp đất đo thử được trang bị cố định tại các trạm điện thoại và các trạm đầu cuối là các điện cực (dạng ống hoặc thép góc) dài 2,5m đóng thẳng đứng xuống đất. Bố trí tiếp đất đo thử như qui định ở phần A.3.13 trong phụ lục A.

3.2 Tiếp đất cho các trạm vô tuyến

Tiếp đất ở các trạm vô tuyến (các trạm thu phát vô tuyến, các trạm viba đầu cuối và trung gian) thực hiện các chức năng bảo vệ hoặc công tác.

Tiếp đất công tác cao tần ở các trạm vô tuyến khi hệ thống tiếp đất là một bộ phận của mạch "anten - đất" đối với tín hiệu thu phát vô tuyến.

Tiếp đất bảo vệ ở các trạm vô tuyến nhằm để: bảo vệ nhân viên khai thác khỏi điện áp nguy hiểm do nguồn điện tần số công nghiệp cung cấp cho các thiết bị vô tuyến (tiếp đất bảo vệ); bảo vệ anten và thiết bị vô tuyến khỏi hỏng do sét đánh (tiếp đất chống sét).

3.2.1 Tiếp đất bảo vệ con người

3.2.1.1 Để đảm bảo an toàn cho con người phải nối các bộ phận kim loại của thiết bị điện lực với hệ thống tiếp đất bảo vệ.

3.2.1.2 Điện trở tiếp đất bảo vệ phụ thuộc công suất thiết bị điện không được lớn hơn trị số quy định trong bảng 2:

Bảng 2: Tiếp đất bảo vệ con người ở các trạm vô tuyến

3.2.2 Tiếp đất chống sét cho các trạm thu phát vô tuyến

3.2.2.1 Đề phòng sét đánh trực tiếp vào các công trình anten phải thực hiện nối cột anten và thiết bị anten phi đơ với hệ thống tiếp đất.

Hệ thống tiếp đất đối với anten và phiđơ phải có điện thế không so với điện áp cao tần.

3.2.2.2 Nếu thiết bị anten phiđơ không cho phép nối đất trực tiếp thì phải nối đất qua mỏ phóng điện như quy định trên hình 1.

Hình 1: Trang bị mỏ phóng điện để nối đất anten và phiđơ

3.2.2.3 Mỗi một cột anten (bằng kim loại và bằng bêtông cốt thép) trong khu vực trạm vô tuyến và mỗi thanh nối kim loại của cột phải được nối với hệ thống tiếp đất.

Điện trở tiếp đất xung của hệ thống tiếp đất không được lớn hơn trị số quy định sau:

a) Đối với cột kim loại: 20 Ω

b) Đối với cột bêtông cốt thép: 50 Ω

3.2.2.4 Tiếp đất cho các trạm vô tuyến phát sóng ngắn

Chống sét cho anten các trạm vô tuyến phát sóng ngắn có tần số cố định bằng cách nối điểm giữa đoạn có chiều dài 1/4 bước sóng của phi đơ với hệ thống tiếp đất cao tần.

Bảo vệ anten có các đường dây hướng xạ bằng cách nối các đầu của đường dây với hệ thống tiếp đất cao tần.

Bảo vệ anten gồm các ngẫu cực mắc sun bằng cách nối điểm giữa của sun với hệ thống tiếp đất cao tần.

Chống sét cho anten phản xạ không chu kỳ khi anten treo trên các cột gỗ bằng cách nối các dây đỡ và dây phản xạ không chu kỳ với tiếp đất cột anten có điện trở tiếp đất là 50 Ω.

Hệ thống tiếp  đất công tác (hay tiếp đất cao tần) ở các trạm vô tuyến sóng ngắn là một tấm lưới bằng các dây đồng có đường kính d = 2 mm hoặc gồm nhiều tia hình sao đặt ở độ sâu 0,2 - 0,3 m.

Số lượng dây đồng và chiều dài dây đồng trong lưới tiếp đất hoặc số tia và chiều dài của tia trong tiếp đất nhiều tia hình sao dược xác định bằng tính toán.

3.2.2.5 Tiếp đất cho các trạm vô tuyến phát sóng trung và sóng dài

Tiếp đất cho các cột anten của trạm vô tuyến phát sóng trung và sóng dài theo quy định trên hình 2 và hình 3.

Hình 2: Tiếp đất cột anten không cách điện ở gốc cột

Chú thích:         1 - cột anten      2 - Thanh tiếp đất cao tần (bằng đồng)

3 - Lưới tiếp đất (sợi đồng)        4 - Móng

Hình 3: Tiếp đất cột anten cách điện ở gốc cột

3.2.2.6 Tiếp đất ở các trạm thu vô tuyến

Để cân bằng điện thế cao khi sét đánh phải nối hệ thống tiếp đất cao tần với hệ thống tiếp đất bảo vệ điện lực bằng dây đồng có tiết diện không nhỏ hơn 4 mm² nếu khoảng cách giữa các tiếp đất bằng hoặc nhỏ hơn 15 m.

3.2.3 Tiếp đất cho các trạm viba

Phụ thuộc vào vị trí giữa cột anten và nhà trạm, các trạm viba được trang bị 2 hệ thống tiếp đất riêng biệt hoặc 1 hệ thống tiếp đất hỗn hợp.

3.2.3.1 Ở các trạm viba có nhà trạm cách xa cột anten được trang bị 2 hệ thống tiếp đất riêng biệt:

a) Tiếp đất bảo vệ xung quanh nhà trạm với điện trở tiếp đất không lớn hơn 10Ω

b) Tiếp đất xung quanh cột an ten với điện trở tiếp đất không lớn hơn 20Ω.

Để cân bằng điện thế, các tiếp đất này phải được nối với nhau.

Các kết cấu kim loại khác ở gốc cột phải được nối tới hệ thống tiếp đất nhà trạm.

3.2.3.2 Ở các trạm viba tháp anten bằng bêtông cốt thép có bố trí thiết bị viba được trang bị một hệ thống tiếp đất có nhiều điện cực xung quanh tháp. Mỗi tháp có 2-4 dây dẫn sét phụ thuộc vào đường kính của tháp bêtông cốt thép.

Điện trở tiếp đất xung cho mỗi dây dẫn sét không lớn hơn 20 Ω.

Chống sét cho anten lắp trên cột bêtông cốt thép bằng cách nối anten với bệ kim loại rồi nối bệ kim loại với cốt thép của cột và dây dẫn sét.

Kim thu sét của anten viba là một thanh thép cao hơn anten 1 - 2 m. Thanh thép được hàn nối vào kết cấu kim loại và cốt thép của cột.

Các ống dẫn sóng và vỏ kim loại của cáp ở những chỗ gắn vào cột phải nối vào dây dẫn sét.

Các dây dẫn sét được hàn vào một thanh đồng ở gốc tháp để nối với thiết bị tiếp đất như qui định trên hình 4.

Hình 4: Tiếp đất tháp bê tông cốt thép của trạm viba

3.2.3.3 Ở các trạm viba tháp anten bằng kim loại dùng thân tháp làm dây dẫn sét.

Chống sét cho anten lắp trên các cột kim loại của trạm viba, và trạm thông tin sóng cực ngắn bằng cách nối anten và cột tới hệ thống tiếp đất công tác cao tần.

Điện trở tiếp đất công tác cao tần không được lớn hơn 20 Ω.

3.2.3.4 Tiếp đất cho các trạm viba có nhà trạm lắp ngay ở gốc cột anten dạng ống.

Các trạm viba có nhà trạm đặt ngay ở gốc cột anten chỉ cần trang bị một hệ thống tiếp đất. Điện trở tiếp đất ở tần số công nghiệp phụ thuộc vào điện trở suất của đất theo quy định ở bảng 3.

Bảng 3: Điện trở tiếp đất ở trạm viba

Để cân bằng điện thế trong nhà trạm cần đặt dưới nền nhà một lưới kim loại bằng dây thép đường kính 4-6 mm, với mắt lưới 1,5 m x 1,5 m, các dây ở chỗ giao chéo phải được  hàn với nhau. Lưới kim loại phải được hàn vào cột và  hệ thống tiếp đất. Hệ thống tiếp đất gồm các ống hoặc thép góc dài 2-3 m chôn thẳng đứng. Mái kim loại của nhà trạm phải được hàn vào điện cực tiếp đất như quy định trên hình 5.

Hình 5: Tiếp đất trạm viba có nhà trạm lắp ngay ở gốc cột anten

3.2.3.5 Tiếp đất cho các trạm viba có nhà trạm ở ngay dưới tháp anten.

Các trạm viba có nhà trạm ở ngay dưới tháp anten chỉ cần trang bị một hệ thống tiếp đất như quy định ở Điều 3.2.3.4.

Đề phòng sét đánh vào tháp đến các bộ phận của nhà trạm cần đặt một dải kim loại có tiết diện không nhỏ  hơn 100 mm2 hoặc dây đồng có tiết diện không nhỏ hơn 16 mm2 dọc theo chu vi nhà trạm. Các dây dẫn sét phải được hàn vào hệ thống tiếp đất như quy định ở hình 6.

Hình 6: Tiếp đất cho các trạm viba có nhà trạm ở ngay dưới tháp anten

3.3 Tiếp đất cho các hệ thống thông tin đường dài

3.3.1 Tiếp đất cho các trạm tăng âm đầu cuối

3.3.1.1 Các trạm tăng âm đầu cuối ở cùng nhà với trạm điện thoại dùng chung hệ thống tiếp đất của trạm điện thoại.

3.3.1.2 Các trạm tăng âm đầu cuối không ở cùng nhà với trạm điện thoại được trang bị hai hệ thống tiếp đất riêng biệt: tiếp đất công tác và tiếp đất bảo vệ.

Điện trở tiếp đất công tác có giá trị quy định như trong bảng 4.

Bảng 4: Điện trở tiếp đất công tác của các trạm tăng âm đầu cuối

Điện trở tiếp đất bảo vệ của trạm tăng âm đầu cuối không lớn hơn 10 Ω

3.3.2 Tiếp đất cho các trạm tăng âm trung gian và các trạm lặp

3.3.2.1 Đối với các trạm tăng âm trung gian và các trạm lặp cung cấp nguồn từ xa bằng phương thức dây - dây thì chỉ trang bị một hệ thống tiếp đất với điện trở tiếp đất không lớn hơn 10 Ω.

3.3.2.2 Đối với các trạm tăng âm trung gian và các trạm lặp cung cấp nguồn từ xa bằng phương thức dây - đất thì trang bị hai hệ thống tiếp đất là: Tiếp đất công tác và tiếp đất bảo vệ.

Điện trở tiếp đất công tác không được lớn hơn 4 Ω

Điện trở tiếp đất bảo vệ không được lớn hơn 10 Ω.

Để cân bằng điện thế hai hệ thống tiếp đất trên được nối với nhau bằng dây dẫn cách điện có tiết diện > 4 mm².

3.3.3 Tiếp đất dọc tuyến cáp

3.3.3.1 Đề phòng sét đánh vào cáp và để nâng cao hiệu quả che chắn của lớp bọc kim loại khi bị ảnh hưởng của trường điện từ ngoài cần phải nối đất vỏ kim loại và đai sắt của cáp dọc theo tuyến cáp.

3.3.3.2 Cáp kim loại hoặc cáp quang có vỏ bọc kim loại và lõi thép gia cường cách điện với đất phải thực hiện tiếp đất vỏ bọc kim loại và lõi thép gia cường.

Số vị trí tiếp đất dọc tuyến cáp giữa hai trạm tăng âm hoặc giữa hai trạm lặp tối thiểu được quy định ở hình 7.

Nếu cáp đặt ở vùng có số ngày dông cao và số lần hư hòng cáp do sét đánh theo tính toán vượt quá tiêu chuẩn cho phép thì phải tăng số vị trí tiếp đất dọc tuyến cáp.

Hình 7: Bố trí tiếp đất dọc cáp có lớp bọc cách điện

3.3.3.3 Điện trở tiếp đất vỏ kim loại của cáp phụ thuộc vào điện trở suất của đất, nhưng không được lớn hơn trị số qui định trong bảng 5.

Bảng 5: Điện trở tiếp đất vỏ kim loại của cáp

3.3.4 Tiếp đất cho các bộ phóng điện trên đường dây trần thông tin đường dài

3.3.4.1 Điện trở tiếp đất cho các mỏ phóng điện KP-7, KP-LO, KP-15 và

KP-20 trên đường dây trần thông tin đường dài trước khi vào trạm và ở 2 đầu đoạn cáp xen (xem hình 8) phụ thuộc điện trở suất của đất nhưng không được lớn hơn trị số quy định trong bảng 6.

Bảng 6: Điện trở tiếp đất của các mỏ phóng điện (hình 8)

a) Lắp mỏ phóng điện trên dây kim loại màu ở xà 1 và 2

b) Lắp mỏ phóng điện trên dây kim loại màu ở dưới xà 2 và tất cả các mạch dây thép

Hình 8: Lắp mỏ phóng điện trên đường dây trần thông tin đường dài trước khi vào trạm

3.3.4.2 Trường hợp đặc biệt chỉ lắp một mỏ phóng điện KP-7 cho tất cả các mạch, điện trở tiếp đất cho mỏ phóng điện này không được lớn hơn trị số quy định trong bảng 7.

Bảng 7: Điện trở tiếp đất cho mỏ phóng điện KP-7

(trường hợp đặc biệt)

3.3.4.3 Điện trở tiếp đất cho các mỏ phóng điện KP-7 , KP- 10, KP- 15 và KP-20 khi giảm nhỏ khoảng cách giữa các mỏ phóng điện theo quy định ở bảng 8.

Bảng 8: Điện trở tiếp đất cho các mỏ phóng điện KP-7, KP-LO, KP-15 và KP-20 khi giảm nhỏ khoảng cách giữa các mỏ phóng điện

3.3.4.4 Điện trở tiếp đất cho các bộ phóng điện P-350 (KP-0,3 và KP-0,2) được lắp trong hộp cáp chỗ nối dây trần đường dài với lõi cáp có bọc kim loại (cáp xen và cáp nhập trạm) theo như quy định ở bảng 7.

3.4 Tiếp đất trên đường dây trần và cáp thuê bao

3.4.1 Cáp nội hạt treo trên cột phải thực hiện nối đất dây treo và vỏ kim loại của cáp. Điện trở tiếp đất của dây treo và vỏ kim loại của cáp không được lớn hơn trị số như qui định trong bảng 5.

3.4.2 Điện trở tiếp đất cho các thiết bị bảo vệ tại thuê bao trong mạng nội hạt theo đúng quy định trong bảng 9.

Bảng 9: Điện trở tiếp đất cho các thiết bị bảo vệ thuê bao

3.4.3 Điện trở tiếp đất cho các bộ phóng điện than lắp trong các hộp cáp chỗ nối đường dây trần của mạng nội hạt với các lõi cáp không lớn hơn trị số quy định trong bảng 10.

Bảng 10: Điện trở tiếp đất cho các bộ phóng điện than

PHỤ LỤC A

TRÌNH TỰ THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TIẾP ĐẤT

A.1 Xác định điện trở suất của đất

Điện trở suất của đất có thể được xác định bằng phương pháp điện cực tiếp đất mẫu hoặc phương pháp 4 điện cực.

A.1.1 Phương pháp điện cực tiếp đất mẫu

Từ kết quả đo điện trở tiếp đất của 1 cọc tiếp đất (ống hoặc thép góc) có thể xác định điện trở suất của đất theo công thức:

                                                                      (A1)

Trong đó:

R₀ - điện trở đo được của một cọc tiếp đất thẳng đứng, Ω.2

1 - chiều dài cọc tiếp đất (được chôn trong đất tính từ bề mặt đất), m.

d - đường kính ống cọc tiếp đất, m.

Trong trường hợp dùng thép góc thì trong công thức (A1) thay d = 0,95b.

b - chiều rộng của thép góc, m.2.

A.1.2 Phương pháp 4 điện cực

Điện trở suất của đất được xác định bằng phương pháp 4 điện cực Wenner và Schlumberger như sơ đồ hình A.1:

Hình A.1: Đo điện trở suất của đất bằng phương pháp 4 điện cực

Phương pháp Wenner được thực hiện theo hình A.1a, khi đó điện trở suất của đất được xác định bằng công thức:

ρ = 2π.R.a, (Ω.m)                                                                      (A2)

Trong đó:

a - khoảng cách giữa các điện cực, m.

R - giá trị điện trở chỉ ở trên đồng hồ, Ω.

- Phương pháp Schlumberger được thực hiện theo hình A.1b, khi đó điện trở suất của đất được xác định bằng công thức:

                                                                 (A3)

1 = AB/2

d = MN/2 (Xem sơ đồ hình A. 1b)

A.2 Hệ số mùa

Điện trở suất của đất phụ thuộc vào loại đất, độ rắn, độ ẩm, nhiệt độ và các chất hóa học có trong đất. Do đó điện trở suất của đất ở những vùng khác nhau sẽ thay đổi trong phạm vi rất rộng.

Độ ẩm và nhiệt độ của đất là các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến trị số điện trở suất của đất. Khi thiết kế và thi công hệ thống tiếp đất ta cần biết giá trị điện trở suất của đất lớn nhất ở độ sâu đến 10 m, nơi dự kiến trang bị hệ thống tiếp đất.

Nguyên tắc phổ biến nhất để xác định điện trở suất của đất là đo đạc trực tiếp. Vì điện trở suất của đất thay đổi theo thời gian nên để có được giá trị tính toán phải bổ sung hệ số mùa vào giá trị điện trở suất đo được.

Như vậy điện trở suất dùng trong tính toán hệ thống tiếp đất được xác định bằng:

ρ_tt = ρ_đo – k                                                        (A4)

Trong đó:

ρ_tt - điện trở suất của đất dùng trong thiết kế tính toán.

ρ_đo - điện trở suất của đất đo được.

k - hệ số mùa

Trong trường hợp không có các số liệu đo đạc điện trở suất của đất, khi thiết kế các hệ thống tiếp đất thì có thể dùng các giá trị điện trở suất trung bình của đất như trình bày trong bảng A.1.

Bảng A.1: Điện trở suất trung bình của một số loại đất

Điện trở suất của đất trong tính toán sẽ là:

ρ_tt = k_tb – ρ_tb                                                                                                              (A5)

Trong đó:

ρ_tb - điện trở suất trung bình của đất (Lấy theo bảng A.1)

k_tb - hệ số mùa trung bình bằng 1,6

k - hệ số mùa

A.3 Tính toán điện trở tiếp đất

A.3.1 Lựa chọn loại điện cực tiếp đất

a) Nếu điện trở tiếp đất yêu cầu lớn hơn và bằng 30 Ω  chọn loại điện cực tiếp đất là dây (dải) kim loại nằm ngang trong đất (còn gọi là dây hoặc dải tiếp đất nằm ngang).

b) Nếu điện trở tiếp đất yêu cầu là 15 đến 30 Ω thì chọn điện cực tiếp đất là loại cọc (ống) đóng thẳng đứng xuống đất (gọi là điện cực tiếp đất thẳng đứng).

c) Nếu điện trở tiếp đất yêu cầu < 15 Ω  thì chọn điện cực tiếp đất là loại cực tiếp đất thẳng đứng chôn sâu và có nhiều cực.

A.3.2 Điện trở tiếp đất của một cực tiếp đất thẳng đứng được xác định bằng công thức A6.

                                          (A6)

Trong đó:

ρ - điện trở suất của đất, Ω.m.

l - chiều dài của cọc tiếp đất, m

h - khoảng cách từ mặt đất đến đầu phía trên của ống, m

d - đường kính của ống, m

Nếu dùng thép góc thì d được thay bằng 0,95b, m.

b - độ rộng thép góc, m

Căn cứ công thức A6: Để giảm nhỏ điện trở tiếp đất có thể tăng đường kính của ống hoặc là tăng chiều dài của ống. Nhưng qua tính toán và thực nghiệm người ta thấy rằng: d chỉ tăng được đến 6 cm, đường kính ống lớn hơn 6 cm điện trở tiếp đất giảm rất ít (hầu như không giảm).

Vì vậy đường kính của ống được chọn sao cho đảm bảo đủ độ bền cơ học và thường chọn:

d = (2,5 - 4) cm cho đất có độ rắn trung bình;

d = (4 - 6) cm trong đất cứng.

Chiều dài của ống cũng vậy, không được tăng quá 3 m, vì lúc đó điện trở tiếp đất giảm rất chậm.

Bảng A.2: Giá trị điện trở của cọc tiếp đất thép góc 40 mm x 40 mm x 4 mm đầu phía trên của nó được chôn sâu 0,7m.

A.3.3 Điện trở tiếp đất của một cực tiếp đất nằm ngang (bằng dây hoặc dải kim loại) đặt ở độ sâu h được xác định bằng công thức (A7)

                                        (A7)

Trong đó:

l - chiều dài của dải kim loại tiếp đất, m

b - bề rộng của dải tiếp đất, m

h - độ sâu của dải tiếp đất, m

ρ - điện trở suất của đất, Ω.m

- Nếu dải kim loại là dây dẫn có  đường kính d thì trong công thức (A7), b thay bằng 2d (b = 2d).

- Dây tiếp đất nằm ngang thường được dùng là dây thép mạ kẽm đường kính 4 hoặc 5 mm, đặt ở độ sâu h ≥ 0,7 m.

- Chiều dài của thanh (dải) tiếp đất không được lớn hơn 12 m, vì lớn hơn 12 m giá trị điện trở tiếp đất giảm rất ít (theo kinh nghiệm).

- Điện trở của cực tiếp đất nằm ngang làm bằng đây thép 4 mm, chôn sâu 0,1 m tương ứng với giá trị ghi trong bảng A.3.

Bảng A.3: Điện trở tiếp đất của dây nằm ngang

A.3.4 Điện trở tiếp đất của cực tiếp đất dạng vòng xuyến

A.3.4.1 Điện trở tiếp đất của cực tiếp đất dạng vòng xuyến bằng dải sắt được xác định bằng công thức (A8).

Vòng xuyến tiếp đất bằng dải sắt có bề rộng là b. Điện trở tiếp đất được xác định bằng công thức (A8):

                                            (A8)

Trong đó:

r - điện trở suất của đất, Ω.m

D - đường kính vòng xuyến, m

b - bề rộng của dải (vật liệu), m

h - độ sâu đặt tiếp đất, m.

A.3.4.2 Điện trở tiếp đất của cực tiếp đất dạng vòng xuyến bằng dây dẫn được xác định bằng công thức (A9)

                                            (A9)

Trong đó:

d - đường kính của dây, m

Hoặc bằng công thức (A10):

                                              (A10)

Trong đó:

l = π.D

l - Chu vi hình xuyến

A.3.5 Cực tiếp đất dạng tấm

A.3.5.1 Nếu cực tiếp đất dạng tấm tròn nằm trên mặt đất, thì điện trở tiếp đất được xác định bằng công thức (A11):

                                            (A11)

Trong đó:

D - Đường kính của tấm tròn, m

A.3.5.2 Nếu cực tiếp đất dạng tấm tròn đặt ở độ sâu h (m) trong đất với điều kiện h > l/2D, thì điện trở tiếp đất được xác định bằng công thức (A12)

                                (A12)

Tiếp đất dạng tấm rất ít dùng vì phải đào nhiều đất.

A.3.6 Nếu trang bị hệ thống tiếp đất là một cực tiếp đất mà không nhận được điện trở tiếp đất theo yêu cầu thì phải trang bị hệ thống tiếp đất nhiều cực

Tùy theo địa hình, nơi đặt hệ thống tiếp đất và tùy theo giá trị tiếp đất yêu cầu mà kết cấu thiết bị tiếp đất bằng những cọc tiếp đất được đóng vào đất theo vòng tròn khép kín, hình chữ nhật, hình vuông, hoặc bố trí thành dãy.

Nếu là dây (dải) tiếp đất thì bố trí theo hình sao, hoặc nhiều tia (từ trung tâm tỏa đi nhiều tia).

Để giảm sự ảnh hưởng che chắn giữa các điện cực tiếp đất, yêu cầu khoảng cách giữa chúng không được nhỏ hơn 2 lần chiều dài của điện cực. Khoảng cách giữa các dãy điện cực không được nhỏ hơn một nửa chiều dài của dãy.

A.3.7 Để nhận được điện trở tiếp đất theo yêu cầu, số cọc tiếp đất nhiều hơn (8 - 10), phải dùng hệ thống tiếp đất chôn sâu (5 - 30) m để có các lớp đất bão hòa độ âm và độ dẫn tốt.

A.3.8 Điện trở tiếp đất tổng của hệ thống tiếp đất gồm nhiều ống như nhau và có điện trở giống nhau được nối song song bằng những dây (thanh) nối.

Điện trở của hệ thống tiếp đất có nhiều điện cực không hoàn toàn tuân theo quy luật nối song song các điện trở. Khi nối song song các tiếp đất giống nhau ta cần xét thêm các ảnh hưởng lẫn nhau của các tiếp đất, làm cho điện trở tiếp đất chung giảm không tỷ lệ thuận với số các tiếp đất giống nhau nối song song.

Điện trở tổng của hệ thống tiếp đất gồm nhiều ống như nhau, có điện trở giống nhau được nối song song bằng dây (dài) cách ly với đất, được xác định theo công thức thực nghiệm gần đúng (A13):

R_đ = R_o / n.η₁ Ω

Trong đó:

R_đ  - điện trở của thiết bị tiếp đất.

R_o - điện trở tiếp đất của 1 cọc (ống).

n - số ống tiếp đất.

η₁ - hệ số sử dụng của các ống tiếp đất.

Việc sử dụng giá trị ở bảng A.4 hoặc A.5 tùy theo kết cấu của cọc hoặc ống.

Điện trở tổng của hệ thống tiếp đất gồm nhiều ống như nhau, có điện trở giống nhau được nối song song bằng dây trần hoặc dải không cách ly với đất được xác định theo công thức (A14) sau:

                                        (A14)

Trong đó:

R_o1 - điện trở tiếp đất của một ống, Ω

^R_o2  - điện trở tiếp đất của một dây hoặc một dài nồi, Ω

η₂  - hệ số sử dụng của dây hoặc dải nối

n - số cọc (ống)

Hệ số sử dụng η₂  được lựa chọn theo các giá trị ghi trong bảng A.6 hoặc bảng A.7 tùy theo kết cấu của hệ thống tiếp đất.

Bảng A.4: Hệ số sử dụng η của hệ thống tiếp đất bằng ống hay thép góc, đặt thành hàng không xét ảnh hưởng của dây (dải) nối

Bảng A.5: Hệ số sử dụng η của hệ thống tiếp đất bằng ống hoặc thép góc, đặt theo khung khép kín không tính ảnh hưởng của dây (dải) nối

Bảng A.6: Hệ số sử dụng η₂  của dây hoặc dải nối các ống hay thép gócđặt thành hàng

Bảng A.7: Hệ số sử dụng η₂ của dây (dải) nối các ống hay thép góc đặt thành khung kín

Bảng A.8: Hệ số sử dụng η của hệ thống tiếp đất nhiều tia

A.3.9 Số điện cực tiếp đất được tính toán theo công thức A15

                                                                                     (A15)

Trong đó:

n - số điện cực (số ống) tiếp đất

R_o - điện trở tiếp đất của một điện cực (1 ống)

R - điện trở tiếp đất yêu cầu

η- hệ số sử dụng, được lấy bằng 0,8

A.3.10 Điện trở tiếp đất của hệ thống tiếp đất ở dạng nhiều tia hình sao được xác định bằng công thức (A16)

                                                           (A16)

Trong đó:

l - chiều dài của tia, m

d - đường kính dây, m

n - số tia

Hàm số N(n) được xác định bằng biểu thức:

Với n > 6 thì: N(n) = 3,414 n.l (n-1) - ln(n)

Giá trị N(n) phụ thuộc số tia n, được xác định trong bảng A.9.

Bảng A.9: Sự phụ thuộc của N(n) vào n

A.3.11 Tính điện trở tiếp đất của điện cực tiếp đất trong đất không đồng nhất

Trong thực tế đất thường có cấu tạo nhiều lớp, các lớp có điện trở suất khác nhau. Vì vậy để tính toán ta có thể dựa trên cơ sở của đất có kết cấu 2 lớp.

Giả sử đất có kết cấu 2 lớp, với:

- Lớp đất trên có điện trở suất là ρ₁;

- Lớp đất dưới có điện trở suất là ρ₂.

Điện trở tiếp đất của các điện cực trong trường hợp này có thể được xác định như sau:

A.3.11.1 Điện trở tiếp đất của ống (cọc) tiếp đất thẳng đứng trong đất không đồng nhất, (hai lớp) được xác định bằng công thức (A17)

                                                                         (A17)

Trong đó:

R_đ  - điện trở tiếp đất của 1 ống (l cọc) trong đất không đồng nhất

h - chiều dầy (sâu) của lớp đất trên

r_o - bán kính của ống cọc tiếp đất

l - chiều dài của ống

A.3.11.2 Xác định điện trở tiếp đất của dây (dải) tiếp đất nằm ngang ở môi trường đồng nhất

Dây (dải) tiếp đất nằm ngang đặt trong đất kết cấu 2 lớp được chia ra 2 trường hợp:

a) Khi đặt dây (dải) tiếp đất nằm ngang ở lớp đất trên với độ sâu t (t < h) thì điện trở tiếp đất được xác định bằng công thức (A18):

                           (A18)

b) Khi đặt tiếp dây (dải) đất nằm ngang ở lớp đất dưới tức là t > h thì điện trở tiếp đất được xác định bằng công thức (A19):

                                       A19

Trong đó:

ρ₁  - điện trở suất của lớp đất trên.

ρ₂  - điện trở suất của lớp đất dưới.

r_o - bán kính của dây.

Nếu là dải thay ro = b/4.

b - chiều rộng của dải.

t - chiều sâu từ bề mặt đất tới bề mặt đặt tiếp đất nằm ngang.

k - hệ số không đồng nhất của đất k = (ρ₂ - ρ₁) / (ρ₂ + ρ₁)

A.3.11.3 Điện trở tiếp đất cửa cực tiếp đất dạng vòng xuyến đặt trong đất có cấu tạo hai lớp được xác định bằng công thức (A20):

                                                      (A20)

Trong đó:

D - đường kính của vòng xuyến

d - đường kính của dây

h - chiều dầy (sâu) của lớp đất trên

A3.11.4 Điện trở tiếp đất của cực tiếp đất dạng tấm đặt trong đất có cấu tạo hai lớp, được xác định bằng công thức (A21)

                                                                   (A21)

Trong đó: ro - bán kính của tấm

A.3.12 Điện trở tiếp đất tự nhiên của cột bê tông cốt thép

Bản thân cột bê tông được coi là một điện cực tiếp đất và điện trở tiếp đất của móng cột bê tông được xác định bằng công thức (A22)

                                                                        (A22)

Trong đó:

h - độ sâu của móng cột

b - độ rộng của móng cột

A.3.13 Kiểm tra điện trở tiếp đất của hệ thống tiếp đất

Sau khi trang bị tiếp đất, phải tiến hành đo thử kiềm tra điện trở tiếp đất của hệ thống tiếp đất.

Điện trở tiếp đất đo được phải đảm bảo:

R_đo ≤ R tiếp đất yêu cầu                                                                         (A23)

- Kiểm  tra điện trở của hệ thống tiếp đất bằng máy đo MC-08 hoặc tương đương

- Sơ đồ kiểm tra điện trở tiếp đất được trình bày trong hình A.2.

- Khoảng cách giữa các tiếp đất đo thử và tiếp đất công tác được quy định trên các hình A.3, A.4 và A.5.

Hình A.2: Sơ đồ kiểm tra tiếp đất công tác

Hình A.3: Bố trí tiếp đất đo thử P và C để đo tiếp đất công tác E là một cọc chôn trong đất có độ dài l

a) l < 5 m, P và C nằm trên một đường thẳng

b) l < 5 m, P và C tạo với E một góc (x = 29⁰)

c) l > 5m, P và C tạo với E một góc (x = 60⁰).

Hình A.4: Bố trí tiếp đất đo thử P và C để đo tiếp đất công tác E là dây nằm ngang trong đất có chiều dài:

a) l < 5 m

b) l > 5 m

Trong đó: D là đường chéo lớn nhất của khung, m

Hình A.5: Bố trí tiếp đất đo thử P và C để đo tiếp đất công tác E gồm các cọc được nối với nhau và bố trí thành khung kín

Sau khi đo thử nếu điện trở tiếp đất không đạt yêu cầu phải thực hiện các biện pháp để giảm nhỏ điện trở tiếp đất.

Phải tăng thêm số điện cực tiếp đất hoặc cải tạo môi trường đất nơi đặt các điện cực tiếp đất.

PHỤ LỤC B

CẢI TẠO ĐẤT

Để giảm nhỏ điện trở suất của đất ở nơi cố điện trở suất cao, ta dùng các biện pháp cải tạo đất. Điện trở tiếp đất phụ thuộc điện trở suất của lớp đất đặt điện cực tiếp đất, vì vậy để giảm nhỏ điện trở tiếp đất ta chỉ cần giảm điện trở suất của đất ở vùng xung quanh điện cực tiếp đất.

Các biện pháp cải tạo đất:

- Phương pháp hóa học;

- Phương pháp đất mượn.

B.1. Phương pháp hóa học

Dùng muối ăn để cải tạo đất là phổ biến và có hiệu quả kinh tế nhất. Phương pháp giảm nhỏ điện trở suất của đất bằng muối ăn được trình bày trên hình B.1.

Hình B.1: Sơ đồ mặt cắt của cọc (dải) tiếp đất trong đất được xử lý bằng muối ăn

a) Đối với cọc tiếp đất (hình B.1a):

- Cho hỗn hợp muối ăn và đất nghiền nhỏ vào rãnh;

- Cho lượng muối cần thiết cho mỗi mét chiều dài của tiếp đất là: (8 - 10) kg.

b) Đối với dải (dây) tiếp đất (hình B.lb):

- Cho hỗn hợ p muối ăn và đất nghiền nhỏ vào hai phía của tiếp đất;

- Lượng muối cho 1 m chiều dài tiếp đất là: 6 kg;

- Chu kỳ cải tạo đất bằng muối ăn là (2 - 3) năm/1 lần.

B.2 Phương pháp đất mượn

Phương pháp đất  mượn là phương pháp dùng  một  loại đất khác có điện trở suất của đất nhỏ hơn (5 - 10) lần điện trở suất của đất dự định trang bị tiếp đất.

Đất mượn sẽ được nhồi vào hố hoặc rãnh xung quanh điện cực tiếp đất.

Đất  mượn được nhồi  vào rãnh có đặt ống tiếp đất, như trình bày trên hình B.2.

Hình B.2: Ống tiếp đất trong rãnh có đất mượn

Để cải tạo đất bằng phương pháp đất mượn người ta đào một hố có bán kính (1,5 - 2) m, sâu hơn chiều dài của ống tiếp đất một khoảng 20 cm (mỗi đầu của ống là 10 cm. Xem hình B.2.

Sau đó đặt ống tiếp đất vào và lấp lại bằng loại đất có điện trở suất nhỏ.

Phương pháp đất mượn có thể làm giảm nhỏ điện trở suất của đất (3 - 10) lần. Điện trở tiếp đất của một ống (cọc) tiếp đất sau khi cải tạo đất được xác định bằng công thức (B1).

                                                     B1

Trong đó:

ρ₁ - điện trở suất của đất chính, Ω.m

ρ₂ - điện trở suất của đất mượn, Ω.m

r_o - bán kính của ống (cọc) tiếp đất, m

r - bán kính của hố đào, m

l - chiều dài của ống (cọc) tiếp đất, m

Trường hợp cọc tiếp đất là thép góc, thay r_o = 0,475b với b - chiều rộng của thép góc, m.

PHỤ LỤC C

ĐẶC TÍNH XUNG CỦA ĐIỆN TRỞ TIẾP ĐẤT

C.1 Hệ số xung

Đặc điểm làm việc của hệ thống tiếp đất đối với dòng sét (dòng xung) khác với dòng một chiều và các dòng có tần số thấp (tần số công nghiệp, âm thanh...).

Nếu trị số dòng xung lớn làm xuất hiện cường độ điện trường gây đánh xuyên các phần riêng lẻ trong đất.

Khi xuất  hiện sự đánh xuyên, điện trở suất của đất giảm, diện tích tiếp xúc của điện cực tiếp đất tăng, do đó điện trở tiếp đất giảm.

Đối với hệ thống tiếp đất chống sét phải xét đến hiện tượng này. Đặc tính xung của điện trở tiếp đất được mô tả qua hệ số xung α.

Hệ số xung α là tỉ số giữa điện trở tiếp đất xung Rx  và điện trở tiếp đất đối với dòng điện công nghiệp 50 Hz (R50).

α = R_x / R₅₀                                                                                C1

C.2 Điện trở tiếp đất xung đối với hệ thống tiếp đất có một điện cực

Điện trở tiếp đất xung được xác định bằng công thức:

R_x = α.R₅₀                                                                                  C2

Trong đó:

R₅₀ - điện trở tiếp đất đối với dòng điện tần số công nghiệp 50 Hz

R_x - điện trở tiếp đất đối với dòng xung

Hệ số xung α đối với điện cực tiếp đất dạng ống (cọc) được xác định bằng công thức:

                                                                   (C3)

Trong đó:

l - Chiều dài của ống (cọc), m.

I_x  - Biên độ dòng sét, A.

E_o  = (6 - 12) kV/cm - Giá trị trung bình cường độ điện trường đánh xuyên trong đất.

d - Đường kính của ống, m (Nếu là thép góc thay d = 0,95b, với b là chiều rộng thép góc).

                                                                         (C4)

Trong đó:

L_o - điện cảm một đơn vị chiều dài của dây (dải) tiếp đất  nằm ngang, được xác định như sau:

L_o = 0,2[ln(1 / b) + 1,2] μH/m

l - chiều dài của dải hoặc dây

T₁  - thời gian xác lập sườn trước của dòng xung sét, μs

R₅₀  - điện trở tiếp đất của dải (hoặc dây) ở tần số công nghiệp, Ω

Hệ số xung α phụ thuộc vào điện trở suất của đất, cường độ dòng xung, thời gian xác lập sườn trước của xung và dạng kết cấu của hệ thống tiếp đất.

Hệ số xung dùng để tính toán tiếp đất chống sét bảo vệ thiết bị thông tin được trình bày ở bảng C1 và C2.

Bảng C.1: Hệ số xung của một ống (cọc) tiếp đất dài (2 - 3) m

Bảng C.2: Hệ số xung α của một dải (dây) tiếp đất (năm ngang) có chiều rộng (20 - 40) mm với sườn trước của sóng xung T1  = (3 ÷ 6) μs

Do đặc tính xung của điện trở tiếp đất, phải chọn dải (dây) tiếp đất có chiều dài thích hợp. Cách chọn chiều dài của dải (dây) tiếp đất tối ưu theo điện trở suất của đất như trình bày trên hình C.1.

Hình C.1: Chọn chiều dài của dải (dây) tiếp đất theo điện trở suất của đất

C.3 Điện trở tiếp đất xung đối với hệ thống tiếp đất nhiều cực

Điện trở tiếp đất xung của hệ thống tiếp đất gồm nhiều ống được nối với nhau bằng dây hoặc dải cách ly với đất được xác định bằng công thức (C5):

                                                                             (C5)

Trong đó:

R_TX  - điện trở tiếp đất tổng đối với dòng xung

R_ô - điện trở tiếp đất một ống

α₁ - hệ số xung đối với ống tiếp đất

η₁ - hệ số sử dụng đối với ống tiếp đất

Điện trở tiếp đất xung của hệ thống tiếp đất gồm nhiều ống được nối bằng dây (dải) không cách ly với đất, được xác định bằng công thức (C6):

                                                            (C6)

Các hệ số xung của ống (cọc) α₁  và của dây nối α₂  được trình bày trong bảng C.3.

Bảng C.3: Hệ số xung của ống α₁  và dây nối α₁

C.4 Tiếp đất dạng lưới

Trong bảng C4 trình bày các số liệu của hệ thống tiếp đất dạng lưới có các mắt lưới khác nhau đối với biên độ dòng xung sét nhỏ hơn 10 kA và dòng sét vào hệ thống tiếp đất ở những chỗ khác nhau.

Bảng C.4: Các số liệu của hệ thống tiếp đất dạng lưới

Chú thích bảng C.4:

R_x - điện trở tiếp đất tông đối với dòng xung

R₅₀ - điện trở tiếp đất ở tần số 50 Hz.

Trong bảng C5 trình bày các số  liệu hệ số xung dùng để tính toán tiếp đất dạng lưới có các mắt lưới (5 x 5) ÷ (15 x 15) m² cho biên độ dòng sét lớn hơn 10 kA.

Bảng C.5: Hệ số xung của tiếp đất dạng lưới

PHỤ LỤC D

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Environmental conditions EWSD.

Siemens.

2. Building protection.

Siemens.

3. Service Earthing.

- Typical arrangement telephone exchange building.

- Typical arragement radio terminal or repeater stations.

- A.C. Mains and switchboard detail.

- Typical arragement for multi - story building.

4. CDOT 128 RAX.

General description.

WS inđustries (india) limited.

Bangalore - 560027.

5. CDOT 256 RAX.

Technical specifications.

6. STAREX - TD (TDX - 1B).

General description.

7. STAREX - IMS (PBX/RX).

General description.

8. Grounding the equipments

Alcatel - 1993.

9. ITU

Telecommunication Standardization Sector.

Com 5 - R2 - E - March 1994.

Study period 1993 - 1996.

Report of the meeting of study group 5 and its working parties

(Geneva, 15 - 18 March 1994) .

Part I - Report of the meeting.

Working Party 3/5 - Resistibility protection components, lighting, earthing.