Khoa học công nghệ điện - Số 24 - Năm 2019

tạo địa chất của mỗi vị trí trụ điện mà thường 
chỉ dựa vào tài liệu địa chất của ngành tài 
nguyên môi trường. Không đo điện trở suất đất 
từng vị trí cho nên số liệu đầu vào phục vụ công 
tác thiết kế không chính xác
¾	Về kỹ thuật chuyên môn: ta phải “chọn 
góc tối ưu để đóng cọc đất nhằm đạt hiệu quả 
cao nhất”
¾	Trong giai đoạn khảo sát cần lưu ý thành 
phần cấu tạo của địa chất có chứa chất điện giải 
hay không để khi thiết kế chọn loại cọc đất bằng 
kim loại thích hợp chống “ăn mòn”
¾	Trong quá trình thi công – giám sát: Đơn 
vị giám sát phải thường xuyên có mặt để kiểm 
tra chất lượng thi công có đúng thiết kế không. 
Nên lưu ý: đa số các đơn vị thi công đều “làm 
nhanh, làm lệch thiết kế” nếu không có người 
kiểm tra giám sát thường trực. Đối với phần 
ngầm của hệ thống tiếp địa Trạm hoặc Đường 
dây trước khi lắp đất cần có sự chứng kiến lập 
biên bản của đại diện đơn vị Thi công, đơn vị 
Thiết kế, đơn vị Giám sát, đơn vị Quản lý Vận 
hành và đơn vị Quản lý Công trình.
Trong phạm vi bài viết này chúng ta nghiên 
cứu về các chuyên đề sau :
A/ KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 
NỐI ĐẤT :
I/ GÓC TỐI ƯU ĐỂ ĐÓNG CỌC ĐẤT :
 Cọc nối đất đóng xuống mặt đất có công 
dụng làm giảm điện trở của các điện cực thuộc 
hệ thống tiếp đất, theo suy nghĩ thông thường 
góc tiếp xúc giữa cọc và mặt đất là 90° là tốt 
nhất tuy nhiên các nhà khoa học đã chứng minh 
điều ấy không chính xác. Ngoài cấu trúc của các 
lớp đất có điện trở suất khác nhau còn có tác 
dụng của “hệ số hiệu quả của góc nghiêng khi 
đóng cọc đất”. Cọc nối đất lắp ở góc nghiêng tối 
ưu sẽ có tác dụng làm giảm điện trở suất của đất 
(tùy theo cấu tạo của tầng địa chất). Có 2 yếu tố 
để xác định hiệu quả cọc nối đất: 
¾	Cấu tạo của tầng địa chất (tạo nên điện 
trở suất lớn hay nhỏ)
¾	Sự kết nối bằng dây tiếp đất giữa các cọc 
đất liền kề
 Trong chủ đề này chúng ta nghiên cứu ảnh 
hưởng của hai yếu tố nêu trên đến điện trở của 
điện cực để xác định giải pháp thực hiện góc 
nghiêng tối ưu cho việc đóng cọc đất.
1/ Điện trở suất của đất :
Công dụng của cọc đất làm giảm điện trở 
của mỗi điện cực (phụ thuộc vào điện trở suất 
của đất và bề dày của mỗi lớp đất khác cấu trúc 
Hình 2 : Tương quan giữa góc nghiêng của cọc và điện trở đất
Đ
iệ
n 
tr
ở 
bì
nh
 th
ườ
ng
Góc nghiêng
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 29
mà cọc đất xuyên qua). Nếu lớp đất có điện trở 
suất thấp nằm ở lớp đất trên cùng thì không nhất 
thiết đóng cọc xuyên qua lớp đất khác có điện 
trở suất cao.
Khi lớp đất thuận lợi nàm ngoài cùng thì chỉ 
cần đóng cọc với góc nghiêng nhỏ nhất (khuynh 
hướng nằm ngang)
Khảo sát cho thấy khi lớp đất trên cùng điện 
trở suất thấp thì việc đóng cọc nghiêng mang lại 
hiệu quả từ 2 ÷ 8 lần so với đóng góc 90°. 
 Trường hợp lớp đất trên có điện trở suất 
cao thì việc đóng cọc sâu (góc 90°) sẽ tăng bề 
mặt tiếp xúc với lớp đất điện trở suất thấp mang 
lại hiệu quả tốt hơn. Đồ thị dưới đây cho thấy 
tương quan giữa độ sâu và điện trở đất (đối với 
loại đất điện trở suất cao)
2/ Hiệu ứng lân cận :
Sự kết nối giữa cọc đất & phần còn lại sẽ tạo 
ra hệ số hiệu quả lưới đất ; các dây cáp liên kết 
lưới đất nên chôn trong đất để tạo ra các gradient 
điện áp do 1 phần dòng điện được tản qua đất 
. Các bản cực đất ( xử dụng đồng lá ) được đặt 
nằm ngang trong đất sẽ mang lại hiệu quả cao 
nhất so với xử dụng cọc đất đóng thẳng đứng.
II/ KHẢO SÁT THIẾT KẾ LƯỚI ĐẤT :
™	 1/ Phương pháp luận :
Người ta sử dụng chương trình phần mềm 
SES Tech CDEGS để tính toán thiết kế hệ thống 
lưới đất của một Trạm (trong đó mô phỏng hệ 
thống các cọc đất thành một cọc duy nhất).
Các tham số về cấu tạo các loại lớp đất, chiều 
dài và góc nghiêng của cọc đất được mô phỏng. 
Mô hình trạm được nghiên cứu có kích thước 
40 x 40m và khoảng cách giữa tất cả các cọc đất 
là 2,5m. Mỗi cọc đều được chôn sâu 0,5m dưới 
mặt đất . 
Các dây cáp liên kết lưới đất thường được sử 
dụng là cáp đồng trần, tròn tiết diện
 s ≥ 50 mm2, (kết quả tính toán không phụ 
thuộc nhiều vào loại vật liệu cáp liên kết). 
Chương trình tính toán giả định bơm vào lưới 
đất một dòng điện xoay chiều cố định, kết quả 
sẽ cho trị số điện trở của từng điện cực (cọc đất).
Điện trở của điện cực tiêu biểu sẽ được tham 
khảo để tính góc nghiêng đóng cọc tương ứng 
với cấu trúc của lớp đất. 
 2/ Tham số cọc đất :
Các cọc đất được mặc định dài 12m, chiều 
dài được chọn vì hướng đến tác dụng của lớp đất 
trên cùng, góc đóng cọc thay đổi từ 0° đến 90° 
(các cọc thay đổi góc nghiêng 15°cho từng cấp)
3/ Mô hình đất : 
Trong tính toán người ta mô phỏng có 2 lớp 
đất: loại tốt nhất có điện trở suất đất thấp và loại 
xấu hơn có điện trở suất đất cao. Lớp trên cùng 
điện trở suất thấp được giả định có bề dầy ở các 
cấp: 1 – 2,7 – 5,5m; lớp còn lại bên dưới có điện 
trở suất cao. 
Hình 3: Sơ đồ mô phỏng điện cực đất của 1 trạm với hiệu 
 Ứng lân cận – điện trở đất giảm theo chiều sâu
Đ
iệ
n 
tr
ở 
bì
nh
 th
ườ
ng
Độ sâu đóng cọc (m)
Hình 4 : Hiệu ứng lân cận - tương quan giữa điện trở cọc và 
góc nghiêng cọc
Đ
iệ
n 
tr
ở 
bì
nh
 th
ườ
ng
Góc nghiêng đóng cọc
Hình 5 : Tương quan điện trở đất theo góc nghiêng 
của cọc (bề dày lớp đất: 1m – điện trở suất từ cao xuống thấp)
Đ
iệ
n 
tr
ở 
bì
nh
 th
ườ
ng
Góc nghiêng đóng cọc
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 201930
4/ Hiệu ứng lân cận:
Góc nghiêng đóng cọc thay đổi theo sự đồng 
nhất của lớp đất để hạn chế hiệu ứng lân cận. 
Các yếu tố tham khảo khi tính toán:
¾	Điện trở đất nhỏ nhất ở góc nghiêng cọc 
là 30° nhưng dễ thực hiện trong vùng từ 15°÷ 
50° (khả dĩ chấp nhận trong vùng: 30°÷ 60°) độ 
sâu đóng cọc trong nghiên cứu này là 0,5m thay 
vì 0,8m 
¾	Đối với góc nghiêng nhỏ, độ chôn sâu của 
cọc sẽ chi phối đặc tính làm giảm điện trở đất
¾	Đối với các góc nghiêng cọc lớn hơn: 
hiệu ứng lân cận chi phối và kết quả là điện trở 
đất tăng theo chiều sâu
Độ chôn sâu của cọc đã được nghiên cứu về 
chiều sâu lý thuyết để chứng minh cho hiệu ứng 
lân cận. Điện trở của cọc đất mô hình giảm và 
ổn định ở mức 200 m dưới lớp đất mặt (ở lớp 
đất sâu > 200 m, hiệu ứng lân cận không còn 
ảnh hưởng). Hình số 3 biểu thị đặc trưng này.
Với độ sâu này điện trở đất biến thiên theo 
đường cong có hàm số mũ và đạt giá trị cực đại 
ở góc nghiêng 90°, theo đồ thị của hình 4 điện 
trở kết nối giữa các cọc vào lưới chinh sẽ giảm. 
Ngoài ra hình 4 cũng chỉ ra: do hiệu ứng lân cận 
đơn lẻ nên góc nghiêng tối ưu của cọc sẽ thấp: 
0° ÷ 10°(gần nằm ngang với mặt trạm)
5/ Ảnh hưởng của cấu trúc đất :
5.1 / Mô hình đất dày 1m lớp trên cùng – 
điện trở suất từ cao xuống thấp:
Loại đất được mô phỏng dày 1m có điện trở 
suất: 1000 ohm-m , sâu hơn 1m đất có điện trở 
suất trung bình: 400 ohm-m. Theo hình số 5:
¾	Điện trở đất nhỏ nhất khi cọc đóng theo 
góc nghiêng từ 15° ÷ 30°
¾	Đối với góc nghiêng < 15°| 
điện trở cao hơn nhưng tác động của hiệu ứng 
lân cận thấp vì phần lớn các cọc nằm trong lớp 
đất có điện trở suất cao
¾	Đối với góc nghiêng > 30°điện trở đất 
tăng dần theo hàm số mũ 
5.2/ Mô hình đất dày 1m lớp trên cùng – điện 
trở từ thấp lên cao:
 Loại đất được mô phỏng dày 1m có điện trở 
suất 400 ohm-m, sâu hơn 1m đất có điện trở 
suất 1000 ohm-m. Theo hình số 6:
¾	Điện trở đất bằng 0 khi góc nghiêng cọc là 
0° sau đó tăng nhanh đến 90° khi cọc đi vào lớp 
đất có điện trở suất cao
¾	Ngoài góc > 20° hiệu ứng lân cận tác động 
theo hàm số mũ làm tăng dần điện trở đất
5.3/ Mô hình đất dày 2,7 m – điện trở suất từ 
cao xuống thấp:
Loai đất mô phỏng dày 2,7 m có điện trở suất 
1000 ohm-m, sâu hơn 2,7 m đất có điện trở suất 
trung bình 400 ohm-m. Theo hình số 7 :
¾	Điện trở đất bằng 1ohm khi góc nghiêng 
cọc là 0°
¾	Điện trở đất có giá trị thấp nhất khi góc 
nghiêng cọc là 45°& giá trị giống nhau ở các 
góc 30° và 70°
5.4/ Mô hình đất dày 2,7 m – điện trở suất từ 
thấp lên cao:
¾	Điện trở đất thấp nhất khi góc nghiêng 
cọc là 45°
¾	Điện trở tăng dần khi góc nghiêng thay 
đổi : 45° ± 15°. (Hình số 8)
5.5/ Mô hình đất dày 5,5m- điện trở suất từ 
cao xuống thấp:
¾	Điện trở đất nhỏ nhất trong khoảng góc 
nghiêng 60° ÷ 75°
 Hình 6 : Tương quan điện trở đất theo góc đóng cọc 
(mô hình đất dày 1m – điện trở suất từ thấp lên cao) 
Đ
iệ
n 
tr
ở 
bì
nh
 th
ườ
ng
Góc nghiêng đóng cọc
Hình 7 : Tương quan điện trở đất theo góc nghiêng 
 Đóng cọc (Mô hình đất dày 2,7 m - điện trở suất từ 
cao xuống thấp)
Đ
iệ
n 
tr
ở 
bì
nh
 th
ườ
ng
Góc nghiêng đóng cọc
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 31
¾	Hiệu ứng lân cận được chứng minh ở 
góc > 70°. (Hình số 9)
5.6/ Mô hình đất dày 5,5 m – điện trở suất từ 
thấp lên cao :
¾	Điện trở đất thấp nhất trong khoảng góc 
nghiêng 0° ÷ 15°
¾	Điện trở tăng nhanh khi góc nghiêng > 
15° do hiệu ứng lân cận , thực tế hơn do các cọc 
đóng sâu vào vùng đất điện trở suất cao . (Hình 
số 10)
6 / Nhận xét :
™	Góc nghiêng tối ưu của cọc đất sẽ được 
chọn tùy theo cấu trúc của loại đất (qua các mô 
phỏng tính toán)
™	Có một số yếu tố xác định góc tối ưu 
như: tăng chiều sâu chôn cọc nhằm tăng diện 
tích tiếp xúc với đất, góc nghiêng chính xác sẽ 
giúp cho cọc đất tiếp xúc nhiều vào vùng điện 
trở suất thấp, các góc dốc hơn chỉ làm tăng hiệu 
ứng lân cận
™	Các góc nghiêng 80°thường 
không mang lại kết quả tốt
B/ NGHIÊN CỨU CHỐNG ĂN MÒN 
TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT:
Hệ thống tiếp địa Trạm hoặc Đường dây sau 
khi được đưa vào vận hành còn vấn đề quan 
trọng phải được quan tâm đó là duy trì chất 
lượng hệ thống. Chúng ta đã biết kết cấu hệ 
thống nối đất là kim loại như đồng, thau, sắt, 
sắt mạ kẽm hoặc mạ đồng; khi đặt trong đất thì 
theo thời gian sẽ bị ăn mòn. Chúng ta không 
thể chống ăn mòn các điện cực bằng biện pháp 
cách ly điện cực khỏi đất bằng màn chắn vì tạo 
ra điện trở tiếp xúc đất lớn. Nguy cơ ăn mòn 
phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của đất, kim 
loại đơn làm điện cực (sắt hoặc đồng), kim loại 
mạ chống ăn mòn tốt hơn. Hiện tượng ăn mòn 
do hình thành các pin điện mà âm cực là dây 
thép nối từ chân cột xuống đất thông qua khối 
bê tông móng trụ với các cọc đất còn lại được 
xem như dương cực. Tỉ số khi gia cố khối bê 
tông chân trụ tiết diện của âm cực so với tiết 
diện của các dương cực còn lại càng lớn và điều 
này không có lợi vì sẽ gia tăng yếu tố ăn mòn
Hình 11 : kết cấu pin với âm cực: sắt và dương cực: đồng 
Chất điện phân
Vấn đề cách ly về điện tất cả dương cực 
để hạn chế tác động ăn mòn chỉ là lý thuyết. 
Ngày nay người ta phải liên kết tất cả các cọc 
đất tiếp xúc tốt trong đất với cọc kim loại khác 
(sắt, thép), tạo ra sự liên kết đẳng thế để đảm 
Hình 8 : Tương quan điện trở đất theo góc nghiêng cọc
 (Mô hình đất dày 2,7 m – điện trở suất từ cao 
xuống thấp)
Đ
iệ
n 
tr
ở 
bì
nh
 th
ườ
ng
Góc nghiêng đóng cọc
Hình 9 : Tương quan điện trở đất theo góc đóng cọc 
 (Mô hình đất dày 5,5 m – điện trở suất từ cao 
xuống thấp)
Đ
iệ
n 
tr
ở 
bì
nh
 th
ườ
ng
Góc nghiêng đóng cọc
Hình 10: Tương quan điện trở đất theo góc đóng cọc 
(Mô hình đất dày 5,5 m – điện trở suất từ thấp lên cao)
Đ
iệ
n 
tr
ở 
bì
nh
 th
ườ
ng
Góc nghiêng đóng cọc
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 201932
bảo an toàn không tạo ra điện áp xúc cao mỗi 
khi xảy ra ngắn mạch chạm đất hoặc khi thoát 
sét xuống đất. Ngoài ra theo tiêu chuẩn IEC – 
603644- 4- 41 và IEC – 60364- 5- 54 các dây nối 
đất an toàn từ vỏ thiết bị cao thế xuống lưới đất 
có thể đặt trong ống dẫn hoặc cáp bọc hạ thế để 
chống điện giật. Giải pháp hạn chế hoặc giảm 
sự ăn mòn các cọc đất với các thiết bị nối đất là 
chọn kim loại thích hợp.
™	Sự hình thành Pin – Hiện tượng ăn mòn: 
Nếu 2 điện cực làm bằng kim loại khác nhau 
đặt trong cùng chất điện phân thì sẽ tạo ra điện 
áp giữa 2 điện cực và giá trị điện áp sẽ phụ 
thuộc vào chất điện phân. Theo hình 11 khi nối 
Ampere kế giữa 2 điện cực sắt và đồng thì sẽ có 
dòng điện chạy từ cực dương (đồng) sang cực 
âm (sắt) và trong chất điện phân thì ngược lại: 
dòng điện chạy từ cực âm sang cực dương. Nói 
cách khác là kim loại bị phân hũy trong chất 
điện phân 
Hiện tượng ăn mòn còn có thể xảy ra trong 
hình thái Pin tập trung theo hình 12. Ở đây 2 
điện cực làm cùng kim loại được đặt trong 2 
chất điện phân khác nhau; điện cực đặt trong 
chất điện phân II có độ tập trung cao hơn chất 
điện phân I do đó tạo ra các Ion dương so với 
điện cực còn lại
Hình 12 : Pin tập trung
Chất điện phân I Chất điện phân II
™	Pin tập trung: Hai điện cực làm bằng cùng 
kim loại nhưng đặt trong 2 chất điện phân khác 
nhau. Kim loại đặt trong chất điện phân II có mức 
tập trung ion cao hơn chất điện phân I nên mang 
điện tích dương, nếu liên kết 2 điện cực lại sẽ có 
dòng điện i chạy từ cực âm sang cực dương trong 
chất điện phân, hiện tượng điện hóa này tạo sự 
ăn mòn ở điện cực âm. Pin tập trung có thể hình 
thành từ 2 điện cực sắt: 1 đóng trong đất và 1 nằm 
trong lớp bê tông khi kết nối 2 điện cực lại sẽ có 
dòng điện di chuyển từ cực âm (cọc trong đất) 
sang cực dương (cọc trong bê tông), hiện tượng 
ăn mòn này theo kinh nghiệm thực tế cho thấy 
cọc sắt trong đất có thể mòn đi vài gram / năm.
Hình 13: Pin tập trung (Cọc sắt trong đất – Cọc sắt trong 
bê tông)
Đất
Bê tông
™	Đặc điểm phân cực của các điện cực:
Khi các cọc thép mạ kẽm đóng trong đất thì 
sẽ có độ lệch điện áp khác với cọc thép trần đặt 
trong bê tông (hoặc so với điện cực sulfat đồng):
· Thép trần trong khối bê tông : - 200 mV 
÷ - 400 mV
· Thép mạ kẽm trong đất : - 800 mV ÷ - 900 mV
· Thép mạ kẽm ( còn mới nguyên ) trong 
đất : - 1000 mV
Trong 2 trường hợp đầu độ chênh điện áp 
của cọc thép trần và thép mạ kẽm lên đến 600 
mV, sự thay đổi kim loại sẽ tạo ra độ lệch điện 
áp khác nhau đối với đất và sự dẫn điện khác 
nhau của các loại đất cũng tạo ra độ lệch điện 
áp giữa các điện cực: dòng điện ăn mòn chạy 
giữa các điện cực được gọi là sự phân cực
Thí dụ: Một đường ống dẫn khí làm bằng 
thép có bọc lớp bảo ôn nằm trong đất và được 
nối đất bằng điện cực đồng sau một thời gian 
nếu lớp bảo ôn bị bong tróc vài diện tích nhỏ 
thì hiện tượng phân cực sẽ làm ăn mòn nhanh 
chóng ống thép dẫn khí do dòng điện anod. Đối 
với điện cực sulfat đồng ta có thể đo điện áp 
phân cực từ 200 mV đến -600 mV tùy thuộc 
theo bề mặt của điện cực catod (thép mạ kẽm) 
và bề mặt của điện cực anod (thép trần trong 
khối bê tông). Hình 14 mô tả trường hợp này 
™	Các kinh nghiệm đúc kết:
Các hiện tượng phân cực < 20 mV không gây 
ra tác hại gì nhưng từ 20 mV ÷ 100 mV là có dấu 
hiệu của sự ăn mòn và khi điện áp > 100 mV thì 
ảnh hưởng lớn đến các điện cực. Sự phân cực 
hình thành bởi: 
¾	Các kim loại: do sự khác nhau về kim 
loại hoặc diện tích khác nhau (hình thành sự 
ăn mòn tiếp xúc) hay do thành phần cấu trúc 
khác nhau (hình thành sự ăn mòn giữa các 
tinh thể)
+ Dòng điện ăn mòn có thể tính bằng công thức: