ĐO ĐIỆN TRỞ
3.7 ĐO ĐIỆN TRỞ ĐẤT
3.7.2 Mạch đo điện trở đất Dùng vôn-kế và ampe-kế
Phương pháp trực tiếp Mạch đo được mắc như hình 3.26.
Cọc A: cọc đo điện trở đất RX; Cọc P: cọc phụ đo điện áp; Cọc C: cọc phụ đo dòng điện
Hình 3.26: Mạch đo điện trở đất bằng vôn-kế và ampe-kế Theo mạch tương đương của điện trở đất của cọc A, P, C (H.3.27) Điện trở cho bởi vôn-kế V:
VAP = RX I’ + RPIV với I = I’ + IV cho bởi ampe-kế.
Nếu: IV I’ thì I’ ≈ I. Do đó: ≈ ΙA
X
R V
Hình 3.27
Mạch tương đương của ba cọc A, P, C
Hình 3.28
Mạch đo điện trở đất bằng phương pháp gián tiếp
Vậy điện trở được xác định bởi trị số đọc của vôn-kế và ampe-kế. Do đó nếu chúng ta quan tâm đến sai số do vôn-kế và điện trở cọc phụ thuộc điện áp thì RX có sai số tương đối:
R [RB/(RB RV)] %
ε = + 100
trong đó: RB - điện trở đất của cọc phụ điện áp B RV - tổng trở vào của của vôn-kế Như vậy để sai số càng nhỏ thì RB RV
.
Phương pháp gián tiếp: Trong trường hợp này đo điện trở đất từng cọc như hình 3.28. Vôn-kế và ampe-kế có giá trị điện trở từng cọc:
A P
R +R =V Ι
1 1
Sau đó lần lượt đo điện áp của hai cọc BC và CA:
P C
R +R =V Ι
2 2
Tương tự như vậy: C A V R +R =
Ι
3 3
Sau đó từ ba phương trình này chúng ta xác định RA, RB, RC
Trong phương pháp này cả ba cọc đất (gồm cọc đo và hai cọc phụ) đều được xác định, loại trừ được ảnh hưởng sai số do điện trở cọc phụ gây ra như đã đề cập trong phương pháp trực tiếp.
Dùng cầu Kohlrausch đo điện trở đất Đây là dạng cầu Wheatstone để đo điện trở của dung dịch có tính chất điện giải bằng hai điện cực, nó cũng được ứng dụng để đo điện trở đất (H.3.29) điện trở RA+RB được xác định khi cầu cân bằng (giống như phương pháp gián tiếp dùng vôn-kế và ampe-kế).
A B R
R R R
+ = R1 3
2
Phương pháp đo điện trở đất dùng cầu cân bằng có ưu điểm là loại bỏ được
dòng điện tản chạy qua vùng đất cần đo điện trở.
Máy đo “chuyên dùng” để đo điện trở đất
Máy đo dùng tỉ số kế từ điện: mạch đo nguyên lý hình 3.30.
Dòng điện I1 đi qua cuộn dây I của tỉ số kế đi qua vùng đất cần đo điện trở. Dòng điện I2 đi qua cuộn dây 2 có tỉ số phụ thuộc vào điện áp rơi trên cọc đo và cọc phụ điện áp. Điều chỉnh biến trở RS, I2 thay đổi. Vì VAP = (RS + r2)
= RX I1
.
Suy ra I2 1/Ι =RX/(RS+r2)Điều chỉnh RS cho đến khi: I1 = I2⇒ RX = RS +r2
Hình 3.29: Đo điện trở bằng cầu đo
Như vậy với RS tại trị số Ι Ι =2 1/ 1, sẽ xác định được RX khi r2 đã biết trước.
Trong thực tế dòng I1 qua tỉ số kế là DC, còn dòng i1 chạy qua vùng đất đo là AC, do đó có bộ biến đổi I1 (DC) sang i1 (AC) đưa vào cọc đo. Sau đó dòng i1 (AC) chuyển sang I1 (DC) trở về máy phát G một chiều bằng bộ chỉnh lưu, còn điện áp VAP (AC) được chỉnh lưu sang điện áp VAP (DC) tạo ra dòng điện I2 (DC).
Như vậy trong các máy đo cổ điển, dùng máy phát (quay tay) thường có trục quay gắn liền với bộ biến đổi DC sang AC, hoặc chỉnh lưu từ AC về DC dùng hiện tượng cơ điện.
a) b)
Hình 3.30: Máy đo dùng tỉ số kế a) Mạch đo nguyên lý; b) Mạch đo thực tế
Máy đo dùng cơ cấu chỉ thị từ điện (H.3.31): Mạch đo có hai vị trí của SW1 (công tắc chuyển mạch) là ở vị trí “C” dùng để chỉnh máy, điện trở chuẩn RC
thay thế điện trở đất cần đo.
Ở vị trí M: Mạch đo hoạt động với điện trở đất cần đo. Từ nguồn phát xoay chiều G tạo ra dòng điện I đi qua điện trở RC (khi chỉnh máy) hay qua RX
khi đo điện trở đất sẽ tạo ra điện áp: RCI1 hoặc RXI1.
Điện áp này được so sánh với điện áp I2Ras với I2 phụ thuộc vào KII1, trong đó KI là tỉ số biến dòng CT và Ras phụ thuộc vào vị trí S của biến trở RV.
Nếu I2Ras khác RXI1 thì V1 = I2Ras – I1RX ≠ 0.
Khi đó V2 = KVV1 được chỉnh lưu qua cơ cấu điện từ, kim chỉ thị khác
M G
R MC
RS
A P E1
I1 E2
B I2
A P
E1 I1 E2
B I2 G RS I1
I2
không.
Con chạy S của Rs được điều chỉnh cho đến khi V1 = 0, khi đó kim chỉ thị của cơ cấu điện từ chỉ không: I1RX = K1I1Ras
Do đó: RX = KIRas
Như vậy điện trở Ras xác định điện trở đất RX.
Hình 3.31: Mạch đo của máy đo điện trở đất CT: Biến dòng, VT: Biến áp
1- Cọc phụ áp; 2- Cọc phụ dòng; 3- Cọc đất đo
Hình 3.32: Sơ đồ khối máy đo Hình 3.33: Cách đóng cọc
Mạch đo điện trở đất có sự kết hợp với mạch điện tử dùng cơ cấu từ điện:
Sơ đồ khối của máy đo (H.3.32). Nguồn tín hiệu xung vuông tần số 500 Hz được tạo ra nhờ mạch dao động dùng transistor, có dòng cung cấp cho điện trở đất cần đo vào khoảng từ 10÷20mA. Mạch so sánh tách sóng đồng bộ (dùng phương pháp tách sóng đồng bộ), có nhiệm vụ vừa chỉnh lưu vừa so sánh hai điện áp xoay chiều.
EX = RX I và ES0 = RS0 × KI I Điều chỉnh con chạy để cho “G” chỉ “0” ⇒RX RS
=n1 0. Với (KI = n 1).
Cách đóng cọc đất để đo cho những máy đo điện trở đất sau này (loại điện tử): Ba cọc đất E (cọc đo); P (cọc điện áp); C (cọc dòng điện) được nối vào máy đo theo hình 3.33. Khoảng cách giữa các cọc là từ 5 đến 10m. Vị trí các cọc tạo ra một góc lớn hơn 100o. Khoảng cách EC, EP cần phải lớn hơn các cọc trong trường hợp đóng thẳng hàng.
Cách đo ba điện áp rơi trên cọc đất (H.3.34)
Có những máy đo điện trở đất có phần đo điện thế rơi trên cọc đất 1 với cọc đất 2, khi đó bộ chỉ thị trên máy đo cho biết điện áp rơi trên hai cọc. Ví dụ, đo điện áp rơi trên cọc đất được xem là cọc an toàn của tải với cọc trung tính của lưới điện (H.3.34).
1- Cọc phụ áp (Cọc trung tính); 2- Cọc đất đo
Hình 3.34: Đo điện áp rơi trên cọc đất
Nếu kết quả đo được điện áp dưới 10V thì khả năng an toàn chấp nhận được và khi đó chúng ta có thể đo điện trở đất của cọc đất an toàn cho tải.
Trong trường hợp điện áp trên lớn hơn 10V thì việc đo điện trở đất của cọc đất bị ảnh hưởng và khả năng an toàn phải lưu ý do có sự hiện diện của dòng rỉ và sự hiện hữu của dòng trung tính do sự mất cân bằng của lưới điện.