Tính toán tiếp địa nhà dân: cần bao nhiêu cọc?

Không có một con số cọc dùng chung cho mọi nhà: số cọc phụ thuộc điện trở suất của đất và mức điện trở cần đạt. Với hệ chống sét, TCVN 9385:2012 khuyến nghị cả mạng nối đất không vượt quá 10 Ω. Ở đất khoảng 100 Ω·m, một cọc đứng dài 2,4 m chỉ cho chừng 36 Ω, nên thường phải ghép khoảng 5 đến 6 cọc đặt giãn cách. Đất khô, đất lẫn đá thì cần nhiều hơn hẳn. Mọi con số tính trên giấy chỉ là ước lượng, số thật phải đo sau khi đóng.

Mục tiêu: điện trở bao nhiêu thì đủ

Theo Điều 13.1 của TCVN 9385:2012, toàn bộ mạng nối đất của hệ chống sét nên có điện trở tổng hợp không vượt quá 10 Ω, tính khi chưa nối với bất kỳ hệ thống nào khác; điện trở của từng cọc thì không nên vượt quá 10 Ω nhân với số cọc được bố trí. Tiêu chuẩn cũng nói rõ giá trị càng nhỏ càng tốt, vì điện trở thấp giúp giảm chênh lệch điện áp quanh bãi cọc khi dòng sét tản xuống đất.

Cần lưu ý đây là tiêu chuẩn khuyến nghị cho hệ chống sét. Tiếp địa cho mục đích khác như an toàn điện, tủ viễn thông, điện mặt trời có thể có yêu cầu riêng. Nếu dùng chung một mạng nối đất cho nhiều hệ, Điều 13.3 khuyên lấy giá trị thấp nhất mà hệ khắt khe nhất đòi hỏi. Bài điện trở tiếp địa bao nhiêu là đạt chuẩn giải thích thêm vì sao mỗi loại công trình có ngưỡng khác nhau.

Bước 1: biết đất nhà mình có điện trở suất bao nhiêu

Điện trở suất của đất (ký hiệu ρ, đơn vị Ω·m) là thông số đầu vào quan trọng nhất. Cùng một cọc, đất ẩm nhiều mùn có thể cho điện trở thấp hơn đất đồi khô hàng chục lần. Cách chắc chắn nhất là đo tại chỗ bằng phương pháp bốn cọc Wenner trước khi thiết kế; nếu chưa đo được, chỉ nên dùng bảng tham khảo theo loại đất để ước sơ bộ rồi đo bù sau.

Bước 2: ước điện trở của một cọc

Với một cọc đứng, kỹ sư thường dùng công thức Dwight (có trong các tài liệu IEEE về nối đất): R = ρ / (2π·L) × [ln(4L/d) − 1], trong đó L là chiều dài cọc trong đất và d là đường kính cọc, cùng đơn vị mét. Với các cọc thông dụng dài 1,5 đến 3 m, kết quả xấp xỉ 0,8 đến 0,9 lần ρ/L, nên cách nhẩm nhanh là R ≈ ρ / L (hơi thiên về an toàn).

Ví dụ tính cho một cọc dài 2,4 m, đường kính 16 mm, đóng thẳng đứng:

• Đất khoảng 30 Ω·m (đất sét ẩm): khoảng 11 Ω cho một cọc.
• Đất khoảng 100 Ω·m (đất thịt, đất ẩm thông thường): khoảng 36 Ω cho một cọc.
• Đất khoảng 300 Ω·m (đất khô, pha cát, lẫn sỏi): khoảng 107 Ω cho một cọc.

Bước 3: ghép nhiều cọc và vì sao không chia đều

Nếu các cọc đặt xa nhau vô hạn, n cọc song song sẽ cho điện trở bằng điện trở một cọc chia n. Thực tế vùng tản dòng quanh các cọc chồng lên nhau nên điện trở giảm ít hơn thế. Điều 14.3.1 của TCVN 9385:2012 lưu ý khi khoảng cách giữa các cọc nhỏ hơn chiều dài cọc thì mức giảm điện trở rất ít. Vì vậy cọc thường được đặt cách nhau ít nhất bằng chiều dài cọc, rộng được thì càng tốt.

Để ước nhanh, có thể dùng hệ số sử dụng η (thường khoảng 0,6 đến 0,85 tùy khoảng cách và cách xếp cọc): số cọc ≈ R một cọc / (R mục tiêu × η). Với đất 100 Ω·m, cọc 2,4 m, giả định η khoảng 0,7: 36 / (10 × 0,7) ≈ 5,1, tức cần khoảng 5 đến 6 cọc. Với đất 300 Ω·m, cùng cách tính ra khoảng 15 cọc, lúc này nên tính tới cọc dài hơn, mạch vòng hoặc cải tạo đất thay vì chỉ đóng thêm cọc ngắn.

Dây nối các cọc với nhau nếu chôn sâu ít nhất 0,6 m (theo Điều 13.1) cũng tham gia tản dòng, nên điện trở thực tế thường thấp hơn một chút so với phép tính chỉ tính cọc.

Đối chiếu với ví dụ trong TCVN 9385:2012

Phụ lục B.1.3 của tiêu chuẩn đưa ví dụ cho đất có điện trở suất 100 Ω·m: để mạng nối đất đạt khoảng 10 Ω có thể dùng một trong các cách sau.

• Cọc nối đất dạng vòng khép kín dài không nhỏ hơn 20 m, chôn sâu ít nhất 0,6 m.
• Các cọc đứng, mỗi cọc dài không dưới 1,5 m, tổng chiều dài các cọc không dưới 9 m.
• Các thanh bố trí hướng tâm dài không nhỏ hơn 20 m, chôn sâu ít nhất 0,6 m.
• Tận dụng móng bê tông cốt thép làm bộ phận nối đất khi đo kiểm được.

Vì sao vẫn phải đo sau khi đóng

Đất thật không đồng nhất: lớp trên có thể là đất đắp, xuống sâu gặp sỏi, đá hoặc lớp sét ẩm. Mùa khô và mùa mưa cũng làm số đo chênh nhau đáng kể. Vì thế Điều 14.3.2 khuyên đo điện trở ngay trong lúc đóng cọc để biết khi nào đã đủ, còn Điều 13.1 khuyên đo và ghi lại điện trở trước và sau khi hoàn thành các liên kết, làm mốc cho các lần đo sau. Phép tính ở trên chỉ giúp dự trù vật tư và mặt bằng, không thay được số đo thực tế. Xem thêm cách đo điện trở đất bằng máy.

ANH TÚ tính và đo tiếp địa theo đất thật

Bên em đo điện trở suất đất tại chỗ trước khi đề xuất số cọc, chiều dài cọc và cách bố trí, rồi đo lại trong và sau khi thi công để anh chị có số liệu rõ ràng. Với nền đất khô hoặc lẫn đá, bên em giải thích từng phương án để anh chị chọn. ANH TÚ phục vụ Phú Thọ, Hà Nội và các tỉnh miền Bắc, anh chị có thể gọi 0828 477 999 để hẹn lịch khảo sát.

Bài viết mang tính tham khảo, giúp anh chị hiểu chung về chống sét. Thông số và giải pháp cụ thể cần được xác định qua khảo sát thực tế tại công trình.