Điện trở suất của đất là gì? Phương pháp đo ra sao?

Nối các cọc tiếp địa bằng các dây đồng, hàn hoặc các bulông đồng.

Điện trở suất của đất là điện trở của một khối đất lập phương bằng 1m3, với dòng điện chảy từ một mặt của khối đất này sang mặt đối diện.

Điện trở suất của đất là gì?

Đất là vật thể xốp có tính mao dẫn, bao gồm các thành phần ở thể rắn, thể lỏng và thể khí.

  • Phần thể rắn: gồm một số lượng lớn các hạt nhỏ bé của các khoáng chất khác nhau. Thường có đường kính từ 0,1 mm đến 3 mm và các cấu thành hữu cơ vi động và thực vật.
  • Phần thể lỏng (dung dịch đất): đây là nước với các chất chứa trong các phần thể rắn và khí của đất hoà tan trong nước.
  • Phần thể khí: chủ yếu là khí ôxy, nitơ, cacbon dioxyd lấp đầy các lỗ của đất đá.

Các dung dịch đất là bộ phận dẫn điện chính ở trong đất. Các hạt cứng của đất (khoáng chất) dẫn điện rất yếu.

Trong dung dịch đất do ảnh hưởng của điện trường làm dịch chuyển các ion. Tạo nên hiện tượng dẫn điện của đất. Nồng độ ion trong dung dịch đất càng cao độ dẫn điện của đất càng lớn.

Trị số nghịch đảo của Độ dẫn điện của đất là Điện trở đất

Độ dẫn điện đối với một đơn vị thể tích (cm3 hoặc m3) của đất gọi là độ dẫn suất của đất. Thường được ký hiệu bằng chữ cái Hilạp là Xíchma-1/Ohm.m .
Điện trở của một đơn vị thể tích đất là điện trở suất của đất và được ký hiệu bằng chữ cái Hilạp ρ  (Rho).

Điện trở suất của đất là điện trở của một khối đất lập phương bằng 1m3, đối với dòng điện chảy từ một mặt của khối đất này sang mặt đối diện. Điện trở suất của đất có đơn vị là Ωm.

Điện trở suất của đất và hệ thống tiếp địa

Điện trở suất với mọi đất đá ở một nhiệt độ nào đó sẽ giảm khi độ ẩm tăng. Cũng hệt như vậy điện trở suất của đất ở một độ ẩm nào đó cũng giảm khi nhiệt độ tăng.

Điều kiện khí quyển và khí hậu thay đổi trong năm nên độ ẩm trong đất và nhiệt độ của nó thay đổi làm thay đổi điện trở suất của đất. Sự dao động điện trở suất đất chủ yếu đối với các lớp đất phân bố càng gần với bề mặt đất.

Lưu ý

Điện trở suất của đất là gì? Phương pháp đo ra sao?

Điện trở suất của đất ở độ sâu từ 1 đến 3 mét có trị số thay đổi theo thời gian trong năm. Tuy nhiên chênh lệch giá trị điện trở suất của đất từ cực tiểu đến cực đại không quá 2 lần. Điện trở suất của các lớp đất bố trí ở độ sâu lớn hơn 5m. Hầu như không thay đổi về trị số theo thời gian trong năm.

Do đó, để nhận được tiếp đất có trị số điện trở ổn định ở thời điểm bất kỳ trong năm thì ta nên thực hiện 1 trong 2 cách sau:

  • Cách 1: Bố trí cọc tiếp địa hoặc ở lớp đất có độ sâu từ 1m đến 5m. Có sự hiệu chỉnh của hệ số mùa trong năm.
  • Cách 2: Hoặc bố trí ở lớp đất sâu từ 5m đến 30m. Ở độ sau này hầu như không có sự thay đổi điện trở suất của đất theo mùa.

Cách tính điện trở suất của đất

Khi bố trí tiếp địa ở độ sâu 2-5 m, trị số điện trở suất đo được bằng máy đo sẽ nhân với hệ số hiệu chỉnh K (xem bảng 1) phù hợp với điều kiện đo. Từ đó đưa ra trị số điện trở suất của đất có khả năng lớn nhất trong thơì gian làm việc của hệ thống tiếp đất. Trị số điện trở suất tính toán của đất (ρtt) được xác định theo công thức:

 ρtt = ρdo K

Trong đó

  • ρdo là trị số điện trở suất của đất đo được trên diện tích bố trí hệ thống tiếp đất
  • K là hệ số điều chỉnh

Lưu ý khi tính điện trở xuất đất

Khi lựa chọn trị số K, nên căn cứ vào các số liệu khí tượng làm ảnh hưởng đến trị số điện trở suất của đất như là lượng mưa trung bình v.v

Khi thiết kế hệ thống tiếp địa, cần bảo đảm trị số điện trở tiếp đất không vượt quá trị số yêu cầu ở bất kỳ một thời điểm nào trong năm. Sự dao động trị số điện trở tiếp đất ở độ sâu từ 1 đến 3m thường là không trùng nhau giữa năm này và năm trước. Thêm vào đó đối với mỗi vùng khác nhau có các số liệu khí hậu và khí tượng khác nhau. Thậm chí ngay cùng loại đất điện trở suất của đất thay đổi khác nhau theo thời gian trong năm.

Do đó, ta cần biết các số liệu thực nghiệm về sự dao động trị số điện trở suất theo mùa trong nhiều năm thì thiết kế hệ thống tiếp đất mới chuẩn xác.

Phương pháp đo điện trở suất của đất

Điện trở suất đất là một tham số rất quan trọng. Phải được quan tâm xem xét. Điện trở của đất có ảnh hưởng đến quá trình lan truyền dòng điện trong đất. Ngoài ra còn có:

  • Quá trình tính toán tiếp đất chống sét
  • Tiếp đất an toàn
  • Cân bằng điện thế tại các nhà máy điện hoặc trạm biến áp điện
  • Tính toán các loại tiếp đất cho các công trình viễn thông, truyền hình .v.v.

Trị số điện trở tiếp đất tỉ lệ thuận với điện trở suất của đất ρ bao xung quanh cọc tiếp địa.

Để xác định điện trở suất của đất, người ta phải áp dụng các phép đo thích hợp.

Phân loại phương pháp đo điện trở suất của đất như thế nào?

Đo điện trở suất của đất trên cơ bản là thăm dò điện cực thẳng đứng theo hai mạch:

  • Mạch Wenner
  • Mạch Schlumberger

Đa số các trường hợp trong thực tế thường gặp là đất có kết cấu hai lớp.

  • Lớp trên có chiều dày h và điện trở suất ρ1.
  • Lớp dưới có điện trở suất ρ2 .

Để xác định các tham số ρ1ρ 2 và h người ta đã dùng phương pháp phổ biến: Thăm dò điện thẳng đứng mà thực chất là chọn một tâm thăm dò O.

Sau đó bằng phương pháp bốn điện cực tiến hành đo một loạt điện trở suất của đất với khoảng cách giữa các điện cực khác nhau.

Theo các số liệu đo được, xây dựng đường cong chỉ sự phụ thuộc điện trở suất của đất vào khoảng cách và so sánh với đường chuẩn (theo tấm mẫu).

Sự so sánh cho phép xác định gần đúng kết cấu đất và trị số điện trở suất của các lớp đất.

Phương pháp đo điện trở suất của đất, thăm dò Wenner

Các điện cực A, B, M, N được bố trí đối xứng với tâm thăm dò (tâm đo) O. Khi đó các điện cực phía ngoài A, B là các điện cực dòng. Còn các điện cực phía trong M, N là các điện cực điện thế.

Điện trở suất của đất là gì? Phương pháp đo ra sao?

Cho mỗi lần đo, tất cả các điện cực kéo giãn dần ra và bảo đảm đối xứng với tâm thăm dò O.

  • Phép đo đầu tiên được tiến hành với khoảng cách AB = 1,5 m (khoảng cách giữa các điện cực liền kề nhau a = 0,5 m).
  • Phép đo thứ hai với AB = 2,1 m (a = 0,7 m).

Để nhận đựơc bản đồ đầy đủ đo điện trở suất của đất, người ta khuyến nghị tiến hành một loạt các phép đo với khoảng cách giữa các điện cực ngoài cùng (AB) và khoảng cách giữa các điện cực liên tiếp (a) như trình bày trong bảng 2.

Điện trở suất của đất là gì? Phương pháp đo ra sao?

Tuỳ theo việc tăng khoảng cách giữa các điện cực AB chỉ thị của máy đo sẽ giảm. Quá trình đo cần phải tiếp tục cho đến khi mà đạt tới giới hạn dưới của thang máy đo điện trở đất. Tuyệt đại đa số các trường hợp đo được kết thúc khi AB = (90-120) m.

Đo điện trở suất của đất theo phương pháp Schlumberger

Đo điện trở suất của đất theo phương pháp Schlumberger
Đo điện trở suất của đất theo phương pháp Schlumberger

Khi thăm dò theo Schlumberger cũng phải bảo đảm các điện cực đối xứng đối với tâm thăm dò. Chỉ kéo giãn các điện cực dòng A và B còn các điện cực điện thế vẫn giữ nguyên vị trí như cũ.

Mạch Schlumberger chỉ thị của máy đo sẽ giảm nhanh hơn so với đo theo mạch Wenner sau mỗi lần đo tiếp theo.

Trong kết quả đo giới hạn dưới của máy đo tiếp đất và điện trở suất sẽ đạt được với khoảng cách giữa các điện cực A và B nhỏ đáng kể.

Phương pháp đo điện trở suất của đất Schlumberger

Phương pháp đo điện trở suất của đất Schlumberger với khoảng cách nhỏ cho độ chính xác cao, vì vậy bắt đầu đo hợp lý là chọn phương pháp này. 

Để đạt giới hạn dưới của thang đo, tiếp tục chuyển sang đo theo mạch Wenner bằng cách như sau:

  • Các điện cực dòng giữ nguyên ở vị trí cũ. Các điện cực thế được đưa ra xa với khoảng cách MN = AB/3. Cần tiến hành đo tiếp điện trở suất của đất.
  • Thông thường người ta chuyển sang đo theo mạch Wenner khi AB = (30 – 45) m.
Phương pháp đo điện trở suất của đất Schlumberger

Việc xác định điện trở suất biểu kiến được tiến hành theo công thức

Theo các số liệu đo nhận được, cần xây dựng đường cong sự phụ thuộc của điện trở suất biểu kiến vào l. Có nghĩa là PK = f(l ) = f(AB/2), trên giấy có hai trục theo tỉ lệ logarit.

Phương pháp đo điện trở suất của đất Schlumberger

Đồ thị hàm số PK = f(l )

Sau khi đồ thị được xây dựng, người ta mang đặt lên một tấm có các đường cong mẫu và dịch chuyển để sao cho đồ thị trùng vào với một đường cong mẫu hoặc nằm trong giới hạn của hai đường cong mẫu kề cận nhau.

Phương pháp đo điện trở suất của đất Schlumberger

Tấm mẫu

Sau khi đạt được sự trùng hợp người ta tiến hành xác định các tham số của đất có kết cấu hai lớp.

Xác định các tham số của đất có kết cấu hai lớp

Trục tung của tấm mẫu cắt trục hoành của đường cong thăm dò điện thẳng đứng tại chiều dầy của lớp đất trên h, còn trục hoành của tấm mẫu cắt trục tung của đường cong thăm dò điện thẳng đứng tại giá trị điện trở suất của lớp đất trên ρ1.

Giá trị điện trở suất ρ2 được xác định theo đoạn nằm ngang ở cuối đường cong thăm dò điện thẳng đứng, vì rằng khi l lớn điện trở suất biểu kiến sẽ tiệm cận với điện trở suất của lớp dưới (ρK-> ρ2).

Hình dưới là ví dụ xác định các tham số ρ1ρ2 và h

Trong ví dụ này ρ1 = 200 Ωm, ρ2 = 45 Ωm và h = 2,4 m.

Phương pháp đo điện trở suất của đất Schlumberger

Xác định các tham số của đất có kết cấu hai lớp. Xác định theo đường cong thăm dò điện thẳng đứng (đường liền nét)  PK = f (l) ) và các trục toạ độ của nó nhờ đường cong tấm mẫu (đường chấm chấm).

Trong những trường hợp phổ biến đường cong thăm dò điện thẳng đứng trùng hoàn toàn với tấm mẫu của đất có kết cấu hai lớp, tuy nhiên trong vài trường hợp đường cong thăm dò điện thẳng đứng có thể khác với tấm mẫu hai lớp. Khi đó xảy ra hai trường hợp đặc trưng.

Trường hợp thứ nhất

Đoạn nằm ngang ở cuối đường cong thăm dò trùng với đường cong tấm mẫu. Có nghĩa là ở độ sâu lớn đất đồng nhất, còn ở lớp trên đất có kết cấu phức tạp hơn. Ví dụ được chỉ ra trên hình với

  • h = 1,0 m
  • ρ1 = 150 Ωm
  • ρ2 = 42 Ωm
Phương pháp đo điện trở suất của đất Schlumberger

Xác định các tham số của đất theo đường cong thăm dò điện thẳng đứng. Có hình dạng khác với tấm mẫu. Đường cong thăm dò điện thẳng đứng được biểu diễn bởi đường liền nét, đường không liền nét là đường cong tấm mẫu.

Trường hợp thứ hai

  • Khi lớp trên có độ dẫn tốt với độ dầy h > 5 m
  • Đường cong thăm dò điện thẳng đứng có thể không nhận được đầy đủ
  • Không có đoạn nằm ngang ở nhánh dưới

Theo đường cong thăm dò như vậy ta chỉ có thể xác định hai tham số là ρ1 , h. Trong ví dụ này h = 7,0 m, ρ1 = 1200 Ωm. Một cách tương đối ta có thể nói rằng ρ2 có trị số không lớn hơn 50 Ωm.

Phương pháp đo điện trở suất của đất Schlumberger

Xác định tham số của đất theo đường cong thăm dò điện thẳng đứng không có nhánh dưới. Đường liền nét là đường cong thăm dò điện thẳng đứng, đường không liền nét là đường cong tấm mẫu.

Theo quy trình đo điện trở suất của đất do Phòng địa vật lý – Tổng cục địa chất ban hành, việc đo được tiến hành trình tự theo các khoảng cách như quy định trong bảng dưới:

Phương pháp đo điện trở suất của đất Schlumberger

Chọn vị trí đo điện trở suất của đất

Phương pháp đo điện trở suất của đất Schlumberger

Để xác định điện trở suất của đất cho một vùng dự kiến trang bị hệ thống tiếp đất hình chữ nhật, người ta cần bố trí các mạch đo tại tối thiểu 5 điểm theo 5 hướng như minh họa.

Hy vọng qua bài viết này, ChongSet có thể cung cấp đến quý khách hàng những kiến thức cần thiết nhất về cách đo điện trở suất của đất.

Bài viết được sưu tầm

Tham khảo thêm:

0/5 (0 Reviews)