Hệ thống tiếp địa nhà xưởng gồm hai phần làm hai việc khác nhau: nối đất an toàn để dòng rò đi xuống đất thay vì qua người, và chống sét để dẫn dòng sét xuống đất trước khi nó vào mái, tủ điện hay máy móc. Trị số thường gặp trong hồ sơ thiết kế là điện trở nối đất an toàn không quá 4 Ω, nối đất chống sét không quá 10 Ω, còn tiếp địa cho máy tính, PLC, thiết bị điện tử thường được yêu cầu từ 1 Ω trở xuống. Đạt hay không phải đo bằng máy, có biên bản, không đoán bằng mắt.
Tiếp địa và chống sét là một hạng mục nằm trong tổng thể lắp đặt hệ thống điện nhà xưởng, thường làm sớm nhất vì cọc và cáp nằm dưới nền, đổ bê tông xong là khó sửa. Bài này đi theo đúng thứ tự công việc ngoài công trường: thiết kế, thi công, đo kiểm và bảo trì.
Tiếp địa nhà xưởng gồm những hệ nào?
Một nhà xưởng sản xuất thông thường có ba hệ nối đất. Không phải xưởng nào cũng cần đủ ba, nhưng nên biết để đọc bản vẽ cho đúng.
| Hệ nối đất | Nối vào đâu | Trị số thường yêu cầu |
|---|---|---|
| Nối đất an toàn (bảo vệ) | Vỏ tủ điện, vỏ động cơ, máng cáp, khung máy, thanh PE trong tủ | ≤ 4 Ω |
| Nối đất chống sét | Kim thu sét hoặc mái tôn, dây xuống, bãi cọc riêng | ≤ 10 Ω |
| Nối đất kỹ thuật (điện tử, viễn thông) | Tủ PLC, server, máy CNC, thiết bị đo lường, phòng sạch | Thường ≤ 1 Ω, theo yêu cầu nhà sản xuất thiết bị |
Các trị số trên lấy theo cách làm phổ biến ở Việt Nam, dựa trên TCVN 9385:2012 về chống sét cho công trình xây dựng, TCVN 4756:1989 về nối đất và nối không thiết bị điện, cùng quy phạm trang bị điện. Con số cuối cùng phải ghi trong hồ sơ thiết kế được duyệt; nếu chủ đầu tư nước ngoài áp dụng IEC 62305 hoặc tiêu chuẩn riêng của tập đoàn, yêu cầu có thể chặt hơn.
Thiết kế: bắt đầu từ đất, không phải từ số cọc
Cùng một bản vẽ 10 cọc, đặt ở Thủ Đức có thể đạt, đặt trên nền sỏi đá ong ở Bàu Bàng có thể không. Lý do nằm ở điện trở suất của đất, đơn vị Ω·m. Đất sét ẩm có điện trở suất thấp, đất cát khô, sỏi, đá ong cao hơn nhiều lần. Vì vậy bước đầu tiên của thiết kế là đo điện trở suất đất tại chỗ, hoặc ít nhất đóng thử một cọc rồi đo.
Những thông tin người thiết kế cần
- Mặt bằng nhà xưởng, vị trí trạm biến áp, tủ điện tổng (MSB) và các tủ phân phối.
- Kết quả đo điện trở suất đất hoặc hồ sơ địa chất của khu đất.
- Kết cấu mái: mái tôn, độ dày tôn, có tấm lấy sáng hay không, có pin mặt trời áp mái hay không.
- Danh sách thiết bị nhạy: PLC, máy CNC, máy may điện tử, server, hệ thống camera, báo cháy.
- Yêu cầu của chủ đầu tư hạ tầng khu công nghiệp và của bên thẩm duyệt phòng cháy chữa cháy.
Ví dụ ước tính số cọc
Để dễ hình dung, lấy một cọc thép mạ đồng đường kính 16 mm, dài 2,4 m, đóng thẳng đứng trong đất có điện trở suất 100 Ω·m. Theo công thức gần đúng cho cọc đơn, điện trở một cọc vào khoảng 40 Ω. Muốn cả hệ đạt 4 Ω, cần chừng 14–15 cọc khi tính thêm hệ số sử dụng (các cọc đặt gần nhau ảnh hưởng lẫn nhau, hiệu quả chỉ còn khoảng 70%). Nếu đất có điện trở suất gấp đôi, số cọc cũng tăng gần gấp đôi.
Đây chỉ là ước tính sơ bộ để thấy vì sao không có “số cọc chuẩn” cho mọi xưởng. Khi thiết kế thật, kỹ sư tính cả cáp đồng trần nối các cọc, vốn cũng góp phần giảm điện trở.
Chống sét trực tiếp cho mái nhà xưởng
Có hai cách hay gặp:
- Kim thu sét cổ điển và lưới thu sét: kim thu đặt dọc nóc mái, nối với nhau bằng dây dẫn, rồi đi xuống đất bằng nhiều dây xuống chia đều quanh nhà.
- Kim thu sét phát tia tiên đạo (ESE): một hoặc vài đầu kim đặt trên cột cao, bán kính bảo vệ lớn, thường dùng cho xưởng mái rộng, ít muốn khoan mái. Loại này thiết kế theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất (thường là NF C 17-102), nên hồ sơ cần đi kèm catalogue và bảng tính bán kính bảo vệ.
Mái tôn kim loại liên tục, đủ dày và liên kết điện tốt có thể được tính là bộ phận thu sét tự nhiên. Việc có dùng được hay không do người thiết kế kiểm tra theo tiêu chuẩn áp dụng, nhất là ở chỗ có tấm lấy sáng, ống thông gió hay giàn pin mặt trời nhô lên khỏi mái.
Dây xuống không nên dồn về một góc. Theo IEC 62305, khoảng cách giữa các dây xuống từ 10 m đến 20 m tùy cấp bảo vệ. Với xưởng khung thép, cột thép có thể dùng làm dây xuống tự nhiên nếu được nối liên tục với móng và bãi tiếp địa.
Tách riêng hay nối chung các hệ tiếp địa?
Nhiều hồ sơ ở Việt Nam vẫn tách bãi cọc chống sét ra khỏi bãi cọc an toàn, đặt cách nhau một khoảng. Trong khi đó IEC khuyến nghị liên kết các hệ nối đất với nhau qua thanh đẳng thế, để khi sét đánh không xuất hiện điện áp chênh lệch lớn giữa vỏ máy và kết cấu nhà. Hai cách đều có cơ sở; điều quan trọng là bản vẽ ghi rõ một phương án, và ngoài công trường làm đúng phương án đó, không nối tắt tùy tiện.
Thi công hệ thống tiếp địa và chống sét
Trình tự dưới đây là cách làm phổ biến cho nhà xưởng xây mới.
- Định vị bãi cọc: theo bản vẽ, tránh đường ống nước, cống thoát và móng cột. Bãi cọc chống sét đặt gần chân dây xuống, bãi cọc an toàn gần tủ điện tổng.
- Đào rãnh: sâu khoảng 0,6–0,8 m để đỉnh cọc nằm dưới mặt đất, không bị cày xới hay ăn mòn do khô ướt liên tục.
- Đóng cọc: khoảng cách giữa hai cọc tối thiểu bằng chiều dài cọc, tốt hơn là gấp đôi. Cọc đặt quá sát nhau thì thêm cọc mà điện trở giảm rất ít.
- Nối cọc bằng cáp đồng trần: tiết diện theo thiết kế, phổ biến từ 50 mm² trở lên. Mối nối dưới đất nên dùng hàn hóa nhiệt; kẹp bu lông chôn dưới đất lâu ngày dễ gỉ và lỏng.
- Đo trước khi lấp: đo điện trở ngay khi bãi cọc xong. Chưa đạt thì đóng thêm cọc lúc rãnh còn mở, rẻ hơn rất nhiều so với đục nền sau này.
- Lấp đất và làm hộp kiểm tra: tại mỗi bãi cọc có một hộp kiểm tra (hố thăm) với điểm tháo nối, để sau này đo định kỳ mà không phải đào.
- Kéo dây tiếp địa lên tủ: từ hộp kiểm tra đi cáp bọc lên thanh tiếp địa chính trong tủ điện tổng, rồi phân nhánh dây PE đến từng tủ, từng máy.
- Lắp kim thu, dây xuống: làm khi mái đã hoàn thiện; dây xuống kẹp chắc vào tường hoặc cột, đoạn gần mặt đất có ống bảo vệ chống va đập.
Liên kết đẳng thế trong xưởng
Ngoài cọc và cáp dưới đất, phần dễ bị bỏ sót là nối các vật bằng kim loại trong xưởng về cùng một hệ: khung kèo, máng cáp và thang cáp, ống khí nén, ống nước kim loại, khung máy. Máng cáp phải nối liên tục qua các mối nối; cách làm cụ thể có trong bài lắp đặt máng cáp, thang cáp nhà xưởng. Với khu điện tử hoặc phòng sạch, sàn chống tĩnh điện và bàn thao tác cũng nối về thanh đẳng thế, như đã nói trong bài điện nhà xưởng phòng sạch, điện tử.
Chống sét lan truyền trên đường điện
Kim thu sét chỉ lo phần sét đánh thẳng. Sét đánh gần hoặc đánh vào lưới điện vẫn có thể theo dây vào tủ, làm hỏng biến tần, PLC, nguồn máy tính. Phần này dùng thiết bị cắt sét (SPD), chia theo tầng:
- Tủ điện tổng: SPD loại 1 (hoặc loại 1+2) khi công trình có hệ thống chống sét trực tiếp.
- Tủ phân phối khu vực: SPD loại 2.
- Gần thiết bị nhạy: SPD loại 3 hoặc bộ lọc tại tủ điều khiển, tủ server, camera.
Dây nối từ SPD đến thanh tiếp địa càng ngắn càng tốt. SPD lắp đúng loại nhưng dây đất đi vòng vèo hơn một mét thì hiệu quả giảm rõ rệt.
Cần đo điện trở tiếp địa hoặc làm mới hệ thống chống sét cho xưởng? Đại Phú Thịnh khảo sát miễn phí trong 24h tại TP HCM, Bình Dương, Đồng Nai, Long An.
Đo kiểm điện trở nối đất
Đo là bước quyết định hệ thống có đạt hay không, và biên bản đo thường nằm trong hồ sơ nghiệm thu điện lẫn nghiệm thu phòng cháy chữa cháy.
Đo bằng phương pháp ba cực
Dụng cụ là máy đo điện trở đất chuyên dụng. Cách làm phổ biến:
- Tháo điểm nối trong hộp kiểm tra để tách bãi cọc cần đo khỏi phần còn lại.
- Kẹp dây máy vào bãi cọc (cực E).
- Đóng hai cọc phụ thẳng hàng: cọc điện áp (P) và cọc dòng (C), thường cách cọc E khoảng 10 m và 20 m theo hướng dẫn của máy.
- Đọc kết quả, rồi dời cọc P lên xuống vài mét đo lại. Các lần đo gần bằng nhau thì kết quả tin được; chênh nhiều thì cọc phụ đang đặt quá gần.
- Ghi biên bản: ngày đo, thời tiết, vị trí từng bãi cọc, trị số đo, loại máy và số seri.
Nên đo khi đất khô, không đo ngay sau mưa lớn, vì đất ướt cho kết quả đẹp hơn thực tế.
Đo không đạt thì xử lý thế nào?
- Đóng thêm cọc, đặt xa các cọc cũ ít nhất bằng chiều dài cọc.
- Dùng cọc dài hơn hoặc nối cọc để xuống lớp đất ẩm sâu hơn.
- Khoan giếng tiếp địa ở nơi mặt bằng chật, không đủ chỗ trải bãi cọc.
- Dùng hóa chất giảm điện trở đất quanh cọc và cáp, phù hợp với đất cát, sỏi, đá ong.
- Kiểm tra lại mối nối: nhiều trường hợp “điện trở cao” thực ra do mối kẹp lỏng hoặc gỉ.
Lỗi hay gặp ở hệ thống tiếp địa nhà xưởng
- Đo một lần lúc nghiệm thu rồi bỏ đó: sau vài năm, cọc và mối nối bị ăn mòn, điện trở tăng mà không ai biết.
- Nối dây PE vào ốc bắt vỏ tủ có sơn: lớp sơn cách điện làm tiếp xúc kém. Phải cạo sơn hoặc bắt vào thanh tiếp địa riêng.
- Máng cáp nối bằng bát không có dây nối đất qua mối nối: mỗi đoạn máng trở thành một khối kim loại “trôi nổi”.
- Giàn pin mặt trời lắp thêm trên mái nhưng không tính lại chống sét: khung pin nhô lên khỏi mái, có thể nằm ngoài vùng bảo vệ của kim thu cũ.
- Dùng chung dây trung tính (N) thay dây PE: trên dây N luôn có dòng, nối vỏ máy vào đó là nguy hiểm.
Đất ở mỗi khu vực cũng đặt ra vấn đề riêng. Vùng đất phèn có tính ăn mòn cao nên cần cọc mạ đồng dày và mối hàn hóa nhiệt, như phần phân tích trong trang thi công điện nhà xưởng tại Long An. Vùng đất đỏ, sỏi đá ong khô thì khó đạt trị số, thường phải tăng số cọc hoặc khoan sâu.
Bảo trì định kỳ
Hệ thống tiếp địa không có bộ phận chuyển động nên dễ bị quên. Lịch tối thiểu nên có:
| Việc | Tần suất gợi ý |
|---|---|
| Đo điện trở nối đất từng bãi cọc, lập biên bản | Mỗi năm một lần, trước mùa mưa |
| Kiểm tra kim thu, dây xuống, kẹp giữ trên mái và tường | Mỗi năm một lần và sau bão lớn |
| Kiểm tra đèn báo, bộ đếm sét của SPD trong tủ | Theo lịch bảo trì tủ điện, thường mỗi quý |
| Đo lại sau khi cải tạo nền, xây thêm, lắp pin mặt trời | Mỗi lần có thay đổi |
Khi cải tạo hoặc mở rộng xưởng, nên đưa hệ tiếp địa vào ngay giai đoạn thiết kế điện nhà xưởng, thay vì để cuối cùng mới tính.
Hỏi đáp về tiếp địa và chống sét nhà xưởng
Điện trở nối đất nhà xưởng bao nhiêu là đạt?
Thường gặp nhất là ≤ 4 Ω cho nối đất an toàn và ≤ 10 Ω cho nối đất chống sét. Khu điện tử, server có thể yêu cầu ≤ 1 Ω. Trị số cuối cùng theo hồ sơ thiết kế được duyệt.
Nhà xưởng mái tôn có cần kim thu sét không?
Phần lớn nhà xưởng vẫn cần hệ thống chống sét trực tiếp. Mái tôn có thể là bộ phận thu sét tự nhiên nếu đủ điều kiện về độ dày và liên kết, nhưng vẫn phải có dây xuống và bãi tiếp địa đạt trị số.
Bao lâu phải đo lại điện trở tiếp địa?
Nên đo mỗi năm một lần, tốt nhất vào cuối mùa khô, và đo lại mỗi khi cải tạo nền hoặc thay đổi kết cấu mái.
Đại Phú Thịnh nhận thiết kế, thi công và đo kiểm hệ thống tiếp địa, chống sét cho nhà xưởng xây mới lẫn xưởng đang hoạt động. Nếu xưởng của anh chị chưa có biên bản đo gần đây, hoặc sắp nghiệm thu phòng cháy chữa cháy, có thể gọi để đội kỹ thuật đến đo và báo lại tình trạng thực tế.
Gọi hoặc nhắn Zalo cho Đại Phú Thịnh để hẹn lịch đo tiếp địa, kiểm tra chống sét và nhận báo giá thi công cho nhà xưởng.
