Cọc Tiếp Địa: Phân Loại, Kích Thước Chuẩn và Cách Chọn Cho Công Trình

Cọc tiếp địa là phần nằm dưới đất của mọi hệ thống nối đất, từ chống sét nhà ở, nhà xưởng tới nối đất trung tính máy biến áp. Cọc chọn sai loại hoặc đóng không đủ, điện trở tiếp địa sẽ không đạt, và dòng sét hay dòng sự cố không có đường thoát an toàn xuống đất.

Bài này so sánh 3 loại cọc tiếp địa phổ biến là cọc thép mạ đồng, cọc đồng và cọc thép nhúng kẽm, kích thước tối thiểu theo TCVN, điện trở tiếp địa bao nhiêu là đạt, cần bao nhiêu cọc và cách chọn cho từng loại công trình.

1. Cọc tiếp địa là gì, dùng để làm gì?

Cọc tiếp địa (còn gọi là cọc nối đất, điện cực đất) là thanh kim loại đóng thẳng đứng xuống đất, nối với dây tiếp địa để tản dòng điện xuống đất. Một hệ thống thường có nhiều cọc, liên kết với nhau bằng dây hoặc thanh kim loại chôn trong rãnh.

Cọc tiếp địa có mặt trong 3 kiểu nối đất chính:

• Nối đất chống sét: tản dòng sét đi từ kim thu sét, qua dây thoát sét xuống đất.
• Nối đất an toàn: nối vỏ kim loại của tủ điện, máy móc xuống đất, để khi rò điện thì thiết bị bảo vệ cắt nhanh và người chạm vào không bị điện giật.
• Nối đất làm việc: nối trung tính máy biến áp, máy phát điện xuống đất theo thiết kế lưới điện.

Hiệu quả của cả hệ thống được đánh giá bằng điện trở tiếp địa. Con số này phụ thuộc vào loại cọc, số cọc, cách bố trí và điện trở suất của đất tại chỗ.

2. Ba loại cọc tiếp địa phổ biến hiện nay

2.1. Cọc tiếp địa thép mạ đồng

Lõi thép cứng bên trong, bên ngoài phủ lớp đồng. Lõi thép giúp cọc chịu được lực đóng búa, lớp đồng giúp chống ăn mòn và dẫn điện tốt. Đường kính phổ biến là phi 14 và phi 16 mm, dài 1,2 m đến 3 m, trong đó loại dài 2,4 m dùng nhiều nhất. Nhiều loại có đầu ren để nối dài bằng khớp nối khi cần đóng sâu. Đây là loại được dùng nhiều nhất cho chống sét và nối đất công trình dân dụng, công nghiệp.

2.2. Cọc tiếp địa đồng nguyên chất

Làm hoàn toàn bằng đồng nên chống ăn mòn tốt nhất và bền trong đất nhiễm mặn, đất chua. Nhược điểm là đồng mềm, khó đóng vào nền đất cứng, và giá cao nhất trong 3 loại.

2.3. Cọc tiếp địa thép nhúng kẽm nóng

Có dạng thanh thép tròn hoặc thép góc, phủ kẽm bằng phương pháp nhúng nóng. Trên lưới điện phân phối, cọc thép góc V63x63x6 dài 2,5 m rất thông dụng để nối đất cột điện và trạm biến áp. Giá rẻ nhất, nhưng lớp kẽm bị ăn mòn nhanh hơn trong đất ẩm, chua hoặc nhiễm mặn.

Hình 1: Cọc tiếp địa thép nhúng kẽm dạng thanh tròn và thép góc Green Power Sài Gòn cung cấp

3. Kích thước cọc tiếp địa theo tiêu chuẩn

TCVN 9358:2012 về lắp đặt hệ thống nối đất cho công trình công nghiệp quy định kích thước tối thiểu của cọc (mục 5.2):

• Cọc thép tròn: đường kính không nhỏ hơn 16 mm.
• Cọc bằng kim loại khác thép, hoặc có lớp bọc ngoài không phải sắt thép (ví dụ cọc mạ đồng): đường kính không nhỏ hơn 12 mm.
• Cọc thép góc: dày không nhỏ hơn 4 mm, phải mạ kẽm nóng hoặc được chống ăn mòn bằng cách khác.
• Cọc ống thép: đường kính trong tối thiểu 19 mm, thành ống dày tối thiểu 2,45 mm.

Tiêu chuẩn này cũng cấm dùng thép gai hoặc thanh cốt thép làm cọc tiếp địa. Về độ sâu, đỉnh cọc nên nằm dưới mặt đất từ 0,5 m đến 1,2 m, và nên đóng sâu hơn khi điện trở suất của đất giảm dần theo độ sâu.

Với cọc thép mạ đồng, chất lượng nằm ở độ dày lớp đồng. Tiêu chuẩn quốc tế IEC 62561-2 yêu cầu lớp đồng tối thiểu 250 µm. Nhiều nhà sản xuất cọc đạt chuẩn UL 467 ghi lớp đồng 254 µm (10 mil). Lớp mạ quá mỏng dễ bị trầy, bong khi đóng, khiến lõi thép bị gỉ nhanh.

4. Điện trở tiếp địa bao nhiêu là đạt?

Không có một con số chung cho mọi hệ thống. Các mức hay được viện dẫn ở Việt Nam:

Giá trị cụ thể của từng công trình do hồ sơ thiết kế quy định. Phòng máy, trạm viễn thông hay thiết bị điện tử nhạy cảm thường yêu cầu thấp hơn các mức trên.

5. Cần bao nhiêu cọc và bố trí thế nào?

Số cọc không cố định mà phụ thuộc điện trở suất của đất, chiều dài cọc và mức điện trở cần đạt. Cách làm thực tế là đóng theo thiết kế, đo điện trở, chưa đạt thì bổ sung cọc hoặc tăng chiều sâu. Một số nguyên tắc bố trí:

• Khoảng cách giữa các cọc ít nhất bằng chiều dài cọc. TCVN 9385:2012 lưu ý điện trở giảm rất ít khi các cọc đặt gần nhau hơn chiều dài đóng xuống đất. Với cọc 2,4 m, đặt các cọc cách nhau từ 2,4 m trở lên, xa hơn càng tốt.
• Liên kết các cọc bằng dây đồng trần hoặc thép dẹt nhúng kẽm chôn trong rãnh, tạo thành một mạng chung.
• Đất khó như đất đá, cát khô: dùng cọc có ren để nối dài và đóng sâu hơn, kết hợp hóa chất giảm điện trở đất.
• Dây nối lên thiết bị nên ngắn và đi thẳng, hạn chế uốn cong hoặc cuộn vòng, vì dây càng dài càng cản trở dòng sét.

Hình 2: Cọc tiếp địa của một ngôi nhà ở Úc. Dây nối cuộn vòng như trong ảnh là cách làm không nên, vì làm dây dài thêm và cản trở dòng sét. Ảnh: Ali K, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

6. Cách chọn cọc tiếp địa cho từng công trình

Nên dùng đồng bộ một loại vật liệu cho cọc và dây chôn trong đất. Đồng và thép mạ kẽm nối trực tiếp với nhau dưới đất sẽ tạo thành cặp pin điện hóa, làm lớp kẽm bị ăn mòn nhanh. Trường hợp buộc phải kết hợp, dùng phụ kiện nối phù hợp theo hướng dẫn của thiết kế.

7. Phụ kiện đi kèm cọc tiếp địa

• Kẹp tiếp địa: kẹp chặt dây tiếp địa vào đầu cọc, tạo tiếp xúc điện chắc chắn. Xem kẹp tiếp địa.
• Khớp ren nối cọc: nối hai cọc có ren thành một cọc dài để đóng sâu. Xem khớp ren nối cọc tiếp địa.
• Dây tiếp địa: dây đồng trần, cáp đồng hoặc dây tiếp địa thép nhúng kẽm, liên kết các cọc và nối lên thiết bị.
• Mối hàn hóa nhiệt: thay cho kẹp ở các mối nối chôn dưới đất, cho mối nối bền và điện trở tiếp xúc thấp.
• Hóa chất giảm điện trở đất: đổ quanh cọc ở nơi đất có điện trở suất cao.
• Kim thu sét: với hệ thống chống sét, dòng sét đi từ kim thu lôi qua dây thoát sét xuống các cọc.

Hình 3: Kẹp tiếp địa Green Power Sài Gòn cung cấp

8. Đo điện trở tiếp địa sau khi thi công

Sau khi đóng cọc và đấu nối, bắt buộc đo điện trở tiếp địa bằng máy đo điện trở đất chuyên dụng. Cách phổ biến là phương pháp 3 cực: ngoài cọc cần đo, cắm thêm 2 cọc phụ thẳng hàng theo khoảng cách hướng dẫn của máy đo. Kết quả phải thấp hơn mức yêu cầu của thiết kế và được ghi vào biên bản nghiệm thu.

Điện trở tiếp địa thay đổi theo độ ẩm của đất, nên đo vào mùa khô sẽ cho kết quả sát với trường hợp xấu nhất. Nên đo lại định kỳ, nhất là trước mùa mưa bão, vì cọc và mối nối bị ăn mòn dần theo thời gian.

Hình 4: Máy đo điện trở tiếp địa kỹ thuật số. Ảnh: Powerfox, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

9. Giá cọc tiếp địa phụ thuộc vào gì?

Khi so sánh báo giá, cần so trên cùng quy cách. Giá một cây cọc tiếp địa chênh nhau chủ yếu do:

• Vật liệu: đồng nguyên chất đắt nhất, thép mạ đồng ở giữa, thép nhúng kẽm rẻ nhất.
• Đường kính và chiều dài: phi 16 dài 2,4 m đắt hơn phi 14 dài 1,2 m.
• Độ dày lớp đồng: lớp 250 µm trở lên đắt hơn loại mạ mỏng, nhưng bền hơn nhiều năm.
• Đầu ren, khớp nối: cọc có ren nối dài được thường đắt hơn cọc trơn.
• Xuất xứ và chứng từ: hàng có CO, CQ, chứng nhận thử nghiệm thường có giá cao hơn.
• Số lượng đặt hàng: mua theo dự án thường có giá tốt hơn mua lẻ.

Green Power Sài Gòn cung cấp cọc tiếp địa mạ đồng phi 14, 16, cọc tiếp địa bằng đồng, cọc tiếp địa nhúng kẽm cùng kẹp, khớp nối, dây tiếp địa và kim thu lôi. Gửi quy cách và số lượng để nhận báo giá, hoặc xem toàn bộ sản phẩm tiếp địa, thu lôi.

10. Câu hỏi thường gặp

Cọc tiếp địa mạ đồng và cọc đồng khác nhau thế nào?

Cọc mạ đồng có lõi thép và lớp đồng bên ngoài, cứng, đóng sâu tốt, giá vừa phải. Cọc đồng làm hoàn toàn bằng đồng, chống ăn mòn tốt nhất nhưng mềm và đắt hơn. Cách phân biệt nhanh: nam châm hút được cọc mạ đồng vì có lõi thép, còn cọc đồng nguyên chất thì không hút.

Cọc tiếp địa dài bao nhiêu là đủ?

Loại dài 2,4 m được dùng nhiều nhất cho công trình dân dụng và công nghiệp. Chiều dài cần thiết do thiết kế quyết định theo điện trở suất của đất. Đất có điện trở suất cao thì dùng cọc có ren để nối dài và đóng sâu hơn.

Có dùng sắt thép xây dựng làm cọc tiếp địa được không?

Không. TCVN 9358:2012 không cho phép dùng thép gai hoặc thanh cốt thép làm cọc tiếp địa. Loại thép này không có lớp chống ăn mòn, gỉ nhanh trong đất làm điện trở tiếp địa tăng dần theo thời gian.

Hệ thống chống sét nhà ở cần mấy cọc tiếp địa?

Không có số cố định. Yêu cầu là toàn mạng nối đất chống sét đạt không quá 10 Ω theo TCVN 9385:2012. Đất ẩm, điện trở suất thấp có thể chỉ cần vài cọc, đất khô, đất đá cần nhiều cọc hơn. Hãy đóng theo thiết kế rồi đo, chưa đạt thì bổ sung cọc.

Làm sao biết cọc mạ đồng đạt chất lượng?

Yêu cầu nhà cung cấp ghi rõ độ dày lớp đồng và kèm chứng nhận thử nghiệm. Lớp đồng tối thiểu theo IEC 62561-2 là 250 µm. Quan sát bề mặt cọc: lớp đồng phải bám đều, không bong tróc ở đầu nhọn và đầu ren sau khi đóng.

Nguồn ảnh: Ảnh bìa, Hình 1 và Hình 3 là ảnh sản phẩm của Green Power Sài Gòn. Hình 2: Ali K, CC BY-SA 3.0. Hình 4: Powerfox, CC BY-SA 4.0. Các ảnh CC lấy từ Wikimedia Commons.