Što je otpor Zemlje

Što je otpor zemlje?

Definicija otpora zemlje

Elektrod zemlje je metalna štapačka ili ploča koja je zakopana u tlo i spojena s terminalom zemlje električnog sustava. Pruža niskootporan put za strujne greške i talasove od bljeskavica da se rasprše u tlo. Također pomaže u stabilizaciji napona sustava i smanjuje elektromagnetsku interferenciju.

Elektrodi zemlje mogu biti izrađeni od materijala poput bakra, čelika ili galvaniziranog željeza, koji se biraju zbog svoje vodljivosti i otpornosti na korozijski proces. Veličina, oblik, duljina i dubina elektroda ovisi o uvjetima tla, ocjeni struje i specifičnoj primjeni sustava zemljenja.

Faktori koji utječu na otpor zemljenja

Otpor zemlje uglavnom ovisi o upornosti tla između elektroda i točke nultog potencijala (beskonačna zemlja). Upornost tla utjecaju nekoliko faktora, kao što su:

• Vodljivost tla, koja je uglavnom posljedica elektrolize. Koncentracija vode, soli i drugih kemijskih spojeva u tlu određuje njegovu vodljivost. Vlažno tlo s visokim sadržajem soli ima nižu upornost od suhog tla s niskim sadržajem soli.

• Kemijski sastav tla, koji utječe na njegovu pH vrijednost i korozijske osobine. Kiselinsko ili lužninsko tlo može korodirati elektrode zemlje i povećati njegov otpor.

• Veličina zrna, uniformnost i pakiranje čestica tla utječu na njegovu poroznost i sposobnost zadržavanja vlage. Finozrnato tlo s uniformnim rasporedom i kompaktnim pakiranjem ima nižu upornost od grubozrnatog tla s neravnim rasporedom i riječkim pakiranjem.

• Temperatura tla, koja utječe na njegovu termalnu ekspanziju i točku zamrzavanja. Visoka temperatura može povećati vodljivost tla povećanjem mobilnosti njegovih iona. Niske temperature mogu smanjiti vodljivost tla zamrzavanjem njegova vodnog sadržaja.

• Otpor zemlje također ovisi o otporu same elektrode i kontakt-nom otporu između površine elektrode i tla. Međutim, ti faktori obično su zanemarljivi u usporedbi s upornosti tla.

Mjeriteljstvo otpora zemlje

Postoji raznih metoda za mjerenje otpora zemlje na postojećim sustavima. Neke od najčešćih metoda su:

Metoda padanja potencijala

Ova metoda, također poznata kao 3-točkovna ili metoda padanja potencijala, zahtijeva dva testna elektroda (struja i potencijal) i tester otpora zemlje. Elektrod struje postavlja se na udaljenosti od elektroda zemlje, podudaranje sa dubinom. Elektrod potencijala stavlja se između njih, van njihovih područja otpora. Tester ubacuje poznatu struju kroz elektrod struje i mjeri napon između elektroda potencijala i elektroda zemlje. Otpor zemlje se zatim računa prema Ohmovom zakonu:

Gdje je R otpor zemlje, V je izmjereni napon, a I je ubačena struja.

Ova metoda je jednostavna i točna, ali zahtijeva odspajanje svih veza s elektrodom zemlje prije testiranja.

Klip-metoda

Ova metoda, također poznata kao inducirano frekvencijsko testiranje ili bez-stupićna metoda, ne zahtijeva nikakve testne elektrode ili odspajanje bilo kakvih veza s elektrodom zemlje. Koristi se dva klipa koji se postavljaju oko postojeće elektrode zemlje. Jedan klip inducira napon na elektrodu, a drugi klip mjeri struju koja teče kroz nju. Otpor zemlje se računa prema Ohmovom zakonu:

Gdje je R otpor zemlje, V je inducirani napon, a I je izmjerena struja.

Ova metoda je praktična i brza, ali zahtijeva paralelnu mrežu zemljenja s više elektroda.

Metoda pridružene štapačke

Ova metoda uključuje jedan testni elektrod (elektrod struje) i tester otpora zemlje. Elektrod struje spoji se s elektrodom zemlje držkom. Tester ubacuje poznatu struju kroz držku i mjeri napon između držke i elektroda zemlje. Otpor zemlje se zatim računa prema Ohmovom zakonu:

Gdje je R otpor zemlje, V je izmjereni napon, a I je ubačena struja.

Ova metoda ne zahtijeva odspajanje bilo kakvih veza s elektrodom zemlje, ali zahtijeva dobar kontakt između držke i elektroda struje.

Zvijezda-delta metoda

Ova metoda koristi tri testna elektroda (elektrodi struje) raspoređene u jednakostranični trokut oko postojeće elektrode zemlje. Tester otpora zemlje ubacuje poznatu struju kroz svaki par testnih elektroda redom i mjeri napon između svakog para testnih elektroda redom. Otpor zemlje se računa prema Kirchhoffovim zakonima:

Gdje je R otpor zemlje, V_AB, V_BC, V_CA su izmjereni naponi između svakog para testnih elektroda, a I je ubačena struja.

Ova metoda ne zahtijeva odspajanje bilo kakvih veza s elektrodom zemlje, ali zahtijeva više testnih elektroda od drugih metoda.

Metoda mrtve zemlje

Ova metoda koristi dva testna elektroda (elektrodi struje) spojena serijalno s testerom otpora zemlje. Jedan testni elektrod umetne se blizu postojeće elektrode zemlje, a drugi testni elektrod umetne se daleko od nje. Tester ubacuje poznatu struju kroz oba testna elektroda u tlo i mjeri napon između njih. Otpor zemlje se računa prema Ohmovom zakonu:

Gdje je R otpor zemlje, V je izmjereni napon, a I je ubačena struja.

Ova metoda ne zahtijeva odspajanje bilo kakvih veza s postojećom elektrodom zemlje, ali zahtijeva vrlo dug držak između oba testna elektroda.

Metoda nagiba

Ova metoda koristi jedan testni elektrod (elektrod potencijala) i tester otpora zemlje. Elektrod potencijala pomiče se duž pravca udaljen od postojeće elektrode zemlje na redovitim intervalima. Tester ubacuje poznatu struju kroz postojeću elektrodu zemlje u tlo i mjeri napon između nje i elektroda potencijala na svakom intervalu. Graf napona prema udaljenosti crta se i ekstrapolira kako bi se pronašao presjek s osi napona. Otpor zemlje se računa prema Ohmovom zakonu:

Gdje je R otpor zemlje, V₀ je presjek s osi napona, a I je ubačena struja.

Ova metoda ne zahtijeva odspajanje bilo kakvih veza s postojećom elektrodom zemlje, ali zahtijeva pomak elektroda potencijala duž pravca.

Unaprijeđenje otpora zemlje

Otpor zemlje može se unaprijediti smanjenjem upornosti tla ili povećanjem površine elektroda. Neke od uobičajenih načina unaprijeđenja otpora zemlje su:

• Dodavanje soli ili drugih topljivih spojeva oko elektroda kako bi se povećala vodljivost tla elektrolizom.

• Dodavanje ugljena ili drugih spojeva koji zadržavaju vlagu oko elektroda kako bi se tlo održavalo vlažnim tijekom cijele godine.

• Korištenje više elektroda spojenih paralelno kako bi se povećala ukupna površina u kontaktu s tlim.

• Korištenje dužih ili dubljih elektroda kako bi se dosegnule niže slojevi tla s nižom upornosti.

• Korištenje elektroda s većim presjekom ili praznim oblicima kako bi se smanjio otpor elektroda.

• Korištenje elektroda s posebnim pokrovima ili legurama kako bi se spriječila korozija i povećan kontakt-otpor.

Preporučljivo je redovito (godišnje ili polugodišnje) mjeriti otpor zemlje i poduzeti potrebne radnje ako prelazi željenu vrijednost za primjenu.

Zaključak

Otpor zemlje je važan parametar za dizajniranje i održavanje sustava zemljenja. Ovisi o raznim faktorima poput upornosti tla, veličine, oblika, dubine, materijala elektroda itd. Postoje razne metode za njegovo mjerenje na postojećim sustavima, poput metode padanja potencijala, klip-metode, metode pridružene štapačke, metode zvijezda-delta, metode mrtve zemlje i metode nagiba. 

Otpor zemlje može se unaprijediti dodavanjem soli, ugljena ili drugih spojeva oko elektroda, korištenjem više elektroda, dužih ili dubljih elektroda, većih ili praznih elektroda ili posebnih poklopa ili legura za elektrode. Otpor zemlje treba redovito mjeriti i održavati unutar prihvatljivih granica iz sigurnosnih i performansnih razloga.