Wat is de Weerstand van de Aarde?

Wat is de Aardweerstand?

Definitie van Aardweerstand

Een aardelektrode is een metalen staaf of plaat die in de grond wordt begraven en verbonden is met de aardterminal van een elektrisch systeem. Het biedt een laagweerstands pad voor foutstromen en bliksemschokken om in de grond af te koelen. Het helpt ook bij het stabiliseren van de spanning van het systeem en vermindert elektromagnetische storing.

Aardelektroden kunnen gemaakt zijn van materialen zoals koper, staal of geëtangiseerd ijzer, gekozen omwille van hun geleidbaarheid en corrosiebestendigheid. De grootte, vorm, lengte en diepte van de elektrode hangen af van de grondcondities, de stroomwaarde en de specifieke toepassing van het aardingsysteem.

Factoren die de aardingweerstand beïnvloeden

De weerstand van de aarde hangt voornamelijk af van de resistiviteit van de grond tussen de elektrode en het punt van nul potentiaal (oneindige aarde). De resistiviteit van de grond wordt beïnvloed door verschillende factoren, zoals:

• De elektrische geleidbaarheid van de grond, die voornamelijk veroorzaakt wordt door elektrolyse. De concentratie van water, zout en andere chemische componenten in de grond bepaalt de geleidbaarheid. Vochtige grond met een hoge zouthouding heeft een lagere resistiviteit dan droge grond met een lage zouthouding.

• De chemische samenstelling van de grond, die de pH-waarde en corrosie-eigenschappen beïnvloedt. Zure of alkalische grond kan de aardelektroden aanvallen en de weerstand verhogen.

• De korrelgrootte, uniformiteit en opstapeling van de grondeeltjes beïnvloeden de porositeit en de vochtretentiecapaciteit. Fijnkorrelige grond met een uniforme verdeling en compacte opstapeling heeft een lagere resistiviteit dan grofkorrelige grond met een onregelmatige verdeling en losse opstapeling.

• De temperatuur van de grond, die de thermische uitzetting en het vriespunt beïnvloedt. Hoge temperaturen kunnen de geleidbaarheid van de grond verhogen door de ionmobielheid te verhogen. Lage temperaturen kunnen de geleidbaarheid van de grond verlagen door de waterinhoud te bevriezen.

• De aardingweerstand hangt ook af van de weerstand van de elektrode zelf en de contactweerstand tussen het oppervlak van de elektrode en de grond. Deze factoren zijn echter meestal verwaarloosbaar vergeleken met de grondresistiviteit.

Aardweerstand Meten

Er zijn verschillende methoden om de aardweerstand te meten op bestaande systemen. Enkele van de veelvoorkomende methoden zijn:

Val van Potentiaalmethode

Deze methode, ook bekend als de 3-punts of potentiaalvalmethode, vereist twee testelektroden (stroom- en potentielektrode) en een aardweerstandmeter. De stroomelektrode wordt op een afstand van de aardelektrode geplaatst, overeenkomstig met de diepte. De potentielektrode wordt tussen hen geplaatst, buiten hun weerstandsgebieden. De meter injecteert een bekende stroom via de stroomelektrode en meet de spanning tussen de potentiele en aardelektrode. De aardweerstand wordt dan berekend met behulp van Ohm's wet:

Waarbij R de aardweerstand is, V de gemeten spanning en I de ingespoten stroom.

Deze methode is eenvoudig en nauwkeurig, maar vereist het loskoppelen van alle verbindingen met de aardelektrode voordat de test wordt uitgevoerd.

Klemmethode

Dit wordt ook wel de geïnduceerde frequentietest of paalvrije methode genoemd. Het vereist geen testelektroden of het loskoppelen van enige verbindingen met de aardelektrode. Het gebruikt twee klemmen die rond de bestaande aardelektrode worden geplaatst. Eén klem induceert een spanning op de elektrode en de andere klem meet de stroom die erdoorheen stroomt. De aardweerstand wordt berekend met behulp van Ohm's wet:

Waarbij R de aardweerstand is, V de geïnduceerde spanning en I de gemeten stroom.

Deze methode is handig en snel, maar vereist een parallel aardnetwerk met meerdere elektroden.

Vaste Staafmethode

Deze methode omvat één testelektrode (stroomelektrode) en een aardweerstandmeter. De stroomelektrode wordt met een draad verbonden aan de aardelektrode. De meter injecteert een bekende stroom via de draad en meet de spanning tussen de draad en de aardelektrode. De aardweerstand wordt dan berekend met behulp van Ohm's wet:

Waarbij R de aardweerstand is, V de gemeten spanning en I de ingespoten stroom.

Deze methode vereist niet het loskoppelen van enige verbindingen met de aardelektrode, maar wel goede contact tussen de draad en de stroomelektrode.

Ster-Deltamethode

Deze methode gebruikt drie testelektroden (stroomelektroden) die in een gelijkzijdige driehoek rond de bestaande aardelektrode zijn gerangschikt. Een aardweerstandmeter injecteert een bekende stroom door elk paar testelektroden op zijn beurt en meet de spanning tussen elk paar testelektroden op zijn beurt. De aardweerstand wordt berekend met behulp van Kirchhoff's wetten:

Waarbij R de aardweerstand is, V_AB, V_BC, V_CA de gemeten spanningen tussen elk paar testelektroden, en I de ingespoten stroom.

Deze methode vereist niet het loskoppelen van enige verbindingen met de aardelektrode, maar wel meer testelektroden dan andere methoden.

Dode Aardmethode

Deze methode gebruikt twee testelektroden (stroomelektroden) die in serie zijn verbonden met een aardweerstandmeter. Eén testelektrode wordt dicht bij de bestaande aardelektrode ingebracht, en de andere testelektrode ver weg. De meter injecteert een bekende stroom door beide testelektroden in de grond en meet de spanning tussen hen. De aardweerstand wordt berekend met behulp van Ohm's wet:

Waarbij R de aardweerstand is, V de gemeten spanning en I de ingespoten stroom.

Deze methode vereist niet het loskoppelen van enige verbindingen met de bestaande aardelektrode, maar wel een zeer lange draad tussen beide testelektroden.

Hellingmethode

Deze methode gebruikt één testelektrode (potentielektrode) en een aardweerstandmeter. De potentielektrode wordt op regelmatige afstanden langs een rechte lijn verplaatst van de bestaande aardelektrode. De meter injecteert een bekende stroom via de bestaande aardelektrode in de grond en meet de spanning tussen deze en de potentielektrode op elke afstand. Een grafiek van spanning tegen afstand wordt getekend en uitgebreid om de snijlijn op de spanningas te vinden. De aardweerstand wordt berekend met behulp van Ohm's wet:

Waarbij R de aardweerstand is, V₀ de snijlijn op de spanningas en I de ingespoten stroom.

Deze methode vereist niet het loskoppelen van enige verbindingen met de bestaande aardelektrode, maar wel het verplaatsen van de potentielektrode langs een rechte lijn.

Aardweerstand Verbeteren

De aardweerstand kan worden verbeterd door de grondresistiviteit te verlagen of de elektrodesurface te vergroten. Enkele van de veelvoorkomende manieren om de aardweerstand te verbeteren zijn:

• Zout of andere oplosbare stoffen toevoegen rond de elektrode om de grondgeleidbaarheid te verhogen door elektrolyse.

• Kool of andere vochtbevattende stoffen toevoegen rond de elektrode om de grond het hele jaar door vochtig te houden.

• Meerdere elektroden parallel verbonden gebruiken om de totale contactoppervlakte met de grond te vergroten.

• Langere of diepere elektroden gebruiken om lager gelegen grondlagen met lagere resistiviteit te bereiken.

• Elektroden met grotere doorsnede of holle vormen gebruiken om de elektrode-weerstand te verlagen.

• Elektroden met speciale coatings of legeringen gebruiken om corrosie te voorkomen en de contactweerstand te verhogen.

Het wordt aanbevolen om de aardweerstand periodiek (jaarlijks of halfjaarlijks) te meten en nodige acties te ondernemen als deze de gewenste waarde voor de toepassing overschrijdt.

Conclusie

Aardweerstand is een belangrijk parameter voor het ontwerpen en onderhouden van aardingsystemen. Het hangt af van verschillende factoren zoals grondresistiviteit, elektrodegrootte, vorm, diepte, materiaal, enz. Er zijn verschillende methoden om het te meten op bestaande systemen, zoals de val van de potentiaalmethode, de klemmethode, de vaste staafmethode, de ster-deltamethode, de dode aardmethode en de hellingmethode.

De aardweerstand kan worden verbeterd door zout, kool of andere stoffen toe te voegen rond de elektroden, meerdere elektroden te gebruiken, langere of diepere elektroden, grotere of holle elektroden, of speciale coatings of legeringen voor elektroden. De aardweerstand moet periodiek worden gemeten en binnen aanvaardbare limieten gehouden om veiligheids- en prestatieredenen.