Что такое сопротивление земли

Что такое сопротивление земли?

Определение сопротивления земли

Заземляющий электрод - это металлический стержень или пластина, закопанные в почву и подключенные к заземляющему выводу электрической системы. Он обеспечивает низкосопротивленный путь для токов короткого замыкания и ударов молнии, чтобы они могли рассеяться в землю. Это также помогает стабилизировать напряжение системы и уменьшить электромагнитные помехи.

Заземляющие электроды могут быть изготовлены из материалов, таких как медь, сталь или оцинкованное железо, выбранных за их проводимость и коррозионную стойкость. Размер, форма, длина и глубина электрода зависят от условий почвы, номинального тока и конкретного применения заземляющей системы.

Факторы, влияющие на сопротивление заземления

Сопротивление земли в основном зависит от удельного сопротивления почвы между электродом и точкой нулевого потенциала (бесконечная земля). Удельное сопротивление почвы определяется несколькими факторами, такими как:

• Электрическая проводимость почвы, которая в основном обусловлена электролизом. Концентрация воды, соли и других химических компонентов в почве определяет ее проводимость. Влажная почва с высоким содержанием соли имеет меньшее удельное сопротивление, чем сухая почва с низким содержанием соли.

• Химический состав почвы, который влияет на ее pH-значение и коррозионные свойства. Кислая или щелочная почва может вызвать коррозию заземляющих электродов и увеличить их сопротивление.

• Размер, однородность и упаковка частиц почвы влияют на ее пористость и способность удерживать влагу. Мелкозернистая почва с равномерным распределением и плотной упаковкой имеет меньшее удельное сопротивление, чем крупнозернистая почва с неравномерным распределением и рыхлой упаковкой.

• Температура почвы, которая влияет на ее тепловое расширение и точку замерзания. Высокая температура может увеличить проводимость почвы, увеличивая подвижность ионов. Низкие температуры могут уменьшить проводимость почвы, замораживая ее водное содержание.

• Сопротивление земли также зависит от сопротивления самого электрода и контактного сопротивления между поверхностью электрода и почвой. Однако эти факторы обычно незначительны по сравнению с удельным сопротивлением почвы.

Измерение сопротивления земли

Существует несколько методов измерения сопротивления земли на существующих системах. Некоторые из распространенных методов включают:

Метод падения потенциала

Этот метод, также называемый трехточечным или методом падения потенциала, требует двух тестовых электродов (токового и потенциального) и прибора для измерения сопротивления земли. Токовый электрод устанавливается на расстоянии от заземляющего электрода, соответствующем его глубине. Потенциальный электрод устанавливается между ними, вне их зон сопротивления. Прибор вводит известный ток через токовый электрод и измеряет напряжение между потенциальным и заземляющим электродами. Сопротивление земли затем вычисляется с использованием закона Ома:

Где R - сопротивление земли, V - измеренное напряжение, I - введенный ток.

Этот метод прост и точен, но требует отключения всех соединений с заземляющим электродом перед тестированием.

Метод с зажимом

Этот метод также известен как индуцированное частотное тестирование или метод без колышков. Он не требует никаких тестовых электродов или отключения каких-либо соединений с заземляющим электродом. Используются два зажима, которые устанавливаются вокруг существующего заземляющего электрода. Один зажим индуцирует напряжение на электрод, а другой зажим измеряет ток, протекающий через него. Сопротивление земли вычисляется с использованием закона Ома:

Где R - сопротивление земли, V - индуцированное напряжение, I - измеренный ток.

Этот метод удобен и быстр, но требует параллельной сети заземления с несколькими электродами.

Метод присоединенного стержня

Этот метод включает один тестовый электрод (токовый электрод) и прибор для измерения сопротивления земли. Токовый электрод подключается к заземляющему электроду с помощью провода. Прибор вводит известный ток через провод и измеряет напряжение между проводом и заземляющим электродом. Сопротивление земли затем вычисляется с использованием закона Ома:

Где R - сопротивление земли, V - измеренное напряжение, I - введенный ток.

Этот метод не требует отключения каких-либо соединений с заземляющим электродом, но требует хорошего контакта между проводом и токовым электродом.

Метод "звезда-треугольник"

Этот метод использует три тестовых электрода (токовые электроды), расположенных в виде равностороннего треугольника вокруг существующего заземляющего электрода. Прибор для измерения сопротивления земли вводит известный ток через каждую пару тестовых электродов по очереди и измеряет напряжение между каждой парой тестовых электродов по очереди. Сопротивление земли вычисляется с использованием законов Кирхгофа:

Где R - сопротивление земли, V_AB, V_BC, V_CA - измеренные напряжения между каждой парой тестовых электродов, I - введенный ток.

Этот метод не требует отключения каких-либо соединений с заземляющим электродом, но требует больше тестовых электродов, чем другие методы.

Метод "мертвого заземления"

Этот метод использует два тестовых электрода (токовые электроды), соединенных последовательно с прибором для измерения сопротивления земли. Один тестовый электрод вставляется рядом с существующим заземляющим электродом, а другой - далеко от него. Прибор вводит известный ток через оба тестовых электрода в землю и измеряет напряжение между ними. Сопротивление земли вычисляется с использованием закона Ома:

Где R - сопротивление земли, V - измеренное напряжение, I - введенный ток.

Этот метод не требует отключения каких-либо соединений с существующим заземляющим электродом, но требует очень длинного провода между обоими тестовыми электродами.

Метод наклона

Этот метод использует один тестовый электрод (потенциальный электрод) и прибор для измерения сопротивления земли. Потенциальный электрод перемещается по прямой линии от существующего заземляющего электрода на регулярных интервалах. Прибор вводит известный ток через существующий заземляющий электрод в землю и измеряет напряжение между ним и потенциальным электродом на каждом интервале. Строится график напряжения в зависимости от расстояния и экстраполируется, чтобы найти пересечение с осью напряжения. Сопротивление земли вычисляется с использованием закона Ома:

Где R - сопротивление земли, V₀ - пересечение с осью напряжения, I - введенный ток.

Этот метод не требует отключения каких-либо соединений с существующим заземляющим электродом, но требует перемещения потенциального электрода по прямой линии.

Улучшение сопротивления земли

Сопротивление земли можно улучшить, уменьшив удельное сопротивление почвы или увеличив площадь поверхности электрода. Некоторые распространенные способы улучшения сопротивления земли включают:

• Добавление соли или других растворимых веществ вокруг электрода, чтобы увеличить проводимость почвы путем электролиза.

• Добавление угля или других влагоудерживающих веществ вокруг электрода, чтобы почва оставалась влажной в течение всего года.

• Использование нескольких электродов, соединенных параллельно, чтобы увеличить общую площадь контакта с почвой.

• Использование более длинных или глубоких электродов, чтобы достичь нижних слоев почвы с меньшим удельным сопротивлением.

• Использование электродов с большей площадью поперечного сечения или полыми формами, чтобы уменьшить сопротивление электрода.

• Использование электродов со специальными покрытиями или сплавами, чтобы предотвратить коррозию и увеличить контактное сопротивление.

Рекомендуется периодически (ежегодно или раз в полгода) измерять сопротивление земли и принимать необходимые меры, если оно превышает желаемое значение для применения.

Заключение

Сопротивление земли - важный параметр для проектирования и обслуживания заземляющих систем. Оно зависит от различных факторов, таких как удельное сопротивление почвы, размер, форма, глубина, материал электрода и т.д. Существуют различные методы его измерения на существующих системах, такие как метод падения потенциала, метод с зажимом, метод присоединенного стержня, метод "звезда-треугольник", метод "мертвого заземления" и метод наклона.

Сопротивление земли можно улучшить, добавляя соль, уголь или другие вещества вокруг электродов, используя несколько электродов, более длинные или глубокие электроды, более крупные или полые электроды, или специальные покрытия или сплавы для электродов. Сопротивление земли должно измеряться периодически и поддерживаться в допустимых пределах для обеспечения безопасности и производительности.