Kaj je upor elektra?

Kaj je upor otoka?

Definicija upora zemlje

Električni elektrod za zemljenje je kovinski štirik ali plošča, ki je zakopan v tla in povezan s terminalom zemlje električnega sistema. Ponuja nizko uporni pot za odvzimanje struji pri napakah in udarih bleska v tla. Tudi pomaga stabilizirati napetost sistema in zmanjšati elektromagnetno motnjo.

Elektrodi za zemljenje lahko izdelajo iz materialov, kot so bakar, jeklo ali galvanizirano železo, izbranih zaradi njihove vodljivosti in odpornosti na korozijo. Velikost, oblika, dolžina in globina elektroda odvisna so od stanja tal, strujnega ocenjevanja in specifične uporabe sistema zemljenja.

Faktorji, ki vplivajo na upor zemljenja

Upor zemlje glavno odvisen je od upornosti tla med elektrod in točko ničelne potencialne (neskončna zemlja). Upornost tla je vplivala na več dejavnikov, kot so:

• Električna vodljivost tla, ki je predvsem zaradi elektrolize. Koncentracija vode, soli in drugih kemijskih sestavin v tlu določa njegovo vodljivost. Vlažno tlo z visoko koncentracijo soli ima nižjo upornost kot suho tlo z nizko koncentracijo soli.

• Kemijska sestava tla, ki vpliva na njegov pH in lastnosti korozije. Kisloto ali bazno tlo lahko korodira elektrode zemlje in poveča njihov upor.

• Velikost zrn, enakomernost in zaprtost delcev tla vplivajo na njegovo poroznost in zmogljivost za ohranjanje vlage. Finozrno tlo z enakomerno porazdelitvijo in gosto zaprtostjo ima nižjo upornost kot grobozrno tlo z neravnomerno porazdelitvijo in prosto zaprtostjo.

• Temperatura tla, ki vpliva na njegovo termalno širjenje in točko zamrzovanja. Višja temperatura lahko poveča vodljivost tla z povečanjem mobilnosti ionov. Nizke temperature lahko zmanjšajo vodljivost tla z zamrzovanjem vsebine vode.

• Upor zemlje tudi odvisen je od upora samega elektroda in stikovega upora med površino elektroda in tlem. Ti faktorji so pa običajno zanemarljivi glede na upornost tla.

Merjenje upora zemlje

Obstaja več metod za merjenje upora zemlje na obstoječih sistemih. Nekatere od pogostih metod so:

Metoda padca potenciala

Ta metoda, tudi znana kot 3-točkovna ali metoda padca potenciala, zahteva dva testna elektroda (struje in potencial) in tester upora zemlje. Elektrod struje postavijo na razdalji od elektroda zemlje, ujemajoč se z njegovo globino. Elektrod potenciala postavijo med njima, zunaj njunih območij upora. Tester vnese znano struja skozi elektrod struje in meri napetost med elektrodoma potenciala in zemlje. Upor zemlje nato izračuna z Ohmovim zakonom:

Kjer je R upor zemlje, V merjena napetost in I vnesena struja.

Ta metoda je preprosta in natančna, a zahteva odpojenje vseh povezav z elektrodom zemlje pred testiranjem.

Metoda z obklopom

Ta metoda je tudi znana kot test z induciranim frekvenco ali brez palice. Ne zahteva nobenih testnih elektrod ali odpojenja kakršnih koli povezav z elektrodom zemlje. Uporablja dva obklopa, ki sta postavljena okoli obstoječega elektroda zemlje. Eden obklop inducira napetost na elektrod, drug obklop meri struj, ki teče skozi njega. Upor zemlje izračuna z Ohmovim zakonom:

Kjer je R upor zemlje, V inducirana napetost in I merjena struja.

Ta metoda je hitra in preprosta, a zahteva paralelni omrežni sistem z več elektrodi.

Metoda pritrjenega štirika

Ta metoda vključuje en testni elektrod (elektrod struje) in tester upora zemlje. Elektrod struje je povezan z elektrodom zemlje z vodilom. Tester vnese znano struja skozi vodil in meri napetost med vodilom in elektrodom zemlje. Upor zemlje nato izračuna z Ohmovim zakonom:

Kjer je R upor zemlje, V merjena napetost in I vnesena struja.

Ta metoda ne zahteva odpojenja kakršnih koli povezav z elektrodom zemlje, a zahteva dober stik med vodilom in elektrodom struje.

Zvezdni-trikotniška metoda

Ta metoda uporablja tri testne elektrode (elektrode struje), razporejene v enakostranični trikotnik okoli obstoječega elektroda zemlje. Tester upora zemlje vnese znano struja skozi vsako par testnih elektrod zaporedoma in meri napetost med vsako par testnih elektrod zaporedoma. Upor zemlje izračuna z Kirchhoffovimi zakoni:

Kjer je R upor zemlje, V_AB, V_BC, V_CA merjene napetosti med vsakim parom testnih elektrod, in I vnesena struja.

Ta metoda ne zahteva odpojenja kakršnih koli povezav z elektrodom zemlje, a zahteva več testnih elektrod kot druge metode.

Metoda mrtve zemlje

Ta metoda uporablja dva testna elektroda (elektrode struje), povezana v seriji z testerjem upora zemlje. Eden testni elektrod je vstavljen blizu obstoječega elektroda zemlje, drug testni elektrod pa je vstavljen daleč od njega. Tester vnese znano struja skozi oba testna elektroda v tlo in meri napetost med njima. Upor zemlje izračuna z Ohmovim zakonom:

Kjer je R upor zemlje, V merjena napetost in I vnesena struja.

Ta metoda ne zahteva odpojenja kakršnih koli povezav z obstoječim elektrodom zemlje, a zahteva zelo dolg vodil med obema testnima elektrodama.

Metoda nagiba

Ta metoda uporablja en testni elektrod (elektrod potenciala) in tester upora zemlje. Elektrod potenciala premika po ravni črti oddaljujoč se od obstoječega elektroda zemlje na redkih intervalih. Tester vnese znano struja skozi obstoječi elektrod zemlje v tlo in meri napetost med njim in elektrodom potenciala na vsakem intervalu. Nariše graf napetosti glede na razdaljo in ga ekstrapolira, da najde sekanto na osi napetosti. Upor zemlje izračuna z Ohmovim zakonom:

Kjer je R upor zemlje, V₀ sekanta na osi napetosti in I vnesena struja.

Ta metoda ne zahteva odpojenja kakršnih koli povezav z obstoječim elektrodom zemlje, a zahteva premikanje elektroda potenciala po ravni črti.

Poboljšanje upora zemlje

Upor zemlje je mogoče izboljšati z zmanjšanjem upornosti tla ali z povečanjem površine elektroda. Nekatere od pogostih načinov za izboljšanje upora zemlje so:

• Dodajanje soli ali drugih topljivih snovi okoli elektroda, da povečate vodljivost tla z elektrolizo.

• Dodajanje ugljenika ali drugih snovi, ki zadržujejo vlago, okoli elektroda, da ohranite tlo vlago celo letno.

• Uporaba več elektrod, povezanih vzporedno, da povečate skupno površino v stiku z tlem.

• Uporaba daljših ali globlje postavljenih elektrod, da dosežete nižje sloje tla z nižjo upornostjo.

• Uporaba elektrod z večjo presečno ploskvijo ali praznimi oblikami, da zmanjšate upor elektroda.

• Uporaba elektrod z posebnimi pokrovami ali legirami, da preprečite korozijo in povečate stikovni upor.

Priporočljivo je, da upor zemlje merite redno (letno ali dvakrat letno) in sprejmete ustrezne ukrepe, če preseže želeno vrednost za uporabo.

Zaključek

Upor zemlje je pomemben parameter za oblikovanje in vzdrževanje sistemov zemljenja. Odvisen je od različnih dejavnikov, kot so upornost tla, velikost, oblika, globina in material elektroda itd. Obstajajo različne metode za njegovo merjenje na obstoječih sistemih, kot so metoda padca potenciala, metoda z obklopom, metoda pritrjenega štirika, zvezdni-trikotniška metoda, metoda mrtve zemlje in metoda nagiba. 

Upor zemlje je mogoče izboljšati z dodajanjem soli, ugljenika ali drugih snovi okoli elektrod, uporabo več elektrod, uporabo daljših ali globlje postavljenih elektrod, uporabo večjih ali praznih elektrod ali uporabo posebnih pokrovov ali legir za elektrode. Upor zemlje je treba redno meriti in ohranjati znotraj sprejemljivih mej zaradi varnosti in zmogljivosti.