Ano ang Resistance ng Earth?

Ano ang Resistance ng Earth?

Paglalarawan ng Earth Resistance

Ang isang earth electrode ay isang metal na rod o plate na inihuhubog sa lupa at nakakonekta sa earth terminal ng isang electrical system. Nagbibigay ito ng mababang resistance na landas para sa fault currents at lightning surges upang ma-dissipate sa lupa. Tumutulong din ito upang istabilisahin ang voltage ng sistema at bawasan ang electromagnetic interference.

Maaaring gawing earth electrodes ang mga materyales tulad ng copper, steel, o galvanized iron, na pinili dahil sa kanilang conductivity at corrosion resistance. Ang laki, hugis, haba, at hulog ng electrode ay depende sa kondisyon ng lupa, current rating, at ang partikular na aplikasyon ng earthing system.

Mga Factor na Nakakaapekto sa Grounding Resistance

Ang resistance ng earth ay pangunahing depende sa resistivity ng lupa sa pagitan ng electrode at ang punto ng zero potential (infinite earth). Ang resistivity ng lupa ay pinapahiwatigan ng maraming factor, tulad ng:

• Ang electrical conductivity ng lupa, na pangunahing dahil sa electrolysis. Ang concentration ng tubig, asin, at iba pang chemical components sa lupa ang nagpapasiya sa kanyang conductivity. Ang malamig na lupa na may mataas na content ng asin ay may mas mababang resistivity kaysa sa tuyo na lupa na may mababang content ng asin.

• Ang chemical composition ng lupa, na nakakaapekto sa kanyang pH value at corrosion properties. Ang acidic o alkaline na lupa ay maaaring mag-corrode sa mga earth’s electrodes at tumataas ang kanyang resistance.

• Ang grain size, uniformity, at packing ng mga soil particles ay nakakaapekto sa kanyang porosity at moisture retention capacity. Ang fine-grained na lupa na may uniform distribution at compact packing ay may mas mababang resistivity kaysa sa coarse-grained na lupa na may irregular distribution at loose packing.

• Ang temperatura ng lupa, na nakakaapekto sa kanyang thermal expansion at freezing point. Ang mataas na temperatura ay maaaring tumataas ang conductivity ng lupa sa pamamagitan ng pagtaas ng kanyang ion mobility. Ang mababang temperatura ay maaaring bumaba ang conductivity ng lupa sa pamamagitan ng pag-freeze ng kanyang water content.

• Ang earth’s resistance ay depende rin sa resistance ng electrode mismo at ang contact resistance sa pagitan ng surface ng electrode at ang lupa. Ngunit, ang mga factor na ito ay karaniwang negligible kumpara sa soil resistivity.

Paraan ng Pagsukat ng Earth Resistance

May iba't ibang paraan upang sukatin ang earth resistance sa umiiral na mga sistema. Ang ilan sa mga karaniwang paraan ay:

Fall of Potential Method

Ang paraan na ito, na tinatawag ding 3-point o potential drop method, nangangailangan ng dalawang test electrodes (current at potential) at isang earth resistance tester. Ang current electrode ay inilalagay sa isang distansya mula sa earth electrode, na sumasabay sa kanyang hulog. Ang potential electrode ay inilalagay sa pagitan nila, labas sa kanilang resistance areas. Ang tester ay inilalagay ang isang alam na current sa pamamagitan ng current electrode at sinusukat ang voltage sa pagitan ng potential at earth electrodes. Ang earth resistance ay kalaunan ay inaasahang gamit ang Ohm’s law:

Kung saan R ang earth resistance, V ang sukat ng voltage, at I ang inilagay na current.

Ang paraan na ito ay simple at accurate ngunit nangangailangan ng pag-disconnect ng lahat ng koneksyon sa earth electrode bago ang pagsusukat.

Clamp-On Method

Ito rin ay kilala bilang induced frequency testing o stakeless method. Hindi ito nangangailangan ng anumang test electrodes o pag-disconnect ng anumang koneksyon sa earth electrode. Ginagamit ito ang dalawang clamps na inilalagay sa paligid ng umiiral na earth electrode. Ang isa sa clamps ay nag-iinduce ng voltage sa electrode at ang isa pa ay susukat ng current na dumaan sa kanya. Ang earth resistance ay inaasahang gamit ang Ohm’s law:

Kung saan R ang earth resistance, V ang induced voltage, at I ang sukat ng current.

Ang paraan na ito ay convenient at mabilis ngunit nangangailangan ng parallel earth network na may multiple electrodes.

Attached Rod Method

Ang paraan na ito ay nangangailangan ng isang test electrode (current electrode) at isang earth resistance tester. Ang current electrode ay konektado sa earth electrode sa pamamagitan ng wire. Ang tester ay inilalagay ang isang alam na current sa pamamagitan ng wire at susukat ang voltage sa pagitan ng wire at earth electrode. Ang earth resistance ay kalaunan ay inaasahang gamit ang Ohm’s law:

Kung saan R ang earth resistance, V ang sukat ng voltage, at I ang inilagay na current.

Ang paraan na ito ay hindi nangangailangan ng pag-disconnect ng anumang koneksyon sa earth electrode ngunit nangangailangan ng mahusay na contact sa pagitan ng wire at current electrode.

Star-Delta Method

Ang paraan na ito ay gumagamit ng tatlong test electrodes (current electrodes) na inilalagay sa isang equilateral triangle sa paligid ng umiiral na earth electrode. Ang isang earth resistance tester ay inilalagay ang isang alam na current sa bawat pair ng test electrodes sa kanya-kanyang oras at susukat ang voltage sa pagitan ng bawat pair ng test electrodes sa kanya-kanyang oras. Ang earth resistance ay inaasahang gamit ang Kirchhoff’s laws:

Kung saan R ang earth resistance, V_AB, V_BC, V_CA ang sukat ng voltages sa pagitan ng bawat pair ng test electrodes, at I ang inilagay na current.

Ang paraan na ito ay hindi nangangailangan ng pag-disconnect ng anumang koneksyon sa earth electrode ngunit nangangailangan ng mas maraming test electrodes kaysa sa iba pang paraan.

Dead Earth Method

Ang paraan na ito ay gumagamit ng dalawang test electrodes (current electrodes) na konektado sa serye kasama ang isang earth resistance tester. Ang isa sa test electrode ay inilalagay malapit sa umiiral na earth electrode, at ang isa pa ay inilalagay malayo dito. Ang tester ay inilalagay ang isang alam na current sa pamamagitan ng parehong test electrodes sa lupa at susukat ang voltage sa pagitan nila. Ang earth resistance ay inaasahang gamit ang Ohm’s law:

Kung saan R ang earth resistance, V ang sukat ng voltage, at I ang inilagay na current.

Ang paraan na ito ay hindi nangangailangan ng pag-disconnect ng anumang koneksyon sa umiiral na earth electrode ngunit nangangailangan ng napakahabang wire sa pagitan ng parehong test electrodes.

Slope Method

Ang paraan na ito ay gumagamit ng isang test electrode (potential electrode) at isang earth resistance tester. Ang potential electrode ay inililipat sa isang straight line malayo mula sa umiiral na earth electrode sa regular intervals. Ang tester ay inilalagay ang isang alam na current sa pamamagitan ng umiiral na earth electrode sa lupa at susukat ang voltage sa pagitan nito at ang potential electrode sa bawat interval. Isang graph ng voltage versus distance ay ginawa at extrapolated upang makahanap ng intercept sa voltage axis. Ang earth resistance ay inaasahang gamit ang Ohm’s law:

Kung saan R ang earth resistance, V₀ ang intercept sa voltage axis at I ang inilagay na current.

Ang paraan na ito ay hindi nangangailangan ng pag-disconnect ng anumang koneksyon sa umiiral na earth electrode ngunit nangangailangan ng paglipat ng potential electrode sa isang straight line.

Paano Mapabuti ang Earth Resistance

Maaaring mapabuti ang earth resistance sa pamamagitan ng pagbabawas ng soil resistivity o pagtaas ng electrode surface area. Ang ilan sa mga karaniwang paraan upang mapabuti ang earth resistance ay:

• Idagdag ang asin o iba pang soluble substances sa paligid ng electrode upang mapataas ang soil conductivity sa pamamagitan ng electrolysis.

• Idagdag ang charcoal o iba pang moisture-retaining substances sa paligid ng electrode upang panatilihin ang lupa na basa sa buong taon.

• Gumamit ng multiple electrodes na konektado sa parallel upang mapataas ang kabuuang surface area na may contact sa lupa.

• Gumamit ng mas mahaba o mas malalim na electrodes upang maabot ang mas mababang layers ng lupa na may mas mababang resistivity.

• Gumamit ng electrodes na may mas malaking cross-sections o hollow shapes upang bawasan ang electrode resistance.

• Gumamit ng electrodes na may special coatings o alloys upang maiwasan ang corrosion at mapataas ang contact resistance.

Inirerekomenda na sukatin ang earth resistance periodicamente (taun-taon o semi-taun-taon) at gawin ang kinakailangang aksyon kung ito ay lumampas sa desired value para sa application.

Kasimpulan

Ang earth resistance ay isang mahalagang parameter para sa pagdisenyo at pag-maintain ng mga earthing systems. Ito ay depende sa iba’t ibang factor tulad ng soil resistivity, electrode size, shape, depth, material, atbp. May iba't ibang paraan upang sukatin ito sa umiiral na mga sistema, tulad ng fall of the potential method, clamp-on method, attached rod method, star-delta method, dead earth method, at slope method. 

Maaaring mapabuti ang earth resistance sa pamamagitan ng idagdag ng asin, charcoal, o iba pang substances sa paligid ng electrodes, gumamit ng multiple electrodes, gumamit ng mas mahaba o mas malalim na electrodes, gumamit ng mas malaking o hollow electrodes, o gumamit ng special coatings o alloys para sa electrodes. Dapat sukatin ang earth resistance periodicamente at i-keep it within acceptable limits para sa seguridad at performance reasons.