Що таке опір землі?

Що таке опір землі?

Визначення опору землі

Заземлювальний електрод - це металева штанга або плита, яка закопана в грунт і підключена до заземлювального терміналу електричної системи. Він забезпечує низький опір для розсіювання токів аварійних режимів та стрілкових сургучів у грунт. Він також допомагає стабілізувати напругу системи та зменшити електромагнітні завади.

Заземлювальні електроди можуть виготовлятися з матеріалів, таких як мідь, сталі або гальванізований залізо, обраних за їхньою провідністю та корозійною стійкістю. Розмір, форма, довжина та глибина електрода залежать від умов грунту, ступеня струму та специфіки застосування системи заземлення.

Фактори, що впливають на опір заземлення

Опір землі в основному залежить від опору грунту між електродом та точкою нульового потенціалу (нескінченна земля). Опору грунту впливають декілька факторів, таких як:

• Електропровідність грунту, яка в основному пов'язана з електролізом. Концентрація води, солей та інших хімічних компонентів в грунті визначає його провідність. Вологий грунт з високим вмістом солей має нижчу опірність, ніж сухий грунт з низьким вмістом солей.

• Хімічний склад грунту, який впливає на його pH-значення та корозійні властивості. Кисла або щелочна земля може кородувати електроди землі та збільшувати їх опір.

• Розмір, однорідність та упаковка частинок грунту впливають на його пористість та здатність утримувати вологу. Мініатюрний грунт з однорідним розподілом та компактною упаковкою має нижчу опірність, ніж крупнозернистий грунт з нерегулярним розподілом та вільною упаковкою.

• Температура грунту, яка впливає на його теплове розширення та точку замерзання. Висока температура може збільшити провідність грунту, збільшуючи його іонну подвижність. Низькі температури можуть знизити провідність грунту, замерзаючи його вміст води.

• Опір землі також залежить від опору самого електрода та контактного опору між поверхнею електрода та грунтом. Однак ці фактори зазвичай несуттєві по відношенню до опору грунту.

Вимірювання опору землі

Існує ряд методів вимірювання опору землі на існуючих системах. Деякі з них:

Метод спаду потенціалу

Цей метод, також відомий як три-точковий або метод падіння потенціалу, потребує двох тестових електродів (токовий та потенційний) та приладу для вимірювання опору землі. Токовий електрод розташовується на відстані від заземлювального електрода, відповідно до його глибини. Потенційний електрод розташовується між ними, поза їх областями опору. Прилад вводить відому силу струму через токовий електрод і вимірює напругу між потенційним та заземлювальним електродами. Опір землі потім обчислюється за законом Ома:

Де R - опір землі, V - виміряна напруга, I - введений струм.

Цей метод простий та точний, але потребує відключення всіх з'єднань з електрода землі перед тестуванням.

Кліпсовий метод

Цей метод також відомий як індуктивне частотне тестування або метод без стержнів. Цей метод не потребує жодних тестових електродів або відключення будь-яких з'єднань з електрода землі. Використовуються два кліпси, які розташовуються навколо існуючого електрода землі. Один кліпс індукує напругу на електрод, а інший кліпс вимірює струм, що протікає через нього. Опір землі обчислюється за законом Ома:

Де R - опір землі, V - індукована напруга, I - виміряний струм.

Цей метод зручний та швидкий, але потребує паралельної мережі землі з кількома електродами.

Метод прикріплених стержнів

Цей метод включає один тестовий електрод (токовий електрод) та прилад для вимірювання опору землі. Токовий електрод під'єднується до електрода землі дротом. Прилад вводить відому силу струму через дріт і вимірює напругу між дротом та електродом землі. Опір землі потім обчислюється за законом Ома:

Де R - опір землі, V - виміряна напруга, I - введений струм.

Цей метод не потребує відключення жодних з'єднань з електрода землі, але потребує хорошого контакту між дротом та токовим електродом.

Метод трикутника

Цей метод використовує три тестові електроди (токові електроди), розташовані у рівносторонньому трикутнику навколо існуючого електрода землі. Прилад для вимірювання опору землі вводить відому силу струму через кожну пару тестових електродів по черзі і вимірює напругу між кожними двома тестовими електродами по черзі. Опір землі обчислюється за законами Кірхгофа:

Де R - опір землі, V_AB, V_BC, V_CA - виміряні напруги між кожними двома тестовими електродами, I - введений струм.

Цей метод не потребує відключення жодних з'єднань з електрода землі, але потребує більше тестових електродів, ніж інші методи.

Метод мертвого заземлення

Цей метод використовує два тестові електроди (токові електроди), під'єднані послідовно з приладом для вимірювання опору землі. Один тестовий електрод вставляється поблизу існуючого електрода землі, а інший - далеко від нього. Прилад вводить відому силу струму через обидва тестові електроди у грунт і вимірює напругу між ними. Опір землі обчислюється за законом Ома:

Де R - опір землі, V - виміряна напруга, I - введений струм.

Цей метод не потребує відключення жодних з'єднань з існуючого електрода землі, але потребує дуже довгого дроту між обома тестовими електродами.

Метод нахилу

Цей метод використовує один тестовий електрод (потенційний електрод) та прилад для вимірювання опору землі. Потенційний електрод переміщується вздовж прямої лінії від існуючого електрода землі на регулярних інтервалах. Прилад вводить відому силу струму через існуючий електрод землі у грунт і вимірює напругу між ним і потенційним електродом на кожному інтервалі. Будується графік напруги відносно відстані, який екстраполюється, щоб знайти перетин з віссю напруги. Опір землі обчислюється за законом Ома:

Де R - опір землі, V₀ - перетин з віссю напруги, I - введений струм.

Цей метод не потребує відключення жодних з'єднань з існуючого електрода землі, але потребує переміщення потенційного електрода вздовж прямої лінії.

Покращення опору землі

Опір землі можна покращити, зменшивши опір грунту або збільшивши площу поверхні електрода. Деякі з типових способів покращення опору землі:

• Додавання солі або інших розчинних речовин навколо електрода, щоб збільшити провідність грунту за допомогою електролізу.

• Додавання вугілля або інших речовин, які утримують вологу, навколо електрода, щоб зберігати грунт вологим протягом року.

• Використання кількох електродів, під'єднаних паралельно, щоб збільшити загальну площу, що контактує з грунтом.

• Використання довших або глибших електродів, щоб досягти нижчих шарів грунту з нижчою опірністю.

• Використання електродів з більшим поперечним перерізом або порожнистими формами, щоб зменшити опір електрода.

• Використання електродів з особливими покриттями або сплавами, щоб запобігти корозії та збільшити контактний опір.

Рекомендується періодично (щорічно або піврічно) вимірювати опір землі та приймати необхідні дії, якщо він перевищує бажане значення для застосування.

Висновок

Опір землі - це важливий параметр для проектування та підтримки систем заземлення. Він залежить від різних факторів, таких як опір грунту, розмір, форма, глибина, матеріал електрода тощо. Існує ряд методів вимірювання опору землі на існуючих системах, таких як метод спаду потенціалу, кліпсовий метод, метод прикріплених стержнів, метод трикутника, метод мертвого заземлення та метод нахилу.

Опір землі можна покращити, додаючи сіль, вугілля або інші речовини навколо електродів, використовуючи кілька електродів, довші або глибші електроди, більші або порожнисті електроди, або спеціальні покриття або сплави для електродів. Опір землі слід періодично вимірювати та тримати в прийнятних межах для безпеки та продуктивності.