Земна съпротива: Дефиниция, фактори и методи за измерване
Съпротивлението на земята е дефинирано като съпротивлението, което предлага земния електрод на потока на ток в земята. То е известно и като съпротивление към земята или грунтово съпротивление. Съпротивлението на земята е важен параметър за проектиране и поддръжка на системи за заземяване, тъй като влияе върху безопасността и производителността на електрическите инсталации.
Какво е земен електрод?
Земен електрод е метален стълб или плочка, заровена в почвата и свързана с терминалът на земята на електрическа система. Той предоставя път с ниско съпротивление за токове при повреда и удари от мълнии да се разсеят в земята. Той помага също така за стабилизиране на напрежението на системата и намаляване на електромагнитната интерференция.
Земният електрод може да бъде направен от мед, стомана, цинкована желязна или други материали с добра проводимост и корозийна устойчивост. Размерът, формата, дължината и дълбината на земния електрод зависят от условията на почвата, токовата характеристика и приложението на системата за заземяване.
Какви са факторите, които влияят върху съпротивлението на земята?
Съпротивлението на земята главно зависи от резистивността на почвата между електрода и точката на нулев потенциал (безкрайна земя). Резистивността на почвата е влияна от няколко фактора, такива като:
Електрическата проводимост на почвата, която е главно резултат от електролиз. Концентрацията на вода, сол и други химически компоненти в почвата определя нейната проводимост. Влажна почва с високо съдържание на сол има по-ниска резистивност от суха почва с ниско съдържание на сол.
Химичният състав на почвата, който влияе върху нейната pH стойност и корозийни свойства. Кисела или алкална почва може да корозира земните електроди и да увеличи техното съпротивление.
Размерът, равномерността и пакетирането на частиците в почвата влияят върху нейната пористост и капацитет за задържане на влага. Почва с мелки частици, равномерно разпределени и компактно пакетирани, има по-ниска резистивност от почва с големи частици, неравномерно разпределени и слабо пакетирани.
Температурата на почвата, която влияе върху нейното термично разширение и точка на замръзване. Високата температура може да увеличи проводимостта на почвата, като увеличава мобилността на ионите. Ниските температури могат да намалят проводимостта на почвата, като замразят съдържанието й от вода.
Съпротивлението на земята зависи също така от съпротивлението на самия електрод и контактното съпротивление между повърхността на електрода и почвата. Обаче, тези фактори обикновено са пренебрегваеми в сравнение с резистивността на почвата.
Как да измерите съпротивлението на земята?
Има различни методи за измерване на съпротивлението на земята в съществуващи системи. Някои от най-общи методи са:
Метод на падането на потенциала
Този метод е известен също като 3-точки метод или метод на падането на потенциала. Той изисква два тестови електрода (токов електрод и потенциален електрод) и измервател на съпротивлението на земята. Токовият електрод се вкарва на разстояние от съществуващия земен електрод до дълбочина, равна на неговата дълбочина. Потенциалният електрод се вкарва между тях на подходящо разстояние, така че да е извън сферите на влияние (областите на съпротивление). Измервателят вкарва известен ток през токовия електрод и измерва напрежението между потенциалния електрод и съществуващия земен електрод. Съпротивлението на земята се изчислява с помощта на закона на Ом:
Където R е съпротивлението на земята, V е измереното напрежение, а I е вкараният ток.
Този метод е прост и точен, но изисква прекъсване на всички връзки към земния електрод преди измерването.
Метод с кламп
Този метод е известен също като метод на индуцирана честота или метод без ставки. Не изисква никакви тестови електроди или прекъсване на връзки към земния електрод. Използва два клампа, които се поставят около съществуващия земен електрод. Един кламп индуцира напрежение в електрода, а друг кламп измерва тока, протичащ през него. Съпротивлението на земята се изчислява с помощта на закона на Ом:
Където R е съпротивлението на земята, V е индуцираното напрежение, а I е измереният ток.
Този метод е удобен и бърз, но изисква паралелна земна мрежа с множество електроди.
Метод с прикрепен стълб
Този метод използва един тестов електрод (токов електрод) и измервател на съпротивлението на земята. Токовият електрод се прикрепя към съществуващия земен електрод с жица. Измервателят вкарва известен ток през жицата и измерва напрежението между жицата и съществуващия земен електрод. Съпротивлението на земята се изчислява с помощта на закона на Ом:
Където R е съпротивлението на земята, V е измереното напрежение, а I е вкараният ток.
Този метод не изисква прекъсване на връзки към земния електрод, но изисква добра връзка между жицата и токовия електрод.
Метод "звезда-триъгълник"
Този метод използва три тестови електрода (токови електроди), разположени в равностранен триъгълник около съществуващия земен електрод. Измервател на съпротивлението на земята вкарва известен ток през всяка двойка тестови електроди по ред и измерва напрежението между всяка двойка тестови електроди по ред. Съпротивлението на земята се изчислява с помощта на законите на Кирхоф:
Където R е съпротивлението на земята, VAB, VBC, VCA са измерените напрежения между всяка двойка тестови електроди, а I е вкараният ток.
Този метод не изисква прекъсване на връзки към земния електрод, но изисква повече тестови електроди от другите методи.
Метод на "мъртвата земя"
Този метод използва два тестови електрода (токови електроди), свързани в ред с измервател на съпротивлението на земята. Един тестов електрод се вкарва близо до съществуващия земен електрод, а друг тестов електрод се вкарва далеч от него. Измервателят вкарва известен ток през двата тестови електрода в земята и измерва напрежението между тях. Съпротивлението на земята се изчислява с помощта на закона на Ом:
