Zemljano otpor: Definicija faktori i metode mjerenja
Otpornost Zemlje definira se kao otpornost koju pruža zemljani elektrod strujanju u tlo. Poznata je i kao otpornost prema zemlji ili zemljana otpornost. Otpornost Zemlje je važan parametar za dizajniranje i održavanje sustava zemljanja, jer utječe na sigurnost i performanse električnih instalacija.
Što je zemljani elektrod?
Zemljani elektrod je metalna štapica ili ploča koja je zakopana u tlo i spojena s zemljanim terminalom električnog sustava. Pruža niskouprugu stazu za struje greške i udarne talase da se rasipa u tlo. Također pomaže u stabilizaciji napona sustava i smanjenju elektromagnetske interferencije.
Zemljani elektrod može biti izrađen od bakra, čelika, galvaniziranog željeza ili drugih materijala s dobrim vodljivošću i otpornošću na koroziju. Veličina, oblik, duljina i dubina zemljanih elektroda ovisi o uslovima tla, strujnom ocjeni i primjeni sustava zemljanja.
Koji su faktori koji utječu na otpornost Zemlje?
Otpornost Zemlje uglavnom ovisi o rezistivnosti tla između elektroda i točke nulte potencijale (beskonačna zemlja). Rezistivnost tla utjecaju nekoliko faktora, poput:
Električna vodljivost tla, koja je uglavnom posljedica elektrolize. Koncentracija vode, soli i drugih kemijskih spojeva u tlu određuje njegovu vodljivost. Vlažno tlo s visokim sadržajem soli ima nižu rezistivnost nego suho tlo s niskim sadržajem soli.
Kemijska sastava tla, koja utječe na njegovu pH vrijednost i svojstva korozije. Kiselinsko ili lužninsko tlo može korozirati zemljane elektrode i povećati njihovu otpornost.
Veličina, uniformnost i pakiranje čestica tla utječu na njegovu poroznost i sposobnost zadržavanja vlage. Finograno tlo s uniformnim rasporedom i kompaktnim pakiranjem ima nižu rezistivnost nego grubograno tlo s neravnomitnim rasporedom i lujim pakiranjem.
Temperatura tla, koja utječe na njegovu termičku ekspanziju i točku zamrzavanja. Visoka temperatura može povećati vodljivost tla povećavanjem mobilnosti iona. Niske temperature mogu smanjiti vodljivost tla zamrzavanjem njegova vodene sadržaje.
Otpornost Zemlje također ovisi o otpornosti samog elektroda i kontaktnej otpornosti između površine elektroda i tla. Međutim, ovi faktori su obično zanemarljivi u usporedbi s rezistivnošću tla.
Kako mjeriti otpornost Zemlje?
Postoji nekoliko metoda za mjerenje otpornosti Zemlje na postojećim sustavima. Neke od uobičajenih metoda su:
Metoda padanja potencijala
Ova metoda poznata je i kao 3-točkasta metoda ili metoda padanja potencijala. Zahtijeva dva test elektroda (strujni elektrod i potencijalni elektrod) i tester za otpornost Zemlje. Strujni elektrod umetnut je na određenoj udaljenosti od postojećeg zemljanih elektroda do dubine jednake njegovoj dubini. Potencijalni elektrod umetnut je između njih na prikladnu udaljenost tako da se nalazi izvan njihovih sfera utjecaja (područja otpornosti). Tester ubacuje poznatu struju kroz strujni elektrod i mjeri napon između potencijalnog elektroda i postojećeg zemljanih elektroda. Otpornost Zemlje izračunava se pomoću Ohmovog zakona:
Gdje je R otpornost Zemlje, V je izmjereni napon, a I je ubačena struja.
Ova metoda je jednostavna i točna, ali zahtijeva odspajanje svih veza s zemljanim elektrodom prije mjerenja.
Metoda sa klešćama
Ova metoda poznata je i kao inducirano frekvencijsko testiranje ili bez-staklo metoda. Ne zahtijeva nikakve test elektrode ili odspajanje bilo kakvih veza s zemljanim elektrodom. Koristi se dvije klešće koje se postave oko postojećeg zemljanih elektroda. Jedna klešća inducira napon na elektrod, a druga klešća mjeri struju koja teče kroz njega. Otpornost Zemlje izračunava se pomoću Ohmovog zakona:
Gdje je R otpornost Zemlje, V je inducirani napon, a I je izmjerena struja.
Ova metoda je praktična i brza, ali zahtijeva paralelnu mrežu zemljanja s više elektroda.
Metoda s pričvršćenim štapom
Ova metoda koristi jedan test elektrod (strujni elektrod) i tester za otpornost Zemlje. Strujni elektrod pričvršćen je na postojeći zemljani elektrod s žicom. Tester ubacuje poznatu struju kroz žicu i mjeri napon između žice i postojećeg zemljanih elektroda. Otpornost Zemlje izračunava se pomoću Ohmovog zakona:
Gdje je R otpornost Zemlje, V je izmjereni napon, a I je ubačena struja.
Ova metoda ne zahtijeva odspajanje bilo kakvih veza s zemljanim elektrodom, ali zahtijeva dobru vezu između žice i strujnog elektroda.
Zvjezdasta-deltasta metoda
Ova metoda koristi tri test elektroda (strujne elektrode) raspoređene u jednakostranični trokut oko postojećeg zemljanih elektroda. Tester za otpornost Zemlje ubacuje poznatu struju kroz svaki par test elektroda redom i mjeri napon između svakog para test elektroda redom. Otpornost Zemlje izračunava se pomoću Kirchhoffovih zakona:
Gdje je R otpornost Zemlje, VAB, VBC, VCA su izmjereni naponi između svakog para test elektroda, a I je ubačena struja.
Ova metoda ne zahtijeva odspajanje bilo kakvih veza s zemljanim elektrodom, ali zahtijeva više test elektroda nego druge metode.
Metoda mrtve zemlje
Ova metoda koristi dva test elektroda (strujne elektrode) spojena u seriju s testerom za otpornost Zemlje. Jedan test elektrod umetnut je blizu postojećeg zemljanih elektroda, a drugi test elektrod umetnut je daleko od njega. Tester ubacuje poznatu struju kroz oba test elektroda u tlo i mjeri napon između njih. Otpornost Zemlje izračunava se pomoću Ohmovog zakona:
Gdje je R otpornost Zemlje, V je izmjereni napon, a I je ubačena struja.
Ova metoda ne zahtijeva odspajanje bilo kakvih veza s postojećim zemljanim elektrodom, ali zahtijeva vrlo dug žicu između oba test elektroda.
