Földellenállás: Definíció, tényezők és mérési módszerek

A Föld ellenállása úgy definiálható, mint az ellenállás, amelyet a Föld elektrodja nyújt a folyamathoz, amely a talajba áramlik. Ezt gyakran Föld ellenállásnak vagy talajellenállásnak is nevezik. A Föld ellenállása egy fontos paraméter az elektromos telepítések tervezésében és karbantartásában, mivel befolyásolja az elektromos telepítések biztonságát és teljesítményét.

Mi az a Föld elektrodja?

A Föld elektrodja egy fém rud vagy lemez, amely a talajban van elhelyezve, és csatlakoztatva van az elektromos rendszer Föld termináljához. Ez alacsony ellenállású utat nyújt a hibafolyamoknak és a villámütközéseknek, hogy a talajba szóródjanak. Emellett segít stabilizálni a rendszer feszültségét és csökkenteni az elektromágneses zavarodást.

A Föld elektrodja réz, acél, cinkelt vas vagy más jól vezető és korroziónak ellenálló anyagokból készülhet. Az elektrod mérete, formája, hossza és mélye déd attól függ, hogy milyen a talaj állapota, a folyamatminősítése és az elektrod alkalmazása.

Milyen tényezők befolyásolják a Föld ellenállását?

A Föld ellenállása elsősorban a talaj ellenállásától függ, amely a Föld elektrodja és a nulla potenciálú pont (végtelen Föld) között helyezkedik el. A talaj ellenállása több tényezőtől függ, mint például:

• A talaj elektrikus vezetőképessége, ami főleg elektrolízis miatt alakul ki. A víz, só és egyéb kémiai összetevők koncentrációja a talajban meghatározza a vezetőképességét. A nedves, magas sótartalommal rendelkező talaj alacsonyabb ellenállású, mint a száraz, alacsony sótartalommal rendelkező talaj.

• A talaj kémiai összetétele, ami befolyásolja a pH értékét és a korroziónak való hajlamát. A savanyú vagy alkalinis talaj korrodálhatja a Föld elektrodját és növelheti annak ellenállását.

• A talaj részecskéinek mérete, egyenletessége és elhelyezkedése befolyásolja a porózitását és a nedvesség megmaradásának képességét. A finom részecskéjű, egyenletesen elosztott és sűrűn pakolt talaj alacsonyabb ellenállású, mint a nagy részecskéjű, egyenletlenül elosztott és lágyan pakolt talaj.

• A talaj hőmérséklete, ami befolyásolja a termikus kiterjedését és a fagyáspontját. A magas hőmérséklet növelheti a talaj vezetőképességét az ion mobilitás növekedésével. Alacsony hőmérséklet csökkentheti a talaj vezetőképességét a talaj víztartalmának fagyása miatt.

A Föld ellenállása továbbá függ az elektrod saját ellenállásától és a talaj felületére eső kapcsolódási ellenállástól. Ezek a tényezők azonban általában elhanyagolhatók a talaj ellenállása mellett.

Hogyan mérjük a Föld ellenállását?

Számos módszer létezik a Föld ellenállás mérésehez meglévő rendszerekben. Néhány gyakori módszer a következők:

Potenciál-leptetési módszer

Ezt a módszert néha 3-pontos módszernek vagy potenciál-leptetési módszernek is nevezik. Két teszt elektrodra (folyamatelektrod és potenciálelektrod) és egy Föld ellenállás mérőre van szükség. A folyamatelektrod a meglévő Föld elektrodjától egy adott távolságra, a mélységekkel egyenlő mélységre kerül. A potenciálelektrod a kettő között, olyan távolságra helyezkedik el, hogy kívül maradjon a hatáskörökön (ellenállási területeken). A mérő bekapcsol egy ismert folyamatot a folyamatelektrodon keresztül, és méri a potenciálelektrod és a meglévő Föld elektrod közötti feszültséget. A Föld ellenállás a következők szerint számítható:

Ahol R a Föld ellenállása, V a mértek feszültsége, és I a bekapcsolt folyamat.

Ez a módszer egyszerű és pontos, de előtte el kell szakítani a Föld elektrodjával való összes kapcsolatot.

Klemmázó módszer

Ezt a módszert néha indukált frekvencia tesztnek vagy kivitelezés nélküli módszernek is nevezik. Nem igényel teszt elektrodokat vagy a Föld elektrodjával való összeköttetés megszakítását. Két klemmával, amelyek a meglévő Föld elektrodjának köré vannak helyezve. Az egyik klemma indukál egy feszültséget az elektrodjára, a másik pedig méri a rajta áramló folyamatot. A Föld ellenállás a következők szerint számítható:

Ahol R a Föld ellenállása, V az indukált feszültség, és I a mértek folyamata.

Ez a módszer kényelmes és gyors, de párhuzamos Föld hálózatra van szükség, amely több elektrodjal rendelkezik.

Csatolt rudas módszer

Ez a módszer egy teszt elektrodra (folyamatelektrod) és egy Föld ellenállás mérőre van szükség. A folyamatelektrod dróttal csatlakoztatva van a meglévő Föld elektrodjához. A mérő bekapcsol egy ismert folyamatot a drón keresztül, és méri a dró és a meglévő Föld elektrod közötti feszültséget. A Föld ellenállás a következők szerint számítható:

Ahol R a Föld ellenállása, V a mértek feszültsége, és I a bekapcsolt folyamat.

Ez a módszer nem igényel a Föld elektrodjával való összeköttetés megszakítását, de jó kapcsolatot igényel a dró és a folyamatelektrod között.

Csillag-delta módszer

Ez a módszer három teszt elektrodra (folyamatelektrod) van szükség, amelyek egyenlő oldalú háromszögben vannak elrendezve a meglévő Föld elektrodja körül. A Föld ellenállás mérő bekapcsol egy ismert folyamatot minden teszt elektrod párban sorban, és méri a feszültséget minden teszt elektrod párban sorban. A Föld ellenállás a Kirchhoff törvényei szerint számítható:

Ahol R a Föld ellenállása, V_AB, V_BC, V_CA a teszt elektrodok párjai közötti mértek feszültségei, és I a bekapcsolt folyamat.

Ez a módszer nem igényel a Föld elektrodjával való összeköttetés megszakítását, de több teszt elektrodra van szükség, mint a többi módszer.

Halott Föld módszer

Ez a módszer két teszt elektrodra (folyamatelektrod) van szükség, amelyek sorban vannak csatlakoztatva egy Föld ellenállás mérővel. Az egyik teszt elektrod a meglévő Föld elektrodja közeli területén, a másik pedig messze tőle van elhelyezve. A mérő bekapcsol egy ismert folyamatot mindkét teszt elektrodon keresztül a talajba, és méri a feszültséget közöttük. A Föld ellenállás a következők szerint számítható:

Ahol R a Föld ellenállása, V a mértek feszültsége, és I a bekapcsolt folyamat.

Ez a módszer nem igényel a meglévő Föld elektrodjával való összeköttetés megszakítását, de nagyon hosszú drót szükséges a két teszt elektrod között.

Simogató módszer

Ez a módszer egy teszt elektrodra (potenciálelektrod) és egy Föld ellenállás mérőre van szükség. A potenciálelektrod egyenes vonalon haladva távolodik a meglévő Föld elektrodjától, rendszeresen mérve a távolságot. A mérő bekapcsol egy ismert folyamatot a meglévő Föld elektrodján keresztül a talajba, és méri a feszültséget a potenciálelektrod és a meglévő Föld elektrod között