Aardweerstand: Definitie, factoren en meetmethoden
De weerstand van de aarde wordt gedefinieerd als de weerstand die het aardingsstang biedt aan de stroom die in de grond vloeit. Het wordt ook wel weerstand naar de aarde of grondweerstand genoemd. De weerstand van de aarde is een belangameter voor het ontwerpen en onderhouden van aardingsystemen, omdat het de veiligheid en prestaties van elektrische installaties beïnvloedt.
Wat is een aardingselektrode?
Een aardingselektrode is een metalen staaf of plaat die in de bodem wordt begraven en verbonden wordt met de aardingsterminal van een elektrisch systeem. Het biedt een laag-weerstand pad voor foutstromen en bliksemflitsen om in de grond te verdwijnen. Het helpt ook bij het stabiliseren van de spanning van het systeem en vermindert elektromagnetische interferentie.
De aardingselektrode kan gemaakt zijn van koper, staal, geëtste ijzer of andere materialen met goede geleidbaarheid en corrosiebestendigheid. De grootte, vorm, lengte en diepte van de aardingselektrode hangen af van de bodemcondities, stroomwaardering en toepassing van het aardingsysteem.
Welke factoren beïnvloeden de weerstand van de aarde?
De weerstand van de aarde hangt voornamelijk af van de resistiviteit van de bodem tussen de elektrode en het punt van nul potentiaal (oneindige aarde). De resistiviteit van de bodem wordt beïnvloed door verschillende factoren, zoals:
De elektrische geleidbaarheid van de bodem, die voornamelijk veroorzaakt wordt door elektrolyse. De concentratie van water, zout en andere chemische componenten in de bodem bepaalt de geleidbaarheid. Vochtige bodem met een hoge zouthouding heeft een lagere resistiviteit dan droge bodem met een lage zouthouding.
De chemische samenstelling van de bodem, die de pH-waarde en corrosie-eigenschappen beïnvloedt. Zuur of alkalische bodem kan de aardingselektroden aantasten en de weerstand ervan verhogen.
De korrelgrootte, uniformiteit en verpakking van de bodempartikels beïnvloeden de porositeit en vochtretentiecapaciteit. Fijnkorrelige bodem met een uniforme verdeling en compacte verpakking heeft een lagere resistiviteit dan grofkorrelige bodem met een onregelmatige verdeling en losse verpakking.
De temperatuur van de bodem, die de thermische expansie en het bevriespunt beïnvloedt. Hoge temperaturen kunnen de geleidbaarheid van de bodem verhogen door de ionbeweging te vergroten. Lage temperaturen kunnen de geleidbaarheid van de bodem verlagen door het watergehalte te bevriezen.
De weerstand van de aarde hangt ook af van de weerstand van de elektrode zelf en de contactweerstand tussen het oppervlak van de elektrode en de bodem. Deze factoren zijn echter meestal verwaarloosbaar vergeleken met de bodemresistiviteit.
Hoe meet je de weerstand van de aarde?
Er zijn verschillende methoden om de weerstand van de aarde op bestaande systemen te meten. Enkele van de algemene methoden zijn:
Val van potentiaalmethode
Dit staat ook bekend als de 3-puntenmethode of potentiaaldrupmethode. Het vereist twee testelektroden (stroomelektrode en potentiaelektrode) en een aardingweerstandtester. De stroomelektrode wordt op een afstand van de bestaande aardingselektrode ingebracht tot dezelfde diepte. De potentiaelektrode wordt tussen hen ingebracht op een geschikte afstand, zodat deze buiten hun invloedsferen (weerstandsgebieden) valt. De tester injecteert een bekende stroom via de stroomelektrode en meet de spanning tussen de potentiaelektrode en de bestaande aardingselektrode. De aardingweerstand wordt berekend met behulp van Ohm's wet:
Waarbij R de aardingweerstand is, V de gemeten spanning is, en I de ingespoten stroom is.
Deze methode is eenvoudig en nauwkeurig, maar vereist dat alle verbindingen met de aardingselektrode worden losgekoppeld voordat er getest wordt.
Clamp-on-methode
Dit staat ook bekend als geïnduceerde frequentietesting of paalvrije methode. Het vereist geen testelektroden of het loskoppelen van enige verbindingen met de aardingselektrode. Het gebruikt twee klems die om de bestaande aardingselektrode worden geplaatst. Een klem induceert een spanning op de elektrode en de andere klem meet de stroom die erdoorheen stroomt. De aardingweerstand wordt berekend met behulp van Ohm's wet:
Waarbij R de aardingweerstand is, V de geïnduceerde spanning is, en I de gemeten stroom is.
Deze methode is handig en snel, maar vereist een parallel aardnetwerk met meerdere elektroden.
Vaste staafmethode
Deze methode gebruikt één testelektrode (stroomelektrode) en een aardingweerstandtester. De stroomelektrode wordt met een draad aan de bestaande aardingselektrode bevestigd. De tester injecteert een bekende stroom door de draad en meet de spanning tussen de draad en de bestaande aardingselektrode. De aardingweerstand wordt berekend met behulp van Ohm's wet:
Waarbij R de aardingweerstand is, V de gemeten spanning is, en I de ingespoten stroom is.
Deze methode vereist niet dat enige verbindingen met de aardingselektrode worden losgekoppeld, maar wel goede contact tussen de draad en de stroomelektrode.
Ster-deltamethode
Deze methode gebruikt drie testelektroden (stroomelektroden) gerangschikt in een gelijkzijdige driehoek rondom de bestaande aardingselektrode. Een aardingweerstandtester injecteert een bekende stroom door elk paar testelektroden op zijn beurt en meet de spanning tussen elk paar testelektroden op zijn beurt. De aardingweerstand wordt berekend met behulp van Kirchhoff's wetten:
Waarbij R de aardingweerstand is, VAB, VBC, VCA de gemeten spanningen tussen elk paar testelektroden zijn, en I de ingespoten stroom is.
Deze methode vereist niet dat enige verbindingen met de aardingselektrode worden losgekoppeld, maar wel meer testelektroden dan andere methoden.
Dode aardemethode
Deze methode gebruikt twee testelektroden (stroomelektroden) verbonden in serie met een aardingweerstandtester. Eén testelektrode wordt in de buurt van de bestaande aardingselektrode ingebracht, en de andere testelektrode wordt ver weg daarvan ingebracht. De tester injecteert een bekende stroom door beide testelektroden in de grond en meet de spanning tussen hen. De aardingweerstand wordt berekend met behulp van Ohm's wet:
Waarbij R de aardingweerstand is, V de gemeten spanning is, en I de ingespoten stroom is.
Deze methode vereist niet dat enige verbindingen met de bestaande aardingselektrode worden losgekoppeld, maar wel een zeer lange draad tussen beide testelektroden.
Hellingmethode
