Opor ziemi: definicja czynniki i metody pomiaru
Opór ziemi definiuje się jako opór oferowany przez elektrodę ziemną dla przepływu prądu do ziemi. Jest również znany jako opór do ziemi lub opór ziemny. Opór ziemi jest ważnym parametrem przy projektowaniu i konserwacji systemów uziemienia, ponieważ wpływa na bezpieczeństwo i wydajność instalacji elektrycznych.
Co to jest elektoda ziemna?
Elektoda ziemna to metalowy pręt lub płyta, która jest zakopana w gruncie i podłączona do terminalu ziemnego systemu elektrycznego. Zapewnia ona niski opór dla prądów awaryjnych i impulsów piorunowych, aby mogły one rozpraszać się w gruncie. Pomaga również stabilizować napięcie systemu i zmniejsza interferencję elektromagnetyczną.
Elektoda ziemna może być wykonana z miedzi, stali, żelaza galwanizowanego lub innych materiałów o dobrych właściwościach przewodzenia i odporności na korozję. Wielkość, kształt, długość i głębokość elektody ziemnej zależą od warunków glebowych, prądu nominalnego oraz zastosowania systemu uziemienia.
Jakie czynniki wpływają na opór ziemi?
Opór ziemi zależy głównie od rezystywności gleby między elektrodą a punktem zerowego potencjału (nieskończoną ziemią). Rezystywność gleby jest wpływana przez kilka czynników, takich jak:
Przewodność elektryczna gleby, która jest głównie wynikiem elektrolizy. Stężenie wody, soli i innych składników chemicznych w glebie określa jej przewodność. Wilgotna gleba o wysokim stężeniu soli ma niższą rezystywność niż sucha gleba o niskim stężeniu soli.
Skład chemiczny gleby, który wpływa na jej wartość pH i właściwości korozji. Kwasowa lub zasadowa gleba może korodować elektody ziemne i zwiększać ich opór.
Rozmiar, jednorodność i pakowanie cząstek glebowych wpływają na jej porowatość i zdolność do utrzymywania wilgoci. Drobnogranulowa gleba o jednolitym rozkładzie i gęstym pakowaniu ma niższą rezystywność niż grubogranulowa gleba o nierównomiernym rozkładzie i luźnym pakowaniu.
Temperatura gleby, która wpływa na jej termiczne rozszerzenie i punkt zamarzania. Wysoka temperatura może zwiększyć przewodność gleby poprzez zwiększenie ruchliwości jonów. Niska temperatura może obniżyć przewodność gleby poprzez zamrażanie zawartej w niej wody.
Opór ziemi zależy również od oporu samej elektrody i oporu kontaktowego między powierzchnią elektrody a glebą. Jednak te czynniki są zwykle zaniedbywalne w porównaniu z rezystywnością gleby.
Jak zmierzyć opór ziemi?
Istnieje wiele metod pomiaru oporu ziemi w istniejących systemach. Niektóre z najpopularniejszych metod to:
Metoda spadku potencjału
Ta metoda jest również znana jako metoda trzech punktów lub metoda spadku potencjału. Wymaga dwóch elektrod testowych (elektroda prądowa i elektroda potencjałowa) oraz testeru oporu ziemnego. Elektroda prądowa jest wbijana na odległość od istniejącej elektrody ziemnej do głębokości równiej jej głębokości. Elektroda potencjałowa jest wbijana między nimi na odpowiednią odległość, tak aby była poza ich sfery wpływów (obszarami oporu). Tester wstrzykuje znany prąd przez elektrodę prądową i mierzy napięcie między elektrodą potencjałową a istniejącą elektrodą ziemną. Opór ziemi jest obliczany za pomocą prawa Ohma:
Gdzie R to opór ziemi, V to zmierzone napięcie, a I to wstrzyknięty prąd.
Ta metoda jest prosta i dokładna, ale wymaga odłączenia wszystkich połączeń z elektrodą ziemną przed pomiarem.
Metoda klamrowa
Ta metoda jest również znana jako pomiar indukcyjny lub metoda bez elektrod. Nie wymaga żadnych elektrod testowych ani odłączania jakichkolwiek połączeń z elektrodą ziemną. Używa dwóch klamer, które są umieszczone wokół istniejącej elektrody ziemnej. Jedna klamra indukuje napięcie do elektrody, a druga klamra mierzy prąd płynący przez nią. Opór ziemi jest obliczany za pomocą prawa Ohma:
Gdzie R to opór ziemi, V to indukowane napięcie, a I to zmierzony prąd.
Ta metoda jest wygodna i szybka, ale wymaga równoległej sieci ziemnej z wieloma elektrodami.
Metoda przyczepionej liny
Ta metoda używa jednej elektrody testowej (elektrody prądowej) i testeru oporu ziemnego. Elektroda prądowa jest przyczepiona do istniejącej elektrody ziemnej za pomocą drutu. Tester wstrzykuje znany prąd przez drut i mierzy napięcie między drutem a istniejącą elektrodą ziemną. Opór ziemi jest obliczany za pomocą prawa Ohma:
Gdzie R to opór ziemi, V to zmierzone napięcie, a I to wstrzyknięty prąd.
Ta metoda nie wymaga odłączania żadnych połączeń z elektrodą ziemną, ale wymaga dobrego kontaktu między drutem a elektrodą prądową.
Metoda gwiazda-trójkąt
Ta metoda używa trzech elektrod testowych (elektrod prądowych) ułożonych w trójkąt równoboczny wokół istniejącej elektrody ziemnej. Tester oporu ziemnego wstrzykuje znany prąd przez każdą parę elektrod testowych na przemian i mierzy napięcie między każdą parą elektrod testowych na przemian. Opór ziemi jest obliczany za pomocą praw Kirchhoffa:
Gdzie R to opór ziemi, VAB, VBC, VCA to zmierzone napięcia między każdą parą elektrod testowych, a I to wstrzyknięty prąd.
Ta metoda nie wymaga odłączania żadnych połączeń z elektrodą ziemną, ale wymaga większej liczby elektrod testowych niż inne metody.
Metoda martwej ziemi
Ta metoda używa dwóch elektrod testowych (elektrod prądowych) połączonych szeregowo z testerem oporu ziemnego. Jedna elektroda testowa jest wbijana w pobliżu istniejącej elektrody ziemnej, a druga elektroda testowa jest wbijana daleko od niej. Tester wstrzykuje znany prąd przez obie elektrody testowe do ziemi i mierzy napięcie między nimi. Opór ziemi jest obliczany za pomocą prawa Ohma:
Gdzie R to opór ziemi, V to zmierzone napięcie, a I to wstrzyknięty prąd.
Ta metoda nie wymaga odłączania żadnych połączeń z istniejącą elektrodą ziemną, ale wymaga bardzo długiego drutu między obiema elektrodami testowymi.
Metoda nachylenia
Ta metoda używa jednej elektrody testowej (elektrody potencjałowej) i testeru oporu ziemnego. Elektroda potencjałowa jest przesuwana wzdłuż prostej linii w dół od istniejącej elektrody ziemnej w regularnych odstępach. Tester wstrzykuje znany prąd przez istniejącą elektrodę ziemną do ziemi i mierzy napięcie między nią a elektrodą potencjałową w każdym interwale. Rysuje się wykres napięcia w funkcji odległości i ekstrapoluje go
