Сопротивление земли: определение факторы и методы измерения
Сопротивление земли определяется как сопротивление, которое оказывает электрод заземления потоку тока в землю. Оно также известно как сопротивление к земле или сопротивление грунта. Сопротивление земли является важным параметром при проектировании и обслуживании систем заземления, так как оно влияет на безопасность и производительность электрических установок.
Что такое электрод заземления?
Электрод заземления — это металлический стержень или пластина, зарытые в почву и подключенные к заземляющему выводу электрической системы. Он обеспечивает низкоомный путь для токов короткого замыкания и ударов молнии, чтобы они рассеивались в землю. Он также помогает стабилизировать напряжение системы и уменьшить электромагнитные помехи.
Электрод заземления может быть изготовлен из меди, стали, оцинкованного железа или других материалов с хорошей проводимостью и устойчивостью к коррозии. Размер, форма, длина и глубина электрода заземления зависят от условий почвы, номинального тока и применения системы заземления.
Какие факторы влияют на сопротивление земли?
Сопротивление земли в основном зависит от удельного сопротивления почвы между электродом и точкой нулевого потенциала (бесконечная земля). Удельное сопротивление почвы определяется несколькими факторами, такими как:
Электрическая проводимость почвы, которая в основном обусловлена электролизом. Концентрация воды, соли и других химических компонентов в почве определяет ее проводимость. Влажная почва с высоким содержанием соли имеет меньшее удельное сопротивление, чем сухая почва с низким содержанием соли.
Химический состав почвы, который влияет на ее pH и коррозионные свойства. Кислая или щелочная почва может вызвать коррозию электродов заземления и увеличить их сопротивление.
Размер, однородность и упаковка частиц почвы влияют на ее пористость и способность удерживать влагу. Мелкозернистая почва с равномерным распределением и плотной упаковкой имеет меньшее удельное сопротивление, чем крупнозернистая почва с неравномерным распределением и рыхлой упаковкой.
Температура почвы, которая влияет на ее тепловое расширение и точку замерзания. Высокая температура может увеличить проводимость почвы, повышая подвижность ионов. Низкие температуры могут уменьшить проводимость почвы, замораживая ее воду.
Сопротивление земли также зависит от сопротивления самого электрода и контактного сопротивления между поверхностью электрода и почвой. Однако эти факторы обычно пренебрежимо малы по сравнению с удельным сопротивлением почвы.
Как измерить сопротивление земли?
Существует несколько методов измерения сопротивления земли на существующих системах. Некоторые из наиболее распространенных методов:
Метод падения потенциала
Этот метод также известен как трехточечный метод или метод падения потенциала. Для его выполнения требуются два тестовых электрода (токовый электрод и потенциальный электрод) и прибор для измерения сопротивления земли. Токовый электрод устанавливается на некотором расстоянии от существующего электрода заземления на такую же глубину. Потенциальный электрод устанавливается между ними на подходящем расстоянии, чтобы он находился вне их сфер влияния (областей сопротивления). Прибор вводит известный ток через токовый электрод и измеряет напряжение между потенциальным электродом и существующим электродом заземления. Сопротивление земли вычисляется по закону Ома:
Где R — сопротивление земли, V — измеренное напряжение, I — введенный ток.
Этот метод прост и точен, но требует отключения всех соединений с электродом заземления перед тестированием.
Метод зажима
Этот метод также известен как индуктивный метод или метод без штырей. Он не требует никаких тестовых электродов или отключения каких-либо соединений с электродом заземления. Используются два зажима, которые размещаются вокруг существующего электрода заземления. Один зажим индуцирует напряжение на электрод, а другой зажим измеряет ток, протекающий через него. Сопротивление земли вычисляется по закону Ома:
Где R — сопротивление земли, V — индуцированное напряжение, I — измеренный ток.
Этот метод удобен и быстр, но требует параллельной сети заземления с несколькими электродами.
Метод прикрепленного стержня
Этот метод использует один тестовый электрод (токовый электрод) и прибор для измерения сопротивления земли. Токовый электрод прикрепляется к существующему электроду заземления с помощью провода. Прибор вводит известный ток через провод и измеряет напряжение между проводом и существующим электродом заземления. Сопротивление земли вычисляется по закону Ома:
Где R — сопротивление земли, V — измеренное напряжение, I — введенный ток.
Этот метод не требует отключения каких-либо соединений с электродом заземления, но требует хорошего контакта между проводом и токовым электродом.
Звездно-треугольный метод
Этот метод использует три тестовых электрода (токовые электроды), расположенных в виде равностороннего треугольника вокруг существующего электрода заземления. Прибор для измерения сопротивления земли вводит известный ток через каждую пару тестовых электродов по очереди и измеряет напряжение между каждой парой тестовых электродов по очереди. Сопротивление земли вычисляется по законам Кирхгофа:
Где R — сопротивление земли, VAB, VBC, VCA — измеренные напряжения между каждой парой тестовых электродов, I — введенный ток.
Этот метод не требует отключения каких-либо соединений с электродом заземления, но требует больше тестовых электродов, чем другие методы.
Метод "мертвой земли"
Этот метод использует два тестовых электрода (токовые электроды), соединенных последовательно с прибором для измерения сопротивления земли. Один тестовый электрод вставляется рядом с существующим электродом заземления, а другой — далеко от него. Прибор вводит известный ток через оба тестовых электрода в землю и измеряет напряжение между ними. Сопротивление земли вычисляется по закону Ома:
Где R — сопротивление земли, V — измеренное напряжение, I — введенный ток.
Этот метод не требует отключения каких-либо соединений с существующим электродом заземления, но требует очень длинного провода между обоими тестовыми электродами.
Метод наклона
Этот метод использует один тестовый электрод (потенциальный электрод) и прибор для измерения сопротивления земли. Потенциальный электрод перемещается по прямой линии, удаляясь от существующего электрода заземления на регулярных интервалах. Прибор вводит известный ток через существующий электрод заземления в землю и измеряет напряжение между ним и потенциальным электродом на каждом интервале. Строится график напряжения в зависимости от расстояния, который экстраполируется, чтобы найти пересечение с осью напряжения. Сопротивление земли вычисляется по закону Ома:
Где R — сопротивление земли, V0 — пересечение с осью напряжения, I — введенный ток.
Этот метод не требует отключения каких-либо соединений с существующим электродом заземления, но требует перемещения потенциального электрода по прямой линии.
