Zemljna otpornost: Definicija faktori i metode merenja

Otpornost Zemlje definisana je kao otpor koji zemljani elektrod pruža protoku struje u tlo. Poznata je i kao otpornost prema Zemlji ili zemljanoj otpornosti. Otpornost Zemlje je važan parametar za dizajniranje i održavanje zemljanih sistema, jer utiče na sigurnost i performanse električnih instalacija.

Šta je zemljani elektrod?

Zemljani elektrod je metalna štapa ili ploča koja je zakopana u tlo i spojena sa zemljanim terminalom električnog sistema. Pruža put niskeg otpora za strujne greške i udarne talase da se rasprše u tlo. Takođe pomaže u stabilizaciji napona sistema i smanjuje elektromagnetnu interferenciju.

Zemljani elektrod može biti izrađen od bakra, čelika, galvaniziranog željeza ili drugih materijala sa dobro podstićanjem i otpornosti na koroziju. Veličina, oblik, dužina i dubina zemljanih elektroda zavise od uslova tla, strujne karakteristike i primene zemljanih sistema.

Koji faktori utiču na otpornost Zemlje?

Otpornost Zemlje uglavnom zavisi od rezistivnosti tla između elektroda i tačke nultog potencijala (beskonačna Zemlja). Rezistivnost tla utiče na nekoliko faktora, kao što su:

• Električna provodljivost tla, koja je uglavnom posledica elektrolize. Koncentracija vode, sove i drugih hemijskih komponenata u tlu određuje njegovu provodljivost. Vlažno tlo sa visokim sadržajem sove ima nižu rezistivnost nego suho tlo sa niskim sadržajem sove.

• Hemijska sastava tla, koja utiče na njegovu pH vrednost i korozione osobine. Kiselasto ili alkaličko tlo mogu korodirati zemljane elektrode i povećati njihov otpor.

• Veličina, uniformnost i pakovanje čestica tla utiču na njegovu poroznost i sposobnost zadržavanja vlage. Finograno tlo sa uniformnom raspodelom i kompaktnim pakovanjem ima nižu rezistivnost nego grubograno tlo sa neuniformnom raspodelom i luskavim pakovanjem.

• Temperatura tla, koja utiče na njegovu termalnu ekspanziju i točku zamrzavanja. Visoka temperatura može povećati provodljivost tla povećavanjem mobilnosti iona. Niske temperature mogu smanjiti provodljivost tla zamrzavanjem njegova vodnog sadržaja.

Otpornost Zemlje takođe zavisi od otpora samog elektroda i kontaktne otporne među površinom elektroda i tlo. Međutim, ovi faktori su obično zanemarljivi u poređenju sa rezistivnošću tla.

Kako meriti otpornost Zemlje?

Postoji mnogo metoda za merenje otpornosti Zemlje na postojećim sistemima. Neke od često korišćenih metoda su:

Metoda padanja potencijala

Ova metoda poznata je i kao 3-tačkasta metoda ili metoda padanja potencijala. Zahteva dva test elektroda (elektrod struje i potencijalni elektrod) i tester zemljane otpornosti. Elektrod struje se ubaci na određenoj udaljenosti od postojećeg zemljanih elektroda do dubine jednake njegovoj dubini. Potencijalni elektrod se ubaci između njih na odgovarajuće mesto tako da je van sfere uticaja (područja otpora). Tester ubacuje poznatu struju kroz elektrod struje i meri napon između potencijalnog elektroda i postojećeg zemljanih elektroda. Otpornost Zemlje se izračunava koristeći Ohmov zakon:

Gdje R predstavlja otpornost Zemlje, V mereni napon, a I ubaćena struja.

Ova metoda je jednostavna i tačna, ali zahteva odspajanje svih veza sa zemljanim elektrodama pre testiranja.

Metoda klipiranja

Ova metoda poznata je i kao indukovana frekvencijska testiranja ili metoda bez kolaca. Ne zahteva nikakve test elektrode ili odspajanje bilo kakvih veza sa zemljanim elektrodama. Koristi dva klipa koji se postavljaju oko postojećeg zemljanih elektroda. Jedan klip indukuje napon na elektrod, a drugi klip meri struju koja teče kroz njega. Otpornost Zemlje se izračunava koristeći Ohmov zakon:

Gdje R predstavlja otpornost Zemlje, V indukovani napon, a I merena struja.

Ova metoda je praktična i brza, ali zahteva paralelnu zemljani mrežu sa više elektroda.

Metoda pričvršćivanja štapa

Ova metoda koristi jedan test elektrod (elektrod struje) i tester zemljane otpornosti. Elektrod struje se pričvršćuje na postojeći zemljani elektrod sa žicom. Tester ubacuje poznatu struju kroz žicu i meri napon između žice i postojećeg zemljanih elektroda. Otpornost Zemlje se izračunava koristeći Ohmov zakon:

Gdje R predstavlja otpornost Zemlje, V mereni napon, a I ubaćena struja.

Ova metoda ne zahteva odspajanje bilo kakvih veza sa zemljanim elektrodama, ali zahteva dobar kontakt između žice i elektroda struje.

Metoda zvezda-delta

Ova metoda koristi tri test elektroda (elektrodi struje) raspoređene u jednakostranični trougao oko postojećeg zemljanih elektroda. Tester zemljane otpornosti ubacuje poznatu struju kroz svaki par test elektroda redom i meri napon između svakog para test elektroda redom. Otpornost Zemlje se izračunava koristeći Kirchhoffove zakone:

Gdje R predstavlja otpornost Zemlje, V_AB, V_BC, V_CA su mereni naponi između svakog para test elektroda, a I ubaćena struja.

Ova metoda ne zahteva odspajanje bilo kakvih veza sa zemljanim elektrodama, ali zahteva više test elektroda nego druge metode.

Metoda mrtve Zemlje

Ova metoda koristi dva test elektroda (elektrodi struje) povezane serijalno sa testerom zemljane otpornosti. Jedan test elektrod se ubaci blizu postojećeg zemljanih elektroda, a drugi test elektrod se ubaci daleko od njega. Tester ubacuje poznatu struju kroz oba test elektroda u tlo i meri napon između njih. Otpornost Zemlje se izračunava koristeći Ohmov zakon:

Gdje R predstavlja otpornost Zemlje, V mereni napon, a I ubaćena struja.

Ova metoda ne zahteva odspajanje bilo kakvih veza sa postojećim zemljanim elektrodama, ali zahteva vrlo dug žicu između oba test elektroda.

Metoda nagiba