Jordmotstånd: Definition faktorer och mätmetoder

Jordresistans definieras som den resistans som jordelektroden erbjuder för strömmens flöde in i marken. Den kallas också för resistans mot jord eller markresistans. Jordresistans är en viktig parameter vid design och underhåll av jordningsystem, eftersom den påverkar säkerheten och prestandan hos elektriska installationer.

Vad är en jordelektrod?

En jordelektrod är en metallstav eller platta som är begravd i marken och ansluten till jordterminalen i ett elektriskt system. Den ger en lågresistansväg för felströmmar och blixtningspulser att spridas ut i marken. Den hjälper också till att stabilisera spänningen i systemet och minska elektromagnetisk störning.

Jordelektroden kan göras av koppar, stål, galvaniserat järn eller andra material med god ledningsförmåga och korrosionsbeständighet. Storlek, form, längd och djup på jordelektroden beror på markförhållanden, strömkapacitet, och användning av jordningsystemet.

Vilka faktorer påverkar jordresistansen?

Jordens resistans beror huvudsakligen på resistiviteten i marken mellan elektroden och punkten med nollpotential (oändlig jord). Resistiviteten i marken påverkas av flera faktorer, såsom:

• Markens elektriska ledningsförmåga, vilket huvudsakligen beror på elektrolys. Koncentrationen av vatten, salt och andra kemiska komponenter i marken bestämmer dess ledningsförmåga. Fuktig mark med högt saltinnehåll har lägre resistivitet än torr mark med lågt saltinnehåll.

• Markens kemiska sammansättning, vilket påverkar dess pH-värde och korrosionegenskaper. Sur eller alkalisk mark kan rosta jordelektroder och öka dess resistans.

• Kornstorlek, jämnhet och packning av markpartiklar påverkar dess porositet och fukthållande kapacitet. Fingrainig mark med jämn fördelning och tät packning har lägre resistivitet än grograinig mark med oregelbunden fördelning och lös packning.

• Markens temperatur, vilket påverkar dess termiska expansion och fryspunkt. Höga temperaturer kan öka markens ledningsförmåga genom att öka jonmobiliteten. Låga temperaturer kan minska markens ledningsförmåga genom att frysa dess vatteninnehåll.

Jordens resistans beror också på elektrodens egen resistans och kontaktresistansen mellan elektrodens yta och marken. Dessa faktorer är dock vanligtvis försumbara jämfört med markresistiviteten.

Hur mäter man jordresistans?

Det finns olika metoder för att mäta jordresistans i befintliga system. Några av de vanligaste metoderna är:

Potentialfallmetoden

Denna metod kallas också för 3-punktsmetoden eller potentialfallmetoden. Den kräver två testelektroder (strömelektrod och potentialelektrod) och en jordresistanstestare. Strömelektroden infogas på ett avstånd från den befintliga jordelektroden till en djuphet lika med dess djup. Potentialelektroden infogas mellan dem på ett lämpligt avstånd så att den ligger utanför deras sfärer av inflytande (resistansområden). Testaren injicerar en känd ström genom strömelektroden och mäter spänningen mellan potentialelektroden och den befintliga jordelektroden. Jordresistansen beräknas med hjälp av Ohms lag:

Där R är jordresistansen, V är den mätta spänningen, och I är den injicerade strömmen.

Denna metod är enkel och exakt, men kräver att alla anslutningar till jordelektroden kopplas ur innan testet.

Klampsatsmetoden

Denna metod kallas också för inducerad frekvensprovning eller stakeless-metod. Den kräver inga testelektroder eller att koppla ur några anslutningar till jordelektroden. Den använder två klamsar som placeras runt den befintliga jordelektroden. En klam induserar en spänning till elektroden och en annan klam mäter strömmen som passerar genom den. Jordresistansen beräknas med hjälp av Ohms lag:

Där R är jordresistansen, V är den inducerade spänningen, och I är den mätta strömmen.

Denna metod är bekväm och snabb, men kräver ett parallellt jordnät med flera elektroder.

Fäststavsmetoden

Denna metod använder en testelektrod (strömelektrod) och en jordresistanstestare. Strömelektroden är fäst till den befintliga jordelektroden med en tråd. Testaren injicerar en känd ström genom tråden och mäter spänningen mellan tråden och den befintliga jordelektroden. Jordresistansen beräknas med hjälp av Ohms lag:

Där R är jordresistansen, V är den mätta spänningen, och I är den injicerade strömmen.

Denna metod kräver inte att koppla ur några anslutningar till jordelektroden, men kräver god kontakt mellan tråden och strömelektroden.

Stjärnatriangelmetoden

Denna metod använder tre testelektroder (strömelektroder) arrangerade i en liksidig triangel runt den befintliga jordelektroden. En jordresistanstestare injicerar en känd ström genom varje par testelektroder i tur och ordning och mäter spänningen mellan varje par testelektroder i tur och ordning. Jordresistansen beräknas med Kirchhoffs lagar:

Där R är jordresistansen, V_AB, V_BC, V_CA är de mätta spänningsvärdena mellan varje par testelektroder, och I är den injicerade strömmen.

Denna metod kräver inte att koppla ur några anslutningar till jordelektroden, men kräver fler testelektroder än andra metoder.

Död-jordmetoden

Denna metod använder två testelektroder (strömelektroder) anslutna i serie med en jordresistanstestare. En testelektrod infogas nära den befintliga jordelektroden, och en annan testelektrod infogas långt bort från den. Testaren injicerar en känd ström genom båda testelektroder in i marken och mäter spänningen mellan dem. Jordresistansen beräknas med Ohms lag:

Där R är jordresistansen, V är den mätta spänningen, och I är den injicerade strömmen.

Denna metod kräver inte att koppla ur några anslutningar till den befintliga jordelektroden, men kräver en mycket lång tråd mellan båda testelektroder.

Lutningsmetoden

Denna metod använder en testelektrod (potentialelektrod) och en jordresistanstestare. Potentialelektroden flyttas längs en rak linje bort från den befintliga jordelektroden i regelbundna intervall. Testaren injicerar en känd ström genom den befintliga jordelektroden in i marken och mäter spänningen mellan den och potentialelektroden vid varje intervall. Ett diagram över spänning mot avstånd ritas upp och extrapoleras för att hitta skärningen på spänningsaxeln. Jordresistansen beräknas med Ohms lag: