Земляне опір: Визначення, фактори та методи вимірювання

Опір землі визначається як опір, що надається електродом землі для потоку струму у грунт. Іноді його також називають опором до землі або грунтовим опором. Опір землі є важливим параметром при проектуванні та підтримці систем заземлення, оскільки він впливає на безпеку та продуктивність електричних установок.

Що Таке Електрод Землі?

Електрод землі — це металева штанга або плита, яка закопана в ґрунт і з'єднана з терміналом землі електричної системи. Він забезпечує низький опір для аварійних струмів та відбитків блискавок, щоб вони розсіялися в ґрунт. Він також допомагає стабілізувати напругу системи та зменшити електромагнітні перешкоди.

Електрод землі може бути виготовлений з міді, сталі, гарцованих залізних сплавів або інших матеріалів з хорошою провідністю та корозійною стійкістю. Розмір, форма, довжина та глибина електрода землі залежать від умов ґрунту, струмового рейтингу та застосування системи заземлення.

Які Фактори Впливають на Опір Землі?

Опір землі в основному залежить від резистивності ґрунту між електродом та точкою нульової потенціали (нескінченна земля). Резистивність ґрунту впливає кілька факторів, таких як:

• Електропровідність ґрунту, яка в основному пов'язана з електролізом. Концентрація води, солі та інших хімічних компонентів у ґрунті визначає його провідність. Вологий ґрунт з високим вмістом солі має нижчу резистивність, ніж сухий ґрунт з низьким вмістом солі.

• Хімічний склад ґрунту, який впливає на його pH-значення та корозійні властивості. Кисла або щелочна земля може корозувати електроди землі та збільшувати їх опір.

• Розмір, однорідність та упаковка частинок ґрунту впливають на його пористість та здатність утримувати вологу. Мініатюрний ґрунт з однорідним розподілом та компактною упаковкою має нижчу резистивність, ніж крупнозернистий ґрунт з нерегулярним розподілом та вільною упаковкою.

• Температура ґрунту, яка впливає на його теплове розширення та точку замерзання. Висока температура може збільшити провідність ґрунту, збільшуючи його іонну подвижність. Низькі температури можуть зменшити провідність ґрунту, заморожуючи його вміст води.

Опір землі також залежить від опору електрода самостійно та контактного опору між поверхнею електрода та грунтом. Проте ці фактори, як правило, незначні порівняно з резистивністю грунту.

Як вимірювати опір землі?

Існує багато методів вимірювання опору землі на існуючих системах. Деякі з них:

Метод падіння потенціалу

Цей метод також відомий як три-точковий метод або метод падіння потенціалу. Він потребує двох дослідних електродів (електрод струму та потенціальний електрод) та тестер опору землі. Електрод струму вставляється на відстані від існуючого електрода заземлення на глибину, рівну його глибині. Потенціальний електрод вставляється між ними на відповідній відстані, так щоб він був поза їх сферами впливу (областями опору). Тестер вводить відому величину струму через електрод струму та вимірює напругу між потенціальним електродом та існуючим електродом заземлення. Опір землі обчислюється за законом Ома:

Де R — опір землі, V — виміряна напруга, I — введений струм.

Цей метод простий та точний, але потребує відключення всіх з'єднань до електрода заземлення перед тестуванням.

Метод зажиму

Цей метод також відомий як метод викликаної частоти або метод без стержнів. Він не потребує дослідних електродів або відключення будь-яких з'єднань до електрода заземлення. Використовуються два зажими, які розміщуються навколо існуючого електрода заземлення. Один зажим викликає напругу на електроді, а другий зажим вимірює струм, що проходить через нього. Опір землі обчислюється за законом Ома:

Де R — опір землі, V — викликана напруга, I — виміряний струм.

Цей метод зручний та швидкий, але потребує паралельної мережі заземлення з кількома електродами.

Метод прикріплених стержнів

Цей метод використовує один тестовий електрод (електрод струму) та прилад для вимірювання опору землі. Електрод струму підключають до існуючого заземлювального електрода за допомогою дроту. Прилад вводить відому величину струму через дріт та вимірює напругу між дротом та існуючим заземлювальним електродом. Опор землі розраховується за законом Ома:

Де R — опір землі, V — виміряна напруга, I — введений струм.

Цей метод не потребує відключення будь-яких з'єднань з заземлювального електрода, але вимагає гарного контакту між дротом та електродом струму.

Метод трикутника

Цей метод використовує три тестових електрода (електроди струму), розташовані у вигляді рівностороннього трикутника навколо існуючого заземлювального електрода. Прилад для вимірювання опору землі вводить відому величину струму через кожну пару тестових електродів по черзі та вимірює напругу між кожною парою тестових електродів по черзі. Опор землі розраховується за законами Кірхгофа:

Де R — опір землі, V_AB, V_BC, V_CA — виміряні напруги між кожною парою тестових електродів, I — введений струм.

Цей метод не потребує відключення будь-яких з'єднань з заземлювального електрода, але вимагає більше тестових електродів, ніж інші методи.

Метод "мертвої землі"

Цей метод використовує два тестових електрода (електроди струму), підключені послідовно до приладу для вимірювання опору землі. Один тестовий електрод вставляється поблизу існуючого заземлювального електрода, а інший тестовий електрод вставляється далеко від нього. Прилад вводить відому величину струму через обидва тестові електроди у грунт та вимірює напругу між ними. Опор землі розраховується за законом Ома:

Де R — опір землі, V — виміряна напруга, I — введений струм.

Цей метод не потребує відключення будь-яких з'єднань з існуючого заземлювального електрода, але вимагає дуже довгий дріт між двома тестовими електродами.

Метод нахилу

Цей метод використовує один тестовий електрод (електрод потенціалу) та прилад для вимірювання опору землі. Електрод потенціалу переміщується вздовж прямої лінії від існуючого електрода землі на рівномірних інтервалах. Прилад вводить відому силу струму через існуючий електрод землі у грунт і вимірює напругу між ним і електродом потенціалу на кожному інтервалі. Побудовується графік напруги від відстані, який продовжується, щоб знайти перетин з віссю напруги. Опор землі обчислюється за законом Ома:

Де R — опір землі, V₀ — перетин з віссю напруги, I — введений струм.

Цей метод не вимагає відключення жодних з'єднань до існуючого електрода землі, але потребує переміщення електрода потенціалу вздовж прямої лінії.

Як покращити опір землі?

Опір землі можна покращити, зменшивши опір ґрунту або збільшивши площу поверхні електрода. Деякі зі спільних способів покращення опору землі:

• Додавання солі або інших розчинних речовин навколо електрода, щоб збільшити провідність ґрунту за допомогою електролізу.

• Додавання вугілля або інших речовин, що зберігають вологу, навколо електрода, щоб зберігати ґрунт вологим протягом всього року.

• Використання кількох електродів, підключених паралельно, щоб збільшити загальну площу поверхні, яка контактує з ґрунтом.

• Використання довших або глибших електродів, щоб досягти нижчих шарів ґрунту з нижчим опором.

• Використання електродів з більшим поперечним перерізом або порожнистими формами, щоб зменшити опір електрода.

• Використання електродів з особливими покриттями або сплавами, щоб запобігти корозії та збільшити контактний опір.

Рекомендується періодично (щорічно або піврічно) вимірювати опір землі та приймати необхідні дії, якщо він перевищує бажане значення для додатку.

Висновок

Опір землі є важливим параметром для проектування та обслуговування систем заземлення. Він залежить від різних факторів, таких як опір ґрунту, розмір, форма, глибина, матеріал електрода тощо. Існує багато методів його вимірювання на існуючих системах, таких як метод падіння потенціалу, кліщевий метод, метод прикріплених стержнів, метод зірка-трикутник, метод мертвого землі, метод нахилу. Опір землі можна покращити, додаючи сіль, вугілля або інші речовини навколо електродів, використовуючи кілька електродів, довші або глибші електроди, більші або порожні електроди, або спеціальні покриття або сплави для електродів. Опір землі слід періодично вимірювати та підтримувати в допустимих межах для безпеки та продуктивності.

Заява: Поважайте оригінал, добре написані статті варті поширення, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зв'яжіться для видалення.