 |
| photo credit: ecmweb.com |
Though the ground itself being a very large body can act as an infinite sink for currents flowing into it and can be considered to be having very low resistance to current flow, the resistance of soil layers immediately adjacent to the electrode can be considerable.
Soil has a definite resistance determined by its resistivity that varies depending upon the type of soil, presence of moisture and conductive salts in the soil and the soil temperature.
Soil resistivity can be defined as the resistance of a cube of soil of 1 m size measured between any two opposite faces. The unit in which it is usually expressed is ohmmeter.
Resistance of the sample of soil shown in Figure 1 can be arrived at by the formula: R = ρ · L / A
 |
| Figure 1 – Soil resistivity |
Where:
R -is the resistance between faces P and Q Ohm
A -Area pr faces P and Q (mz)
L -Length of soil sample in meter
ρ -Soil reisistivity Ohm-m
Soil resistivity for a given type of soil may vary widely depending on:
The presence of conducting salts
Moisture content
Temperature
Level of compaction.
Conducting salts may be present naturally in the soil or added externally for lowering the resistivity. Chlorides, nitrates and sulfates of sodium, potassium, magnesium or calcium are generally used as soil additives.
However, the addition of such salts can be corrosive and in some cases undesirable from the environmental point of view. Especially, the presence of calcium sulfate in the soil is detrimental to concrete foundations and in case it is to be used for electrode quality enhancements, it should be limited to electrodes situated well away from such foundations. Also, over a period, they tend to leach away from the vicinity of the electrode.
Moreover, these additive salts have to first get dissolved in the moisture present in the soil in order to lower the resistivity, and provision should be made for addition of water to the soil surrounding the electrode to accelerate this process particularly in dry locations.
Moisture of soil //
Moisture is an essential requirement for good soil conductivity. Moisture content of the soil can vary with the season and it is advisable for this reason to locate the electrodes at a depth at which moisture will be present throughout the year so that soil resistivity does not vary too much during the annual weather cycle.
It is also possible that moisture evaporates during ground faults of high magnitude for long duration. The electrode design must take care of this aspect.
Effect of moisture content on soil resistivity //
Moisture Content (%) Resistivity (in ohmmeter)
Top Soil Sandy Loam Red Clay
2 *** 1850 ***
4 *** 600 ***
6 1350 380 ***
8 900 280 ***
10 600 220 ***
12 360 170 1800
14 250 140 550
16 200 120 200
18 150 100 140
20 120 90 100
22 100 80 90
24 100 70 80
Top Soil Sandy Loam Red Clay
2 *** 1850 ***
4 *** 600 ***
6 1350 380 ***
8 900 280 ***
10 600 220 ***
12 360 170 1800
14 250 140 550
16 200 120 200
18 150 100 140
20 120 90 100
22 100 80 90
24 100 70 80
Temperature of soil //
Temperature also has an effect on soil resistivity but its effect is predominant at or near 0ºC when the resistivity sharply goes up. Similarly, compaction condition of the soil affects resistivity. Loose soil is more resistive in comparison to compacted soil.
Effect of temperature on soil resistivity
Temperature (°C) Resistivity (in ohmmeter)
-5 700
0 300
0 100
10 80
20 70
30 60
40 50
50 40
-5 700
0 300
0 100
10 80
20 70
30 60
40 50
50 40
Rocky soil is highly resistive and where rock is encountered, special care is to be taken. One of the methods of increasing soil conductivity is by surrounding the electrode with bentonite clay, which has the ability to retain water and also provides a layer of high conductivity.
Unlike salts mentioned earlier, bentonite is a natural clay, which contains the mineral monmorillionite formed due to volcanic action. It is non-corrosive and does not leach away as the electrolyte is a part of the clay itself. It is also very stable.
The low resistivity of bentonite is mainly a result of an electrolytic process between water and oxides of sodium, potassium and calcium present in this material. When water is added to bentonite, it swells up to 13 times of its initial volume and adheres to any surface it is in contact with. Also, when exposed to sunlight, it seals itself off and prevents drying of lower layers.
Any such enhancement measures must be periodically repeated to keep up the grounding electrode quality. Electrodes use these principles to dramatically lower the resistance of individual electrodes under extreme soil conditions. Such electrodes are commonly known as ‘chemical electrodes’.
The IEEE 142 gives several useful tables, which enable us to determine the soil resistivity for commonly encountered soils under various conditions which can serve as a guideline for designers of grounding systems. These are shown in Tables below.
Reference: Practical Grounding, Bonding, Shielding and Surge Protection G. Vijayaraghavan, Mark Brown and Malcolm Barnes (Buy hardcopy from Amazon)
Πηγή: electrical-engineering-portal
Αν και το ίδιο το έδαφος είναι ένα πολύ μεγάλο σώμα μπορεί να λειτουργήσει ως μια άπειρη νεροχύτη για ρεύματα που ρέουν σε αυτό και μπορεί να θεωρηθεί ότι έχουν πολύ χαμηλή αντίσταση στη ροή του ρεύματος, η αντίσταση των στρωμάτων του εδάφους που γειτνιάζει άμεσα με το ηλεκτρόδιο μπορεί να είναι σημαντική.
Το έδαφος έχει μια συγκεκριμένη αντίσταση προσδιορίζεται από ειδική αντίσταση του που ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του εδάφους , παρουσία υγρασίας και αγώγιμων αλάτων στο έδαφος και το θερμοκρασία του εδάφους .
Αντίσταση του εδάφους μπορεί να οριστεί ως η αντίσταση του ενός κύβου του εδάφους του 1 μέγεθος m μετρούμενη μεταξύ οποιωνδήποτε δύο αντίθετες όψεις. Η μονάδα με την οποία εκφράζεται συνήθως είναι ωμόμετρο.
Αντίσταση του δείγματος του χώματος που φαίνεται στο Σχήμα 1 μπορεί να προκύπτει από τον τύπο:
R = ρ · L / A
Που:
R -είναι την αντίσταση μεταξύ πρόσωπα P και Q Ohm
Μια pr -Area αντιμετωπίζει P και Q (mz)
L -Μήκος δείγματος εδάφους σε μετρητή
ρ -Έδαφος reisistivity Ohm-mΣχήμα 1 - αντίσταση του εδάφους
αντίσταση του εδάφους για ένα δεδομένο είδος του εδάφους μπορεί να ποικίλλει ευρέως ανάλογα με:
Η παρουσία της διεξαγωγής αλάτων
Περιεκτικότητα σε υγρασία
Θερμοκρασία
Επίπεδο συμπίεσης.
Διεξαγωγή άλατα μπορεί να υπάρχει φυσιολογικά στο χώμα ή να προστεθεί εξωτερικά για τη μείωση της αντίστασης. Τα χλωριούχα, νιτρικά και θειικά άλατα νατρίου, καλίου, μαγνησίου ή ασβεστίου χρησιμοποιούνται γενικά ως πρόσθετα εδάφους.
Ωστόσο, η προσθήκη τέτοιων αλάτων μπορεί να είναι διαβρωτικά και σε ορισμένες περιπτώσεις ανεπιθύμητο από περιβαλλοντική άποψη . Ειδικά, η παρουσία θειικού ασβεστίου στο έδαφος είναι επιζήμια για τσιμεντένια θεμέλια και σε περίπτωση που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για βελτιώσεις της ποιότητας ηλεκτρόδιο, θα πρέπει να περιορίζεται σε ηλεκτρόδια που βρίσκονται μακριά από τέτοιες βάσεις. Επίσης, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου, τείνουν να εκλυθεί μακριά από την περιοχή του ηλεκτροδίου.
Επιπλέον, αυτά τα άλατα έχουν πρόσθετο να πρώτα να διαλύεται στο υγρασίας που υπάρχουν στο έδαφος, ώστενα μειωθεί η ειδική αντίσταση , και θα πρέπει να προβλεφθεί η προσθήκη νερού στο έδαφος που περιβάλλει το ηλεκτρόδιο να επιταχύνει αυτή τη διαδικασία ιδιαίτερα σε ξηρό τοποθεσίες.
Υγρασία του εδάφους //
Η υγρασία είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την καλή αγωγιμότητα του εδάφους. Η περιεκτικότητα σε υγρασία του εδάφους μπορεί να ποικίλει ανάλογα με την εποχή και αυτό είναι σκόπιμο για το λόγο αυτό να εντοπίσετε τα ηλεκτρόδια σε βάθος στο οποίο θα είναι παρούσα όλο το χρόνο υγρασία, έτσι ώστε αντίσταση εδάφους δεν διαφέρει πάρα πολύ κατά τη διάρκεια του ετήσιου κύκλου καιρικές συνθήκες.
Είναι επίσης πιθανό ότι η υγρασία εξατμίζεται κατά βραχυκύκλωμα γείωσης υψηλής μεγέθους για μεγάλη διάρκεια. Ο σχεδιασμός του ηλεκτροδίου πρέπει να φροντίσει το θέμα αυτό.
Επίδραση της υγρασίας στην αντίσταση του εδάφους //
Περιεκτικότητα σε υγρασία (%) Αντίσταση (το ωμόμετρο)
Top εδάφους αμμοπηλώδη Red Clay
2 *** 1850 ***
4 *** 600 ***
6 1350 380 ***
8 900 280 ***
10 600 220 ***
12 360 170 1800
14 250 140 550
16 200 120 200
18 150 100 140
20 120 90 100
22 100 80 90
24 100 70 80
Θερμοκρασία του εδάφους //
Θερμοκρασία έχει επίσης μια επίδραση στην αντίσταση του εδάφους, αλλά η επίδρασή της είναι κυρίαρχη σε ή κοντά σε 0 ° C, όταν η αντίσταση πηγαίνει απότομα επάνω. Ομοίως, η κατάσταση συμπίεσης του εδάφους επηρεάζει αντίστασης. Χαλαρό χώμα είναι πιο αντίσταση σε σύγκριση με συμπιεσμένο χώμα.
Επίδραση της θερμοκρασίας επί της αντιστάσεως του εδάφους
Θερμοκρασία (° C) Αντίσταση (το ωμόμετρο)
-5 700
0 300
0 100
10 80
20 70
30 60
40 50
50 40
Βραχώδες έδαφος είναι πολύ αντίσταση και όπου ο βράχος συναντάται, ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να ληφθούν. Μία από τις μεθόδους για την αύξηση της αγωγιμότητας του εδάφους είναι περιβάλλοντας το ηλεκτρόδιο με μπεντονίτη πηλό, το οποίο έχει την ικανότητα να συγκρατούν το νερό και επίσης παρέχει ένα στρώμα υψηλής αγωγιμότητας.
Σε αντίθεση με τα άλατα που αναφέρθηκαν προηγουμένως, μπεντονίτης είναι φυσικός πηλός , το οποίο περιέχει το ορυκτό monmorillionite σχηματίζεται λόγω ηφαιστειακή δράση. Είναι μη διαβρωτικό και δεν εκλυθεί μακριά καθώς ο ηλεκτρολύτης είναι ένα μέρος του ίδιου του πηλού. Είναι επίσης πολύ σταθερό.
Η χαμηλή ειδική αντίσταση του μπεντονίτη είναι κυρίως αποτέλεσμα μιας ηλεκτρολυτική διεργασία μεταξύ νερού και τα οξείδια του νατρίου, καλίου και ασβεστίου παρόντες σε αυτό το υλικό. Όταν το νερό προστίθεται σε μπετονίτη, διογκώνεται μέχρι και 13 φορές του αρχικού του όγκου και προσκολλάται σε οποιαδήποτε επιφάνεια είναι σε επαφή με. Επίσης, όταν εκτίθεται στο ηλιακό φως, η ίδια στεγανοποιεί και εμποδίζει την ξήρανση των χαμηλότερων στρωμάτων.
Οποιαδήποτε τέτοια μέτρα ενίσχυσης πρέπει να επαναλαμβάνεται σε τακτά χρονικά διαστήματα για να διατηρηθεί η ποιότητα του ηλεκτροδίου γείωσης. Ηλεκτρόδια χρησιμοποιήσετε αυτές τις αρχές για να μειώσει δραματικά την αντίσταση των επιμέρους ηλεκτροδίων κάτω από ακραίες συνθήκες του εδάφους. Τέτοια ηλεκτρόδια είναι κοινώς γνωστό ως « χημικό ηλεκτρόδια ».
Το IEEE 142 δίνει πολλές χρήσιμες πίνακες, που μας επιτρέπουν να καθορίσει την αντίσταση του εδάφους για απαντώνται συνήθως εδάφη κάτω από διάφορες συνθήκες που μπορεί να χρησιμεύσει ως κατευθυντήρια γραμμή για τους σχεδιαστές των συστημάτων γείωσης. Αυτά φαίνονται στους Πίνακες παρακάτω.
Παραπομπή: Πρακτικές γείωσης, Συγκόλληση, Θωράκιση και Προστασία από υπέρταση Γ Vijayaraghavan, Mark Brown και Malcolm Barnes
Ορισμός αντίστασης εδάφους...
Το έδαφος έχει μια συγκεκριμένη αντίσταση προσδιορίζεται από ειδική αντίσταση του που ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του εδάφους , παρουσία υγρασίας και αγώγιμων αλάτων στο έδαφος και το θερμοκρασία του εδάφους .
Αντίσταση του εδάφους μπορεί να οριστεί ως η αντίσταση του ενός κύβου του εδάφους του 1 μέγεθος m μετρούμενη μεταξύ οποιωνδήποτε δύο αντίθετες όψεις. Η μονάδα με την οποία εκφράζεται συνήθως είναι ωμόμετρο.
Αντίσταση του δείγματος του χώματος που φαίνεται στο Σχήμα 1 μπορεί να προκύπτει από τον τύπο:
R = ρ · L / A
Που:
R -είναι την αντίσταση μεταξύ πρόσωπα P και Q Ohm
Μια pr -Area αντιμετωπίζει P και Q (mz)
L -Μήκος δείγματος εδάφους σε μετρητή
ρ -Έδαφος reisistivity Ohm-m
Σχήμα 1 - αντίσταση του εδάφουςαντίσταση του εδάφους για ένα δεδομένο είδος του εδάφους μπορεί να ποικίλλει ευρέως ανάλογα με:
Η παρουσία της διεξαγωγής αλάτων
Περιεκτικότητα σε υγρασία
Θερμοκρασία
Επίπεδο συμπίεσης.
Διεξαγωγή άλατα μπορεί να υπάρχει φυσιολογικά στο χώμα ή να προστεθεί εξωτερικά για τη μείωση της αντίστασης. Τα χλωριούχα, νιτρικά και θειικά άλατα νατρίου, καλίου, μαγνησίου ή ασβεστίου χρησιμοποιούνται γενικά ως πρόσθετα εδάφους.
Ωστόσο, η προσθήκη τέτοιων αλάτων μπορεί να είναι διαβρωτικά και σε ορισμένες περιπτώσεις ανεπιθύμητο από περιβαλλοντική άποψη . Ειδικά, η παρουσία θειικού ασβεστίου στο έδαφος είναι επιζήμια για τσιμεντένια θεμέλια και σε περίπτωση που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για βελτιώσεις της ποιότητας ηλεκτρόδιο, θα πρέπει να περιορίζεται σε ηλεκτρόδια που βρίσκονται μακριά από τέτοιες βάσεις. Επίσης, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου, τείνουν να εκλυθεί μακριά από την περιοχή του ηλεκτροδίου.
Επιπλέον, αυτά τα άλατα έχουν πρόσθετο να πρώτα να διαλύεται στο υγρασίας που υπάρχουν στο έδαφος, ώστενα μειωθεί η ειδική αντίσταση , και θα πρέπει να προβλεφθεί η προσθήκη νερού στο έδαφος που περιβάλλει το ηλεκτρόδιο να επιταχύνει αυτή τη διαδικασία ιδιαίτερα σε ξηρό τοποθεσίες.
Υγρασία του εδάφους //
Η υγρασία είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την καλή αγωγιμότητα του εδάφους. Η περιεκτικότητα σε υγρασία του εδάφους μπορεί να ποικίλει ανάλογα με την εποχή και αυτό είναι σκόπιμο για το λόγο αυτό να εντοπίσετε τα ηλεκτρόδια σε βάθος στο οποίο θα είναι παρούσα όλο το χρόνο υγρασία, έτσι ώστε αντίσταση εδάφους δεν διαφέρει πάρα πολύ κατά τη διάρκεια του ετήσιου κύκλου καιρικές συνθήκες.
Είναι επίσης πιθανό ότι η υγρασία εξατμίζεται κατά βραχυκύκλωμα γείωσης υψηλής μεγέθους για μεγάλη διάρκεια. Ο σχεδιασμός του ηλεκτροδίου πρέπει να φροντίσει το θέμα αυτό.
Επίδραση της υγρασίας στην αντίσταση του εδάφους //
Περιεκτικότητα σε υγρασία (%) Αντίσταση (το ωμόμετρο)
Top εδάφους αμμοπηλώδη Red Clay
2 *** 1850 ***
4 *** 600 ***
6 1350 380 ***
8 900 280 ***
10 600 220 ***
12 360 170 1800
14 250 140 550
16 200 120 200
18 150 100 140
20 120 90 100
22 100 80 90
24 100 70 80
Θερμοκρασία του εδάφους //
Θερμοκρασία έχει επίσης μια επίδραση στην αντίσταση του εδάφους, αλλά η επίδρασή της είναι κυρίαρχη σε ή κοντά σε 0 ° C, όταν η αντίσταση πηγαίνει απότομα επάνω. Ομοίως, η κατάσταση συμπίεσης του εδάφους επηρεάζει αντίστασης. Χαλαρό χώμα είναι πιο αντίσταση σε σύγκριση με συμπιεσμένο χώμα.
Επίδραση της θερμοκρασίας επί της αντιστάσεως του εδάφους
Θερμοκρασία (° C) Αντίσταση (το ωμόμετρο)
-5 700
0 300
0 100
10 80
20 70
30 60
40 50
50 40
Βραχώδες έδαφος είναι πολύ αντίσταση και όπου ο βράχος συναντάται, ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να ληφθούν. Μία από τις μεθόδους για την αύξηση της αγωγιμότητας του εδάφους είναι περιβάλλοντας το ηλεκτρόδιο με μπεντονίτη πηλό, το οποίο έχει την ικανότητα να συγκρατούν το νερό και επίσης παρέχει ένα στρώμα υψηλής αγωγιμότητας.
Σε αντίθεση με τα άλατα που αναφέρθηκαν προηγουμένως, μπεντονίτης είναι φυσικός πηλός , το οποίο περιέχει το ορυκτό monmorillionite σχηματίζεται λόγω ηφαιστειακή δράση. Είναι μη διαβρωτικό και δεν εκλυθεί μακριά καθώς ο ηλεκτρολύτης είναι ένα μέρος του ίδιου του πηλού. Είναι επίσης πολύ σταθερό.
Η χαμηλή ειδική αντίσταση του μπεντονίτη είναι κυρίως αποτέλεσμα μιας ηλεκτρολυτική διεργασία μεταξύ νερού και τα οξείδια του νατρίου, καλίου και ασβεστίου παρόντες σε αυτό το υλικό. Όταν το νερό προστίθεται σε μπετονίτη, διογκώνεται μέχρι και 13 φορές του αρχικού του όγκου και προσκολλάται σε οποιαδήποτε επιφάνεια είναι σε επαφή με. Επίσης, όταν εκτίθεται στο ηλιακό φως, η ίδια στεγανοποιεί και εμποδίζει την ξήρανση των χαμηλότερων στρωμάτων.
Οποιαδήποτε τέτοια μέτρα ενίσχυσης πρέπει να επαναλαμβάνεται σε τακτά χρονικά διαστήματα για να διατηρηθεί η ποιότητα του ηλεκτροδίου γείωσης. Ηλεκτρόδια χρησιμοποιήσετε αυτές τις αρχές για να μειώσει δραματικά την αντίσταση των επιμέρους ηλεκτροδίων κάτω από ακραίες συνθήκες του εδάφους. Τέτοια ηλεκτρόδια είναι κοινώς γνωστό ως « χημικό ηλεκτρόδια ».
Το IEEE 142 δίνει πολλές χρήσιμες πίνακες, που μας επιτρέπουν να καθορίσει την αντίσταση του εδάφους για απαντώνται συνήθως εδάφη κάτω από διάφορες συνθήκες που μπορεί να χρησιμεύσει ως κατευθυντήρια γραμμή για τους σχεδιαστές των συστημάτων γείωσης. Αυτά φαίνονται στους Πίνακες παρακάτω.
Παραπομπή: Πρακτικές γείωσης, Συγκόλληση, Θωράκιση και Προστασία από υπέρταση Γ Vijayaraghavan, Mark Brown και Malcolm Barnes
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου