En jordelektrodes overgangsmodstand til jord

I denne artikel beskrives 3-punkts metoden til bestemmelse af overgangs­modstanden til jord for en nedrammet jordelektrode.

I 3-punkts metoden er der tre elektriske forbindelser til jord under måling af overgangsmodstanden. Udover jordelek­troden gøres der brug af en midlertidig hjælpeelektrode (til at danne et strøm­kreds­løb gennem jorden og jordelektroden vha en strømkilde) samt en sonde (til at måle spændingen mellem jordelektrode og neutral jord).

• Prøveopstilling
• Bestemmelse af overgangsmodstanden til jord
• Nogle måleresultater

Prøveopstilling

Længdeafstanden l_EH mellem jordelektroden E og hjælpeelektroden H er af interesse. Sagen er, at for en korrekt måling kan den nævnte afstand ikke vælges for stor. Den kan derimod godt være for kort.

En tommelfingerregel siger, at afstanden l_EH skal vælges som 10 gange jordelektrodens længde. Altså fx 20 m for en jordelektrode på 2 m. En faktor 5 ses også opgivet.

Afstanden l_ES mellem jordelektroden E og sonden S skal være på 62 % af afstanden l_EH. De 62 % bygger dels på en teoretisk udledning fra 1964 udført af George Frank Tagg (1903-?), dels har det i praksis vist sig at give gode resultater. En sondeplacering midt mellem jordelektrode og hjælpeelektrode ses også opgivet.

Jo længere væk fra henholdsvis jordelektrode og hjælpeelektrode den påførte strøm passerer gennem jorden, jo større bliver arealet i jorden, som strømmen kan brede sig over. Det betyder at jordens modstand mod strømmens passage bliver mindre. Efter en hvis afstand fra elektroderne er jordens modstand praktisk taget lig med nul og man befinder sig i 'neutral jord'. I neutral jord forårsager strømmens passage ikke noget spændingsfald.

Sonden S skal have sit målepunkt i neutral jord og det er her problemet opstår, hvis afstanden mellem jordelek­trode og hjælpeelektrode er for kort. De to modstandsområder omkring de to elektroder vil overlappe hinanden og der er ikke nogen neutral jord at måle på (modstandsområderne på tegningen, skitseret med stiplet brun linje omkring de yderste elektroder, er tegnet uden tanke for størrelsesforhold).

Udover at placere elektroderne langs en lige linje ses også en trekantkonfiguration, hvor sonden flyttes ud til en af siderne midt mellem jordelektrode og hjælpeelektrode. Det afgørende er stadig, at sonden måler spændingen i neutral jord og at modstandsområderne for jordelektrode og hjælpeelektrode ikke overlapper hinanden.

Tidligere kunne man finde på at vande jorden, hvor den midlertidige hjælpeelektrode og sonde blev placeret, men det er ikke noget der står som anbefaling i manualerne til nutidens mere avancerede måleapparater.

Uanset hvilket instrument man vil anvende, kan man komme ud for, at overgangsmodstandene ved sonden og hjælpeelektroden er så store, at måling er usikker eller umulig, i sådanne tilfælde anbefales det at vande jorden omkring de to elektroder, vandet kan eventuelt tilsættes salt.

[A. H. Axelsen og K. Jark: Elektroteknik, 1968]

Bestemmelse af overgangsmodstanden til jord

En kurve som ovenstående antyder, at afstanden mellem jordelektrode og hjælpeelektrode har været tilstrækkelig. Kurven er karakteristisk ved at have et vandret plateau, hvor de ohmske værdier for jordelektrodens overgangs­modstand til jord er nogenlunde lige store. Også afstanden på 62 % (udmåles også) befinder sig på dette plateau. De nogenlunde enslydende ohmske værdier skyldes, at sonden i de forskellige positioner har befundet sig i neutral jord.

En simplere udgave af ovenstående systematiske undersøgelse er at gå nogle meter frem og tilbage fra måle­punktet på de 62 % og sikre sig, at resultaterne er nogenlunde enslydende. Dette indikerer, at man befinder sig på kurvens vandrette plateau.

En kurve uden et vandret plateau indikerer, at afstanden mellem jordelektrode og hjælpeelektrode har været for kort og resultatet må kasseres.

Det bemærkes, at DC ikke anvendes som strømkilde ved måling af overgangsmodstand til jord med ovenstående metode, da der derved fremkaldes polarisa­tions­spændinger, der virker forstyrrende på resultatet. Ej heller strøm­me ved netfrekvens eller en af de højere harmoniske anvendes. Dette med henblik på at kunne undgå, at eventuelle vagabon­derende strømme influerer på resultatet. Den anvendte frekvens kan fx være 125 Hz i et system med netfrekvensen 50 Hz.

Kurven i det ovenfor viste koordinatsystem kan umiddelbart forklares vha ovenstående ækvivalente diagram.

Hvis sonden placeres helt tæt op af jordelektroden, så voltmeteret i praksis kortsluttes, vil voltmeteret måle 0 volt. Følgelig må apparatet beregne jordelektrodens overgangs­modstand til jord til 0 ohm, jf Ohms lov (R=U/I = 0/I = 0 ohm).

Når sonden placeres i modstandsområdet omkring jord­elektroden vil der måles en stigende spændingsforskel jo længere væk fra jordelektroden der måles. Ohms lov giver en stigende overgangs­modstand til jord som resultat.

I neutral jord vil der ideelt set måles den samme spænding hvor end sonden placeres, hvorfor beregningen af over­gangs­modstanden til jord må give et enslydende resultat for de forskellige målinger. Herved opstår det vandrette segment på kurven.

Endelig måler sonden i området for over­gangs­modstanden til jord for hjælpeelektroden og spændingsmålingen vil igen stige, hvor­ved den beregnede overgangs­modstand til jord for jord­elektroden stiger. Den når sit maksimum når sonden danner en kortslutning med hjælpeelektroden.

Da overgangsmodstanden til jord for den midlertidige hjælpeelektrode som oftest vil være væsentlig større end over­gangs­modstanden til jord for den nedrammede jordelektrode, må det forventes, at den tegnede kurve har et væsentligt større stigningsinterval fra det vandrette plateau og op til slutmålingen i forhold til det indledende interval fra nul og op til plateauet.

Nogle måleresultater

Hvorledes afhænger resultatet af afstanden ud til hjælpeelektroden H? Fire afstande er efterprøvet og sonden S er placeret forskriftsmæssigt med en afstand fra jordelektroden svarende til 62 % af afstanden mellem jordelektrode og hjælpeelektrode.

20 meter er et godt bud på den nødvendige afstand mellem jordelektroden E og hjælpeelektroden H ved måling af overgangsmodstanden til jord på en 2 meter lang jordelektrode. 10 meter viser sig også at være nok. Resultatet ved en afstand på 37 meter er i overensstemmelse med resultaterne for 10 og 20 meter. 5 meter synes derimod at være for kort en afstand. Der er en betydelig afvigelse fra de 3 øvrige resultater. Der er god grund til at slutte, at jordelektrodens aktuelle overgangsmodstand til jord er ca 15,3 ohm.

Det virker rimeligt, at de små midlertidige hjælpespyd, med den langt ringere kontaktflade til jorden, har en væsentlig større overgangsmodstand til jord end jordelektroden på 2 meter, altså henholdsvis ca 400 Ω og 15 Ω.

Ved at bytte om på ledningerne til apparatet, så det blev overgangsmodstanden til jord for hjælpeelektroden, der blev bestemt, mens jordelektroden blev anvendt som hjælpeelektrode, blev overgangsmodstanden til jord for det 20-25 cm lange spyd fastsat til 406 ohm. Ved forskellige målinger lå variationen fra ca 0,2 kΩ til 0,8 kΩ for de to 'teltpløkker'.

Manualen for det aktuelle måleapparat foreskriver i øvrigt, at overgangsmodstanden til jord for hver af de to ekstra spyd maksimalt må være 100 gange overgangsmodstanden for jordelektroden, alså i det aktuelle tilfælde ca 1500 ohm, hvis en opgivet tolerance for resultatets rigtighed skal overholdes. Det var ikke nødvendigt at vande jorden omkring hjælpe­spydene!

Det undersøges, hvorledes flytning af sonden påvirker resultatet.

Sondens placering i den sidste måling kun 1,2 meter fra hjælpeelektroden er tydeligvis alt for tæt og giver et forkert resultat, men også afstanden på 79 % synes af være i overkanten.

Til slut et par målinger, hvor hjælpeelektrode og sonde er placeret tæt på hinanden. Helt som forventet giver det forkerte og alt for høje tal for overgangsmodstanden til jord for jordelektroden.

• Fejlstrømsafbrydere og tilladelig modstand til jord (Test af et fejlstrømsrelæ)

• Earth resistance measurement [Duncan Instruments Canada Ltd.]
• Resistance Measurements Three- and Four-Point Method [Kilowatt Classroom] (pdf)
• Earth electrode resistance testing [Irons Electrical]