En jordplatemåling utføres typisk med en spenningsfallmetode for måling av jordresistivitet med Wenners metode. REN blad 8026 er en god referanse for slike målinger og anbefalt utstyr finner du her.

Videoen nedenfor viser hvordan slike målinger utføres.

Nedenfor følger et utdrag fra Megger sin guide til jordresistanse testing på norsk. Klikk her for å laste ned hele håndboken.

Introduksjon

Jordmotstand er motstanden jorden yter mot passasje av elektrisk strøm. Jorden, selv om den er en relativt dårlig leder sammenlignet med materialer som kobber, blir en god leder hvis strømledningsarealet er stort nok. Dens tilgjengelighet gjør den til en uunnværlig del av elektriske systemer. Jordmotstand måles hovedsakelig for to formål: å evaluere effektiviteten av jordsystemer for beskyttelse av personell og utstyr i elektriske systemer, og for geofysisk prospektering for å finne gode jordingssteder eller få informasjon om undergrunnen (f.eks. dybde til berggrunn). Testing utføres i samsvar med standarder som BS 7430, BS-EN-62305 og IEEE Standard 813.

Sikkerhet ved jordmotstandstesting er kritisk. Det er en innebygd fare for at en feil i strømsystemet kan føre høy strøm inn i jordsystemet under testing, noe som kan forårsake uventede høye spenninger ved probene og testsettet. Risikoen må vurderes basert på tilgjengelig feilstrøm og forventet trinn- og berøringsspenning, som er fullt dekket i IEEE Standard 805. Det anbefales at operatøren bruker gummihansker og en gummisikkerhetsmatte ved håndtering av tilkoblinger og betjening av testsettet.

Jordresistivitet (Earth Resistivity)

Jordresistivitet, uttrykt i ohm-centimeter (ohm-cm), er en grunnleggende variabel som påvirker motstanden til en jordelektrodesystem. Måling av jordresistivitet er nyttig for:

• Geofysisk prospektering (lokalisere malm, leire, vannbærende grus, dybde til berggrunn).
• Finne de beste stedene og dybdene for lavmotstands-elektroder.
• Finne de beste stedene og dybdene for lavmotstands-elektroder.
• Indikere graden av korrosjon i nedgravde rørledninger; lave resistivitetsverdier øker korrosjon.

Jordresistivitet måles vanligvis med fire-terminal-metoden. Elektroder (sonder) drives ned med lik dybde og like avstander i en rett linje. Wenner-formelen (ρ = 2π AR) brukes til å beregne gjennomsnittlig jordresistivitet, hvor A er avstanden mellom elektrodene og R er motstandsavlesningen.

Faktorer som påvirker jordresistivitet inkluderer:

• Jordtype: Varierer sterkt mellom forskjellige typer som leire, sand, grus, skifer, granitt, etc.
• Fuktighet og oppløste salter: Strømledning er elektrolytisk; økende fuktighet og saltinnhold radikalt reduserer resistiviteten. Rene salter oppløst i vann er årsaken til lavere resistivitet, ikke rent vann alene.
• Temperatur: Økende temperatur reduserer resistiviteten. Resistiviteten øker betydelig når vannet fryser til is.
• Sesongvariasjoner: Resistiviteten varierer betraktelig med årstidene på grunn av endringer i temperatur, nedbør og fuktighet.

Målt resistivitet brukes til å designe jordsystemer for å redusere prøving og feiling ved installasjon. Dypere elektroder gir en mer stabil og lavere motstandsverdi fordi jordfuktigheten og temperaturen er mer stabile dypere nede, under frostlinjen/tele nivå. Å finne et godt elektrodested kan gjøres ved enten å teste motstanden mens staver drives ned på forskjellige steder, eller ved først å måle jordresistiviteten over et område for å finne det mest egnede stedet.

Måling av Jordmotstand for Elektriske Jordsystemer

En lav jordmotstand er kritisk for sikkerhet og utstyrsbeskyttelse. Ved feil leder jordsystemet feilstrøm bort. Med Ohms lov (E = R x I) kan man se at høy motstand (R) kan føre til farlig høye spenninger (E) selv med moderat strøm (I). For eksempel, å berøre en jordet motorramme med 10 Ω motstand under en feil på 100 A kan utsette en person for 1000 V25…. Bare 0.1 A i ett sekund kan være dødelig, selv ved så lave spenninger som 100 V hvis huden er fuktig.

Viktige faktorer for et godt jordsystem inkluderer:

• Begrense spenningen til jord for systemet.
• Jording av metalliske innkapslinger og strukturer for personsikkerhet.
• Beskyttelse mot statisk elektrisitet.
• Beskyttelse mot direkte og indusert lynnedslag.
• Sikre god jording for elektrisk prosesskontroll og kommunikasjonskretser.

National Electrical Code (NEC) krever at en enkelt elektrode med motstand større enn 25 Ω suppleres. Imidlertid er periodisk testing avgjørende, da motstanden kan endre seg over tid på grunn av klima, temperatur, fallende vannstand eller anleggsendringer. Anbefalte maksimumsverdier varierer avhengig av system og sted, noen krever under 5 Ω eller 3 Ω, noen ganger en brøkdel av en ohm.

En jordelektrodes totale motstand består av tre komponenter: elektrodens egen motstand (vanligvis neglisjerbar), kontaktmotstand mot jord (vanligvis neglisjerbar), og motstanden til den omkringliggende jorden (vanligvis den største komponenten). Jordtesting er en volumetrisk måling.

Prinsipper og Metoder for Jordmotstandstesting

Direkte måling med et instrument er nødvendig på grunn av varierende jordresistivitet. Det grunnleggende prinsippet innebærer å injisere strøm gjennom elektroden under test (E) og en strømreferanseprobe (C), og måle spenningsfallet mellom E og en potensiell referanseprobe (P)40…. Ved å flytte P og måle motstanden (R = E/I), kan en motstand-vs-avstand-kurve plottes.

Hovedmetoden er Fall-of-Potential-metoden (tre-terminal test). For enkle elektroder oppnås korrekt motstand vanligvis når P er plassert ca. 62 % av avstanden mellom E og C. C-proben må plasseres langt nok unna E for at motstandskurven skal flate ut, noe som indikerer at P er utenfor E og Cs innflytelsessfærer. Typer av Fall-of-Potential inkluderer:

• Full Fall-of-Potential: Flere tester og plotting av motstandskurven.
• Forenklet Fall-of-Potential: Tre målinger ved 40%, 50%, og 60% avstand, matematisk beregning.
• 61.8% Regelen: En enkelt måling ved 61.8% avstand.

Dead Earth-metoden (to-punkts test) kobler elektroden til instrumentet og P- og C-probene til et omfattende metallisk vannrørsystem5. Den forutsetter at vannsystemets motstand er ubetydelig, men har betydelige begrensninger (metallisk kontinuitet, avstand) og anbefales ikke som førstevalg.

Clamp-on-metoden (stakeless testing) lar deg teste jordmotstanden uten å koble fra elektroden fra systemet. Den induserer en spenning og måler strømmen i en sløyfe som inkluderer jorden, og beregner sløyfemotstanden (loop resistance). Den er mest effektiv i systemer med flere parallelle jordingspunkter som utgjør en lavmotstands returvei.

• Fordeler: Rask, enkel, ingen frakobling. Kan brukes der frakobling er umulig (f.eks. mobilmaster). Kan måle strøm i jordsløyfen (sikkerhet, støyidentifikasjon).
• Begrensninger: Fungerer kun med multiple, parallelle jordinger, ikke isolerte jordinger. Krever lav returvei-motstand. Følsom for støy. Måler total sløyfemotstand, ikke nødvendigvis bare den individuelle elektrodens motstand hvis systemet ikke er korrekt forstått. Har ingen innebygd validering/proof uten å utføre en Fall-of-Potential-test. IEEE Standard 81 beskriver metoden, men advarer om dens begrensninger.

Attached Rod Technique (ART) er en variant av Fall-of-Potential som tillater testing uten frakobling. Den bruker et spesialisert instrument med en innebygd strømtang som skiller teststrømmen fra systemstrømmen. Den følger Fall-of-Potential-prinsippene, inkludert probeavstandskrav.

Testing av Store Jordsystemer

Testing av store jordsystemer (f.eks. på kraftstasjoner) er mer utfordrende på grunn av:

• Stort fysisk område som krever svært lange testledninger for probene (opptil tusenvis av meter).
• Svært lave motstandsverdier (ofte < 0,5 Ω) som krever høy instrumentoppløsning (f.eks. 1 mΩ).

Elektrisk støy fra anlegget som kan forstyrre målingene. Moderne instrumenter bruker teknikker som variabel testfrekvens og filtrering for å redusere støy.

Metoder utviklet for store systemer eller begrensede områder inkluderer:

• Slope-metoden: Brukes når lange ledninger er upraktiske. Krever målinger ved 20%, 40% og 60% av C-avstanden og matematisk beregning. Krever ikke å finne det elektriske senteret.
• Slope-metoden: Brukes når lange ledninger er upraktiske. Krever målinger ved 20%, 40% og 60% av C-avstanden og matematisk beregning. Krever ikke å finne det elektriske senteret.
• Intersecting Curves-metoden: Reduserer behovet for ekstremt lange ledninger ved å plotte kurver fra flere C-avstander for å finne motstanden og det elektriske senteret matematisk. Krever en del beregninger og kurvetegning.
• Four Potential-metoden: Basert på Fall-of-Potential, men krever ikke lokalisering av elektrisk senter. Krever målinger ved seks potensialprobeposisjoner (20-80% av C) og fire formler. Krever fortsatt store C-avstander.
• Star Delta-metoden: For områder med begrenset plass/vanskelig probeplassering. Bruker tre prober rundt elektroden og måler seks to-punkts motstander som brukes i formler.

Andre relevante tester og Forbedring av Jordmotstand

Bonding og kontinuitet: NEC krever en kontinuerlig lavimpedansbane til jorden93. En jordtester kan brukes til en enkel sjekk, men en dedikert lavmotstandsohmmeter (med høyere teststrøm) anbefales for grundig testing av forbindelser.

Loop-tester: Måler den totale impedansen i hele jordsløyfen (inkludert jordelektroden, ledere, og returvei via jorden og verktøynøytral) ved å simulere en feil. Nyttig for å sjekke om beskyttelsesutstyr vil fungere.

For å forbedre jordmotstanden hvis den er for høy:

• Forleng elektroden dypere ned: Dobling av lengden reduserer motstanden med ca. 40 % [92, Fig 15]. Diameteren har liten effekt (ca. 10 % reduksjon ved dobling av diameter) [93, Fig 16].
• Bruk flere staver i parallell: To staver reduserer motstanden med ca. 40 % (av en enkelt stavs verdi), tre staver med 60 %, fire staver med 66 % [94, Fig 17]. Stavene må være tilstrekkelig adskilt, gjerne mer enn lengden [94, Fig 18].
• Behandle jorden: Kjemikalier (som steinsalt) eller ledende materialer (som bentonitt) kan senke jordresistiviteten rundt elektroden. Kjemisk behandling er ikke permanent, men kan redusere sesongvariasjoner [96, Fig 20].
• En nomograf kan brukes som en veiledning for å se forholdet mellom jordresistivitet, stavlengde, stavdiameter og jordmotstand, for å planlegge tiltak for å redusere motstanden.

Touch og Step Potensial

Berøringsspenning (Touch potential): Potensialforskjellen en person kan oppleve mellom føttene og en jordet struktur de berører under en feil. Måles ved å koble en jordtester mellom strukturen og en potensialprobe 3 fot unna, og beregne med kjent feilstrøm.

Trinnspenning (Step potential): Potensialforskjellen en person kan oppleve mellom føttene når de går over jorden der en feilstrøm eksisterer. Måles ved å plassere to potensialprober ca. 3 fot fra hverandre og beregne med kjent feilstrøm.

Disse målingene gir en estimert verdi basert på motstandstesting og beregnet feilstrøm. Les mer i Megger Guide «Getting down to earth».