Как земля проводит ток и почему заземление всё-таки работает: разгадка секрета
Подписка на рассылку
Заземление – одно из базовых понятий в электротехнике. С его помощью осуществляется принудительное замыкание токопроводящих частей электроустановки в землю. Это обязательное требование для ее безопасной эксплуатации.
Как работает заземление?
Принцип работы заземления базируется на следующих утверждениях:
- Нельзя полностью избежать пробоя изоляции на корпус электроустановки, а также значительно уменьшить ее сопротивление.
- Когда потенциал затрагивает корпус, это невозможно определить по внешним параметрам.
- Если в этом случае человек дотронется до корпуса электроустановки, он окажется под воздействием высокого потенциала.
- В данной ситуации электрический ток проходит через тело человека от проводящей поверхности к земле, что опасно для жизни.
- Чтобы избежать этой опасности, необходимо достичь разности потенциалов между приводящей поверхностью и землей. Для этого следует при помощи провода с небольшим сопротивлением соединить с землей части корпуса, выполненные из металла.
Благодаря этому в случае пробоя изоляции основной ток уйдет в землю, не затрагивая тело человека.
Почему земля обладает низким сопротивлением?
Закон Ома гласит, что ток во всех случаях протекает по замкнутому контуру. То есть ток движется через электроустановку с подключенной к ней системой заземления от одного из полюсов электростанции до заземляющего электрода. Небольшое заземление всей конструкции не гарантирует малое сопротивление обратной ветви цепи. Почва обладает достаточно большим удельным сопротивлением, поэтому кажется, что тело человека не становится дополнительным элементом заземления.
Стоит учитывать, что сопротивление обратной ветви контура заземления будет небольшим, поскольку между заземляющими электродами электроустановки и электростанции сечение среды очень велико.
Благодаря этому система заземления не только обеспечивает отличную защиту и надежность без обрывов, но и позволяет избежать прокладки доп.кабеля для коммутации соединителей электростанции и объекта.
Что еще нужно знать о заземлении?
Важно понимать, что для качественной работы системы заземления необходимо, чтобы переходной сопротивление, возникающее между землей и заземляющий электродом, было невелико. Этого можно достигнуть благодаря большой площади контакта (для этого выполняют сварку крепко скрепленных друг с другом пластин), а также с помощью установки электродов в грунте ниже глубины его промерзания, поскольку в этом случае его удельное сопротивление резко увеличивается. С реализацией данной задачи отлично справляются вертикальные заземлители.
Сопротивление человеческого тела равняется нескольким сотням Ом, поэтому максимально допустимое сопротивление системы заземления не может составлять более 4 Ом.
Источник
Почему земля проводит ток и как работает заземление
Здравствуйте уважаемые подписчики и гости моего канала. Сегодня я хочу поговорить с вами о том, почему же земля проводит электрический ток, а главное почему работает заземление.
Что такое заземление и как оно работает
Итак, вы все прекрасно знаете, что заземление — это преднамеренное соединение металлических корпусов электроприборов или любой точки сети с заземляющим устройством. При этом в электротехнике благодаря заземлению обеспечивают защиту от опасного действия электрического тока путем снижения напряжения прикосновения до вполне безопасных уровней для человека.
Но возникает вполне логичный вопрос: «Так почему же земля является таким хорошим проводником?» Давайте разбираться.
За счет чего земля проводит ток
Безусловно, сама по себе земля — это не изолирующий материал, ведь в ней присутствуют различные жидкости и растворы солей, которые вполне способны проводить электрический ток.
Но такой проводник далеко не идеальный, а при этом все равно прекрасно работает и вот почему.
Бесконечно большое сечение равно нулевому сопротивлению
Давайте рассмотрим вот такую таблицу:
А теперь вспомним вот такую формулу расчета сопротивления:
Так вот, на самом деле нам абсолютно неважно какова длина и удельное сопротивление. Ведь площадь поперечного сечения земли настолько велика, что сопротивление можно считать равным нулю.
Для понимания давайте проведем сравнительный анализ, и возьмем из таблицы выше серебро и такой материал как графит.
Как вы уже поняли из таблицы, серебро гораздо лучше проводит электричество (за счет меньшего удельного сопротивления), чем графит. Но если мы увеличим площадь поперечного сечения графита в миллион раз, то уже сопротивление графита будет существенно ниже сопротивление серебра. Точно такой же эффект срабатывает и в случае с землей.
Вроде с нулевым сопротивлением земли разобрались, и, казалось бы, все просто замечательно, но есть один очень важный момент. Для того, чтобы опасный потенциал уходил именно через заземление, а не стал причиной поражения человека электрическим током, оно должно соответствовать целому ряду требований.
Особенности заземляющего устройства
Итак, для того, чтобы заземление работало так как нужно, оно должно обладать минимальным переходным сопротивлением, а это в свою очередь достигается за счет следующих факторов:
- Должна быть обеспечена большая площадь контакта в местах соединения контура. То есть сварочный шов на пластинах должен быть не менее 10 см.
- Всю систему электродов нужно обязательно закапывать ниже линии промерзания грунта.
- Общее сопротивление заземляющего контура не должно превышать 4 Ом. Если при замерах специальными приборами данное условие не выполняется, тогда необходимо увеличить заземляющий контур, до достижения требуемых параметров.
Вот так заземление выполняет свою защитную функцию по причине того, что земля обладает бесконечно большим сечением. А так как ток протекает только по пути наименьшего сопротивления, то даже в случае пробоя изоляции у электроприбора, корпус которого заземлен, ничего страшного не случится, так как опасный потенциал уйдет через заземляющий контур в землю.
Понравилась статья, тогда ставим палец вверх, пишем комментарии и подписываемся. Спасибо за внимание!
Источник
Как земля может проводить ток и почему заземление всё-таки работает: разгадка секрета
Многие в курсе, что заземление это соединение корпусов приборов и других железок со специальной конструкцией , вкопанной в грунт. Оно призвано замкнуть опасное напряжение на ноль подстанции и не дать ему добраться до вашего тела.
Но как именно оно это делает? Конечно, земля это не изолятор — в ней есть жидкость и растворы разных веществ, способных проводить ток. Но расстояние от места заземления до, собственно, подстанции иногда измеряется десятками километров — как ток может дойти так далеко по такому плохому проводнику? Читайте дальше — мы всё вам расскажем !
Бесконечно большое сечение творит чудеса
Главный фактор , который обеспечивает работоспособность заземления — бесконечно большое сечение грунта. Представьте себе плохой проводник, например графит. Если сравнить его с медным проводником той же толщины, он проводит ток хуже в 800 (!) раз. А теперь, мысленно начнём увеличивать сечение графитового проводника. Если увеличивать толщину достаточно долго, графит не только будет проводить электричество не хуже меди, но и «переплюнет» её с запасом. Так же действует и заземление.
Когда электрический ток порождает движение ионов в растворе воды грунта, эти ионы по цепочке передают энергию дальше — причём во всех направлениях. Возникает эффект снежной лавины — чем дальше мы удаляемся от заземления, тем больше ионов становится вовлечено в процесс передачи энергии. Таким образом, даже на расстоянии в сотни километров, ток, «вкачанный» заземлением в почву, с гарантией достигнет подстанции источника.
Но есть один нюанс . Если площадь электрода, через который ток из провода передаётся в землю, будет недостаточной , этот электрод не сможет передать в почву весь ток и заземление будет неэффективным. Слова «сопротивление заземляющего устройства» говорят как раз об этом — о способности электродов заземления «вкачать» весь аварийный ток в грунт и передать его на подстанцию.
А земля, имеющая поперечное сечение, стремящееся к бесконечности, имеет сопротивление равное нулю. Ни много, ни мало.
Источник
Измерение электропроводности почвы
Для нормального роста и развития растениям требуется много солнца, воздуха, воды и питательных веществ. Как же сделать, чтобы питательных веществ для ваших растений было достаточно, и, вместе с тем, не переборщить? В этом поможет измерение различных параметров почвы.
Тестирование pH, влажности и температуры вашей почвы, мониторинг фосфатов, нитратов, кальция, калия и других веществ – отличное начало для формирования здоровой почвы. Один из способов отследить содержание питательных веществ – это анализ электропроводимости вашей почвы. Это сэкономит время и деньги при управлении вашими посадками. Какой бы сложной ни была ваша почва, выбрать наилучшее решение для проверки её электропроводности поможет это руководство.
Что такое электропроводность?
Электропроводность (EC) определяет, насколько хорошо вещество может передавать электрический ток. Мелкие заряженные частицы, называемые ионами, помогают переносить электрический заряд через вещество. Эти ионы могут быть положительно или отрицательно заряжены. Чем больше ионов, тем выше проводимость, меньшее количество ионов приведет к снижению проводимости. EC обычно указывается в миллисименсах на сантиметр (мСм/см).
Общее количество растворённых твердых веществ (TDS) – это количество растворённых веществ в жидкости. TDS метр считывает все растворённые неорганические и органические вещества в жидкости. Результаты этого чтения отображаются в виде миллиграммов на литр (мг/л), частей на миллион (ppm), граммов на литр (г/л) или частей на тысячу (ppt).
Измерение TDS почвы – длительный процесс. Сначала вы извлекаете всю воду из образца, затем выпариваете её и взвешиваете оставшийся после испарения остаток. Намного проще измерить электропроводность вещества, а затем преобразовать показания в TDS с коэффициентом преобразования. Хитрость в том, чтобы убедиться, что вы используете правильный коэффициент.
При выборе коэффициента следует учитывать, что не все растворённые твёрдые частицы проводят электричество. Например, если вы измерили электропроводность стакана воды, а затем добавили поваренную соль, электропроводность возрастет. Но если вы возьмёте ту же чашку с водой, измерите электропроводность, а затем добавите сахар, то это не повлияет на проводимость.
Наиболее распространёнными коэффициентами преобразования между EC и TDS являются 0.5 и 0.7. Первый из них основан на связи EС/TDS с хлоридом натрия, а второй – на отношении со смесью сульфата, бикарбоната и хлорида натрия. Чтобы задействовать коэффициент пересчёта, просто умножьте показания ЕС на коэффициент для TDS.
Что влияет на электропроводность почвы
Наиболее распространенными факторами, влияющими на электропроводность почвы, являются температура, тип почвы, уровень её влажности, засоленность, состав удобрений, а также глубина почвы.
Когда температура в измеряемой пробе становится выше, ионы «подпрыгивают» и имеют большую активность, ввиду которой начинают лучше проводить электрический ток. Когда температура снижается, ионы успокаиваются и перемещаются меньше. Меньшая активность означает, что ионам сложнее переносить электрический ток, то есть, проводимость почвы уменьшается.
Тип почвы и уровень влажности
Текстура почвы влияет на количество доступной влаги, а также на ЕС почвы. Ионы любят прилипать и связываться с другими частицами в почве, и когда они связаны, то их сложнее считывать. Влага помогает освободить ионы для наилучшего распознавания. Текстура почвы также влияет на влажность: разные размеры частиц почвы создают разные пространства для воздуха и воды. Это называется пористостью.
Песок плохо удерживает влагу, поэтому имеет более низкую проводимость. Иловая почва, похожая по текстуре на влажную грязь на берегу реки, имеет среднюю базовую проводимость. Этот тип почвы способен удерживать воду относительно хорошо. Почвы, богатые глиной, имеют более высокую проводимость, так как они способны хорошо удерживать влагу, а почвы со средней проводимостью, как правило, имеют наибольшую урожайность. Они способны удерживать только достаточное количество воды, в то же время отводя излишки.
Ирригация и удобрения
Обычно при упоминании о солёности в первую очередь приходит на ум океан, но знаете ли вы, что почва тоже может быть солёной? Соли очень сильно поднимают ЕС вашей почвы. Таким образом, вода, используемая для полива сельскохозяйственных культур, будет напрямую влиять на качество почвы, увеличивая или разбавляя имеющиеся соли и питательные вещества. Если оросительная вода имеет высокое содержание соли, она может накапливаться на полях, увеличивая солёность и электропроводимость почвы. Природные дожди разбавят количество соли возле корней растений. Большинство посевных площадей считаются хорошими для посадки, если ЕС не превышает 4 дСм/м. Тем не менее, это число будет варьироваться в зависимости от вида высаженных культур. Добавление удобрений также является хорошим способом стимулировать рост сельскохозяйственных культур.
Наконец, глубина почвы может напрямую влиять на её электрическую проводимость. Растения могут расти только в верхнем слое почвы, богатом питательными веществами. Если коренная порода или глина находятся слишком близко к поверхности, это может повысить электропроводность почвы.
PH почвы и электропроводность
Когда pH и электропроводность почвы взаимодействуют, то происходят интересные вещи. PH вашей почвы говорит о том, насколько она является щелочной или кислотной, что может повлиять на результаты электропроводности. pH также измеряет ионы, но весьма специфические. Положительно заряженные ионы водорода заставляют вещество быть более кислым, в то время как отрицательно заряженные гидроксильные ионы приводят к тому, что вещество становится более щелочным. Поскольку эти ионы несут заряды, они также могут нести электричество. Чем больше ионов, тем выше электропроводность. Поэтому, чем более кислой или щелочной будет ваша почва, тем выше ЕС. И, наоборот, чем ближе pH к нейтральному, тем меньше это повлияет на электропроводность почвы.
Зачем нужно измерять ЕС почвы?
Тестировать почву нужно, чтобы убедиться, что все питательные вещества в ней сбалансированы. Важно знать, что почва в разных областях имеет разные показатели ЕС, поэтому для достижения наилучшей урожайности следует использовать карты электропроводности почв. Как и топографические карты, они показывают EC в различных географических областях. Вы можете создать собственную карту EC: для этого протестируйте EC в различных областях и нанесите полученные значения на карту.
Различные требования к электропроводности имеют и различные виды растений. Например, горох и бобы очень чувствительны к солям и ЕС должен быть ниже 2 мСм/см, пшеница и помидоры умеренно толерантны к более высокой проводимости, хлопок, шпинат и сахарная свекла допускают очень высокие значения ЕС, до 16 мСм/см.
Выбор метода тестирования EC
Существует несколько доступных методов тестирования электропроводности грунта. Вы можете произвести анализ так называемой поровой воды, проверить общую или объемную электропроводность почвы или использовать специальную суспензию почвы для оценки ЕС.
Измерение поровой воды
Измерения EC поровой воды, наиболее распространённые в теплицах и гидропонике, дают информацию о том, как ведут себя питательные вещества и соли на ваших полях и позволяют понять, как регулировать орошение и удобрение сельскохозяйственных культур. Метод является особенно точным при использовании тестера с температурной компенсацией.
Чтобы измерить ЕС поровой воды, сначала нужно извлечь воду из почвы. Это делается с помощью экстрактора поровой воды или всасывающего лизиметра, представляющего собой длинную трубку с нереактивным пористым керамическим колпачком, который важен для того, чтобы питательные вещества, попадающие в воду, не мешали показаниям. Мы настоятельно рекомендуем использовать более одного лизиметра при отборе проб около растений из-за больших различий в концентрации питательных веществ на поверхности почвы и в местах расположения корней.
Измерение объёмной EC почвы
Измерения объёмной электропроводности почвы – это анализ общей электропроводности, она включает в себя ЕС почвы, воздуха и влаги в вашем образце. Все эти субстанции несут заряженные ионы, которые считываются как общая ЕС.
Измерение EC в суспензии
Использование насыщенного почвенного экстракта для тестирования ЕС вашей почвы требует немного больше пробоподготовки, однако именно этот метод дает точные результаты. Поровое пространство между частицами почвы может содержать воздух или воду. Полное насыщение образца почвы водой означает заполнение всех поровых пространств водой. Возьмите ваши образцы почвы с поля, убедитесь, что контейнеры, которые вы используете, предварительно ополоснуты деионизированной водой и полностью высушены, выберите образец и смешайте его с деионизированной водой, пока почва не станет липкой, влажной пастой. В этой пасте должно быть достаточно воды, чтобы почва стала очень грязной (как густой навоз). Затем пропустите образец через фильтр и произведите измерения.
Выбор наилучшего датчика измерения проводимости
Выбор зонда, который соответствует вашим потребностям тестирования, так же важен, как и подготовка образцов почвы. Существует два основных типа зондов, используемых в тестировании ЕС: двухэлектродные и четырёхкольцевые (потенциометрические). Плюсами первого из них является низкая стоимость и небольшой объём требуемого образца, однако для каждого диапазона исследования необходим новый электрод, а кроме того такие электроды подвержены поляризации.
Двухэлектродный зонд также известен как амперометрический электрод. Электроды в нём изолированы друг от друга и никогда не соприкасаются, а лишь контактируют с вашим образцом. Два электрода измеряют ток, проходящий через ионы в вашем образце. Благодаря этой конструкции вам не нужно много образцов для погружения зонда.
Между электродами должно быть стабильное пространство, поэтому любой изгиб двух электродов в зонде приведет к неточным результатам. Также требуется тщательная очистка, избегайте образования отложений между электродами. Тонкой пленки остатков измеряемых сред, которая может накапливаться на поверхности электродов, достаточно, чтобы изменить фиксированное расстояние между ними. Это приведет к неточным показаниям.
Другой проблемой, которая может возникнуть при использовании этого типа зонда, является эффект поляризации. Это особенно характерно для зондов с электродами из нержавеющей стали. Между контактами может накапливаться электрический заряд, и ваши показания ЕС будут ниже, чем должны быть. Вы можете минимизировать поляризацию, используя зонд с графитовыми электродами.
Четырехкольцевой (потенциометрический) датчик, работает иначе, чем двухэлектродный. В нём используются четыре металлических кольца вокруг внутреннего корпуса зонда. Два средних работают как чувствительные электроды, а два внешних действуют как приводные. Электроды привода подают электрическое напряжение, контролируемое внутренними кольцами. При введении в образец напряжение падает пропорционально проводимости.
Конструкция четырехкольцевого зонда позволяет использовать его в широком диапазоне образцов. Однако, чтобы датчик работал, отверстия над четырьмя металлическими кольцами должны быть полностью погружены в образец, то есть, вам понадобится больший объём пробы для точных измерений. Этот датчик ЕС хорош тем, что им можно охватить все диапазоны.
Многообразие тестеров ЕС почвы
ЕС метры, используемые для тестирования почвы, столь же разнообразны, как и электроды. Каждый из них обладает множеством функций и опций. Однако имейте в виду, что при прочих равных условиях лучше приобрести измеритель с температурной компенсацией. Температура, как уже было сказано выше, может изменить проводимости вашей почвы, а также повлиять на производительность вашего ЕС метра.
Цифровые карманные тестеры – это устройства, которые просты в использовании и в то же время отлично подходят для проведения точных испытаний электрической проводимости в полевых условиях, а также для почвенных растворов.
Обратите внимание на материал изготовления тестера. Прочные пластиковые или стальные корпуса помогают обеспечить длительный срок службы. Различные виды пластика лучше всего защищают зонд от разрушения химическими удобрениями. Есть и водонепроницаемые варианты корпуса, с тем, чтобы не беспокоиться о возможном случайном повреждении тестера.
Многие цифровые тестеры проводимости почвы являются комбинированными. Большинство из них имеют режимы измерения электропроводности и общего растворённого твердого вещества (TDS), а некоторые также могут измерить pH и температуру вашей почвы. Эти функции очень полезны, поскольку в этом случае для проведения группы полевых испытаний вам понадобится только один тестер.
Тестеры могут предупредить вас о низком заряде батареи с помощью специальной индикации. Это защитит вас от неточных показаний. Многие тестеры могут быть калиброваны по одной точке, а некоторые работают в режиме быстрой калибровки. Это позволяет одновременно калибровать различные измерительные электроды (например, pH и EC/TDS).
При тестировании различных параметров легко конвертировать результаты из EC в TDS или солёность. Вы даже можете выбрать предпочтительный коэффициент преобразования EC/TDS. Это поможет получить желаемые результаты с лёгкостью.
Особенностью некоторых измерителей является усиленный датчик, который минимизирует электрические помехи в образцах, влияющие на точность. Для глубинного анализа результатов и составления отчётов к результатам измерений зачастую добавляется время, дата, результаты калибровки и другие данные. В основном, обилие дополнительных функций характерно для портативных и стационарных измерителей, которые немного больше, чем карманные.
Особенности ухода за рабочим электродом тестера ЕС почвы
Правильный уход и обслуживание вашего датчика электропроводности имеет первостепенное значение для точных показаний. Первое условие достижения точных результатов – поддержание чистоты зондов проводимости почвы. Остатки измеряемых образцов на датчиках могут привести к тому, что измеритель ЕС продемонстрирует слишком низкое или высокое значение. Некоторые приборы даже сами предупредят вас о необходимости очистки электрода. Чистка также продлевает срок его службы. Однако необходима правильная очистка, её особенности зависят от типа электрода. Например, для EC/TDS или EC/TDS/Salinity начните с промывания зонда деионизированной водой, используйте мягкую ткань для осторожного удаления частиц (особенную осторожность нужно соблюдать в случае со стеклянными электродами). Нельзя давить на электрод, вместо этого промойте датчик и осторожно используйте смоченную ткань снова, а затем вновь ополосните зонд деионизированной водой.
Для датчика pH/EC/TDS/Температуры заполните ёмкость деионизированной водой и промойте ей зонд. Если на датчике все ещё есть остатки, не протирайте его. Вместо этого используйте чистящий раствор, специально предназначенный для электродов почвы (существует несколько решений для очистки, в том числе, для общей очистки сельскохозяйственных удобрений, отложений гумуса и почвы). Погрузите электрод в чистящий раствор на 15 минут, а затем выньте и промойте деионизированной водой. Поместите зонд в раствор для хранения как минимум на 1 час, прежде чем использовать его снова.
Второе условие качественной работы электрода – это его частая калибровка. Это может быть сложной задачей, так как стандарты калибровки, используемые для зондов ЕС, легко загрязняются. Загрязнение может исходить от деионизированной воды, используемой для промывки зонда, остатков из образцов и т. д. Избегать загрязнения гораздо проще, если использовать одноразовые пакеты с калибровочным раствором. Они гарантируют, что вы используете совершенно новый стандарт для каждой калибровки. Для калибровки наполните бутыль деионизированной водой, промойте в ней зонд, разорвите одноразовый калибровочный пакет, войдите в режим калибровки на своём EC метре, убедитесь в правильности выбранного калибровочного стандарта и погрузите электрод в пакет. Затем дайте показаниям стабилизироваться и считайте результат. Выньте зонд из пакета и промойте зонд деионизированной водой. Повторите эти же шаги для других стандартов электропроводности. Если прибор может измерять другие параметры, такие как pH, то могут потребоваться дополнительные шаги калибровки.
Третья составляющая успеха – хранение электрода в чистоте. Промойте зонд деионизированной водой, чтобы удалить все остатки образцов с поверхности. Для датчика EC/TDS или EC/TDS/Salinity очистите зонд согласно указаниям, приведенным выше, и поместите его в крышку для хранения или защитную гильзу. Для датчика pH/EC/TDS/Температуры очистите зонд моющим раствором и храните в колпачке, содержащем раствор для хранения или буферную жидкость pH 4.01.
Источник