Μελέτη συστημάτων γειώσεων
Loading...
Date
2026-10-12
Authors
Ψημμένος, Επαμεινώνδας
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Τα συστήματα γείωσης αποτελούν βασικό τμήμα των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων, καθώς συμβάλλουν στη διοχέτευση των ρευμάτων σφάλματος και των κεραυνικών ρευμάτων προς τη γη και στον περιορισμό επικίνδυνων διαφορών δυναμικού. Η αποτελεσματικότητά τους αξιολογείται συνήθως μέσω της αντίστασης γείωσης. Ωστόσο, μία χαμηλή τιμή αντίστασης σε μια μεμονωμένη μέτρηση δεν αρκεί για την ολοκληρωμένη αξιολόγηση μιας εγκατάστασης. Εξίσου σημαντική είναι η διατήρηση σχετικά σταθερής συμπεριφοράς κατά τη διάρκεια του έτους, καθώς οι μεταβολές της υγρασίας, της θερμοκρασίας και γενικότερα των εδαφικών και περιβαλλοντικών συνθηκών μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την ηλεκτρική επαφή του ηλεκτροδίου με το έδαφος.
Αντικείμενο της εργασίας είναι η πειραματική και στατιστική αξιολόγηση έξι διαφορετικών εγκαταστάσεων γείωσης που βρίσκονται στην Πανεπιστημιούπολη Πατρών, στην περιοχή του Ρίου. Βασικός στόχος ήταν η σύγκρισή τους ως προς το επίπεδο της αντίστασης γείωσης, τη χρονική μεταβλητότητα, τη σχέση τους με τις διαθέσιμες περιβαλλοντικές παραμέτρους και, για τις δύο νέες κατασκευές, το κόστος των κύριων υλικών πλήρωσης. Η αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε σε πραγματικές συνθήκες πεδίου και δεν περιορίστηκε στην αναζήτηση της μικρότερης μέσης αντίστασης. Εξετάστηκαν επίσης η διασπορά των μετρήσεων, η σχετική σταθερότητα κάθε εγκατάστασης και η διαφοροποίηση της συμπεριφοράς της μεταξύ περιόδων με διαφορετικές συνθήκες πρόσφατης βροχόπτωσης.
Οι έξι εγκαταστάσεις κωδικοποιήθηκαν ως G1-TF, G2-TR-1, G3-TR-2, G4-CB, G5-OLD-MAT και G6-SOIL. Οι G1-TF και G4-CB κατασκευάστηκαν στο πλαίσιο της εργασίας με χαλύβδινες ράβδους γείωσης διαστάσεων Φ14 × 1500 mm. Στην G1-TF χρησιμοποιήθηκαν δύο δοχεία εμπορικού βελτιωτικού υλικού TERRAFILL, συνολικής ποσότητας 24 kg, ενώ στην G4-CB εφαρμόστηκε μίγμα περίπου 24 kg τσιμέντου και μπεντονίτη σε ποσοστό 5% της μάζας του τσιμέντου. Οι G2-TR-1 και G3-TR-2 ήταν δύο ανεξάρτητες ράβδοι παλαιότερης διάταξης τριγώνου, η G5-OLD-MAT ήταν προϋπάρχουσα γείωση με παλαιό βελτιωτικό υλικό μη πλήρως τεκμηριωμένης σύστασης και η G6-SOIL βρισκόταν σε θέση με αυξημένη παρουσία λίθων στο έδαφος.
Οι μετρήσεις αντίστασης γείωσης πραγματοποιήθηκαν από τις 3 Σεπτεμβρίου 2025 έως τις 20 Μαΐου 2026 με τριπολική διάταξη και χρήση βοηθητικών ηλεκτροδίων. Για τη συστηματική παρακολούθηση χρησιμοποιήθηκε το ψηφιακό γειωσόμετρο HABOTEST HT2302, ενώ κατά τις δύο πρώτες σειρές πραγματοποιήθηκε συγκριτικός έλεγχος με ψηφιακό και αναλογικό γειωσόμετρο Kyoritsu του εργαστηρίου. Συνολικά καταγράφηκαν 35 πρωτογενείς σειρές μετρήσεων σε 34 διαφορετικές ημερομηνίες και διατηρήθηκαν 205 έγκυρες τιμές αντίστασης στο επίπεδο των αρχικών σειρών.
Παράλληλα με τις μετρήσεις αντίστασης συγκεντρώθηκαν ημερήσια μετεωρολογικά δεδομένα για την ευρύτερη περιοχή του πειράματος. Οι μεταβλητές που εξετάστηκαν ήταν η μέση θερμοκρασία αέρα, η μέση σχετική υγρασία, η βροχόπτωση της προηγούμενης ημέρας και το συνολικό ύψος βροχόπτωσης των τριών προηγούμενων ημερών. Η επεξεργασία πραγματοποιήθηκε στο περιβάλλον MATLAB. Για κάθε γείωση υπολογίστηκαν η μέση τιμή, η διάμεσος, η ελάχιστη και η μέγιστη τιμή, το εύρος, η δειγματική τυπική απόκλιση και ο συντελεστής μεταβλητότητας. Οι σχέσεις της αντίστασης με τις περιβαλλοντικές μεταβλητές εξετάστηκαν με τους συντελεστές Pearson και Spearman. Για τον περιορισμό των τυχαίων στατιστικά σημαντικών αποτελεσμάτων από τους πολλαπλούς ελέγχους εφαρμόστηκε η διαδικασία Benjamini–Hochberg για τον έλεγχο του ρυθμού ψευδών ανακαλύψεων. Επιπλέον, οι ημερήσιες εγγραφές διαχωρίστηκαν σε κατηγορίες χωρίς πρόσφατη βροχόπτωση, χαμηλής θετικής βροχόπτωσης και υψηλής βροχόπτωσης, ώστε να πραγματοποιηθεί συμπληρωματική περιγραφική σύγκριση.
Η χαμηλότερη μέση αντίσταση καταγράφηκε στην G2-TR-1 και ήταν 112,30 Ω. Πολύ κοντά βρέθηκε η G4-CB, με μέση τιμή 112,69 Ω. Η G4-CB παρουσίασε παράλληλα τη μικρότερη τυπική απόκλιση, ίση με 50,46 Ω, και τον χαμηλότερο συντελεστή μεταβλητότητας, ίσο με 44,78%. Επομένως, η G2-TR-1 υπερείχε οριακά ως προς τη μέση αντίσταση, ενώ η G4-CB εμφάνισε την καλύτερη σχετική σταθερότητα. Η G3-TR-2 παρουσίασε μέση αντίσταση 166,48 Ω. Για την G1-TF, στην οποία χρησιμοποιήθηκε TERRAFILL, υπολογίστηκε μέση αντίσταση 202,82 Ω και συντελεστής μεταβλητότητας 61,46%. Η μέση αντίσταση της G5-OLD-MAT ήταν 256,54 Ω, ενώ η G6-SOIL παρουσίασε τη μεγαλύτερη μέση τιμή, ίση με 357,92 Ω, και τη μεγαλύτερη σχετική μεταβλητότητα, με συντελεστή μεταβλητότητας 110,39%. Στην τελευταία εγκατάσταση καταγράφηκε και η μέγιστη τιμή ολόκληρου του συνόλου δεδομένων, ίση με 2.000 Ω.
Ως προς τις περιβαλλοντικές μεταβλητές, η θερμοκρασία του αέρα παρουσίασε την πιο συνεπή σχέση με την αντίσταση γείωσης. Οι γραμμικές συσχετίσεις Pearson ήταν θετικές και στατιστικά σημαντικές και για τις έξι εγκαταστάσεις, ενώ για τις G1-TF έως G5-OLD-MAT προέκυψαν επίσης θετικές και στατιστικά σημαντικές συσχετίσεις Spearman. Οι υψηλότερες τιμές αντίστασης εμφανίζονταν επομένως συχνότερα σε περιόδους υψηλότερης θερμοκρασίας και οι χαμηλότερες κατά τη χειμερινή περίοδο. Η θερμοκρασία του αέρα δεν θεωρήθηκε άμεσος αιτιώδης παράγοντας, αλλά δείκτης της γενικότερης εποχικής μεταβολής, καθώς μεταβάλλεται παράλληλα με τη βροχόπτωση, την εξάτμιση και την υγρασία του εδάφους.
Οι συσχετίσεις με τη σχετική υγρασία του αέρα ήταν γενικά αρνητικές, αλλά λιγότερο συνεπείς. Στατιστικά σημαντικές αρνητικές γραμμικές συσχετίσεις προέκυψαν για τις G1-TF, G3-TR-2, G5-OLD-MAT και G6-SOIL, χωρίς όμως καμία από τις αντίστοιχες συσχετίσεις Spearman να παραμένει σημαντική μετά τη διόρθωση των πολλαπλών συγκρίσεων. Για τις G1-TF έως G5-OLD-MAT δεν διαπιστώθηκε στατιστικά σημαντική συσχέτιση της αντίστασης με τη βροχόπτωση της προηγούμενης ημέρας ή των τριών προηγούμενων ημερών. Αντίθετα, η G6-SOIL παρουσίασε σημαντική αρνητική συσχέτιση Spearman τόσο με τη βροχόπτωση της προηγούμενης ημέρας, με συντελεστή −0,540, όσο και με τη βροχόπτωση των τριών προηγούμενων ημερών, με συντελεστή −0,449. Η εγκατάσταση αυτή εμφάνισε επομένως την εντονότερη μονότονη σχέση με την πρόσφατη βροχόπτωση.
Η περιγραφική σύγκριση των κατηγοριών βροχόπτωσης έδειξε ότι και στις έξι γειώσεις η μέση αντίσταση υπό συνθήκες υψηλής πρόσφατης βροχόπτωσης ήταν χαμηλότερη από την αντίστοιχη τιμή χωρίς πρόσφατη βροχόπτωση. Η μικρότερη διαφοροποίηση καταγράφηκε στην G4-CB, με μείωση της μέσης αντίστασης κατά 7,7%, ενώ η μεγαλύτερη εμφανίστηκε στην G6-SOIL και έφτασε το 53,7%. Το αποτέλεσμα αυτό ενισχύει την εικόνα αυξημένης σταθερότητας της G4-CB και μεγαλύτερης εξάρτησης της G6-SOIL από τις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Οι θετικές συσχετίσεις που παρατηρήθηκαν μεταξύ των περισσότερων ζευγών γειώσεων έδειξαν επίσης ότι οι εγκαταστάσεις ακολουθούσαν σε σημαντικό βαθμό κοινή χρονική πορεία, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι είχαν ίδια κατασκευαστική συμπεριφορά.
Η τεχνική σύγκριση των δύο νέων κατασκευών συνοδεύτηκε από οικονομική αποτίμηση των κύριων υλικών που καταναλώθηκαν. Το κόστος των δύο δοχείων TERRAFILL της G1-TF ήταν 48,00 €, ενώ το αναλογικό κόστος του τσιμέντου και του μπεντονίτη που χρησιμοποιήθηκαν στην G4-CB υπολογίστηκε σε 5,58 €. Με βάση αυτή την προσέγγιση, το κόστος των κύριων υλικών της G4-CB ήταν κατά 42,42 €, ή περίπου 88,4%, χαμηλότερο από εκείνο της G1-TF. Η σύγκριση δεν περιλάμβανε το κόστος της ράβδου, των εργαλείων, της διάνοιξης της οπής και της εργασίας, ούτε την αρχική δαπάνη αγοράς ολόκληρων συσκευασιών τσιμέντου και μπεντονίτη. Παρά τους περιορισμούς αυτούς, η G4-CB συνδύασε χαμηλότερο κόστος καταναλωθέντων υλικών, χαμηλότερη μέση αντίσταση και μικρότερη σχετική μεταβλητότητα από την G1-TF.
Συνολικά, η G4-CB αποτέλεσε την περισσότερο ισορροπημένη από τις εξεταζόμενες εγκαταστάσεις, καθώς συνδύασε χαμηλό επίπεδο αντίστασης, τη μικρότερη σχετική μεταβλητότητα και τη μικρότερη διαφοροποίηση μεταξύ των συνθηκών χωρίς πρόσφατη βροχόπτωση και υψηλής βροχόπτωσης. Μεταξύ των δύο νέων κατασκευών, το μίγμα τσιμέντου με 5% μπεντονίτη παρουσίασε την ευνοϊκότερη τεχνικοοικονομική εικόνα. Το αποτέλεσμα δεν αποτελεί γενική πιστοποίηση του συγκεκριμένου μίγματος ούτε απόδειξη ότι το TERRAFILL είναι αναποτελεσματικό. Κάθε κατασκευαστική περίπτωση εκπροσωπήθηκε από μία μόνο εγκατάσταση, οι γειώσεις βρίσκονταν σε διαφορετικές εδαφικές θέσεις και δεν πραγματοποιήθηκαν άμεσες μετρήσεις της υγρασίας, της θερμοκρασίας και της ειδικής αντίστασης του εδάφους δίπλα σε κάθε ηλεκτρόδιο. Για τον λόγο αυτό, τα αποτελέσματα αφορούν τις συγκεκριμένες εγκαταστάσεις και την εξεταζόμενη περίοδο και οι στατιστικές σχέσεις ερμηνεύονται ως διερευνητικές συσχετίσεις και όχι ως αποδείξεις αιτιότητας. Για πληρέστερη αξιολόγηση προτείνονται η κατασκευή περισσότερων όμοιων δοκιμίων, η επιτόπια παρακολούθηση της υγρασίας και της θερμοκρασίας του εδάφους, η μέτρηση της ειδικής αντίστασης σε διαφορετικά βάθη και η συνέχιση των μετρήσεων για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Description
Keywords
Αντίσταση γείωσης, Ηλεκτρόδια γείωσης, Βελτιωτικά υλικά γείωσης