ما هو مقاومة الأرض؟

ما هو مقاومة الأرض؟

تعريف مقاومة الأرض

يعد القطب الأرضي قضيبًا معدنيًا أو لوحة معدنية مدفونة في التربة ومتصلة بطرف الأرض لنظام كهربائي. يوفر مسارًا ذا مقاومة منخفضة للتخلص من تيارات العطل والشرارات الكهربائية في الأرض. كما أنه يساعد على استقرار جهد النظام وتقليل التداخل الكهرومغناطيسي.

يمكن صنع أقطاب الأرض من مواد مثل النحاس والفولاذ والحديد المجلفن، والتي يتم اختيارها لكونها موصلة ومحمية من التآكل. تعتمد حجم وشكل وطول وعمق القطب على ظروف التربة وتصنيف التيار والتطبيق المحدد لنظام الأرض.

العوامل المؤثرة على مقاومة التأريض

تعتمد مقاومة الأرض بشكل أساسي على مقاومة التربة بين القطب والنقطة الصفرية (الأرض اللانهائية). تتأثر مقاومة التربة بعدة عوامل، مثل:

• الموصلية الكهربائية للتربة، والتي تعود أساسًا إلى التحلل الكهربائي. تحدد تركيز المياه والأملاح والمكونات الكيميائية الأخرى في التربة قدرتها على التوصيل. التربة الرطبة ذات محتوى عالٍ من الأملاح لديها مقاومة أقل من التربة الجافة ذات محتوى منخفض من الأملاح.

• تكوين التربة الكيميائي، والذي يؤثر على قيمة pH الخاصية والتآكل. يمكن للتربة الحمضية أو القلوية أن تتآكل أقطاب الأرض وتزيد من مقاومتها.

• حجم الحبيبات وتساويها وتعبئتها يؤثر على المسامية وقدرة الاحتفاظ بالرطوبة. التربة ذات الحبيبات الدقيقة والمنتشرة بشكل متساوٍ ومعبأة بشكل متين لديها مقاومة أقل من التربة ذات الحبيبات الخشنة والمنتشرة بشكل غير منتظم ومعبأة بشكل فضفاض.

• درجة حرارة التربة، والتي تؤثر على تمدد الحرارة ونقطة التجمد. يمكن للحرارة العالية أن تزيد من الموصلية الكهربائية للتربة عن طريق زيادة حركة الأيونات. يمكن للحرارة المنخفضة أن تقلل من الموصلية الكهربائية للتربة عن طريق تجميد محتواها المائي.

• تعتمد مقاومة الأرض أيضًا على مقاومة القطب نفسه ومقاومة الاتصال بين سطح القطب والتربة. ومع ذلك، فإن هذه العوامل عادة ما تكون ضئيلة مقارنة بمقاومة التربة.

قياس مقاومة الأرض

هناك طرق مختلفة لقياس مقاومة الأرض في الأنظمة الموجودة. بعض الطرق الشائعة هي:

طريقة انخفاض الجهد

تُعرف هذه الطريقة أيضًا باسم طريقة الثلاث نقاط أو طريقة الانخفاض المحتملة، وتتطلب قطبين اختبار (تيار ومحتمل) ومختبر مقاومة الأرض. يتم وضع قطب التيار على مسافة من القطب الأرضي، مطابقة لعمقه. يتم وضع قطب المحتمل بينهما، خارج مناطق مقاومتهما. يقوم المختبر بإدخال تيار معروف عبر قطب التيار ويقيس الجهد بين قطب المحتمل والقطب الأرضي. ثم يتم حساب مقاومة الأرض باستخدام قانون أوم:

حيث R هي مقاومة الأرض، V هو الجهد المقاس، وI هو التيار المعروض.

هذه الطريقة بسيطة ودقيقة ولكنها تتطلب قطع جميع الاتصالات مع القطب الأرضي قبل الاختبار.

طريقة الفتحة

تعرف هذه الطريقة أيضًا باسم اختبار التردد المثير أو الطريقة بدون قطب. لا تتطلب أي قطب اختبار أو قطع أي اتصالات مع القطب الأرضي. تستخدم مفتاحين يتم وضعهما حول القطب الأرضي الموجود. يثير أحد المفاتيح جهدًا للقطب ويقيس الآخر التيار المتدفق عبره. يتم حساب مقاومة الأرض باستخدام قانون أوم:

حيث R هي مقاومة الأرض، V هو الجهد المثير، وI هو التيار المقاس.

هذه الطريقة مريحة وسريعة ولكنها تتطلب شبكة أرضية متوازية بأقطاب متعددة.

طريقة القطب المرفق

تتضمن هذه الطريقة قطب اختبار واحد (قطب التيار) ومختبر مقاومة الأرض. يتم ربط قطب التيار مع القطب الأرضي بواسطة سلك. يقوم المختبر بإدخال تيار معروف عبر السلك ويقيس الجهد بين السلك والقطب الأرضي. ثم يتم حساب مقاومة الأرض باستخدام قانون أوم:

حيث R هي مقاومة الأرض، V هو الجهد المقاس، وI هو التيار المعروض.

هذه الطريقة لا تتطلب قطع أي اتصالات مع القطب الأرضي ولكنها تتطلب اتصالًا جيدًا بين السلك وقطب التيار.

طريقة ستار-ديلتا

تستخدم هذه الطريقة ثلاثة أقطاب اختبار (أقطاب التيار) مرتبة بشكل مثلث متساوي الأضلاع حول القطب الأرضي الموجود. يقوم مختبر مقاومة الأرض بإدخال تيار معروف عبر كل زوج من أقطاب الاختبار بدوره ويقيس الجهد بين كل زوج من أقطاب الاختبار بدوره. يتم حساب مقاومة الأرض باستخدام قوانين كيرشوف:

حيث R هي مقاومة الأرض، V_AB, V_BC, V_CA هي الجهود المقاسة بين كل زوج من أقطاب الاختبار، وI هو التيار المعروض.

هذه الطريقة لا تتطلب قطع أي اتصالات مع القطب الأرضي ولكنها تتطلب المزيد من أقطاب الاختبار مقارنة بالطرق الأخرى.

طريقة الأرض الميتة

تستخدم هذه الطريقة قطبين اختبار (أقطاب التيار) متصلين بشكل متسلسل بمختبر مقاومة الأرض. يتم إدخال أحد أقطاب الاختبار بالقرب من القطب الأرضي الموجود، ويتم إدخال قطب اختبار آخر بعيدًا عنه. يقوم المختبر بإدخال تيار معروف عبر كلا القطبين في الأرض ويقيس الجهد بينهما. يتم حساب مقاومة الأرض باستخدام قانون أوم:

حيث R هي مقاومة الأرض، V هو الجهد المقاس، وI هو التيار المعروض.

هذه الطريقة لا تتطلب قطع أي اتصالات مع القطب الأرضي الموجود ولكنها تتطلب سلكًا طويلًا جدًا بين كلا القطبين.

طريقة الميل

تستخدم هذه الطريقة قطب اختبار واحد (قطب المحتمل) ومختبر مقاومة الأرض. يتم نقل قطب المحتمل على خط مستقيم بعيدًا عن القطب الأرضي الموجود بفترات منتظمة. يقوم المختبر بإدخال تيار معروف عبر القطب الأرضي الموجود في الأرض ويقيس الجهد بينه وبين قطب المحتمل في كل فترة. يتم رسم رسم بياني للجهد مقابل المسافة ويتم تقدير التقاطع على محور الجهد. يتم حساب مقاومة الأرض باستخدام قانون أوم:

حيث R هي مقاومة الأرض، V₀ هو التقاطع على محور الجهد وI هو التيار المعروض.

هذه الطريقة لا تتطلب قطع أي اتصالات مع القطب الأرضي الموجود ولكنها تتطلب نقل قطب المحتمل على خط مستقيم.

تحسين مقاومة الأرض

يمكن تحسين مقاومة الأرض عن طريق تقليل مقاومة التربة أو زيادة مساحة سطح القطب. بعض الطرق الشائعة لتحسين مقاومة الأرض هي:

• إضافة الملح أو المواد الذائبة حول القطب لزيادة الموصلية الكهربائية للتربة بواسطة التحلل الكهربائي.

• إضافة الفحم أو المواد الأخرى التي تحتفظ بالرطوبة حول القطب للحفاظ على رطوبة التربة طوال العام.

• استخدام عدة أقطاب متصلة بشكل متوازي لزيادة المساحة الإجمالية الملامسة للتربة.

• استخدام أقطاب أطول أو أعمق للوصول إلى طبقات تربة أدنى ذات مقاومة أقل.

• استخدام أقطاب ذات مقطع أكبر أو أشكال مجوفة لتقليل مقاومة القطب.

• استخدام أقطاب ذات طلاءات خاصة أو سبائك لمنع التآكل وزيادة مقاومة الاتصال.

من المستحسن قياس مقاومة الأرض بشكل دوري (سنويًا أو نصف سنويًا) واتخاذ الإجراءات اللازمة إذا تجاوزت القيمة المرغوبة للتطبيق.

الخاتمة

تعتبر مقاومة الأرض معلمة مهمة في تصميم وصيانة أنظمة الأرض. تعتمد على عوامل مختلفة مثل مقاومة التربة وحجم وشكل وعمق ومواد القطب وما إلى ذلك. هناك طرق مختلفة لقياسها في الأنظمة الموجودة، مثل طريقة انخفاض الجهد وطريقة الفتحة وطريقة القطب المرفق وطريقة ستار-ديلتا وطريقة الأرض الميتة وطريقة الميل.

يمكن تحسين مقاومة الأرض بإضافة الملح والفحم أو المواد الأخرى حول الأقطاب واستخدام أقطاب متعددة وأقطاب أطول أو أعمق وأقطاب أكبر أو مجوفة أو استخدام طلاءات خاصة أو سبائك للأقطاب. يجب قياس مقاومة الأرض بشكل دوري والحفاظ عليها ضمن حدود مقبولة لأسباب السلامة والأداء.