چه مقدار مقاومت زمین است

زمین‌مقاومت چیست؟

تعریف زمین‌مقاومت

الکترود زمین یک میله یا صفحه فلزی است که در خاک دفن شده و به ترمینال زمین سیستم برق متصل است. این الکترود مسیری با مقاومت پایین برای جریان‌های خطا و نوسانات بلندگردان فراهم می‌کند تا به زمین پخش شوند. همچنین به پایداری ولتاژ سیستم کمک می‌کند و تداخل الکترومغناطیسی را کاهش می‌دهد.

الکترودهای زمین می‌توانند از موادی مانند مس، فولاد یا آهن روغنی ساخته شوند که به خاطر رسانایی و مقاومت در برابر خوردگی انتخاب می‌شوند. اندازه، شکل، طول و عمق الکترود به شرایط خاک، رتبه جریان و کاربرد خاص سیستم زمین‌بندی بستگی دارد.

عوامل مؤثر بر مقاومت زمین‌بندی

مقاومت زمین به طور اصلی به مقاومت خاک بین الکترود و نقطه صفر پتانسیل (زمین نامحدود) بستگی دارد. مقاومت خاک تحت تأثیر چندین عامل است، مانند:

• رسانایی الکتریکی خاک که عمدتاً به خاطر الکترولیز است. غلظت آب، نمک و سایر مولفه‌های شیمیایی در خاک رسانایی آن را تعیین می‌کند. خاک مرطوب با محتوای نمک بالا مقاومت کمتری نسبت به خاک خشک با محتوای نمک پایین دارد.

• مؤلفه شیمیایی خاک که pH و خواص خوردگی آن را تأثیر می‌گذارد. خاک اسیدی یا قلیایی می‌تواند الکترودهای زمین را خوردگی دهد و مقاومت آن را افزایش دهد.

• اندازه ذرات، یکنواختی و تراکم ذرات خاک تأثیرگذار بر مسامی و ظرفیت حفظ رطوبت آن است. خاک ریزدانه با توزیع یکنواخت و تراکم محکم مقاومت کمتری نسبت به خاک درشت‌دانه با توزیع نامنظم و تراکم پایین دارد.

• دمای خاک که تأثیرگذار بر انبساط حرارتی و نقطه یخ‌زدن آن است. دمای بالا می‌تواند رسانایی خاک را با افزایش متحرکی یون‌ها افزایش دهد. دمای پایین می‌تواند رسانایی خاک را با یخ‌زدن محتوای آب آن کاهش دهد.

• مقاومت زمین همچنین به مقاومت خود الکترود و مقاومت تماس بین سطح الکترود و خاک بستگی دارد. اما این عوامل معمولاً نسبت به مقاومت خاک قابل چشم‌پوشی هستند.

اندازه‌گیری زمین‌مقاومت

روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری زمین‌مقاومت در سیستم‌های موجود وجود دارد. برخی از روش‌های رایج عبارتند از:

روش پتانسیل سقوط

این روش که به عنوان روش ۳ نقطه یا روش سقوط پتانسیل نیز شناخته می‌شود، نیاز به دو الکترود آزمون (جریان و پتانسیل) و یک تست‌کننده زمین‌مقاومت دارد. الکترود جریان در فاصله‌ای از الکترود زمین قرار می‌گیرد که با عمق آن مطابقت دارد. الکترود پتانسیل بین آن‌ها قرار می‌گیرد، خارج از مناطق مقاومت آن‌ها. تست‌کننده جریان معینی را از طریق الکترود جریان تزریق می‌کند و ولتاژ بین الکترود پتانسیل و زمین را اندازه‌گیری می‌کند. سپس زمین‌مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود:

که در آن R مقاومت زمین، V ولتاژ اندازه‌گیری شده و I جریان تزریق شده است.

این روش ساده و دقیق است اما نیاز به قطع تمام اتصالات به الکترود زمین قبل از آزمون دارد.

روش کلمپ

این روش به عنوان تست فرکانس القایی یا روش بدون دکل نیز شناخته می‌شود. نیاز به هیچ الکترود آزمون یا قطع هیچ اتصالی به الکترود زمین ندارد. از دو کلمپ استفاده می‌کند که دور الکترود زمین موجود قرار می‌گیرند. یک کلمپ ولتاژی به الکترود القا می‌کند و کلمپ دیگر جریان عبوری از آن را اندازه‌گیری می‌کند. زمین‌مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود:

که در آن R مقاومت زمین، V ولتاژ القایی و I جریان اندازه‌گیری شده است.

این روش راحت و سریع است اما نیاز به شبکه زمین موازی با الکترودهای چندگانه دارد.

روش الکترود متصل

این روش شامل یک الکترود آزمون (الکترود جریان) و یک تست‌کننده زمین‌مقاومت است. الکترود جریان با الکترود زمین با یک سیم متصل می‌شود. تست‌کننده جریان معینی را از طریق سیم تزریق می‌کند و ولتاژ بین سیم و الکترود زمین را اندازه‌گیری می‌کند. سپس زمین‌مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود:

که در آن R مقاومت زمین، V ولتاژ اندازه‌گیری شده و I جریان تزریق شده است.

این روش نیاز به قطع هیچ اتصالی به الکترود زمین ندارد اما نیاز به تماس خوب بین سیم و الکترود جریان دارد.

روش ستاره-دلتا

این روش از سه الکترود آزمون (الکترودهای جریان) که به صورت مثلث متساوی‌الاضلاع حول الکترود زمین موجود تنظیم شده‌اند، استفاده می‌کند. یک تست‌کننده زمین‌مقاومت جریان معینی را به ترتیب از طریق هر جفت الکترود آزمون تزریق می‌کند و ولتاژ بین هر جفت الکترود آزمون را به ترتیب اندازه‌گیری می‌کند. زمین‌مقاومت با استفاده از قوانین کیرشهف محاسبه می‌شود:

که در آن R مقاومت زمین، V_AB, V_BC, V_CA ولتاژهای اندازه‌گیری شده بین هر جفت الکترود آزمون و I جریان تزریق شده است.

این روش نیاز به قطع هیچ اتصالی به الکترود زمین ندارد اما نیاز به الکترودهای آزمون بیشتری نسبت به روش‌های دیگر دارد.

روش زمین مرده

این روش از دو الکترود آزمون (الکترودهای جریان) که به صورت سری با یک تست‌کننده زمین‌مقاومت متصل شده‌اند، استفاده می‌کند. یک الکترود آزمون نزدیک الکترود زمین موجود و الکترود آزمون دیگری دور از آن قرار می‌گیرد. تست‌کننده جریان معینی را از طریق هر دو الکترود آزمون به زمین تزریق می‌کند و ولتاژ بین آن‌ها را اندازه‌گیری می‌کند. سپس زمین‌مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود:

که در آن R مقاومت زمین، V ولتاژ اندازه‌گیری شده و I جریان تزریق شده است.

این روش نیاز به قطع هیچ اتصالی به الکترود زمین موجود ندارد اما نیاز به سیم بسیار طولانی بین هر دو الکترود آزمون دارد.

روش شیب

این روش از یک الکترود آزمون (الکترود پتانسیل) و یک تست‌کننده زمین‌مقاومت استفاده می‌کند. الکترود پتانسیل به فواصل منظم در یک خط مستقیم دور از الکترود زمین موجود حرکت می‌کند. تست‌کننده جریان معینی را از طریق الکترود زمین موجود به زمین تزریق می‌کند و ولتاژ بین آن و الکترود پتانسیل در هر فاصله را اندازه‌گیری می‌کند. نمودار ولتاژ بر حسب فاصله رسم شده و به محور ولتاژ ادامه داده می‌شود. زمین‌مقاومت با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود:

که در آن R مقاومت زمین، V₀ محل تقاطع با محور ولتاژ و I جریان تزریق شده است.

این روش نیاز به قطع هیچ اتصالی به الکترود زمین موجود ندارد اما نیاز به حرکت الکترود پتانسیل در یک خط مستقیم دارد.

بهبود زمین‌مقاومت

زمین‌مقاومت می‌تواند با کاهش مقاومت خاک یا افزایش مساحت سطح الکترود بهبود یابد. برخی از روش‌های رایج برای بهبود زمین‌مقاومت عبارتند از:

• افزودن نمک یا مواد محلول دیگر در اطراف الکترود برای افزایش رسانایی خاک با الکترولیز.

• افزودن چوب کربن یا مواد دیگری که رطوبت را حفظ می‌کنند در اطراف الکترود برای نگه‌داشتن خاک مرطوب طی سال.

• استفاده از الکترودهای چندگانه به صورت موازی برای افزایش مساحت کل در تماس با خاک.

• استفاده از الکترودهای طولانی‌تر یا عمیق‌تر برای رسیدن به لایه‌های پایین‌تر خاک با مقاومت کمتر.

• استفاده از الکترودهای با مقطع بزرگ‌تر یا شکل توخالی برای کاهش مقاومت الکترود.

• استفاده از الکترودهای با پوشش‌های ویژه یا آلیاژهایی برای جلوگیری از خوردگی و افزایش مقاومت تماس.

توصیه می‌شود زمین‌مقاومت به طور متناوب (سالانه یا نیمسالانه) اندازه‌گیری شود و در صورتی که از مقدار مطلوب برای کاربرد فراتر رود، اقدامات لازم انجام شود.

نتیجه‌گیری

زمین‌مقاومت یک پارامتر مهم برای طراحی و نگهداری سیستم‌های زمین‌بندی است. این پارامتر به عوامل مختلفی مانند مقاومت خاک، اندازه، شکل، عمق و ماده الکترود بستگی دارد. روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری آن در سیستم‌های موجود وجود دارد، مانند روش پتانسیل سقوط، روش کلمپ، روش الکترود متصل، روش ستاره-دلتا، روش زمین مرده و روش شیب.

زمین‌مقاومت می‌تواند با افزودن نمک، چوب کربن یا مواد دیگر در اطراف الکترود، استفاده از الکترودهای چندگانه، استفاده از الکترودهای طولانی‌تر یا عمیق‌تر، استفاده از الکترودهای بزرگ‌تر یا توخالی یا استفاده از پوشش‌های یا آلیاژهای ویژه برای الکترود بهبود یابد. زمین‌مقاومت باید به طور متناوب اندازه‌گیری شود و در حدود مقبول نگهداری شود به خاطر دلایل ایمنی و عملکرد.