מהו התנגדות האדמה?

מהו התנגדות האדמה?

הגדרת התנגדות האדמה

אלקטרודה של אדמה היא מוט או לוח מתכת שנקבר באדמה ומחובר למתח האדמה של מערכת חשמלית. היא מספקת נתיב בעלת התנגדות נמוכה עבור זרמי תקלה והפרעות ברק להתפזר לתוך הקרקע. היא גם עוזרת לאכף את המתח של המערכת ולחסוך הפרעות אלקטרומגנטיות.

אלקטרודות אדמה יכולות להיות מיוצרות מחומרים כמו נחושת, פלדה או ברזל מצופה, שנבחרים בשל מוליכותם ועמידותם בפני ריסוס. הגודל, הצורה, האורך והעומק של האלקטרודה תלויים בתנאי האדמה, בסיווג הזרם וביישום הספציפי של מערכת האדמה.

גורמים המשפיעים על ההתנגדות של האדמה

התנגדות האדמה תלויה בעיקר בהתנגדות החשמלית של האדמה בין האלקטרודה לנקודת הפוטנציאל אפס (אדמה אינסופית). ההתנגדות החשמלית של האדמה מושפעת מכמה גורמים, כגון:

• המוליכות החשמלית של האדמה, שמגיעה בעיקר מאלקטרוליזה. הריכוז של מים, מלחים ורכיבים כימיים אחרים באדמה קובע את מוליכותה. אדמה לחה עם ריכוז גבוה של מלחים יש לה התנגדות נמוכה יותר מאשר אדמה יבשה עם ריכוז נמוך של מלחים.

• הרכב הכימי של האדמה, השפיע על ערך ה-pH שלה ועל תכונות הריסוס שלה. אדמה חומצית או בסית יכולה לרוסס את אלקטרודות האדמה ולהגדיל את ההתנגדות שלהן.

• גודל הדגמים, אחידות והתפיסה של חלקיקי האדמה משפיעים על פוריותה ומימנה לשימור לחות. אדמה דקה עם התפלגות אחידה ותפיסה צפופה יש לה התנגדות נמוכה יותר מאשר אדמה גרגרית עם התפלגות בלתי סדירה ותפיסה רפויה.

• טמפרטורת האדמה, השפיעה על ההרחבה הט Nhiệt độ האדמה, השפיעה על הרחבת הטמפרטורה ושנת הקפיאה שלה. טמפרטורה גבוהה יכולה להעלות את מוליכות האדמה על ידי הגברת ניידות היונים שלה. טמפרטורות נמוכות יכולות להקטין את מוליכות האדמה על ידי הקפיאת תוכן המים שלה.

• התנגדות האדמה תלויה גם בהתנגדות של האלקטרודה עצמה ובהתנגדות מגע בין פני האלקטרודה לבין האדמה. עם זאת, גורמים אלה הם בדרך כלל זניחים בהשוואה להתנגדות האדמה.

מדידת התנגדות האדמה

ישנן דרכים רבות למדוד התנגדות אדמה במערכות קיימות. חלק מהשיטות הנפוצות הן:

שיטת ירידת הפוטנציאל

שיטה זו, המכונה גם שיטת שלוש נקודות או שיטת ירידת הפוטנציאל, דורשת שתי אלקטרודות בדיקה (זרם ופוטנציאל) ומכשיר מדידת התנגדות אדמה. אלקטרודה הזרם מונחת במרחק מהאלקטרודה של האדמה, בהתאם לעומק שלה. אלקטרודה הפוטנציאל מונחת ביניהם, מחוץ לאזור ההתנגדות שלהם. המכשיר מזריק זרם ידוע דרך אלקטרודה הזרם ומדדתי את המתח בין אלקטרודה הפוטנציאל ואלקטרודה האדמה. התנגדות האדמה מחושבת אז על פי חוק אוהם:

כאשר R הוא התנגדות האדמה, V הוא המתח המדוד, ו-I הוא הזרם המוזרק.

שיטה זו פשוטה ומדויקת אך דורשת ניתוק כל החיבורים לאלקטרודה של האדמה לפני הבדיקה.

שיטת המשקף

זוהי גם שיטה המוכרת כבדיקות תדר מושרה או שיטה ללא מוטות. היא אינה דורשת אלקטרודות בדיקה או ניתוק כל החיבורים לאלקטרודה של האדמה. היא משתמשת בשני משקפים שמניחים סביב אלקטרודה קיימת של האדמה. משקף אחד מזריק מתח לאלקטרודה והמשקף השני מדדתי את הזרם העובר דרכה. התנגדות האדמה מחושבת על פי חוק אוהם:

כאשר R הוא התנגדות האדמה, V הוא המתח המושרה, ו-I הוא הזרם המדוד.

שיטה זו נוחה ומהירה אך דורשת רשת אדמה מקבילה עם אלקטרודות מרובות.

שיטת המוט המחובר

שיטה זו כוללת אלקטרודה בדיקה אחת (אלקטרודה זרם) ומכשיר מדידת התנגדות אדמה. אלקטרודה הזרם מחוברת לאלקטרודה של האדמה באמצעות כבל. המכשיר מזריק זרם ידוע דרך הכבל ומדדתי את המתח בין הכבל לאלקטרודה של האדמה. התנגדות האדמה מחושבת אז על פי חוק אוהם:

כאשר R הוא התנגדות האדמה, V הוא המתח המדוד, ו-I הוא הזרם המוזרק.

שיטה זו אינה דורשת ניתוק כל החיבורים לאלקטרודה של האדמה אך דורשת מגע טוב בין הכבל לאלקטרודה הזרם.

שיטת הכוכב-דלתא

שיטה זו משתמשת בשלוש אלקטרודות בדיקה (אלקטרודות זרם) המכוונות במשולש שווה צלעות סביב אלקטרודה קיימת של האדמה. מכשיר מדידת התנגדות אדמה מזריק זרם ידוע דרך כל זוג אלקטרודות בדיקה לסירוגין ומדדתי את המתח בין כל זוג אלקטרודות בדיקה לסירוגין. התנגדות האדמה מחושבת על פי חוקי קירכהוף:

כאשר R הוא התנגדות האדמה, V_AB, V_BC, V_CA הם המתחים המדודים בין כל זוג אלקטרודות בדיקה, ו-I הוא הזרם המוזרק.

שיטה זו אינה דורשת ניתוק כל החיבורים לאלקטרודה של האדמה אך דורשת יותר אלקטרודות בדיקה מאשר שיטות אחרות.

שיטת האדמה המתה

שיטה זו משתמשת בשתי אלקטרודות בדיקה (אלקטרודות זרם) מחוברות בטור עם מכשיר מדידת התנגדות אדמה. אלקטרודה בדיקה אחת מונחת ליד אלקטרודה קיימת של האדמה, ואלקטרודה בדיקה נוספת מונחת רחוקה ממנה. המכשיר מזריק זרם ידוע דרך שתי אלקטרודות הבדיקה לתוך הקרקע ומדדתי את המתח ביניהן. התנגדות האדמה מחושבת על פי חוק אוהם:

כאשר R הוא התנגדות האדמה, V הוא המתח המדוד, ו-I הוא הזרם המוזרק.

שיטה זו אינה דורשת ניתוק כל החיבורים לאלקטרודה קיימת של האדמה אך דורשת כבל מאוד ארוך בין שתי אלקטרודות הבדיקה.

שיטת השיפוע

שיטה זו משתמשת באלקטרודה בדיקה אחת (אלקטרודה פוטנציאל) ומכשיר מדידת התנגדות אדמה. אלקטרודה הפוטנציאל נעים לאורך קו ישר הרחק מהאלקטרודה קיימת של האדמה במרווחים קבועים. המכשיר מזריק זרם ידוע דרך אלקטרודה קיימת של האדמה לתוך הקרקע ומדדתי את המתח בין היא לאלקטרודה הפוטנציאל בכל מרווח. גרף של מתח מול מרחק נבנה ונמשך כדי למצוא את נקודת החיתוך על ציר המתח. התנגדות האדמה מחושבת על פי חוק אוהם:

כאשר R הוא התנגדות האדמה, V₀ היא נקודת החיתוך על ציר המתח, ו-I הוא הזרם המוזרק.

שיטה זו אינה דורשת ניתוק כל החיבורים לאלקטרודה קיימת של האדמה אך דורשת להזיז את אלקטרודה הפוטנציאל לאורך קו ישר.

שיפור התנגדות האדמה

ניתן לשפר את התנגדות האדמה על ידי הפחתת ההתנגדות של האדמה או על ידי הגדלת שטח פני האלקטרודה. כמה מהדרכים הנפוצות לשיפור התנגדות האדמה הן:

• הוספת מלח או חומרים פליליים אחרים סביב האלקטרודה כדי להעלות את מוליכות האדמה על ידי אלקטרוליזה.

• הוספת פחם או חומרים אחרים שמקפידים על לחות סביב האלקטרודה כדי לשמור על האדמה לחה לאורך כל השנה.

• שימוש באלקטרודות מרובות מחוברות במקביל כדי להגדיל את השטח הכולל במגע עם האדמה.

• שימוש באלקטרודות ארוכות או עמוקות יותר כדי להגיע שכבות נמוכות יותר של אדמה עם התנגדות נמוכה יותר.

• שימוש באלקטרודות עם חתך גדול יותר או בצורת חלל כדי להפחית את התנגדות האלקטרודה.

• שימוש באלקטרודות עם ציפוי מיוחד או сплавы для предотвращения коррозии и увеличения контактного сопротивления.

מומלץ למדוד את ההתנגדות של האדמה באופן תקופתי (שנה או חצי שנה) ולנקוט בפעולות נדרשות אם היא עולה מעל הערך המבוקש עבור היישום.

מסקנה

התנגדות האדמה היא פרמטר חשוב לעיצוב ותחזוקת מערכות אדמה. היא תלויה בכמה גורמים כמו ההתנגדות של האדמה, הגודל, הצורה, לעומק, חומרים של האלקטרודה וכדומה. ישנם דרכים רבות למדידת זה במערכות קיימות, כגון שיטת ירידת הפוטנציאל, שיטת המשקף, שיטת המוט המחובר, שיטת הכוכב-דלתא, שיטת האדמה המתה ושיטת השיפוע.

התנגדות האדמה ניתן לשפר על ידי הוספת מלח, פחם או חומרים אחרים סביב אלקטרודות, שימוש באלקטרודות מרובות, שימוש באלקטרודות ארוכות או עמוקות יותר, שימוש באלקטרודות גדולות יותר או בצורת חלל, או שימוש בציפויים או סплавים מיוחדים עבור אלקטרודות. התנגדות האדמה צריכה למדוד באופן תקופתי ונשאר בתוך גבולות מקובלים למען בטיחות וביצועים.