อะไรคือความต้านทานของโลก

ความต้านทานของโลกคืออะไร?

คำนิยามของความต้านทานของโลก

ขั้วต่อโลกเป็นแท่งหรือแผ่นโลหะที่ฝังอยู่ในดินและเชื่อมต่อกับขั้วต่อโลกของระบบไฟฟ้า มันให้ทางผ่านที่มีความต้านทานต่ำสำหรับกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากความผิดพลาดและแรงดันจากการฟ้าผ่า มันยังช่วยในการคงความมั่นคงของแรงดันของระบบและลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ขั้วต่อโลกสามารถทำจากวัสดุเช่น ทองแดง, เหล็ก, หรือเหล็กชุบสังกะสี โดยเลือกวัสดุดังกล่าวเนื่องจากความนำไฟฟ้าและความต้านทานต่อการกัดกร่อน ขนาด, รูปร่าง, ความยาว, และความลึกของขั้วต่อขึ้นอยู่กับสภาพดิน, อัตรากระแส, และการใช้งานเฉพาะของระบบต่อโลก

ปัจจัยที่ส่งผลต่อความต้านทานการต่อโลก

ความต้านทานของโลกขึ้นอยู่กับความต้านทานของดินระหว่างขั้วต่อและจุดศูนย์ศักย์ (โลกอนันต์) ความต้านทานของดินได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย เช่น:

• ความนำไฟฟ้าของดิน ซึ่งส่วนใหญ่มาจากกระบวนการย่อยสลายทางไฟฟ้า ความเข้มข้นของน้ำ, เกลือ, และสารเคมีอื่น ๆ ในดินกำหนดความนำไฟฟ้า ดินชื้นที่มีความเข้มข้นของเกลือสูงมีความต้านทานต่ำกว่าดินแห้งที่มีความเข้มข้นของเกลือต่ำ

• องค์ประกอบทางเคมีของดิน ซึ่งส่งผลต่อค่า pH และสมบัติการกัดกร่อน ดินที่เป็นกรดหรือด่างสามารถกัดกร่อนขั้วต่อโลกและเพิ่มความต้านทาน

• ขนาดเม็ด, ความสม่ำเสมอ, และการจัดเรียงของอนุภาคดินส่งผลต่อความพรุนและความสามารถในการกักเก็บความชื้น ดินละเอียดที่มีการกระจายอย่างสม่ำเสมอและมีการจัดเรียงแน่นมีความต้านทานต่ำกว่าดินหยาบที่มีการกระจายไม่สม่ำเสมอและมีการจัดเรียงหลวม

• อุณหภูมิของดิน ซึ่งส่งผลต่อการขยายตัวทางความร้อนและจุดเยือกแข็ง อุณหภูมิสูงสามารถเพิ่มความนำไฟฟ้าของดินโดยเพิ่มความคล่องตัวของไอออน อุณหภูมิต่ำสามารถลดความนำไฟฟ้าของดินโดยทำให้น้ำในดินแข็งตัว

• ความต้านทานของโลกยังขึ้นอยู่กับความต้านทานของขั้วต่อเองและความต้านทานต่อการสัมผัสระหว่างพื้นผิวขั้วต่อและดิน อย่างไรก็ตาม ปัจจัยเหล่านี้มักจะเล็กน้อยเมื่อเทียบกับความต้านทานของดิน

วิธีการวัดความต้านทานของโลก

มีวิธีการหลายวิธีในการวัดความต้านทานของโลกบนระบบที่มีอยู่ บางวิธีที่พบบ่อยคือ:

วิธีการลดศักย์

วิธีนี้ ซึ่งเรียกว่าวิธีสามจุดหรือวิธีการลดศักย์ ต้องใช้ขั้วทดสอบสองขั้ว (ขั้วกระแสและขั้วศักย์) และเครื่องวัดความต้านทานของโลก ขั้วกระแสวางไว้ที่ระยะห่างจากขั้วต่อโลกที่เท่ากับความลึกของขั้วต่อ ขั้วศักย์วางไว้ระหว่างขั้วต่อและขั้วกระแส นอกพื้นที่ความต้านทานของพวกมัน เครื่องวัดฉีดกระแสที่ทราบค่าผ่านขั้วกระแสและวัดแรงดันระหว่างขั้วศักย์และขั้วต่อ ความต้านทานของโลกคำนวณโดยใช้กฎของโอห์ม:

เมื่อ R คือความต้านทานของโลก, V คือแรงดันที่วัดได้, และ I คือกระแสที่ฉีดเข้าไป

วิธีนี้ง่ายและแม่นยำ แต่ต้องการให้ตัดการเชื่อมต่อทั้งหมดกับขั้วต่อโลกก่อนทดสอบ

วิธีการหนีบ

วิธีนี้ยังเรียกว่าวิธีการทดสอบความถี่ที่เหนี่ยวนำหรือวิธีไม่ใช้ขั้วทดสอบ ไม่ต้องใช้ขั้วทดสอบใด ๆ หรือตัดการเชื่อมต่อใด ๆ กับขั้วต่อโลก มันใช้หนีบสองอันที่วางรอบขั้วต่อโลกที่มีอยู่ หนีบอันหนึ่งเหนี่ยวนำแรงดันให้ขั้วต่อ และหนีบอีกอันวัดกระแสที่ไหลผ่าน มันคำนวณความต้านทานของโลกโดยใช้กฎของโอห์ม:

เมื่อ R คือความต้านทานของโลก, V คือแรงดันที่เหนี่ยวนำ, และ I คือกระแสที่วัดได้

วิธีนี้สะดวกและรวดเร็ว แต่ต้องการเครือข่ายต่อโลกแบบขนานที่มีขั้วต่อหลายขั้ว

วิธีการใช้ขั้วต่อเสริม

วิธีนี้ใช้ขั้วทดสอบหนึ่งขั้ว (ขั้วกระแส) และเครื่องวัดความต้านทานของโลก ขั้วกระแสเชื่อมต่อกับขั้วต่อโลกด้วยสายไฟ เครื่องวัดฉีดกระแสที่ทราบค่าผ่านสายไฟและวัดแรงดันระหว่างสายไฟและขั้วต่อ ความต้านทานของโลกคำนวณโดยใช้กฎของโอห์ม:

เมื่อ R คือความต้านทานของโลก, V คือแรงดันที่วัดได้, และ I คือกระแสที่ฉีดเข้าไป

วิธีนี้ไม่ต้องตัดการเชื่อมต่อใด ๆ กับขั้วต่อโลก แต่ต้องการการติดต่อที่ดีระหว่างสายไฟและขั้วกระแส

วิธีการแบบดาว-เดลตา

วิธีนี้ใช้ขั้วทดสอบสามขั้ว (ขั้วกระแส) ที่จัดเรียงเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่ารอบขั้วต่อโลกที่มีอยู่ เครื่องวัดความต้านทานของโลกฉีดกระแสที่ทราบค่าผ่านคู่ของขั้วทดสอบทีละคู่และวัดแรงดันระหว่างคู่ของขั้วทดสอบทีละคู่ ความต้านทานของโลกคำนวณโดยใช้กฎของเคิร์ชฮอฟฟ์:

เมื่อ R คือความต้านทานของโลก, V_AB, V_BC, V_CA คือแรงดันที่วัดได้ระหว่างคู่ของขั้วทดสอบ, และ I คือกระแสที่ฉีดเข้าไป

วิธีนี้ไม่ต้องตัดการเชื่อมต่อใด ๆ กับขั้วต่อโลก แต่ต้องการขั้วทดสอบมากกว่าวิธีอื่น ๆ

วิธีการต่อโลกตาย

วิธีนี้ใช้ขั้วทดสอบสองขั้ว (ขั้วกระแส) ที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรมกับเครื่องวัดความต้านทานของโลก ขั้วทดสอบอันหนึ่งใส่ใกล้กับขั้วต่อโลกที่มีอยู่ และขั้วทดสอบอีกอันใส่ไกลออกไปจากมัน เครื่องวัดฉีดกระแสที่ทราบค่าผ่านทั้งสองขั้วทดสอบลงดินและวัดแรงดันระหว่างพวกมัน ความต้านทานของโลกคำนวณโดยใช้กฎของโอห์ม:

เมื่อ R คือความต้านทานของโลก, V คือแรงดันที่วัดได้, และ I คือกระแสที่ฉีดเข้าไป

วิธีนี้ไม่ต้องตัดการเชื่อมต่อใด ๆ กับขั้วต่อโลกที่มีอยู่ แต่ต้องการสายไฟที่ยาวมากระหว่างทั้งสองขั้วทดสอบ

วิธีการลาดเอียง

วิธีนี้ใช้ขั้วทดสอบหนึ่งขั้ว (ขั้วศักย์) และเครื่องวัดความต้านทานของโลก ขั้วศักย์เคลื่อนที่ไปตามเส้นตรงออกจากขั้วต่อโลกที่มีอยู่ที่ระยะห่างที่สม่ำเสมอ เครื่องวัดฉีดกระแสที่ทราบค่าผ่านขั้วต่อโลกที่มีอยู่ลงดินและวัดแรงดันระหว่างมันและขั้วศักย์ที่แต่ละระยะห่าง กราฟของแรงดันเทียบกับระยะห่างถูกวาดและขยายออกไปเพื่อหาจุดตัดบนแกนแรงดัน ความต้านทานของโลกคำนวณโดยใช้กฎของโอห์ม:

เมื่อ R คือความต้านทานของโลก, V₀ คือจุดตัดบนแกนแรงดัน, และ I คือกระแสที่ฉีดเข้าไป

วิธีนี้ไม่ต้องตัดการเชื่อมต่อใด ๆ กับขั้วต่อโลกที่มีอยู่ แต่ต้องการเคลื่อนย้ายขั้วศักย์ไปตามเส้นตรง

การปรับปรุงความต้านทานของโลก

ความต้านทานของโลกสามารถปรับปรุงได้โดยการลดความต้านทานของดินหรือเพิ่มพื้นที่ผิวของขั้วต่อ วิธีที่พบบ่อยในการปรับปรุงความต้านทานของโลกคือ:

• เติมเกลือหรือสารละลายอื่น ๆ รอบขั้วต่อเพื่อเพิ่มความนำไฟฟ้าของดินโดยการย่อยสลายทางไฟฟ้า

• เติมถ่านหรือสารที่สามารถกักเก็บความชื้นรอบขั้วต่อเพื่อรักษาความชื้นของดินตลอดทั้งปี

• ใช้ขั้วต่อหลายขั้วที่เชื่อมต่อกันแบบขนานเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับดิน

• ใช้ขั้วต่อที่ยาวหรือลึกขึ้นเพื่อเข้าถึงชั้นดินที่ลึกกว่าที่มีความต้านทานต่ำกว่า

• ใช้ขั้วต่อที่มีพื้นที่หน้าตัดใหญ่ขึ้นหรือรูปทรงกลวงเพื่อลดความต้านทานของขั้วต่อ

• ใช้ขั้วต่อที่มีการเคลือบพิเศษหรืออัลลอยด์เพื่อป้องกันการกัดกร่อนและเพิ่มความต้านทานต่อการสัมผัส

ควรวัดความต้านทานของโลกเป็นประจำ (รายปีหรือทุกหกเดือน) และดำเนินการตามที่จำเป็นหากมันเกินค่าที่ต้องการสำหรับการใช้งาน

สรุป

ความต้านทานของโลกเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการออกแบบและบำรุงรักษาระบบต่อโลก มันขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่น ความต้านทานของดิน, ขนาด, รูปร่าง, ความลึก, วัสดุของขั้วต่อ เป็นต้น มีวิธีการหลายวิธีในการวัดความต้านทานของโลกบนระบบที่มีอยู่ เช่น วิธีการลดศักย์, วิธีการหนีบ, วิธีการใช้ขั้วต่อเสริม, วิธีการแบบดาว-เดลตา, วิธีการต่อโลกตาย, และวิธีการลาดเอียง

ความต้านทานของโลกสามารถปรับปรุงได้โดยการเติมเกลือ, ถ่าน, หรือสารอื่น ๆ รอบขั้วต่อ, ใช้ขั้วต่อหลายขั้ว, ใช้ขั้วต่อที่ยาวหรือลึกขึ้น, ใช้ขั้วต่อที่มีพื้นที่หน้าตัดใหญ่ขึ้นหรือรูปทรงกลวง, หรือใช้การเคลือบพิเศษหรืออัลลอยด์สำหรับขั้วต่อ ความต้านทานของโลกควรวัดเป็นประจำและรักษาให้อยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้เพื่อเหตุผลด้านความปลอดภัยและการทำงาน