Dünya Direnci Nedir?

Toprak Direnci Nedir?

Toprak Direnci Tanımı

Toprak elektrotu, toprakta gömülü ve elektrik sisteminin toprak terminaline bağlı bir metal çubuk veya plakadır. Arızalı akımların ve yıldırım dalgalarının toprağa dağılmaları için düşük dirençli bir yol sağlar. Ayrıca sistemin gerilimini istikrarlı tutar ve elektromanyetik interferansı azaltır.

Toprak elektrotları, iletkenlikleri ve paslanma direnci nedeniyle bakır, çelik veya galvanize demirden yapılmış olabilir. Elektrotun boyutu, şekli, uzunluğu ve derinliği, toprak koşullarına, akım derecesine ve topraklama sisteminin özel uygulamasına bağlıdır.

Topraklamayı Etkileyen Faktörler

Toprak direnci, çoğunlukla elektrot ile sıfır potansiyel noktasındaki (sonsuz toprak) toprak arasındaki toprak iletkenliğine bağlıdır. Toprak iletkenliği, su konsantrasyonu, tuz ve diğer kimyasal bileşenler gibi birkaç faktöre bağlıdır. Yüksek tuz içeriği olan nemli toprak, düşük tuz içeriği olan kurumuş topraktan daha düşük iletkenliğe sahiptir.

• Toprak iletkenliği, genellikle elektroliz nedeniyledir. Topraktaki su, tuz ve diğer kimyasal bileşenlerin konsantrasyonu, toprak iletkenliğini belirler. Yüksek tuz içeriği olan nemli toprak, düşük tuz içeriği olan kurumuş topraktan daha düşük iletkenliğe sahiptir.

• Toprakın kimyasal bileşimi, pH değerini ve paslanma özelliklerini etkiler. Asitik veya alkolik toprak, toprak elektrotlarını paslandırabilir ve direncini artırabilir.

• Toprak parçacıklarının granül boyutu, düzgünlüğü ve paketlenmesi, toprak porozitesini ve nem tutma kapasitesini etkiler. Düzgün dağılıma ve sık paketlemeye sahip ince granüllü toprak, düzensiz dağılıma ve gevşek paketlemeye sahip kalın granüllü topraktan daha düşük iletkenliğe sahiptir.

• Toprak sıcaklığı, termal genişlemesini ve donma noktasını etkiler. Yüksek sıcaklık, toprak iletkenliğini artırmak için iyon hareketliliğini artırabilir. Düşük sıcaklıklar, toprak iletkenliğini donmuş su içeriği nedeniyle azaltabilir.

• Toprak direnci ayrıca elektrotun kendisinin direncine ve elektrot yüzeyi ile toprak arasındaki temas direncine de bağlıdır. Ancak, bu faktörler genellikle toprak iletkenliğine kıyasla önemsizdir.

Toprak Direncinin Ölçümü

Mevcut sistemlerde toprak direncinin ölçülmesi için çeşitli yöntemler vardır. Bazı yaygın yöntemler şunlardır:

Potansiyel Düşüş Yöntemi

Bu yöntem, aynı zamanda 3 nokta veya potansiyel düşüş yöntemi olarak da bilinir, iki test elektrotu (akım ve potansiyel) ve bir toprak direnci test cihazı gerektirir. Akım elektrotu, toprak elektrotunun derinliğine eşit bir mesafede yerleştirilir. Potansiyel elektrotu, onların direnç alanlarının dışında, aralarında yerleştirilir. Test cihazı, akım elektrotu üzerinden bilinen bir akım enjekte eder ve potansiyel ile toprak elektrotları arasındaki gerilimi ölçer. Toprak direnci, Ohm yasası kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direncidir, V ölçülen gerilimdir ve I enjekte edilen akımdır.

Bu yöntem basit ve hassastır, ancak test öncesi toprak elektrotuna tüm bağlantıların kesilmesi gerekir.

Teknik Kavrama Yöntemi

Bu yöntem, indüklenmiş frekans testi veya sapasız yöntem olarak da bilinir. Herhangi bir test elektrotu veya toprak elektrotuna olan herhangi bir bağlantıyı kesme gerekmemektedir. Mevcut toprak elektrotu etrafına yerleştirilen iki kavramadan oluşur. Bir kavrama elektrotu üzerinden bir gerilim indükler ve diğer kavrama, üzerinden geçen akımı ölçer. Toprak direnci, Ohm yasası kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direncidir, V indüklenmiş gerilimdir ve I ölçülen akımdır.

Bu yöntem pratik ve hızlıdır, ancak birden fazla elektrotlu paralel bir toprak ağı gerektirir.

Bağlı Çubuk Yöntemi

Bu yöntem, bir test elektrotu (akım elektrotu) ve bir toprak direnci test cihazı gerektirir. Akım elektrotu, bir tel ile toprak elektrotuna bağlanır. Test cihazı, telden bilinen bir akım enjekte eder ve teli ile toprak elektrotu arasındaki gerilimi ölçer. Toprak direnci, Ohm yasası kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direncidir, V ölçülen gerilimdir ve I enjekte edilen akımdır.

Bu yöntem, toprak elektrotuna olan herhangi bir bağlantıyı kesme gerekmemektedir, ancak tel ile akım elektrotu arasında iyi bir temasta olması gerekir.

Yıldız-Delta Yöntemi

Bu yöntem, mevcut toprak elektrotu etrafında eşkenar üçgen şeklinde dizilmiş üç test elektrotu (akım elektrotları) kullanır. Bir toprak direnci test cihazı, her bir çift test elektrotu üzerinden sırayla bilinen bir akım enjekte eder ve her bir çift test elektrotu arasındaki gerilimi sırayla ölçer. Toprak direnci, Kirchhoff yasaları kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direncidir, V_AB, V_BC, V_CA her bir çift test elektrotu arasındaki ölçülen gerilimlerdir ve I enjekte edilen akımdır.

Bu yöntem, toprak elektrotuna olan herhangi bir bağlantıyı kesme gerekmemektedir, ancak diğer yöntemlere göre daha fazla test elektrotu gerektirir.

Ölü Toprak Yöntemi

Bu yöntem, bir toprak direnci test cihazı ile seriye bağlanmış iki test elektrotu (akım elektrotları) kullanır. Bir test elektrotu, mevcut toprak elektrotunun yakınına, diğeri ise uzak bir yere yerleştirilir. Test cihazı, her iki test elektrotu üzerinden bilinen bir akım enjekte eder ve aralarındaki gerilimi ölçer. Toprak direnci, Ohm yasası kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direncidir, V ölçülen gerilimdir ve I enjekte edilen akımdır.

Bu yöntem, mevcut toprak elektrotuna olan herhangi bir bağlantıyı kesme gerekmemektedir, ancak her iki test elektrotu arasında çok uzun bir tel gerektirir.

Eğim Yöntemi

Bu yöntem, bir test elektrotu (potansiyel elektrotu) ve bir toprak direnci test cihazı kullanır. Potansiyel elektrotu, düzenli aralıklarla mevcut toprak elektrotundan doğrusal olarak uzaklaştırılır. Test cihazı, mevcut toprak elektrotu üzerinden bilinen bir akım enjekte eder ve her bir aralıkta potansiyel elektrotu ile toprak elektrotu arasındaki gerilimi ölçer. Gerilim karşı mesafe grafiği çizilir ve gerilim eksenindeki kesme noktası bulunur. Toprak direnci, Ohm yasası kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direncidir, V₀ gerilim eksenindeki kesme noktasıdır ve I enjekte edilen akımdır.

Bu yöntem, mevcut toprak elektrotuna olan herhangi bir bağlantıyı kesme gerekmemektedir, ancak potansiyel elektrotu doğrusal olarak hareket ettirme gerekmektedir.

Toprak Direncinin İyileştirilmesi

Toprak direnci, toprak iletkenliğini azaltarak veya elektrot yüzey alanını artırarak iyileştirilebilir. Toprak direncinin iyileştirilmesi için bazı yaygın yöntemler şunlardır:

• Elektrotun etrafına tuz veya diğer çözünür maddeler ekleyerek, elektroliz nedeniyle toprak iletkenliğini artırmak.

• Elektrotun etrafına kömür veya diğer nem tutucu maddeler ekleyerek, toprağın yıl boyunca nemli kalmasını sağlamak.

• Toprakla temasa giren toplam yüzey alanını artırmak için paralel bağlı birden fazla elektrot kullanmak.

• Daha düşük iletkenliğe sahip daha alt toprak tabakalarına ulaşmak için daha uzun veya daha derin elektrotlar kullanmak.

• Elektrot direncini azaltmak için daha büyük kesit alanına sahip veya boş şekilli elektrotlar kullanmak.

• Paslanmayı önlemek ve temas direncini artırmak için özel kaplamalara veya alaşım elektrotlara sahip elektrotlar kullanmak.

Toprak direnci, yıllık veya yarı yıllık olarak ölçülmesi ve uygulama için istenen değeri aşarsa gerekli eylemlerin alınması önerilir.

Sonuç

Toprak direnci, topraklama sistemlerinin tasarımı ve bakımında önemli bir parametredir. Toprak iletkenliği, elektrot boyutu, şekil, derinlik, malzeme vb. gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Mevcut sistemlerde onu ölçmek için potansiyel düşüş yöntemi, tekniğe kavrama yöntemi, bağlı çubuk yöntemi, yıldız-delta yöntemi, ölü toprak yöntemi ve eğim yöntemi gibi çeşitli yöntemler bulunmaktadır.

Toprak direnci, elektrotun etrafına tuz, kömür veya diğer maddeler ekleyerek, birden fazla elektrot kullanarak, daha uzun veya daha derin elektrotlar kullanarak, daha büyük veya boş elektrotlar kullanarak veya elektrotlar için özel kaplamalar veya alaşım kullanarak iyileştirilebilir. Toprak direnci, güvenlik ve performans nedeniyle periyodik olarak ölçülmeli ve kabul edilebilir sınırlar içinde tutulmalıdır.