مقاومة الأرض: تعريف، العوامل، وطرق القياس

مقاومة الأرض هي المقاومة التي تقدمها كهرباء الأرض للتيار الكهربائي المتدفق إلى الأرض. وتعرف أيضًا بـ مقاومة الأرض أو مقاومة الأرض. تعتبر مقاومة الأرض معلمة مهمة في تصميم وصيانة أنظمة التأريض، حيث تؤثر على سلامة وأداء التثبيتات الكهربائية.

ما هو كهرباء الأرض؟

كهرباء الأرض هي قضيب أو لوحة معدنية دفنت في التربة ومتصلة بمدخل الأرض لنظام كهربائي. توفر مسارًا منخفض المقاومة لتيارات العطل والصواعق للتبدد في الأرض. كما تساعد في استقرار الفولتية النظام وتقليل التشويش الكهرومغناطيسي.

يمكن أن تكون كهرباء الأرض مصنوعة من النحاس أو الفولاذ أو الحديد المجلفن أو مواد أخرى具有良好导电性和耐腐蚀性的材料。接地电极的尺寸、形状、长度和深度取决于土壤条件、电流等级和接地系统的应用。

ما هي العوامل المؤثرة في مقاومة الأرض؟

تعتمد مقاومة الأرض بشكل أساسي على المقاومة النوعية للتربة بين الكهرباء والأرض الصفرية (الأرض اللانهائية). تتأثر المقاومة النوعية للتربة بعدة عوامل، مثل:

• الموصلية الكهربائية للتربة، والتي تعود أساساً إلى التحليل الكهربائي. يحدد تركيز الماء والملح والمكونات الكيميائية الأخرى في التربة قابليتها للوصول. التربة الرطبة ذات محتوى ملح عالي لها مقاومة نوعية أقل من التربة الجافة ذات محتوى ملح منخفض.

• التركيب الكيميائي للتربة، والذي يؤثر في قيمة pH الخاص بها وخواص التآكل. يمكن للتربة الحمضية أو القلوية أن تتآكل في أقطاب الأرض وتزيد من مقاومتها.

• حجم الحبوب والتوزيع المنتظم وضغط حبيبات التربة يؤثر في مساميتها وقدرتها على الاحتفاظ بالرطوبة. التربة ذات الحبيبات الدقيقة والتوزيع المنتظم والضغط العالي لها مقاومة نوعية أقل من التربة ذات الحبيبات الخشنة والتوزيع غير المنتظم والضغط المنخفض.

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

تعتمد مقاومة الأرض أيضًا على مقاومة الكهرباء نفسها ومقاومة الاتصال بين سطح الكهرباء والتربة. ومع ذلك، هذه العوامل عادة ما تكون ضئيلة مقارنة بمقاومة التربة النوعية.

كيفية قياس مقاومة الأرض؟

هناك العديد من الطرق لقياس مقاومة الأرض في الأنظمة الموجودة. بعض الطرق الشائعة هي:

طريقة الانخفاض المحتمل

وتعرف أيضًا باسم طريقة النقاط الثلاث أو طريقة انخفاض الجهد. تتطلب كهربائيتين اختباريتين (كهرباء التيار وكهرباء الجهد) ومقياس مقاومة الأرض. يتم إدخال كهرباء التيار على مسافة من كهرباء الأرض الموجودة إلى عمق يساوي عمقها. يتم إدخال كهرباء الجهد بينهما على مسافة مناسبة بحيث تكون خارج نطاق تأثيرهما (مناطق المقاومة). يقوم المقياس بإدخال تيار معروف عبر كهرباء التيار وقياس الجهد بين كهرباء الجهد وكهرباء الأرض الموجودة. 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 فصل جميع الاتصالات بكهرباء الأرض قبل الاختبار.

طريقة الضغط بالماسكة

وتعرف أيضًا باسم اختبار التردد المستحث أو الطريقة بدون دبوس. لا تتطلب أي كهربائيات اختبار أو فصل أي اتصالات بكهرباء الأرض. تستخدم ماسكتين يتم وضعهما حول كهرباء الأرض الموجودة. تقوم إحدى الماسكات بإحداث جهد لكهرباء الأرض والأخرى بقياس التيار المتدفق خلالها. يتم حساب مقاومة الأرض باستخدام قانون أوم:

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

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

طريقة القضيب المرفق

تستخدم هذه الطريقة كهرباء اختبار واحدة (كهرباء التيار) ومقياس مقاومة الأرض. يتم ربط كهرباء التيار بكهرباء الأرض الموجودة بواسطة سلك. يقوم المقياس بإدخال تيار معروف عبر السلك وقياس الجهد بين السلك وكهرباء الأرض الموجودة. يتم حساب مقاومة الأرض باستخدام قانون أوم:

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

لا تتطلب هذه الطريقة فصل أي اتصالات بكهرباء الأرض ولكنها تتطلب اتصال جيد بين السلك وكهرباء التيار.

طريقة النجمة والدلتا

تستخدم هذه الطريقة ثلاث كهربائيات اختبار (كهربائيات التيار) مرتبة على شكل مثلث متساوي الأضلاع حول كهرباء الأرض الموجودة. يقوم مقياس مقاومة الأرض بإدخال تيار معروف عبر كل زوج من كهربائيات الاختبار بالتتابع وقياس الجهد بين كل زوج من كهربائيات الاختبار بالتتابع. 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 كهربائيات الاختبار، وI هو التيار المعروض.

لا تتطلب هذه الطريقة فصل أي اتصالات بكهرباء الأرض ولكنها تتطلب المزيد من كهربائيات الاختبار مقارنة بالطرق الأخرى.

طريقة الأرض الميتة

تستخدم هذه الطريقة كهربائيتين اختبار (كهربائيات التيار) متصلتين بشكل متسلسل بمقياس مقاومة الأرض. يتم إدخال كهرباء الاختبار الأولى بالقرب من كهرباء الأرض الموجودة، ويتم إدخال كهرباء الاختبار الثانية بعيدًا عنها. يقوم المقياس بإدخال تيار معروف عبر كهربائيات الاختبار في الأرض وقياس الجهد بينهما. يتم حساب مقاومة الأرض باستخدام قانون أوم:

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

لا تتطلب هذه الطريقة فصل أي اتصالات بكهرباء الأرض الموجودة ولكنها تتطلب سلك طويل جدًا بين كهربائيات الاختبار.

طريقة الميل

تستخدم هذه الطريقة كهرباء اختبار واحدة (كهرباء الجهد) ومقياس مقاومة الأرض. يتم نقل كهرباء الجهد على خط مستقيم بعيدًا عن كهرباء الأرض الموجودة بفترات منتظمة. يقوم المقياس بإدخال تيار معروف عبر كهرباء الأرض الموجودة في الأرض وقياس الجهد بينها وبين كهرباء الجهد في كل فترة. يتم رسم بياني للجهد مقابل المسافة ويتم تقدير التقاطع على محور الجهد. يتم حساب مقاومة الأرض باستخدام قانون أوم: