مقاومت زمین: تعریف، عوامل و روش های اندازه گیری
مقاومت زمین به عنوان مقدار مقاومتی که الکترود زمین در برابر جریان الکتریکی ارائه میدهد تعریف میشود. این مقاومت همچنین با نامهای مقاومت به زمین یا مقاومت زمین شناخته میشود. مقاومت زمین یک پارامتر مهم برای طراحی و نگهداری سیستمهای زمینبندی است، زیرا آن تأثیر مستقیمی بر ایمنی و عملکرد نصبهای الکتریکی دارد.
الکترود زمین چیست؟
الکترود زمین یک میله یا صفحه فلزی است که در خاک دفن شده و به ترمینال زمین سیستم الکتریکی متصل میشود. این الکترود مسیری با مقاومت کم برای جریانهای خطا و انفجارهای برق فراهم میکند تا به خاک منتشر شوند. همچنین به پایداری ولتاژ سیستم کمک میکند و تداخل الکترومغناطیسی را کاهش میدهد.
الکترود زمین میتواند از مس، فولاد، آهن گالوانیزه یا مواد دیگر با هدایتپذیری و مقاومت در برابر فرسایش خوب ساخته شود. اندازه، شکل، طول و عمق الکترود زمین به شرایط خاک، ظرفیت جریان و کاربرد سیستم زمینبندی بستگی دارد.
عوامل مؤثر بر مقاومت زمین چه هستند؟
مقاومت زمین به طور اصلی به مقاومت خاک بین الکترود و نقطه صفر پتانسیل (زمین نامحدود) بستگی دارد. مقاومت خاک تحت تأثیر چندین عامل قرار میگیرد، مانند:
هادیپذیری الکتریکی خاک که اغلب به علت الکترولیز است. غلظت آب، نمک و مواد شیمیایی دیگر در خاک هادیپذیری آن را تعیین میکند. خاک مرطوب با محتوای نمک بالا مقاومت کمتری نسبت به خاک خشک با محتوای نمک کم دارد.
ترکیب شیمیایی خاک که pH و خصوصیات فرسایشی آن را تأثیر میگذارد. خاک اسیدی یا قلیایی میتواند الکترودهای زمین را فرسایش دهد و مقاومت آن را افزایش دهد.
<اندازه ذرات خاک، یکنواختی و تراکم آنها تأثیری بر تخلخل و ظرفیت حفظ رطوبت دارد. خاک با ذرات ریز، توزیع یکنواخت و تراکم مناسب مقاومت کمتری نسبت به خاک با ذرات درشت، توزیع نامنظم و تراکم ضعیف دارد.
دمای خاک که تأثیری بر توسعت حرارتی و نقطه یخ زدن آن دارد. دما بالا میتواند هادیپذیری خاک را با افزایش متحرکی یونها افزایش دهد. دما پایین میتواند هادیپذیری خاک را با یخ زدن محتوای آب آن کاهش دهد.
مقاومت زمین همچنین به مقاومت خود الکترود و مقاومت تماس بین سطح الکترود و خاک بستگی دارد. با این حال، این عوامل معمولاً نسبت به مقاومت خاک ناچیز هستند.
چگونه مقاومت زمین اندازهگیری میشود؟
روشهای مختلفی برای اندازهگیری مقاومت زمین در سیستمهای موجود وجود دارد. برخی از روشهای معمول عبارتند از:
روش سقوط پتانسیل
این روش همچنین به عنوان روش سه نقطه یا روش سقوط پتانسیل شناخته میشود. این روش نیاز به دو الکترود آزمون (الکترود جریان و الکترود پتانسیل) و یک دستگاه تست مقاومت زمین دارد. الکترود جریان در فاصلهای از الکترود زمین موجود به عمقی برابر با عمق آن وارد میشود. الکترود پتانسیل بین آنها در فاصله مناسبی وارد میشود تا خارج از کرههای تأثیر (مناطق مقاومت) آنها باشد. دستگاه تست یک جریان معین را از طریق الکترود جریان وارد میکند و ولتاژ بین الکترود پتانسیل و الکترود زمین موجود را اندازهگیری میکند. مقاومت زمین با استفاده از قانون اهم محاسبه میشود:
که در آن R مقاومت زمین، V ولتاژ اندازهگیری شده و I جریان وارد شده است.
این روش ساده و دقیق است اما نیاز به جدا کردن تمام ارتباطات با الکترود زمین قبل از تست دارد.
روش گیرهای
این روش همچنین به عنوان تست فرکانس القایی یا روش بدون الکترود شناخته میشود. این روش نیازی به الکترود آزمون یا جدا کردن هیچ ارتباطی با الکترود زمین ندارد. این روش از دو گیره استفاده میکند که دور الکترود زمین موجود قرار میگیرند. یک گیره ولتاژی را به الکترود القا میکند و گیره دیگر جریان عبوری از آن را اندازهگیری میکند. مقاومت زمین با استفاده از قانون اهم محاسبه میشود:
که در آن R مقاومت زمین، V ولتاژ القا شده و I جریان اندازهگیری شده است.
این روش سریع و راحت است اما نیاز به شبکه زمین موازی با الکترودهای متعدد دارد.
روش الکترود متصل
این روش از یک الکترود آزمون (الکترود جریان) و یک دستگاه تست مقاومت زمین استفاده میکند. الکترود جریان با سیمی به الکترود زمین موجود متصل میشود. دستگاه تست یک جریان معین را از طریق سیم وارد میکند و ولتاژ بین سیم و الکترود زمین موجود را اندازهگیری میکند. مقاومت زمین با استفاده از قانون اهم محاسبه میشود:
که در آن R مقاومت زمین، V ولتاژ اندازهگیری شده و I جریان وارد شده است.
این روش نیازی به جدا کردن هیچ ارتباطی با الکترود زمین موجود ندارد اما نیاز به تماس خوب بین سیم و الکترود جریان دارد.
روش ستاره-دلتا
این روش از سه الکترود آزمون (الکترود جریان) که در یک مثلث متساویالاضلاع حول الکترود زمین موجود قرار گرفتهاند استفاده میکند. دستگاه تست مقاومت زمین یک جریان معین را از طریق هر جفت الکترود آزمون به ترتیب وارد میکند و ولتاژ بین هر جفت الکترود آزمون به ترتیب را اندازهگیری میکند. مقاومت زمین با استفاده از قوانین کیرشهف محاسبه میشود:
که در آن R مقاومت زمین، VAB، VBC، VCA ولتاژهای اندازهگیری شده بین هر جفت الکترود آزمون و I جریان وارد شده است.
این روش نیازی به جدا کردن هیچ ارتباطی با الکترود زمین موجود ندارد اما نیاز به الکترودهای آزمون بیشتری نسبت به روشهای دیگر دارد.
روش زمین مرده
این روش از دو الکترود آزمون (الکترود جریان) که در سری با یک دستگاه تست مقاومت زمین متصل شدهاند استفاده میکند. یک الکترود آزمون نزدیک الکترود زمین موجود وارد میشود و الکترود آزمون دیگر در فاصله دور از آن وارد میشود. دستگاه تست یک جریان معین را از طریق هر دو الکترود آزمون وارد میکند و ولتاژ بین آنها را اندازهگیری میکند. مقاومت زمین با استفاده از قانون اهم محاسبه میشود:
که در آن R مقاومت زمین، V ولتاژ اندازهگیری شده و I جریان وارد شده است.
این روش نیازی به جدا کردن هیچ ارتباطی با الکترود زمین موجود ندارد اما نیاز به سیم بسیار طولانی بین هر دو الکترود آزمون دارد.
روش شیب
