ความต้านทานของดิน: คำนิยาม ปัจจัย และวิธีการวัด
ความต้านทานของโลก ถูกกำหนดว่าเป็น ความต้านทาน ที่อิเล็กโทรดของโลกให้กับการไหลของ กระแสไฟฟ้า เข้าสู่พื้นดิน มันยังรู้จักในชื่อ ความต้านทาน ต่อโลกหรือความต้านทานพื้นดิน ความต้านทานของโลกเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการออกแบบและบำรุงรักษาระบบการต่อพื้นดิน เนื่องจากมีผลต่อความปลอดภัยและการทำงานของระบบไฟฟ้า
อิเล็กโทรดของโลกคืออะไร
อิเล็กโทรดของโลกคือแท่งหรือแผ่นโลหะที่ฝังอยู่ในดินและเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลของโลกของระบบไฟฟ้า มันให้ทางผ่านที่มีความต้านทานต่ำสำหรับ กระแสไฟฟ้าที่ผิดพลาด และแรงดันไฟฟ้าจากการฟ้าผ่าเพื่อกระจายลงสู่พื้นดิน มันยังช่วยให้ระบบมีความมั่นคงใน แรงดัน และลด การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ได้
อิเล็กโทรดของโลกสามารถทำจากทองแดง สแตนเลส เหล็กชุบสังกะสี หรือวัสดุอื่น ๆ ที่มีความนำไฟฟ้าและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี ขนาด รูปร่าง ความยาว และความลึกของอิเล็กโทรดของโลกขึ้นอยู่กับสภาพดิน ความจุ กระแสไฟฟ้า และการใช้งานของระบบการต่อพื้นดิน
ปัจจัยใดที่มีผลต่อความต้านทานของโลก
ความต้านทานของโลกส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับ ความต้านทานจำเพาะ ของดินระหว่างอิเล็กโทรดและจุดศูนย์ศักย์ (พื้นดินอนันต์) ความต้านทานจำเพาะของดินจะถูกกำหนดโดยหลายปัจจัย เช่น:
ความนำไฟฟ้าของดิน ซึ่งส่วนใหญ่มาจากกระบวนการย่อยสลายไฟฟ้า ความเข้มข้นของน้ำ สารละลายเกลือ และส่วนประกอบเคมีอื่น ๆ ในดินกำหนดความนำไฟฟ้าของดิน ดินชื้นมีความต้านทานจำเพาะต่ำกว่าดินแห้งที่มีความเข้มข้นเกลือต่ำ
องค์ประกอบทางเคมีของดิน ซึ่งมีผลต่อค่า pH และคุณสมบัติการกัดกร่อน ดินที่เป็นกรดหรือด่างสามารถกัดกร่อนอิเล็กโทรดของโลกและเพิ่มความต้านทานได้
ขนาด เม็ดทราย การกระจาย และการจัดเรียงของอนุภาคดินมีผลต่อความโปร่งและความสามารถในการกักเก็บความชื้น ดินที่มีเม็ดทรายละเอียดและกระจายอย่างสม่ำเสมอและมีการจัดเรียงแน่นมีความต้านทานจำเพาะต่ำกว่าดินที่มีเม็ดทรายหยาบและมีการกระจายไม่สม่ำเสมอและมีการจัดเรียงหลวม
อุณหภูมิของดิน ซึ่งมีผลต่อการขยายตัวทางความร้อนและจุดเยือกแข็ง อุณหภูมิสูงสามารถเพิ่มความนำไฟฟ้าของดินโดยเพิ่มความเคลื่อนไหวของไอออน อุณหภูมิต่ำสามารถลดความนำไฟฟ้าของดินโดยการแช่แข็งน้ำในดิน
ความต้านทานของโลกยังขึ้นอยู่กับความต้านทานของอิเล็กโทรดเองและความต้านทานการติดต่อระหว่างผิวอิเล็กโทรดและดิน อย่างไรก็ตาม ปัจจัยเหล่านี้มักจะไม่มีความสำคัญเมื่อเทียบกับความต้านทานจำเพาะของดิน
วิธีการวัดความต้านทานของโลก
มีวิธีการต่าง ๆ เพื่อวัดความต้านทานของโลกในระบบที่มีอยู่ บางวิธีที่พบบ่อยคือ:
วิธีการลดศักย์
วิธีนี้ยังรู้จักในชื่อวิธี 3 จุด หรือวิธีการลดศักย์ ต้องใช้อิเล็กโทรดทดสอบสองตัว (อิเล็กโทรดกระแสและอิเล็กโทรดศักย์) และเครื่องทดสอบความต้านทานของโลก อิเล็กโทรดกระแสจะถูกใส่ลงไปที่ระยะห่างจากอิเล็กโทรดของโลกที่มีอยู่ โดยมีความลึกเท่ากับอิเล็กโทรดของโลก อิเล็กโทรดศักย์จะถูกใส่ระหว่างพวกเขาที่ระยะห่างที่เหมาะสม เพื่อให้อยู่นอกวงรอบของอิทธิพล (พื้นที่ความต้านทาน) เครื่องทดสอบจะฉีดกระแสที่ทราบค่าผ่านอิเล็กโทรดกระแสและวัด แรงดัน ระหว่างอิเล็กโทรดศักย์และอิเล็กโทรดของโลกที่มีอยู่ ความต้านทานของโลกจะคำนวณโดยใช้ กฎของโอห์ม:
โดย R คือความต้านทานของโลก V คือแรงดันที่วัดได้ และ I คือกระแสที่ฉีดเข้าไป
วิธีนี้ง่ายและแม่นยำ แต่ต้องทำการแยกการเชื่อมต่อทั้งหมดออกจากอิเล็กโทรดของโลกก่อนทดสอบ
วิธีการหนีบ
วิธีนี้ยังรู้จักในชื่อการทดสอบความถี่ที่เหนี่ยวนำหรือวิธีไม่ใช้หมุด ไม่จำเป็นต้องใช้อิเล็กโทรดทดสอบหรือแยกการเชื่อมต่อใด ๆ จากอิเล็กโทรดของโลก ใช้หนีบที่วางไว้รอบ ๆ อิเล็กโทรดของโลก หนีบหนึ่งตัวเหนี่ยวนำแรงดันให้กับอิเล็กโทรดและหนีบอีกตัววัดกระแสที่ไหลผ่านมัน ความต้านทานของโลกจะคำนวณโดยใช้ กฎของโอห์ม:
โดย R คือความต้านทานของโลก V คือแรงดันที่เหนี่ยวนำ และ I คือกระแสที่วัดได้
วิธีนี้สะดวกและรวดเร็ว แต่ต้องใช้ระบบพื้นดินขนานที่มีอิเล็กโทรดหลายตัว
วิธีการต่อแท่ง
วิธีนี้ใช้อิเล็กโทรดทดสอบหนึ่งตัว (อิเล็กโทรดกระแส) และเครื่องทดสอบความต้านทานของโลก อิเล็กโทรดกระแสจะต่อเข้ากับอิเล็กโทรดของโลกที่มีอยู่ด้วยสาย เครื่องทดสอบจะฉีดกระแสที่ทราบค่าผ่านสายและวัด แรงดัน ระหว่างสายและอิเล็กโทรดของโลกที่มีอยู่ ความต้านทานของโลกจะคำนวณโดยใช้ กฎของโอห์ม:
โดย R คือความต้านทานของโลก V คือแรงดันที่วัดได้ และ I คือกระแสที่ฉีดเข้าไป
วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องแยกการเชื่อมต่อใด ๆ จากอิเล็กโทรดของโลก แต่ต้องมีการติดต่อที่ดีระหว่างสายและอิเล็กโทรดกระแส
วิธีดาว-เดลตา
วิธีนี้ใช้อิเล็กโทรดทดสอบสามตัว (อิเล็กโทรดกระแส) ที่จัดเรียงเป็นสามเหลี่ยมด้านเท่ารอบ ๆ อิเล็กโทรดของโลกที่มีอยู่ เครื่องทดสอบความต้านทานของโลกจะฉีดกระแสที่ทราบค่าผ่านคู่ของอิเล็กโทรดทดสอบทีละคู่และวัดแรงดันระหว่างคู่ของอิเล็กโทรดทดสอบทีละคู่ ความต้านทานของโลกจะคำนวณโดยใช้กฎของเคิร์ชโฮฟฟ์:
โดย R คือความต้านทานของโลก VAB, VBC, VCA คือแรงดันที่วัดได้ระหว่างคู่ของอิเล็กโทรดทดสอบ และ I คือกระแสที่ฉีดเข้าไป
วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องแยกการเชื่อมต่อใด ๆ จากอิเล็กโทรดของโลก แต่ต้องใช้อิเล็กโทรดทดสอบมากกว่าวิธีอื่น ๆ
วิธีพื้นดินตาย
วิธีนี้ใช้อิเล็กโทรดทดสอบสองตัว (อิเล็กโทรดกระแส) ที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรมกับเครื่องทดสอบความต้านทานของโลก อิเล็กโทรดทดสอบหนึ่งตัวจะถูกใส่ใกล้กับอิเล็กโทรดของโลกที่มีอยู่ และอิเล็กโทรดทดสอบอีกตัวจะถูกใส่ไกลออกไปจากมัน เครื่องทดสอบจะฉีดกระแสที่ทราบค่าผ่านอิเล็กโทรดทดสอบทั้งสองเข้าสู่พื้นดินและวัดแรงดันระหว่างพวกเขา ความต้านทานของโลกจะคำนวณโดยใช้กฎของโอห์ม:
