Toprak Direnci: Tanım Faktörler ve Ölçüm Yöntemleri

Toprak direnci, toprağa akan akımın toprak elektroduna karşı sunduğu direnç olarak tanımlanır. Ayrıca toprak direnci veya zemin direnci olarak da bilinir. Toprak direnci, elektrik tesisatlarının güvenliği ve performansını etkileyen önemli bir parametre olduğundan, topraklama sistemlerinin tasarımı ve bakımında önemlidir.

Toprak Elektrodesi Nedir?

Toprak elektrodesi, toprakla bağlantılı olan bir elektrik sisteminin toprak terminaline bağlı olup toprağa gömülen metal bir çubuk veya plakadır. Arızalı akımların ve yıldırım darbelerinin toprağa dağılması için düşük dirençli bir yol sağlar. Ayrıca sistemin gerilimini istikrarlı tutarak ve elektromanyetik interferansı azaltarak yardımcı olur.

Toprak elektrodesi, bakır, çelik, galvanize demir veya iyi iletki ve korozyon dirençli diğer malzemelerden yapılmış olabilir. Toprak elektrodesinin boyutu, şekli, uzunluğu ve derinliği, toprak koşullarına, akım derecesine ve topraklama sisteminin uygulamasına bağlıdır.

Toprak Direncini Etkileyen Faktörler Nelerdir?

Toprak direnci, genellikle elektrode ile sıfır potansiyel noktasının (sonsuz toprak) arasındaki toprak direnç değerine bağlıdır. Toprak direnç değeri, aşağıdaki faktörlere bağlı olarak değişebilir:

• Toprakta bulunan su, tuz ve diğer kimyasal bileşenlerin yoğunluğu, toprak direnç değerini etkiler. Yüksek tuz içeriğe sahip nemli toprak, düşük tuz içeriğe sahip kurumuş topraktan daha düşük direnç değerine sahiptir.

• Toprakların kimyasal bileşimi, pH değerini ve korozyon özelliklerini etkiler. Asitik veya alkali toprak, toprak elektrodlarını korozyona uğratabilir ve direnç değerini artırabilir.

• Toprak parçacıklarının büyüklüğü, düzgünlüğü ve sıkışıklığı, toprakların porozitesini ve nem tutma kapasitesini etkiler. Düzgün dağılımlı ve sıkışık ince parçacıklı toprak, düzensiz dağılımlı ve gevşek büyük parçacıklı topraktan daha düşük direnç değerine sahiptir.

• Toprak sıcaklığı, toprakların termal genişlemesini ve donma noktasını etkiler. Yüksek sıcaklık, toprakların iletkenliğini artırmak için ion hareketliliğini artırabilir. Düşük sıcaklıklar, toprakların su içeriğini dondurarak iletkenliğini azaltabilir.

Toprak direnci ayrıca, elektrodun kendisinin direncine ve elektrod yüzeyi ile toprak arasındaki temas direncine de bağlıdır. Ancak, bu faktörler genellikle toprak direnç değerine kıyasla ihmal edilebilir seviyededir.

Toprak Direnci Nasıl Ölçülür?

Mevcut sistemlerde toprak direnci ölçmek için çeşitli yöntemler mevcuttur. Bazı yaygın yöntemler şunlardır:

Potentiyel Düşüş Yöntemi

Bu yöntem, 3 nokta yöntemi veya potensiyel düşüş yöntemi olarak da bilinir. İki test elektrodunun (akım elektrod ve potensiyel elektrod) ve bir toprak direnc ölçer cihazının kullanılması gerekir. Akım elektrod, mevcut toprak elektrodun derinliğine eşit bir derinlikte, ondan bir mesafeyle yerleştirilir. Potensiyel elektrod, her ikisi arasında uygun bir mesafede, etki alanlarının dışında yerleştirilir. Ölçer cihaz, akım elektrod aracılığıyla bilinen bir akımı toprağa enjekte eder ve potensiyel elektrod ile mevcut toprak elektrod arasındaki gerilimi ölçer. Toprak direnci, Ohm yasası kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direnci, V, ölçülen gerilim ve I, enjekte edilen akımdır.

Bu yöntem basit ve hassas olsa da, test öncesi toprak elektroduna tüm bağlantıların kesilmesi gerekmektedir.

Kısma Yöntemi

Bu yöntem, indüklenmiş frekans testi veya stakeless yöntemi olarak da bilinir. Herhangi bir test elektrodunun veya toprak elektroduna herhangi bir bağlantının kesilmesine gerek yoktur. İki kısma, mevcut toprak elektrodun etrafına yerleştirilir. Bir kısma, elektroda bir gerilim indükler ve diğer kısma, aracılığıyla geçen akımı ölçer. Toprak direnci, Ohm yasası kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direnci, V, indüklenen gerilim ve I, ölçülen akımdır.

Bu yöntem pratik ve hızlı olsa da, birden fazla elektrod içeren bir paralel toprak ağının olması gerekmektedir.

Bağlı Çubuk Yöntemi

Bu yöntem, bir test elektrodunun (akım elektrod) ve bir toprak direnc ölçer cihazının kullanılmasını gerektirir. Akım elektrod, bir tel ile mevcut toprak elektroduna bağlanır. Ölçer cihaz, tel aracılığıyla bilinen bir akımı toprağa enjekte eder ve tel ile mevcut toprak elektrod arasındaki gerilimi ölçer. Toprak direnci, Ohm yasası kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direnci, V, ölçülen gerilim ve I, enjekte edilen akımdır.

Bu yöntem, toprak elektroduna herhangi bir bağlantının kesilmesine gerek olmamakla birlikte, tel ile akım elektrodun arasına iyi bir temasta bulunması gerekir.

Yıldız-Delta Yöntemi

Bu yöntem, üç test elektrodunun (akım elektrod) mevcut toprak elektrodun etrafına eşkenar üçgen şeklinde düzenlenmesini gerektirir. Bir toprak direnc ölçer cihazı, her bir test elektrod çiftine sırayla bilinen bir akımı enjekte eder ve her bir test elektrod çifti arasındaki gerilimi sırayla ölçer. Toprak direnci, Kirchhoff yasaları kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direnci, V_AB, V_BC, V_CA her bir test elektrod çifti arasındaki ölçülen gerilimler ve I, enjekte edilen akımdır.

Bu yöntem, toprak elektroduna herhangi bir bağlantının kesilmesine gerek olmamakla birlikte, diğer yöntemlere göre daha fazla test elektrodunun kullanılmasını gerektirir.

Ölü Toprak Yöntemi

Bu yöntem, iki test elektrodunun (akım elektrod) bir toprak direnc ölçer cihazı ile seri bağlantılı olarak kullanılmasını gerektirir. Bir test elektrod, mevcut toprak elektrodun yakınına, diğer test elektrod ise ondan uzak bir yere yerleştirilir. Ölçer cihaz, her iki test elektrod aracılığıyla bilinen bir akımı toprağa enjekte eder ve aralarındaki gerilimi ölçer. Toprak direnci, Ohm yasası kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direnci, V, ölçülen gerilim ve I, enjekte edilen akımdır.

Bu yöntem, mevcut toprak elektroduna herhangi bir bağlantının kesilmesine gerek olmamakla birlikte, her iki test elektrod arasında çok uzun bir telin olması gerekmektedir.

Eğim Yöntemi

Bu yöntem, bir test elektrodunun (potansiyel elektrod) ve bir toprak direnc ölçer cihazının kullanılmasını gerektirir. Potansiyel elektrod, mevcut toprak elektrodun hattında düzenli aralıklarla hareket eder. Ölçer cihaz, mevcut toprak elektrod aracılığıyla bilinen bir akımı toprağa enjekte eder ve her bir aralıkta potansiyel elektrod ile arasındaki gerilimi ölçer. Gerilim-uzaklık grafiği çizilir ve gerilim eksenindeki kesişim noktası bulunur. Toprak direnci, Ohm yasası kullanılarak hesaplanır:

Burada R, toprak direnci, V₀ gerilim eksenindeki kesişim noktası ve I, enjekte edilen akımdır.

Bu yöntem, mevcut toprak elektroduna herhangi bir bağlantının kesilmesine gerek olmamakla birlikte, potansiyel elektrodun hattında hareket etmesi gerekmektedir.

<