روش های اندازه گیری مقاومت زمین

اندازه گیری مقاومت زمین

اندازه گیری مقاومت زمین ، مقاومت زمین به طور کلی به دو بخش مقاومت ویژه خاک و مقاومت الکترود زمین تقسیم می شود. اندازه گیری مقاومت ویژه خاک قبل از شروع احداث الکترود و به منظور تصمیم گیری درباره مشخصات آن و محل احداث الکترود انجام می گیرد. اما مقاومت الکترود برای تأمین ایمنی افراد و صحت عملکرد دستگاه ها اندازه گیری می شود. سازمان iso دارای استانداردهای کاربردی در خصوص مبحث ارتینگ می باشد که بهتر است از آنها استفاده نمایید .اما به هیچوجه از استانداردهای سازمان IEEE (مؤسسه مهندسان برق و الکترونیک) غافل نشوید

اندازه گیری مقاومت زمین

اجازه دهید تفاوت مقاومت ویژه خاک و مقاومت الکترود زمین را دقیق تر بررسی کنیم : 

 مقاومت ویژه خاک

لذا مقاومت ویژه خاک عبارت است از مقاومت یک متر مکعب از زمین که بین دو الکترود صفحه ای سنجیده می شود.

مقاومت ویژۀ زمین بستگی به نوع مواد تشکیل دهندۀ زمین دارد؛ لذا در هر قسمت از زمین متفاوت است. برای اندازه گیری مقاومت ویژۀ زمین از چهار الکترود استفاده می شود (هر چهار الکترود موقتی هستند). برای انجام آزمون، چهار الکترود عمقی کمکی، حدود یک متر با فواصل مساوی و در یک امتداد در زمین کوبیده می شوند.

مقاومت الکترود زمین

زمانی که الکترود در خاک قرار می گیرد و از آن جریانی عبور می کند، خاک اطراف الکترود، جریان را از خود عبور می دهد و در اصل مقاومتی که اندازه گیری می شود، مقاومت توده خاک اطراف الکترود است. بنابراین مقاومت الکترود، مقاومت خاک چسبیده به الکترود زمین است تا بی نهایت؛ بر خلاف تصور بسیاری، این نادرست است که مقاومت مذکور برابر با مقاومت خود الکترود زمین در نظر گرفته شود. الکترود یک فلز است و مقاومت آن بسیار پایین است و در خاک نیز مقاومت آن تغییری نمی کند.

 اگر خاک همگن باشد، گرادیان ولتاژ حول آن شبیه لایه های نیم کروی شکل است، که هر نیم کره یک مقاومت و هر مقاومت آن متشکل از مقاومت های موازی فرض می شود. با بزرگتر شدن طول شعاع نیم کره، تعداد این مقاومت های موازی بیشتر شده و لذا مقاومت کوچکتر می شود. تا جایی که در بی نهایت مقدار Rn به سمت صفر میل می کند. بنابراین هر چه از الکترود دور شویم تأثیر خاک اطراف آن کمتر می شود. به دلیل گفته شده، توجه به خاک اطراف الکترود در کاهش مقاومت الکترود زمین نقش اساسی دارد.

مقاومت الکترود نسبت به زمین از تقسیم ولتاژ بر شدت جریان اندازه گیری شده توسط ولت متر و آمپرمتر به دست خواهد آمد. مهم ترین نکته در این روش، فواصل الکترودها از چاه یا شبکۀ زمین مورد اندازه گیری است که در اندازه ها نقش به سزایی دارد.

 مراحل اندازه گیری مقاومت زمین

نکات اندازه گیری مقاومت زمین سه بخش است

  1. قطع منبع اصلی برق
  2. اطمینان از قطع برق و اطمینان از عدم امکان وصل آن توسط دیگران
  3. استفاده از لوازم ایمنی فردی
  • عوامل کاهش مقاومت الکترود زمین

کاهش مقاومت الکترود زمین به دو عامل اساسی زیر بستگی دارد:

  1. افزایش طول الکترود قائم در زمین
  2. استفاده از چند الکترود موازی

مقاومت خاک منطقه که خود بستگی به عوامل زیر دارد:

الف) املاح خاک (ترکیب شیمیایی نمک های فلزی قابل حل در آب)

ب) درصد رطوبت خاک

ج) دمای خاک

د) اندازه دانه ها و توزیع دانه در خاک (دانه بندی خاک)

ه) تراکم خاک و فشار وارد بر آن

تأثیر افزایش طول الکترود قائم در زمین بر کاهش مقاومت الکترود زمین

شکل الکترود زمین در مقاومت آن موثر است. هرچه سطح تماس الکترود بیشتر باشد، به دلیل بزرگتر شدن حوزه مقاومتی اطراف آن، تعداد مقاومت های موازی بیشتر می شود و مقاومت الکترود زمین کاهش می یابد. در واقع هرچه یکی از ابعاد الکترود بزرگ تر از دو بعد دیگر آن باشد و تماس الکترود در این بعد با خاک بیشتر باشد، مقاومت کل الکترود نسبت به جرم زمین کمتر می شود. بنابراین الکترودهای قائم به دلیل تماس بیشتر لایه های خاک در طول الکترود اثر گذاری بیشتری دارند و الکترودهای صفحه ای کم اثرترین الکترود به شمار می روند.

  حال با افزایش طول (عمق دفن) الکترود قائم تأثیر به سزایی در کاهش مقاومت الکترود دارد، به طوری که با افزایش و دو برابر شدن طول الکترود، مقاومت الکترود 40 درصد کاهش می یابد. در انمودار زیر به خوبی مشاهده می کنید که با افزایش طول الکترود مدفون در زمین، مقاومت آن کاهش می یابد.

تأثیر استفاده از چند الکترود موازی در کاهش مقاومت زمین

استفاده از چند الکترود به طور موازی مقاومت زمین را کاهش می دهد، اما نه به صورتی که حاصل مقاومت دو الکترود یکسان موازی دقیقاً نصف مقاومت یک الکترود شود، در واقع مقاومت دو الکترود موازی، 40 درصد نسبت به مقاومت یک الکترود کاهش می یابد. هم چنین نصب سه الکترود موازی حدود 60 درصد و چهار الکترود حدود 33 درصد مقاومت زمین حاصل را کاهش می دهد. شکل های زیر گویای همین مطلب هستند.

به عنوان مثال اگر دو الکترود موازی و فاصله 10 فوتی وجود داشته باشد، مقاومت زمین در حدود 40 درصد کاهش می یابد.

مقاومت خاک منطقه در مبحث اندازه گیری مقاومت زمین

پیچیدگی سیستم اتصال زمین، عمدتاً تحت الشعاع مقاومت مخصوص خاک زمینی که سیستم اتصال زمین در آن اجرا می گردد، اتفاق می افتد. مقاومت خاک مخصوص به نوع خاک، لایه بندی، ساختار دانه بندی، رطوبت خاک و تغییرات فصلی بستگی دارد.

املاح خاک در مبحث اندازه گیری مقاومت زمین

هدایت الکتریکی خاک، در گرو میزان املاح هادی موجود در محلول خاک است و محلول ها بسته به غلظت نمک های فلزی موجود در آن، نسبت به عبور جریان الکتریکی از خود مقاومت نشان می دهند. هرچه غلظت این نمک ها بیشتر باشد، مقاومت مخصوص کمتر و هدایت الکتریکی بیشتر می شود. خاک ها از نظر درصد املاحشان با هم تفاوت دارند، بنابراین هدایت الکتریکی آنها متفاوت است.

اغلب خاک، به خودی خود برای اجرای یک سیستم زمین خوب جوابگو نیست و باید خواص الکتریکی آن، با استفاده از مواد مناسبی تقویت شود. این مواد الکترولیت، بکفیل یا مواد کاهنده نامیده می شوند. مواد کاهش دهنده مقاومت زمین، دارای مقاومت مخصوص بسیار کمی هستند.

با ریختن این مواد اطراف الکترود، بدلیل چسبندگی بیشتر آنها نسبت به خاک محل سطح تماس افزایش می یابد و به علت مقاومت مخصوص کم و سطح تماس بیشتر، مقاومت الکترود کاهش می یابد. همچنین تأثیر عمل آوری خاک به روش های شیمیایی در کاهش تغییرات فصلی مقاومت الکترود موثر است.

رطوبت خاک

هدایت الکتریسته در خاک ماهیت شیمیایی دارد و جریان توسط حرکت و جابه جایی یون ها ایجاد می شود. یک یون، کل اتم را شامل می شود و اتم های مواد جامد قادر به جابه جایی نیستند. پس خاک در حالت جامد قادر به هدایت جریان برق نیست، ولی هنگامی که مقداری آب جذب کند املاح خاک در این رطوبت حل و یونیزه شده و هدایت الکتریکی را بر عهده می گیرند.

لذا هدایت الکتریکی با افزایش املاح و آب، افزایش می یابد. ولی هنگامی که مقدار این رطوبت بسیار زیاد شود، میزان هدایت کاهش خواهد یافت. زیرا آب و رطوبت بسیار زیاد موجود در خاک، به تدریج و به مرور زمان، املاح و حتی دانه های ریز را جابه جا می کند. در نتیجه هدایت خاک به دلیل فقر املاح، کم می شود. بنابراین رطوبت در حدود 15 الی 20 درصد برای هدایت الکتریکی خاک کافی است. خاک های سطحی یا زیرزمینی که به طور دائم در معرض رطوبت فراوان قرار دارند (مانند بستر جوی ها و رودخانه ها) دارای هدایت کمی هستند.

دمای خاک در مبحث اندازه گیری مقاومت زمین

با افزایش درجه حرارت از صفر درجه، هدایت افزایش می یابد به طوری که با افزایش یک درجه سانتی گراد، هدایت الکتریکی تقریباً دو درصد افزایش می یابد. در خاک های خشک یا یخ زده به دلیل جابه جا نشدن یون ها مقاومت خاک بالا است. در زمان اجرای الکترود باید با در نظر گرفتن آب و هوای منطقه به عمق موثر آن توجه لازم شود تا امکان یخ زدن سطح خاک در زمستان و خشک شدن آن در تابستان وجود نداشته باشد.

اندازه دانه ها و توزیع دانه در خاک (دانه بندی خاک)

دانه بندی خاک در هدایت الکتریکی خاک موثر است. خاک از دانه هایی با اندازه های مختلف تشکیل شده است. هر چه دانه های خاک درشت تر باشند، فاصله های خالی بیشتری بین آنها به وجود می آید و چون هوا، عایق مقاومت الکتریکی خاک افزایش می یابد. هرچه دانه بندی خاک ریزتر باشد سطح موثر ارتباط دانه های آن با هم بیشتر می شود، بنابراین مقاومت مخصوص خاک کاهش و هدایت الکتریکی افزایش می یابد.

تراکم خاک و فشار وارد بر آن

دانه بندی خاک، در خاک های دست نخورده، به هم فشرده تر است. فشردگی خاک به معنی چسبیدن بیشتر ذرات به یکدیگر و ایجاد مسیر بهتر برای هدایت است. در حالیکه در خاک های دستی فاصله بین دانه های خاک زیادتر است و در نتیجه سطح موثر آنها با هم، کاهش و مقاومت خاک افزایش می یابد. بنابراین اجرای سیستم اتصال زمین، در زمین دست نخورده بسیار حائز اهمیت است.

به همین دلیل است که در هنگام نصب الکترود میله ای آن را مستقیماً باید از سطح خاک کوبید و حفر چاه برای آن غلط است. در هنگام اجرای الکترودهایی همچون تسمه ای و صفحه ای هم که چاره ای جز حفاری نیست باید الکترولیت اطراف الکترود به خوبی کوبیده و متراکم شود.

مقاومت خاک بر حسب نوع خاک

نوع خاکمقاومت خاک (اهم متر)
زمین باتلاقی5 تا 40
گل و خاک رس20 تا 200
ماسه200 تا 2500
سنگ ریزه2000 تا 3000
خرده سنگکمتر از 1000
شن2000 تا 3000
گرانیت50000
زمین سنگلاخ30000

لازم به ذکر است که این جداول صرفاً جهت مقایسه و اطلاع عمومی است و این اعداد نه در طراحی و نه در نظارت نباید به کار رود و حتماً در صورت لزوم باید اندازه گیری انجام گردد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.