اندازه گیری مقاومت الکترود زمین

در این مقاله مراحل و نکات اندازه گیری مقاومت الکترود زمین را شرح می دهیم. جهت آشنایی با انواع الکترود زمین می توانید مقاله ی قبل را مطالعه کنید.

تغییرات مقاومت بین الکترود زمین و زمین

مقاومت الکترود/زمین به ندرت ثابت می ماند. با اقدامات پیش گیرانه می توان تا حد مناسبی از تغییرات شدید جلوگیری کرد. ازجمله عوامل اصلی و موثر بر تغییرات مقاومت عبارتنداز:

• رطوبت خاک: تغییرات فصلی می تواند در میزان رطوبت خاک تا عمق 2 متر قابل توجه باشد. میزان مقاومت ویژه ی خاک در عمق 1 متری و در نتیجه مقاومت زمین می تواند بین زمستان مرطوب تا تابستان خشک در مناطق معتدل با نسبت 1 به 3 تغیر کند. با قرار دادن الکترودها در عمق مناسب و مرطوب نگه داشتن اطراف آن می توان از تغییرات شدید جلوگیری کرد.
• سرما: زمین یخ زده می تواند مقاومت خاک را تا چند برابر افزایش دهد. توصیه می شود در محل های سرد، از الکترودهای عمیق استفاده شود.
• پیر شدن: مواد استفاده شده برای الکترودها تا حدی از بین رفته یا خراب می شود. برخی از علل کاهش کیفیت یا از بین رفتن الکترودها عبارتنداز:
  • واکنش های شیمیایی در خاک های اسیدی یا قلیایی
  • خوردگی گالوانیک: این پدیده به دلیل وجود جریان های DC در زمین به عنوان مثال سیستم های حمل و نقل ریلی و غیره یا به دلیل استفاده از فلزهای غیر مشابه و تشکیل پیل الکتریکی رخ می دهد. به عنوان مثال خاک های مختلف روی بخش های یک رسانا می توانند محل های آندی و کاتدی تشکیل دهند. ایجاد قطب های آند و کاتد باعث خوردگی سطح فلز خواهد شد. متاسفانه مقاومت کم خاک و در نتیجه بهترین شرایط برای مقاومت پائین الکترود زمین، باعث عبور ساده‌تر جریان های گالوانیک می شود.
• اکسیداسیون: اتصالات لحیم شده یا جوش خورده از حساس ترین نقاط برای اکسیداسیون هستند. تمیز کردن کامل یک نقطه ی اتصال جدید و پوشاندن آن با نوار روغنی یا گریسی، یکی از مناسب ترین اقدامات پیش گیرانه برای اکسیداسیون است.

نحوه ی اندازه گیری مقاومت الکترود زمین

همیشه باید یک یا چند اتصال قابل باز شدن بین الکترود زمین و تاسیسات وجود داشته باشد. این لینک ها جهت ایزوله سازی الکترود از تاسیسات و امکان اندازه گیری مقاومت آن در نظر گرفته می شود. برای اندازه گیری دوره ای مقاومت الکترود باید آن را از تمام بخش های دیگر مانند الکترودهای موازی، هم بندی ها، تجهیزات الکتریکی و غیره جدا کنید. طبق تصویر و جهت اندازه گیری مقاومت الکترود اصلی T به دو الکترود کمکی t1 و t2 نیاز است. الکترودهای کمکی شامل یک میله ی فلزی هستند که به صورت عمودی داخل زمین قرار داده می شوند.

در تصویر بالا روش اندازه گیری مقاومت الکترود زمین توسط منبع ولتاژ و یک آمپر‌متر نشان داده شده است. برای اندازه گیری مقاومت در این روش باید منبع ولتاژ بین دو الکترود قرار گرفته و میزان جریان اندازه گیری شود. جابجایی منبع ولتاژ بین الکترودها در سه مرحله انجام شده و مقادیر در فرمول های زیر قرار داده می شوند:

• مرحله A: منبع ولتاژ بین الکترود اصلی و الکترود دور قرار داده شده و مقدار ولتاژ و جریان ثبت می شود. با قرار دادن مقادیر در فرمول \(\boldsymbol{A}\boldsymbol{=}{\boldsymbol{R}}_{\boldsymbol{T}}\boldsymbol{+}{\boldsymbol{R}}_{\boldsymbol{t}\boldsymbol{1}}\boldsymbol{=}\frac{{\boldsymbol{U}}_{\boldsymbol{Tt}\boldsymbol{1}}}{{\boldsymbol{i}}_{\boldsymbol{1}}}\) می توان مقاومت بین الکترود اصلی و الکترود دور را محاسبه کرد.
• مرحله B: منبع ولتاژ بین الکترودهای کمکی قرار داده شده و مقدار ولتاژ و جریان ثبت می شود. با قرار دادن مقادیر در فرمول \(\boldsymbol{B}\boldsymbol{=}{\boldsymbol{R}}_{\boldsymbol{t}\boldsymbol{1}}\boldsymbol{+}{\boldsymbol{R}}_{\boldsymbol{t}\boldsymbol{2}}\boldsymbol{=}\frac{{\boldsymbol{U}}_{\boldsymbol{t}\boldsymbol{1}\boldsymbol{t}\boldsymbol{2}}}{{\boldsymbol{i}}_{\boldsymbol{2}}}\) می توان مقاومت بین دو الکترود کمکی را محاسبه کرد.
• مرحله C: منبع ولتاژ بین الکترود اصلی و الکترود نزدیک قرار داده شده و مقدار ولتاژ و جریان ثبت می شود. با قرار دادن مقادیر در فرمول \(\boldsymbol{C}\boldsymbol{=}{\boldsymbol{R}}_{\boldsymbol{t}\boldsymbol{2}}\boldsymbol{+}{\boldsymbol{R}}_{\boldsymbol{T}}\boldsymbol{=}\frac{{\boldsymbol{U}}_{\boldsymbol{t}\boldsymbol{2}\boldsymbol{T}}}{{\boldsymbol{i}}_{\boldsymbol{3}}}\) می توان مقاومت بین الکترود اصلی و الکترود نزدیک را محاسبه کرد.
• هنگامی که منبع ولتاژ ثابت بوده و در هر سه تست مقدار یکسانی داشته باشد، می توانید مقاومت الکترود اصلی را از طریق فرمول \({\boldsymbol{R}}_{\boldsymbol{T}}\boldsymbol{=}\frac{\boldsymbol{U}}{\boldsymbol{2}}\boldsymbol{(}\frac{\boldsymbol{1}}{{\boldsymbol{i}}_{\boldsymbol{1}}}\boldsymbol{+}\frac{\boldsymbol{1}}{{\boldsymbol{i}}_{\boldsymbol{3}}}\boldsymbol{-}\frac{\boldsymbol{1}}{{\boldsymbol{i}}_{\boldsymbol{2}}}\boldsymbol{)}\) محاسبه کنید.

به منظور حذف خطا هنگام اندازه گیری مقاومت الکترود زمین باید از جریان AC استفاده شود. جریان AC از تاثیر جریان های سرگردان در زمین مانند جریان های گالوانیک DC یا جریان نشتی منبع و شبکه های ارتباطی جلوگیری می کند. توجه داشته باشید که منبع ولتاژ مورد نظر باید دارای فرکانس متفاوتی با شبکه و هر یک از هارمونیک های آن داشته باشد. در گذشته از دستگاه های خاصی جهت این تست وجود داشته که دارای ژنراتور دستی بوده اند. این ژنراتورها توانایی تولید ولتاژ AC با فرکانس بین 85 تا 135 هرتز را داشته اند.

فاصله ی بین الکترودهای کمکی و الکترود اصلی یک مقدار قطعی نیست. با توجه به نوع تاسیسات ممکن است امکان نصب الکترودهای کمکی در یک راستا و با فاصله ی معین نسبت به الکترود تحت تست  وجود نداشته باشد. در چنین شرایطی می توان چند تست در فاصله و جهت های مختلف انجام داد. نتایج این تست ها به منظور صحت سنجی اندازه گیری مقاومت واقعی الکترود استفاده می شود.

برای اندازه گیری مقاومت الکترود تحت تست می توان از ارت تسترها استفاده کرد. ارت تسترها یک اهم متر جریان متناوب با توانایی نمایش مقاومت به صورت مستقیم هستند. ارت تستر دارای یک ژنراتور داخلی یا بردهای الکترونیک برای تولید جریان متناوب می باشد. این دستگاه به صورت دیجیتال و آنالوگ تولید شده و دارای دو الکترود کمکی جریان و ولتاژ است.

فاصله ی الکترودهای کمکی باید به نحوی باشد که ناحیه تاثیرات الکترود تحت تست با الکترود C هم پوشانی نداشته باشد. الکترود کمکی C دورتر از الکترود تحت تست یا X در زمین قرار داده می شود. الکترود C جهت عبور جریان از طریق زمین و الکترود تحت تست در نظر گرفته شده است. در واقع منبع ولتاژ ارت تستر به الکترود تحت تست یا X و الکترود کمکی جریان یا C متصل شده و یک حلقه ی بسته را از طریق زمین تشکیل می دهد.

الکترود کمکی P جهت اندازه گیری ولتاژ بوده و بین الکترود تحت تست و الکترود کمکی جریان یا C در زمین قرار می گیرد. ولتاژ بین الکترود تحت تست یا X و الکترود کمکی ولتاژ یا P بعلت عبور جریان از طریق زمین  ایجاد شده و یک معیار مناسب جهت تعیین مقاومت تماس است. منظور از مقاومت تماس، میزان مقاومت الکترود اصلی با جرم کلی زمین می باشد. نکته مهم تعیین فاصله ی دقیق الکترود کمکی P با الکترود تحت تست X است. فاصله ی مناسب این دو الکترود باعث افزایش دقت اندازه گیری خواهد شد.

اگر فاصله الکترود تحت تست X و الکترود جریان C افزایش یابد، این دو الکترود از ناحیه ی تاثیر گذاری بر یکدیگر خارج شده و دیگر هم پوشانی ندارند. در این شرایط منحنی پتانسیل یا ولتاژ، نسبت به نقطه ی O افقی تر می گردد. در اندازه گیری های عملی فاصله ی الکترودهای C تا X به قدری افزایش پیدا می کند که مقادیر اندازه گیری شده توسط الکترود P در سه نقطه ی مختلف، تقریبا برابر باشد. این سه نقطه شامل نقاط اول P و 5 متر دو طرف آن خواهد بود. به عنوان مثال اگر الکترود P در فاصله 10 متری از الکترود X قرار داشته باشد، ابتدا مقاومت اندازه گیری شده و سپس الکترود P به اندازه 5 متر جابجا می شود.

در آزمایش دوم الکترود P به اندازه ی 5 متر به الکترود تحت تست نزدیک خواهد شد. در تست سوم این الکترود 5 متر نسبت به نقطه ی اول خود دورتر خواهد شد. به عبارت دیگر الکترود P در فاصله های 5 و 10 و 15 متری الکترود تحت تست قرار داده شده و مقاومت اندازه گیری خواهد شد. اگر این مقادیر یکسان باشند، نتیجه تست قابل قبول می باشد. فاصله ی الکترود X تا P معمولا 0.68 فاصله ی الکترود X تا C است.

بخش a: اصل اندازه گیری بر اساس شرایط فرضی هم گن بودن خاک است. در حالتی که ناحیه ی تاثیرات الکترود تحت تست X با الکترود کمکی C هم پوشانی داشته باشد، تعیین محل الکترود P برای دست یابی به نتایج رضایت بخش دشوار خواهد بود.

بخش b: این بخش نشان دهنده ی تاثیر گرادیان ولتاژ هنگامی است که الکترودهای X و C به اندازه ی زیادی با یکدیگر فاصله دارند. فاصله ی الکترود P در این حالت قطعی نبوده و به راحتی قابل تعیین است.