انواع روش های اندازه گیری مقاومت زمین با ارت سنج

در برخی از موارد ممکن است سیستم های الکتریکی به دلیل مشکلات و نواقص به وجود آمده در آن‌ها و همینطوربر اثر برخورد صاعقه دچار مشکل شوند و با بدنه تجهیزات الکتریکی اتصال کوتاه برقرار شود. این امر باعث شود تا افرادی که با این تجهیزات الکتریکی کار می‌کنند دچار سانحه و برق گرفتگی شوند. در واقع قطعات فلزی که دارای اتصال به زمین نیستند، ممکن است بر اثر عوامل گوناگون به حالت فاز و رسانای جریان در می‌آیند و افرادی که با آن قطعات در تماس هسند ممکن است آسیب ببینند.

بنابراین در اینجا مفهوم ارتینگ مناسب (سیتم اتصال به زمین) بسیار اهمیت پیدا می‌کند تا با وجود آن از برقراری اتصال کوتاه و ورود جریان ناخواسته به بدنه تجهیزات الکتریکی جلوگیری شود. به همین دلیل قصد داریم تا در این مقاله از سایت درخشش الکتریک شما را با انواع روش های اندازه گیری مقاومت زمین با دستگاه ارت سنج آشنا کنیم. اما در ابتدا لازم است تا با اصول کلی اندازه گیری مقاومت زمین آشنا شوید. پس تا انتهای این مقاله همراه ما باشید.

مقاومت زمین چگونه اندازه گیری می شود؟

مقاومت زمین به‌طور کلی به دو بخش تقسیم می‌شود: مقاومت الکترود زمین و مقاومت خاک. مقاومت خاک قبل از شروع ساخت الکترود و به منظور تعیین مشخصات آن و محل ساخت الکترود اندازه گیری می شود. اما مقاومت الکترود برای اطمینان از ایمنی افراد و عملکرد صحیح دستگاه ها اندازه گیری می شود.

انجام این فرایند با قرارگیری الکترود درون خاک و در نزدیکی چندین سازه که نیاز به برقراری سیستم اتصال به زمین دارند آغاز می‌شود. جنس این الکترودها معمولاً از موادی مانند مس، فولاد یا آهن گالوانیزه است. نوع الکترودی که برای اندازه گیری مقاومت زمین انتخاب می‌شود به ویژگی‌های سیستم الکتریکی و مقاومت خاک بستگی دارد. همچنین برای اندازه گیری مقاومت زمین، برند و مدل دستگاه ارت تستر یا ارت سنج شما نیز دارای اهمیت فراوان است. شما باید خرید ارت سنج را از سایت ها و فروشگاه‌های معتبر انجام دهید که ضمانت کالا هم داشته باشند.

نکاتی درباره مقاومت زمین و عوامل تأثیرگذار بر آن

عوامل مختلفی مانند ترکیب خاک، دما، رطوبت و عمق الکترود بر مقاومت زمین تأثیر می گذارد. همچنین مقاومت ویژه خاک، مقاومت یک متر مکعب خاک است که بین دو الکترود مسطح اندازه گیری می شود. مقاومت ویژه خاک به نوع مواد تشکیل دهنده خاک بستگی دارد. بنابراین این مقاومت در هر نقطه از زمین متفاوت است. از طرفی باید گفت 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.

روش های اندازه گیری مقاومت زمین

بسته به نوع سیستم الکتریکی و همینطور نوع سازه مانند محیط مسکونی، صنعتی، شهری یا روستایی روش‌های گوناگونی جهت اندازه گیری مقاومت زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد. به‌طور کلی چهار متغیر وجود دارد که بر مقاومت زمین تأثیرگذار هستند که شامل ترکیب خاک، میزان رطوبت خاک، دمای خاک و عمق قرارگیری الکترود در زمین است.

بنابراین میزان مقاومت زمین می‌تواند از یک اهم تا هزاران اهم متغیر باشد. شناسایی خاک و همینطور اندازه‌گیری‌های مختلف نشان می‌دهد که مقاومت ویژه خاک به نوع خاک منطقه بستگی دارد. باید توجه داشت که قبل از اندازه گیری مقاومت زمین در ابتدا باید بیشترین مقدار صحیح برای سیستم اتصال به زمین اندازه گیری شود. به‌طور کلی شش روش برای اندازه گیری مقاومت زمین وجود دارد که شامل موارد زیر هستند:

۱- روش چهار نقطه‌ای یا ورنر
۲- روش افت پتانسیل
۳- روش دو الکترودی (زمین مرده)
۴- روش تست گیره یا فرکانس القایی
۵- روش شیب
۶- روش ستاره دلتا

در ادامه به توضیح هر یک از این روش ها خواهیم پرداخت. بنابراین خواندن ادامه مطلب را به هیچ عنوان از دست ندهید.
 

۱- روش چهار نقطه‌ای (روش ورنر)

همانند روش افت پتانسیل در این روش نیز از چهار الکترود استفاده می‌شود که در امتداد یک خط مستقیم در فواصل مساوی به زمین هدایت می‌شوند. دو الکترود مرکزی الکترودهای جریان هستند و دو الکترود بیرونی الکترودهای پتانسیل هستند. همچنین باید توجه کنید که فاصله الکترودها از یکدیگر به‌طور مشخصی باشند که معمولاً 20 سانتی متر، 50 سانتی متر یا 100 سانتی متر است. جریانی که به زمین منتقل می‌شود، یک میدان الکتریکی متناسب با چگالی آن و مقاومت خاک ایجاد می کند که معیار مشخصی از مقاومت زمین را ارائه می دهد.

در این روش پس از قرار گیری الکترودها در خاک باید دستگاه ارت سنج یا ارت تستر به الکترودها متصل شود. دستگاه ارت سنج مقاومت بین الکترودهای جریان و الکترودهای پتانسیل را اندازه گیری می کند و پس از اندازه‌گیری‌ها نتایج را روی صفحه نمایش می‌دهد. شما می‌توانید این فرایند را در بخش های مختلف زمین انجام دهید تا اطالعات دقیقی از مقاومت خاک به دست آورید.

۲- روش افت پتانسیل در اندازه گیری مقاومت زمین

روش افت پتانسیل یکی از رایج‌ترین روش های اندازه گیری مقاومت زمین است که بر اساس استاندارد معتبر بین المللی (IEEE 81-2012) استوار است. این روش مبتنی بر ایجاد مسیری برای جریان الکتریکی و اندازه گیری ولتاژ بخشی از آن مسیر و سپس تقسیم ولتاژ بر جریان و یافتن مقاومت است. اندازه گیری ها توسط دستگاه ارت سنج و بر روی صفحه نمایش آن، نشان داده می‌شود.

عموماً از این روش برای سازه‌های خطوط انتقال استفاده می‌شود و معمولاً در آن از چهار الکترود استفاده می‌شود. همچنین در این روش مقاومت زمین با استفاده از قانون اهم محاسبه می‌شود. روش افت پتانسیل بسیار مطمئن و معمولاً برای سیستم‌های زمینی بزرگ مناسب است. همچنین باید افزود که در این روش حداقل فاصله بین الکترود زمین مورد آزمایش تا آخرین میله باید 5 برابر حداکثر بعد الکترود باشد. در برخی از دستگاه های ارزان قیمت یک فاصله مشخص (5-10 متر) ذکر شده است که فقط برای الکترودهای بسیار کوچک خوب است و همیشه نمی تواند دقیق باشد.

۳- روش دو الکترودی (زمین مرده)

روش زمین مرده یا روش دو الکترود یکی از روش‌های اندازه‌گیری مقاومت زمین است که در مواقعی که منطقه اندازه گیری کوچک است و فضای کافی برای برای وجود الکترودهای اضافی دیگر وجود ندارد به کار گرفته می‌شود. با این روش، مقاومت دو الکترود به صورت سری با اتصال پایانه های P1 و C1 به الکترود زمین مورد آزمایش اندازه گیری می شود. P2 و C2 به یک نقطه زمین کاملاً فلزی جداگانه (مانند لوله آب یا فولاد ساختاری) متصل می شوند. روش زمین مرده ساده ترین راه برای به دست آوردن مقاومت زمین است. اما دقت آن از روش‌های دیگر کم‌تر است. این روش برای آزمایش سریع اتصالات و هادی ها بین نقاط اتصال مؤثرتر است.

۴- روش تست گیره یا فرکانس القایی

یکی دیگر از روش های اندازه گیری مقاومت زمین استفاده از روش تست گیره یا فرکانس القایی است. تست گیره یکی از روش های ساده‌ی اندازه گیری مقاومت زمین است که به الکترودهای آزمایشی اضافی نیاز ندارد. از این رو این روش به عنوان روش آزمایش زمین بدون پایه نیز شناخته می شود. برای اندازه گیری مقاومت زمین، دو گیره در اطراف الکترود قرار می گیرند که در آن مقاومت زمین آزمایش می شود. یکی از گیره ها ولتاژی را در الکترود القا می کند و دیگری جریان عبوری از زمین را اندازه گیری می کند. بر اساس اندازه گیری جریان و ولتاژ، مقاومت زمین را می توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد.

این روش در صورت وجود مسیر مقاومت سری موازی بسیار موثر است. به عنوان مثال، برای سیستمی با شبکه زمین موازی که در آن فرد می خواهد مقاومت زمین Rx را به موازات n الکترود زمین اندازه گیری کند، تستر بر روی الکترود مورد آزمایش ثابت می شود. هنگامی که یک ولتاژ القا می شود، تمام جریان از طریق الکترود آزمایش می گذرد و به صورت موازی بین الکترودهای باقی مانده تقسیم می شود.

۵- روش شیب

از جلمه روش های دیگری که برای اندازه گیری مقاومت زمین استفاده می‌شود، روش شیب است. روش شیب اغلب برای اندازه گیری مقاومت زمین در سیستم های بزرگ و پیچیده مانند نیروگاه‌ها استفاده می‌شود. این روش شامل اندازه گیری مقاومت در سیستم های زمین مختلف برای جداسازی الکترودهای ولتاژ است که امکان محاسبه مقاومت بهینه را فراهم می کند. این روش شامل اندازه گیری مقاومت چندگانه بین الکترود زمین و الکترود پتانسیل است. مقاومت اندازه گیری شده بر روی نموداری رسم می شود که از آن می توان مقدار مقاومت را بدست آورد.
 

۶- روش ستاره دلتا

روش ستاره یا مثلث دلتا بیش‌تر در مناطقی که سیستم‌های بزرگ دارند یا زمین‌های سنگی که ممکن است قرار گیری الکترودها در آن‌ها با مشکل مواجه شود پر کاربرد است. در این روش از سه الکترود آزمایشی در گوشه‌های یک مثلث متساوی الاضلاع با سیستم زمین در مرکز استفاده می‌شود. در واقع این الکترودها در فاصله مساوی از الکترود زمین قرار می گیرند و با زاویه 120 درجه بین آنها جابه جا می شوند و در نتیجه یک مثلث متساوی الاضلاع را تشکیل می دهند.

الکترود زمین از سیستم جدا می‌شود و یک سری اندازه گیری مقاومت بین تمام جفت الکترودهای آزمایش انجام می شود. مقاومت اندازه گیری شده مجموع مقاومت های هر یک از الکترودها و زمین است. برای مثال، اگر مقاومت زمین تحت آزمایش "E" R1 و مقاومت الکترودهای آزمایش (P2، P3، و P4) به ترتیب R2، R3 و R4 باشند، مقاومت‌های اندازه‌گیری شده بین "E" و هر یک از P2 ، P3 و P4 به ترتیب R1 R2، R1 R3 و R1 R4 خواهند بود. در مجموع شش اندازه گیری مقاومت بین الکترودها انجام می شود (R12، R13، R14، R23، R34، و R42)، و مقاومت زمین R1 را می توان با استفاده از فرمول های زیر محاسبه کرد:

R1 = 1/3 [(R12 + R13 + R14) – (R23 + R34 + R42)/2]
R1 = 1/2 (R12 + R13 – R23)
R1 = 1/2 (R12 + R14 – R42)
R1 = 1/2 (R13 + R14 – R34)

اگر نتایج اولین معادله با سه مورد دیگر مطابقت داشته باشد، شرایط رضایت بخشی برای اندازه گیری وجود دارد. در غیر این صورت، یکی از الکترودهای آزمایشی با حوزه نفوذ الکترود زمین مورد آزمایش همپوشانی داشته است. در صورت اندازه گیری نادرست، اپراتور باید تست ها را دوباره انجام دهد.

چگونه مقاومت زمین را کاهش دهیم؟

شما می‌توانید با استفاده از روش‌های مختلفی میزان مقاوت زمین را کاهش دهید که در ادامه به معرفی برخی از آن‌ها خواهیم پرداخت.

۱- برای حفظ مقاومت خاک، به طور مرتب نقطه اتصال به زمین را آبیاری کنید.

۲- می توانید با افزایش ضخامت یا سطح میله ای که برای اتصال به زمین استفاده می شود، مقاومت زمین را حفظ کنید.

۳- مقاومت زمین را می توان با قرار دادن الکترود زمین در عمق بیشتر کاهش داد.

۴- استفاده از ترکیباتی مانند نمک، زغال سنگ، مارکونیت و بنتونیت می تواند به حفظ مقاومت خاک کمک کند.

سخن پایانی

امیدواریم آنچه که در این مقاله بیان شد توانسته باشد شما را با انواع روش های اندازه گیری مقاومت زمین آشنا کرده باشد. برای اندازه گیری مقاومت زمین علاوه بر آشنایی با انواع روش های آن حتما باید با دستگاه ارت تستر یا ارت سنج نیز آشنا باشید تا بتوانید به درستی میزان مقاومت زمین را اندازه گیری کنید. باید افزود که شما می‌توانید انواع ابزارهای اندازه گیری دقیق مانند دورسنج، مولتی متر و... را از سایت درخشش الکتریک تهیه نمائيد. اما توصیه می‌کنیم پیش از خرید مولتی متر حتما مقاله‌ی همه آنچه که باید درباره مولتی متر و انواع آن بدانید را مطالعه کنید.