تعریف مقاومت زمین برای یک الکترود ارت
مقاومت زمین یک الکترود ارت عبارت است از مقاومت بین الکترود مورد نظر و یک الکترود
ارت کمکی که در فاصله دور قرار دارد و مقاومت آن صفر فرض می شود. با این تعریف
مقاومت زمین یک الکترود ارت از سه بخش زیر تشکیل شده است:
- مقاومت خود الکترود و اتصالات آن
- مقاومت ناحیه اتصال بین الکترود و خاک
- مقاومت خاک از سطح خارجی الکترود تا زمین دور (الکترود کمکی)
دو مورد اول معمولا در مقایسه با مورد سوم ناچیز بوده و در مقاصد علمی قابل چشم پوشی می باشند، اما مورد سوم باید با دقت مناسبی مورد توجه قرار گیرد.
مطابق شکل (1) مقاومت خاک اطراف یک الکترود زمین، مجموع مقاومت های سری لایه های مجازی زمین است که اطراف الکترود قرار گرفته اند. نزدیک ترین لایه به الکترود، کمترین سطح محیطی یا سطح مقطع و لذا بیشترین مقاومت را دارد. لایه های بعدی به تدریج سطح مقطع بزرگتر و در نتیجه مقاومت کمتری خواهند داشت.
پس تا به اینجا مشخص گردید که مقاومت زمین یک الکترود ارت به شدت تحت تاثیر میزان مقاومت خاک اطراف آن است. لذا اندازه گیری مقاومت خاک پارامتر بسیار مهمی در زمان طراحی سیستم ارت به شمار می رود. داشتن آگاهی از میزان مقاومت خاک و چگونگی تغییر این مقاومت در اثر پارامترهائی چون دما، رطوبت و ترکیبات شیمیایی خاک، این بینش را به ما می دهد که چگونه میزان مقاومت تعریف شده برای یک سیستم ارت، با کمترین میزان هزینه قابل طراحی و اجرا است.
آگاهی از میزان مقاومت خاک در موارد دیگری همچون بررسی میزان خورندگی خاک و انتخاب جنس مناسب جهت الکترودهای ارت و همچنین یافتن محل مناسب جهت اجرای سیستم ارت، نیز بسیار مفید است.
مقاومت خاک با پارامتری تحت عنوان میزان مقاومت مخصوص خاک(ρ) تعریف می گردد و واحد آن Ω.m ( و یا Ω.Cm ) می باشد.
بررسی عوامل مؤثر بر میزان مقاومت مخصوص خاک
سه عامل مؤثر بر میزان مقاومت مخصوص خاک همانطور که قبلا نیز نامبرده شد عبارتند از :
- نوع خاک و ترکیبات شیمیایی آن
- میزان رطوبت نسبی خاک
- دمای خاک
در جدول شماره (1) میزان مقاومت مخصوص آب دریا و چند نوع خاک و همچنین یخ آورده شده است.
جدول شماره (1) : مقدار مقاومت مخصوص خاک در مواد مختلف
نوع خاک یا آب | میزان مقاومت مخصوص نرمال((Ωm | محدوده میزان مقاومت مخصوص(Ωm) |
آب دریا | 2 | 0.1 to 10 |
خاک رس | 40 | 8 to 70 |
ترکیب خاک رس و ماسه | 100 | 4 to 300 |
سنگ رسی و سنگ ماسه | 120 | 10 to 100 |
زغال سنگ، خاک کشاورزی و لجن | 150 | 5 to 250 |
آب دریاچه و نهر | 250 | 100 to 400 |
ماسه | 2000 | 200 to 3000 |
ترکیب خاک و یخ | 3000 | 40 to 10000 |
سنگ ریزه | 15000 | 3000 to 30000 |
سنگ گرانیتی | 25000 | 10000 to 50000 |
یخ | 100000 | 10000 to 100000 |
میزان رطوبت خاک یک پارامتر بسیار تاثیر گذار بر میزان مقاومت مخصوص خاک است و باعث می شود که اندازه گیری میزان مقاومت مخصوص خاک در فصول خشک عددی متفاوت از دیگر فصلها بدست دهد. نکته مهمی که با دقت به اعداد جدول شماره (2) نیز قابل استنباط است اینکه، میزان مقاومت مخصوص خاک در رطوبت نسبی کمتر از 20% به شدت افزایش می یابد اما با افزایش این میزان رطوبت به فراتر از 20% تاثیر چندانی در کاهش مقاومت مخصوص خاک مشاهده نمی شود.
جدول شماره (2) : اثر رطوبت بر میزان مقاومت مخصوص خاک
درصد رطوبت نسبی | مقاومت مخصوص خاک رس مخلوط با ماسه((Ωm |
0 | 10000000 |
2.5 | 1500 |
5 | 430 |
10 | 185 |
15 | 105 |
20 | 63 |
30 | 42 |
در جدول شماره( 3) نیز تاثیر میزان دما بر روی ترکیبی از خاک رس و ماسه با میزان رطوبت نسبی 15% نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می کنید با کاهش دما بخصوص در محدوده دمای صفر درجه و پائین تر میزان مقاومت مخصوص به میزان چشمگیری افزایش می یابد.
جدول شماره (3) : اثر دما بر میزان مقاومت مخصوص خاک
دما °C | مقاومت مخصوص ((Ωm |
20 | 72 |
10 | 99 |
0 آب | 138 |
0 یخ | 300 |
-5 | 790 |
-15 | 3300 |
روشهای مختلفی جهت اندازه گیری میزان مقاومت مخصوص خاک وجود دارد که متداولترین آنها روش چهار الکترود است که به روش Wener معروف است و در بخش بعدی نحوه انجام اندازه گیری به این روش توضیح داده شده است.
