طريقة قياس مقاومة التأريض

تُعرف مقاومة التأريض بأنها المقاومة المقاسة بالأوم بين الإلكترود الأرضي والكتلة العامة للأرض. ويعتبر الصفر هو القيمة المثالية للمقاومة الأرضية، إلا أنه عمليًا يصعب الوصول إلى قيم أصغر كثيرًا من أوم واحد، وهذه القيم المنخفضة ليست ضرورية في كثير من الحالات. وفي هذا المقال شرح طريقة حساب مقاومة التأريض. والقيم الموصى بها والعوامل المؤثرة فيها.

طريقة حساب مقاومة التأريض

تعتبر طريقة هبوط الجهد (fall of—potential) هي الطريقة الأكثر استخدامًا لقياس مقاومة الأرضي، ويتم الفحص بهذه الطريقة وموصل التأريض الرئيسي منفصل عن قضيب التأريض أو أي دائرة، وتتم هذه العملية قبل توصيل خدمة التيار الكهربائي للمستهلك. ويسمى جهاز قياس مقاومة الأرض Earth tester.

يعد الإلكترود المراد قياس مقاومته هو المرجع، ويستخدم إلكترودان مساعدان آخران، طول كل منهما 60 سم، ويدفنان في الأرض لعمق يتراوح من 30- 60 سم، حيث يستخدم أحدهما لقياس التيار C، والآخر لقياس الجهد P.

يتم تمرير تيار متردد (I) عبر القطب الخارجي C ويتم قياس الجهد عن طريق قطب كهربائي داخلي P، عند نقطة وسيطة بينهما. ويقوم الجهاز بإيجاد مقاومة الأرضي بقسمة الجهد على التيار وفق قانون أوم

يوضع الكترود التيار C على بعد 30-50 متر من إلكترود التأريض، ويوضع إلكترود الجهد (P) في منتصف المسافة بينن الكترود التأريض والكترود التيار، ويؤخذ قياس الأرضي، ثم يحرك الكترود الجهد لمسافة 5م من موضعه الأصلي، ويؤخذ القياس، ثم لمسافة 5م من موضعه الأصلي في الاتجاه الآخر ويؤخذ القياس. اذا كانت القياسات متفقة فيما بينها وبالحدود المقبولة يتم حساب المتوسط، ويكون هو الناتج النهائي

إذا كانت القيم بعيدة عن القراءة السابقة بنسبة أكبر من %30، فإنه يلزم حينها زيادة المسافة بين الإلكترود الأصلي وباقي الإلكترودات المساعدة.

وفي حال اتصل أكثر من إلكترود (على التوازي)، فإن قراءة الجهاز تمتل حينها المقاومة الكلية لنظام التأريض متعدد
الإلكترودات.

يبين الجدول التالي المسافة بين الكترود التأريض وكل من الكترود الجهد والتيار بالإعتماد على طول إلكترود التأريض.

عمق الإلكترود (م)	مسافة الكترود الجهد (م)	مسافة الكترود التيار (م)
2	15	25
3	20	30
6	25	40
10	30	50

لقياس مقاومة الأرضي بدقة يجب ان ننتبه الى أن الكترود التيار والأرضي لا يتداخل أحدهما في مجال الاخر حيث لكل منهما مجاله الخاص، ويجب أن يكون إلكترود الجهد بين المجالين وأن لا يكون متدخل في مجال الاخر

يجب إجراء قياسات للتأكد من أن أقطاب (الكترودات) الاختبار موضوعة بالفعل بعيدًا بما يكفي للحصول على قراءة صحيحة. يُنصح بإجراء هذا الفحص وأخذ ثلاث قراءات، الأولى في المكان الذي تم اختياره، وأيضًا قياسين إضافيين:
1- يتم نقل قطب الجهد (P) 10 ٪ بعيدا عن موضعه الأصلي.
2- يتم نقل قطب الجهد أقرب من موضعه الأصلي بمسافة 10٪، كما هو موضح في الشكل.

إذا كان قيمة هذان القياسان الإضافيان متفقان مع القياس الأصلي، ضمن مستوى الدقة المطلوب، فعندئذٍ تكون القراءة صحيحة ويمكن الحصول على قيمة مقاومة الأرضي عن طريق حساب متوسط ​​النتائج الثلاثة بجمعها وقسمة الناتج على 3.

في حالة وجود اختلاف كبير بين أي من هذه النتائج الثلاث، فمن المحتمل أن الكترودات الاختبار تم وضعها بشكل غير صحيح، إما أنها قريبه جدا من نظام التأريض الذي يتم اختباره، أو قريبة جدًا من بعضها البعض أو قريب جدًا من هياكل أخرى تسبب تداخل وخطأ في النتائج. يجب إعادة وضع الألكترودات على مسافة أكبر أو في اتجاه مختلف وتكرار القياسات الثلاثة. يجب تكرار هذه العملية حتى يتم الحصول على نتيجة صحيحة.

يجب الانتباه الى أن تكون الالكترودات على خط مستقيم واحد، وأن تربة الارض متجانسة.

قيم مقاومة التأريض الموصى بها

قيمة المقاومة اللازمة تتناسب عكسيًا مع حجم تيار القصر المتوقع، فكلما كان هذا التيار المتوقع كبيرًا وجب أن تكون المقاومة المطلوبة صغيرة. وعموما فمن شروط الأرضي الجيد أن تكون مقاومته أقل ما يمكن وتتراوح عادة بين 1- 5 أوم.

إلا أن الحصول على مثل هذه القيم في تربة ذات مقاومة نوعية عالية لا يمكن الوصول إليه إلا باستخدام عدد كبير من الأقطاب الأرضية، وهذا يعني تكلفة عالية، لذا قد يكون من الضروري حساب أعلى قيمة مقاومة تسمح بمرور تيار العطل وتكون قيمتها في نفس الوقت كافية لاشتغال جهاز الحماية (الريلاي Relay) لعزل الدائرة الكهربية التي بها العطل.

وعليه، كلما كانت التركيبات بقيمة منخفضة لتيار الخطأ الأرضي، فأنها لا تتاج إلى قيم منخفضة لمقاومة التأريض. وعليه فإن مقاومات التأريض من (1-5) أوم تكون مناسبة لنظم التأريض في المباني والتركيبات الصناعية والتجارية الكبيرة وفي تأريض أنظمة الطاقة الشمسية، وقد يتطلب الوصول إلى هذه القيم المنخفضة استخدام أكثر من قطب تأريض على التوازي.

أما في حالة تأريض نظم التيار الخفيف في المبنى، فيتم استخدام نظام تأريض ذات مقاومة لا تزيد عن 0.5 أوم، بينما يجب في المستشفيات تأريض المعدات الطبية بنظام تأريض منفصل وبمقاومة أرضي أقل من 0.5 أوم.

ومن 0.5 إلى 1 أوم لمحطات الكهرباء الفرعية وأبراج الاتصالات، وأقل من 10 أوم لأنظمة الحماية من الصواعق.

العوامل المؤثرة في التأريض

تأريض النظام أو المعدات داخل المبنى يعنى توصيلها جيدُا بالأرض والتأكد من أن قيمة مقاومة نظام التأريض أقل من القيمة التي تم التصميم بناءًا عليها، حتى يكون قادرًا على تحمل أقصى تيار خطا أرضى دون حدوث انهيار في قيمة المقاومة إلى الأرض وأن يظل موصل التأريض المدفون في الأرض والتي تريط ما بين المعدات وقطب التأريض قادرين على تحمل تيار الخطأ الأرضي (تيار انهيار العزل)، ومن هذه العوامل:

1. حجم وشكل موصل التأريض.
2. طبيعة الأرض التي يوجد بها الموصل.
3. طريقة ربط النظام بهذا الموصل.

كما يجب مراعاة كثافة التيار على سطح قطب التأريض وتوزيع الجهد على سطح الأرض في المنطقة.

طرق خفض مقاومة الأرضي

1- المعالجة الكيميائية للتربة: حيث تستخدم كبريتات المغنيسيوم، أو كبريتات النحاس، بينما يعد كلوريد الصوديوم
(الملح العادي) الذي يخلط مع الفحم، أو كبريتات المغنيسيوم الأكثر استعمالًا؛ لأنها تجمع بين الثمن الرخيص، والتأثير الكهربائي العالي، والتأثير الضعيف على تآكل إلكترود التأريض.

2- استخدام عدد إضافي من قضبان الأرضي (الإلكترودات) Spikes، وربطها معا على التوازي:
القضيب الثاني يخفض مقاومة الأرضي بنسبة %60.
القضيب الثالث يخفض مقاومة الأرضي بنسبة %40 (توضع القضبان الثلاثة على رؤوس مثلث متساوي الأضلاع، طول كل ضلع فه يساوي طول أي قضيب منها).
القضيب الرابع يخفض مقاومة الأرضي بنسبة %33.

3- غرز القضبان على عمق أكثر يعمل على تخفيض مقاومة الأرضي.
4- زيادة طول إلكترود التأريض يعمل على تخفيض مقاومة الأرضي.
5- زيادة قطر قضيب التأريض له تأثير جرئي وقليل على تخفيض مقاومة الأرضي.

قياس المقاومة النوعية للتربة

يتم قياس المقاومة النوعية للتربة ياستخدام أربعة إلكترودات، مصنوعة من مادة موصلة، وتكون صغيرة الحجم، وتغرس في التربة على استقامة واحدة، عادة ما يكون طولها سم، وتكون متباعدة بشكل متساو (يجب أن تكون المسافة حوالي 30م بين كل إلكترود وآخر، ولا تقل عن 20 ضعف مسافة غرس الإلكترود في التربة).

ويتم استخدام المعادلة التالية:

ρ=2×π×A×R

حيث أن:
ρ المقاومة النوعية للتربة. (أوم. سم)
A المسافة بين الإلكترودات بالسنتمتر .
π عدد ثابت (3.14) .
R مقاومة التربة بالأوم.