مقاومت ویژه خاک:

اولین و اساسی ترین پارامتر در طراحی سیستم زمین، مقاومت ویژه خاک میباشد.

طبق تعریف مقاومت یک متر مکعب از خاک به ابعاد ۱×۱×۱ mمی باشد، که بین دو الکترود اندازه گیری می شود.

و واحد آن اهم- متر(Ω-m)می باشد.

مقاومت سیستم زمین و میزان گرادیان ولتاژ بستگی مستقیم به مقاومت ویژه خاک دارد.

ضریب هدایت الکتریکی مواد تشکیل دهنده سطح زمین در مقایسه با ضریب هدایت الکتریکی بالای فلزات خیلی پایین میباشد.

هدایت الکتریکی زمین بعهده نمکها و رطوبت بین این عایقهاست.

همچنین دانه بندی و نحوه پخش دانه ها و تراکم آنها نیز بر مقاومت ویژه تاثیر فراوان دارد.

داشتن اطلاعات کافی از مقاومت ویژه خاک و چگونگی تغییرات آن در اثر رطوبت، دما و عمق خاک، کمک شایانی در طراحی و بدست آوردن مقاومت مناسب و نگهداری آن در طول عمر تاسیسات خواهد داشت.

تعدادی از مقادیر تجربی مقاومت ویژه زمین برای زمینهای مختلف و بر حسب میزان بارندگی معمولی ( بیش از ۵۰mm در سال ) در جدول ۱ داده شده است.

فروش ویژه مایع کاهنده ارت ای-ار-اس(ERS)

جدول ۱ – ارقام تجربی برای زمین های مختلف

۴- ۱ مدل بندی خاک :

باید توجه داشت که خاک اغلب مناطق روی زمین یکنواخت نیست.

در مواردی که مقاومت ویژه خاک در عرض و عمق تغییرات محسوسی نداشته باشد می توان خاک را یکنواخت فرض کرد.

در مدل غیر یکنواخت برای آن یک مقاومت ویژه معادل و بصورت ظاهری در نظر گرفته می شود.

این مدل حالت خاصی از خاک می باشد که دارای لایه بندی نبوده و یکنواخت هم نیست.

اما در اغلب موارد خاک را به صورت چند لایه مدل می کنند.

زیرا تجربه نشان داده است در عمل خاک با حرکت در عمق به صورت لایه های به هم پیوسته بوده و می توان با اندازه گیری مقادیر مقاومت ویژه و عمق هر لایه را محاسبه نمود.

در بیشتر موارد و به منظور ساده شدن محاسبات خاک را بصورت دولایه مدل می کنند.

در این مدل لایه اول با مقاومت ویژه ρ۱ و عمق h و لایه دوم با مقاومت ویژه ρ۲ در نظر گرفته می شود.

فروش ویژه مایع کاهنده ارت ای-ار-اس(ERS)

۲-۴ عوامل موثر در مقاومت ویژه:

به غیر از ساختار ساختمانی خاک که ثابت بوده و به عوامل خارجی وابسته نیست، سه پارامتر مهم و اساسی در تغییرات مقاومت ویژه خاک نقش دارند.

این سه عامل عبارتند از:

دما،

رطوبت،

و نمک.

منحنی تغییرات مقاومت ویژه خاک بر حسب درصد این سه عامل برای یک نمونه از خاک در شکل ۲ دیده می شود .

شکل۲ – نمودار نحوه تاثیر گذاری میزان رطوبت، دما و نمک بر روی مقاومت ویژه

تغییرات مقاومت ویژه خاک دارای رطوبت بالای ۲۰ درصد بسیار کم ولی برای رطوبت پایین تر از ۲۰ درصد بسیار شدید است.

در مورد اثر دما روی مقاومت ویژه خاک همانگونه که در شکل دیده می شود رطوبت موجود در خاک در دمای پایین تر از صفر درجه یخ می زند و موجب افزایش شدید ضریب حرارتی مقاومت ویژه خاک می شود .

چون این ضریب منفی است با کاهش دمای خاک مقاومت ویژه آن بالا می رود و موجب افزایش مقاومت الکترود و اتصال زمین می شود.

به همین علت در پایان نصب سیستم زمین ، سطح زمین را باید با خرده سنگ به ضخامت ۱۰ سانتی متر پوشاند تا از سرعت تبخیر رطوبت در مواقع گرمی هوا بکاهد .

ترکیبهایی از نمک ها ، اسیدها و بازهای موجود در خاک روی مقاومت ویژه آن موثر است.

در شکل ۲ به طور نمونه اثر نمک روی مقاومت ویژه خاکی با ۳۰ درصد رطوبت نشان داده شده است.

با توجه به این مطلب گاهی برای کاهش و اصلاح مقاومت سیستم زمین اطراف الکترودهای مربوطه را با مواد شیمیایی کاهنده مقاومت تغذیه می کنند.

فروش ویژه مایع کاهنده ارت ای-ار-اس(ERS)

۵- اندازه گیری مقاومت ویژه خاک:

تعیین مقاومت ویژه برای طراحی سیستم زمین لازم و ضروری است.

یکی از روش هایی که برای اندازه گیری مقاومت ویژه خاک ارائه شده روش پیشنهادی دکتر ونر (Wenner) می باشد .

در این روش چهار الکترود با ابعاد کوچک مطابق شکل ۳ انتخاب نموده و با فاصله مساوی a از یکدیگر و به عمق h در یک خط به ترتیب قرار میگیرند.

مشروط بر اینکه قطر الکترودها و عمق دفن آنها بیش از ده درصد فاصله آنها باشد.

با ارسال جریان بین الکترودهای C1 و C2 ولتاژ بین الکترودهای P1 و P2 اندازه گیری می شود.

اکنون از رابطه زیر مقاومت ویژه خاک محاسبه می شود.

که درآن:
ρ مقاومت ویژه خاک (اهم-متر (
a فاصله بین دو الکترود مجاور ( متر (
h عمق الکترود (متر(
چنانچه h نسبت به a کوچک باشد  (h≪a) مانند حالتی که الکترودها در عمق کم قرار می گیرد رابطه ۲ بصورت زیر در می آید :

شکل ۳ – روش چهار نقطه ای ونر برای سنجش مقاومت ویژه خاک

مقادیری که برای سنجش مقاومت ویژه بدست می آیند عموما مقادیر ظاهری آن بوده و همانگونه که قبلا عنوان شد با توجه به ساختار واقعی خاک اطلاعاتی از عمق و مقدار مقاومت لایه های خاک (در صورتی که ساختار خاک یک لایه نباشد) بدست نمی دهند.

در حقیقت تصمیم گیری برای مدل لایه بندی خاک و حصول مقادیر پارامترهای آن بر عهده تیم یا شخص طراح می باشد.

مراحل سنجش در نواحی مختلف سایت و برای مقادیر مختلف a صورت می گیرد.

با توجه به این حقیقت که جریان اعمال شده تا عمق a در زمین نفوذ می کند، می توان با ثبت مقادیر سنجیده شده منحنی تغییرات مقاومت ویژه را بر حسب تغییرات a رسم نمود.

تفسیر منحنی بدست آمده و نحوه تغییرات آن می تواند مدل واقعی لایه های خاک را نشان بدهد.

در صورتی که مشخص شود که رفتار خاک دارای دو لایه است (که در اکثر مواقع نیز به همین گونه است)، با استفاده از روابط زیر می توان مقادیر پارامترها را محاسبه نمود:

که درآنρ_۱ مقاومت ویژه لایه اول،h عمق لایه اول و ρ_۲ مقاومت ویژه لایه دوم، ρ_a^c مقادیر مقاومت ویژه ظاهری محاسبه شده و k ضریب انعکاسی بوده و از رابطه ۴ بدست می آید:

باید توجه نمود که رابطه ۳ یک معادله غیر خطی با سه مجهول می باشد و بایستی از روشهای بهینه سازی گرادیان ریاضی برای محاسبه پارامترها استفاده نمود.

البته روشهای بهینه سازی حل معادلات غیر خطی با استفاده از الگوریتمهای تکاملی مانند الگوریتم GA و PSO نیز که سرعت و دقت بسیار بالایی دارند می توانند مفید واقع شوند.

فروش ویژه مایع کاهنده ارت ای-ار-اس(ERS)

در اینصورت برای حل مسئله نیاز به یک تابع برازش (معیار) خواهد بود. بطور مثال رابطه زیر پیشنهاد می شود:

در رابطه فوق، ρ_ai^mمقاومت ویژه ظاهری iام سنجیده شده توسط روش ونر با فواصل ai ،

ρ_ai^c مقاومت ویژه محاسبه شده برای فواصل مشابه و M تعداد آزمایشات می باشد.

حال برای حل مسئله کافیست F_G مینیمم شود.

شکل ۴ یک نمونه عملی از محاسبه و سنجش مقاومت ویژه را برای خاک سه لایه نشان می دهد.

در این شکل نقاط مشخص شده مربوط به مقادیر سنجیده شده به روش ونر و منحنی روی آن نحوه تغییرات محاسبه شده را نشان می دهد.

فروش ویژه مایع کاهنده ارت ای-ار-اس(ERS)

شکل ۴  پروفیل مقاومت ویژه نسبت به فاصله الکترودها برای خاک سه لایه

۵- ۱ نکات مهم در سنجش مقاومت ویژه:

– بهترین روش برای اندازه گیری استفاده از دستگاههای پرتابل دیجیتال است که مستقیما با دادن فاصله a به دستگاه و اتصال پروبها، مقدار مقاومت ویژه را نشان می دهد.

همچنین اکثر این دستگاهها قابلیت ثبت و چاپ اطلاعات را دارند.

– با توجه به اینکه نقطه نوترال شبکه های برق فشار ضعیف به زمین وصل میباشد، به منظور عدم تداخل در جریانهای اندازه گیری می بایست از منابع ایزوله شده مانند باطری یا ژنراتور پرتابل استفاده نمود.

– برای سنجش بایستی از جریان AC استفاده نمود.

با توجه به خاصیت الکترولیتی زمین در زمان جذب رطوبت و املاح موجود در آن، با عبور جریان مستقیم، مواد شیمیایی موجود در این الکترولیت یونیزه شده و یونهای مثبت به سمت الکترود منفی و یونهای منفی به سمت الکترود مثبت خواهد رفت.

و با تجزیه شدن هیدروژن موجود در خاک باعث بوجود آمدن حبابهای ریز در اطراف الکترود شده و لایه ای عایق را در اطراف الکترود بوجود می آورد.

بنابراین مقدار سنجیده شده کاملا اشتباه خواهد بود.

– در موقع اندازه گیری کابلهای مورد استفاده بایستی کاملا از روی قرقره باز شوند، زیرا در غیر اینصورت امپدانس سیم های پیچیده شده قرائت را دچار اشتباه می کند.

۶- ملاحظات ایمنی و تحقیق درباره خصوصیات و ویژگیهای بدن با توجه به اینکه ایمنی به عنوان مهمترین مسئله در طراحی و نصب سیستمهای زمین مطرح است، دو معیار اساسی در این خصوص بایستی مدنظر قرار گیرد:

– فراهم نمودن شرایطی مناسب جهت پراکنده کردن جریانهای الکتریکی در زمین، بدون تجاوز از حدود کارکرد تجهیزات.

– مطمئن شدن از اینکه برای اشخاصی که در اطراف سیستم زمین شده هستند، خطر برق گرفتگی وجود نداشته باشد و تحت افزایش ولتاژهای زمین قرار نگیرند.

البته علاوه بر دو معیار فوق طراحان سیستم های تاسیسات الکتریکی بایستی تدابیری را برای رفع سریع خطاهای زمین بیاندیشند.

در این رابطه بایستیتجهیزات و رله های تشخیص و رفع سریع خطا نصب شوند.

به عنوان نمونه می توان به RCD یا رله تشخیص جریان پسماند به عنوان ساده ترین وسیله در تاسیسات فشار ضعیف اشاره نمود.

منبع:fh-co.ir