บทท 2 ทฤษฏทเกยวของ

2.1 ทฤษฎฟาผา [1] ฟาผา เปนปรากฏการณทเกดขนในบรรยากาศอนเกดจากการคายประจไฟฟาทสะสมใน

กอนเมฆ เพยงแตการเกดฟาผาไมตองมแทงตวน า การสะสมของประจทมขวตางกนเปนผลท าใหเกดสนามไฟฟาระหวางกลมประจเหลานน เมอประจมการสะสมจ านวนมากท าใหความเครยด สนามไฟฟาเพมสงขน เกนคาความคงทนของอากาศตอแรงดนไฟฟา ท าใหเกดการคายประจขน อนเปนจดก าเนดของการเกดฟาผาขน การคายประจอาจเกดขน ระหวางกอนเมฆ หรอ ระหวางกอนเมฆ กบพนโลก ซงเรยกปรากฏการณ นวา "ฟาผา" อนเปนปรากฏการณทเกยวของกบความเปนไปของชวตมนษยบนโลกตลอดเวลา

2.2 การเกดฟาผา [1] รายละเอยดของกระบวนการกลไกการแยกของประจทแนชดถกตองแทจรงนน ยงไมทราบ

แนชด แมจะมหลายทฤษฎทอธบาย วาฟาผาเกดขนไดอยางไรโดยสรปจากทฤษฎตางๆนน จะอธบายถงประจอสระสะสมในกอนเมฆนน เกดจากการเสยดสระหวางกระแสลมของพายกบละอองไอน าหรอกอนเมฆทอยภายในบรรยากาศ ท าใหละอองน ามประจเปนลบ และอากาศมประจบวก เมอกระแสลมพดขนสเบองบน ท าใหสวนบนของกอนเมฆมประจบวกสวนละอองน ามประจลบนน ถกพดพาขนเบองบนกระทบกบความเยนเบองสง จงกลนตวจงเคลอนลงสสวนลางของกอนเมฆ ท าใหสวนลางของกอนเมฆมประจลบ ถาเกลดน ามน าหนกเกนทอากาศจะพยงตวกจะตกลงสพนโลก การกระจายตวของประจบวกและประจลบในกอนเมฆ จะมการเคลอนตวตามกระแสลม ประจทสะสมอยในกอนเมฆ ซงมทงประจบวกและลบจงท าใหเกดสนามไฟฟาขนระหวางกลมประจบวกกบประจลบ หรอท าใหเกดประจเหนยวน าขนทพนโลกเกดความเครยดสนามไฟฟาสงขน เมอประจสงสะสมมากขน ถาความเครยดสนามไฟฟาสงขนถงคาวกฤต ท าใหเกดการเบรกดาวนขน คาความเครยดสนามไฟฟาวกฤตของอากาศ ทสภาวะบรรยากาศมคาประมาณ 25-30 kV /cm แตในกอนเมฆทอยระดบสงเหนอพนโลกมความดนบรรยากาศต า ความเครยดสนามไฟฟาวกฤตประมาณ 10 kV /cm กสงพอทจะท าใหเกดการดสชารจได ฉะนนเมอจดใดๆในกอนเมฆม

9

ความเครยดสนามไฟฟาถงจดน ก เปนจดเรมตนของการเกดฟาผา ประจจากกอนเมฆจะดสชารจลงสพนโลกไดดวยความเรวประมาณ 1 ใน 10 ของความเรวแสง คอประมาณ 30,000 กโลเมตรตอวนาท ประจดสชารจลงสพนโลกเปนล าแสงจาน เรยกวา "ล าฟาผา " (Main Stroke) และมกระแสมากมายไหลผานตามล าฟาผานในชวงระยะเวลาอนสน เรยกวา "กระแสฟาผา"

2.3 ลกษณะฟาผาพนโลก [1] ลกษณะของการเกดฟาฝา จ าแยกได 4 แบบ คอ 1. ฟาผาภายในกอนเมฆ ฟาผาแบบนเกดมากทสด และท าใหเมฆเปลงแสงกระพรบทคน

ไทยเราเรยกวา “ฟาแลบ” นนเอง 2. ฟาผาจากเมฆกอนหนงไปยงอกกอนหนง 3. ฟาผาจากเมฆลงสพน เปนการปลดปลอยประจออกจากกอนเมฆจงเรยกวา ฟาผาแบบลบ

ซงเปนฟาผาทอนตรายตอคน สตว และสงตางๆทอยบนพน โดยจะผาลงบรเวณ “ใตเงา” ของเมฆฝนฟาคะนองเปนหลก

4. ฟาผาจากยอดเมฆลงสพน เปนการปลดปลอยประจบวกจากกอนเมฆจงเรยกวา ฟาผาแบบบวก (Positive Lightning) สามารถผาไดไกลจากกอนเมฆไดถง 30 กโลเมตร นนคอ แมทองฟาเหนอศรษะของเราจะดปลอดโปรง แตเราอาจจะถกฟาผา (แบบบวก) ไดหากมเมฆฝนฟาคะนองอยหางไกลออกไปในระยะ 30 กโลเมตร อนเปนทมาของค าวา “ฟาผากลางวนแสกๆ” ซงเปนฟาผาทเกดขนโดยเราไมไดคาดคดนนเอง

2.4 ผลของฟาผา [1] ผลของฟาผาทกอใหเกดความเสยหายหรออนตราย อาจแยกไดเปน 3 ประเภท คอ 1. ความรอนอนเปนผลท าใหเกดเพลงไหมแกสงมชวต 2. แรงกลหรอแรงระเบด ฟาผาอาจท าใหเกดแรงระเบดไดมากมายเปนผลท าใหสงทถก

ฟาผาลงมาพงทลาย 3. ผลทางไฟฟาเปนอนตรายแกทงชวตคนและสตว

10

2.5 ระบบตอลงดน [3][4]

ค าวา “ ดน ” ในระบบไฟฟา หมายถง พนโลกหรอพนดนซงสวนใหญแลวผวโลกจะประกอบดวย ซลกา (Silica) และอลมนา (Alumina) ซงเปนฉนวนไฟฟาทด และยงมสวนประกอบอนๆ เชน สารละลายเกลอและความชนซงเปนตวน าไฟฟาทด ในระบบไฟฟาใชดนเปนจดอางอง โดยถอวาดนมศกยไฟฟาเปนศนย และท าหนาทรองรบกระแสทรวไหลลงดน และเปนทตอของสวนทเปนโลหะของสถานประกอบการตางๆ เพอใหสวนของโลหะเหลานนมศกยไฟฟาเทากบดนคอเปนศนย

ค าวา “ Ground ” หมายถงการเชอมตอทางไฟฟาโดยวงจรหรออปกรณใดๆ เขากบพนโลกเพอรกษาศกยไฟฟาของวงจรสวนนนใหเทากบพนโลกมากทสดเทาทจะเปนไปได ระบบตอลงดนประกอบดวยสายตวน าทท าหนาทเปนสายดน ตวน าเชอมตอตางๆ รากสายดนและดนสวนทสมผสกบรากสายดนนน ระบบตอลงดน (Earthing System) มหนาทส าคญในการปองกนความเสยหายจากสาเหตหลายประการ ไมวาจะเปนภยธรรมชาต เชน ฟาผา ระบบตอลงดนจะท าหนาทถายเทกระแสไฟฟาใหหมดกอนทจะท าอนตรายแกมนษยและอปกรณตาง ๆ

ความตานทานของการตอลงดน (Grounding Resistance) ประกอบดวยความตานทานของสวนตางๆ ดงตอไปน

1. ความตานทานของโลหะทเปนรากสายดนและรอยตอระหวางโลหะตาง ๆ 2. ความตานทานสมผสระหวางรากสายดนกบดนทอยรอบ ๆ 3. ความตานทานของเนอดนรอบ ๆ รากสายดนซงเปนสวนทส าคญทสด

2.6 วตถประสงคของการตอลงดน [3][4] การตอลงดน หมายถง การน าตวน าในวงจรบางสวนตอลงดนทพนโลกหรอตอเขากบจด

ตอลงดนซงท าเพอใชอางองเปนจดตอลงดนของระบบไฟฟา วตถประสงคของการตอลงดนในระบบใดๆมกเปนไปตามขอใดขอหนงหรอหลายขอ

ตอไปนและไมวาการตอลงดนจะท าเพอวตถประสงคใดกตามกจะตองมความปลอดภยเปนพนฐานส าคญเสมอ

1. เพอความปลอดภย 2. เพอใหอปกรณปองกนท างานเมอเกดการลดวงจรดน

11

3. เพอใหมคณภาพไฟฟา 4. เพอใหเกดความประหยด

2.7 แทงหลกดน [2][4] แทงหลกดนตองท าดวยวสดททนตอการผกรอนและไมเปนสนม เชน แทงทองแดง แทง

เหลกชบหรอหมดวยทองแดงโดยตองมขนาดเสนผาศนยกลาง 16 มลลเมตร (5/8 นว) และยาวไมนอยกวา 2.40 เมตร ถาเปนเหลกหมดวยทองแดงตองมความหนาของทองแดงไมต ากวา 0.25 มลลเมตร และตองหมอยางแนบสนทไมหลดออกจากกน และไมมปลายเหลกโผลออกมาสมผสกบเนอดน เพอไมใหเหลกเปนสนม และตองไมมการเจาะรเพอยดทองแดงกบเหลกใหตดกน มฉะนนแทงเหลกจะเปนสนมตามรทเจาะนนหามใชอะลมเนยมหรอโลหะผสมของอะลมเนยมเปนหลกดน หลกดนทดควรผานการทดสอบตามมาตรฐาน UL-467 การตอสายดนเขากบหลกดนนน อปกรณตอหลกดน และสายตอหลกดน ควรใชวสดชนดเดยวกนเพอไมใหมปญหาการกดกรอน เชนหลกดนทองแดงตอกบสายตอหลกดนท าดวยทองแดง ควรใชวธเชอมตอดวยผงทองแดงโดยเผาใหหลอมละลาย (ตองเทผงชนวนใหอยผวบนและจดดวยปนจดชนวนเทานน) ถาใชวธยดดวยแรงกลกตองใชหวตอทมสวนผสมของทองแดง และตองมความมนคงแขงแรงและทนตอการกดกรอนไดเปนอยางด (มการทดสอบตามมาตรฐาน) หลกดนทดเมอตอกลงดนแลวตองมความตานทานการตอลงดนไมเกน 5 โอหม ตามมาตรฐานของการไฟฟานครหลวง

เนอดนบรเวณทตอกหลกดนทดควรเปนดนแท ๆ และตองไมถกกนหรอลอมรอบดวยหน, กรวด, ทราย หรอแผนคอนกรต เพราะเปนอปสรรคตอการแพรกระจายของประจไฟฟาลงสดน ท าใหความตานทานการตอลงดนมคาสงเกนกวามาตรฐาน (ในกรณทใชหลกดนตามมาตรฐานการไฟฟานครหลวงและสภาพพนทและเนอดนไมมอปสรรคในดนแลว ความตานทานการตอลงดนในเขตบรการของการไฟฟานครหลวงจะไมเกน 5 โอหมเสมอ หามใชตะปคอนกรตตอกเขาไปในผนงหรอพนคอนกรต เพราะตะปคอนกรตไมสามารถท าหนาทแทนหลกดน เพอการตอลงดนได

ต าแหนงของหลกดนควรอยใกลจากตเมนสวตซ หามแชหลกดนในน าเพราะเมอมไฟรวจะแพรกระจายไปกบน าและเกดอนตรายกบผทอยในน า ถาจ าเปนตองตอกหลกดนในน าตองตอกใหมดดน ขนาดของสายตอหลกดนจะขนอยกบขนาดสายเมน และตองไมเลกกวา 10 ตารางมลลเมตร โดยควรมทอหรอฉนวนหมอยดวย การตอกหลกดนควรตอกใหลกทสดถาเปนหวตอหลกดนชนดยดดวยแรงกลควรใหหวตอโผลพนดน หรอระดบน าทวมเพอหลกเลยงการผกรอน หวตอชนด

12

หลอมละลายสามารถตอกใหจมดนไดแตตองใชสายตอเสนใหญ และหมฉนวนมดชดเพอไมใหสายผกรอน

ภาพท 2.1 แทงหลกดน

แทงหลกดนเปนแทงโลหะยาวหรอทอทวางแนวตงในดน เพอใหผานชนดนทลก เนองจาก ความชนจะสงในชนดนทลก แทงหลกดนจะสมผสกบชนดนทลกท าใหความตานทานจ าเพาะของ ดนต าลง และเปนรากสายดนทตองการพนทการตดตงนอย ดงนนแทงหลกดนจะไดรบการแนะน า ใหใชในพนททมสงปลกสรางหนาแนนหรอผวดนปกคลมดวยแอลฟสท (Asphalt) หรอคอนกรต แทงหลกดนมใชในระบบจ าหนายไฟฟาแรงต า ระบบโทรศพท สวนสถานไฟฟายอยแรงสงหรอ ระบบสอสาร ใชแทงหลกดนหลายแทงวางหางกนอยางเหมาะสมและตอขนานกน ส าหรบระบบ ตอลงดนทยงยากขนไปอาจใชทงแทงหลกดนและสายตวน าในแนวระดบรวมกน

2.8 ความตานทานจ าเพาะของดน [3][4] การออกแบบระบบตอลงดน สงส าคญทตองน ามาใชในการค านวณ คอ คาความตานทาน

จ าเพาะของดน ดวยสภาพพนฐานของปรมาตรดนขนาดใหญเกดขนจากปรมาตรดนขนาดเลกมาตอ รวมกน การก าหนดความหมายของความตานทานจ าเพาะของดนในรปความตานทานไฟฟาของ วสดจะมลกษณะเปนปรมาตรแบบลกบาศกทมเนอดนสม าเสมอ

คณลกษณะทางไฟฟาของดน แสดงลกษณะพเศษดวยความตานทานจ าเพาะ (Resistivity) ของดน คาความตานทานจ าเพาะของดนวดไดโดยวดครอมผวหนาดานตรงกนขามของดนทมขนาด

13

1 ลกบาศกหนวย ความตานทานของดนจะเปนสดสวนโดยตรงกบความตานทานจ าเพาะและความ ยาวของลกบาศก และเปนปฏภาคผกผนกบพนทของลกบาศก

ภาพท 2.2 คาความตานทานจ าเพาะของดนโดยวดครอมผวหนาดานตรงกนขามของดน

คาความตานทานจ าเพาะของดนมหนวยการวดเปน โอหม-เมตร , โอหม-เซนตเมตร หรอโอหม-นว เมอพจารณาในหนวยเมตร ความตานทานจ าเพาะของดน หมายถง ความตานทานทวดไดจากดานตรงกนขามของลกบาศกของดนทมแตละดานยาวหนงเมตร เนองจากรปทรงแบบลกบาศกท าให 1/ AL ดงนนความหมายของความตานทานดนจะเทยบเทากบความตานทานจ าเพาะดน

R (Ohm = Ohm-m) มหนวยเปนโอหม-เมตร ตางกนทผลของความตานทานจ าเพาะไดจากพนฐานบนสภาพปรมาตร (Volume) พจารณาดวยรปทรงลกบาศก ขณะทสภาพความตานทาน (Resistance) ทมในตวตานทาน (Resistor) นน พจารณาในรปความยาวตอพนท

การหาคาความตานทานจ าเพาะของดนเปนงานทยาก ดวยเหตผลหลกคอพนดนมโครงสรางไมเปนเนอเดยวและความตานทานจ าเพาะของดนแตละชนดมคาแปรเปลยนอยางกวาง โครงสรางดนอาจจะเปนดนชนเดยว (Single-Layer) ทมคาความตานทานจ าเพาะสม าเสมอ หรออาจจะมคาตางกนเปนชนๆ เรยกวา เปนดนหลายชน (Multi-Layer) แตอยางไรกตามในทางปฏบต การก าหนดโครงสรางของดนเปนชนเดยวนน เพอใหการค านวณงายแตอาจจะท าใหการออกแบบผดพลาดได ดงนนเพอใหการค านวณถกตองยงขนอาจก าหนดใหดนเปนดนสองชน จงตองมการประเมนคาพารามเตอรทงสามของดนทเปนดนสองชนซงประกอบดวยคาความตานทานจ าเพาะของดนชนบน ชนลาง และความลกของดนชนบน

14

2.8.1 ปจจยทมผลตอความตานทานจ าเพาะของดน ดนทพบอาจจะมดนชนดตาง ๆ ปนกนอย ประกอบไปดวย ดน อฐ ทราย กรวดหรอหน

การถมหรอฝงดวยวตถทเปนตวน าไฟฟาบางชนดลงไปในดนจะท าใหดนมคาความตานทานจ าเพาะทแตกตางกนมากอาจอยระหวาง 2 ถง 30,000 โอหม-เมตร นอกจากนนการเปลยนแปลงคาความตานทานจ าเพาะของดนมปจจยหลาย ๆ ปจจย เชน คาความตานทานจ าเพาะของดนจะเปนไปทางลดลง เมออณหภม ความชนหรอปรมาณเกลอทมอยในดนมคาเพมขน

ความตานทานจ าเพาะของดนมคามากหรอนอยขนอยกบปจจยตาง ๆ ดงน 1. ชนดของเนอดน ขนาดของเมดดน 2. ความอดแนนของเนอดน 3. ปรมาณความชนในดน 4. อณหภมของดน 5. สวนประกอบของแรธาตในดน 6. ชนดของแทงหลกดน และรปแบบของการปกแทงหลกดน ความตานทานจ าเพาะของดนไมไดเปลยนแปลงตามชนดของดนเทานนแตเปลยนแปลงกบ

อณหภม ความชน ปรมาณเกลอและความอดแนนดวย คาความตานทานจ าเพาะของดนเปลยนแปลงจาก 0.01 ถง 1 โอหม-เมตร ส าหรบน าทะเลและถง 109 โอหม-เมตร ส าหรบหนทราย ความตานทานจ าเพาะของดนเพมขนอยางชา ๆ เมออณหภมลดลงจาก 25 องศาเซลเซยส ถง 0 องศาเซลเซยส ทอณหภมต ากวา 0 องศาเซลเซยส คาความตานทานจ าเพาะของดนเพมขนอยางรวดเรว ในดนทเปนน าแขง เชนชนผวดนในฤดหนาว ความตานทานจ าเพาะของดนอาจจะสงอยางผดปกต

2.9 การวดคาความตานทานจ าเพาะของดน [3][4] ความตานทานจ าเพาะของดนไมสามารถบอกไดดวยชนดของดนเนองจากความตานทาน

จ าเพาะของดนขนอยกบปจจยหลายอยาง การหาความตานทานจ าเพาะของดน โดยพจารณาจากชนดของดนจะไดคาความตานทานจ าเพาะโดยประมาณเทานน จะไมทราบความตานทานจ าเพาะของดนทแนนอน การหาความตานทานจ าเพาะของดนทถกตองไดจากการวดในแตละพนทและควรมการวดหลายๆจดภายในบรเวณทจะตดตงระบบตอลงดน และควรวดในแตละฤดกาลดวย

โดยทวไปดนมกมสภาพเปนดนหลายชนและดนแตละชนมความตานทานจ าเพาะตางกนลกษณะของดนทงทางดานขางและดานลกอาจมการเปลยนแปลง แตโดยทวไปการเปลยนแปลงเหลานจะนอย

15

การวดความตานทานจ าเพาะของดนจะตองหาใหไดวา ความตานทานจ าเพาะของดนมการเปลยนแปลงตามความลกหรอไม ถาการเปลยนแปลงความตานทานจ าเพาะของดนมมาก จ านวนจดทวดตองมากขน ถาความตานทานจ าเพาะของดนเปลยนแปลงตามความลก จะตองเพมระยะหางของหลกทดสอบ เพอหาความตานทานจ าเพาะของดนทลกลงไป เพราะถาเพมระยะหางของหลกทดสอบมากขนกระแสจากเครองวดทไหลลงไปในดนจะลกมากขนและลงไปในดนชนลาง ๆ

เทคนคการวดความตานทานจ าเพาะของดนเปนสงทส าคญ แตการแปลความหมายของขอมลทวดไดมความส าคญมากกวา โดยเฉพาะเมอดนมความตานทานจ าเพาะไมสม าเสมอ ความซบซอนทเพมขนมสาเหตจากความไมสม าเสมอของดนและมเพยงเลกนอยเทานนทความตานทานจ าเพาะของดนคงทเมอความลกเพมขน การวดความตานทานจ าเพาะของดนสวนใหญจะแสดงความตานทานจ าเพาะ เปนฟงกชนของความลก Z ดงสมการท (2.1)

)(Z (2.1)

โดยท คอ ความตานทานจ าเพาะของดน (โอหม-เมตร) คอ ฟงกชน Z คอ ความลกของดน (เมตร)

2.10 วธการวดความตานทานจ าเพาะของดน [3][4]

การวดคาความตานทานดน แบงได 7 วธ คอ

วธการวดแบบสองจด (Two Point Method)

วธการวดแบบสามจด (Three Point Method)

วธการวดแบบสจด (Four Point Method)

วธการวดแบบอตราสวน (Ratio Method)

วธการวดแบบสมผสศกยไฟฟา (Touch Potential Measurements)

วธการวดการตกครอมของศกยไฟฟา (Fall of Potential Method)

วธการวดแบบคลองแคลมป (Clamp-On Method)

16

วธการวดแบบสองจด (Two Point Method) วธนเปนอกทางเลอกหนงทงายและรวดเรวกวาส าหรบวดความตานทานของแทงกราวดท

แนใจวาดเยยมอยแลว ในพนทแออดซงยากจะปกแทงอเลกโทรดเพม วธวดแบบ 2 จดจะเหมาะสมกวาวธอนเพราะงายและไดผลลพธเปนคาโดยประมาณ การวดใหตอดงภาพท 2.3 ผลการวดจะเปนคาความตานทานของกราวด 2 แทงอนกรมกน คอกราวดแทงทตอกบเครองวดและกราวดของระบบไฟฟาทอยใกลกน หากกราวดทอยใกล (ทเราไมตองการจะวด) มคาใกลศนยมากเทาไร ผลของการวดกจะเปนคาของกราวดแทงทเราตองการวดมากเทานนหรอพดอกนยหนงคอ คาผลการวดจะใชไดกตอเมอกราวดทอยกบแทงทจะวดตองนอยมากๆ จนไมตองน ามาคด หรอไมมกราวดอนอยใกลเลยจะดทสด แตอยางไรกตามผลการวดวธนกแมนย านอยกวาวธวด 3 จด (62%) และไมสามารถใชวธนเปนมาตรฐานได เพยงแตอนโลมใหใชกบพนททไมสามารถวดไดดวยวธ 3 จดเทานน

ภาพท 2.3 วธการวดแบบสองจด

กระบวนการท างาน คอเมอมกระแสทดสอบไหลออกมาจากเครองมอวดไปยงแทงกราวดทตองการวด ( E ) แลวไหลลงสดน วงผานความตานทานดน วงผานจด Common Earth (จดศนยของดน) แลววงไปยงแทงทดสอบอกแทงหนง จนกระทงกลบมาครบวงจรทแหลงจาย ดงภาพท 2.4

17

ภาพท 2.4 กระบวนการท างานของวธการวดแบบสองจด

วธการวดแบบสจด (Four Point Method) วธทแมนย าทสดในการปฏบตในการวดความตานทานดนเฉพาะเฉลยของปรมาตรทใหญ

ของดนทไมถกรบกวนคอวธสจด หลกดนทเลกฝงดนในรขนาดเลก 4 รในดน ทงหมดมความลก b และระยะหางในแนวตรงหางชวงละ a ผานกระแสทดสอบระหวางสองหลกดนดานนอกและวดศกยไฟฟาตกครอม ระหวางสองหลกดนดานในดวยโวลตมเตอรแบบอมพแดนซสงดงนนคาศกยไฟฟาทไดจะอานคาความตานทานดน R เปนโอหม

มการใชวธสจด 2 วธทตางกนคอ 1. การจดแบบระยะเทากนหรอแบบเวนเนอร โดยเครองมอวดคาความตานทานกราวดทสามารถวดคาความตานทานดนได จะมขวตอ

เพอวดอย 4 ขวดวยกนไดแก C1 , P1 , P2 , C2 ( ขว C คอ Current Electrode และ ขว P คอ Potential Electrode ) กระบวนการท างานของเครองมอวดคาความตานทานกราวด ดงภาพท 2.5 เมอเราด าเนนการวดคาความตานทานดนกระแสไฟฟา AC ( ความถ 128 Hz หรออนๆ) จะถกจายออกมาทางขว C1 ลงสดนทเราตองการวด กระแสไฟฟา AC จะไหลผานดนลงสหลกทดสอบทขว C2 และจะครบวงจรทแหลงจายกระแสไฟฟา AC ในตวเครองมอวด คากระแสไฟฟา AC ทไหลผานดนจะถกตรวจวดดวย Ammeter ทอยในตวเครองมอวดคาความตานทานกราวด กระแสไฟฟาทไหลผานดนจะกอใหเกดศกยไฟฟา ( Potential ) ขนมาคาหนงทดน เครองมอวดจะท าการตรวจวดคาศกยไฟฟาตกครอมดนผานทางขว P1 และ P2 สดทายเครองมอวดคาความตานทานกราวดกจะน าคากระแสไฟฟา AC และคาศกยไฟฟาตกครอมทตรวจวดไดมาค านวณตามกฎของโอหม เพอแสดงผล

18

คาความตานทานออกมา ซงคาความตานทานทเครองมอวดแสดงใหเราทราบนนมไดหมายความวาเปนคาความตานทานจ าเพาะของดนแตอยางใด แตหมายถงคาความตานทานเฉลยของเนอดน

ภาพท 2.5 วธการวดแบบสจด

ขนตอนการวดคาความตานทานจ าเพาะของดน 1) ด าเนนการตอสายทดสอบเขาระหวางหลกทดสอบกบขว ( C1 , P1 , P2 , C2 ) ของ

เครองมอวดโดยมแนวการวดเปนเสนตรง ดงภาพท 2.6 ขอปฏบตส าคญในการปกหลกทดสอบทง 4 หลก โดยระยะหางระหวางหลกทดสอบจะก าหนดแทนดวย ( a ) สวนตวแปร (b ) จะแทนความลกของหลกทดสอบ ซงระยะระหวางหลกทดสอบ ( a ) จะตองมคามากกวา 20 เทาของความลกของหลกทดสอบทปกลงไปในดน ba 20

2) กดป มทดสอบเครองมอวดจะแสดงผลคาความตานทานเฉลยออกมาใหทราบ 3) น าคาความตานทานเฉลยทแสดงผลมาแทนลงในสมการ aR 2

เมอ R หมายถง คาความตานทานเฉลย a หมายถง ระยะหางระหวางหลกทดสอบ เพอค านวณหาคาความตานทานจ าเพาะของดน หรอ

19

ก. การวดแบบเวนเนอร ข. วงจรสมมลแบบเวนเนอร

ภาพท 2.6 การจดแบบระยะเทากนหรอแบบเวนเนอร

ขอดของการวางหลกขวไฟฟาแบบเวนเนอร - สามารถส ารวจไดลกกวาวธการอนๆโดยใชแรงดนกระแสไฟฟาทเทากน เนองจากทก

ครงทมการเปลยนแปลงระดบความลกของการตรวจวด คของขววดความตางศกยไฟฟาจะขยายตวออกไปพรอมกบคของขวปลอยกระแสไฟฟากระแส ดวยระยะการขยายตวทเทาๆกนเสมอ

- ความผดพลาดจากต าแหนงการปกหลกขวไฟฟาในสนามจะมนอยมาก เนองจากทกครงทมการเปลยนแปลงระดบความลกของการตรวจวด หลกขวไฟฟาทง 4 หลก จะขยายตวออกไปพรอมๆกน ดวยระยะการขยายตวทเทาๆ กนเสมอ

- สามารถตรวจวดสภาพการเปลยนแปลงทางธรณวทยาใตผวดนในแนวดงไดด นนคอ เหมาะส าหรบการหาชนหนวางตวแนวราบ (Horizontal Structure)

- อตราสวนของสญญาณ (Signal) ของคาความตางศกยไฟฟาทวดไดตอสงรบกวน (Noise) คาอนๆ ทมผลตอสญญาณ หรอ Signal To Noise Ratio (S/N) สงมากกวารปแบบอนๆ (S/N สงทสด)

ขอเสยของการวางหลกขวไฟฟาแบบเวนเนอร - ไมเหมาะในการตรวจหาโครงสรางทางธรณวทยาแนวดง เชน โพรง พนง (Dike) หรอ

แหลงสะสมตวของแร (Ore)

2. การจดแบบระยะไมเทากนหรอแบบชลมเบอรเจอรพาลมเมอร วธการวดแบบชลมเบอรเจอรคอการลดขนาดของศกยอยางรวดเรวระยะหางสองหลกดน

ในเมอระยะหางเพมขนเทยบกบคาใหญบอยครง เครองมอวดในทางการคาไมพอเพยงตองการวดคา

20

ของศกยไฟฟาทต าดงกลาว เพอจะใหสามารถวดความตานทานเฉพาะทมระยะหางกนมากระยะระหวางหลกดนกระแสการจดแสดง ดงภาพท 2.7 สามารถใชไดอยางไดผลหลกทดสอบของศกยน ามาใกลกบหลกทดสอบของกระแสซงคาของศกยทวดจะเพมขน

สตรทใชในกรณนสามารถพจารณาไดโดยงาย ถาความลกของหลกดนทฝง b มคานอยเมอ เทยบกบระยะหาง d และ c ดงนนความตานทานเฉพาะดนทวดไดสามารถค านวณไดดงน

d

Rdcc )(

(2.2)

ก. การวดแบบชลมเบอรเจอรพาลมเมอร ข. วงจรสมมลแบบชลมเบอรเบอรเจอรพาลมเมอร ภาพท 2.7 การจดแบบระยะไมเทากนหรอแบบชลมเบอรเจอรพาลมเมอร

วธการวดแบบสมผสศกยไฟฟา (Touch Potential Measurements) ส าหรบการวดคากราวดแบบ Touch Potential เปนการวดคากราวดทตวโครงสราง เพอให

มนใจวาจะไมท าใหเกดอนตรายตอบคลากร หรออปกรณทมาสมผส ใบบางกรณความปลอดภยทางไฟฟาสามารถหาไดจากความคดทตางกน Step Voltage ทม

ความกวางทางสถานไฟฟาแรงสงขนาดใหญ ดงนนระบบกราวดแบบกรดไดถกออกแบบเพออ านวยความสะดวกสงเหลาน เพอใหแนใจวา Step Voltage ทเกดจากการเหนยวน าทางไฟฟา ยงคงมคาต าไมกอใหเกดอนตรายตอบคลากรและอปกรณ

21

ภาพท 2.8 การเปรยบเทยบวงจรสมมล

Touch Potential หมายถง ความแตกตางระหวางศกยทางไฟฟากบรางกายของบคลากรเมอ

ไปสมผสโครงสรางกอใหเกดการหมนเวยนทางไฟฟา ท าใหกระแสไหลผานหวใจซงจะเปนอนตรายตอชวต เพอปองกนบคลากรทเขามาสมผสกบโครงสราง ศกยภาพควรมคาเขาใกล 0

Step Potential หมายถง ความแตกตางระหวางแรงดนไฟฟากบขาของบคลากรเมอเขาไกลโครงสรางทเกดความผดพลาดหรอการชกน าของกระแส โดยกระแสจะวงผานขาท าใหเกดอนตรายได ดงน นการปองกนบคลากรทจะเขามาใกลบรเวณโครงสราง ควรจะมคาเปน 0 เพอความปลอดภยของบคลากร

การวดแบบ Touch Potential Measurements จะมความคลายกนกบการวดแบบ Three Point Methodโดยในการวดทงสองนจ าเปนจะตองมหมดโลหะตวน า แตระยะหางของหมดตวน าทใชในการวดของ Touch Potential Measurements จะตางกบระยะหางหมดตวน าของ Three Point Method

22

ภาพท 2.9 วธการวดแบบสมผสศกยไฟฟา

จากภาพท 2.9 เพอการทดสอบคาศกยไฟฟาในการสมผส เชอมตอสาย C1, P1ของ Earth

Tester เขากบโครงสราง ตอมาปกหมดโลหะตวน า1จดใหหางจากโครงสราง 1 เมตรเชอมตอเขากบ P2 ของ Earth Tester และปกหมดโลหะตวน าอก1จดซงใหหางจากจด P2 ระยะ 1 ซงใหเปนเสนตรง ระหวาง P2 ,C2 และโครงสราง จากนนท าการเปดเครองและสงเกตการณแสดงผล จากการ Test จะเหนไดวามลกษณะคลายกบ Three Point Method โดยใหมองโครงสรางเปน แทงกราวด 1 แทง ในการทดสอบ และจด P2,C2 เปนแทงโลหะตวน า ซงจด P2 จะแตกตางการวดแบบ Three Point Method

23

วธการวดแบบอตราสวน (Ratio Method)

ภาพท 2.10 วธการวดแบบอตราสวน

วธนจะใชหลกการของ Wheat Stone Bridge ในการวดคาความตานทานของแทงกราวด

จากรปท 2.10 จะเหนไดวา aR และ bR เปนคาความตานทานทเกดขนในการทดสอบของเครอง Earth Tester สวน xR เปนแทงกราวดทตองการทดสอบ และ yR กบ zR เปนแทงหมดโลหะตวน าทใชในการทดสอบ โดยทง xR , yR และ zR ไดปกลงดน โดยในดนลกลงไปจะมมวลดนอยางมหาศาลจะท าใหคาความตานทานดนมคาเปน 0 โดยสากลจะเรยกวา Common Earth หรอจดศนยดน หลงจากท าการปกหมดโลหะตวน า yR และ zR แลวใหน าสาย P1,C1 เชอตอไปยง Rx ทเปนแทงกราวดในการทดสอบ และ P2 เชอตอไปท yR สวน C2 เชอมเขากบ zR โดยหลกการแลว เราจะรคา R เราตองร V และ I กอนโดยอปกรณ Earth Tester จะปลอยกระแสออกจาก C1 ผานเขาไปยงแทงกราวด xR ลงไปยงจดศนยของดน และไหลไปยง C2 เพอกลบไปยงแหลงก าเนดคอตว Earth Tester ซงแนนอนถามกระแสไหลผานคาความตานทานยอมเกดแรงดนตกครอม ซงจะใชหลกการของ Bridge Balance เพอหาคาความตานทาน โดยค านวณจากกระแสทดสอบทจายออกไป และแรงดนอางองทไดจากจด P2

24

ภาพท 2.11 การตอความตานทานแบบวทสโตนบรดจ

จากภาพท 2.10 มาเขยนใหมเปนวงจรเปน Wheat Stone Bridge ดงภาพท 2.11 ดงนนไมม

กระแสไฟฟาไหลผานความตานทาน 5R จงไดน าคณสมบตของ Bridge Balance นมาใชในการค านวณหาคาความตานทานของแทงกราวด จากกฎของโอหม IRV จะได

RIVVV xaax 11 (2.3)

VVVV ayyaay (2.4)

05 IRVVV yxxy

ดงนน สมการ ( 2.3 ) = ( 2.4 ) VVVV yaxa

RIRI a 41 (2.5)

และ…

RIRI 3221

(2.6)

25

สมการ ( 2.5 ) / ( 2.6 ) จะไดดงสมการท (2.7)

RRRI 4231 (2.7)

แสดงวาวงจรไฟฟาทจดตอเปน Wheatstone Bridge เมอผลคณของความตานทานทอยตรง

ขามมคาเทากน จงเขยนวงจรไฟฟาใหมไดดงรป

ภาพท 2.12 วงจรวทสโตนบรดจทดดแปลงใหม

จะเหนวา ศกยไฟฟาทจด x เทากบศกยไฟฟาทจด y แนนอน ดงนนถามความตานทาน

หรอแอมมเตอร หรอลวดตวน า มาโยงระหวาง x กบ y ยอมไมมความหมาย คอเอาออกไดเลย โดยไมมผลเปลยนแปลง เรยกลกษณะนวา Wheatstone Bridge

วธการวดแบบสามจด (Three Point Method) คอการทดสอบความตานทานดนทท าการวดหลายครง แตละครงของการวดความลกของ

หลกดนทตองการวดฝงดนเพมขนโดยการเพมตามททก าหนดให จดประสงคของการนคอเพมกระแสทดสอบใหมากขนโดยผานดนทลกขน คาความตานทานดนทวดไดจะสะทอนการแปรเปลยนของความตานทานเฉพาะทลกทเพมขน ปกตหลกดนททดสอบจะเปนแทง แบบแทงจะนยมมากกวาหลกดนแบบอนเพราะวามขอดสองขอกลาวคอ

1.คาทางทฤษฏของความตานทานของแทงหลกดนงายตอการค านวณดวยความ แมนย าทพอเพยงดงนนผลทไดจงงายตอการตความ

2.แทงทปกในดนงายตอการปฏบต

26

วธการวดการตกครอมของศกยไฟฟา (Fall of Potential Method)

ภาพท 2.13 วธการวดการตกครอมของศกยไฟฟา

ส าหรบการวดคาความตานทานดน โดยใชหลกการ Fall of Potential นนอาศยหลกการ

ของ Bridge Balance ซงจะมกระแสตรวจสอบไหลผาน เมอกระแสไหลผานแทงกราวดกจะเกดศกดไฟฟาลอมรอบตวน า (แทงกราวด) ทเราปลอยกระแสทดสอบลงไปในดน กจะมการเหนยวน าเกดขนในทกทศทาง โดยทจด Common หรอ G แสดงถงต าแหนงหรอจดทตองการวดคาความตานทานดน สวนจด C2 เปนจดทใชวดคากระแส สวนจด P2 เปนจดทใชวดแรงดนไฟฟา ซงจะไมมกระแสไหลเขาหรอออกจากหลกทดสอบน

27

ภาพท 2.14 การวางต าแหนงหลก P2 และ C2 ทไมเหมาะสม การวดคาความตานทานดน ถาวางต าแหนงของหลก C2 อยใกลกบจดทดสอบ จะเปนผลใหอทธพลของคาความตานทาน เกดการตดกน (Over Lap) ซงท าใหคาทวดได ไมมความนาเชอถอ (มคาต าเกนจรง) โดยเราสามารถตรวจเชคความถกตองไดโดยการยายหลกทดสอบ P2 ไปท P2’ และ P2” แลวน าผลทไดในการวดทงสามครงมาเปรยบเทยบกน หากคาความตานทานทวดไดทงสามครงมความแตกตางกนมาก แสดงวาการวางหลกทดสอบ C2 กบ P2 เปนจดทไมถกตอง

ภาพท 2.15 การวางต าแหนงหลกกบ P1 และ C1 ทเหมาะสม

28

วธแกไขกคอ เราจะตองถอยหลก C2 , P2 ออกไปอก โดยใหพจารณาจากภาพท 2.15 จะเหนไดวา อทธพลของคาความตานทานดนระหวางจดทดสอบกบหลก C2 ไมมการตดกนแลว ซงผลของคาความตานทานทวดไดในต าแหนง P2’ P2 P2” ซงน าผลทไดจาการทดสอบทง 3 ครงพบวามคาความตานทานเทากน หรอ ใกลเคยงกนแสดงวา การวางหลก P2 และ C2 เปนจดทถกตองส าหรบการวด ถาเราพจารณาคาความตานทานตลอดทงระยะ จะพบวา ทศทางในการเปลยนแปลงของคาความตานทาน จะออกมาในลกษณะตวอกษร S หรอ S-Curve นนเอง การวดคาความตานทานดนโดยใชหลกการ 62% หลกการ 62% ถอวาเปน Subset ของการวดคาความตานดนโดยอาศยหลกการ Fall of Potential หากเราพจารณาหลกการวดคาความตานทานดนโดยหลกการ Fall of Potential ตามทกลาวมา เราคงไมตดสนใจไดวาจด P2 วาเหมาะสมนนควรมระยะหางจากจดทดสอบ (G) เทาไหร ซงหลกการวดคาความตานทานดนโดยอาศยหลกการ 62% จะเขามาหาค าตอบน ระบบดนทท าการวดในระบบน เปนระบบดนในลกษณะการฝงแทงตวน า(Deep Ground หรอ Rod Ground) โดยการวดคาความตานทานดนตามหลกการ 62% หมายความวา ระยะหางระหวางจดทดสอบ (G) มระยะหางกบจด P2 เทากบ 62% ของระยะหางระหวางจดทดสอบ (G) กบจด C2 และเพอความถกตองของการวด เราจะตองถอยจด P2 กลบมา 10% (P2’) และเดนหนา 10% ( P2”) คาความตานทานดนทวดไดทงสามครง โดยต าแหนง P2 ท 52% 62%และ72% จะตองมคาทเทากนหรอใกลเคยงกน แตถาหากผลการวดทงสามครง มคาทแตกตางกนมาก หรอมทศทางทคาความตานทานจะเพมขนเรอยๆนน แสดงวา ณ หลก P2 ซงเปนจดท 62% ไมใชจดทเหมาะสมในการวด ทางแกไขคอ จะตองเพมระยะใหหลกทดสอบ C2 ยาวออกไปอก แลวด าเนนการวดตามหลกการ 62% อกครง

29

ภาพท 2.16 ไดอะแกรมแสดงการวดโดยอาศยหลกการ 62 %

วธการวดแบบคลองแคลมป (Clamp on Method)

การวดวธนสามารถวดความตานทานไดโดยไมตองปลดสายกราวดและวดไดท งการเชอมตอลงกราวดและความตานทานรวมของระบบ

ภาพท 2.17 วงจรอยางงายของระบบกราวดสายสงไฟฟา

30

ภาพท 2.18 วงจรเสมอนของระบบกราวดสายสงไฟฟา

โดยทวไป ระบบกราวดสายสงไฟฟาสามารถวาดเปนวงจรอยางงายไดดงภาพท 2.17 และม

วงจรเสมอนดงภาพท 2.18 เมอแรงดน E ปอนเขาสกราวดทตองการวด xR จะเกดการเหนยวน าทางไฟฟาท าใหมกระแส ( I ) ไหลในวงจรจงไดสมการ แตเนองจากความตานทานรวมของ 1R ….. nR มคานอยกวา xR มาก

จงสรปไดวา E / I = xR และหากกระแส I ทวดไดมคาคงท คา xR จะมคาเทากบความ

ตานทานกราวดของขวกราวดเทานน

ภาพท 2.19 วธการวดความตานทานกราวด

/ = + ความตานทานรวมของ …..

31

ใหน ากราวดแคลมป หรอ CT ไปคลองใหอยในทศทางไฟฟาระหวาง Neutral ของระบบ (หรอสายกราวด) กบแทงกราวด ตองแนใจวากราวดแคลมป หรอ CT ปดสนทเมอคลองสายกราวด แตบอยครงทการวดดวยกราวดแคลมปไดผลดทสดเมอคลองทแทงกราวดโดยตรง

ภาพท 2.20 การวดความตานทานกราวดเสาไฟฟาแรงสง

จากภาพท 2.20 เปนการแสดงฐานเสาขางหนงยดตดกบพนดวยคอนกรตแลวโยงลงกราวดแทงทอยนอกฐาน จดทควรคลองกราวดแคลมป หรอ CT สายไฟชวงทอยเหนอจดเชอมตอตางๆ

กราวดทอานคาความตานทานไดสงมสาเหตจากสงผดปกตเหลาน 1) แทงกราวดเสย (เปนสนม ผกรอน เปนตน) 2) สายไฟของระบบกราวดขาดบางชวง หรอ จดตอระหวางสายไฟกบสายไฟขาด

2.11 การสรปคาความตานทานจ าเพาะของดนทวดได [3][4] การวดความตานทานจ าเพาะของดนในงานสนาม จ าเปนตองวดหลายจดในพนทเดยวกน

และคาทไดอาจมความแตกตางกน รวมถงอาจแตกตางกนตามความลกของแทงหลกดนดวย จงมความล าบากในการสรปคาความตานทานจ าเพาะของดนวาควรใชคาเทาใด

โมเดลดนทใชส าหรบการหาความตานทานจ าเพาะของดนทใชสวนใหญมสองแบบ คอแบบดนสม าเสมอ และแบบดนสองชน โดยทวไปมกใชโมเดลของดนสองชนเพราะเปนโมเดล

32

ประมาณคาความตานทานจ าเพาะของดนไดดทสด หรอบางครงอาจใชโมเดลดนหลายชนส าหรบกรณทตองการรายละเอยดหรอคาทวดไดมความหลากหลายจนไมสามารถแทนไดดวยโมเดลดนสองชน

โมเดลความตานทานจ าเพาะของดนสม าเสมอใชไดกตอเมอคาทวดไดแตละครงไมแตกตางกนมาก ซงโดยทวไปมกไมคอยพบ ถาคาทวดไดแตละครงมความแตกตางกนมากและยงใชความตานทานดนสม าเสมอท าใหเกดความผดพลาดมาก

โมเดลดนสองชนประกอบดวยดนชนบนทมความหนาคาหนงและมความตานทานจ าเพาะคาหนง สวนดนชนลางมความตานทานจ าเพาะอกคาหนง โมเดลดนสองชนสามารถหาไดโดยพจารณาจากคาความตานทานดนและความลกของแทงหลกดนทเปลยนแปลงไปส าหรบการวดแบบสามจด หรอพจารณาจากความตานทานดนทวดไดและระยะหางระหวางหลกทดสอบส าหรบการวดแบบสจด

2.12 อมพแดนซของดนตามเวลาเมอสญญาณกระแสอมพลส [2]

ลกษณะคลนแรงดนไฟฟาผาแสดงไวในภาพท 2.21 ลกษณะคลนแบบนเรยกวาอมพลสคลนอมพลสสามารถก าหนดขนาดโดยบอกเปน

21 / tt โดย 1t คอเวลาหนาคลนและ

2t คอเวลาหลงคลนมหนวยเปนไมโครวนาท

2t ซงเปนเวลาหลงคลนนบจากเวลาเรมตนจนถงจดทแรงดนไฟฟาลดลงมาท 0.5 p.u.

ภาพท 2.21 รปคลนแรงดนไฟฟาอมพลส t1/t2 μs

อมพแดนซของดนเมอสญญาณกระแสเปนอมพลสมคาไมคงทขนกบชวงขณะสญญาณแรงดนและกระแสในชวงนนวามคาเทาใดจากงานวจยทไดมการวดอมพแดนซของดนเมอปอนดวยสญญาณอมพลสจะไดรปรางคลนของแรงดนกระแสและอมพแดนซเปลยนแปลงตามเวลาและเมอ

33

ตองการน าอมพแดนซของดนมาคดกใหคดคาแรงดนและกระแสสงสดมาค านวณอมพแดนซแมจะไมไดเกดขนเวลาเดยวกนดงแสดงในภาพท 2.22

ภาพท 2.22 อมพแดนซของดนเมอสญญาณแรงดนและกระแสเปนอมพลส

สมการอมพแดนซของดน MAX

MAX

I

VZ

(2.8)

ตารางท 2.1 การจ าลองการตอลงดนของโครงสรางเสาแบบตางๆ

รปแบบ โครงสราง ขนาด

ระยะจรง ระยะจ าลอง (เมตร) (มลลเมตร)

A.การตอลงดนของเสาสตน

a 4 80 S 8 – 10 200 L 0 – 50 0 – 1,000

B.การตอลงดนของเสาสองตน และมการตอลงดนวนรอบนอก

d 2.5 50 L 0 – 14 0 – 500 L2 7 135 L2 มคาเมอ L = 0 , ถา L = 0 จะได L2 = 0

34

ตารางท 2.1 การจ าลองการตอลงดนของโครงสรางเสาแบบตางๆ (ตอ)

รปแบบ โครงสราง ขนาด

ระยะจรง ระยะจ าลอง (เมตร) (มลลเมตร)

C.การตอลงดนของเสาสองตนโดยเดนแนวนอนแยกเปนแฉก

a 1.5 30 d 10 192 L 5 – 53 100 – 1,000

D.การตอลงดนโดยใชตวน าตดตงในแนวนอน

L 5 – 100 100 – 1,923

E.การตอลงดนโดยใชตวน าตดตงในแนวนอน แยกออกเปนสองแฉก

L 5 – 60 100 – 1,150

F.การตอลงดนโดยใชแทงตวน าแนวดง

L 5 – 60 100 – 1,150

ภาพท 2.23 ความตานทานอมพลส acim RR ของโครงสรางเสาตางๆ ทความตานทานจ าเพาะของดนตางๆ

35

2.13 ความตานทานดนกบความลกของการฝงแทงหลกดน [1][4]

ความตานทานดนทมคาลดลงเมอมการฝงแทงหลกดนลกมากขนลงในดนแตเมอฝงลกลงไปถงจดหนงความตานทานดนกไมลดลงอกดวยเหตนเองแทงหลกดนจงไดมการท าออกมาใหยาว 2-3 เมตร พจารณาภาพท 2.24 แสดงความตานทานกบความลกของการฝงแทงหลกดนในดนทมความตานทานจ าเพาะสม าเสมอสงเกตเหนวากรณนกระแสทใชมคาต ามากดงนนความตานทานดนอมพลสกบความตานทานดนทไดจากการวดจงมคาเกอบเทากน

ภาพท 2.24 ความตานทานดนแปรผกผนกบความลกทฝงดน จากงานวจยตางๆ

จากภาพท 2.24 คาความตานทานดนเรมมคาคงทเมอฝงแทงหลกดนลกลงไป 1.5-2 เมตร

นนคอ ปลายของแทงหลกดนอยลกลงไปในพนดน 3-3.5 เมตร (ความยาวแทงหลกดน 1.5 เมตร) ดวยเหตนเองแทงหลกดนทขายจงมกมความยาว 3 เมตร

36

2.14 ความตานทานดนส าหรบกระแสอมพลส [2]

2.14.1 ความตานทานอมพลส (Impulse Resistance)

ความตานทานดนของแทงหลกดน (Ground Rod)

ภาพท 2.25 กระแสสงตวน าแทงเปลยนเปนครงทรงกลม

ความตานทานดนของตวน าแทงเดยวหรอหลายแทงในบรเวณ L (ความลกของแทงตวน า)

เมอกระแสฟาผาไหลลงสดน ( RI ) จะท าใหความตานทานดนลดลงต ากวาคาความตานทานทวดไดจากกระแสต า เรองนเปนทยอมรบกนนานแลวแตไมมวธทจะค านวณคาความตานทานอมพลส ทงนอาจเนองจากขาดขอมล และยงไมมวธทงายกวาซง Weck และในคณะท างาน CIGRE ท าการวเคราะหเรองนกรณกระแสสง เชน กระแสฟาผาท าใหเกรเดยนเกนกวาคาวกฤตจะท าใหเกดเบรกดาวนในดนคอ กระแสเพมขนเกดสตรมเมอร การเกดสตรมเมอรคอจะมสนามไฟฟาสงเกดขนรอบๆแทงตวน าดงภาพท 2.25 ความชนระเหยไปเกดอารคในบรเวณสตรมเมอร และอารคความตานทานจ าเพาะลดลงจากคาเดมสภาพน าสงขนเปนตวน าเสมอนแทงตวน าดนขนาดโตขน และดงแสดงในภาพท 2.26 แสดงถงครงทรงกลมทเกดจากแทงตวน าดนหลายแทง

37

ภาพท 2.26 แสดงถงครงทรงกลมทเกดจากแทงตวน าดนหลาย

ภาพท 2.27 กระแสสงตวน าแทงเปลยนเปนครงทรงกลม

จากภาพท 2.27 ลกษณะของการเกดจากทกระแสมากกวา gI (กระแสแรงดนต า) เบรก

ดาวนในดนเกดตอเนอง และขยายตวจาก 0r เปน r ในวงรศม r ความตานทานจ าเพาะเปนศนย เพราะดนไดรบไดรบแรงดนเกนกวาคาวกฤตท าใหดนสญเสยความเปนฉนวนดนจงกลายเปนตวน ากระแสสง

38

ภาพท 2.28 ความตานทานอมพลสของรากสายดนครงทรงกลม

0R = คาความตานทานกระแสต า

iR = คาความตานทานกระแสสง

gI = คากระแสต า

RI = คากระแสสง จากภาพท 2.28 จะเหนไดวาเมอมกระแสต าคาความตานทานดนจะสง แตเมอเกดคาวกฤต

ท าใหกระแสสงเกนกวาคาความตานทานดนจะทนไหว จงท าใหเกดการเบรกดาวน จะท าใหคาความตานทานดนลดลงจนเทากบศนย

สมการการหาคาความตานทานจ าเพาะดน

14

ln

2

r

l

lRac

(2.8)

= คาความตานทานจ าเพาะดน (โอหม-เมตร)

acR = คาความตานทานจากเครองมอวดกระแสสลบ (โอหม) l = ความลกของแทงหลกดน (เมตร) r = รศมของแทงหลกดน (เซนตเมตร)

14

ln

2

r

l

lR=ρ ac

14

ln

2

r

l

lR=ρ ac

14

ln

2

r

l

lR=ρ ac

39

2.14.2 อมพแดนซทรานเซยนทของระบบกราวนด ระบบการตอลงดนจ านวนมากไดออกแบบไวส าหรบการท างานในเงอนไขของทรานเซยนทโดยทวไปสวนใหญเพอรบกระแสอมพลสเนองจากกระแสฟาผา ซงอมพแดนซของหลกดนทงายขนอยกบขนาดของกระแสอมพลส และแปรไปกบเวลาขนอยกบรปรางของอมพลส ความไมเชงเสนของอมพแดนซดนเกดจากการดสชารจในดนในพนทซงเกรเดยนทสนามไฟฟาเกน 2- 3 กโลโวลต / เซนตเมตร เพราะวาเกรเดยนทสนามถงคาสงสดทหลกดน การดสชารจท าใหลดวงจรบางสวนของชนดนทอยใกลกบหลกดน ดงนนทรานเซยนทอมพแดนซของระบบการตอลงดนส าหรบอมพลสกระแสสงมคาต ากวาคาทวดไดดวยวธสถานะคงททวไปหรออมพลสขนาดต ากวาซงไมท าใหเกดการดสชารจในดน ความเปนผลในทางตรงขามไดสงเกตวาในการตอขยายหลกดน เสนลวดหรอแถบตวน ายาวมากกวา 300 เมตร เมอทดสอบดวยอมพลสทหนาคลนชนแรงดนตกครอมอมพแดนซการตอลงดนแสดงสวนประกอบเปนอนดกทฟมาก อมพแดนซแบบทนททนใดปกตพจารณาเปนผลหารของแรงดนทรานเซยนททปอมและกระแสทบนทกทเวลาเดยวกน สวนประกอบของแรงดนเพมซงตกครอมอนดกแตนซของดนทอมพลสหนาคลนชน (หรอลดลงของคลนทนททนใดของกระแสอมพลส) ถกตความเปนการเพมของอมพลสของดน

2.14.3 การวดอมพลสทรานเซยนทของระบบการตอลงดน การวดอมพแดนซของการตอลงดนท าโดยใชขนาดแรงดนอมพลสทเปนจรงและกระแสอมพลสเพราะวาคณลกษณะไมเชงเสนของอมพแดนซไมรวมเทคนคการใชโมเดลหรอการทดลองทลดสเกลเพอท าการวดวงจรททดสอบทตองการซงมเครองก าเนดกระแสอมพลสแรงสงทมพลงงานเพยงพอเชนเดยวกบโวลตเตจดไวเดอรทเทยงตรง ชนตการวดกระแสและออสชโลกราฟแบบอมพลสดบเบลบม กระแสฟาผามพสยระหวาง 1 กโลแอมแปร และ 100 กโลแอมแปร และอมพแดนซกราวนดโดยทวไปมคา 10 โอหม การพจารณาขอก าหนดทวไปของเครองก าเนดอมพลสชนดเคลอนทซงปกตใชไฟฟาจากการไฟฟาส าหรบการทดสอบการประสานสมพนธทางฉนวนในสถานยอยแรงสงเหมาะตอการวดอมพแดนซของดนแบบทรานเซยนท การแกปญหาอกอนทเปนไปไดประกอบไปดวยการตดตงระบบตอลงดนตนแบบ (Phototype) ในดนใกลหองทดสอบแรงสงและตอเครองก าเนดไฟฟาของหองทดสอบเชนเดยวกบเครองอปกรณส าเรจการวดกบระบบตอลงดนทตองการทดสอบ ออสซลโลสโคปส าหรบบนทกแรงดนตกครอมอมพแดนซกราวนดและกระแสอมพลสทปอนพรอมกนตองการจดอางองดน ซงออสซลโลสโคปดงกลาวตองการ จดอางองดนสามารถตง

40

โดยสะดวกทฐานของเครองก าเนดอมพลสเพอใหระยะทพอเพยงส าหรบการตอลงดนทตองการทดสอบอมพแดนซทรานเซยนทของกราวนดทหาไดจากกระแสและแรงดนออสซลโลกราฟ เปนผลหารของทรานเซยนททงสอง

2.14.4 ความตานทานดนอมพลส พารามเตอรอนๆทส าคญคอความตานทานตามทางของกระแสไฟผาทไหลลงดนคาความ

ตานทานของหลกดนทความถก าลงขนอยกบรปรางและขนาดของหลกดนซงเปนสดสวนโดยตรงกบความตานทานจ าเพาะของดนคาเฉลยความตานทานจ าเพาะของดนมคาประมาณ 100 โอหม-เมตร หรอนอยกวาส าหรบดนชนไปจนถง 1,000 โอหม-เมตร ส าหรบดนแหงหรออาจขนไปสงถง 107 โอหม-เมตรส าหรบดนหนการค านวณและการวดคาความตานทานดนไดมผท าการศกษาไวมากมายจงมความตองการมาตรการในการทจะลดความตานทานดนทมคาสงๆลงโดยการใชแทงหลกดนในแนวดงและหรอตวน าฝงดนแนวนอน

ผลของความหนาแนนกระแสสงๆท าใหดนรอบๆแทงหลกดนเกดการแตกตวหรออาจเกดเบรกดาวนบางสวนดวยเหตนคาความตานทานดนอมพลสทโคนเสาหรอแทงหลกดนจะมคาต ากวาคาทวดไดทมความถก าลงผลดงกลาวอาจไมสรางความแตกตางมากนกส าหรบความตานทานดนในชวง 5-15 โอหม แตถาเปนทความตานทานดนสงๆการลดลงของความตานทานของดนอมพลสเมอเทยบกบความตานทานดนทความถก าลงจะมผลคอนขางมาก สามารถใชประมาณคาความตานทานดนอมพลสเทยบกบคาความตานทานดนทวดทความถก าลง

41

ภาพท 2.29 กราฟประมาณคาความตานทานอมพลส ; เสนประเปนคาโดยประมาณ

คาความตานทานอมพลสของตวน าฝงแนวนอนมความสมพนธกบเวลาเมอกระแสเรมไหล

ผานจะมคาเทากบ 150 โอหม จากนนคาเสรจอมพแดนซของตวน าทฝงดนจะลดลงจนมคาเทากบความตานทานทความถก าลงเมอเสรจเคลอนทกลบจากดานปลายของตวน าแนวนอนเมอคดความเรวในการเคลอนทของเสรจเทากบ 100 เมตรตอไมโครวนาทกจะไดความตานทานทความถก าลงเมอผานไป 2 ไมโครวนาทหากสายยาว 100 เมตรและเมอเทยบกบตวน าเสนเดยวยาว L กบการใชตวน า 2 เสน ยาวเสนละ 0.5L วางในทศทางตางกนกจะไดความตานทานเรมตน 75 โอหมและจะลดลงจนถงความตานทานทความถก าลงในเวลาทสนกวากนครงหนงและถาตวน า 4 เสนกจะยงดมากขน