درک اهمیت تست مقاومت سیستم زمین و روشهای تست عملی مقاومت ویژه و مقاومت خاک

امروزه با پیشرفت سریع تکنولوژی در جهان، داشتن دانش مناسب برای جلوگیری از خسارت و خرابی پرهزینه به دلیل وقفه در سرویس و محافظت در برابر افزایش جریانهای ناگهانی ناشی از ایرادات سیستم های ارت، مهمتر از همیشه است.
سیستم های زمین با هدایت جریان صاعقه به زمین ضمن محافظت از پرسنل در برابر آسیب، از اجزای سیستم در برابر آسیب پدیده های طبیعی مانند رعد و برق نیز محافظت می کنند. در سیستم های الکتریکی مجهز به ارت، سیستم ارت با فراهم کردن مسیری با مقاومت کم، از عملکرد سریع رله های حفاظتی در صورت بروز پتانسیل های غیر منتظره به دلیل خطا جلوگیری می کنند.

امروزه وجود سیستم زمین با مقاومت کم برای تأمین حداقل های مطرح شده در استانداردهای  NEC® ، OSHA و برخی از شرایط ضمانت یا گارانتی تجهیزات به همراه سایر استانداردهای ایمنی الکتریکی اجباری می باشد.

منابع

  • IEEE Std 81-2012 - راهنمای IEEE برای اندازه گیری مقاومت ویژه خاک، مقاومت سیستم زمین و پتانسیل های سطح زمین در سیستم های ارت
  • IEEE Std 142-2007 - روش توصیه شده IEEE برای سیستمهای زمین در سایتهای صنعتی و تجاری
  • 2014 NEC

مقاومت ویژه خاک
چرا مقاومت ویژه خاک را اندازه می گیریم؟

اندازه گیری مقاومت خاک سه هدف را دنبال میکند.
اولا از داده ها برای انجام بررسی های ژئوفیزیکی زیر سطحی به منظور کمک در شناسایی مکان های سنگ های معدنی، عمق بستر و سایر پدیده های زمین شناسی استفاده می شود.
دوما مقاومت ویژه خاک در میزان خوردگی در خطوط لوله زیرزمینی تأثیر مستقیمی دارد. کاهش مقاومت به افزایش فعالیت خوردگی منجر می شود و بنابراین لزوم بکار گیری سیستم های حفاظت کاتدیک را دیکته می کند.
سوما، مقاومت ویژه خاک به طور مستقیم بر طراحی سیستم ارت تأثیر می گذارد که در این مقاله به این مهم می پردازیم. هنگام طراحی سیستم زمین یا ارت گسترده، توصیه می شود برای دستیابی به اقتصادی ترین سیستم ارت، مکانی با کمترین مقاومت ویژه خاک را پیدا کنید.

  • توجه: هرچه مقدار مقاومت ویژه خاک پایین تر باشد، سیستم زمینی با الکترودهای ساده تر و کمتری مورد نیاز است.

تأثیر مقاومت ویژه خاک بر روی الکترود سیستم زمین

مقاومت ویژه خاک یک عامل اصلی است که تعیین می کند مقاومت یک سیستم الکترود زمینی( سیستم ارت) چقدر خواهد بود و برای دستیابی به سیستمی با مقاومت کم، تا چه عمقی باید هدایت شود و یا به عبارت بهتر الکترود ما تا چه عمقی می بایست دفن گردد. مقاومت خاک در سراسر جهان بسیار متفاوت است و به صورت فصلی تغییر می کند. مقاومت ویژه خاک تا حد زیادی به محتوای الکترولیتی خاک که از رطوبت، مواد معدنی و نمک های حل شده در خاک است وابسطه است. اگر خاک دارای عناصر نمکی محلول نباشد، به خاک خشک نامیده می شود که از مقاومت بالایی برخوردار است. 

خاکمقدار مقاومت ویژه حدودی بر اساس واحد اهم-متر
کمترینمتوسطبیشترین
خاکستر ، زغال، آب نمک ، زباله59023707000
گل ، خاک رس، خاک نباتی، گامبو340406016300
مانند مورد بالا با داشتن مقداری شن و ماسه 102015800135000
شن زار ، ماسه زار ، سنگ زار با اندکی
خاک رس یا خاک نباتی
5900094000458000

شکل1

عوامل مؤثر بر مقاومت ویژه خاک
دو نمونه خاک متفاوت وقتی کاملاً خشک می شوند، در واقع ممکن است عایق های بسیار خوبی با مقاومت ویژه بیش از 109Ω-cm شوند. بنابراین مقاومت یک خاک نمونه وقتی در معرض رطوبت 20% و یا بیشتر قرار می گیرد، تا حد زیادی تغییر می کند. (شکل 2)

مقدار رطوبت بر اساس درصد وزنیمقدار مقاومت ویژه حدودی بر اساس واحد اهم-متر
خاک لایه اولخاک نباتی شنی
0>109>109
2.5250,000150,000
5165,00043,000
1053,00018,500
1519,00010,500
2012,0006300
3064004200

شکل 2

مقاومت ویژه خاک همچنین تحت تأثیر دما است. شکل 3 تغییرات مقاومت ویژه خاک در بازه دمایی 15- تا 20 درجه سانتیگراد در خاک شنی نباتی که حاوی 15.2 درصد رطوبت است را نشان میدهد در این محدوده دمایی مقاومت ویژه بین 7200 تا 330،000 اهم-سانتیمتر متغیر است.

مقاومت ویژه Ω-cmدما
°F°C
72006820
99005010
1380032 آب0
3000032 یخ0
7900023-5
33000014-10

شکل 3

از آنجا که مقاومت ویژه خاک به طور مستقیم به میزان رطوبت و درجه حرارت مربوط می شود، فرض می شود که مقاومت هر سیستم زمینی در فصول مختلف سال متفاوت باشد. چنین تغییراتی در شکل 4 نشان داده شده است. از آنجا که دما و رطوبت هر دو در عمق زمین پایدارتر می شوند، میتوان نتیجه گرفت که بهتر است سیستم زمین یا سیستم ارت برای کارآمدی بیشتر در طی زمان بصورت الکترود دفنی یا میله ای در عمقی قابل توجه از سطح زمین احداث گردد. اگر الکترود زمین دفن شده به سطحی برسد که بطور طبیعی مرطوب است، بهترین نتیجه حاصل می شود.

  • تنوع فصلی مقاومت زمین با الکترود میله ای 3/4 اینچ در خاک رس نسبتاً سنگی.
  • عمق الکترود در زمین برای منحنی یک  3 فوت و برای منحنی دو  10 فوت است.

در بعضی از نقاط، مقاومت ویژه خاک به حدی است که برای داشتن سیستم زمین با مقاومت پایین باید هزینه قابل توجهی را متقبل شد. در چنین شرایطی ممکن است استفاده از سیستم میله ای (راد ارت) با طول کم و کاهش مقاومت زمین با تعویض دوره ای محتوای شیمیایی محلول در خاک اقتصادی باشد. شکل 5 کاهش قابل توجه در مقاومت خاک نباتی شنی را نشان می دهد که با افزایش مقدار نمک شیمیایی در خاک ایجاد شده است.

خاک ترکیب شده با مواد شیمیایی همچنین با تغییر دما در معرض تغییر قابل توجه مقاومت قرار دارد، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است.

 در صورتی که از نمک استفاده می شود، لازم است از میله هایی(راد ارت) استفاده شود که در برابر خوردگی شیمیایی مقاومت کنند.

تأثیر نمک شیمیایی* در مقاومت ویژه خاک
(خاک نباتی شنی ، رطوبت 15٪ وزن ، دما 17 درجه سانتیگراد)
نمک اضافه شده
(٪ وزنی از رطوبت)
مقاومت ویژه Ω-cm
010,700
0.11800
1460
5190
10130
20100

شکل 5

تأثیر دما بر مقاومت ویژه خاکی محتوی نمک شیمیایی*

(خاک نباتی شنی ، رطوبت 20٪. نمک 5٪ وزن رطوبت)

دما ( درجه سانتیگراد )مقاومت ویژه Ω-cm
20110
10142
0190
-5312
-131440
* مانند سولفات مس ، کربنات سدیم و غیره.
نمک ها باید قبل از استفاده توسط مراجع ذی صلاح  محلی تایید شوند.

شکل 6

اندازه گیری مقاومت ویژه خاک به روش 4پل

اندازه گیری مقاومت ویژه خاک با دو روش ممکن است. روش 2-نقطه یا دو پل  و 4-نقطه یا 4 پل. ساده ترین آن روش 2-نقطه ای است بین دو نقطه اندازه گیری انجام می شود. برای اکثر برنامه های کاربردی دقیق ترین روش 4-نقطه ای است که در ارت تسترهای مدل  CA6460 ، CA6462 ، CA6470N ، CA6471 یا CA6472 گروه CHAUVIN ARNOUX استفاده می شود. روش 4-نقطه ای (شکل 7 و 8) همانطور که از نام آن پیداست، نیاز به قرار دادن چهار الکترود هم اندازه با فواصل مساوی و درون یک خط در ناحیه آزمایش دارد. جریانی با مقدار معلوم از یک ژنراتور جریان ثابت به الکترودهای بیرونی منتقل می شود. سپس افت ولتاژ که تابعی از مقاومت است، در دو الکترود داخلی اندازه گیری می شود. مدل CA6460  CA6462 ، CA6470N ، CA6471 و CA6472 گروه CHAUVIN ARNOUX به گونه ای طراحی شده اند که قادرند مقدار مقاومت را بصورت اهم نشان دهند. در جایی که فضا یا امکان کوبیدن میله های کمکی مشکل دارد، ممکن است از جعبه میلر و آزمایش عمق چندگانه استفاده شود. روش اشلومبرگر عمدتاً برای تحقیقات زمین شناسی استفاده می شود.

حال برای محاسبه مقاومت ویژه خاک داریم

ρΕ = مقاومت ویژه خاک تست شده (Ωm)

a = فاصله الکترود (متر)
b = عمق الكترودها (متر)
Rw = مقاومت تست شده به روش ونر بر اساس فرمول "V / I" که با واحد اهم (Ω) تست و بدست آمده است.

اگر b در مقایسه با a کوچک باشد، همانطور که در مورد اکثر تستها اینگونه است (به طور معمول اتفاق می افتد) می توان فرمول معادل را بصورت ذیل بیان کرد.
ρΕ = 2 • π • a • Rw
مقدار  ρ حاصل شده، میانگین مقاومت زمین در عمقی معادل فاصله بین دو الکترود "A" برای تمام آزمایشات انجام شده است. لذا با فرض داشتن یک قطعه زمین با ابعاد معین، می توان مقاومت را در بهینه ترین عمق خاک آن تعیین کرد.

با فرض اینکه هدف از تست رسیدن به مقدار مقاومت پایین است، باید به مناطقی که حاوی خاک نباتی مرطوب است، بر خلاف یک منطقه شنی خشک توجه شود. همچنین باید به عمقی که مقاومت ویژه در آن آشکار شده است نیز توجه شود.

ρ ( اهم-سانتی متر ) = 2π AR x 100 (با A در واحد متر )


♦ مثال
پس از بازرسی ، منطقه مورد بررسی تا حدود 75 فوت مربع (7 مترمربع) به یک قطعه زمین محدود شده است. فرض کنید که شما باید مقاومت ویژه را در عمق 15 فوت (450 سانتی متر) تعیین کنید. فاصله "A" بین الکترودها باید معادل عمقی باشد که در آن می توان مقاومت متوسط ​​را تعیین کرد (15 فوت یا 450 سانتی متر). با استفاده از فرمول ساده شده روش ونر ρ = 2π AR ، عمق الکترود کمکی نباید بیش از 1/20 فاصله الکترود یا 87/8 "(22.5cm) باشد.

الکترودها را در یک الگوی شبکه ای قرار دهید(مطابق شکل 8) و به دستگاه وصل کنید.

قطعه اتصال میان X و Xv را حذف کنید (C1، P1)
هر چهار میله کمکی را وصل کنید (شکل 7)
به عنوان مثال، اگر نتیجه تست R = 15 باشد
ρ (مقاومت) = 2π x A x R
A (فاصله بین الکترود) = 450cm
ρ = 6.28 x 15 x 450 = 42،390Ω-cm

الکترودهای زمینی

اصطلاح "زمین" به عنوان اتصال یک هادی تعریف شده است که توسط آن یک مدار یا تجهیزات به زمین وصل می شوند. از این اتصال برای ایجاد و نگهداری و تثبیت هر چه بیشتر ولتاژ مدار نسبت به زمین و همچنین تجهیزات متصل به آن استفاده می شود. "زمین" از یک هادی زمینی، یک اتصال دهنده ی الکترود به هادی، الکترود (های) زمینی آن و خاک در تماس با الکترود تشکیل شده است.

"سیستم زمین" چندین کاربری محافظتی را برای ما ایجادمیکند. برای پدیده های طبیعی مانند رعد و برق، از سیستم زمین یا سیستم ارت برای تخلیه جریان استفاده می شود تا پرسنل آسیب نببینند یا اجزای سیستم آسیب نببینند. در سیستم های برقی مجهز به سیستم ارت، به دلیل وجود خطاهای سیستمی ولتاژی ایجاد می شود که زمین ها با تهیه مسیرهای جریانی با مقاومت کم، باعث عملکرد سریع رله های حفاظتی میشوند. این امر باعث می شود تا هر چه سریع تر ولتاژهای اضافی از بین برود. زمین باید ولتاژهای اضافی را قبل از آسیب دیدگی پرسنل یا سیستم برق یا سیستمهای ارتباطی تخلیه کند.

در حالت ایده آل، برای حفظ سطح ولتاژ مرجع به منظور حفظ سطح ایمنی تجهیزات، محافظت در برابر الکتریسیته ساکن و محدود کردن سیستم به سطح ولتاژ تعریف شده برای ایمنی اپراتورها، مقاومت سیستم زمین باید صفر اهم باشد. در واقعیت، همانطور که در متن بیشتر توضیح می دهیم، این مقدار قابل دست یافتن نیست.
در نهایت، مقاومت سیستم زمین با مقدار کم برای رعایت استانداردهای  NEC® ، OSHA و سایر استانداردهای ایمنی الکتریکی ضروری است. شکل 9 یک الکترود زمین را نشان می دهد. مقاومت الکترود زمین از اجزای زیر تشکیل شده است.

الف) مقاومت فلز و اتصالات آن.
ب) مقاومت تماس زمین اطراف الکترود.
ج) مقاومت موجود در لایه های دورتر الکترود


به طور خاص:
الف) الکترودهای زمین معمولاً از یک فلز بسیار رسانا (روکش مس یا مسی) با مقاطع کافی ساخته می شوند تا مقاومت کلی ناچیز باشد.

ب) انستیتوی ملی استاندارد و فناوری ثابت کرده است که مقاومت بین الکترود و زمین اطراف بسیار ناچیز است اگر الکترود عاری از رنگ، گریس یا سایر پوششها باشد و اگر زمین به طور کامل کمپکت و فشرده شود.
ج) تنها مؤلفه باقیمانده مقاومت لایه های زمین اطراف است. الکترود زمین را اینگونه می توان تصور کرد که توسط پوسته های متحد المرکز خاک احاطه شده است که همه ضخامت یکسان دارند.
هرچه لایه ها به الکترود نزدیکتر باشد، سطح آن کوچکتر است. از این رو، اثر مقاومتی آن بیشتر می شود. هر چه لایه ها از الکترود دورتر باشند، سطح لایه بیشتر می شود. از این رو، اثر مقاومتی آن کمتر می شود. در نهایت، اضافه کردن لایههای بسیار دورتر از الکترود دیگر به طور قابل توجهی مقاومت کلی زمین اطراف الکترود را تحت تأثیر قرار نمی دهد. مسافتی که این اثر در آن رخ می دهد، به عنوان منطقه مقاومت مؤثر گفته می شود و مستقیماً به عمق دفن الکترود زمینی بستگی دارد.

اثر سایز الکترود و عمق دفن در مقاومت
سایز: افزایش قطر میله باعث کاهش چشمگیر مقاومت نمی شود. دو برابر شدن قطر، مقاومت را کمتر از 10٪ کاهش می دهد.(شکل 10)

عمق: هرچه یک الکترود زمین به عمق بیشتری از زمین نفوذ کند، مقاومت آن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. به طور کلی، دو برابر شدن طول میله مقاومت را تا 40٪ کاهش می دهد (شکل 11). بر اساس استاندراد NEC 2014, 250.53 G حداقل عمق دفن 8 فوت (2.4 متر) می باشد.
همچنین استاندارد NEC 2014, 250.53 اعلام کرده است که الکترودهای میله ای از جنس استنلس استیل و مس یا روی از روکش فلز باید حداقل 15.87 میلی متر (5/8 اینچ) قطر داشته باشند، مگر اینکه توسط کارفرما درخواست قطر کمتری شودگه حتی در این حالت قطر نباید از 12.70 میلی متر کمتر باشد.

نمودارگراف محاسبه عمق دفن 

در بالا مثالی برای انتخاب عمق دفن یک الکترود زمین با قطر 5/8 اینچ با مقدار مقاومتی مورد نیاز 20 اهم رسم شده است.
1. مقاومت لازم را در مقیاس R انتخاب کنید
2- مقاومت ویژه را در مقیاس P انتخاب کنید
3. در مقیاس R و P را توسط یک خط بهم متصل کنید و اجازه دهید با مقیاس K تقاطع داده باشد.
4- نقطه مقیاس K را علامت گذاری کنید
5-  مقیاس K و مقیاس DIA را توسط یک خط به هم متصل کنید و اجازه دهید تا با مقیاس D تقاطع داشته باشد
6. نقطه تقاطع در مقیاس D عمق میله مورد نیاز برای مقاومت درخواستی در مقیاس R خواهد بود.

قاعده اصلی تست مقاومت زمین
افت پتانسیل - تست 3 پل

اختلاف ولتاژ بین میله های X و Y با ولت متر اندازه گیری می شود و جریان جاری شده بین میله های X و Z نیز توسط یک آمپرمتر اندازه گیری می شود. (توجه: X ، Y و Z ممکن است در یک تستر 3 نقطه ای بصورت C1 ، P2 و C2 یا در یک تستر 4 نقطه ای به X ، P و C یا H ، S یا E گفته شود) (شکل 13)

بر اساس قانون اهم   E = RI یا R = E / I . اگر E = 20V و I = 1A باشد،  مقاومت الکترود زمین R بصورت ذیل محاسبه می شود.

این روش به زمین طبیعی نیاز دارد و هر سیستم زمینی دیگری میباست قطع می شود. با استفاده از یک ارت تستر لازم نیست اندازه گیری های ولتاژ و جریان را انجام دهید. ارت سنج به طور اتوماتیک با تزریق جریان، مقدار مقاومت الکترود زمین را نمایضش میدهد.

موقعیت رادهای کمکی در تست

به منظور تست سیستم زمین، میباست راد کمکی یا الکترود کمکی جریانی Z را به اندازه کافی دورتر از الکترودی که در حال تست مقاومت آن هستیم بکوبیم. این در حالی است که راد کمکی یا الکترود کمکی Y ولتاژی نیز می بایست خارج از منطقه مقاومتی موثر الکترود جریانی و الکترود تحت تست قرار گیرد.

بهترین راه برای فهمیدن این نکته که میله کمکی ولتاژی Y در خارج از مناطق دارای مقاومت موثر است، جابجایی آن بین X و Z و خواندن در هر مکان است (شکل 15 را ببینید) اگر میله کمکی ولتاژی Y در فضای مقاومتی مؤثر الکترود تست و الکترود کمکی جریانی باشد (یا در هر دو اگر همپوشانی داشته باشند، مانند شکل 14)، با جابجایی آن قرائت های گرفته شده از نظر مقدار بسیار متفاوت می شوند. در این شرایط، هیچ مقدار دقیقی برای مقاومت الکترود زمین نمی تواند تعیین شود.

از طرف دیگر، اگر میله ولتاژی کمکی Y در خارج از مناطق مقاومت موثر واقع شود (شکل 15)، با جابجایی آن تغییرات مقادیر تست بسیار ناچیز است. قرائت های گرفته شده باید نسبتاً نزدیک به هم باشند و بهترین مقدار مقاومتی، مقاومت الکترود زمین X می باشد. قرائت ها برای اطمینان از وضعیت آنها همانطور که در شکل 15 نشان داده شده است باید بر روی یک نمودار رسم شود. منطقه ای که بهترین نتیجه تست را حاصل می کند اغلب به عنوان "منطقه 62٪" گفته می شود. (توضیح روش ٪ 62 را در ادامه مشاهده کنید)

توصیه میشود جابجایی الکترود Y در فاصله 5 تا 10 درصدی بین دو الکترود X تا Z باشد. میانگین نزدیکترین سه قرائت (تعریف شده توسط کاربر) مقاومت زمین و نقطه آزمون در نظر گرفته می شود.

اندازه گیری مقاومت الکترودهای زمین به روش 62%

روش 62٪ پس از ملاحظات گرافيکي و پس از آزمون واقعي پذيرفته شده است. این دقیق ترین روش است اما به این واقعیت محدود است که زمین آزمایش شده مستقل باشد.

این روش فقط در مواردی اعمال می شود كه هر سه الكترود در یك خط مستقیم قرار داشته باشند و زمین مورد تست یك الكترود، لوله یا یک صفحه باشد، مانند شکل 16.

شکل 16 را در نظر بگیرید که نواحی مقاومت مؤثر (لایه های متحد المرکز) الکترود زمینی X و الکترود جریان کمکی Z را نشان می دهد. مناطق مقاومتی با هم همپوشانی دارند. در صورت تست با حرکت الکترود پتانسیل Y به سمت X یا Z، اختلافات نتایج تست حاصل شده بسیار قابل توجه است. نمی توان حتی دو نتیجه را در یک بازه معقول به دست آورد. مناطق حساس با هم همپوشانی دارند و به بطور مداوم روی مقادیر تاثیر می گذارند تا مقدار مقاومت را افزایش دهد.

حال شکل 17 را در نظر بگیرید که در آن الکترودهای X و Z به اندازه کافی از هم فاصله دارند تا نواحی مقاومت مؤثر با هم همپوشانی نداشته باشند. اگر مقادیر تست را ترسیم کنیم متوجه می شویم که وقتی Y در 62٪ فاصله از X تا Z قرار گیرد، نتیجه تست منطقی است و این که نتایج تست با جابجایی Y به هر دو سمت X و Z تقریبا با تغییراتی منطقی مواجه است. مقدار این تغییرات منطقی توسط کاربر تعریف شده و به عنوان درصدی از نتیجه اولیه بیان می شود: 2٪، ، 5٪ ، 10٪ و ...

 

 

فاصله الکترودهای کمکی

هیچ فاصله مشخصی بین X و Z داده نمی شود، زیرا این فاصله نسبت به قطر الکترود موردآزمایش، طول آن، یکدست بودن خاک محل تست و به ویژه مناطق مقاومت مؤثر ( گرادیان ولتاژ) متغیر است. با این حال، فاصله تقریبی از نمودار زیر که برای یک خاک همگن و الکترود به قطر 1 اینچ در نظر گرفته شده است قابل استخراج است (برای قطر 1/2 اینج، فاصله را 10٪ کاهش دهید؛ برای قطر 2 اینچ فاصله را 10٪ افزایش دهید؛ برای قطر 3/8"اینچ فاصله را 8٪ کاهش دهید.)

فاصله حدودی الکترودهای کمکی در روش 62٪ (بر اساس واحد فوت)
فاصله الکترود Zفاصله الکترود Yعمق دفن
72456
80508
885510
966012
1157118
1207420
1408630

شکل18
 

اثر استفاده از چندین الکترود زمین
الکترودهای چندگانه موازی مقاومت کمتری نسبت به یک الکترود تکی دارند. سیستمهای الکتریکی با ظرفیت بالا نیاز به مقاومت زمین کمی دارند. از الکترود یا میله های متعدد برای رسیدن مقاومت استفاده می شود.
الکترود دوم در یک سیستم باعث نصف شدن مقاومت کل نمیگردد، مگر اینکه این دو از هم فاصله ای منطقی را داشته باشند. برای دستیابی به اثر مقاومت هر الکترود در یک سیستم، میله های مختلف را به فاصله طول یک میله در یک خط، دایره ای، مثلثی یا مربعی قرار دهید. مقاومت معادل را می توان با تقسیم تعداد میله ها و ضرب در ضریب X محاسبه کرد (جدول19). سایر پارامترها در مورد ولتاژ گام و تماس باید توسط علم هندسه مورد بررسی قرار گیرد.

ضریب تاثیر در سیستمهای دارای چندین الکترود
تعداد راد یا الکترود زمینX(ضریب تاثیر)
21.16
31.29
41.36
81.68
121.80
161.92
202.00
242.16

جدول19

قرار دادن میله های اضافی در محیط داخلی یک شکل هندسی تاثیری در کاهش مقاومت زمین در میله های جانبی ندارد.

 

سیستمهای با الکترودهای زمین چندگانه

یک الکترود زمینی تکی یک وسیله اقتصادی و ساده برای ساختن یک سیستم زمین خوب است. اما گاهی اوقات یک میله واحد نیاز ما را برآورده نمی کند. 

برای رسیدن به سطح مقاومتی بسیار پایین، نیاز به چندین الکترود زمین داریم که توسط یک هادی( کابل) به  صورت موازی به هم متصل گردند. خیلی اوقات وقتی دو، سه یا چهار الکترود زمین استفاده می شود، آنها در یک خط مستقیم نصب می شوند. وقتی تعداد چهار یا بیشتر الکترود مورد استفاده قرار می گیرد، از پیکربندی مربع توخالی استفاده می شود و این در حالی است که همچنان الکترودهای زمین به صورت موازی به هم متصل هستند و به طور مساوی از هم فاصله دارند. (شکل 20)
در سیستمهای دارای چندین الکترود زمین، فاصله الکترود کمکی مانند تست به روش 62٪ محاسبه نمیشود. در این حالت فاصله الکترودهای کمکی اکنون بر اساس حداکثر فاصله شبکه (یعنی در یک مربع، قطر؛ در یک خط مستقیم، طول کل. (به عنوان مثال، یک مربع با ضلع 20 فوت، یک قطر تقریباً 28 فوت دارد)) حداقل سه تست، برای اطمینان می بایست انجام شود.

نکات فنی نویز بیش از حد

نویز بیش از حد ممکن است باعث بروز تداخل در تست گردد. زیرا وجود نویز به مدت طولانی منجر به تولید ولتاژ می شود. می توان از ولت متر برای شناسایی این مشکل استفاده کرد. پراب های "X" ، "Y" و "Z" را برای تست استاندارد مقاومت زمین به الکترودهای کمکی وصل کنید. از ولت متر برای تست ولتاژ در بین ترمینالهای X و X استفاده کنید. (شکل 22 را ببینید)

مقدار ولتاژ قرائت شده باید در حد تحمل ولتاژ سرگردانی باشد که برای ارت تستر یا تستر زمین شما قابل قبول است. اگر ولتاژ از این مقدار فراتر رود، تکنیک های زیر را بکار ببرید:
الف) کابل های کمکی را به دور هم بپیچید. این اغلب منجر به از بین بردن ولتاژهای مشترک بین این دو هادی میگردد. (شکل 23)

ب) در صورت عدم موفقیت روش قبلی، سعی کنید محل عبور کابلهای کمکی را تغییر دهید تا به موازات خطوط برق در زیر زمین یا روی زمین نباشد. (شکل 24)

ج) اگر همچنان مقدار ولتاژ در سطح رضایت بخشی نباشد، ممکن است استفاده از کابل های شیلددار مورد نیاز باشد. شیلد با گرفتن ولتاژ و تخلیه آن به زمین از هدایت داخلی محافظت می کند. (شکل 25)

  1. شیلدها را در سمت الکترودهای کمکی قطع کنید.
  2. هر سه شیلد را در سمت دستگاه به هم متصل کنید (قبل از ورود به دستگاه و به هیچ عنوان به ارت تستر متصل نکنید)
  3. حال عملیات تست را تکرار کنید.

مقاومت بیش از حد راد کمکی
عملکرد ذاتی یک ارت سنج بر اساس سیستم افت پتانسیل این است که یک جریان ثابت را وارد زمین کند و افت ولتاژ را با استفاده از الکترودهای کمکی اندازه گیری کند. مقاومت بیش از حد یک یا هر دو الکترود کمکی می تواند این عملکرد را مختل کند. این مشکل به دلیل مقاومت زیاد خاک یا تماس ضعیف بین الکترود کمکی و خاک اطراف آن ایجاد می شود. (شکل 26)

برای اطمینان از تماس خوب راد کمکی با زمین، خاک باید مستقیماً در اطراف الکترود کمکی قرار گرفته و کوبیده شود تا شکافهای هوایی ایجاد شده در هنگام کوبش میله از میان برود. اگر مقاومت خاک مشکل دارد، آب را در اطراف الکترودهای کمکی بریزید. این عمل تاثیری در تست مقاومتی ما ندارد و تنها مقاومت الکترود کمکی را کاهش می دهد.

آسفالت ، خاک ، بتن ، سنگ و غیره ...

بعضی اوقات تست در محیطی است که الکترود زمین توسط آرماتور بتنی یا خود بتن احاطه شده است و امکان کوبش رادهای کمکی هم وجود ندارد.
در چنین مواردی همانطور که در شکل 27 نشان داده شده است، از صفحه های مشبک فلزی و آب می توان برای جایگزینی الکترودهای کمکی استفاده کرد.
صفحات مشبک را روی آسفالت، خاک، بتن، سنگ قرار دهید، به همان مقدار فاصله از الکترود زمین که در تست به روش افت پتانسیل مورد نیاز است. آب را روی صفحه ها بریزید و بگذارید داخل آن خیس شود. این صفحه نمایش اکنون همان عملکردی را که الکترودهای کمکی برعهده داشتند، انجام می دهد.

تست مقاومت زمین به کمک ارت تستر کلمپی
مدل های CA6416 و CA6417

این یک روش تست نوآورانه و کاملاً بی نظیر است. این روش تست مقاومت را بدون قطع سیستم زمین فراهم می کند.
این روش تست مناسب برای یافتن مقاومتهای کلی سیستمهای متصل به زمین است.
این روش نیاز به یک رینگ ارت دارد تا سیگنال به سیستم تزریق شود و از طریق زمین به نقطه آزمایش برگردد.


اصل عملیات
معمولاً میتوان یک سیستم خط انتقال توزیع را بصورت مدار نشان داده شده در شکل 28 شبیه سازی کرد که مدار معادل آن در شکل29 نشان داده شده است. در مدار معادل نشان داده شده فرمول زیر برقزار است:

بنابراین بر اساس رابطه E / I = Rx برقرار می شود. اگر در این رابطه E ثابت فرض شود، می توان مقاومت نقطه تست را بدست آورد. مجدداً به نمودارهای 28 و 29 مراجعه کنید. جریان از طریق یک ترانس مخصوص که شامل فیلتر بالاگذر با فرکانس 2.4kHz است به مدار تزریق میگردد.
جریان برگشتی به دستگاه توسط CT تشخیص داده می شود. فقط جریان با فرکانس 2.4 کیلوهرتز توسط یک تقویت کننده فیلتر می شود. حال با داشتن مقدار جریان برگشتی و ولتاژ ثابت تزریقی، مقدار R بدست آمده و سپس روی LCD نمایش داده می شود.
فیلتز بالاگذر برای قطع هر دو جریان تزریقی و جریان نویز استفاده می شود. سطح ولتاژ توسط سیم پیچ دیگری که اطراف CT تزریق وجود دارد کنترل می گردد که پس از تقویت، اصلاح شده و سطح آن توسط یک تصحیح کننده ثابت نگه داشته می شود.
اگر فک دستگاه به درستی بسته نشده باشد، نشانگر"فک باز" روی LCD ظاهر می شود.

مثال: تستهای میدانی

 ترانسفورماتور نصب شده روی تیر
هر نوع کاور پوشاننده سطح سیم هادی را برداشته و فضای کافی را برای فک های مدل 6416 و 6417 فراهم کنید، که باید بتواند به راحتی در اطراف هادی قرار بگیرد. فک ها را می توان در اطراف میله زمین قرار داد.
♦ نکته: تجهیز را باید طوری قرار دهید که فک ها در یک مسیر الکتریکی مستقیم از سیم نول تا میله زمین یا میله های موجود در مدار قرار گیرند.
تجهیز را در حالت تست جریانی قرار دهید "A" و جریان زمین را اندازه بگیرید. حداکثر دامنه جریان 30A است. اگر جریان زمین بیش از 5A باشد، تست مقاومت زمین امکان پذیر نیست و نباید به تست ادامه دهید. در این حالت، فک ارت تستر را باز کرده و از مدار خارج کنید و به محل آزمایش بعدی بروید.
پس از تست جریان زمین، تستر را در حالت تست مقاومت زمین "Ω" قرار داده و مقاومت را مستقیماً اندازه گیری کنید. مقدار خوانده شده توسط ارت سنج کلمپی CA6416 و CA6417  معادل مقاومت کل میله زمین، تمامی هادیها و اتصالات آن تا ترانس است.
توجه داشته باشید که در شکل 30 دو الکترود زمین وجود دارد. در این نوع مدار، تجهیز باید در بالای باند قرار گیرد تا هر دو الکترود در تست گنجانده شوند. CA6416 و CA6417 امکان ذخیره نتایج حاصل از تست شامل جریان و مقاومت قرائت شده به همراه زمان را به شما می دهد.
♦ نکته: تست فوق یک یا چند مورد از موارد زیر را آشکار میکند:
الف) میله زمین نامطلوب
ب) هادی زمین غیر متصل
ج) اتصالات با مقاومت بالا روی میله زمین یا انشعابات بر روی هادی و ...

 

ترانسفورماتور  زمینی
♦نکته: هرگز اتصالات ترانسفورماتور را باز نکنید. آنها قسمتی از سیستم الکتریکی هستند. این تست فقط مخصوص کارشناسان ولتاژ بالا است.
تمام الزامات ایمنی را رعایت کنید، زیرا ولتاژ بسیار خطرناکی وجود دارد.
همه میله ها(رادها) را پیدا کرده و آنها را شماره گذاری کنید (معمولاً فقط یک میله واحد وجود دارد). اگر میله های زمین در داخل اتاق ترانس قرار دارند، به شکل 32 رجوع کنید و اگر آنها خارج از اتاق ترانس هستند، به شکل 33 مراجعه کنید. اگر یک میله تکی در داخل اتاق یافتید، تست باید قبل از اتصال میله به ترانس یا شینه ارت انجام شود. به میله زمین اغلب بیش از یک هادی زمین متصل شده است که مربوط به هادی ارت بدنه و نول ترانس می باشد.
در بسیاری موارد، بهترین حالت تست را می توان با قراردادن ارت سنج های مدل های CA6416 و CA6417 بر روی میله زمین، در نقطه اتصال هادیها به میله ارت بدست آورد تا مقاومت معادل مدار زمین را اندازه گیری کند.
برای پیدا کردن یک هادی دیگر برای بسته شدن لوپ و تکنیل مسیر برگشت جریان باید دقت کرد.

سیستمهای مخابراتی

ارت سنج کلمپی که توسط CHAUVIN ARNOUX® ساخته شده و در بالا مورد بحث قرار گرفته است، توانایی شرکت های برق را برای اندازه گیری مقادیر مقاومت زمینی متحول کرده است. همین ابزار و فناوری اثبات شده آن می تواند برای صنایع مخابرات برای کمک به تشخیص مشکلات ارت و همبندی استفاده شود. از آنجا که در تاسیسات مخابراتی تجهیزات با ولتاژهای پایین تر کار می کنند، توانایی سیستم در از بین بردن هرگونه ولتاژ سرگردان یا طبیعی از اهمیت بیشتری برخوردار می شود. تسترهای سنتی که بر اساس افت ولتاژ عمل میکنند، ثابت شد که ممارست بسیاری را می طلبد و برای تفسیر نتایج باید کارهای بسیاری را انجام داد. از این مهمتر، روش تست کلمپی به کاربر این امکان را می دهد تا بدون خارج کردن سیستم ارت از سرویس، تست های خود ار انجام دهد.
در بسیاری از مناطق عملیاتی، ارت از همبندی دو تجهیز به یکدیگر برای جلوگیری از ایجاد اختلاف پتانسیل هایی که می تواند برای تجهیزات و پرسنل خطرناک باشد، تشکیل شده است. ارت تستر کلمپی می تواند برای آزمایش این سیستم همبند شده استفاده شود.
در اینجا برخی از راه حل ها و روشهای اتصال که کاربردهایی در صنعت مخابرات دارند ارائه شده است.


کابینت تلفن و محوطه
ارت نقش بسیار مهمی در محافظت از تجهیزات حساس داخل کابینت های تلفنی و بدنه آنها ایفا می کند. برای محافظت از این تجهیزات، باید یک مسیر با مقاومت کم احداث شود تا هرگونه اضافه ولتاژی با خیال راحت به سمت زمین تخلیه شود. این تست مقاومتی با استفاده از ارت سنج کلمپی مدل های 6416 و 6417 و قراردادن آن در اطراف میله زمین دفن شده ، زیر شینه همبند شده مشترک مخابرات و شرکت برق انجام می شود.

برای جلوگیری از آسیب هرگونه پتانسیل ولتاژ بالا بین تجهیزات شرکتهای مخابرات و نیرو، همبند با مقاومت کم ایجاد می شود.

 

ارت پایه ها
تمام غلاف های کابل ( آرمور یا سرب ) به شینه ارت در داخل هر پایه متصل می شوند.
این شینه ارت از طریق راد ارت به زمین وصل می شود.
مقاومت میله زمین را می توان با استفاده از تستر ارت کلمپی که در اطراف میله زمین یا سیم اتصال میله به شینه قرار داده می شودف اندازه گرفت. (شکل 36)

شیلد کابلها

شیلد کابل در یک باکس دفنی یا باکس دیواری مخابراتی ممکن است با استفاده از  هادی PEN زمین شده باشد.
برای اطمینان از  این اتصال، می توان از ارت تستر کلمپی استفاده کرد.

 

 

 

 

در انتها یک فرم نمونه گزارش برای تست مقاومت یه شیوه افت پتانسیل قرار داده میشود. امید است این مقاله توانسته باشد گوشه ای از ابهامات دوستان عزیز در خصوص ارتینگ را مرتفع نموده باشد.

محصولات گروه Chauvin Arnoux كشور فرانسه كه شامل سه برند Multimetrix , Metrix  و Chauvin Arnoux است، توسط شركت یکتا آموت عمران به عنوان نماينده رسمي به بازار عرضه مي شود.


 ادامه