روش های اندازه گیری مقاومت زمین

 

مقاومت زمین به طور کلی به دو بخش مقاومت ویژه خاک و مقاومت الکترود زمین تقسیم می شود. اندازه گیری مقاومت ویژه خاک قبل از شروع احداث الکترود و به منظور تصمیم گیری درباره مشخصات آن و محل احداث الکترود انجام می گیرد. اما مقاومت الکترود برای تأمین ایمنی افراد و صحت عملکرد دستگاه ها اندازه گیری می شود. اجازه دهید تفاوت مقاومت ویژه خاک و مقاومت الکترود زمین را دقیق تر بررسی کنیم : 

 

انواع-مقاومت-زمین

  • مقاومت ویژه خاک

مقاومت ویژه خاک عبارت است از مقاومت یک متر مکعب از زمین که بین دو الکترود صفحه ای سنجیده می شود. مقاومت ویژۀ زمین بستگی به نوع مواد تشکیل دهندۀ زمین دارد؛ لذا در هر قسمت از زمین متفاوت است. برای اندازه گیری مقاومت ویژۀ زمین از چهار الکترود استفاده می شود (هر چهار الکترود موقتی هستند). برای انجام آزمون، چهار الکترود عمقی کمکی، حدود یک متر با فواصل مساوی و در یک امتداد در زمین کوبیده می شوند.


کامل ترین اطلاعات را درباره مقاومت ویژه خاک، روش های اندازه گیری مقاومت ویژه و نحوه کاهش مقاومت ویژه خاک با یک کلیک بخوانید. 

 


  • مقاومت الکترود زمین

زمانی که الکترود در خاک قرار می گیرد و از آن جریانی عبور می کند، خاک اطراف الکترود، جریان را از خود عبور می دهد و در اصل مقاومتی که اندازه گیری می شود، مقاومت توده خاک اطراف الکترود است. بنابراین مقاومت الکترود، مقاومت خاک چسبیده به الکترود زمین است تا بی نهایت؛ بر خلاف تصور بسیاری، این نادرست است که مقاومت مذکور برابر با مقاومت خود الکترود زمین در نظر گرفته شود. الکترود یک فلز است و مقاومت آن بسیار پایین است و در خاک نیز مقاومت آن تغییری نمی کند.

 

مقاومت-الکترود-زمین

اگر خاک همگن باشد، گرادیان ولتاژ حول آن شبیه لایه های نیم کروی شکل است، که هر نیم کره یک مقاومت و هر مقاومت آن متشکل از مقاومت های موازی فرض می شود. با بزرگتر شدن طول شعاع نیم کره، تعداد این مقاومت های موازی بیشتر شده و لذا مقاومت کوچکتر می شود. تا جایی که در بی نهایت مقدار Rn به سمت صفر میل می کند. بنابراین هر چه از الکترود دور شویم تأثیر خاک اطراف آن کمتر می شود. به دلیل گفته شده، توجه به خاک اطراف الکترود در کاهش مقاومت الکترود زمین نقش اساسی دارد.

تعریف-مقاومت-الکترود-زمین

مقاومت الکترود نسبت به زمین از تقسیم ولتاژ بر شدت جریان اندازه گیری شده توسط ولت متر و آمپرمتر به دست خواهد آمد. مهم ترین نکته در این روش، فواصل الکترودها از چاه یا شبکۀ زمین مورد اندازه گیری است که در اندازه ها نقش به سزایی دارد.

 

  • مراحل اندازه گیری مقاومت زمین

نکات اندازه گیری مقاومت زمین سه بخش است: 

  1. قطع منبع اصلی برق
  2. اطمینان از قطع برق و اطمینان از عدم امکان وصل آن توسط دیگران
  3. استفاده از لوازم ایمنی فردی

اندازه گیری مقاومت زمین

 

  • عوامل کاهش مقاومت الکترود زمین

کاهش مقاومت الکترود زمین به دو عامل اساسی زیر بستگی دارد:

۱٫ افزایش طول الکترود قائم در زمین

۲٫ استفاده از چند الکترود موازی

۳٫ مقاومت خاک منطقه که خود بستگی به عوامل زیر دارد:

الف) املاح خاک (ترکیب شیمیایی نمک های فلزی قابل حل در آب)

ب) درصد رطوبت خاک

ج) دمای خاک

د) اندازه دانه ها و توزیع دانه در خاک (دانه بندی خاک)

ه) تراکم خاک و فشار وارد بر آن

 

  • تأثیر افزایش طول الکترود قائم در زمین بر کاهش مقاومت الکترود زمین

شکل الکترود زمین در مقاومت آن موثر است. هرچه سطح تماس الکترود بیشتر باشد، به دلیل بزرگتر شدن حوزه مقاومتی اطراف آن، تعداد مقاومت های موازی بیشتر می شود و مقاومت الکترود زمین کاهش می یابد. در واقع هرچه یکی از ابعاد الکترود بزرگ تر از دو بعد دیگر آن باشد و تماس الکترود در این بعد با خاک بیشتر باشد، مقاومت کل الکترود نسبت به جرم زمین کمتر می شود. بنابراین الکترودهای قائم به دلیل تماس بیشتر لایه های خاک در طول الکترود اثر گذاری بیشتری دارند و الکترودهای صفحه ای کم اثرترین الکترود به شمار می روند.

 

تأثیر-افزایش-طول-الکترود-بر-مقاومت-زمین

 

حال با افزایش طول (عمق دفن) الکترود قائم تأثیر به سزایی در کاهش مقاومت الکترود دارد، به طوری که با افزایش و دو برابر شدن طول الکترود، مقاومت الکترود ۴۰ درصد کاهش می یابد. در انمودار زیر به خوبی مشاهده می کنید که با افزایش طول الکترود مدفون در زمین، مقاومت آن کاهش می یابد.

نمودار رابطه عمق الکترود با مقاومت الکترود زمین

نمودار-رابطه-بین-عمق-دفن-الکترود-و-مقاومت

 

  • تأثیر استفاده از چند الکترود موازی در کاهش مقاومت زمین

استفاده از چند الکترود به طور موازی مقاومت زمین را کاهش می دهد، اما نه به صورتی که حاصل مقاومت دو الکترود یکسان موازی دقیقاً نصف مقاومت یک الکترود شود، در واقع مقاومت دو الکترود موازی، ۴۰ درصد نسبت به مقاومت یک الکترود کاهش می یابد. هم چنین نصب سه الکترود موازی حدود ۶۰ درصد و چهار الکترود حدود ۳۳ درصد مقاومت زمین حاصل را کاهش می دهد. شکل های زیر گویای همین مطلب هستند.

 

نتایج-کاهش-مقاومت-الکترود-زمین-با-استفاده-از-چند-الکترود-موازی

 

به عنوان مثال اگر دو الکترود موازی و فاصله ۱۰ فوتی وجود داشته باشد، مقاومت زمین در حدود ۴۰ درصد کاهش می یابد.

نمودار رابطه تعداد الکترودهای زمین موازی با مقاومت زمین

نمودار-مقایسه-مقاومت-الکترودهای-موازی


 

کامل ترین اطلاعات در زمینه انواع الکترود و روش های نصب آن ها را با یک کلیک در این مقاله بخوانید.

 


  • مقاومت خاک منطقه

پیچیدگی سیستم اتصال زمین، عمدتاً تحت الشعاع مقاومت مخصوص خاک زمینی که سیستم اتصال زمین در آن اجرا می گردد، اتفاق می افتد. مقاومت خاک مخصوص به نوع خاک، لایه بندی، ساختار دانه بندی، رطوبت خاک و تغییرات فصلی بستگی دارد.

  • املاح خاک

هدایت الکتریکی خاک، در گرو میزان املاح هادی موجود در محلول خاک است و محلول ها بسته به غلظت نمک های فلزی موجود در آن، نسبت به عبور جریان الکتریکی از خود مقاومت نشان می دهند. هرچه غلظت این نمک ها بیشتر باشد، مقاومت مخصوص کمتر و هدایت الکتریکی بیشتر می شود. خاک ها از نظر درصد املاحشان با هم تفاوت دارند، بنابراین هدایت الکتریکی آنها متفاوت است.

اغلب خاک، به خودی خود برای اجرای یک سیستم زمین خوب جوابگو نیست و باید خواص الکتریکی آن، با استفاده از مواد مناسبی تقویت شود. این مواد الکترولیت، بکفیل یا مواد کاهنده نامیده می شوند. مواد کاهش دهنده مقاومت زمین، دارای مقاومت مخصوص بسیار کمی هستند.

با ریختن این مواد اطراف الکترود، بدلیل چسبندگی بیشتر آنها نسبت به خاک محل سطح تماس افزایش می یابد و به علت مقاومت مخصوص کم و سطح تماس بیشتر، مقاومت الکترود کاهش می یابد. همچنین تأثیر عمل آوری خاک به روش های شیمیایی در کاهش تغییرات فصلی مقاومت الکترود موثر است.

کاهش-مقاومت-زمین-با-استفاده-از-مواد-کاهنده-مقاومت-ویژه-خاک-(الکترولیت)

 

  • رطوبت خاک

هدایت الکتریسته در خاک ماهیت شیمیایی دارد و جریان توسط حرکت و جابه جایی یون ها ایجاد می شود. یک یون، کل اتم را شامل می شود و اتم های مواد جامد قادر به جابه جایی نیستند. پس خاک در حالت جامد قادر به هدایت جریان برق نیست، ولی هنگامی که مقداری آب جذب کند املاح خاک در این رطوبت حل و یونیزه شده و هدایت الکتریکی را بر عهده می گیرند.

لذا هدایت الکتریکی با افزایش املاح و آب، افزایش می یابد. ولی هنگامی که مقدار این رطوبت بسیار زیاد شود، میزان هدایت کاهش خواهد یافت. زیرا آب و رطوبت بسیار زیاد موجود در خاک، به تدریج و به مرور زمان، املاح و حتی دانه های ریز را جابه جا می کند. در نتیجه هدایت خاک به دلیل فقر املاح، کم می شود. بنابراین رطوبت در حدود ۱۵ الی ۲۰ درصد برای هدایت الکتریکی خاک کافی است. خاک های سطحی یا زیرزمینی که به طور دائم در معرض رطوبت فراوان قرار دارند (مانند بستر جوی ها و رودخانه ها) دارای هدایت کمی هستند.

  • دمای خاک

با افزایش درجه حرارت از صفر درجه، هدایت افزایش می یابد به طوری که با افزایش یک درجه سانتی گراد، هدایت الکتریکی تقریباً دو درصد افزایش می یابد. در خاک های خشک یا یخ زده به دلیل جابه جا نشدن یون ها مقاومت خاک بالا است. در زمان اجرای الکترود باید با در نظر گرفتن آب و هوای منطقه به عمق موثر آن توجه لازم شود تا امکان یخ زدن سطح خاک در زمستان و خشک شدن آن در تابستان وجود نداشته باشد.

  • اندازه دانه ها و توزیع دانه در خاک (دانه بندی خاک)

دانه بندی خاک در هدایت الکتریکی خاک موثر است. خاک از دانه هایی با اندازه های مختلف تشکیل شده است. هر چه دانه های خاک درشت تر باشند، فاصله های خالی بیشتری بین آنها به وجود می آید و چون هوا، عایق مقاومت الکتریکی خاک افزایش می یابد. هرچه دانه بندی خاک ریزتر باشد سطح موثر ارتباط دانه های آن با هم بیشتر می شود، بنابراین مقاومت مخصوص خاک کاهش و هدایت الکتریکی افزایش می یابد.

  • تراکم خاک و فشار وارد بر آن

دانه بندی خاک، در خاک های دست نخورده، به هم فشرده تر است. فشردگی خاک به معنی چسبیدن بیشتر ذرات به یکدیگر و ایجاد مسیر بهتر برای هدایت است. در حالیکه در خاک های دستی فاصله بین دانه های خاک زیادتر است و در نتیجه سطح موثر آنها با هم، کاهش و مقاومت خاک افزایش می یابد. بنابراین اجرای سیستم اتصال زمین، در زمین دست نخورده بسیار حائز اهمیت است.

به همین دلیل است که در هنگام نصب الکترود میله ای آن را مستقیماً باید از سطح خاک کوبید و حفر چاه برای آن غلط است. در هنگام اجرای الکترودهایی همچون تسمه ای و صفحه ای هم که چاره ای جز حفاری نیست باید الکترولیت اطراف الکترود به خوبی کوبیده و متراکم شود.

مقاومت خاک بر حسب نوع خاک

نوع خاک

مقاومت خاک (اهم متر)

زمین باتلاقی

۵ تا ۴۰

گل و خاک رس

۲۰ تا ۲۰۰

ماسه

۲۰۰ تا ۲۵۰۰

سنگ ریزه

۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰

خرده سنگ

کمتر از ۱۰۰۰

شن

۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰

گرانیت

۵۰۰۰۰

زمین سنگلاخ

۳۰۰۰۰

 

لازم به ذکر است که این جداول صرفاً جهت مقایسه و اطلاع عمومی است و این اعداد نه در طراحی و نه در نظارت نباید به کار رود و حتماً در صورت لزوم باید اندازه گیری انجام گردد.

 


 بیشتر بخوانید:

     مقاومت ویژه خاک

  • اندازه گیری مقاومت الکترود زمین 

مبنای اندازه گیری مقاومت الکترود زمین، رابطه اصلی بین اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت و شدت جریان عبوری از آن است. 

به طور خلاصه با بهره گیری از یک الکترود کمکی شدت جریانی  از الکترود مورد آزمون عبور داده می شود و مقدار آن (I) اندازه گیری می شود و در عین حال ولتاژ دو سر الکترود مورد آزمون و یک الکترود کمکی دیگر اندازه گیری می شود و در نهایت از تقسیم این دو بر یکدیگر مقاومت الکترود مورد نظر به دست می آید.

 

اندازه گیری-مقاومت-الکترود-زمین

 

برای حصول اطمینان از اجرای درست سیستم زمین و عدم تجاوز مقاومت الکترودها نسبت به جرم کلی زمین، مقاومت الکتریکی تمامی الکترودها باید پس از نصب، با دستگاه های اندازه گیری مخصوص و به وسیله افراد کارآزموده دقیقاً اندازه گیری شود تا به سیستم نیرو آسیبی وارد نشود.

برای اندازه گیری مقاومت مخصوص خاک و مقاومت الکترود زمین، از دستگاه ارت سنج چهار سیمه استفاده می شود. چندین روش برای اندازه گیری مقاومت الکترود زمین وجود دارد که در ادامه به توضیح برخی از آن ها می پردازیم.

روش های رایج اندازه گیری مقاومت الکترود اتصال زمین:

  1. روش افت پتانسیل
  2. روش زمین مرده یا روش دو الکترودی
  3. روش تزریق جریان

 

  • روش افت پتانسیل 

  • افت پتانسیل و روش سه سیمه

روش افت پتانسیل، معتبرترین و متداول ترین روش اندازه گیری مقاومت اتصال زمین است که در استانداردهای معتبر به آن اشاره شده است و به دو صورت سه سیمه و چهار سیمه قابل اندازه گیری است. این روش مبتنی بر ایجاد یک مسیر برای جریان الکتریکی و اندازه گیری ولتاژ قسمتی از این مسیر و سپس تقسیم ولتاژ بر جریان و یافتن مقاومت است. بنابراین منبع جریانی لازم است که جریان را بین الکترود اصلی و میله کمکی جریان برقرار نماید.

 

اندازه-گیری-مقاومت-الکترود-زمین-روش-افت-پتانسیل-سه-سیم

 

سپس ولتاژ بین میله کمکی پتانسیل و الکترود، توسط ولت مترِ دستگاه ارت سنج و جریان تزریقی توسط آمپرمترِ آن قرائت می شود. مطابق با قانون اهم، نسبت ولتاژ به جریان مقاومت زمین بر روی صفحه نمایش ارت سنج نشان داده می شود که مقاومت الکترود زمین است. برای اندازه گیری مقاومت الکترود باید آن را از سیستم جدا نمود. اگر ولتاژ ۲۰ ولت و جریان ۱ آمپر باشد، مقاومت برابر ۲۰=۲۰/۱ اهم می شود.

دستگاه ارت سنج
                                     دستگاه ارت سنج

در این روش، حداقل فاصله بین الکترودِ زمینِ تحت تست تا آخرین میله باید، ۵ برابر ماکزیمم بُعد الکترود باشد. در برخی از دستگاه های ارزان قیمت فاصله مشخصی برای آن ذکر شده است (۵-۱۰ متر) که این عدد فقط برای الکترودهای خیلی کوچک خوب است و نمی تواند همیشه دقیق باشد. بسته به نوع اجرا، محل اجرا و غیره، فاصله مورد نیاز متفاوت است. به عنوان مثال در ساختمانی با دو طبقه زیرزمین و ارتفاع هر طبقه ۳ متر، اگر تصور شود که الکترود در چاهی به عمق ۲ متر در کف زیرزمین دوم اجرا شده است.

طبق توصیۀ اخیر باید فاصلۀ میله جریان ۵×(۳+۳+۲)= ۴۰  متر در نظر گرفته شود. این مقدار با عددی که برخی از دستگاه ها ارائه می دهند، همخوانی ندارد. توجه شود که اگر فواصل بین الکترودها کم و الکترودها در حوزۀ مقاومتی یکدیگر قرار داشته باشند، اندازه گیری ارزشی نخواهد داشت. زیرا عدد خوانده شده، عدد واقعی نیست.

در یک سیستم زمین متشکل از چندین الکترود موازی، فاصله بین الکترود زمین تحت تست تا میله جریان باید، ۵ برابرِ بیشترین فاصله دو الکترود از همدیگر لحاظ شود.

روش سه الکترودی

 

 

   روش افت پتانسیل خود بر دو نوع است که عبارتند از :

  1. روش افت پتانسیل عادی
  2.  روش قانون ۶۲ درصد همراه با تست خطا

 

  • روش افت پتانسیل عادی

میله ولتاژ از نزدیک الکترود تا نزدیکی میله جریان باید متناوب قرار داده شده و دستگاه قرائت شود. اعداد قرائت شده به همراه فاصلۀ آنها در یک منحنی مرسوم به منحنی مقاومت – فاصله رسم می شود. فرم این منحنی در صورت صحت اندازه گیری ها باید همیشه فرم (افزایشی ← ثابت ← افزایشی) داشته باشد. دلیل تأکید استاندارد بر این روش نیز آن است که با دیدن فرم فوق برای این منحنی، می توان برای عدد خوانده شده یک (تأییدیه) قوی داشت.

انجام این روش (حداقل به صورت کلاسیک آن) در بسیاری مواقع در کلان شهرها، به دلیل تراکم ساخت و ساز و معابر پوشیده از آسفالت و سنگ  فرش، مشکل و گاهی غیرممکن است.

    • نکات اجرایی در اندازه گیری روش افت پتانسیل

    1.  باید دانست کوبیدن میله پتانسیل در آسفالت (یا هر بستر مقاومت دیگر) نسبت به میله جریان مشکل کمتری ایجاد می کند.
    2.  در طول مسیر باید بین سیم های منتهی به میله های جریان و ولتاژ کمی فاصله وجود داشته باشند.
    3.  تمام طول سیم های جریان و ولتاژ باید به صورت کامل باز شده و حلقه نباشند زیرا باید خود القایی را در حداقل نگه داشت.
    4.  میله های جریان و ولتاژ باید محکم در زمین فرو روند و در صورتی که به دلیل پفکی بودن خاک استحکام لازم را نداشتند، اشکالی نخواهد داشت که پای الکترودها کمی آب نمک اضافه شود.
    5. در صورتی که در طول مسیر اندازه گیری نیاز به اضافه نمودن سیم باشد، باید محل سر هم شدن سیم ها نسبت به زمین عایق بندی شود.
    6. نباید در مسیر جریان هایی که توسط میله جریان به خاک داده می شود، اجزای فلزی مدفون قرار داشته باشند. وجود اجسام فلزی گسترده در زیر زمین، مثل لوله کشی های فلزی و زره کابل ها، در اندازه گیری اختلال بزرگ ایجاد می کند.
    7. در دستگاه های اندازه گیری که اهم متر یا ولت متر استفاده می کنند، جهت کم کردن مقاومت الکترود یا الکترودهای ولتاژ باید مقاومت سیم پیچ ولتاژ اهم متر یا مقاومت ولت متر زیاد باشد.این موضوع موجب کم شدن حساسیت ولت متر می شود.

 

  • اندازه گیری مقاومت الکترود زمین با روش قانون ۶۲ درصد همراه با تست خطا

در صورتی که زمین همگن باشد، برای صرفه جویی در وقت و آسان شدن اندازه گیری می توان صورت ساده شده ای از روش افت پتانسیل را که روش ۶۲% نامیده می شود، به کار برد. در این روش اگر فاصلۀ الکترود کمکی جریان تا الکترود زمین، D در نظر گرفته شود، میله ولتاژ در D ۶۲% کوبیده می شود.

مراحل اندازه گیری همانند افت پتانسیل سه الکترود است. در روش ۶۲% عددی که به دست می آید، به خودی خود قابل استناد نیست و طراح صرفاً با توجه به تجربه اش و یا تکرار تست در جهات مختلف می تواند تا حدی به یک اطمینان نسبی در مورد آن برسد. لذا انجام تست خطا برای این منظور پیشنهاد شده است.

 

اندازه-گیری-مقاومت-الکترود-زمین-روش-62-درصد

 

 

اندازه-گیری-مقاومت-الکترود-زمین-روش-افت-پتانسیل

 

  • اندازه گیری مقاومت الکترود زمین با روش شیب

در شرایطی که خطای روش افت پتانسیل بیش از ۵ درصد، یا فاصلۀ قابل دسترس برای کوبیدن میله جریان کم تر از حد مطلوب باشد، می توان از روش شیب استفاده نمود. در این روش باید فاصله الکترود کمکی جریان تا الکترود زمین کمتر از ۲D نباشد (D ماکزیمم بُعد الکترود است). در این حالت فاصله الکترود و میله جریان از یکدیگر کم است و در حوزه مقاومتی یکدیگر قرار می گیرند. بنابراین در منحنی مقاومت – فاصله، سطح همواری به دست نمی آید و منحنی با شیب اکیداً افزایشی می شود. اساس روش شیب بر مبنای تجزیه و تحلیل فرم خاص منحنی مقاومت زمین خواهد بود.

چون منحنی شیب دار است نمی توان عدد دقیق اندازه گیری بر روی آن مشخص نمود. بنابراین در این روش، سه مرتبه اندازه گیری انجام می شود و با انجام یک محاسبه ساده محل اندازه گیری نهایی مشخص می شود. این سه اندازه گیری در سه موقعیت مختلف میله ولتاژ، یعنی در ۲۰%، ۴۰%، ۶۰% فاصله الکترود زمین تا میله جریان انجام و حاصل آن به ترتیب R1، R2، R3 نامیده می شود.

 

اندازه-گیری-مقاومت-الکترود-زمین-روش-شیب

 

   حال به نکات زیر توجه نمایید:

  1. به دست آوردن فاکتور شیب بیانگر شیب منحنی مقاومت است.
  2. به کمک این عدد و با دانستن فاصلۀ بین الکترود زمین و میله جریان می توان محل مناسبی را برای میله پتانسیل پیدا نمود تا با کوبیدن میله مذکور در آن، مقاومتی که قرائت می شود مقدار واقعی مقاومت الکترود شود.

باید دانست که حتی روش شیب نیز با محدودیت هایی همراه است. مثلاً ممکن است مقدار به دست آمده، در جدول موجود نبوده و لازم باشد تا فاصله الکترودها بیشتر گردد. در بسیاری مواقع، این روش جایگزینی خوب برای روش افت پتانسیل است که با همان ارت سنج های عادی و کمی صرف وقت بیشتر، قابل انجام است.

سیستم اتصال زمین
                                                                         سیستم اتصال زمین

 


بیشتر بخوانید:

صفر تا صد سیستم زمین یا ارتینگ


 

  • افت پتانسیل و روش دو سیمه

روش زمین مرده آسان ترین شیوه برای اندازه گیری مقاومت زمین است. در این روش مقاومت معادل سری دو الکترود (الکترود اصلی و لوله های آب) بدست می آید. برای انجام این روش اگر از دستگاه چهار سیمه استفاده شود، ترمینال های ورودی C1 و P1 به الکترود و ترمینال های خروجی C2 و P2 به یک توده فلزی مدفون بزرگ مثلاً لوله های فلزی آب وصل می شود. اگر از دستگاه سه سیمه استفاده می گردد، یک ترمینال E به الکترود زمین و ترمینال های P و C به لوله آب وصل می شوند. اگر لوله های آب در یک سطح وسیع پراکنده شده باشند، مقاومت آنها کسری از ۱ اهم است. پس می توان با این اندازه گیری، به صورت تقریبی نتیجه به دست آمده را برابر مقاومت الکترود در نظر گرفت. روش مذکور دارای سه محدودیت زیر است.

  1. مجموعه لوله های فلزی آب باید آنقدر وسیع باشند که مقاومتشان ناچیز باشد.
  2. لوله ها باید فلزی و بدون هیچ نوع عایق کاری باشد.
  3.  الکترود زمین باید به حد کافی از شبکه لوله های آب دور باشد تا از حوزۀ مقاومتی آن در امان بماند.

در بسیاری مناطق ممکن است فاصله الکترود زمین تا لوله های آب خیلی نزدیک باشد و نتوان فاصله لازم را رعایت کرد. با توجه به مجهولات متعددی که در روش زمین مرده وجود دارد ترجیحاً باید آن را به عنوان آخرین انتخاب در میان روش های اندازه گیری الکترود زمین مدنظر قرار داد.

در تصویر زیر نمونه ای از اندازه گیری مقاومت الکترود زمین روش افت پتانسیل دو سیمه را مشاهده می کنید:

 

مثالی-از-اندازه-گیری-مقاومت-الکترود-زمین-روش-افت-پتانسیل-دو-سیمه

 

  • روش سه نقطه ای

این روش زمانی استفاده می شود که امکان میله کوبی در یک راستا وجود نداشته باشد ولی بتوان در راستاهای مختلف میله ها را در فاصله ای بزرگتر از ۵D نسبت به الکترود زمین کوبید. در این روش ترجیحاً میله ها در هر رأس مثلث متساوی الاضلاع قرار می گیرند و سپس از روش دو سیمه، سه اندازه گیری انجام می شود.

در این روش میله تست ها را حتی الامکان باید کاملاً داخل خاک کوبید و از ارت سنجی با دقت بالا استفاده کرد. استفاده از ارت سنج های ارزان قیمت برای این روش به اعداد قابل قبول منجر نمی شود.

 

  • روش اتصال زمین های مشابه

روش های ذکر شده برای اندازه گیری مقاومت زمین، در بن بست ها و مکان هایی که کاملاً محصور شده اند، امکان پذیر نیست. ولی این احتمال وجود دارد که دو اتصال زمین مشابه که در حوزه مقاومتی همدیگر نیستند و از لحاظ جنس زمین، مصالح و نحوۀ اجرا مشابهند، در محل وجود داشته باشد. در این حالت می توان امیدوار بود که مقاومت دو سیستم اتصال زمین یکسان است.

در این حالت مقاومت کل الکترودها با روش دو سیمه اندازه گیری می شود و پس از آن مقاومت کل، بر دو تقسیم می شود. نتیجۀ این تست طبعاً خیلی دقیق نیست و صرفاً حدودی از مقاومت را بدست می آورد.

 

  • استفاده از یک اتصال زمین کمکی معلوم

در صورتی که دو اتصال زمین یکسان موجود نبود، می توان الکترود قابل اندازه گیری در آن منطقه یافت که بتوان آن را موقتاً از سرویس خارج کرد و یا حتی برای این منظور الکترود میله ای اجرا کرد (A) و مقدار مقاومت آن را به روش سه سیمه اندازه گیری نمود (RA) با دو سیمه جمع دو الکترود محاسبه می شود (RB+RA). با کم کردن مقاومت A از این مجموع، مقاومت مجهول B مشخص می شود.

 

  • روش تزریق جریان

با اندازه گیری مقاومت زمین به روش تزریق جریان یا دو کلمپی می توان مقاومت یک الکترود از مجموعه ای از الکترودهای موازی را بدون نیاز به جدا کردن سیستم زمین از زمین الکتریکی، اندازه گیری نمود.

در هنگام انجام این تست باید به نکات زیر توجه شود:

  1. این روش برای تعیین مقاومت الکترودی که عدد آن غالب است، تقریب قابل قبولی را ارائه می دهد ولی برای اندازه گیری مقاومت های زمین خیلی کوچک مناسب نیست.
  2.  اگر دستگاه از نوعی است که دو کلمپ مجزا دارد، فاصله بین دو کلمپ اهمیت دارد که در کاتالوگ مقدار حداقل آن ذکر می شود.
  3.  این روش برای مکان هایی که به جز مسیر برگشت زمین، مسیرهایی با مقاومت کم دیگری (نظیر دکل ها و لوله های فلزی مدفون) جهت برگشت جریان دارد، مجاز نیست.
  4.  عیب این سیستم آن است که، به نویز دستگاه های در مجاورت محل اندازه گیری بسیار حساس است و مقاومت اتصالات را در محاسبه منظور می نماید.

روش میله های به هم پیوسته (ART)، در عین به همراه داشتن برخی مزایای روش تزریق جریان (همانند عدم نیاز به باز نمودن سیستم الکترود از سیستم) از دیدگاه تئوری، اطمینان بخشی روش افت پتانسیل را نیز در بردارد.

برای درک اصول این روش باید تئوری و بیان ریاضی که بر آن حاکم است را دانست، روش افت پتانسیل را می توان به لحاظ تئوری بدون قطع سیم رابط الکترود نیز انجام داد، مشروط بر آنکه یک اندازه گیری اضافی نیز با یک میلی آمپرمتر کلمپی روی جریان نشتی به زمین انجام شود.

روش مذکور را به لحاظ تئوری می توان با اطمینان پیشنهاد نمود ولی در عمل ممکن است اشکالاتی برای آن وجود داشته باشد. برای مثال اگر جریانی از سیستم به الکترود زمین وجود داشته باشد، دقت اندازه گیری کاهش خواهد یافت. در اینجاست که آمپرمتر کلمپی که جریان نشتی را اندازه می گیرد، باید هر جریان دیگری به جز آنچه از C1 ارسال شده است فیلتر نماید.

در عین حال، در این روش مقادیر محاسبات ریاضی نیز علاوه بر اندازه گیری ها لازم است. ارت سنجی در این روش استفاده شده دارای یک آمپرمتر کلمپی مخصوص است که بین ترمینال C1 و زمین وصل می شود. این آمپرمتر مجهز به سیستم مقابله با نویز و فیلترهای دیجیتالی است که جریان تولیدی ارت سنج را از بقیه جریان ها جدا می کند.

چون تست ART نوعی روش افت پتانسیل است، کلیه قواعد آن نیز با روش مذکور مشابه است. اپراتور باید ده اندازه گیری انجام داده و نتایج را به یک نمودار مقاومت زمین تبدیل نماید تا بتواند از صحت نتایج اطمینان حاصل کند. فاصله صحیح میله ها همچنان حائز اهمیت است و می توان با افزایش فاصله میله ها نتایج به دست آمده را تأیید نمود. یادآوری می شود که مزیت روش ART به روش افت پتانسیل معمولی آن است که نیازی به جدا نمودن سیم الکترود از سیستم نیست.

 

  • روش ستاره – مثلث

اگر میله جریان به الکترود تحت آزمایش خیلی نزدیک باشد به طوری که حوزه های مقاومتی آنها همپوشانی داشته باشد، روش شیب و روش منحنی متقاطع جوابگو نیست و چاره ای جز استفاده از روش ستاره- مثلث نیست. میله های جریان (P2,P3,P4) در فضای کوچکی در سه طرف الکترود تحت آزمایش کوبیده می شوند و به فواصل مساوی و زوایای ۱۲۰ درجه نسبت به الکترود تحت آزمایش E قرار می گیرند.

  1. جداسازی مدارهای جریان و ولتاژ در این روش ضرورت ندارد.
  2. از روش دو سیمه تست انجام می شود.
  • چک لیست

در پایان لازم است اندازه گیری مستمر مقاومت سیستم زمین در ساختمان ها حداقل سالی یکبار انجام گردیده و در صورت بالاتر بودن از استاندارد نسبت به اصلاح آن اقدام گردد. مسئولیت انجام این کار با مالک یا مالکین است و وی می تواند از دفاتر مورد تأیید سازمان نظام مهندسی ساختمان استفاده نماید.

 

 

  • دستگاه میگر

زمانی که ترانسفورماتوری در خطوط توزیع به عللی خراب می شود ، آن را به قسمت تعمیرگاه ترانس انتقال می دهند و سپس آزمایش هایی که اغلب موقعی که سیم پیچ سوخته و یا قطع است آزمایش اندازه گیری مقدار مقاومت اهمی سیم پیچ ها و میزان عایق سیم پیچ ها نسبت به بدنه است. طريقه کار میگر بدین صورت است که با چرخاندن دستۀ محرک یا همان هندل دستی دستگاه شروع به تولید ولتاژ DC می کند.

سیم های مثبت و منفی میگر به سیم پیچ معیوب که متصل باشند با اعمال این ولتاژ به آن ها مقاومت اندازه گیری می شود و هر چه عقربه به سمت بی نهایت برود عایق بهتری خواهیم داشت. و اگر به سمت صفر میل کند مقاومت کم تری خواهیم داشت، بر روی دستگاه میگر رنجی وجود دارد که بر روی آن ولتاژهای ۱۲۵۰ ، ۲۵۰۰ و ۵۰۰۰ نوشته شده است که به طور معمول رنج ۲۵۰۰ را برای اتصال سیم پیچ فشار ضعیف به بدنه و رنج ۵۰۰۰ را برای سیم پیچ فشار قوی و بدنه بکار می برند .

 

یک-نمونه-دستگاه-اندازه-گیری-مگر
                                               یک نمونه دستگاه اندازه گیری Megger

 

در جدول زیر کاربری برخی از دستگاه های اندازه گیری را مشاهده می کنید .

نوع کمیت

دستگاه اندازه گیری

طریقه اتصال

جریان

آمپرمتر

سری

ولتاژ

ولت متر

موازی

توان

وات متر

سری موازی

انرژی الکتریکی

کنتور

سری موازی

فرکانس

فرکانس متر

موازی

مقاومت

اهم متر

موازی با قطع برق

ظرفیت خازنی

خازن سنج

موازی با قطع برق

ضریب خودالقایی

هانری متر

موازی با قطع برق

ضریب قدرت

کسینوس فی متر

سری موازی

قدرت غیر مفید (راکتیو)

وارمتر

سری موازی

 

روال طراحی سیستم های اتصال زمین به این صورت است که ابتدا مقاومت مخصوص خاک (ρ) اندازه گیری می شود. سپس با استفاده از فرمول های مربوط به انواع الکترودها بهترین طرح، با در نظر گرفتن توجیه اقتصادی و محدودیت های اجرایی، ارائه می شود. سپس توسط افراد ذی صلاح با رعایت اصول صحیح اجرا و مصالح مرغوب اجرا می شود. در مرحله آخر اندازه گیری متناوب در فواصل زمانی مناسب، ضروری است. البته باید در نظر داشت در برق ساختمان برای انشعابات زیر ۶۰ آمپر روی تک فاز، الزامی به اندازه گیری الکترود درج نشده است. با ایجاد یک زمین خوب، هنگام هنگام بروز اتصالی، از افزایش ولتاژ در سیستم جلوگیری می شود، اتصالات و اشکالات به وسیله رله های حفاظتی کشف شده و عیوب سیستم بلافاصله برطرف می گردد و ایمنی افراد تضمین می شود.

 

 


 بیشتر بخوانید:

سیستم های توزیع برق

             اصول حفاظت الکتریکی

در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید.

مقالات مرتبط

نظرات