تکنیک های اندازه گیری مقدارمقاومت سیستم زمین

تکنیک های اندازه گیری مقدارمقاومت سیستم زمین

و زمين کردن حفاظتي

(سیستم های ارت تغذیه در ساختمانهای مسکونی)

تالیف : شرکت رتوناک شایا-  مهندس سید مهدی عظیمی

info@retonak.com

 مقدمه :

همانطور که مستحضر هستید اجرای صحیح سیستم ارت ( اعم از ارت حفاظتی، ارت سیستم صاعقه گیر و ... ) و همچنین اجرای سیستم هم پتانسیل سازی و توزیع سیستم ارت تغذیه در ساختمان های مسکونی از تابلو برق اصلی به پریزهای مصرف یکی از ضروریات می باشد. سیستم زمین و توزیع آن به پریزهای ساختمان در ساختمان های مسکونی برای حفاظت تجهیزات و انسان ها یکی از ضروریات سیم کشی ساختمان ها می باشد که متاسفانه در اکثر ساختمان های مسکونی به فراموش سپرده شده است . در چند سال اخیر این نیاز مورد توجه کاربران و مهندسین دست اندرکار قرار گرفته و امید است با تصویب مراحل اجرایی و نظارت ، این مهم نهادینه شده و از پست های برق نصب در شهرها( بعنوان مبدا توزیع برق فشار ضعیف ) تا پریز مصرف کننده ها به ارتینگ بعنوان یک ضرورت ( نه اختیاری ) نگاه گردد تا حوادث تلخ برق گرفتگی به حداقل برسد.

در این مقاله در رابطه با نحوه طراحی ، تهیه مصالح و اجرای ارت ( که می تواند ارت فونداسیون ، الکترود میله ای ، الکترود لوله ای ، الکترود صفحه ای عمقی ( چاه ارت ) یا رینگ دور یا داخلی ساختمان باشد ) قرار نیست وارد شویم که خود مقوله ای جداست و نیاز است مهندسین با اشراف به استاندارد های مربوطه و شرایط پروژه ، طرح مناسب را تهیه و اجرا نمایند.

در این مقاله هدف بررسی چگونگی انجام اندازه گیری ها درراستای تائید طراحی و اجرا و نگهداری در مرحله بهره برداری از سیستم زمین می باشد. چگونگی انجام این اندازه گیری ها یکی از دغدغه های ناظران و بهره برداران می باشد. به خصوص در شرایط خاص که جداسازی سیستم ارت امکان پذیر نباشد و یا امکان کوبیدن الکترود های کمکی اندازه گیری با توجه به شرایط پروژه وجود نداشته باشد.

روش های متداول در زمینه اندازه گیری مقاومت اهمی سیستم زمین RE (Static resistance)، مقاومت موجی سیستم زمین(RD (Impulse resistance بشرح زیر می باشند که در ادامه به اختصار به آنها می پردازیم :

1. اندازه گیری مقاومت سیستم زمین با جداسازی تجهیزات در نقطه تست مدار از سیستم زمین به کمک سه الکترود (3P)
2. بررسی و اندازه گیری اتصال به زمین و همبندی تجهیزات به روش دو الکترود) (2P
3. اندازه گیری مقاومت سیستم زمین با جداسازی تجهیزات در نقطه تست مدار از سیستم زمین به کمک چهار الکترود (4P)
4. اندازه گیری مقاومت سیستم زمین بدون نیاز به جداسازی تجهیزات در نقطه تست مدار از سیستم زمین به کمک سه الکترود و یک کلمپ   (3P + Clamp)
5. اندازه گیری مقاومت سیستم زمین بدون نیازبه جداسازی تجهیزات در نقطه تست مدار از سیستم زمین به کمک دو کلمپ(2 Clamp)
6. اندازه گیری امپدانس زمین سیستم های صاعقه گیر با شکل موجهای 4/10µs و8/20µs و10/350µs  (4P )   

• اندازه گیری مقاومت سیستم زمین با جداسازی تجهیزات در نقطه تست مدار از سیستم زمین به کمک سه الکترود (3P)

 این روش در استاندارد ها به روش62% و یا افت ولتاژ (Fall of Potential) یا (3P) (شکل1 ) معروف است. در این روش همانطور که در شکل زیر هم مشاهده می کنید از یک الکترود جریان (H) برای برقراری جریان در الکترود ارتی که می خواهیم میزان مقاومت آن را اندازه گیری کنیم، استفاده می شود. عبور جریان از الکترود تحت آزمون و الکترود جریان منجر به تغییر پتانسیل سطح زمین می شود. الکترود ولتاژ(S) بایستی در محلی مناسب مابین الکترود ارت و الکترود جریان قرار گیرد. در این روش مقدار مقاومت الکترود ارت که حاصل نسبت ولتاژ به جریان می باشد به صورت تابعی از فاصله الکترود ولتاژ از الکترود ارت رسم می گردد. به این ترتیب که الکترود ولتاژ به تدریج از الکترود ارت دور می گردد و در هر مرحله مقدار مقاومت اندازه گیری شده به صورت تابعی از فاصله رسم می گردد (شکل 2). در صورتی که منحنی مذکور دارای یک بخش هموار باشد، مقدار مقاومت مرتبط در آن بخش به عنوان مقاومت سیستم زمین در نظر گرفته می شود.

لازمه ایجاد یک بخش هموار در منحنی این است که الکترود جریان به قدر کافی از الکترود ارت دور گردد تا آنجا که دیگر افزایش ولتاژ زمین بر اثر جریان ناچیز شود. از نطر تئوری این فاصله بی نهایت است ولی در عمل برای آن حدی وجود دارد. در مورد الکترودهای ارت کوچک که به دیگر سیستمهای ارت متصل نیستند، با ایجاد فاصله ای در حدود 6 الی 10 برابر بزرگی سیستم ارت بین الکترود جریان و الکترود ارت می توان اندازه گیری را با دقت خوبی انجام داد.

بررسی ها نشان داده که اگر الکترود ولتاژ در فاصله ای معادل 61.8% از فاصله الکترود جریان تا الکترود ارت قرار گیرد، مقدار مقاومت اندازه گیری شده نزدیکترین عدد به مقدار واقعی خواهد بود. از این رو این متد را روش 62% می نامند.

  دستورات کلی روش62%  و یا افت ولتاژ (Fall of Potential) یا (3P) :

 در ابتدا می بایست سیستم ارت از سازه های فلزی ، ارت های دور و تجهیزات جدا گردد و به یک سیستم زمین مستقل تبدیل گردد.

1. الکترود های کمکی S و H بایستی در یک راستا قرار گیرند و اتصال خوبی با خاک اطراف برقرار نمایند به این منظور بایستی خاکی که الکترودها در آن کوبیده می شوند خاک طبیعی منطقه باشد (در مناطقی که خاک دستی و نخاله های ناشی از ساخت و سازهای ساختمانی وجود دارد اتصال خوبی حاصل نخواهد شد). به منظور کمک جهت فراهم نمودن یک تماس خوب می توان اطراف الکترودها مقداری آب ریخت و یا تعداد الکترود ها را زیاد کرد.

1. به جز انجام اندازه گیری در حالتی که الکترود ولتاژ در فاصله 61.8% قرار می گیرد، برای اطمینان از اندازه گیری مقاومت صحیح مطابق شکل 3 بدون تعویض محل الکترود جریان (H)، محل الکترود ولتاژ (S) به نقاط 50% و 70% منتقل و دو اندازه گیری دیگر انجام می گیرد. در صورتی که سه مقاومت خوانده شده تفاوت ناچیزی در حدود 3-5% داشته باشند مقدار مقاومت اندازه گیری شده صحیح است.

• اندازه گیری مقاومت سیستم زمین با جداسازی تجهیزات در نقطه تست مدار از سیستم زمین و به کمک چهار الکترود(4P) این روش ( شکل 5 ) نیز از نظر تئوری و چگونگی اتصال الکترودهای جریان (H) و ولتاژ (S) دقیقا همانند روش3P است و تنها تفاوت اضافه کردن یک اتصال دیگر (ES) همانند اتصال E به الکترود ارت است. با اضافه نمودن این اتصال دیگر در محاسبات، میزان مقاومت الکترودهای جریان و ولتاژ وارد نخواهد شد و دقت اندازه گیری نسبت به روش 3P تا 10 برابر بهتر خواهد بود.   

1.  از این روش در اندازه گیری مقاومت سیستم های ارتی که میزان مقاومت آنها بسیار پائین و در حدود چند اهم است استفاده می شود.

• اندازه گیری مقاومت سیستم زمین بدون نیاز به جداسازی تجهیزات در نقطه تست مدار از سیستم زمین به کمک سه الکترودهنگامی که امکان جداسازی اتصال ارت وجود نداشته باشد از این روش استفاده می کنیم(شکل6 ). در این روش نیز بایستی تمام شرایط روش 3P را از نظر محل قرار گیری الکترودهای جریان و ولتاژ رعایت نمود. سپس بایستی کلمپ جریان را در زیر محل اتصال گیره E به الکترود ارت نصب نمود. با توجه به اینکه تمامی اتصالات سیستم ارت مورد نظر برقرار مانده است در نتیجه جریان تزریق شده بوسیله دستگاه در مسیرهای موازی تقسیم می شود. با استفاده از کلمپ جریان، دستگاه میزان جریان دریافتی الکترود مورد نظر ما را اندازه گیری می کند و بر اساس سهم جریان میزان مقاومت الکترود محاسبه می گردد. لازم به ذکر است که در این روش در جالتی که تجهیزات در حال کاربری هستند می توان اندازه گیری ها را انجام داد.      

• اندازه گیری مقاومت سیستم زمین بدون نیاز به جداسازی تجهیزات از سیستم ارت در نقطه تست مدار به کمک دو کلمپ   (2 Clamp)از این روش جهت اندازه گیری میزان مقاومت لوپ (RLoop) الکترود ارت در شرایطی که امکان کوبیدن الکترودهای کمکی وجود ندارد و یا سیستم ارت گسترده و شامل مسیرهای موازی اتصال به زمین متعدد است و امکان جداسازی الکترودهای ارت مهیا نیست، استفاده می شود(شکل6 ). تنها نکته ای که بایستی به آن توجه گردد این است که نتایج حاصل از اندازه گیری با این متد بر خلاف نتایج حاصل از اندازه گیری به روش                     Fall-of-Potential که بسیار دقیق هستند، احتیاج به تفسیر دارند. لذا کاربر بایستی با تئوری این روش اندازه گیری آشنا باشد تا بتواند نتایج قابل قبولی بدست آورد.   

1. در این روش از دو کلمپ، یکی کلمپ (Transmitting clamp) N-1 که ولتاژی را در مدار القا می کند و دیگری کلمپ (Receiving clamp) C-3 که میزان جریان عبوری را اندازه گیری می کند ، استفاده می گردد ( یک مدل ارت تستر کلمپی نیز وجود دارد که سیم پیچ فرستنده ولتاژ و گیرنده جریان در یک حلقه کلمپ قرار دارد.)
2. در واقع این متد روشی برای یافتن سریع اتصالات نامناسب و الکترودهاو هادی های ارت معیوب است.

 در این روش نیازی به حذف روکش هادی ارتی که اندازه گیری بر روی آن در حال انجام است نیست و اندازه گیری بصورت ایمن، بدون آسیب به تجهیزات  و بدون نیاز به جدا سازی آنها از سیستم ارت انجام می شود.

مثال زیر نحوه عملکرد در روش دو کلمپ (2 Clamp)، برای اندازه گیری مقاومت یک الکترود 10 اهمی (RE1)  که با پنج الکترود 20 اهمی دیگر (RE1-6) موازی می باشد را نشان می دهد.

                                                                                 RE1= 10 Ω ;   RE2=RE3=RE4=RE5=RE6 = 20 Ω

                    RE= 10 Ω + 4 Ω = 14 Ω : مقدار خوانده شده روی دستگاه  

همانطور که در مثال فوق نیز دیده می شود، در روش اندازه گیری با دو کلمپ مقدار مقاومت خوانده شده در دستگاه، مجموع مقاومت الکترود مورد نظر و الکترود های موازی دیگر است . از آنجائیکه مقدار مقاومت الکترودی که آزمایش روی آن انجام میگیرد بطور سری در محاسبات وارد می شود و مقدار مقاومت الکترودهای دیگر برابر فرمول تغییرات جزئی اعمال می نمایند، با تکرار آزمایش روی الکترود های دیگر به همین روش می توان به جمع بندی مناسبی در باره مقاومت هر الکترود رسید و با یافتن مقادیر نامتعارف در هر اندازه گیری، روی الکترود زمین مورد نظر دقت بیشتری نمود.

• اندازه گیری امپدانس سیستم زمین با شکل موجهای 4/10µs و8/20µs و10/350µs (4P )     هر گاه در مورد میزان مقاومت سیستم ارتینگ صحبت به میان می آید باید دقت کرد که این مقاومت بر دو نوع است. یکی مقاومت سیستم در فرکانس قدرت(50 - 60Hz) و یا مقاومت اهمی سیستم زمین RE (Static resistance)، و دیگری مقاومت موجی سیستم زمین(RD (Impulse resistance که این دومی مقاومت سیستم ارتینگ در برابر ایمپالس های ناشی از برخورد صاعقه می باشد. مقدار مقاومت اهمی یک سیستم ارت و میزان مقاومت امپدانسی آن    بسته به شکل و توپولوژی ارت اجرائی ، جنس هادی مدفون و جنس خاک در اندازه گیری اعداد متفاوتی خواهند داشت.در واقع آنچه بررسی پاسخ یک سیستم ارت در مقابل جریان صاعقه را ضروری می سازد و پاسخ آن را با حالتی که جریان فرکانس قدرت به زمین تخلیه می گردد متفاوت می نماید، وجود ایمپالسهایی با پیشانی موج بسیار تیز در شکل موجهای جریان صاعقه می باشد. همانطور که در شکل سمت راست مشاهده می فرمائید، می توان مجموع هادی های سیستم زمین را در مقابل عبور جریان صاعقه به صورت مجموعی از مقاومتهای اهمی، سلفی و خازنی شبیه سازی نمود.       

1. آگاهی از میزان مقاومت امپدانسی ) نه مقاومت اهمی سیستم زمین ( مخصوصا در سیستم هائی که احتمال برخورد صاعقه در آنها زیاد است، از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. (شکل7 )    

آنچه مسلم است در این سیستم فرکانس نقش بسیار مهمی در تعیین میزان امپدانس خواهد داشت بخصوص که در سیستمهای ارت معمولا میزان مقاومت سلفی به دلیل مسیرهای هادی طولانی مقدار بزرگی خواهد بود. اما در فرکانس قدرت که فرکانس پائینی است میزان تاثیر این پارامترها بسیار ناچیز خواهد بوده و امپدانس سیستم تقریبا مساوی با میزان مقاومت اهمی آن خواهد شد.

در این روش دستگاه ایمپالسهائی با شکل موجهای 4/10µs و8/20µs و10/350µs که در واقع شکل موج های موجود در جریان صاعقه می باشند، تولید می نماید. با این روش می توان مقدار امپدانس سیستم ارتینگ صاعقه گیرها، سیستم ارت دکلهای مخابراتی و دکل های انتقال نیرو و هر سیستم ارت دیگری که به نحوی جهت سیستم حفاظت در برابر صاعقه نیز به کار میرود، اندازه گیری نمود.

     روش اندازه گیری مقاومت سیستم زمین صاعقه گیرها در ساختمان ها

• بررسی واندازه گیری اتصال به زمین و همبندی تجهیزات به روش دو الکترود (2P) همانطور که مستحضرید یک سیستم ارت از دو قسمت اساسی تشکیل می گردد. یکی الکترودهای ارت(Earth Electrodes) که قسمتهای در تماس با خاک هستند، و دیگری هادی های ارت(Earth conductors) که تجهیزات را به این الکترودهای ارت متصل می نمایند. اصولا" برابر دستورالعمل ها تجهیزات می بایست با هادی های ارتباطی(Earth conductors) مستقل و روکش دار و با مقاومت پائین (انتخاب سطح مقطع مناسب) به باسبار های مربوطه و در نهایت به الکترودهای ارت که یک سیستم ارت به هم پیوسته را تشکیل می دهند، متصل گردند. 

واضح است که میزان مقاومت هادی های ارت نشان دهنده کیفیت

و نحوه اتصال تجهیزات به سیستم ارت می باشد. با استفاده از این

 تکنیک شما قادر خواهید بود مقاومت مسیر هادی های ارت را

اندازه گیری نمائید و از کیفیت سیستم هم بندی آگاه شوید.

     سیستم های ارت تغذیه در ساختمانهای مسکونی:

بعد از اجرای سیستم زمین ، نحوه توزیع ارت تا پریز ها جهت حفاظت از جان انسانها در محدوده تاسیسات الکتریکی و کار با تجهیزات برقی در حین شرایط عادی و یا در زمان بروز خطا یکی از کار های مهم می باشد.

انواع سیستم های ارت تغذیه:

   1) TT System       

2) TN System (TN-C یا TN-S یا TN-C-S (      

  3)  IT System

بسته به شرایط پروژه در منازل مسکونی از سیستم های TT یا TN استفاده می گردد و سیستم IT در منازل مسکونی کاربرد ندارد.

توصیه این شرکت بعد از اجرای ارت و اندازه گیری آن می بایست بعد از کنتور ساختمان به ارت تابلو متصل و لینکی بین شینه نول و

ارت برقرار گردد. سپس از این تابلو تا تابلو طبقات و تا پریز مصرف سیم ارت روکشدار در کنار سیم فاز و نول اجرا گردد.

منابع : 1- مدارک فنی کمپانی Sonel لهستان