EN

صفحه اصلی  >  اصول سیستمهای زمین
آشنایی با اصول سیستمهای زمین (ارتینگ)


برای ایجاد یک ارتباط الکتریکی بین اجزاء و دستگاهها با زمین جهت هدایت جریانهای مختلف به زمین، نیاز به طراحی و اجرای یک سیستم زمین می باشد. سیستمهای زمین مختلف می تواند با اهداف خاصی اجرا گردد، یکی از مهمترین این اهداف انتقال جریانهای خطا به زمین ، به منظور ایجاد ایمنی برای افراد در تاسیسات مختلف می باشد. در سیستمهای مخابراتی و الکترونیکی وجود یک سیستم مرجع سیگنال متصل به زمین به منظور هدایت بارهای الکتریکی القایی بر روی بدنه های فلزی لازم و ضروری است. وظیفه انتقال جریانها و بارهای الکتریکی به زمین ، برعهده الکترود زمین می باشد، از طرفی زمین دارای یک فضای هادی با یک مقاومت ویژه است ، بنا براین از دیدگاه نظریه الکترواستاتیک هر الکترود دفن شده در زمین نسبت به نقطه مرجع در بینهایت دارای یک مقاومت الکتریکی است.

طرح شکل و نحوه قرار گیری اجزاء الکترود در میزان مقاومت بدست آمده تاثیر بسزایی دارد، مقاومت الکترود زمین وترکیب اجزاء آن همچنین در مقادیر پتانسیلهای سطحی زمین که در اثر جریان خطا بوجود می آیند، متاثر است. از اینرو لازم است قبل از اجراء سیستم زمین تحقیات گسترده ای در زمینه خاک و عوامل موثر در آن و ویژگیهای بدن انسان انجام گیرد.

در این اینجا یک سری مطالب کلی و مختصر جهت آشنایی با سیستم زمین ارائه می شود که عمده عناوین و مطالب آن از استانداردهای مرتبط و معتبر جمع آوری شده است، بدیهی است که مسائل بسیاری در ارتباط با طرح و اجراء سیستم زمین در حاشیه وجود دارد که لازم است در هر مورد به استاندارد مرتبط با آن موضوع مراجعه شود.

1- هدف از زمین کردن و انواع آن
بطور کلي زمين کردن به دو علت انجام مي گيرد، يکي کار کردن و رفتار صحيح سيستم هاي الکتريکي و به بيان ديگر حفاظت از تجهیزات الکتریکی مي باشد که زمين کردن الکتريکي ناميده مي شود و ديگري حفاظت اشخاصي که به نوعي با دستگاههاي الکتريکي در تماس هستند يا کار مي کنند که اين نوع، زمين کردن حفاظتي ناميده مي شود.
نحوه زمين کردن صحيح الکتريکي در تاسيسات و سيستمهاي الکتریکی مي تواند به کار صحيح و تشخيص به موقع عيبها و اتصال کوتاههايي که در شبکه رخ مي دهد کمک بسزايي داشته باشد.
برای اینکه اهداف مورد نظر از اجرای سیستم زمین را برآورده سازیم ، متناسب با آن دو نوع سیستم زمین ایجاد میگردد:

- زمین حفاظتی(Protective Grounding) : اتصال بدنه فلزی دستگاهها به زمین را در حالت عادی جریانی حمل نمیکنند را اتصال زمین حفاظتی مینامند. در این نوع اتصال کلیه بدنه های فلزی دستگاهها به زمین متصل میشوند تا هیچگونه اختلاف پتانسیلی بین بدنه فلزی دستگاه با زمین ایجاد نشود و در صورت اتصال یکی از فازهای برقدار با بدنه جریانی در مدار برقرار شود که باعث قطع رله های حفاظتی گردد.

- زمین الکتریکی(System Grounding): زمین کردن نقطه ای از دستگاههای الکتریکی و تجهیزات برقی که قسمتی از مدار الکترکی میباشند را زمین الکتریکی گویند. اینکار جهت کار صحیح دستگاه و جلوگیری از افزایش فشار الکتریکی بر روی فازهای سالم نسبت به زمین ، در زمان تماس یکی از فازها با زمین میباشد. به عنوان مثال در سیستمهای توزیع فشار ضعیف و نیز در نیروگاههای تولید برق نقطه خنثی ستاره ترانسفورمرها و ژنراتورها به زمین متصل می شود. و یا در سیستمها و تجهیزات اندازه گیری و رله های الکتریکی وجود یک مرجع پتانسیل صفر برای کار صحیح دستگاهها لازم و ضروری است. از زمین الکتریکی اغلب در شرایط کار عادی دستگاهها و شبکه برق جریان عبور میکند، در صورتیکه از زمین حفاظتی تنها درصورت بروز خطا و اتصال فازها با زمین جریان عبور میکند.

زمين کردن حفاظتي مي تواند در تمامي تاسيسات وجود داشته باشد، اما زمين کردن تجهيزات در بعضی مکانها مانند تاسيسات فشار قوي اهميت زيادي دارد. از آنجايي که در اين نوع تاسيسات، با ولتاژ بالا (بالاتر از يک کيلو ولت) و عبور جريان زياد روبرو هستيم، بنابراين مسئله القاي بارهاي الکتريکي خطرناک و تزويج مغناطيسي بر روي تجهيزات فلزي که در مجاورت دستگاهها و خطوط زير ولتاژ هستند، جدي مي باشد. همچنين اتصال هاديهاي برق دار به ساختارهاي فلزي در اين تاسيسات مي تواند خطرات و حوادث ناگواري را در پي داشته باشد. از اينرو براي طراحي سيستم زمين در تاسيسات فشار قوي، بايستي تدابير ويژه اي انديشيده شود. در برخی از تاسیسات مانند تاسیسات نفتی، خطوط انتقال گاز، پالایشگاهها و ... علاوه بر نحوه اتصال به زمین، مسئله همبندی (Bonding) بسیار حائز اهمیت است. در این مکانها کوچکترین اختلاف پتانسیل بین اجزاء فلزی می تواند موجب آتش سوزی و انفجار شود.

2- اجزاء اصلی سیستم زمین
هر سیستم زمین مطابق شکل 1 دارای سه جزء اصلی می باشد این سه جزءعبارتنداز:
الکترود زمین، هادی اصلی زمین و باسبار(شین) زمین.
الکترود زمین بسته به نوع و طرح هر شکلی می تواند داشته باشد و یا می تواند تلفیقی از انواع مختلف باشد در بخشهای بعد توضیح مختصری راجع به انواع الکترود رایج ارائه خواهد شد. همچنین ارتباط الکتریکی الکترود با جرم کلی زمین نیز توسط یک المان مقاومتی فشرده و سمبل زمین الکتریکی ایده آل مدل می شود که منظور از مقاومت الکترود همان R_Gمی باشد.
شین یا باسبار زمین به منظور سهولت در اتصال سیمها و ارتباطات الکتریکی برای اتصال و همبندی تجهیزات به زمین استفاده می شود. باسبار از نظر ظاهری یک قطعه تسمه فلزی با سطح مقطع مناسب و معمولا از جنس هادی مس می باشد و تمامی اتصالات از طریق کابلشو به آن وصل می شوند. در بعضی از تاسیسات مانند سوئیچ یارد پستهای فشار قوی ممکن است به دلیل اهمیت موضوع و ایمنی بشتر واسطه باسبار از مسیر جریان حذف شده و تجهیزات و بدنه های فلزی مسقیما توسط یک هادی به الکترود زمین وصل شوند.
هادی اصلی زمین یک ارتباط محکم و با سطح مقطع مناسبی است که معمولا از یک طرف به الکترود زمین و از طرف دیگر به باسبار اصلی متصل می شود. تعداد هادیهای اصلی بسته به نوع، وسعت سیستم زمین و تاسیسات ، پراکندگی تجهیزات و... متغیر بوده و لزوما یک مسیر نمی باشد.
یکی از مهمترین قسمتهای یک سیستم زمین الکترود زمین است. وظیفه انتقال و پراکنده سازی جریانهای بوجود آمده در سیستم زمین نیز بر عهده الکترود زمین است.الکترود زمین می تواند به هر شکلی باشد. شکلها و اجزائی که به عنوان الکترود استفاده می شوند بر اساس هادی های ساخته شده استاندارد می باشد. شکل 1 سه نوع از انواع متداول را نشان می دهد که محاسبه مقاومت آنها امکانپذیر است. با توجه به اینکه محاسبه مقاومت برای الکترودهای غیر استاندارد بسیار مشکل و یا غیر ممکن می باشد، استفاده از آنها از طرف مراجع چندان توصیه نمی شود. در بخشهای بعدی نحوه محاسبه مقاومت زمین برای هر یک از انواع الکترودها تشریح خواهند شد.

شکل 1 : اجزاء اصلی سیستم زمین در سه نوع متداول الکترود زمین

3- مفهوم جرم کلی زمین (زمین ایده آل)
جرم کلی زمین یا زمین ایده آل مرجع سنجش مقاومت الکتریکی سیستم زمین می باشد و در واقع می توان گفت زمینی است که مقاومت آن نسبت به خودش صفر است. زمین ایده آل یا جرم کلی زمین از نظر تئوری برای تمامی انواع الکترودها با هر نوع شکل و اندازه ای در بی نهایت قرار دارد. اما شرایط زمین ایده آل وفاصله آناز نظر عملی برای الکترودهای مختلف نسبت به وسعت آنها متغیر بوده و در فاصله کمتری اتفاق می افتد. بطور مثال در صورتی که حداکثر قطر یک سیستم زمین 20 متر باشد زمین ایده آل آن بطور تقریبی در فاصله حدودی 150 تا 200 متر وجود خواهد داشت. این بدان معناست که در صورت عبور جریان از سیستم، پتانسیل الکتریکی در فاصله مذکور به صفر می رسد.
بطور کلی در مورد جرم کلی زمین میتوان گفت:
- بین نقاط مختلف جرم کلی مقاومت در حد صفر است،
- جرم کلی زمین مبنای اندازه گیری مقاومت زمین است که این مقاومت بین سر آزاد الکترود وجرم کلی زمین وجود دارد،
- جرم کلی محدوده فیزیکی مشخصی ندارد واز لحاظ نظری تمام زمینهای اطراف الکترود ودرواقع کره زمین در تشکیل آن شرکت دارند.

4- مقاومت ویژه خاک
اولین و اساسی ترین پارامتر در طراحی سیستم زمین، مقاومت ویژه خاک میباشد. طبق تعریف مقاومت يك متر مكعب از خاك به ابعاد 1×1×1 mمي باشد، كه بين دو الكترود اندازه گيري مي شود و واحد آن اهم- متر(Ω-m)مي 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.تعدادي از مقادير تجربي مقاومت ویژه زمين براي زمينهاي مختلف و بر حسب ميزان بارندگي معمولي ( بيش از 50mm در سال ) در جدول 1 داده شده است .

جدول 1 - ارقام تجربی برای زمین های مختلف

4- 1 مدل بندی خاک :
باید توجه داشت که خاک اغلب مناطق روی زمین یکنواخت نیست. در مواردي كه مقاومت ویژه خاك در عرض و عمق تغييرات محسوسي نداشته باشد مي توان خاك را يكنواخت فرض كرد. 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 خاك را به صورت چند لايه مدل مي كنند 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 ρ1 و عمق h و لایه دوم با مقاومت ویژه ρ2 در نظر گرفته می شود.

2-4 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. منحني تغييرات مقاومت ویژه خاك بر حسب درصد این سه عامل برای یک نمونه از خاک در شكل 2 ديده مي شود .

شکل2 - نمودار نحوه تاثیر گذاری میزان رطوبت، دما و نمک بر روی مقاومت ویژه

تغييرات مقاومت ویژه خاك داراي رطوبت بالاي 20 درصد بسيار كم ولي براي رطوبت پايين تر از 20 درصد بسيار شديد است. در مورد اثر دما روي مقاومت ویژه خاك همانگونه كه در شكل ديده مي شود رطوبت موجود در خاك در دماي پايين تر از صفر درجه يخ مي زند و موجب افزايش شديد ضريب حرارتي مقاومت ویژه خاك مي شود . چون اين ضريب منفي است با كاهش دماي خاك مقاومت ویژه آن بالا مي رود و موجب افزايش مقاومت الکترود و اتصال زمين مي شود. به همین علت در پايان نصب سیستم زمين ، سطح زمين را باید با خرده سنگ به ضخامت 10 سانتی متر پوشاند تا از سرعت تبخير رطوبت در مواقع گرمي هوا بكاهد .
تركيبهايي از نمك ها ، اسيدها و بازهاي موجود در خاك روي مقاومت ویژه آن موثر است. در شكل 2 به طور نمونه اثر نمك روي مقاومت ویژه خاكي با 30 درصد رطوبت نشان داده شده است. با توجه به اين مطلب گاهي براي كاهش و اصلاح مقاومت سيستم زمين اطراف الكترودهاي مربوطه را با مواد شيميايي کاهنده مقاومت تغذيه مي كنند.

5- اندازه گیری مقاومت ویژه خاک
تعيين مقاومت ویژه براي طراحی سيستم زمين لازم و ضروري است. يكي از روش هايي كه براي اندازه گيري مقاومت ویژه خاك ارائه شده روش پيشنهادي دكتر ونر (Wenner) مي باشد . در اين روش چهار الكترود با ابعاد كوچك مطابق شكل 3 انتخاب نموده و با فاصله مساوي a از يكديگر و به عمق h در يك خط به ترتيب قرار ميگيرند. مشروط بر اينكه قطر الكترودها و عمق دفن آنها بيش از ده درصد فاصله آنها باشد. با ارسال جريان بين الكترودهاي C1 و C2 ولتاژ بين الكترودهاي P1 و P2 اندازه گيري مي شود. اكنون از رابطه زير مقاومت ویژه خاک محاسبه مي شود.

(1)

که درآن:
ρ مقاومت ویژه خاك (اهم-متر )
a فاصله بين دو الكترود مجاور ( متر )
h عمق الكترود (متر).
چنانچه h نسبت به a كوچك باشد  (h≪a) مانند حالتي كه الكترودها در عمق كم قرار مي گيرد رابطه 2 بصورت زير در مي آيد :

(2)

 

شکل 3 - 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:

(3)

که درآنρ1 مقاومت ویژه لایه اول،h عمق لایه اول و ρ2 مقاومت ویژه لایه دوم، ρac مقادیر مقاومت ویژه ظاهری محاسبه شده و k ضریب انعکاسی بوده و از رابطه 4 بدست می آید:

(4)

باید توجه نمود که رابطه 3 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. در اینصورت برای حل مسئله نیاز به یک تابع برازش (معیار) خواهد بود. بطور مثال رابطه زیر پیشنهاد می شود:

(5)

در رابطه فوق، ρaimمقاومت ویژه ظاهری iام سنجیده شده توسط روش ونر با فواصل ai ،

ρaic مقاومت ویژه محاسبه شده برای فواصل مشابه و

M تعداد آزمایشات می باشد. حال برای حل مسئله کافیست FG مینیمم شود. شکل 4 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.

شکل 4  پروفیل مقاومت ویژه نسبت به فاصله الکترودها برای خاک سه لایه

5- 1 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.

6- 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.

1-6 افزایش پتانسیل زمین و مفهوم ولتاژهای گام و تماس:
درشرایط عادی الکترود زمین هم پتانسیل نقاط دور دست (جرم کلی زمین) میباشد که با ایجاد جریان خطا در الکترود پتانسیل آن افزایش می یابد. مقدار این پتانسیل یا GPR (افزایش پتانسیل زمین) از حاصلضرب جریان خطا در مقاومت الکترود زمین بدست می آید، بنابراین هر چه مقاومت الکترود احداثی کمتر باشد پتانسیل سطحی زمین ناشی از خطا کمتر خواهد بود.

(6)

- ولتاژ گام(Step Voltage) VS: شخصی که در روی زمین قدم میزند در بین دو پای خود ولتاژی رادریافت خواهد کرد.

- ولتاژ تماس(Touch Voltage) VT: شخصی که با سازه های زمین شده ای که دارای پتانسیلی متفاوت با پتانسیل زمین میباشد(مثلا براثر افزایش پتانسیل زمین به دلیل عبور جریان زمین) تماس پیدا کند این ولتاژ را دریافت می کند. شکل 5 شرایط ولتاژهای گام و تماس را در یک تاسیسات الکتریکی نشان می دهد.

شکل 5- مفاهیم پتانسیلهای گام، تماس و افزایش پتانسیل زمین

2-6 محدوده جریانهای قابل تحمل:
دومین مسئله محاسبه حداکثر جریان بدن شخصی که در روی زمین ایستاده و ماکزیمم افزایش پتانسیل زمین را دریافت میکند. تاثیر جریان عبوری از قسمتهای اساسی به زمان اندازه جریان  و فرکانس آن بستگی دارد. انسان درمحدوده فرکانسی 50-60 هرتز بسیار آسیب پذیراست. در این زمینه استاندارد IEEE-80  مقادیر آستانه ای را بصورت زیر ارائه داده است:
-آستانه درک حدود 1mA
- آستانه رهایی حدود 6-9 mA
- اشکال در تنفس حدود 9-25 mA
- آستانه فیبریلاسیون بطنی حدود 60-100 mA
همچنین انرژی دریافتی بدن از جریان عبوری با رابطه زیر بدست می آید:

(7)

که در آنIB2 جریان عبوری از بدن، tS زمان تداوم شوک وSB انرژی در یافتی میباشد، بدیهی است هر چه زمان کمتر باشد انرژی دریافتی کمتر خواهد بود لذا اهمیت طراحی سیستمهای رفع خطای سریع در اینجا آشکار می شود و به هر ترتیب اگر زمان دوام خطا در محدوده 0.06 تا 0.3 ثانیه باشد خطرات بسیار کمتر خواهد بود.
SB ثابت تجربي است كه بر اساس آزمايشهايي در فاصله  0.03 تا 3 ثانيه بدست آمده و مقدار آن براي يك شخص 50 كيلوگرمي تقريبا برابر 0.0135و براي يك شخص 70 كيلوگرمي برابر 0.0246است.
IB مقدار موثر جريان عبوري از بدن (آمپر)
tS مدت زماني كه خطا طول مي كشد. (ثانيه)
بنابراین جریانهای قابل تحمل برای دو فرد 50 و 70 کیلوگرمی برابر خواهد است با:

(8)

روابط 8 نشان می دهند که قابلیت تحمل بدن انسان به زمان تداوم جریان بستگی دارد. بطور مثال اگر این زمان 2 ثانیه باشد، بدن فرد 50 کیلوگرمی قابلیت تحمل 82mA جریان را دارد. اما در صورتی که این زمان به 0.5 ثانیه تقلیل یابد فرد قابلیت تحمل 164mA جریان را خواهد داشت.

7- الکترود زمین وانواع آن
همانطور که در ابتدا به آن اشاره شد بخش ارتباطی هر سیستم زمین با جرم کلی زمین، الکترود است. بطورکلی الکترود ها از نظر نحوه احداث به دو بخش کلی زیر تقسیم بندی می شوند:
• الکترود طبیعی (موجود)
- غلاف هادی کابلها
- اسکلت فلزی سازه ها
- فنداسیون دارای میلگردهای فلزی
- لوله کشی آب
• الکترودهای مصنوعی
- الکترود صفحه ای
- الکترود قائم
- الکترود افقی
- الکترود ترکیبی
احداث یک سیستم زمین استاندارد و مطمئن با استفاده از الکترود های مصنوعی صورت می گیرد.

1-7  الکترود صفحه ای:
یکی از انواع متداول الکترود که از دیرباز در تاسیسات برای زمین کردن از آن استفاده می شود، الکترود صفحه ای می باشد. مقاومت این الکترود به شرطی که ارتفاع خاک بالای صفحه 60 سانتی متر و صفحه به صورت قائم دفن شده باشد از رابطه 9 بدست می آید:

(9)

که درآن  A سطح صفحه بر حسب مترمربع و ρ مقاومت ویژه خاک می باشد. ابعاد مناسب برای الکترود، صفحه با ابعاد حدودی 70cm است. برای نصب این الکترود ابتدا یک حلقه چاه با قطر حدودی 80cm حفر شده سپس صفحه در قعر چاه قرار می گیرد، ، بر روی صفحه مواد کاهنده و خاک رس با نسبتی مشخص ریخته شده و چاه پر می شود. برای طول عمق چاه مقدار استانداردی وجود ندارد و بر حسب تجربه حفاری بایستی تا رسیدن به یک رطوبت نسبی ادامه یابد اما بهتر است حداقل در بهترین شرایط کمتر از 2 متر نباشد.
مواردی که در احداث این الکترود بایستی به آنها توجه شود:
- صفحه بهتراست به صورت قائم دفن شود تا خطوط جريان خارج شده به صورت يکنواخت پخش شده وکوتاه باشند و فشارخاک بردو سطح الکترود يکنواخت باشد.
- اتصال کابل مسی با صفحه میبایست حداقل در 2 نقطه انجام شود.
- برای جلوگیری ازخوردگی ، بهتر است محل اتصال با لایه ضخیم قیر اندود شود.
- لایه خاک بالای صفحه میبایست حداقل 60 cm باشد.
- اگر یک الکترود مقاومت مورد نظر را نداد میتوان از چند الکترود با فواصل مناسب جهت رعایت حوزه ولتاژ استفاده نمود. فاصله مناسب و استاندارد حداقل به اندازه عمق حفاری است اما هر چه بیشتر باشد بهتر خواهد بود.
- بهترین جنس صفحه از لحاظ مقاومت در برابر شرایط محیطی مس است اما می توان از فولاد گالوانیزه نیز استفاده نمود.
- ضخامت مناسب برای صفحه مسی حداقل 2mm و برای صفحه فولادی 3mm است.

شکل 6 الکترود صفحه ای

2-7 الکترود قائم یا میل زمین:
این نوع الکترود به شکل میله ای و لوله ای وجود دارد که امروزه ازنوع لوله ای کمتر استفاده می شود.الکترود میله ای در زمین کوبیده میشود در حالی که نوع لوله ای پس از حفاری گودال به طول لوله در زمین دفن می شود. مقاومت یک الکترود میل زمین با استفاده از رابطه زیر بدست می آید:

(10)

که درآن L وd به ترتیب طول و قطر الکترود بر حسب متر هستند. معمولا در کاربردهای عملی یک الکترود تنها میزان مقاومت دلخواه را نمی دهد و بایستی از چند الکترود موازی استفاده نمود. در این حالت بایستی توجه شود که فاصله الکترودهای موازی در مقاومت معادل نقش به سزایی دارد. با توجه به اینکه الکترودها دارای حوزه ولتاژ در پیرامون خود هستند نسبت به هم دارای مقاومت متقابل دارند. همانگونه که در ابتدای بحث عنوان شد پتانسیل الکتریکی هادیها در زمین با فاصله گرفتن از آنها کاهش می یابد. حوزه ولتاژ موثر در الکترودهای عمودی به صورت تجربی به اندازه عمق آنها می تواند باشد. بنابراین لازم است حداقل فاصله به اندازه عمق میلها رعایت شود. در صورتی که از جند میل موازی با فاصله موازی استفاده شود، مقاومت معادل الکترود از رابط زیر بدست خواهد آمد:

(11)

که در آن S فاصله دو میل مجاور بر حسب متر و n تعداد الکترودها است. ضریب λ هم از جدول 2 برحسب تعداد و نحوه قرار گیری میلها بدست می آید.
طول يك ميل زمين بستگي به ظرفيت رسوخ فلزات مختلف به داخل خاك دارد. میلهای موجود به منظور افزایش استحکام آنها در هنگام کوبیدن از جنس فولاد بوده که برای افزایش عمر دارای روکش مسی هستند. در این مورد نوع و نحوه عملیات پوشش مسی بر روی میل از اهمیت زیادی برخوردار است. طول استاندارد میلهای موجود نیز محدود بوده و برای افزایش طول می توان از رزوه و کوپلر برای اتصال دو سر میل استفاده نمود. اما با توجه به رابطه لگاریتمی محاسبه مقاومت میل، بهتر است به جای افزایش طول تعداد آنها را افزایش داد. در شکل 7 تعدادی از این اتصالات و میلها به صورت نمونه دیده می شوند.
ابعاد استاندارد برای این نوع الکترود بصورت زیر است:

میل مسی مغز فولادی :
- قطر : 16 ، 20 ، 25 میلیمتر
- طول : 1، 1.2 ، 1.5، 2 و 2.5 متر

لوله فولادی گالوانیزه :
-  قطر : 10 سانتیمتر
- طول : 2، 3، 4 و 6 متر

روش استاندارد برای انجام پوشش میل فولادی فرایند باندینگ (Bonding) است که در آن لایه ای از مس با ضخامت معین بر روی سطح میله فولادی قرار گرفته و ارتباط مولکولی با آن برقرار می سازد که به این ترتیب علاوه بر جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی میله فولادی، از خراشیدگی و کنده شدن لایه مسی از سطح فولاد در زمان کوبیدن آن در زمین ممانعت به عمل می آید.

جدول 2 ضریب λ  برحسب تعداد و نحوه قرار گیری میلها

شکل 7 میل زمین

3-7  الکترود افقی:
در این نوع اجزاء الکترود بصورت افقی در زمین دفن می شوند.در مکانهایی که امکان کوبیدن میل وجود نداشته باشد(مانند زمینهای سنگی) از هادیهای افقی نزدیک به سطح زمین استفاده می شود. در واقع هادی هایی که به شکل افقی در زمین قرار داشته و به عنوان هادی اصلی زمین بکار برده شده اند نیز جزئی از الکترود افقی به شمار می روند. این الکترود می تواند به شکلهای مختلف از جمله رینگ (در اطراف سازه یا ساختمان) ، شبکه، ستاره ای با سه یا جهار بازو و ... استفاده شود. باید توجه شود که قرار دادن هادیهای افقی طویل چندان مناسب نبوده و امپدانس سیستم زمین را افزایش می دهد.عامل اصلي درتعيين مقاومت این الكترود طول آن است.

شکل 8 - یک الکترود چهار شاخه افقی

مقاومت یک الکترود چند شاخه ستاره ای از رابطه زیر بدست می آید:

(12)

که در آن:
L طول هر شاخه از تسمه یا هادی گرد (متر)
w: عرض تسمه يا قطر الكترود (متر)
h: عمق دفن الكترود (متر)
PوQ: ضرايبي هستند كه با توجه به چگونگي استقرار الكترودها از روي جدول 3 بدست مي آيند.

جدول 3 ضرایب p و Q برای محاسبه مقاومت الکترود افقی چند شاخه

یک نمونه از آن که به الکترود پنجه کلاغی موسوم است، تسمه ها یا سیمهای مسی با زاویه 60 درجه در عمق 80cm از زمین دفن شده و درنقطه طلاقی به هم وصل  می شوند. از این نوع الکترود در شرایطی که امکان حفاری در سطح موجود باشد و همچنین برای انتقال جریانهای سطحی مانند صاعقه از سوی مراجع استاندارد توصیه شده است . شکل 9  نمونه ای از این نوع را نشان می دهد.

شکل 9 - الکترود سطحی پنجه کلاغی

یک نمونه دیگر از الکترود افقی شبکه زمین نام دارد که بدلیل ایجاد سطوح هم پتانسیل ، در نیروگاهها و تاسیسات فشار قوی کاربرد دارد. همچنین زمینهایی که جنس خاک آنها صخره ای بوده  و امکان حفاری در آن وجود نداشته باشد از این نوع الکترود جهت ایجاد اتصال بیشتر در سطح زمین استفاده می شود. در این نوع الکترود با افزایش سطح تحت پوشش میتوان به مقاومت کمتر دست یافت. افزودن تعداد هادی های موازی از گرادیانهای سطحی ولتاژ می کاهد. مقاومت شبکه زمین در صورتی که در عمق 25 سانتی متر تا 2.5 متر نصب شده باشد با استفاده از رابطه 13 بدست می آید:

(13)

A سطح تحت پوشش شبكه زمين (متر مربع)
L طول کل هادی های بکار رفته در شبکه (متر)
h عمق دفن شبکه (متر)
برای جزئیات بیشتر در مورد شبکه زمین و محاسبات مربوط به آن توصیه می شود به استاندارد IEEE-80  مراجعه شود.
جنس و ابعاد مناسب برای این الکترودبه صورت زیر است:
تسمه یا سیم مسی : حداقل 50mm2
تسمه یا سیم فولاد گالوانیزه گرم : حداقل 100mm2
عمق دفن الکترود : بین 0.25 تا 2.5 متر
فاصله الکترودها : فاصله بین 2 تا 7 متر

شکل 10 شبکه زمین را در حالت کلی نشان می دهد. جهت کاهش پتانسیل سطحی در این نوع الکترود معمولا در پیرامون شبکه از الکترود قائم (میل زمین) استفاده می شود.

شکل 10- شبکه زمین

4-7 الکترود ترکیبی:

با توجه به اینکه عملا در بسیاری از سایتها و تاسیسات لازم می شود از انواع مختلف الکترود استفاده شود و در نهایت این الکترودها به یکدیگر متصل شود، سیستم زمین ترکیبی از انواع الکترودهای عمودی، افقی، صفحه ای و یا شبکه زمین خواهد بود. در این صورت محاسبه دقیق مقاومت زمین با روشهای و فرمولهای گفته شده امکانپذیر نبوده یا به عبارت دیگر دقیق نخواهد بود. در این حالت یک روش کلی بنام روش اجزاء محدود (FEM) برای محاسبه الکترودها وجود دارد که با در نظر گرفتن تک تک اجزاء و مشخصات هر یکاز هادی ها از جمله طول، مختصات فضایی محل قرار گیری و قطر هادی، مقاومت سیستم محاسبه می شود. محاسبات مربوطه بسیار پیچیده اما دقیق می باشد و بدین منظور می باید از نرم افزار استفاده نمود.


8- سطح مقظع و نوع الکترود و هادی اصلی سیستم زمین:

الکترود میبایست توانایی پخش هرگونه جریان را به زمین و همچنین تحمل دینامیکی بالایی داشته باشد. زمین دارای ضریب مقاومت منفی میباشد، یعنی عبور جریان در ابتدا سبب کاهش مقاومت زمین و در نتیجه افزایش مجدد جریان میشود. با بالا رفتن حرارت ، رطوبت خاک اطراف الکترود کاهش یافته و اگر دما به قدر کافی بالا رود این مقاومت به بینهایت خواهد رسید و سبب جدایی اتصال زمین میشود. جریانهای طولانی مدت به شرطیکه چگالی جریان سطحی الکترود از 40 آمپر بر میلیمتر مربع بیشتر نشود ، آسیبی به الکترود نمی زند.
مطابق استاندارد IEEE-80 و با رابطه زیر مي توان سطح مقطع مجاز براي هادي های اصلی سیستم زمین را محاسبه نمود.

(14)

در اين رابطه :
A سطح مقطع هادي (ميليمتر مربع)
I حداکثر شدت جريان موثر زمین(كيلوآمپر)
Tmحداكثر درجه حرارت مجاز هادي (درجه سانتي گراد)
Taحداكثر درجه حرارت طبيعي محيط كار هادي ( درجه سانتيگراد )
αrضريب حرارتي هادي الكتريكي در 20 درجه سانتي گراد
K0عكس ضريب حرارتي هادي الكتريكي در صفر درجه سانتي گراد(α0)
tc زمان انتقال جريان از هادي ( ثانيه )
TCAPضريب ظرفيت حرارتي هادي ( ژول بر سانتي متر مكعب بر درجه سانتي گراد)
ρrمقاومت الكتريكي هادي زمين در درجه حرارت مبنا (ميكرو اهم بر سانتي متر)
در جدول 4 مشخصات مربوط به چند هادي كه در زمين سیستم مورد استفاده قرار مي گرد بيان شده است.

جدول 4 - مشخصات چند هادي مورد استفاده در الکترود زمين


همانگونه كه در رابطه 14 ديده مي شود به غير از پارامتر زمان و جريان ساير پارامترها بستگي به نوع و فيزيك هادي دارد و به ازاء يك جريان مشخص ( مثلا واحد ) مقدار سطح مقطع مورد نياز فقط بر حسب زمان تداوم جريان تغيير مي كند. سطح مقطع بر واحد جريان يا جريان مورد تحمل بر واحد سطح مقطع براي چند هادي پر كاربرد در دماي محيط 40 درجه محاسبه شده و در شكل 11 بصورت نمودار ديده مي شود.

شکل 11- نمودارانتخاب سطح مقطع بر حسب زمان-جريان براي چند هادي پر كاربرد

نوع الکترود زمین طبق استاندارد می تواند از جنس مس یا فولاد گالوانیزه باشد، مس به لحاظ  کاتدیک بودن بهترین فلز است. با توجه به شكل 11 ديده مي شود كه هر چه از درصد مس هادي كاسته شود تحمل جرياني آن نيز كاهش مي يابد. محدوديت در حداكثر درجه حرارت مجاز هادي نيز در كاهش تحمل جريان هادي موثر است. در عمل بايد توجه داشت موقعي كه خاك يكنواخت است يا اينكه مقاومت ویژه لايه پاييني بزرگتر از مقاومت ویژه لايه بالايي خاك است چگالي جريان در هادي هايي كه پيرامون سیستم زمین قرار دارند نسبت به هادي هايي كه در مركز سیستم قرار دارند بيشتر است. اما زماني كه لايه پاييني خاك هدايت بيشتري نسبت به لايه بالايي خاك دارد چگالي جريان در مركز سیستم زمين بيشتر از پيرامون آن مي باشد.
در ضمن مس می تواند با بعضی از فلزات بیگانه مانند آلومینیوم تشکیل پیل گالوانیک داده و موجب خوردگی در آن فلز شود. بنابراین در زمان نصب الکترود بایستی دقت نمود. در این خصوص اطلاعاتی در بخش بعد ارائه خواهد شد.

9- خوردگی الکتروشیمیایی

استفاده از چند فلز غیرهمنام یا وجود فضای الکتروشیمیایی موجب ایجاد خوردگی در فلز الکترود زمین می شود. خطر خوردگي در اثر الكتروليت در هادي زمين و در نتيجه كاهش مقطع مؤثر آن، بستگي به ميزان خود خورندگي قطعات هادي‌ها دارد مانند يك ميل يا هادي زمين تنها و بدون ارتباط با فلزات ديگر و يا ايجاد عنصر خورندگي در اتصال هاديهاي با جنس‌هاي مختلف به يكديگر كه از نظر شيميايي هم پتانسيل نيستند. براي جلوگيري از فرسودگي يا خود خورندگي بايد به كيفيت هر يك از انواع فلز هاديها و ميلهاو بازتاب آنها در مقابل انواع زمين‌هاي مختلف توجه داشت. در استاندارد VDE 0151 در اين باره مطالبي آمده كه به اختصار ارائه مي‌شود.
-مس خالص بدون روكش: مس معمولاً در زمين خيلي با ثبات و با دوام است. مس قلع يا روي اندود شده مانند مس خالص عمل مي كند و در زمين اصولاً ثبات خود را حفظ مي‌كند.
-فولاد با روكش روي: تقريباً در تمام تركيبات زمين‌هاي مختلف پايدار و با ثبات است. علت آن ارتباط محكمي است كه روي  و فولاد با هم دارند و در حقيقت اين عنصر روي است كه با لايه اكسيد روي در سطوح خارجي فولاد در مقابل خوردگي ثبات و مقاومت به آن مي‌دهد.
-سيم طنابي فولادي با پوشش سربي: سرب در زمين ايجاد لايه‌اي نازك از اكسيد سرب مي كند و اين پوشش در بسياري از زمينها مقاوم است. در زمين‌هايي كه به شدت قليايي هستند خطر خوردگي وجود دارد و بدين جهت نبايد سرب مستقيماً در مقاطع بتني خوابانده شود. در سطح زمين به دليل احتمال خراش برداشتن پوشش سرب، خطر خوردگي براي هسته فولادي پيش مي‌آيد. در زمين‌هاي رسي و گلي كه اكسيژن جذب نمي كند، خطرخورندگي زياد است در اين شرايط بهتر است از اين نوع فلز بخصوص براي هادي زمين جريان زياد موقعي استفاده شود كه امكان خراش برداشتن و زخمي شدن پوشش سربي وجود نداشته باشد.
-فولاد مس اندود شده: خراش برداشتن روكش مسي به شدت ايجاد خوردگي در هسته فولادي سرعت مي‌دهد. از اين جهت بايد هميشه پوشش مسي يكنواخت و بدون حباب و حفره باشد. در محل ارتباط و اتصال قطعات هادي، بايد پوشش يا روكش مسي بدون حفره و درز و حداقل داراي هدايت برابر باشند.
-شكل گرفتن عنصر خورندگي: اگر براي اتصال هاديها از موادي غير از جنس خود هادي استفاده شود، يا هاديهاي از جنس مختلف به هم متصل شوند و يا هاديها با قطعات فلزي مجاور در زيرزمين تأسيسات (مثل مخزن و منبع فلزي، سيم‌ها و لوله‌ها و فونداسيون هادي)، تماس برقرار كنند، باعث ايجاد خوردگي در محل‌هاي تماس و برخورد اين قطعات مي‌شود. در اين حالت يكي از اين فلزات به صوت كاتد و ديگري به صورت آند عمل مي‌كند و محل ارتباط را براي خوردگي آماده مي‌سازد. جدول 5 مطابق با استاندارد VDE 0151 نشان مي‌دهد كه كدام فلز با فلز ديگر قابل متصل شدن، بدون خطر خوردگي هستند و كدام فاقد آن.

جدول 5 -راهنمای اتصال فلزات مختلف مطابق با استاندارد VDE 0151


10- ارتباط الكتريكي تجهيزات با سیستم زمين
الکترود زمين جزء اصلي يك سيستم زمين به شمار مي‌رود كه در عمق خاک دفن مي شود. اما لازم است پس از نصب و دفن الکترود، ارتباط الكتريكي تجهيزات با آن به نحوي انجام شود. روش معمول اتصال تجهيزات، استفاده از سيم(هادی اصلی) زمين به واسطه شين(باسبار) زمين است. بطوريكه تجهيزات مختلف با استفاده از يك يا چند شين به الکترود متصل مي‌شوند.

1-10 - هادی اصلی زمين:
ارتباط بين زمين كننده و تجهيزات را برقرار مي‌كند و بايد حتي المقدور طوري كشيده شود كه قابل رويت باشد. انتخاب سطح مقطع هادی اصلی بايستي متناسب با حداكثر جريان خطاي ممكنه، صورت گيرد تا بدون ايجاد اختلاف سطح تماسي، جريان از سيم عبور كند، جدول 6 سطح مقطع چند سيم زمين را متناسب با شدت و مدت جريان نشان مي‌دهد.
در هر حال نبايد سطح مقطع سيم زمين از مقادير زير كوچكتر انتخاب گردد.
براي سيم فولادي روي اندود:  50mm2
براي سيم آلومينيومي:         35mm2
براي سيم مسي:             16mm2

جدول 6 - سطح مقطع چند سيم زمين متناسب با شدت و مدت جريان

توصیه می شود در صورت استفاده از هادی مسی حداقل سطح مقطع هادی اصلی 50mm2 باشد. سيم هايي كه در زمين و بدون روپوش و عايق كشيده مي‌شوند جزئي از زمين كننده محسوب مي‌شوند و بهتر است متناسب با جنس‌ هادي‌هاي زمين انتخاب گردد. در ضمن بايستي هر يك از سيم‌هايي كه از تجهيزات منشعب مي گردد، مستقيماً به شين زمين وصل شود و از سري يا زنجيره‌اي كردن آنها اجتناب نمود.

توجه: درصورتیکه سیستم زمین احداثی جهت کاربرد در سیستم حفاظت در برابر صاعقه اجراء می شود، در صورت انتخاب فلز مس به عنوان هادی اصلی(هادی میانی)، حداقل سطح مقطع می بایست 50mm2 برای هادی کابلی و یا 30×2 برای هادی تسمه ای باشد. جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه به بخش اصول حفاظت در برابر صاعقه مراجعه فرمایید.

2-10- شين (باسبار) زمين:
رابط بين هادی اصلی و سیستم زمين است و تمام سيمهاي زمين از آن منشعب مي‌شوند. شين زمين معمولاً از مس (ترجیحا روي اندود) انتخاب مي‌شود و با يك فاصله مناسبي نسبت به زمين روي ديوار نصب مي‌گردد. سطح مقطع مناسب برای آن حداقل 25mm2 می باشد. ارتباط بين سيم و شين زمين بايد از نظر الكتريكي و مكانيكي كاملاً مطمئن ، محكم و بدون مقاومت عبور باشد. لذا بهترين وسيله جوش دادن آنها است، در غير اين صورت بايد از پيچ و مهره و کابلشو استفاده شود و در مقابل زنگ زدگي و خوردگي با رنگ محافظت شود.
3-10- انتخاب و نصب اتصالات:
برای نصب هادی های الکترود سیستم، برای هر نقطه و هر هدفی اتصالات مناسبی لازم است. بطور كلي نقاط تقاطع هاديهاي عرضي و طولي نياز به اتصال صليبي شكل دارد، در صورتي كه براي اتصال هاديها در پيرامون سیستم از اتصال T شکل و موازی استفاده مي‌شود. نوع اتصالات مورد استفاده متنوع و زياد است و بستگي به نوع شكل اتصال، جنس هاديها، توجه به مسئله خوردگي و ميزان اهميت دادن به استاندارد مربوط به آن دارد. همچنين تمام اتصالاتي كه قسمتهاي مختلف را به هاديها و ميله‌هاي زمين متصل مي‌نمايند مي‌بايستي از حيث هدايت الكتريكي، ظرفيت انتقال حرارتي، استقامت مكانيكي و قابليت اطمينان مورد ارزيابي و تحليل قرار گيرند.
استفاده از اتصالات جوشي احتراقی، برنج پوش و نوع فشاري در انجام اتصالات زمين بسيار معمول و متداول مي‌باشند، مشروط بر اينكه انتخاب و نحوه استفاده آنها بطور مناسب انجام شده باشند. نكات مهم در انتخاب اتصالات به شرح زير هستند:
1-چنانچه بعلل مكانيكي آبكاري هادي، مسئله مهمي تلقي شود بدون توجه به نوع اتصالات، حداكثر مجاز افزايش درجه حرارت آن را بايستي 250 درجه سانتيگراد در نظر گرفت.
2-براي اتصالات برنج پوش حداكثر افزايش درجه حرارت برابر 450 درجه سانتيگراد منطقي و محتمل بنظر مي‌رسد. اگر چه بعضي از اتصالات از اين نوع ممكن است در درجه حرارت كمتر از 600 درجه شروع به ذوب شدن نمايند.
3-اتصالات جوشي احتراقی چون بطور يكپارچه با هادي درگير و تركيب مي‌شوند داراي همان درجه حرارت ذوب مي‌باشند، از اين رو مي‌توانند بعنوان يك جزء كامل و لاينفك سیستم زمين تلقي شوند.
4-اتصالات پرسي به انواع گوناگون ساخته و استفاده مي‌شوند. بطور كلي اتصالات پرسي در درجه حرارت كار كمتري نسبت به هادي اصلي كاربرد دارند و بنا بر خاصيت قابليت پراكندگي حرارت روي اتصالات بزرگ، هادي مي‌تواند قبل از ذوب شدن اتصالات مربوطه به حالت ذوب درآيد. استاندارد IEEE حدود درجه حرارت كار اين نوع اتصالات را بين 250 تا 350 درجه پيشنهاد مي‌كند. شکل 12  تعدادی از این اتصالات را نشان می دهد.


شکل 12 تعدادی از اتصالات مورد استفاده در سیستم زمین

4-10 اتصالات جوش احتراقي (پودر و قالب):
بهترين و مناسبترين روش براي اتصال هادي هاي زير زميني در سيستم ارتينگ، اتصال به روش جوش احتراقي (پودر و قالب) مي باشد. اتصال با اين روش علاوه بر ايجاد تماس و اتصال بيشتر هادي ها موجب افزايش مقاومت نقطه اتصال در برابر خوردگي مي شود. بدين ترتيب ضمن كاهش هزينه تمام شده سيستم، طول عمر و قابليت اطمينان آن بالا مي رود.
در اين زمينه استاندارد IEEE Std 837 مي تواند به عنوان مرجع اصلي مورد استفاده قرار بگيرد.اتصال با استفاده از قالب جوش مخصوص ، پودر جوش و مواد محترقه انفجاري انجام مي گيرد. قالبهاي جوش طبق استاندارد از جنس گرافيت بوده و براي حدودا 50 جوش(بسته به کیفیت قالب) مناسب مي باشد. قالب جوش براي هر نوع اتصالي بسته به نوع ، شكل و سايز هادي مورد اتصال موجود بوده و براي اتصالات خاص مي تواند ساخته شود.پودر جوش در بسته بندی های استاندارد متناسب با هر نوع اتصال موجود است.
عمليات اتصال با بستن قالب مناسب بر روي اتصال ، ريختن پودر جوش در محفظه قالب و پس از ايجاد جرقه ، يك احتراق انفجاري خفيف انجام مي شود. حرارت ايجاد شده موجب ذوب شدن پودر جوش و ريختن آن بر روي هادي ها مي شود كه حرارت ماده مذاب باعث تركيب دو قطعه هادي با يكديگر خواهد شد. شکل 13  نمونه هایی از این نوع اتصال را نشان می دهد. جهت مشاهده و انتخاب محصولات جوش احتراقی اینجا کلیک نمایید


شکل 13 نمونه هایی از اتصالات جوش احتراقی

11- اندازه گیری مقاومت سیستم زمین
پس از احداث سیستم زمین لازم است مقدار مقاومت سیستم سنجیده شود، سنجش به روش سه نقطه ای انجام می شود. در این روش مطابق با شکل 14 الکترود کمکی جریان را در فاصله مناسبی از الکترود اصلی قرار داده و الکترود ولتاژ را در وسط دو الکترود قرار میدهیم. جریانی بین دو الکترود اصلی و C2 ارسال و ولتاژ بین الکترودهای اصلی P2 سنجیده می شود. حال مقاومت سیستم از رابطه زیر بدست می آید:

(15)

شکل 14 سنجش سه نقطه ای مقاومت سیستم زمین

فاصله مناسب برای الکترود جریان تقریبا به اندازه بزرگترین قطر سیستم می باشد. در این صورت اگر این فاصله برابر با D باشد فاصله الکترود ولتاژ از سیستم زمین به اندازه 0.62D خواهد بود. در صورتی که این فاصله کمتر یا بیشتر باشد (شکل 14) مقادیر بدست آمده همراه با خطا خواهد بود. این بدان علت است که الکترودهایی که به زمین جریان تزریق می کنند دارای حوزه ولتاژ بوده و فاصله گفته شده برای الکترود ولتاژ نقطه ای است که خارج از این دو حوزه قرار دارد.
نکات مهم در اندازه گیری مقاومت سیستم:
- بهترین روش برای اندازه گیری استفاده از دستگاههای پرتابل دیجیتال است که مستقیما با وصل پروبها ، مقدار مقاومت را نشان می دهد. همچنین اکثر این دستگاهها قابلیت ثبت و چاپ اطلاعات را دارند.
- لزوما بایستی از جریان AC برای سنجش اسفاده شود. در این صورت استفاده از فرکانسهای 50 یا 60 هرتز امپدانس سیستم را برای جریانهایی با این فرکانسها دقیقتر نشان خواهد داد. برای سیستمهای حفاظت در برابر صاعقه بهتراست از فرکانسهای بالای 1 کیلوهرتز استفاده شود.
- منبع جریان مورد استفاده باید ایزوله از شبکه فشار ضعیف محلی باشد.
- در صورت امکان و به منظور کاهش کوپلینگ مغناطیسی بین کابلهای رابط، بهتر است بین دو الکترود ولتاژ و جریان 90 درجه اختلاف مکانی باشد.

12- هم بندی یا هم پتانسیل سازی
هدف ازایجادهمبندی برای هم ولتاژ کردن جلوگیری از تشکیل ولتاژهای خطرناک است بین اجزای مختلفی که ممکن است به وسیله یک نفربه طور همزمان لمس شده ، یا در مکانهای قابل انفجار موجب آتش سوزی شده و یا اینکه در سایتهای مخابراتی موجب ایجاد نویز در سیستمها و اختلال در کار آنها شود. به طور کلی قسمتهای مختلف زیر در یک سیستم باید با یکدیگر همبند شوند:
- هادی اصلی حفاظتی MPE
- ترمینال اصلی زمین(شینه اصلی زمین) MEB
- کلیه لوله کشیهای فلزی در داخل ساختمان(آب-گاز-حرارت مرکزی و تهویه)
- اجزای فلزی ساختمان (اسکلت فلزی-میلگردهای بتن مسلح)
- بدنه فلزی تجهیزات و لوازم
- هادی های حفاظتی PE
- هادی یا ترمینال اصلی زمین
ممکن است در بعضی ازشرایط اتصالی ولتاژ نقطه اصلی همبندی برای هم ولتاژ کردن نسبت به جرم کلی زمین از حد مجاز بالاتر رود اما چون درداخل حوزه همبندی شده همه ولتاژها باهم برابرند، فردی که در داخل حوزه قرار دارد دچار برق گرفتگی نخواهد شد. در زمینه همبندی استاندارد ITU-T مسائل مرتبط با آن را به ویژه برای کاربردهای سیستمهای مخابراتی به تفصیل و به صورت کامل توصیف می نماید.


خواهشمند است جهت مشاوره فنی و کسب اطلاعات بیشتر با واحد فنی این شرکت تماس حاصل فرمایید.

 

 
ایمن شده توسط وب سایت عرش هاست