برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)


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 کلی زمین کردن به دو علت انجام می گیرد، یکی کار کردن و رفتار صحیح سیستم های الکتریکی و به بیان دیگر حفاظت از تجهیزات الکتریکی می باشد که زمین کردن الکتریکی نامیده می شود و دیگری حفاظت اشخاصی که به نوعی با دستگاههای الکتریکی در تماس هستند یا کار می کنند که این نوع، زمین کردن حفاظتی نامیده می شود.
نحوه زمین کردن صحیح الکتریکی در تاسیسات و سیستمهای الکتریکی می تواند به کار صحیح و تشخیص به موقع عیبها و اتصال کوتاههایی که در شبکه رخ می دهد کمک بسزایی 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.

زمین کردن حفاظتی می تواند در تمامی تاسیسات وجود داشته باشد، اما زمین کردن تجهیزات در بعضی مکانها مانند تاسیسات فشار قوی اهمیت زیادی دارد. از آنجایی که در این نوع تاسیسات، با ولتاژ بالا (بالاتر از یک کیلو ولت) و عبور جریان زیاد روبرو هستیم، بنابراین مسئله القای بارهای الکتریکی خطرناک و تزویج مغناطیسی بر روی تجهیزات فلزی که در مجاورت دستگاهها و خطوط زیر ولتاژ هستند، جدی می باشد. همچنین اتصال هادیهای برق دار به ساختارهای فلزی در این تاسیسات می تواند خطرات و حوادث ناگواری را در پی داشته باشد. از اینرو برای طراحی سیستم زمین در تاسیسات فشار قوی، بایستی تدابیر ویژه ای اندیشیده 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 یك متر مكعب از خاك به ابعاد 1×1×1 mمی باشد، كه بین دو الكترود اندازه گیری می شود و واحد آن اهم- متر(Ω-m)می 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.تعدادی از مقادیر تجربی مقاومت ویژه زمین برای زمینهای مختلف و بر حسب میزان بارندگی معمولی ( بیش 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 مواردی كه مقاومت ویژه خاك در عرض و عمق تغییرات محسوسی نداشته باشد می توان خاك را یكنواخت 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 لایه مدل می 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. منحنی تغییرات مقاومت ویژه خاك بر حسب درصد این سه عامل برای یک نمونه از خاک در شكل 2 دیده می شود .

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

تغییرات مقاومت ویژه خاك دارای رطوبت بالای 20 درصد بسیار كم ولی برای رطوبت پایین تر از 20 درصد بسیار شدید است. در مورد اثر دما روی مقاومت ویژه خاك همانگونه كه در شكل دیده می شود رطوبت موجود در خاك در دمای پایین تر از صفر درجه یخ می زند و موجب افزایش شدید ضریب حرارتی مقاومت ویژه خاك می شود . چون این ضریب منفی است با كاهش دمای خاك مقاومت ویژه آن بالا می رود و موجب افزایش مقاومت الکترود و اتصال زمین می شود. به همین علت در پایان نصب سیستم زمین ، سطح زمین را باید با خرده سنگ به ضخامت 10 سانتی متر پوشاند تا از سرعت تبخیر رطوبت در مواقع گرمی هوا بكاهد .
تركیبهایی از نمك ها ، اسیدها و بازهای موجود در خاك روی مقاومت ویژه آن موثر است. در شكل 2 به طور نمونه اثر نمك روی مقاومت ویژه خاكی با 30 درصد رطوبت نشان داده شده است. با توجه به این مطلب گاهی برای كاهش و اصلاح مقاومت سیستم زمین اطراف الكترودهای مربوطه را با مواد شیمیایی کاهنده مقاومت تغذیه می كنند.

5- اندازه گیری مقاومت ویژه خاک
تعیین مقاومت ویژه برای طراحی سیستم زمین لازم و ضروری است. یكی از روش هایی كه برای اندازه گیری مقاومت ویژه خاك ارائه شده روش پیشنهادی دكتر ونر (Wenner) می باشد . در این روش چهار الكترود با ابعاد كوچك مطابق شكل 3 انتخاب نموده و با فاصله مساوی a از یكدیگر و به عمق h در یك خط به ترتیب قرار میگیرند. مشروط بر اینكه قطر الكترودها و عمق دفن آنها بیش از ده درصد فاصله آنها باشد. با ارسال جریان بین الكترودهای C1 و C2 ولتاژ بین الكترودهای P1 و P2 اندازه گیری می شود. اكنون از رابطه زیر مقاومت ویژه خاک محاسبه می شود.

(1)

که درآن:
ρ مقاومت ویژه خاك (اهم-متر )
a فاصله بین دو الكترود مجاور ( متر )
h عمق الكترود (متر).
چنانچه h نسبت به a كوچك باشد  (h≪a) مانند حالتی كه الكترودها در عمق كم قرار می گیرد رابطه 2 بصورت زیر در می آید :

(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 تجربی است كه بر اساس آزمایشهایی در فاصله  0.03 تا 3 ثانیه بدست آمده و مقدار آن برای یك شخص 50 كیلوگرمی تقریبا برابر 0.0135و برای یك شخص 70 كیلوگرمی برابر 0.0246است.
IB مقدار موثر جریان عبوری از بدن (آمپر)
tS مدت زمانی كه خطا طول می كشد. (ثانیه)
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 جریان خارج شده به صورت یکنواخت پخش شده وکوتاه باشند و فشارخاک بردو سطح الکترود یکنواخت 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 یك میل زمین بستگی به ظرفیت 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 اصلی درتعیین 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 یا قطر الكترود (متر)
h: عمق دفن الكترود (متر)
PوQ: ضرایبی هستند كه با توجه به چگونگی استقرار الكترودها از روی جدول 3 بدست می آیند.

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 زمین (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 می توان سطح مقطع مجاز برای هادی های اصلی سیستم زمین را محاسبه نمود.

(14)

در این رابطه :
A سطح مقطع هادی (میلیمتر مربع)
I حداکثر شدت جریان موثر زمین(كیلوآمپر)
Tmحداكثر درجه حرارت مجاز هادی (درجه سانتی گراد)
Taحداكثر درجه حرارت طبیعی محیط كار هادی ( درجه سانتیگراد )
αrضریب حرارتی هادی الكتریكی در 20 درجه سانتی گراد
K0عكس ضریب حرارتی هادی الكتریكی در صفر درجه سانتی گراد(α0)
tc زمان انتقال جریان از هادی ( ثانیه )
TCAPضریب ظرفیت حرارتی هادی ( ژول بر سانتی متر مكعب بر درجه سانتی گراد)
ρrمقاومت الكتریكی هادی زمین در درجه حرارت مبنا (میكرو اهم بر سانتی متر)
در جدول 4 مشخصات مربوط به چند هادی كه در زمین سیستم مورد استفاده قرار می گرد بیان شده است.

جدول 4 - مشخصات چند هادی مورد استفاده در الکترود زمین


همانگونه كه در رابطه 14 دیده می شود به غیر از پارامتر زمان و جریان سایر پارامترها بستگی به نوع و فیزیك هادی دارد و به ازاء یك جریان مشخص ( مثلا واحد ) مقدار سطح مقطع مورد نیاز فقط بر حسب زمان تداوم جریان تغییر می كند. سطح مقطع بر واحد جریان یا جریان مورد تحمل بر واحد سطح مقطع برای چند هادی پر كاربرد در دمای محیط 40 درجه محاسبه شده و در شكل 11 بصورت نمودار دیده می شود.

شکل 11- نمودارانتخاب سطح مقطع بر حسب زمان-جریان برای چند هادی 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 دیده می شود كه هر چه از درصد مس هادی كاسته شود تحمل جریانی آن نیز كاهش می یابد. محدودیت در حداكثر درجه حرارت مجاز هادی نیز در كاهش تحمل جریان هادی موثر است. در عمل باید توجه داشت موقعی كه خاك یكنواخت است یا اینكه مقاومت ویژه لایه پایینی بزرگتر از مقاومت ویژه لایه بالایی خاك است چگالی جریان در هادی هایی كه پیرامون سیستم زمین قرار دارند نسبت به هادی هایی كه در مركز سیستم قرار دارند بیشتر است. اما زمانی كه لایه پایینی خاك هدایت بیشتری نسبت به لایه بالایی خاك دارد چگالی جریان در مركز سیستم زمین بیشتر از پیرامون آن می 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 خوردگی در اثر الكترولیت در هادی زمین و در نتیجه كاهش مقطع مؤثر آن، بستگی به میزان خود خورندگی قطعات هادی‌ها دارد مانند یك میل یا هادی زمین تنها و بدون ارتباط با فلزات دیگر و یا ایجاد عنصر خورندگی در اتصال هادیهای با جنس‌های مختلف به یكدیگر كه از نظر شیمیایی هم پتانسیل نیستند. برای جلوگیری از فرسودگی یا خود خورندگی باید به كیفیت هر یك از انواع فلز هادیها و میلهاو بازتاب آنها در مقابل انواع زمین‌های مختلف توجه داشت. در استاندارد VDE 0151 در این باره مطالبی آمده كه به اختصار ارائه می‌شود.
-مس خالص بدون روكش: مس معمولاً در زمین خیلی با ثبات و با دوام است. مس قلع یا روی اندود شده مانند مس خالص عمل می كند و در زمین اصولاً ثبات خود را حفظ می‌كند.
-فولاد با روكش روی: تقریباً در تمام تركیبات زمین‌های مختلف پایدار و با ثبات است. علت آن ارتباط محكمی است كه روی  و فولاد با هم دارند و در حقیقت این عنصر روی است كه با لایه اكسید روی در سطوح خارجی فولاد در مقابل خوردگی ثبات و مقاومت به آن می‌دهد.
-سیم طنابی فولادی با پوشش سربی: سرب در زمین ایجاد لایه‌ای نازك از اكسید سرب می كند و این پوشش در بسیاری از زمینها مقاوم است. در زمین‌هایی كه به شدت قلیایی هستند خطر خوردگی وجود دارد و بدین جهت نباید سرب مستقیماً در مقاطع بتنی خوابانده شود. در سطح زمین به دلیل احتمال خراش برداشتن پوشش سرب، خطر خوردگی برای هسته فولادی پیش می‌آید. در زمین‌های رسی و گلی كه اكسیژن جذب نمی كند، خطرخورندگی زیاد است در این شرایط بهتر است از این نوع فلز بخصوص برای هادی زمین جریان زیاد موقعی استفاده شود كه امكان خراش برداشتن و زخمی شدن پوشش سربی وجود نداشته باشد.
-فولاد مس اندود شده: خراش برداشتن روكش مسی به شدت ایجاد خوردگی در هسته فولادی سرعت می‌دهد. از این جهت باید همیشه پوشش مسی یكنواخت و بدون حباب و حفره باشد. در محل ارتباط و اتصال قطعات هادی، باید پوشش یا روكش مسی بدون حفره و درز و حداقل دارای هدایت برابر باشند.
-شكل گرفتن عنصر خورندگی: اگر برای اتصال هادیها از موادی غیر از جنس خود هادی استفاده شود، یا هادیهای از جنس مختلف به هم متصل شوند و یا هادیها با قطعات فلزی مجاور در زیرزمین تأسیسات (مثل مخزن و منبع فلزی، سیم‌ها و لوله‌ها و فونداسیون هادی)، تماس برقرار كنند، باعث ایجاد خوردگی در محل‌های تماس و برخورد این قطعات می‌شود. در این حالت یكی از این فلزات به صوت كاتد و دیگری به صورت آند عمل می‌كند و محل ارتباط را برای خوردگی آماده می‌سازد. جدول 5 مطابق با استاندارد VDE 0151 نشان می‌دهد كه كدام فلز با فلز دیگر قابل متصل شدن، بدون خطر خوردگی هستند و كدام فاقد آن.

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


10- ارتباط الكتریكی تجهیزات با سیستم زمین
الکترود زمین جزء اصلی یك سیستم زمین به شمار می‌رود كه در عمق خاک دفن می شود. اما لازم است پس از نصب و دفن الکترود، ارتباط الكتریكی تجهیزات با آن به نحوی انجام شود. روش معمول اتصال تجهیزات، استفاده از سیم(هادی اصلی) زمین به واسطه شین(باسبار) زمین است. بطوریكه تجهیزات مختلف با استفاده از یك یا چند شین به الکترود متصل می‌شوند.

1-10 - هادی اصلی زمین:
ارتباط بین زمین كننده و تجهیزات را برقرار می‌كند و باید حتی المقدور طوری كشیده شود كه قابل رویت باشد. انتخاب سطح مقطع هادی اصلی بایستی متناسب با حداكثر جریان خطای ممكنه، صورت گیرد تا بدون ایجاد اختلاف سطح تماسی، جریان از سیم عبور كند، جدول 6 سطح مقطع چند سیم زمین را متناسب با شدت و مدت جریان نشان می‌دهد.
در هر حال نباید سطح مقطع سیم زمین از مقادیر زیر كوچكتر انتخاب گردد.
برای سیم فولادی روی اندود:  50mm2
برای سیم آلومینیومی:         35mm2
برای سیم مسی:             16mm2

جدول 6 - سطح مقطع چند سیم زمین متناسب با شدت و مدت جریان

توصیه می شود در صورت استفاده از هادی مسی حداقل سطح مقطع هادی اصلی 50mm2 باشد. سیم هایی كه در زمین و بدون روپوش و عایق كشیده می‌شوند جزئی از زمین كننده محسوب می‌شوند و بهتر است متناسب با جنس‌ هادی‌های زمین انتخاب گردد. در ضمن بایستی هر یك از سیم‌هایی كه از تجهیزات منشعب می گردد، مستقیماً به شین زمین وصل شود و از سری یا زنجیره‌ای 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- شین (باسبار) زمین:
رابط بین هادی اصلی و سیستم زمین است و تمام سیمهای زمین از آن منشعب می‌شوند. شین زمین معمولاً از مس (ترجیحا روی اندود) انتخاب می‌شود و با یك فاصله مناسبی نسبت به زمین روی دیوار نصب می‌گردد. سطح مقطع مناسب برای آن حداقل 25mm2 می باشد. ارتباط بین سیم و شین زمین باید از نظر الكتریكی و مكانیكی كاملاً مطمئن ، محكم و بدون مقاومت عبور باشد. لذا بهترین وسیله جوش دادن آنها است، در غیر این صورت باید از پیچ و مهره و کابلشو استفاده شود و در مقابل زنگ زدگی و خوردگی 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 كلی نقاط تقاطع هادیهای عرضی و طولی نیاز به اتصال صلیبی شكل دارد، در صورتی كه برای اتصال هادیها در پیرامون سیستم از اتصال T شکل و موازی استفاده می‌شود. نوع اتصالات مورد استفاده متنوع و زیاد است و بستگی به نوع شكل اتصال، جنس هادیها، توجه به مسئله خوردگی و میزان اهمیت دادن به استاندارد مربوط به آن دارد. همچنین تمام اتصالاتی كه قسمتهای مختلف را به هادیها و میله‌های زمین متصل می‌نمایند می‌بایستی از حیث هدایت الكتریكی، ظرفیت انتقال حرارتی، استقامت مكانیكی و قابلیت اطمینان مورد ارزیابی و تحلیل قرار گیرند.
استفاده از اتصالات جوشی احتراقی، برنج پوش و نوع فشاری در انجام اتصالات زمین بسیار معمول و متداول می‌باشند، مشروط بر اینكه انتخاب و نحوه استفاده آنها بطور مناسب انجام شده باشند. نكات مهم در انتخاب اتصالات به شرح زیر هستند:
1-چنانچه بعلل مكانیكی آبكاری هادی، مسئله مهمی تلقی شود بدون توجه به نوع اتصالات، حداكثر مجاز افزایش درجه حرارت آن را بایستی 250 درجه سانتیگراد در نظر گرفت.
2-برای اتصالات برنج پوش حداكثر افزایش درجه حرارت برابر 450 درجه سانتیگراد منطقی و محتمل بنظر می‌رسد. اگر چه بعضی از اتصالات از این نوع ممكن است در درجه حرارت كمتر از 600 درجه شروع به ذوب شدن نمایند.
3-اتصالات جوشی احتراقی چون بطور یكپارچه با هادی درگیر و تركیب می‌شوند دارای همان درجه حرارت ذوب می‌باشند، از این رو می‌توانند بعنوان یك جزء كامل و لاینفك سیستم زمین تلقی شوند.
4-اتصالات پرسی به انواع گوناگون ساخته و استفاده می‌شوند. بطور كلی اتصالات پرسی در درجه حرارت كار كمتری نسبت به هادی اصلی كاربرد دارند و بنا بر خاصیت قابلیت پراكندگی حرارت روی اتصالات بزرگ، هادی می‌تواند قبل از ذوب شدن اتصالات مربوطه به حالت ذوب درآید. استاندارد IEEE حدود درجه حرارت كار این نوع اتصالات را بین 250 تا 350 درجه پیشنهاد می‌كند. شکل 12  تعدادی از این اتصالات را نشان می دهد.


شکل 12 تعدادی از اتصالات مورد استفاده در سیستم زمین

4-10 اتصالات جوش احتراقی (پودر و قالب):
بهترین و مناسبترین روش برای اتصال هادی های زیر زمینی در سیستم ارتینگ، اتصال به روش جوش احتراقی (پودر و قالب) می باشد. اتصال با این روش علاوه بر ایجاد تماس و اتصال بیشتر هادی ها موجب افزایش مقاومت نقطه اتصال در برابر خوردگی می شود. بدین ترتیب ضمن كاهش هزینه تمام شده سیستم، طول عمر و قابلیت اطمینان آن بالا می رود.
در این زمینه استاندارد IEEE Std 837 می تواند به عنوان مرجع اصلی مورد استفاده قرار بگیرد.اتصال با استفاده از قالب جوش مخصوص ، پودر جوش و مواد محترقه انفجاری انجام می گیرد. قالبهای جوش طبق استاندارد از جنس گرافیت بوده و برای حدودا 50 جوش(بسته به کیفیت قالب) مناسب می باشد. قالب جوش برای هر نوع اتصالی بسته به نوع ، شكل و سایز هادی مورد اتصال موجود بوده و برای اتصالات خاص می تواند ساخته شود.پودر جوش در بسته بندی های استاندارد متناسب با هر نوع اتصال موجود است.
عملیات اتصال با بستن قالب مناسب بر روی اتصال ، ریختن پودر جوش در محفظه قالب و پس از ایجاد جرقه ، یك احتراق انفجاری خفیف انجام می شود. حرارت ایجاد شده موجب ذوب شدن پودر جوش و ریختن آن بر روی هادی ها می شود كه حرارت ماده مذاب باعث تركیب دو قطعه هادی با یكدیگر 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.

http://www.atilapartniroo.com/fa/earthing-principles.html

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :