اصول و روش های تست مقاومت زمین

اصول و روش های تست مقاومت زمین

زمین ضعیف منجر به خرابی می شود اما عدم اتصال به زمین نیز خطرناک است و خطر خرابی تجهیزات را افزایش می دهد. با گذشت زمان ، خاک های خورنده با رطوبت و نمک بالا و دمای بالا می توانند میله های زمین و اتصالات آن ها را تخریب کنند. . بنابراین ، اگرچه در ابتدای نصب سیستم مقادیر مقاومت زمین کم باشد ، اما در صورت خوردگی میله های زمین ، مقاومت سیستم زمین می تواند افزایش یابد. ارت تسترها ابزارهای ضروری عیب یابی هستند که به شما کمک می کنند تا مشکلات را پیدا کنید و از دوباره کاری در آینده جلوگیری می کند. توصیه می شود که همه زمین ها و اتصالات زمین حداقل سالانه به عنوان بخشی از پیش بینی برنامه تعمیر و نگهداری شما چک شوند. اگر در این بررسی های دوره ای افزایش مقاومت بیش از 20٪ اندازه گیری شود ، تکنسین باید منبع مشکل را بررسی کرده و اصلاح کند تا با تعویض یا افزودن میله های زمین به سیستم ارت ، مقاومت را کاهش دهد.

چاه ارت (ground) چیست؟

تعریف زمین : ” زمین یک اتصال هادی می باشد که خواه عمدی یا تصادفی ، بین یک مدار الکتریکی یا تجهیزات و زمین قرار می گیرد، یا برخی از اجسام رسانا هستند که به جای زمین کار میکنند”. ارتینگ در واقع شامل دو موضوع مختلف است: چاه ارت و تجهیزات متصل به آن. اتصال به زمین یک اتصال عمدی از یک رسانای مدار ، معمولاً خنثی ، به یک الکترود زمینی است که در زمین قرار گرفته است. اتصال تجهیزات تضمین می کند که تجهیزات عملیاتی درون سازه به درستی زمین شده اند.به جز اتصالات بین این دو سیستم ، این دو سیستم ارت باید جدا نگه داشته شوند. این از اختلاف پتانسیل ولتاژ در اثر احتراق احتمالی صاعقه جلوگیری می کند. هدف از زمین فراهم کردن مسیری ایمن برای اتلاف جریان های خطا ، صاعقه ، تخلیه های استاتیک ، سیگنال های EMI و RFI و تداخل است. آژانس ملی حفاظت از آتش (NFPA) و انستیتوی مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) مقدار مقاومت زمین را 5 یا کمتر را توصیه می کنند. هدف در مقاومت زمین دستیابی به کمترین مقدار مقاومت زمین ممکن است که از نظر اقتصادی و فیزیکی منطقی باشد.

چه چیزی مقاومت زمین را تحت تأثیر قرار می دهد؟

چهار متغیر بر سیستم ارت سنج تأثیر می گذارد: طول یا عمق الکترود ارت. قطر الکترود ارت ؛ تعداد الکترودهای ارت و طراحی سیستم ارت.

 

طول و عمق الکترود ارت

مهم است که الکترود ارت را در عمق کافی در داخل زمین قرار دهید این یک روش بسیار موثر برای کاهش مقاومت ارت است. مقاومت خاک یکدست نیست و می تواند غیر قابل پیش بینی باشد. سطح مقاومت به طور کلی می تواند با دو برابر شدن طول الکترود ارت بیش از 40٪ کاهش یابد. دفن میله های زمین در اعماق زمین – بعنوان مثال در مناطقی که از سنگ تشکیل شده اند ، غیرممکن است. در این موارد ، از روش های جایگزین مناسب استفاده می شود.

قطر الکترود ارت

افزایش قطر الکترود ارت تأثیر بسیار کمی در کاهش مقاومت دارد. به عنوان مثال ، شما می توانید قطر الکترود ارت را دو برابر کنید و مقاومت شما فقط 10 درصد کاهش می یابد.

تعداد الکترودهای ارت

استفاده از چندین الکترود ارت روش دیگری برای کاهش مقاومت ارت را فراهم می کند. بیش از یک الکترود داخل زمین گذاشته می شود و به طور موازی به هم متصل می شود تا مقاومت کاهش یابد. برای موثر بودن الکترودهای اضافی ، فاصله میله های اضافی باید حداقل برابر با عمق میله رانده شده باشد. حوزه های تأثیر الکترودهای ارت قطع می شوند و مقاومت بدون فاصله مناسب کاهش نمی یابد. جدول 1 مقاومت های مختلف ارت را ارائه می دهد که می تواند به عنوان یک قانون کلی مورد استفاده قرار گیرد.

 

جدول 1: مقاومت های زمینی برای استفاده به عنوان یک قانون کلی.

طراحی سیستم ارت

سیستم های ارت ساده شامل یک الکترود ارت واحد است که به درون خاک قرار می گیرد. استفاده از یک ارت تک سیم رایج ترین شکل اتصال به زمین است. سیستم های پیچیده ارت از الکتروهای ارت متعدد ، شبکه های متصل ، مش یا شبکه ، صفحات زمین و حلقه های زمین تشکیل شده است. این سیستم ها معمولاً در کارخانه های تولید برق ، دفاتر مرکزی و سایت های برج تلفن همراه نصب می شوند. شبکه های پیچیده میزان تماس با زمین اطراف و مقاومت های پایین زمین را به طرز چشمگیری افزایش می دهند.

اندازه گیری مقاومت خاک

مقاومت خاک هنگام تعیین طراحی سیستم ارت برای تأسیسات جدید (برنامه های میدان سبز) برای تأمین نیازهای مقاومت زمین شما ضروری است. در حالت ایده آل ، مکانی با کمترین مقاومت ممکن پیدا خواهید کرد. با سیستم های ارت دقیق تر می توان بر شرایط ضعیف خاک غلبه کرد. ترکیب خاک ، میزان رطوبت و درجه حرارت بر مقاومت خاک تأثیر می گذارد. خاک بندرت همگن است و مقاومت آن از نظر جغرافیایی و در اعماق مختلف متفاوت است. میزان رطوبت به صورت فصلی تغییر می کند ، تغییرات بر اساس ماهیت لایه های زیرین زمین و عمق سطح آب می باشد. توصیه می شود میله های زمین تا آنجا که ممکن است در عمق زمین قرار بگیرند ، زیرا خاک و آب به طور کلی در لایه های عمیق تر است.

محاسبه مقاومت خاک

روش اندازه گیری که در اینجا شرح داده شده از روش ونر استفاده می کند و از فرمول زیر استفاده می کند:

ρ = 2 π A R

جایی که:

ρ = مقاومت متوسط خاک تا عمق A در: اهم-سانتی متر.

π = 3،1416.

A = فاصله الکترودها بر حسب سانتی متر.

R = مقدار مقاومت اندازه گیری شده در اهم از دستگاه تستر.

 

آزمایش مقاومت خاک

برای آزمایش مقاومت خاک ، دستگاه ارت تستر را همانطور که در شکل نشان داده شده است وصل کنید. فاصله بین الکترودهای تستر باید حداقل سه برابر بیشتر از عمق چوب باشد. دستگاه ارت سنج جریان مشخصی را از طریق دو پایه زمینی خارجی ایجاد می کند و افت پتانسیل ولتاژ بین دو ارت داخلی اندازه گیری می شود. ارت تستر به طور خودکار مقاومت خاک را با استفاده از قانون اهم (V = IR) محاسبه می کند. عکس اندازه گیری های اضافی ، جایی که محورهای تیرک 90 درجه می چرخند ، همیشه توصیه می شوند ، زیرا نتایج اندازه گیری اغلب توسط فلز زیرزمینی ، سفره های زیرزمینی و غیره تحریف می شوند و نامعتبر می شوند. نموداری تولید می شود که می تواند با چندین بار تغییر در عمق و مسافت ، یک سیستم مقاومت زمین مناسب را تعیین کند. اندازه گیری مقاومت خاک اغلب با وجود جریان های زمینی و هارمونیک آنها خراب می شود.

شکل 1: مسیرهای فعلی را در روش بدون خط آزمایش کنید.

اندازه گیری افت پتانسیل زمین

روش آزمون افت پتانسیل زمین برای اندازه گیری توانایی سیستم زمینی یا الکترود منفرد در اتلاف انرژی از یک سایت استفاده می شود. الکترود ارت مورد نظر باید قطع شود. سپس تستر به الکترود ارت متصل می شود. سپس ، دو تیرک زمین در یک خط مستقیم – به دور از الکترود ارت ، برای آزمایش ارت 3 سیمه الکترود در خاک قرار می گیرد. فاصله 20 متر معمولاً کافی است.

 

اندازه گیری با ارت سنج سه سیمه

برای دستیابی به بالاترین درجه دقت در هنگام انجام آزمایش مقاومت با ارت تستر 3 سیمه ، ضروری است در اندازه گیری ها این الکترود در خارج از حوزه تأثیر الکترود تحت تست و زمین کمکی قرار گیرد ، واگرنه مناطق موثر مقاومت با هم تداخل خواهند کرد و هرنوع اندازه گیری را بی اعتبار خواهند کرد. جدول 2 راهنمای تنظیم پروب (پایه داخلی) و ارت کمکی (پایه خارجی) است. پراب داخلی را 1 متر در هر جهت تغییر مکان دهید و یک اندازه گیری جدید انجام دهید تا بتوانید صحت نتایج را آزمایش کنید و اطمینان حاصل کنید که ارت ها خارج از مناطق نفوذ قرار دارند. اگر تغییر قابل توجهی در میزان قرائت وجود دارد (30٪) ، باید فاصله بین میله زمین مورد آزمایش ، پایه داخلی (پروب) و پایه خارجی (زمین کمکی) را افزایش دهید تا مقادیر اندازه گیری شده در هنگام تغییر موقعیت سهام داخلی (الکترود) ثابت باقی بمانند.

 

اندازه گیری با ارت سنج کلمپی

دستگاه ارت تستر کلمپی می تواند مقاومت حلقه زمین را برای سیستم های چند زمین فقط با استفاده از کلمپ های جریان اندازه گیری کند. این روش تست، مرحله خطرناک قطع ارت های موازی و همچنین روند یافتن مکان های مناسب برای ارت های کمکی را از بین می برد. شما همچنین می توانید آزمایشات ارت را در مکان هایی انجام دهید که قبلاً در نظر نگرفته اید: در داخل ساختمان ها ، در ستون های برق یا هرجایی که به خاک دسترسی ندارید.

با استفاده از این روش آزمون ، دو کلمپ در اطراف میله زمین یا کابل اتصال قرار می گیرد و هر کدام به تستر متصل می شوند (شکل 2 را ببینید). از الکترودهای زمین به هیچ وجه استفاده نمی شود. ولتاژ شناخته شده توسط یک کلمپ ایجاد می شود و جریان با استفاده از کلمپ دوم اندازه گیری می شود. ارت تستر به طور خودکار مقاومت در برابر حلقه زمین را در این میله زمین تعیین می کند. اگر فقط یک مسیر به زمین وجود داشته باشد ، روش بدون الکترود مقدار قابل قبولی را ارائه نمی دهد و باید از روش آزمون پتانسیل زمین استفاده شود. دستگاه ارت سنج روی این اصل کار می کند که در سیستم های موازی ، شبکه مقاومت در تمام مسیرهای زمینی در مقایسه با هر مسیر واحد (مسیر مورد آزمایش) بسیار کم خواهد بود. بنابراین ، مقاومت خالص کلیه مقاومت های مسیر بازگشت موازی به طور موثر صفر است. اندازه گیری بدون الکترود فقط مقاومت میله های ارت منفرد را به موازات سیستم های زمینی اندازه گیری می کند. اگر سیستم زمین با زمین موازی نباشد ، یا مدار باز دارید یا مقاومت حلقه زمین را اندازه گیری می کنید.

 

شکل 2: راه اندازی روش بدون خط.

اندازه گیری امپدانس زمین

هنگام تلاش برای محاسبه جریان های احتمالی میانبر در نیروگاه ها و سایر شرایط ولتاژ / جریان زیاد ، تعیین امپدانس پیچیده زمین از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا امپدانس از عناصر القایی و خازنی ساخته خواهد شد. از آنجا که القا و مقاومت در بیشتر موارد مشخص است ، می توان امپدانس واقعی را با استفاده از یک محاسبه پیچیده تعیین کرد. از آنجا که امپدانس به فرکانس وابسته است ، ارت تستر از یک سیگنال 55 هرتز برای این محاسبه استفاده می کند تا آنجا که ممکن است به فرکانس عملیاتی ولتاژ نزدیک باشد و این اطمینان را می دهد که اندازه گیری در فرکانس واقعی کارکرد نزدیک به آن مقدار است. تکنسین های برق قدرت که خطوط انتقال ولتاژ بالا را آزمایش می کنند به دو چیز علاقه مند هستند. مقاومت زمین در صورت برخورد صاعقه و امپدانس کل سیستم در صورت اتصال کوتاه در یک نقطه خاص در خط. اتصال کوتاه در این حالت به این معنی است که یک سیم فعال شل شده و شبکه فلزی یک برج را لمس می کند.

اندازه گیری با ارت سنج چهار سیمه

هنگام انجام یک ممیزی پایه ای با ارت سنج 4 سیمه ، سه اندازه گیری مختلف مورد نیاز است. قبل از آزمایش ، میله اصلی زمین (MGB) را در مکان مورد نظر قرار دهید تا نوع سیستم زمین را تعیین کنید. MGB دارای اتصال زمینی به سرویس خنثی چند منظوره (MGN) یا ورودی ، زمین زمین ، لوله آب و فولاد سازه ای یا ساختمانی است (شکل 3 را ببینید).

شکل 3

ابتدا تست بدون میله را در تمام زمین های جداگانه ناشی از MGB انجام دهید (شکل 4 را ببینید). هدف اطمینان از اتصال همه ارت ها ، به ویژه MGN است. توجه به این نکته مهم است که شما مقاومت جداگانه را اندازه گیری نمی کنید ، بلکه مقاومت حلقه ای را که در اطراف آن کلمپ را قرار داده اید اندازه گیری می کنید. تستر زمین و هر دو کلمپ القایی و سنجشی را که در اطراف هر اتصال قرار داده شده اند برای اندازه گیری مقاومت حلقه MGN ، میدان زمین ، لوله آب و فولاد ساختمان وصل کنید. دوم ، آزمایش 3 سیمه افت پتانسیل کل سیستم ارت ، اتصال به MGB را انجام دهید (شکل 5 را ببینید). برای داشتن زمین ریموت ، بسیاری از شرکت های تلفنی از جفت های کابل استفاده نشده که به اندازه یک مایل خارج می شوند استفاده می کنند. اندازه گیری را ضبط کنید و این آزمایش را حداقل سالانه تکرار کنید.

شکل 4

ثالثاً ، مقاومت های جداگانه سیستم ارت را با استفاده از آزمون انتخابی دستگاه تست کننده زمین اندازه گیری کنید (شکل 6 را ببینید). تستر را وصل کنید. مقاومت MGN را اندازه گیری کنید. مقدار اندازه گیری شده مقاومت آن پایه خاص MGB است. سپس زمین را اندازه بگیرید. این قرائت مقدار مقاومت واقعی میدان مرکزی دفتر مرکزی است.

شکل 5

 اکنون به سمت لوله آب بروید و برای مقاومت فولاد ساختمان تکرار کنید. شما می توانید به راحتی از طریق قانون اهم صحت این اندازه گیری ها را تأیید کنید. مقاومت پایه های منفرد ، هنگام محاسبه ، باید برابر با مقاومت کل سیستم داده شده باشد (احتمال خطای معقول را بدهید زیرا ممکن است تمام عناصر زمین اندازه گیری نشوند).

این روش های تست دقیق ترین اندازه گیری دفاتر مرکزی را ارائه می دهند زیرا مقاومت های جداگانه و رفتار واقعی آنها را در سیستم زمین به شما می دهد. اگرچه دقیق است ، اما اندازه گیری ها نشان نمی دهد که سیستم به عنوان شبکه چگونه رفتار می کند ، زیرا در صورت برخورد صاعقه یا جریان گسل ، همه چیز متصل است.

شکل 6

 

آزمایشات تکمیلی

ابتدا آزمایش افت پتانسیل زمین 3 سیمه را روی هر پایه MGB انجام دهید و هر اندازه گیری را ثبت کنید. با استفاده دوباره از قانون اهم ، این اندازه گیری ها باید برابر با مقاومت کل سیستم باشد. با محاسبات خواهید دید که بین 20 تا 30٪ از مقدار کل RE تفاوت وجود دارد.

جدول 2: راهنمای تنظیم مخاطرات داخلی و خارجی.

سرانجام ، مقاومت پایه های مختلف MGB را با استفاده از روش بدون میله گزینشی اندازه گیری کنید. این روش مانند روش بدون میله عمل می کند ، اما در نحوه استفاده از دو کلمپ جداگانه، متفاوت می باشد. ما کلمپ ولتاژ القایی را در اطراف کابل به MGB قرار می دهیم و از آنجا که MGB به برق ورودی متصل است ، که به موازات سیستم زمین است ، ما به شرایط لازم دست یافته ایم. گیره حسگر را در اطراف کابل زمین منتهی به قسمت زمین قرار دهید. وقتی مقاومت را اندازه می گیریم ، این مقاومت واقعی میدان زمین به اضافه مسیر موازی MGB است. از آنجا که از نظر اهمی باید بسیار کم باشد ، بنابراین نباید هیچ تأثیر واقعی بر میزان قرائت اندازه گیری شده داشته باشد. این فرایند را می توان برای پایه های دیگر میله زمین مانند لوله آب و فولاد سازه نیز تکرار کرد. برای اندازه گیری MGB از طریق روش انتخابی بدون الکترود ، گیره ولتاژ القایی را در اطراف خط به لوله آب قرار دهید (از آنجا که لوله آب مسی باید مقاومت بسیار کمی داشته باشد) قرائت شما فقط برای مقاومت MGN خواهد بود.