اندازه گیری مقاومت زمین

[علیرضا پورحبیب]

[list]

[*]مراحل اندازه گیری مقاومت زمین
[/list]مراحل اندازه گیری مقاومت زمین سه بخش است: 
[list=1]

[*]قطع منبع اصلی برق

[*]اطمینان از قطع برق و اطمینان از عدم امکان وصل آن توسط دیگران

[*]استفاده از لوازم ایمنی فردی
[/list]

[list]

[*]اندازه گیری مقاومت الکترود زمین
[/list]

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

    روش های رایج اندازه گیری مقاومت اتصال زمین:

[list=1]

[*]روش افت پتانسیل یا روش سه الکترودی

[*]روش زمین مرده یا روش دو الکترودی

[*]روش تزریق جریان
[/list][list]

[*]روش افت پتانسیل یا روش سه الکترودی

[*]افت پتانسیل و روش سه سیمه
[/list]

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

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

                                     دستگاه ارت سنج

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

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

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

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

[list=1]

[*]روش افت پتانسیل عادی

[*] روش قانون ۶۲ درصد همراه با تست خطا
[/list] 
[list]

[*]روش افت پتانسیل عادی
[/list]

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

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

[list]
[list]
[*]نکات اجرایی در اندازه گیری روش افت پتانسیل
[/list][/list][list=1]
[list=1]
[*] باید دانست کوبیدن میله پتانسیل در آسفالت (یا هر بستر مقاومت دیگر) نسبت به میله جریان مشکل کمتری ایجاد می کند.
[*] در طول مسیر باید بین سیم های منتهی به میله های جریان و ولتاژ کمی فاصله وجود داشته باشند.
[*] تمام طول سیم های جریان و ولتاژ باید به صورت کامل باز شده و حلقه نباشند.
[*] میله های جریان و ولتاژ باید محکم در زمین فرو روند و در صورتی که به دلیل پفکی بودن خاک استحکام لازم را نداشتند، اشکالی نخواهد داشت که پای الکترودها کمی آب نمک اضافه شود.
[*]در صورتی که در طول مسیر اندازه گیری نیاز به اضافه نمودن سیم باشد، باید محل سر هم شدن سیم ها نسبت به زمین عایق بندی شود.
[*]نباید در مسیر جریان هایی که توسط میله جریان به خاک داده می شود، اجزای فلزی مدفون قرار داشته باشند.
[/list][/list] 
[list]

[*]روش قانون ۶۲ درصد همراه با تست خطا
[/list]

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

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

[list]

[*]روش شیب
[/list]

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

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

   حال به نکات زیر توجه نمایید:

[list=1]

[*]به دست آوردن فاکتور شیب بیانگر شیب منحنی مقاومت است.

[*]به کمک این عدد و با دانستن فاصلۀ بین الکترود زمین و میله جریان می توان محل مناسبی را برای میله پتانسیل پیدا نمود تا با کوبیدن میله مذکور در آن، مقاومتی که قرائت می شود مقدار واقعی مقاومت الکترود شود.
[/list]

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

                                                                         سیستم اتصال زمین

 

---

 
[list]

[*]افت پتانسیل و روش دو سیمه
[/list]روش زمین مرده آسان ترین شیوه برای اندازه گیری مقاومت زمین است. در این روش مقاومت معادل سری دو الکترود (الکترود اصلی و لوله های آب) بدست می آید. برای انجام این روش اگر از دستگاه چهار سیمه استفاده شود، ترمینال های ورودی C1 و P1 به الکترود و ترمینال های خروجی C2 و P2 به یک توده فلزی مدفون بزرگ مثلاً لوله های فلزی آب وصل می شود. اگر از دستگاه سه سیمه استفاده می گردد، یک ترمینال E به الکترود زمین و ترمینال های P و C به لوله آب وصل می شوند. اگر لوله های آب در یک سطح وسیع پراکنده شده باشند، مقاومت آنها کسری از ۱ اهم است. پس می توان با این اندازه گیری، به صورت تقریبی نتیجه بدست آمده را برابر مقاومت الکترود در نظر گرفت. روش مذکور دارای سه محدودیت زیر است.
[list=1]

[*]مجموعه لوله های فلزی آب باید آنقدر وسیع باشند که مقاومتشان ناچیز باشد.

[*]لوله ها باید فلزی و بدون هیچ نوع عایق کاری باشد.

[*] الکترود زمین باید به حد کافی از شبکه لوله های آب دور باشد تا از حوزۀ مقاومتی آن در امان بماند.
[/list]

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

 
[list]

[*]روش سه نقطه ای
[/list]

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

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

 
[list]

[*]روش اتصال زمین های مشابه
[/list]

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

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

 
[list]

[*]استفاده از یک اتصال زمین کمکی معلوم
[/list]

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

 
[list]

[*]روش تزریق جریان
[/list]

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

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

[list=1]

[*]این روش برای تعیین مقاومت الکترودی که عدد آن غالب است، تقریب قابل قبولی را ارائه می دهد ولی برای اندازه گیری مقاومت های زمین خیلی کوچک مناسب نیست.

[*] اگر دستگاه از نوعی است که دو کلمپ مجزا دارد، فاصله بین دو کلمپ اهمیت دارد که در کاتالوگ مقدار حداقل آن ذکر می شود.

[*] این روش برای مکان هایی که به جز مسیر برگشت زمین، مسیرهایی با مقاومت کم دیگری (نظیر دکل ها و لوله های فلزی مدفون) جهت برگشت جریان دارد، مجاز نمی باشد.

[*] عیب این سیستم آن است که، به نویز دستگاه های در مجاورت محل اندازه گیری بسیار حساس است و مقاومت اتصالات را در محاسبه منظور می نماید.
[/list]

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

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

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

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

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

 
[list]

[*]روش ستاره – مثلث
[/list]

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

[list=1]

[*]جداسازی مدارهای جریان و ولتاژ در این روش ضرورت ندارد.

[*]از روش دو سیمه تست انجام می شود.
[/list][list]

[*]چک لیست
[/list]

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

 

 
[list]

[*]دستگاه میگر
[/list]

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

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