آيين نامه ايمني سامانه اتصال زمين

تبصره ـ اجزاي فلزي كوچك مجزا كه احتمال تماس آنها با قسمت هاي هادي در دسترس يا قسمت هاي هادي بيگانه يا با سيم اتصال به زمين كم است (مانند درهاي فلزي كوچك و چارچوب هاي در) نبايد به ترتيب ياد شده به سامانه اتصال زمين وصل شوند.

پاورقي 86 - برگرفته از كلمه Live است.

پاورقي 87 - برگرفته از كلمه Neutral است.

پاورقي 88 - برگرفته از كلمه Protective Earthing است.

پاورقي 89 - برگرفته از كلمه Protective Earthing Neutralاست.

پاورقي 90 - برگرفته از كلمه Terra (لاتين) به معناي زمين

پاورقي 91 - برگرفته از كلمه Isolated

پاورقي 92 - برگرفته از كلمه Neutral

پاورقي 93 - برگرفته از كلمه Seperatec

پاورقي 94 - برگرفته از كلمه Common

الف ـ۱ ـ سامانه TN: در اين سامانه منبع انرژي (ترانسفورماتور پست يا ژنراتور برق) در يك يا چند نقطه ارت شده (به زمين وصل شده) و قسمت هادي در دسترس و قسمت هادي بيگانه تأسيسات، تنها از طريق هادي ارت به نقطه يا نقاط ارت شده منبع متصل مي شوند. به عبارت ديگر، مسيري رسانا براي عبور جريان اتصال به زمين تأسيسات به نقطه يا نقاط ارت شده منبع وجود دارد. اين سامانه به چند دسته تقسيم مي شود:

الف ـ 1 ـ 1 ـ سامانه C ـ TN: (شكل پ ـ الف ـ 1) در اين سامانه، هادي ارت و نول، مشترك هستند. به عبارت ديگر، سيم نول كه از شينه نول تابلوي اصلي به مصرف كننده ها انتقال داده مي شود، هم به عنوان نول مورد استفاده قرار مي گيرد و هم به عنوان هادي ارت؛ بدين معني كه يك انشعاب از سيم نول به بدنه هادي دستگاه هاي مصرف كننده به عنوان هادي ارت وصل مي شود. كابل هاي هم مركز ارت شده يا كابل هاي غلاف دار فلزي ارت شده كه مسير برگشتي براي عبور جريان اتصال زمين را فراهم مي آورند، نمونه هايي از اين سامانه هستند. (شكل پ ـ الف ـ 1)

1 – 2 – سامانه TN – S (شكل پ – الف – 2) در اين سامانه، سيم هاي نول و ارت از يكديگر جدا هستند؛ يعني در محل تابلوي اصلي برق علاوه بر شينه نول، شينه ديگري به نام شينه ارت وجود دارد كه هادي ارت اصلي از الكترودهاي زمين به آن وصل شده و از آنجا به موازات سيم هاي نول و فازها (به صورت پنج سيمه براي حالت سه فاز و سه سيمه براي حالت تك فاز) تا دستگاه هاي مصرف كننده انتقال داده شده و به بدنه هادي آنها متصل مي شود. (شكل پ – الف – 2 – سامانه اتصال زمين TN – S)

1 – 3 – سامانه TN – C – S (شكل پ – الف – 3): تنها در بخشي از اين سامانه (معمولاً در ابتداي آن)، سيم نول و ارت با يكديگر مشترك هستند و از آن نقطه به بعد، سيم جداگانه اي از نول منشعب شده و جداگانه به بدنه دستگاه مصرف كننده اتصال داده مي شود. (شكل پ – الف – 3 – سامانه اتصال زمين TN – C – S)

2 – سامانه TT (شكل پ – الف – 4): در اين سامانه منبع انرژي (ترانسفورماتور پست يا ژنراتور برق) در يك يا چند نقطه ارت شده و قسمت هادي در دسترس و هادي بيگانه به الكترود ارت محلي يا الكتروهايي كه از نظر الكتريكي مستقل از اتصال زمين عملياتي سامانه هستند، متصل مي شوند. يعني اتصال زمين حفاظتي هيچ گونه ارتباطي با اتصال زمين عملياتي ندارد. (شكل پ – الف – 4 – سامانه اتصال زمين TN)

3 – سامانه IT (شكل پ – الف – 5) در اين سامانه منبع انرژي (ترانسفورماتور پست يا ژنراتور برق) يا به طور كلي ارت نشده، يا از طريق يك امپدانس بزرگ ارت مي شود و قسمت هادي در دسترس تأسيسات نيز به الكترود ارتي كه از نظر الكتريكي مستقل است، وصل مي شوند. در اين سامانه نيز اتصال زمين حفاظتي و اتصال زمين عملياتي با يكديگر ارتباط ندارند. در سامانه اتصال زمين IT، طرف دوم ترانسفورماتور تغذيه، به عنوان منبع تغذيه، بايد از سامانه اتصال زمين جداسازي شود و بدنه ترانسفورماتور (حصار ترانسفورماتور) بايد به زمين وصل شود. (شكل پ – الف – 5)

جدول پ – ب – 1: مقاومت ويژه بعضي از انواع خاك بر حسب اهم – متر نوع خاك شرايط جوي ريزش باران معمولي و زياد شرايط صحرايي و ريزش باران كم (كمتر از mm250 در سال) آب هاي زيرزميني (چشمه آب شور) (بيش از mm500 در سال) مقادير احتمالي اهم - متر گستره مقادير واقعي اهم - متر گستره مقادير واقعي اهم - متر گستره مقادير واقعي اهم - متر خاك رس آبرفتي 5 * * 1 الي 5 خاك رس 10 5 الي 20 10 الي 100 1 الي 5 خاك هاي آهك دار 20 10 الي 30 50 الي 300 --- سنگ آهك خلل و فرج دار (مانند گچ) 50 30 الي 100 --- --- سنگ سياه خلل و فرج دار (سنگ هاي رستي و سنگ سياه Keupet) 100 30 الي 100 --- --- كوارتز، سنگ آهك متراكم و بلوري (مانند مرمر) 300 100 الي 100 --- --- تخته سنگ هاي رس و سنگ هاي رستي 1000 300 الي 3000 بيش از 1000 30 الي 100 گرانيت 1000 --- --- --- شيست و سنگ آذرين 2000 بيش از 1000 --- --- *به سطح آب محل بستگي دارد

جدول پ – پ – 1 – اندازه حداقل انواع الكترودهاي اتصال زمين از جنس فولاد سطح نوع الكترود قطر (mm) مساحت سطح مقطع (mm2) ضخامت (mm) تسمه --- 90 3 Hot – dip گالوانيزه گرم يا ضد زنگ ميله هاي گرد براي الكترودهاي اتصال زمين عميق 16 --- --- سيم گرد براي الكترودهاي اتصال زمين سطحي 10 --- --- لوله 25 --- 2

جدول پ – پ – 2 – اندازه حداقل انواع الكترودهاي اتصال زمين از جنس مس نوع الكترود قطر (mm) مساحت سطح مقطع (mm2) ضخامت (mm) تسمه لخت ---- 50 2 طناب لخت 8 /1 براي هر رشته 25 ---- سيم گرد لخت براي الكترود اتصال زمين سطحي --- 25 ---- لوله لخت 20 ---- 2 طناب با روكش قلع 8 /1 براي هر رشته 25 --- تسمه با روكش روي ---- 50 2

جدول پ – پ – 3 – حداقل سطح مقطع هادي حفاظتي حداقل سطح مقطع سيم فاز، S حداقل سطح مقطع هادي حفاظتي متناظر (PE) 16S < S 35 < S <16 16 35 <' S 2 /S

جدول پ – پ – 4 – حداقل سطح مقطع هادي همبندي اضافي به سامانه اتصال زمين نوع هادي همبندي اضافي حداقل سطح مقطع هادي همبندي اضافي هادي با حفاظت مكانيكي 5 /2 ميلي مترمربع هادي بدون حفاظت مكانيكي 4 ميلي مترمربع هادي مورد استفاده در حمام ها و مكان هاي نمناك و مرطوب 4 ميلي مترمربع

جدول پ – پ – 5 – حداقل سطح مقطع هادي هاي همبندي اضافي جنس حداقل سطح مقطع(mm2) حفاظت شده در برابر صدمات مكانيكي حفاظت نشده در برابر صدمات مكانيكي مس 5 /2 4 آلومينيوم 16 16

جدول پ – پ – 6 – حداقل ضخامت غلاف هاي فلزي يا لوله هاي فلزي در سامانه هاي پايانه هوايي كلاس LPS ماده ضخامت (t) بر حسب (mm) ضخامت (t') بر حسب (mm) I تا IV سرب - 0 /2 فولاد (زنگ نزن و گالوانيزه) 4 5 /0 تيتانيوم 4 5 /0 مس 5 5 /0 آلومينيوم 7 65 /0 روي - 7 /0 t: از سوراخ شدن جلوگيري مي كند t': فقط براي غلاف هاي فلزي كه در آنها محافظت در برابر سوراخ شدن، نقاط داغ يا مشكلات جرقه زني مهم نباشد.

جدول پ – پ – 7 – الكترودهاي زمين و حداقل اندازه آن ها از نظر خوردگي و زنگ زدگي و مقاومت مكانيكي جنس الكترود شكل قطر (mm) سطح مقطع (mm2) ضخامت (mm) ضخامت پوشش ميكرون فولاد دفن شده در داخل بتن (از نوع لخت و گالوانيزه عمقي داغ و يا فولاد ضدزنگ) سيم لخت مفتولي يا ميله گرد 10 --- --- --- تسمه --- 75 3 --- فولاد گالوانيزه عمقي داغ تسمه (با لبه هاي گرد) --- 90 3 --- ميله با مقطع گرد نصب شده به صورت عمودي 16 --- --- 45 سيم لخت مفتولي نصب شده به صورت افقي 10 --- --- 45 لوله (هر دوجداره گالوانيزه) 25 --- 2 45 سيم لخت چندمفتولي دفن شده در بتن --- 70 --- --- فولاد با روكش مس ميله با مقطع گرد نصب شده به صورت عمودي 15 --- --- 2000 فولاد با روكش مس عجين شده ميله با مقطع گرد نصب شده به صورت عمودي 14 --- --- 250 تسمه نصب شده به صورت افقي --- 90 3 70 فولاد ضدزنگ تسمه --- 90 3 --- ميله با مقطع گرد نصب شده به صورت عمودي 16 --- --- --- سيم لخت مفتولي نصب شده به صورت افقي 10 --- --- --- لوله 25 --- 2 ---

جدول پ – پ - 7 – الكترودهاي زمين و حداقل اندازه آن ها از نظر خوردگي و زنگ زدگي و مقاومت مكانيكي (ادامه) جنس الكترود شكل قطر (mm) سطح مقطع (mm2) ضخامت (mm) ضخامت پوشش ميكرون مس تسمه -- 50 2 --- سيم لخت مفتولي نصب شده به صورت افقي --- 25 --- --- ميله با مقطع گرد نصب شده به صورت عمودي 12 --- --- --- سيم لخت چندمفتولي (حداقل قطر هر مفتول 7 /1) --- 25 --- --- صفحه مسي --- --- 2 --- لوله 20 --- 2 ---

1 روش دو نقطه اي اندازه گيري امپدانس زمين در اين روش، مقاومت يك الكترود زمين در حالت سري با يك الكترود زمين كمكي اندازه گيري مي شود. فرض مي شود مقاومت زمين كمكي در مقايسه با مقاومت زمين مورد نظر، قابل صرف نظر باشد. سپس، مقدار اندازه گيري شده، مقاومت زمين مورد نظر را نشان خواهد داد. يكي از كاربردهاي اين روش، اندازه گيري مقاومت يك ميله زمين نسبت به يك خانه مسكوني نزديك است. معمولاً، يك خانه مسكوني سامانه زمين با امپدانس پايين دارد؛ زيرا با هادي خنثاي سامانه منبع تغذيه به هم وصل شده اند. استفاده از يك چنين سامانه زمين به عنوان زمين كمكي مي تواند يك نتيجه آزمون با دقت قابل قبول تويد كند. واضح است، اين روش در زمان اندازه گيري هاي زمين هاي با مقاومت پايين، خطاهاي بزرگي را پديد مي آورد. اگر زمين مورد نظر و زمين كمكي خيلي به يكديگر نزديك باشند، مقاومت متقابل بين زمين ها نيز مي تواند منبع خطا باشد.

2 روش 3 نقطه اي اندازه گيري اتصال زمين در اين روش از دو الكترود كمكي با مقاومت هاي مشخص r2 و r3 استفاده مي شود. مقاومت الكترود مورد آزمون با r1 نشان داده مي شود. مقاومت بين هر زوج الكترود اندازه گيري مي شود و با r12 و r13 و r23 مشخص مي شوند كه: r12=r1+r2 r13=r1+r3 r23=r2+r3 با حل همزمان سه معادله، رابطه زير به دست مي آيد: فرمول با اندازه گيري مقاومت الكتريكي سري هر زوج از الكترودهاي زمين و جاگذاري مقادير در معادله، مقدار r1 را مي توان بدست آورد. اگر جنس دو الكترود كمكي از موادي با مقاومت بالاتر نسبت به الكترود تحت آزمون باشد، خطاي اندازه گيري هاي مستقل در نتايج نهايي به شدت بزرگ مي شوند. براي اندازه گيري دقيق، لازم است الكترودها به اندازه كافي از يكديگر دور باشند (طبق دستورالعمل سازنده دستگاه)؛ به طوري كه مقاومت متقابل بين آنها به حداقل برسد. در صورتي كه فاصله بين الكترودها كافي نباشد، احتمال مشاهده نتايج بي معني مانند معاومت هاي صفر يا منفي وجود دارد. در اندازه گيري مقاومت يك ميله زمين، سه الكترود بايد حداقل سه برابر عمق ميله مورد نظر از يكديگر فاصله داشته باشند. همچنين فرض بر اين است كه الكترودهاي كمكي در همان عمق يا عمق كمتر از عمق ميله زمين مورد نظر، در خاك قرار گيرند. وقتي سامانه الكترود زمين بزرگ و پيچيده مي شود، اجراي اين روش دشوارتر شده و روش هاي ديگر، به ويژه اگر دقت بالاتر مورد نياز باشد، ترجيح داده مي شوند.

3 روش افت پتانسل[پاورقي 95] در روش افت پتانسيل (FOP) جرياني بين يك الكترود زمين (G) و يك پراب جريان (CP) عبور مي كند و سپس ولتاژ بين G و يك پراب ولتاژ (PP) اندازه گيري مي شود. (شكل پ – ت – 1) شكل پ – ت – 1 – روش افت پتانسيل به منظور به حداقل رساندن اثرات الكترود داخلي به دليل مقاومت هاي متقابل، پراب جريان معمولاً در فاصله قابل توجهي از الكترود زمين مورد آزمون قرار داده مي شود. معمولاً اين فاصله حداقل 5 برابر بزرگ ترين بعد الكترود زمين مورد آزمون است. پراب ولتاژ نيز هم جهت با پراب جريان قرار داده مي شود. اما مي توان آن را همانطور كه در شكل پ – ت – 1 نشان داده شده، در جهت مخالف نيز قرار داد. در عمل، فاصله X براي پراب ولتاژ اغلب 62 % فاصله پراب جريان در نظر گرفته مي شود. (وقتي كه پراب هاي ولتاژ و جريان در يك جهت باشند). اين فاصله بر اساس موقعيت صحيح براي اندازه گيري دقيق امپدانس الكترود براي يك خاك با مقاومت يكنواخت، به صورت تئوري انتخاب مي شود با اين فرض كه فاصله كافي بين الكترود زمين تحت آزمون و پراب هاي آزمون موجود باشد تا بتوان پراب هاي آزمون را به صورت يك نيمكره در نظر گرفت و نيز فرض مي شود كه الكترود زمين هيچ اتصالات داخلي از خارج ندارد. وقتي شرايط و محدوديت هاي پراب جريان رضايت بخش باشند، محل پراب ولتاژ براي اندازه گيري دقيق مقاومت الكترود زمين حياتي است. اين محل بايد عاري از هرگونه تأثيرپذيري از الكترود زمين مورد آزمون و پراب جريان باشد. يك روش عملي براي تعيين اينكه آيا الكترودهاي ديگر روي پراب ولتاژ تأثير مي گذارند يا خير، اين است كه با جابجايي پراب ولتاژ بين شبكه زمين و پراب جريان چندين مقاومت بدست آيد. دو يا 3 مقاومت ثابت متوالي را مي توان به عنوان مقدار مقاومت (روش شيب هموار) در نظر گرفت. شكل پ – ت – 2 گراف هاي معمول امپدانس را نسبت به فاصله PP از زمين نشان مي دهد. خط توپر نشان دهنده جهت الكترودهاي كمكي در همان جهت (صفر) نزديك الكترود زمين و در انتها نزديك پراب جريان است. گراف متناظر با PP و CP در جهات مخالف يكديگر، به گونه اي متفاوت رفتار مي كند، همان گونه كه با خط چين نمايش داده شده است. در يك موقعيت ايده آل، يك نقطه انحنا (خميدگي) واضح را مي توان شناسايي كرد كه امپدانس الكترود مورد آزمون را نتيجه مي دهد. گراف هاي نشان داده شده در شكل پ – ت – 2 متناظر با خاك هايي با مقاومت يكنواخت هستند. براي خاك هاي غيريكنواخت، اين گراف ها قسمت هاي با شيب صفر كه معمولاً نواحي عاري از تأثير را نشان مي دهند، نخواهند داشت. (نمودار) شكل پ – ت – 2 – امپدانس به نسبت فاصله پراب ولتاژ براي روش افت پتانسيل تئوري افت پتانسيل بيان مي كند كه براي يك خاك با مقاومت يكنواخت، خط چين نشان – داده شده در شكل پ – ت – 2 هميشه از پايين به سمت خط توپر خواهد رفت، اما فاصله جدايي مورد نياز بيشتر از زماني است كه از پراب ها در جهات مختلف استفاده مي شود. همچنين، انحرافات به دليل غيريكنواختي خاك، زماني كه PP و CP در جهت مخالف قرار مي گيرند، بزرگ تر هستند. محدوديت هاي بيشتر روش FOP مانع دستيابي آن به يك مقدار امپدانس درست مي شود. يك اندازه گيري دقيق امپدانس، تنها زماني قابل دستيابي است كه سامانه زمين مورد نظر را در نظر گرفت. طبق تعريف، يك مركز الكتريكي مؤثر، يك نقطه روي يك سامانه زمين است كه بيشترين جريان آزمون از طريق آن جاري مي شود. بيشتر شبكه هاي زمين ايزوله با شكل هاي هندسي ساده را مي توان با نيمكره معادل نمايش داد. براي سامانه هاي زمين پيچيده مانند يك شبكه زمين بزرگ ايستگاه فرعي (يا حتي يك شبكه زمين كوچك ايستگاه فرعي با اتصال داخلي سامانه هاي شيلد و نول)، دسترسي به چنين شبيه سازي دشوار است. روش ديگري به نامه «روش شيب» وجود دارد. در اين روش، مفروضات مقاومت خاك يكنواخت و نمايش سامانه الكترود زمين به عنوان يك الكترود معادل نيمكره اي به قوت خود باقي مي ماند. به هر حال، اين روش اجازه مي دهد، فواصل پراب از يك نقطه راحت مانند لبه يك سامانه الكترود زمين اندازه گيري شود و فواصل خطا در معادله افت پتانسيل در نظر گرفته مي شود. اين روش را مي توان به صورت ذيل خلاصه كرد: الف – يك نقطه شروع راحت براي اندازه گيري هاي خطي در نظر بگيريد و يك فاصله مناسب براي CP انتخاب كنيد. ب – مقاومت هاي R1 و R2 و R3 را با اعمال PPها در فواصل CP2 /0 و CP4 /0 و CP6 /0 به ترتيب اندازه گيري كنيد. پ – ضريب انحراف شيب را محاسبه كنيد. μ=R3 – R2 / R2 – R1 ت – مقدار PPT/CP متناظر با مقدار μ را از جدول پ – ت – 1 استخراج كنيد. ث – با استقرار پراب ولتاژ در فاصله PPT، مقاومت را اندازه گيري كنيد. تفسير نتايج در روش افت پتانسيل براي يك مكان پراب جريان معين، يك فاصله پراب ولتاژ وجود دارد كه امپدانس درست زمين مورد آزمون را نشان مي دهد. به هر حال، تعيين فاصله صحيح، به ويژه اگر شبكه زمين شكل پيچيده اي داشته باشد، مي تواند بسيار دشوار باشد. همچنين، فاصله درست تابعي از شكل خاك است، همانطور كه در شكل پ – ت – 3 نشان داده شده است كه قابل اعمال به سامانه هاي زمين كوچك است. همان گونه كه در شكل پ – ت – 3 مشخص شده، فاصله مورد نياز پراب ولتاژ X (وقتي پراب بين C و E قرار دارد و خاك يكنواخت است)، به گونه اي است كه نسبت زير برقرار است: x/d=0.618 (براي الكترودهاي نيمكره اي كوچك) مطالب پيشين نشان مي دهند كه براي اعمال قانون 62 % شرايط ذيل بايد برقرار باشند: 1 – يك خاك نسبتاً يكنواخت 2 – فواصل بزرگ بين شبكه زمين مورد آزمون و الكترودهاي مرجع به گونه اي كه همه الكترودها را بتوان نيمكره در نظر گرفت. 3 – الكترود مورد آزمون هيچ اتصالات زمين خارجي نداشته باشد.

پاورقي 95 - Fall Of Potential

جدول پ – ت – 1 – ضرايب روش شيب Ppr/cp μ Ppr/cp μ Ppr/cp μ 0.494 1.20 0.580 0.80 0.643 0.40 0.491 1.21 0.579 0.81 0.642 0.41 0.488 1.22 0.577 0.82 0.640 0.42 0.486 1.23 0.575 0.83 0.639 0.43 0.483 1.24 0.573 0.84 0.637 0.44 0.480 1.25 0.571 0.85 0.636 0.45 0.477 1.26 0.569 0.86 0.635 0.46 0.474 1.27 0.567 0.87 0.633 0.47 0.471 1.28 0.566 0.88 0.632 0.48 0.468 1.29 0.564 0.89 0.630 0.49 0.465 1.30 0.562 0.90 0.629 0.50 0.462 1.31 0.560 0.91 0.627 0.51 0.458 1.32 0.588 0.92 0.626 0.52 0.455 1.33 0.556 0.93 0.624 0.53 0.452 1.34 0.554 0.94 0.623 0.54 0.448 1.35 0.552 0.95 0.621 0.55 0.445 1.36 0.550 0.96 0.620 0.56 0.441 1.37 0.548 0.97 0.618 0.57 0.438 1.38 0.546 0.98 0.617 0.58 0.434 1.39 0.544 0.99 0.615 0.59 0.431 1.40 0.542 1.00 0.614 0.60 0.427 1.41 0.539 1.01 0.612 0.61 0.423 1.42 0.537 1.02 0.610 0.62 0.418 1.43 0.535 1.03 0.609 0.63 0.414 1.44 0.533 1.04 0.607 0.64 0.410 1.45 0.531 1.05 0.606 0.65 0.406 1.46 0.528 1.06 0.604 0.66 0.401 1.47 0.526 1.07 0.602 0.67 0.397 1.48 0.524 1.08 0.601 0.68 0.393 1.49 0.522 1.09 0.599 0.69 0.389 1.50 0.519 1.10 0.597 0.70 0.384 1.51 0.517 1.11 0.596 0.71 0.379 1.52 0.514 1.12 0.594 0.72 0.374 1.53 0.512 1.13 0.592 0.73 0.369 1.54 0.509 1.14 0.591 0.74 0.364 1.55 0.507 1.15 0.589 0.75 0.358 1.56 0.504 1.16 0.587 0.76 0.352 1.57 0.502 1.17 0.585 0.77 0.347 1.58 0.499 1.18 0.584 0.78 0.341 1.59 0.497 1.19 0.582 0.79

4 روش كلمپي (stakeless) كلمپ، مقدار مقاومت يك الكترود زمين را با كلمپ كردن روي سيم هادي پايين دستي طبق شكل پ – ت – 4 اندازه گيري مي كند. وقتي دستگاه روشن مي شود، ولتاژي با فركانس معين، معمولاً بين 1 كيلوهرتز و KHz4 /3 به سامانه زمين يكپارچه شامل الكترود زمين مورد اندازه گيري القا مي شود. ولتاژ القايي باعث مي شود كه يك جريان (Itest) درون سامانه اي با چند زمين جاري شود كه اين مقدار جريان توسط دستگاه اندازه گيري مي شود. سپس، نسبت ولتاژ به جريان (امپدانس) مشخص و در صفحه نمايش دستگاه به صورت ديجيتالي نشان داده مي شود. اين روش بر اين فرض استوار است كه امپدانس سامانه خنثاي (نول) با چند زمين (يا شيلد)، به جز الكترود زمين مورد آزمون، در مقايسه با امپدانس الكترود زمين آنقدر كوچك است كه مي توان آن را صفر در نظر گرفت(Zeq-O) . با اين فرض، عدد نشان داده شده، مقاومت الكترود زمين را وقتي به روش مناسبي استفاده شود، تخمين مي زند. دقت دستگاه كلمپ بر تنظيم مناسب چنگك ها مبتني است. براي اطمينان از عملكرد مناسب، اين دستگاه بايد به صورت دوره اي كاليبره شود. گرچه اين روش، يك روش عملي است و به طور گسترده براي خطوط انتقال و توزيع استفاده مي شود، تئوري خود را وامدار برخي از محدوديت هاي كاربردي طبق فهرست زير است: 1 – كاربرد آن به الكترود زميني كه به يك سامانه زمين با امپدانس نسبتاً پايين وصل است، محدود مي شود. 2 – اگر راكتانس القايي شيلد چندزميني يا سامانه نول تحت آزمون در مقايسه با مقاومت مورد اندازه گيري قابل ملاحظه باشد، خطاي بزرگي در نتايج اندازه گيري پديد مي آيد. تا حدودي درست است كه دستگاه كلمپ نياز به فركانس هاي آزمون بالا (KHz1 تا KHz4 /3) براي حفظ شكل هاي متراكم خود دارد، با اين فرض كه هيچ تلاشي براي محاسبه راكتانس در مدار آزمون نياز نيست. فركانس بالاي تزريق شده به مدار آزمون، امپدانس راكتيو مدار را افزايس مي دهد و در صورتي كه اندوكتانس قابل ملاحظه باشد، مي تواند اختلال بزرگي در نتايج آزمون پديد آورد. شكل پ – ت – 4 – اندازه گيري مقاومت به روش كلمپي 3 – اثرات خوردگي روي محل هاي اتصالات روي سامانه نول (يا سيم شيلد) مي تواند در نتايج آزمون تأثيرگذار باشد. به هر حال، معمولاً يك شيلد يا سيم نول باز توسط دستگاه نشان داده مي شود. 4 – اين روش، قابل اعمال به يك سامانه الكترود زمين با چندين اتصال مانند يك شبكه زمين ايستگاه فرعي يا زمين هاي سازه نيست. زمين هاي سازه را بايد به جز در محل مورد اندازه گيري قطع كرد. مطمئن شويد كه هر سيم زمين، بايد به روشي ايمن قطع شود. 5 – نويز فركانس بالا در سامانه مي تواند روي نتايج اندازه گيري تأثير بگذارد. در زمان اندازه گيري يك زمين با مقاومت بالا، يك نسبت نويز به سيگنال بالا ممكن است اتفاق بيفتد.

5 روش تركيبي افت پتانسيل و كلمپي يك مقاومت مستقل الكترود زمين را مي توان با تركيب روش افت پتانسيل و كلمپي نيز اندازه گيري كرد (شكل پ – ت – 5). پراب هاي ولتاژ و جريان مانند الزام موجود در روش افت پتانسيل (FOP) در يك جهت قرار داده مي شوند. علاوه بر عبور جريان از درون سامانه زمين جاري مي شود، اندازه گيري مي كند. سپس نسبت ولتاژ اندازه گيري شده به جريان زمين اندازه گيري شده، مقاومت مستقل سامانه زمين را نشان مي دهد. شكل پ – ت – 5 – سامانه اندازه گيري مقاومت زمين دكل با استفاده از روش افت پتانسيل و اندازه گيري هاي جريان نشتي روش تركيبي افت پتانسيل/ كلمپ، اغلب براي اندازه گيري مقاومت هاي چند پايه يا سازه هاي خط انتقال سيمي كه سامانه هاي الكترود زمين اختصاصي ندارند، مورد استفاده قرار مي گيرد. براي اندازه گيري جريان جريان زمين، از يك ترانسفورماتور جريان با هسته دو قسمتي [پاورقي 96] بزرگ استفاده مي شود (شكل پ – ت – 5). در حالت دكل چهارپايه، مقاومت هر پايه قبل از تركيب آن ها اندازه گيري مي شود تا مقاومت كل سازه تعيين شود. همچنين، دستگاهي ساخته شده است كه امكان اندازه گيري همه چهار مقاومت را به طور همزمان فراهم مي كند. مشابه روش كلمپي، نويز فركانس بالا در سامانه مي تواند روي مقدار قرائت شده تأثير بگذارد. در زمان اندازه گيري يك زمين با مقاومت بالا نيز يك نسبت نويز به سيگنال بزرگ ممكن است به وجود آيد.

6 – روش استفاده از مالتي متر زمين كامپيوتري يك دستگاه مالتي متر زمين كامپيوتري با قابليت تعيين مشخصات امپدانس يك سامانه زمين ايزوله يا مجتمع (يكپارچه) ساخته شده است. آزمون، شامل نصب يك الكترود برگشت جريان و 6 الكترود سنجش ولتاژ است (از طريق يك جفت سيم كواكسيال سه تايي [پاورقي 97] كه هر يك به 3 الكترود متصل هستند). (شكل پ – ت – 6) الكترود برگشت جريان در فاصله حداقل 2 برابر بلندترين بعد ايستگاه فرعي قرار داده مي شود. اولين پراب ولتاژ به طور خودكار نسبت به پراب اول ثابت مي شود. براي دقت بهتر، پراب هاي ولتاژ تا حد امكان دور از ساير سازه هاي زمين (مانند لوله ها و زمين هاي قطب) قرار داده مي شوند. عموماً، اين نوع مالتي مترها امكانات اندازه گيري ذيل را در اختيار كابر قرار مي دهند: 1 – امپدانس زمين (سامان زمين ايزوله يا اتصال داخلي يك دكل، قطب يا ايستگاه فرعي)؛ 2 – مقاومت خاك؛ 3 – امپدانس زمين دكل (امپدانس زمين مستقل دكل/ قطب بدون قطع سيم هاي شيلد يا نول)؛ 4 – ولتاژ تماسي؛ 5 – ولتاژ گام؛ 6 – امپدانس زمين مستقل ايستگاه فرعي بدون قطع سيم هاي شيلد يا نول؛ 7 – ولتاژ انتقال؛ 8 – امپدانس پايين/ پيوستگي (آزمون يكپارچگي هادي شبكه زمين ايستگاه فرعي). شكل پ – ت – 6 – اندازه گيري امپدانس زمين با استفاده از مالتي متر زمين كامپيوتري بر اساس اندازه گيري انتخاب شده، كاربر چندين پارامتر را از جمله نوع و اندازه سامانه زمين (ميله هاي زمين، سيم هاي متقابل يا شبكه زمين) و مختصات تقريبي براي الكترودهاي جريان و ولتاژ را وارد مي كند. در زمان آزمون، واحد منبع تغذيه، پالس هاي پيوسته (نويز سفيد) را بين الكترود زمين تحت آزمون و الكترود برگشت جريان تزريق مي كند. پالس هاي جريان براي يك مدت كوتاه، معمولاً 5 /0 ثانيه، تزريق مي شوند. در حالت امپدانس زمين، اختلاف پتانسيل هاي زمين (GPD) به وسيله 6 الكترود ولتاژ اندازه گير مي شود. سپس، نرم افزار كامپيوتر، جريان و اختلاف پتانسيل هاي (GPD) اندازه گيري شده را پردازش مي كند و عمليات زير را انجام مي دهد: 1 – فيلتر كردن نويز؛ 2 – تصحيح خطاهاي مبدل ولتاژ و جريان؛ 3 – تخمين امپدانس الكترود زمين و ضريب خاك با حل يك معادل ماتريسي 6×2 با استفاده از روش حداقل مربعات وزني [پاورقي 98]؛ 4 – نمايش يك منحني امپدانس زمين (دامنه و زاويه فاز) نسبت به فركانس روي صفحه نمايش. در حوزه هاي ديگر مانند موارد ذيل، روش كامپيوتري محدوديت هايي مشابه روش افت پتانسيل دارد كه مي تواند دقت داده ها را تحت تأثير قرار دهد: 1 – فاصله هاي پراب جريان و ولتاژ از يك مركز الكتريكي مفروض اندازه گيري شده و در نتيجه، امپدانس يك سامانه زمين با اتصالات داخلي به دقت تعيين نمي شود؛ 2 – مقدار امپدانس اندازه گيري شده با تغيير مكان هاي پراب ولتاژ و يا جريان تغيير مي كند. به هر حال اين روش، محدوده اي از خطاها را به همراه مقدار امپدانس فراهم مي كند. يادآوري – در اندازه گيري سامانه اتصال زمين در كارگاه هايي كه سامانه اتصال زمين آن ها به صورت شبكه است، در صورتي كه اشياي فلزي مدفون در زمين با گستردگي خوب موجود باشند و مقاومت الكتريكي آن ها بسيار ناچيز و قابل صرف نظر باشد،‌ از اين اشياي فلزي مي توان هم به عنوان الكترود كمكي جريان و هم به عنوان الكترود كمكي ولتاژ استفاده نمود. در اين شرايط، از نول ولتاژ پايين پست همسايه مي توان هم به عنوان الكترود كمكي جريان و هم به عنوان الكترود كمكي ولتاژ استفاده كرد. در اين صورت، بايد نول مورد آزمايش واقع شود و از تخليه انرژي الكتريكي آن اطمينان حاصل شود.

پاورقي 96 - Split core CT

پاورقي 97 - Tricoaxial

پاورقي 98 - Weighted least square