ارت سنج چیست و دلیل کاربرد آن چه است؟

به منظور حفاظت افراد و دستگاه ها، اضافه ولتاژهای تولید شده در بدنه كه باعث صدمه دیدن دستگاه ها و افراد می‌ شود، همچنین ولتاژهای بسیار زیاد و خطرناك ناشی از برخورد صاعقه با دكل های کامپیوتری را باید در جایی خنثی نمائیم. به همین منظور استفاده از سیستم ارت و حفاظت از تجهیزات بسیار لازم و ضروری است بعلاوه با افزایش استفاده از سیستم های دیجیتالی و حساس، لزوم بازنگری در طراحی، نصب و نگهداری سیستم های حفاظتی گراندینگ وجود دارد.

به طور خلاصه اهداف بكارگیری سیستم ارتینگ یا گراندینگ عبارتند از:

1. حفاظت و ایمنی جان انسان

2. حفاظت و ایمنی وسایل و تجهیزات الكتریكی و الكترونیكی

3. فراهم آوردن شرایط ایده‌ال جهت كار

4. جلوگیری از ولتاژ تماسی

5. حذف ولتاژ اضافی

6. جلوگیری از ولتاژهای ناخواسته و صاعقه

7. اطمینان از قابلیت كار الكتریكی

شینه داخل ساختمان باید توسط مقره هایی از دیوار ساختمان ایزوله گردد.قطر و طول شینه بستگی به تعداد انشعابات داخل ساختمان دارد .(تمامی تجهیزات داخل ساختمان بایستی بطور جداگانه و موازی به این شینه متصل گردد).

در حالتیكه دكل روی ساختمان قرار داشته باشد سیم میله برقگیر نبایستی از داخل ساختمان برده شود بلكه باید خارج از ساختمان سیم كشیده شود و همینطور مسیر عبوری سیم ارت به داخل ساختمان تا شینه ورودی ساختمان باید عایق دار باشد.

در پای دكل توسط بست، سیم میله برقگیر به یكی از پایه های دكل خیلی محكم متصل شود و تا بالای دكل به میله برقگیر متصل گردد. لازم بذكر است مسیر میله برقگیر از كابل هایی كه به انتنها می روند باید جدا باشد.

هفت روش برای اجرای زمین سطحی وجود دارد كه عبارتند از:

1. ROD 2-RING 3 پنجه ای (شعاعی)
2. مختلط
3. حلزونی
4. الكتروشیمیایی
5. شبكه ای
6. اجرای ارت به روش ROD كوبی

مصالح مورد نیاز همانند روش عمقی می باشد با این تفاوت كه به جای صفحه مسی از میله های مغز فولادی 5/1 متری و با قطر 14 میلیمتر و با روكش مس استفاده می نمائیم.

كانالی به عمق 80 سانتیمتر و عرض 45 سانتیمتر و طول X حفر می نمائیم

طول كانال را به دو روش میتوان تعیین نمود.

1. اندازه گیری مقاومت مخصوص خاك و انجام محاسبات لازم
2. به روش تجربی كه در ادامه شرح داده می شود.
3. چنانچه سایت دارای دكل خود ایستا می باشد برای حفر كانال از فاصله بین اتاق تجهیزات و دكل و همچنین اطراف دكل استفاده شود .(شكل 2)
4. چنانچه دكل روی ساختمان قرارداشته حفاری با در نظر گرفتن اتاق دستگاه و دكل در مسیری كه زمین رطوبت بیشتری دارد انجام گیرد.
5. پس از آماده شدن كانال 2 میله به فاصله 3متر از یكدیگر در زمین میكوبیم به گونه ای كه حدود 15 سانتیمتر از میله ها بیرون بمانند سپس 2میله را با كابل مسی یا كابل برق به هم وصل نموده و با دستگاه ارت سنج مقاومت زمین ایجاد شده را اندازه می گیریم، چنانچه مقاومت نشان داده شده با دستگاه بالای 4 اهم بود میله دیگری به فاصله 3 متر از میله دوم میكوبیم و با اتصال 3 میله به هم مقاومت زمین ایجاد شده را اندازه گیری می نمائیم. اینكار را تا زمانی كه مقاومت اندازه گیری شده به زیر 4 اهم برسد ادامه می دهیم بعد از آنكه به تعداد كافی میله كوبیده شد سیمی را كه به شینه مسی نصب شده در اتاق دستگاه متصل است به تك تك میله ها جوش داده و به سمت دكل می بریم.
6. برای پر نمودن كانال ابتدا با بنتونیت روی سیم مسی را پوشانده (در زمین هایی كه رطوبت كافی ندارند) و سپس با خاك سرند شده كشاورزی یا خاك نرم كانال را پر می نمائیم.
7. مقاومت زمین اجرا شده را اندازه گیری نموده و ثبت می نمائیم (بعد ازپر كردن كانال مقاومت زمین اندازه گیری شده كاهش خواهد داشت و باید كمتر از 3 اهم باشد).

نكته: در مناطق سردسیر عمق كانال حفاری شده و بطور كلی مسیر عبور كابل مسی خیلی مهم می باشد و نباید در معرض یخبندان قرار گیرد. تاثیر كاهش درجه حرارت بر افزایش مقاومت سیستم زمین به شرح زیر می باشد.

دما بر حسب درجه سانتیگراد میزان مقاومت بر حسب اهم بر متر

20+ 72

10+ 99

0 138

5- 790

روش های دیگر در مناطق كوهستانی و سنگلاخی و مكان های خاص كاربرد دارد كه بنا به مورد با بازدید از محل و اندازه گیری های لازم میتواند طرح مناسب تهیه گردد.

ارتفاعات كشور را با توجه به نوع زمین و خاك میتوان به سه دسته تقسیم كرد.

ارتفاعات خاكی كه امكان حفاری و كوبیدن میله مغز فولادی در آنها وجود دارد.

ارتفاعات سنگلاخی كه امكان حفاری عمیق در آنها وجود ندارد ولی میتوان شیار ایجاد كرد.

حالت اول: به یكی از روش های حفر چاه یا كوبیدن ROD میتوان سیستم ارت را اجرا نمود.

در حالت دوم شیارهایی بصورت ستاره و پنجه ای ایجاد نموده و تسمه مسی را در داخل شیار ها خوابانده و برای كاهش مقاومت روی تسمه را با مخلوط خاك و بنتونیت می پوشانیم .

 كلیه اتصالات در زیر خاك باید به یكدیگر جوش داده شود.

در زمین های صخره ای كه امكان حفاری وجود ندارد با مصالح ساختمانی كانال ساخته، تسمه مسی را در كف كانال خوابانده و كانال را با بنتونیت پر می نمائیم. طول كانال یا كانالها باید به اندازه ای باشد كه مقاومت اندازه گیری شده زیر 3 اهم گردد. برای گرفتن نتیجه مطلوب میبایستی داخل كانال بصورت مصنوعی دائما مرطوب نگهداشته شود.

روش شبكه ای است بدین صورت كه ابتدا شبكه شطرنجی با سیم مسی به طول 3+x و عرض 3+y بطوریكه نقاط اتصال به هم جوش داده شده درست كرده سپس با مصالح ساختمانی آن را در زمین با بنتونیت به ارتفاع 40cm بطوریكه ابتدا 20 cm بنتونیت ریخته سپس شبكه ساخته شده را قرار داده و روی آن را هم تا 20cm با بنتونیت می پوشانیم و انشعابهای لازم جهت دكل و سایت ونقاط دیگر از آن گرفته میشود متغییر های x و y به میزان مقاومت خوانده شده بستگی دارد.

1. كلیه اتصالات با مفتول برنج یا نقره جوشكاری گردد.سطح جوش باید CM 6 باشدو جهت اتصالات وجوشكاری رعایت گردد (در مواردی كدولد توصیه می شود).
2. ازهرپایه دكل های خودایستا هم فونداسیون دكل توسط سیم مسی و بست مخصوص به سیستم ارت و هم پای دكل به سیستم ارت جوشكاری گردد.
3. سیم میله برقگیر ازپایه ای كه آنتنهای كمتری نصب می شود و با كابل های روی لدر حداكثرفاصله را داشته باشد،بدون خمش درمسیر ومستقیما به رینگ داخل كانال و از كوتاهترین مسیر توسط جوش متصل گردد.
4. میله برقگیر روی دكل در بالاترین نقطه دكل (با رعایت مخروط حفاظتی با زاویه 45 درجه) بطوری كه تجهیزات راكاملا پوشش دهد، قرارگیرد و جنس آن تمام مس با آلیاژ استاندارد به قطر mm 16 و طول آن بستگی به ارتفاع نصب انتنهای روی دكل دارد.
5. شعاع خم سیم مسی حداقل CM20 وزاویه قوس حداقل 60 درجه رعایت گردد (رعایت زاویه خمش سیم مسی)
6. پایه‌ها و نقاط ابتداوانت های لدر افقی به سیستم گراند متصل گردد.
7. كلیه كابل های ورودی به سالن دستگاه توسط بست گراند به بدنه دكل و ابتدای لدر افقی (بعد از محل خم شدن كابل) گراند شوند.
8. به هیچ عنوان در روی دكل، جوشكاری صورت نگیرد.
9. اتصال از شبكه گراند سیستم اجرا شده به تانكر سوخت دیزل ژنراتور، تانكر آب هوایی، اسكلت فلزی ساختمان و در و پنجره های اتاق دستگاه صورت گیرد.
10. اگر سیستمی‌ازقبل‌اجرا شده باشد،سیستم قدیم به‌جدید در عمق‌خاك متصل گردند.
11. سیم‌ارت‌ درروی زمین باید باروكش‌وسیم‌داخل‌كانال ها‌ باید بدون روكش و مستقیم كشیده شود.
12. پركردن كانال باید با خاك سرند شده كشاورزی یا خاك نرم انجام گردد.
13. ارتفاع نصب شینه مسی CM 50 ازكف تمام شده باشد.
14. شینه داخل اتاق حدالمقدور به چیدمان دستگاه ها نزدیك باشد.
15. ازهر دستگاهی جداگانه سیم ارتی به شینه متصل گردد (قطر و طول شینه گراند بستگی به تعداد انشعابات آن دارد).
16. در دكلهای مهاری پر ظرفیت، مهارهای دكل بایستی توسط بست مخصوص به گراند اتصال یابد.
17. جهت استفاده ترانس برق شهر در ایستگاه های مخابرات بایستی گراند جداگانه اجرا گردد.
18. در سایت های کامپوتری جهت اجرای سیستم زمین حتی المقدور بایستی از یك زمین با سطح یكنواخت (بدون شیب) استفاده نمود.
19. در ایستگاهها بین نول و گراند نبایستی اختلاف ولتاژ وجود داشته باشد.
20. در دكل های پر ظرفیت كه ابعاد قسمت بالای دكل بیشتر از m 2 می‌باشد نیاز به نصب یك عدد برقگیر اضافی در سمت مقابل برقگیر اول می‌باشد.
21. در سیم‌كشی داخل محوطه سایت های کامپوتری برای چراغ های روشنایی و سایر موارد باید از كابل زمینی استفاده گردد و در ایستگاه های بالای كوه و نقاط دور از شهر نباید از چراغ های روشنایی خیابانی استفاده شود.
22. استاندارد قابل قبول آزمایش و تحویل اتصال زمین برای سایت های كوچك

زیر 10 اهم و برای سایت های بزرگ و مهم زیر 3 اهم می‌باشد.

هادی زمین آن قسمت از سیستم زمین است که الکترود زمین را به ترمینال اصلی زمین وصل می کند. محل اتصال هادی زمین به الکترود، معمولاً درزیرزمین و محل ترمینال اصلی، بیشتر در داخل ساختمان و در دسترس قرار دارد. 

از آلومینیوم لخت یا آلومینیوم دارای پوشش مس نباید در تماس با زمین چه بعنوان الکترود و چه بعنوان هادی زمین استفاده کرد. درمحیط های مرطوب نیز نباید از این مواد بعنوان هادی زمین استفاده نمود.

در انتخاب نوع و سطح مقطع هادی زمین، توجه به توانایی عبور حداکثر شدت های جریان اتصال کوتاه به زمین در طول زمان هایی که پیش بینی می شوند. در درجه اول اهمیت قرار دارد و همراه با آن باید تکیه خاب شوند. بطور خلاصه سیستم هادی زمین باید از هر دو نظر مکانیکی و خوردگی، دارای استقامت لازم باشد.

برای مواردی که جریان نشتی به طور دایمی وجود دراد، لازم است اطمینان حاصل شود که از نظر دمای مجاز عایقبندی و یا تکیه گاه ها، شرایط قابل قبول وجود دارند و برای هادی های لخت که در دسترس می باشند، دما از 70 درجه سلسیوس تجاوز نخواهد کرد.

لازم است توجه شود که هنگام انتخاب هادی برای عبور جریان اتصال کوتاه، دمای اولیه هادی که ممکن است دراثر جریان های نشتی بیش از مقادیر معمولی باشد، بحساب آورده شود.

علاوه بر نیروهای مکانیکی که ممکن است پارگی هادی اتصال زمین شوند، خوردگی شیمیایی (اثر مواد شیمیایی خاک بر روی فلز هادی اتصال زمین) و خوردگی الکتروشیمیایی (تشکیل پیل بوسیله فلزات ناهمگون در زمین)، خطراتی است که هادی اتصال زمین با آن ها روبرو می باشد. در مورد خوردگی الکتروشیمیایی، دو فلزی که بیش از همه بهم اتصال داده می شوند، مس و فولاد است. مس ساده (بدون هر گونه روپوش دیگر مانند قلع و غیره) نسبت به فولاد ساده (بدون هر گونه پوشش مانند گالوانیزاسیون) تشکیل قطب مثبت می دهد که سبب خوردگی سریع خواهد شد.

بست های بکار رفته برای اتصال الکترود به هادی زمین باید با هر دوی آنها سازگار باشد تا از خوردگی گالوانیک، تا جایی که ممکن است، جلوگیری شود. بست ها باید از نظر مکانیکی محکم باشند و جنس آنها از نوع مقاوم در برابر خوردگی باشد. در مورد بست های پیچی، پیچها باید در برابر گشتاوری حداقل به مقدار 20 نیوتن متر، استقامت کنند.

اتصال هادی زمین به الکترود یا هر سازه زمین شده دیگر که از آن برای زمین کردن استفاده می شود بهتر است به کمک لحیم کاری یا با استفاده از بست های بزرگ غیرآهنی انجام شود.در مواردی که از غلاف فلزی و زره فلزی کابل استفاده شود، غلاف و زره باید با لحیم کاری به یکدیگر همبندی شده و اتصال اصلی هادی حفاظتی به کابل با لحیم کاری به زره انجام شود.

قبل از ورود هادی اتصال زمین به ساختمان یا هر سازه دیگر، باید نقطه ای پیش بینی شود تا در آن بتوان بصورت موقت هادی زمین را از سایر تاسیسات جدا کرده و اقدام به اندازه گیری مقاومت الکترود زمین نمود. انجام این کار بصورت دوره ای برای اطمینان از کارآیی الکترود لازم است. راه عمل این کار، پیش بینی چاهکی قابل دسترس است.

با برداشتن دریچه چاهک، جداسازی با باز کردن یک بست ساده و محکم با ابزاری مخصوص، عملی می شود. دریچه باید به نحوی مطمئن قفل شود تا از دسترس افراد غیر مسئول در امان باشد. در صورت عملی نبودن، محل جداسازی باید در داخل و نزدیکی محیط ساختمان باشد تا با ایجاد مزاحمت و بخصوص طول زیاد سیم ها، اخلالی دراندازه گیری پیش نیاورد.

روش هایی که برای اندازه گیری مقاومت الکترود زمین و مقاومت ویژه خاک ارائه شده اند،در سراسر دنیا اساس این گونه اندازه گیری ها است. انواع دستگاه های مخصوص این کار نیز ساخته شده اند که اساس کار آن ها کمابیش همان است که دراینجا گفته خواهد شد، گرچه انواع لوازم اندازه گیری تفاوت هایی با هم دارند اما هدف ما بحث در باره اصول است.

لازم است توجه شود که نقش جرم کلی زمین دراین مورد نیز منحصر به فرد است.

از دو نوع اندازه گیری گفته شده در اینجا، اندازه گیری مقاومت ویژه خاک قبل از شروع احداث الکترود با هدف تصمیم گیری در باره مشخصات آن انجام می شود و اندازه گیری مقاومت الکترود که پس از پایان احداث الکترود انجام می شود بسیا مهم بوده و اگر بدون ایراد و اشتباه انجام شود، همان چیزی است که ایمنی افراد، سلامت دستگاه ها و صحت کار آنها بستگی به مقدار آن خواهد داشت.

در واقع اندازه گیری مقاومت زمین، امتحانی است که بعد از مدت ها فکر و اندازه گیری های اولیه و تصمیم گیری های مبتنی بر داده های محلی و تجربه شخصی و تجربه دیگران، پس داده می شود. 

الکترودی است که اندازه گیری مقاومت آن مورد نظر است. برای انجام کار به این لوازم احتیاج خواهد بود:

 

1. دو عدد الکترود کمکی، مناسب برای کوبیدن در انواع زمین، از لوله فولادی یا میله فولادی:
• هر یک به طول 0،30 تا 1 متر-
• یک عدد الکترود بنام الکترود کمکی جریان
• الکترود T1
• یک عدد الکترود کمکی بنام الکترود کمکی ولتاژ 
• الکترود T1
2. یک عدد آمپر متر با مقیاس اندازه گیری مناسب
3. یک عدد مقاومت متغیر (رئوستا)با اوتو ترانسفورماتور با توان مناسب برای تنظیم شدت جریان در حد مطلوب 
4. یک عدد ولتمتر دقیق برای 220 ولت متناوب، با مقاومت داخلی 100 اهم بر ولت یا حداقل 20 کیلو اهم برای 220 ولت (برای دقت 5 درصد اگر مقاومت الکترود ولتاژ 1000 اهم باشد)
5. یک عدد منبع ولتاژ متناوب با توان مناسب که می تواند یکی زا موارد زیرباشد:
• ژنراتور دستی ولتاژ متناوب (مشابه Megger)
• ترانسفورماتور جداکننده (در صورت استفاده از شبکه بعنوان منبع تغذیه معمولاً با نسبت 1/1)
• ژنراتور استاتیک ولتاژ متناوب (معمولاً موج مربع) با استفاده از باتری به عنوان منبع اولیه انرژی 
6. مقداری سیم مسی با مقطع کافی (2،5 یا 4 میلیمتر مربع) از نوع قابل انعطاف با عایقبندی خوب و مجهز به ترمینال های پیچی با کتاکت های قابل اطمینان.

یادآوری
دیده می شود که از دو نوع منبع ولتاژ که آشناترند یعنی ولتاژ شبکه فشار ضعیف (بدون استفاده از ترانسفور ماتور جداکننده) و ولتاژ جریان مسقیم (باتری معمولی) جزو منابع مطلوب اسمی برده نشده است. زیرا هر یک دارای اشکالاتی هستند که بهتر است از آن ها استفاده نشود.

ولتاژ شبکه

نظر به اینکه یک نقطه از شبکه (خنثا) در منبع (پست-ژنراتور) به زمین وصل است تامین ایمنی در اطراف الکترودی که هنگام اندازه گیری به فاز وصل خواهد شد (برای مثال الکترود T1 مخصوصاً اگر از نظرها دور باشد. بعلت وجود گرادیان ولتاژ، مشکل خواهد بود). بنابراین بدون ترانسفورماتور جداکننده استفاده از ولتاژ شبکه توصیه نمی شود. اگر در بعضی موارد به ناچار از این روش یعنی مستقیماً از ولتاژ شبکه به عنوان منبع استفاده شود. اندازه گیری ها باید با گماردن ناظران متعدد در محل های محفوظ در اطراف الکترود فاز (برای جلوگیری از ورود افراد ناوارد به محوطه گرادیان ولتاژ) و در کوتاه ترین زمان ممکن انجام شوند. آمپر متر هم باید در هادی متصل به الکترود خنثی وصل شود.

ولتاژ جریان مستقیم

یادآوری می نماید که یکی از خواص زمین این است که با جذب رطوبت و با وجود انواع املاح در خاک تبدیل به الکترولیت می شود و در حالتی که از آن جریان مستقیم عبور کند مواد شیمیایی موجود در این الکترولیت یونیزه شده و یونهای مثبت بسمت قطب منفی و یون های منفی بسمت قطب مثبت به حرکت در می آیند. یکی از محصولات مواد اسیدی و بازی تجزیه شونده، هیدروژن است که حباب های بسیار ریز آن در اطراف الکترود جمع می شوند و لایه ای عایق ایجاد می کنند که مانع انجام صحیح اندازه گیری می شود. اگر در بعضی موارد به ناچار از این روش استفاده شود. اندازه گیری ها باید در کوتاه ترین زمان ممکن و دروبار بترتیب زیر انجام شوند: پس از آماده کردن مقدمات، جریان برای لحظه ای کوتاه برقرار و قرائت انجام شود. سپس قطب های منبع تغذیه با یکدیگر تعویض و جریان دوباره برای مدتی کوتاه برقرار و یک قرائت دیگر در این حالت انجام شود. میانگین دو قرائت، بشرطی که خیلی نزدیک به هم باشند قابل قبول خواهد بود و در غیر این صورت یعنی وجود تفاوت زیاد، نتیجه آزمون قابل قبول نخواهد بود. اگر سطح الکترودی که به آن دو وصل می شود خیلی بزرگتر از کاتد باشد، مسئله پلاریزاسیون تا حد بسیار زیادی حل شده و آزمون با دقت بیشتر انجام خواهد شد.