ثابت می شود که اتصال زمین مناسب یک مسئله مهم در طراحی و نصب سیستم های برق و حفاظت در برابر صاعقه است. هدف هر سیستم اتصال زمین، فراهم کردن مسیری با امپدانس کم برای ورود جریان های خطا و رعد و برق به زمین است که حداکثر ایمنی را در برابر خطاهای سیستم الکتریکی و صاعقه تضمین می کند.
یک سیستم اتصال زمین که به درستی نصب شده باشد نه تنها به محافظت از ساختمان‌ها و تجهیزات در برابر آسیب‌های ناشی از جریان‌های خطای ناخواسته یا موج‌های صاعقه کمک می‌کند، بلکه مهم‌تر از آن، از افراد نیز محافظت می‌کند.
زمین کردن موضوع بسیار پیچیده ای است. نصب صحیح سیستم های زمین مستلزم آگاهی از استانداردهای ملی و بین المللی، مواد و ترکیبات هادی زمین و اتصالات و پایانه های زمین است. با این حال، طراحان و نصب‌کنندگان سیستم‌های زمین نباید از یک عامل مهم دیگر یعنی شرایط خاک غافل شوند.
در زیر، مقاومت خاک چیست، چگونه تعیین می‌شود و روش‌هایی که سیستم‌های زمین تحت تأثیر مقاومت‌های مختلف خاک قرار می‌گیرند را بررسی می‌کنیم.
مقاومت خاک چیست؟
خیلی ساده، مقاومت خاک به میزان مقاومت خاک در برابر جریان الکتریسیته است. در اکثر کاربردها، مقاومت زمین کم ترجیح داده می شود یا حتی نیاز است، بنابراین اغلب مقاومت پایین ترجیح داده می شود. در تعدادی از کاربردها، خود مقاومت زمین به اندازه طرح زمین (به عنوان مثال شبکه، مش و غیره) مهم نیست. با این حال، با وجود این، مقاومت بالای خاک همچنان چالش‌هایی را برای این طرح‌ها نشان می‌دهد و می‌تواند کاستی‌ها یا در دست طراحی را تشدید کند.
ترجیحاً اندازه گیری مقاومت خاک قبل از طراحی سیستم زمین انجام شود. یک روش متداول برای دستیابی به این امر، تست 4 نقطه ای ونر است که شامل چهار کاوشگر در فواصل مساوی برای تعیین مشخصات مقاومت خاک در اعماق مختلف است. درک اینکه چگونه مقاومت خاک با عمق تغییر می کند برای طراح مهم است، زیرا می تواند تعیین کند که طراحی الکترود زمین عمیق یا کم عمق مورد نظر است.
علاوه بر نوع خاک، عوامل دیگری که می توانند بر مقاومت خاک تأثیر بگذارند دما و سطح رطوبت هستند. به همین دلیل، تغییر در الگوهای فصل یا آب و هوا می تواند بر مقاومت خاک و در نتیجه عملکرد سیستم زمین تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، خاک با مقاومت کم در فصول مرطوب و گرمتر ممکن است در فصول سرد (انجماد شدید) یا خشک مقاومت بیشتری داشته باشد.
از آنجایی که آزمایش مقاومت خاک همیشه امکان پذیر نیست، از عوامل موثر بر مقاومت خاک آگاه باشید:
- نوع خاک. خاک صخره ای یا شن دارای مقاومت بالایی است.
- سطح محتوای رطوبت زمین خشک، مانند ماسه در بیابان، مقاومت بالایی دارد.
- درجه حرارت. زمین سرد یا یخ زده مقاومت بیشتری نسبت به زمین گرم دارد.
- محتوای معدنی برای مثال سنگ های آذرین مقاومت بیشتری نسبت به کانی های معدنی دارند.
- آلاینده ها ممکن است فلزات، نمک یا مواد دیگری مانند نفت باشد.
نمودار زیر برخی از محدوده های مقاومت برای انواع خاک معمولی را نشان می دهد:
چرا مقاومت خاک برای زمین کردن اهمیت دارد؟
خاک-مقاومت-زمین کردنهنگامی که جریان از یک الکترود زمین به خاک اطراف جریان می یابد، اغلب به عنوان جریان از طریق یک سری از پوسته های متحدالمرکز با قطر فزاینده توصیف می شود. هر پوسته متوالی دارای مساحت بیشتری برای جریان جریان و در نتیجه مقاومت کمتری است. در نقطه ای دور از هادی زمین، اتلاف جریان به اندازه کافی بزرگ و چگالی جریان به اندازه ای کوچک می شود که مقاومت ناچیز است.
اگر خاک مقاومت بالایی داشته باشد و الکترود زمین به اندازه کافی برای جبران آن چیده نشده باشد، اتلاف جریان الکتریکی که از سیستم عبور می کند منجر به ولتاژ بالاتری در سیستم اتصال به زمین می شود. این پیامدهایی در کاربردهای خاص مانند پتانسیل های لمسی یا پله بالاتر، یا در موارد شدیدتر شکست عملکرد مطمئن دستگاه های با جریان بیش از حد یا بیش از حد ولتاژ دارد.
مقرون به صرفه ترین راه حل زمینی برای خاک با مقاومت بالا
برای نهایی کردن اتلاف جریان صاعقه به طور ایمن به زمین، زمین با رسانایی بالا باید وجود داشته باشد. مواد تقویت کننده رسانا برخی از مقرون به صرفه ترین راه ها برای غلبه بر مقاومت بالای خاک هستند. این مواد برای استفاده در مناطقی با خاک های با مقاومت بالا، از جمله زمین های سنگی، قله کوه ها و خاک های شنی ایده آل هستند. این محصولات را می توان به عنوان مواد تقویت کننده “ارتینگ” یا “ارتینگ” نامید.
مقاومت زمینی_بالامقاومت پایین زمین را می توان با تکنیک های دیگر نیز به دست آورد، مانند:
- الکترودهای عمیق تر
- میله های متعدد به هم متصل شده اند
- سیستم مقابله ای
- میله های جفت شده
- میله های شیمیایی
بسته به کاربرد، مواد تقویت کننده زمین رسانا اغلب بر گزینه های ذکر شده ترجیح داده می شود. با توجه به مزایای رسانایی این ماده، ممکن است برای دستیابی به مقاومت زمین هدفمند به الکترودهای زمین کمتری نیاز باشد و در زمان و هزینه کل نصب صرفه جویی شود.
مواد تقویتی چگونه کار می کند؟
مواد تقویت کننده زمین در اطراف یک الکترود زمین در جهت عمودی یا افقی به عنوان یک مسیر بسیار رسانا برای اتلاف جریان به زمین نصب می شود.
این مواد در انواع ترکیبات موجود هستند. به عنوان مثال، خاک رس بنتونیت، یک ترکیب طبیعی است که گاهی اوقات استفاده می شود، در حالی که اشکال تجاری موجود شامل پودر، گلوله و ژل است. با این حال، مواد تقویت کننده اغلب بر پایه سیمان هستند که نیاز به مخلوط کردن و گیرش دارند.
هنگام بررسی گزینه های جایگزین، بر اساس موارد زیر ارزیابی کنید:
- رسانایی
- سهولت نصب و زمان
- دوام و قابلیت اطمینان (یعنی حل نمی شود، تجزیه نمی شود و یا خارج نمی شود)
- مقاومت در برابر خوردگی با الکترود زمین
- در راه حل های زمینی عمیق تر کاوش کنید
بهترین روش‌ها در زمینه اتصال به زمین و اتصال را از رهبران حفاظت الکتریکی تأسیسات کشف کنید. راهنمای راه‌حل‌های اتصال و اتصال ERICO اطلاعات عمیقی در مورد استانداردها، شیوه‌ها و تکنیک‌های کلیدی ارائه می‌دهد که به محافظت از انواع تأسیسات در برابر حوادث الکتریکی کمک می‌کند.