روش های تست چاه ارت
استاندارد بین المللی IEEE81 دستورالعملی ارائه کرده است؛ که بعد از اجرای سیستم ارتینگ به هر روشی (عمقی – سطحی – میله ای) باید توسط دستگاه اندازه‌گیری ارت‌سنج مقاومت‌اهمی سنجیده شود. به منظور حصول اطمینان از صحت کارکرد سیستم ارت در مقابل اضافه ولتاژهای تولید شده در بدنه ضروری‌ست مقاومت سیستم ارت به صورت سالانه اندازه گیری شود.
این اضافه ولتاژ باعث صدمه دیدن دستگاه‌ها و افراد میشود. همچنین ولتاژهای بسیار زیاد و خطرناک ناشی از برخورد صاعقه با دکل‌های کامپیوتری نیز می‌توانند این مشکلات را ایجاد نمایند.
بازرسی فنی و تست چاه ارت بر اساس ماده ۱۳-۲-۵ انجام میشود. براین اساس تاسیسات الکتریکی را باید قبل از شروع بهره‌برداری یا پس از هر تغییر عمده در آن مورد تست قرار داد. هدف از تست چاه ارت صحه گذاری کارهای انجام شده بر اساس اصول این مقررات است. همچنین بر اساس بند پ ۱-۹-۴ مبحث سیزدهم مقررات ملی ساختمان در پایان کار احداث هر الکترود زمین (و همچنین به صورت دوره ای) بایستی مقاومت آن را نسبت به جرم کلی زمین اندازه گرفت. اندازه گیری مقاومت الکترود زمین به کمک دستگاه های قابل قبول برای انجام این کار و توسط افراد کار آزموده و صلاحیت دار انجام می شود. اگر تغییرات قابل ملاحظه ای در مقاومت الکتریکی مشاهده شد، باید نسبت به توسعه سیستم اتصال زمین با احداث الکترودهای جدید اقدام نمود. علاوه برآن بر اساس ماده ۲۲-۷-۸-۵ مبحث بیست‌ودوم مقررات ملی ساختمان، آزمون اندازه‌گیری مقاومت الکترود زمین باید با استفاده از تجهیزات و روش‌های تایید شده به صورت دوره‌ای (تست چاه ارت )انجام شود.
تشریح روش های تست چاه ارت
با توجه به دستورالعمل های بازدید و تست شبکه های زمین ساختمان های مسکونی و ….، برای اطمینان از درستی مدارهای اتصال زمین و عملکرد آنها در ایجاد ایمنی و حفاظت افراد و تجهیزات در زمان اتصالی، باید بازدید و تست سیستم زمین به صورت دوره‌ای انجام شود. چندین روش برای اندازه گیری وجود دارد:
- اندازه گیری مقاومت الکترود زمین به روش سه نقطه
- اندازه گیری مقاومت سیستم ارت به روش افت ولتاژ
- اندازه گیری مقاومت سیستم ارت به روش ۶۲٪
- اندازه گیری مقاومت سیستم ارت به روش دو الکترودی (ارت مرده)
- اندازه گیری مقاومت الکترود زمین بدون کوبیدن میله
- اندازه گیری مقاومت الکترود زمین به روش کلاسیک
- اندازه گیری مقاومت الکترود زمین به روش شیب
- اندازه گیری مقاومت الکترود زمین به روش آزمون ۹۰/۱۸۰
- اندازه گیری مقاومت الکترود زمین به روش چیدمان مثلثی
- اندازه گیری مقاومت الکترود زمین به روش تکنیک الکترود متصل
- اندازه گیری مقاومت الکترود زمین به روش تزریق جریان (کلمپی)
برخی از این روش ها به اختصار توضیح داده می شود.
۱- تست چاه ارت به روش تست سه نقطه ای
از بین روش های اندازه گیری مقاومت شبکه زمین، بهترین روش اندازه گیری همان شیوه افت ولتاژ یا potential of fall است که در شکلهای روبرو نشان داده شده است. اصول کار این است که یک جریان با فرکانس حدود ۱۰۰ هرتز به شکل مربعی از طریق دستگاه و الکترود C به زمین وارد می شود. این جریان از زمین عبور کرده و از طریق صفحه ارت (E) به دستگاه برمی گردد. این جریان در زمین افتی ایجاد می کند که افت ولتاژ نسبت به چاه ارت است. این افت به وسیله الکترود P اندازه گیری می شود. میزان این افت تقسیم بر جریان ارسالی بر حسب Ω است که دستگاه نشان میدهد و همان مقاومت چاه ارت است.
مهمترین نکته در این روش فواصل میخ های C و P از چاه یا شبکه مورد اندازه گیری است که در اندازه گیری ها نقش مؤثری دارد. اگر سیستم موردنظر یا همان X یک میله اصلی ارت (چاه ارت) باشد، الکترود Y را به فاصله ۳۰ تا ۵۰ متر دورتر از میله اصلی ارت می کوبیم. الکترود Z را هم وسط یعنی C ½ کوبیده و با استفاده از دستگاه ارت تستر و روش سه نقطه، عدد مقاومت زمین را می خوانیم.
در مرحله دوم ۵ متر الکترود Z را به سمت X نزدیک کرده و عدد دوم را خوانده و در مرحله سوم ۵ متر به سمت Y رفته و عدد سوم را می خوانیم. از ۳ عدد به دست آمده اگر اعداد خوانده شده نزدیک به هم باشند و اختلاف آنها بیش از ۵ % نباشد، میانگین ۳ عدد خوانده شده همان R شبکه یا صفحه ارت است. اگر اعداد با هم اختلاف زیادی داشتند، بایستی فاصله C را بیشتر و آزمایش را تکرار کنیم.
۲- تست چاه ارت به روش ۶۲%
اساس این روش مانند روش قبلی است، با این تفاوت که فاصله الکترود ولتاژ تا سیستم ارت اندازه گیری شده که در شکل روبرو با ES نشان داده شده است، باید ۶۲ درصد فاصله الکترود جریان تا سیستم ارت یعنی EH باشد. این روش مورد تأیید و توصیه اکثر استانداردها از جمله استانداردهای BS و IEEE است و اخیراً در تمام پروژه ها از این روش برای اندازه گیری مقاومت شبکه های ارت استفاده می شود. این روش برای سیستم هایی با تعداد چاه بیشتر با افزایش فاصله EH حتی تا چند صد متر قابل انجام است.
به طور کلی، در صورتیکه بتوان منحنی مقاومت (R) بر حسب فاصله (P) را ترسیم کرد و در اطراف P=62%C تغییرات R کم باشد یا به اصطلاح به قسمت تخت منحنی برسیم، عدد به دست آمده درست است. در غیر اینصورت، بایستی C را افزایش داده و دوباره منحنی را رسم کنیم. توجه شود که میزان کوبیدن الکترودهای تست چندان به صحت و دقت آزمایش کمک نمی کند و برعکس بایستی میله ها را بیش از ۲۰ سانتیمتر درون خاک نکوبیم. در این روش، ریختن آب پای الکترودها دقت آزمایش را بالا برده و عدد واقعی تری را اندازه گیری می کنیم.
این روش برای شبکه های زمین گسترده شامل چندین میله یا چاه ارت که در فاصله های مختلف نصب شده و به هم متصل شده اند، همچنین شبکه توری زمین پست ها نیز قابل انجام است؛ به شرطی که بتوان به قسمت تخت منحنی رسید که الزم این کار سیم کشی در طول های زیاد است.
۳- اندازه گیری مقاومت شبکه زمین به روش دو الکترودی (ارت مرده)
در بعضی اوقات که کوبیدن الکترود امکان پذیر نیست و یا فضای لازم برای سیم کشی و کوبیدن میله ها وجود ندارد از این روش استفاده می کنیم. در صورتی که نزدیک میله ارت مزبور یک سیستم لوله کشی گسترده آب مدفون شده، فونداسیون گسترده و یا سیم نول وجود داشته باشد به راحتی و بدون کوبیدن الکترود میتوان مقاومت شبکه ارت را با تقریب بالایی با استفاده از این روش به دست آورد. روش کار به این صورت است که یک سیم از چاه ارت به دستگاه ارت تستر وصل می کنیم و یک سیم هم از سیم نول یا ارت گسترده به دستگاه متصل می کنیم. سپس دستگاه را مطابق شکل روبرو در حالت دو نقطه قرار داده و تست را انجام می دهیم. دقت این آزمایش به اندازه روش ۳ نقطه نیست، ولی روش بسیار ساده ای است. این روش عموماً جواب قابل قبولی خواهد داد و مقدار به دست آمده بیشتر از مقدار واقعی است.
۴- تست چاه ارت بدون کوبیدن میله
این روش بسیار عملی و مفید است و نیازی به کوبیدن الکترود ندارد. در این روش به دستگاه مخصوصی با دو انبرک یا کلمپ نیاز است. به وسیله یکی از انبرک ها که دور سیم زمین حلقه میزند، ولتاژی به سیم زمین القا میشود و به وسیله حلقه دوم که این نیز در همان محل چفت می شود جریان عبوری از حلقه زمین ناشی از این ولتاژ اندازه گیری شده و صفحه دستگاه حاصل تقسیم این دو یعنی مقاومت شبکه زمین را نشان خواهد داد. این روش به طور مشخص برای مواقعی که چند میله یا چاه ارت با هم موازی شده و تشکیل یک شبکه ارت گسترده و موازی را داده اند بسیار کاربردی است.
این روش بسیار عالی است و در زمان کمتری می توان سیستم را تست کرد. فقط قیمت دستگاه گران است و تنها کلمپ های آن به اندازه یک دستگاه تست ۳ نقطه قیمت دارد. نکنه جالب در مورد اکثر دستگاه های کلمپی این است که امکان تست به روش ۲ پین در آنها وجود ندارد.
۵-تست چاه ارت با میله ارت که از قبل در ساختمان نصب شده
این روش مشابه روش سه نقطه ای است با این تفاوت که نیازی به کوبیدن میله ارت در محدوده تست نیست. در این روش تست چاه ارت از میله های ارتی که از قبل در زمان ساخت ساختمان در نقاط خاص از زمین نصب و به وسیله منهول (Manhole) پوشیده شده است استفاده می شود. میله های ارت مدفون شده که به وسیله دریچه ها قابل دسترسی هستند به طور معمول از جنس فولاد با روکش مس مرغوب ساخته شده اند. این میله ها در اثر گذر زمان دچار خوردگی نمی شوند. یادآور می شود که میله های ارت مدفون شده در زمین بایستی تا جایی پایین بروند (کوبیده شوند) که به نم طبیعی خاک در زمین برسند. سپس خروجی آنها به صورت یک اتصال ساده میله ای در منهولی که به همین منظور درست شده، پوشیده و مدفون شود. درب منهول می تواند به صورت ثابت یا متحرک ساخته و نصب شود تا از نظر زیبایی و کفسازی محوطه مشکلی ایجاد نکند.
در شکل روبرو سیستم مورد تست X یک میله ارت اصلی (چاه ارت) و یا خروجی چاه ارت است که معمولاً نزدیک چاه ارت و تابلو کنتورها است. الکترود Y را به فاصله ۳۰ تا ۵۰ متر دورتر از میله اصلی ارت در زمین و در یک جهت معین که امکان داشته باشد کوبیده و به وسیله یک دریچه بازدید در زمین مدفون می کنیم.
الکترود یا میله ارت Z را هم در وسط مسیر الکترود Y از میله ارت اصلی کوبیده و در زمین با استفاده از دریچه بازدید مدفون می شود. حال در فاصله بین الکترودهای ZY و ZX به فاصله ۳ تا ۵ متر با توجه به متراژ زمین ساختمان چندین میله ارت دیگر در همان راستا در زمین کوبیده و نصب می شود. سپس این میله ها در زمین مدفون می شوند و بعد از کفسازی و بعدها در زمان تست با باز کردن دریچه منهول ها و اتصال آنها به دستگاه ارت تستر می توانیم تست سیستم زمین را انجام دهیم.
در صورت لزوم محل الکترود Z را به سمت X نزدیک کرده و از میله ارت مدفون شده دیگری که از قبل در زمین نصب کرده ایم، استفاده می کنیم. در مرحله بعد اگر لازم باشد به سمت Y رفته از الکترود دیگری که از قبل نصب شده استفاده می شود و با استفاده از روش سه نقطه ای می توانیم به راحتی مقدار مقاومت سیستم زمین را بعد از اتمام ساخت ساختمان و سال های بعد به صورت دوره ای اندازه گیری و تست می کنیم و نیازی به تخریب یا کوبیدن مجدد میله ارت و حرکت به سمت خارج از ساختمان نخواهیم داشت. در ساختمان هایی که امکان کوبیدن و دفن بیشتر میله ارت وجود دارد، می توانیم در یک مسیر دیگر نیز این کار را انجام دهیم. با انجام این کار می توان دقت اندازه گیری را بالا برد.
۶- تست چاه ارت به روش شیب
از جلمه روش های دیگری که برای اندازه گیری مقاومت زمین استفاده میشود، روش شیب است. روش شیب اغلب برای اندازه گیری مقاومت زمین در سیستم های بزرگ و پیچیده مانند نیروگاه‌ها استفاده میشود. این روش شامل اندازه گیری مقاومت در سیستم های زمین مختلف برای جداسازی الکترودهای ولتاژ است که امکان محاسبه مقاومت بهینه را فراهم می کند. این روش شامل اندازه گیری مقاومت چندگانه بین الکترود زمین و الکترود پتانسیل است. مقاومت اندازه گیری شده بر روی نموداری رسم می شود که از آن می توان مقدار مقاومت را بدست آورد.
۷_ تست چاه ارت به روش آزمون ۹۰ درجه و ۱۸۰ درجه
این تکنیک معمولا برای اعتبار سنجی تست الکترود زمین با روش های شیب و ۵۰٪ و کلاسیک(نقطه به نقطه) و۶۲٪ از طریق مقایسه نتایج حاصله به کار می رود. دستگاه ارت سنج و میل ها باید مطابق شکل زیر جهت تست سیستم ارتینگ پیکر بندی گردد.
در این روش تست الکترود زمین، میل جریان C2 در فاصله مناسبی از سیستم تحت آزمون (DC) و میل ولتاژ با زاویه ۹۰ درجه یا ۱۸۰ درجه نسبت به راستای استقرار میل جریان کوبیده میشود و چند اندازه‌گیری در فواصل مختلف برای میل ولتاژدر فواصل DC 0.1تاDC 0.8 انجام می گیرد،Dcهمان فاصله میل جریان ( آزمون قبلی ) تا سیستم تحت آزمون است.
نموداری که ترسیم میشود به مانند منحنی در شکل زیر می باشد و باید به سمت مقدار واقعی مقاومت میل کند ولی هرگز به این مقدار نخواهد رسید. از طریق برون یابی نقطه DC میتوان مقدار واقعی مقاومت الکترود تحت آزمون را تخمین زد.
توجه: اجرام فلزی یا کابل های مدفون در خاک می‌توانند با ایجاد تغییرات جدی در شکل نمودار ، تست الکترود زمین و آزمون را به سوی نتایج اشتباه سوق دهند. یکسانی نتایج حاصل از اندازه‌گیری به کمک تکنیک ۱۸۰/۹۰ درجه با اندازه‌گیری و تست الکترود زمین به شیوه معمول (کوبیدن میل های ولتاژ و جریان در امتداد یک خط راست) در هر یک از روش های کلاسیک و ۵۰ ٪ و ۶۲٪ و شیب بیانگر صحت این بازرسی فنی و تست الکترود زمین می‌باشد.
۸_ تست چاه ارت به روش تزریق جریان یا کلمپی
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:
- 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 نیست.
- 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.
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 C۱ 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 است. 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.
چک لیست
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.
۹_تست چاه ارت به روش ستاره یا مثلث
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 (P۲,P۳,P۴) 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.
- جداسازی مدارهای جریان و ولتاژ در این روش ضرورت ندارد.
- از روش دو سیمه تست انجام می شود.
۱۰_ تست چاه ارت با میگر
نام دیگرتست با میگر، تستر عایق است که در اندازه گیری مقاومت بین عایق ها کاربرد دارد. میگر یا تستر عایق با وارد کردن ولتاژ بسیار بالا به عایق موردنظر تست و اندازه گیری را انجام می دهد که مشخص کننده مقاومت عایق است که تا چه اندازه در برابر ولتاژ وارد شده مقاوم بوده است. از میگر برای تست دستگاه های دیگر از قبیل سوئیچ های وکیوم، تست ادواتی و توزیع برق های فشار قوی استفاده میشود و به دلیل راحتی و قابل حمل بودن میگر کاربردهای بسیاری دارد.
ارت سنج هم مانند میگر برای تست مقاومت چاه ارت طراحی شده است ولی با این تفاوت که ارت سنج بیشتر برای مقاومت زمین کاربرد دارد چرا که مقاومت زمین خیلی کمتر از مقاومت های معمول است. بازه اندازه‌گیری میگر در اندازه مگا اهم است ولی ارت سنج در اندازه اهم است. در نتیجه میگر برای اندازه گیری مقاومت های زیاد کاربرد دارد ولی ارت سنج برای مقاومت ها در اندازه های پایین کاربردی تر است.
کاربرد تست چاه ارت با میگر:
زمانی این تست مهم می شود که ما بخواهیم حفاظت و امنیت زمین های اطراف چاه ارت را در مقابل ولتاژ های برقی که در درون چاه ارت هدایت می شوند را مورد بررسی قرار دهیم. اگر این چاه نتواند عایق بندی مناسب را داشته باشد این ولتاژهای برق به زمین های اطراف نفوذ کرده و اگر تاسیسات زیر زمینی در آن نزدیکی وجود داشته باشد ممکن است دچار آسیب از طریق همین ولتاژهای برق شود.
