بررسی امپدانس زمین در سیستم اتصال زمین

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: در حالت کلی، اتصالات زمین به صورت امپدانس های پیچیده، دارای مقاومت، خازن و القاگر هستند که همه آن ها بر روی قابلیت گذر جریان تاثیر می گذارند.

بررسی امپدانس زمین در سیستم اتصال زمین

امپدانس زمین

در حالت کلی، اتصالات زمین به صورت امپدانس های پیچیده، دارای مقاومت، خازن و القاگر هستند که همه شان بر روی قابلیت گذر جریان تاثیر می گذارند. مقاومت محل اتصال، به دلیل اینکه از مقاومت ویژه (ضریب مقاومت) محل در حال اتصال به زمین ناشی می شود، مورد توجه خاص کسانی است که به فرکانس های قدرتی علاقمند هستند. همچنین مقادیر ظرفیت خازنی و ضریب القاگر نیز برای کسانی که به فرکانس های بالا مانند مواردی که مرتبط با ارتباطات رادیویی و صاعقه هستند، مورد توجه است.
مقادیر ظرفیت خازنی و ضریب القاگر نیز برای کسانی که به فرکانس های بالا مانند مواردی که مرتبط با ارتباطات رادیویی و صاعقه هستند، مورد توجه است.

اتصالات زمین مربوط به همه ی سیستم های قدرت و مخابراتی، به منظور تعیین تغییرات پتانسیل زمین که در طی خطای زمین می تواند به وجود بیاید، باید مورد مطالعه قرار گیرند. در نتیجه ایمنی کارکنان، میزان مورد نیاز عایق بندی و استمرار ارایه خدمات تامین می گردد.
مشخصات یک سیستم اتصال به زمین به دلیل حالت های ترکیبی و فیزیکی خاک و همچنین اندازه و پیکر بندی الکترود اتصال به زمین، متغیر می باشد. زمین، در هر منطقه ای که در نظر بگیریم، دارای مواد مختلفی از جمله زمین خشک، زمین باتلاقی، شنی، سنگی، ماسه ای و دیگر مواد طبیعی می باشد که دارای مقاومت ویژه ی متفاوتی نیز هستند. ممکن است زمین یک محل، در محدوده ی وسیعی به صورت یکنواخت باشد و یا کاملا از گرانیت، ماسه و دیگر موادی که دارای مقاومت ویژه بالایی دارند باشد که سبب می شود که نسبت به محیط اطراف کاملا عایق باشند. در نتیجه، مشخصات یک اتصال به زمین (مقاومت اهمی) در طی فصول مختلف که دما، مقدار رطوبت و تراکم خاک تغییر می کند، متفاوت می باشد.

محاسبات و تجربیات ،برای یک خاک مشخص، نشان داده اند که کارایی یک شبکه اتصال زمین به طور وسیعی به سایز کلی آن شبکه بستگی دارد. افزایش هادی های دفن شده و میله های بکار رفته در یک محدوده، تا حدی به کاهش امپدانس زمین کمک می کنند. این کاهش، با افزایش هادی و هر میله، ادامه می یابد. یک روش خوب به منظور کاهش مقاومت زمین یک دکل یکپارچه یا برج مخابراتی، نصب سیم متقابل شعاعی می باشد.
بعد از نصب هر پست و یا سیستم زمین شده دیگر، نشست زمین با تغییرات دوره ای هوا به صورت سالانه، به طور قابل توجهی منجر به کاهش امپدانس زمین در طی یکی دو سال اولیه می شود.

بعد از نصب هر پست و یا سیستم زمین شده دیگر، نشست زمین با تغییرات دوره ای هوا به صورت سالانه، به طور قابل توجهی منجر به کاهش امپدانس زمین در طی یکی دو سال اولیه می شود. امپدانس الکترود زمین معمولاً بر حسب مقاومت اندازه گیری می شود؛ زیرا در حالت کلی راکتانس در مقایسه با جزء مقاومتی قابل صرف نظر می باشد. (این مسئله برای ساختارهای اتصال زمین بزرگ با مقادیر امپدانس کمتر از ۰.۵ و برای اتصال زمین هایی که جریان های ضربه ای و صاعقه که افزایش ناگهانی ولتاژ دارند، صدق نمی کند). این مقاومت معمولاً بعد از یکی دو سال از دفن شبکه زمینی، تغییر زیادی به صورت سال به سال نخواهد داشت.

اگرچه شبکه اتصال زمین ممکن است فقط در نیم متری زیر سطح زمین دفن شود، با این حال به نظر می رسد تغییر مقاومت برای ایستگاه های بزرگتر ارتباط کمی با تغییر مقاومت ویژه در همان سطح دفن شده دارد. این موضوع مخصوصاً برای حالتی که شبکه ها به میله های بلند قرار داده شده در خاک عمیق نصب می شوند، به خاطر اینکه تحت تاثیر شرایط آب و هوایی نیستند (تغییرات دما و رطوبت در لایه ی بالایی تغییرات مقاومت ویژه)، صحیح می باشد. اما این مسئله برای شبکه های دفن شده ی برفراز لایه های مقاومت ویژه بالا و الکترودهای کوچک (مساحتی کمتر از ۵۰ مترمربع) صادق نیست.
نتایجی که در طی هیجده سال در یک شبکه زمینی وسیع ثبت شده اند، حاکی از اختلاف کم مقاومت اندازه گیری شده دارد در حالی که اندازه گیری های مقاومت ویژه در همان محل حاکی از تغییرات زیاد و گسترده (به بزرگی نسبت ۱۷ به ۱ در عمق های کم) دارد. باید اذعان داشت که مقاومت یک اتصال به زمین با میله های نصب شده کم، ممکن است همانند اندازه گیری های مقاومت ویژه ذکر شده، متفاوت باشد. این مسئله بیان می دارد که مقاومت شبکه های اتصال زمین گسترده با اندازه گیری های مقاومت ویژه برای عمق های زیاد، جایی که تغییرات کمتری حاصل می شود، متناسب است.

بعضی از جریان های خطای اتصال زمین از یک خطای خط انتقال به یک شبکه اتصال زمین پست، تمایل به دنبال کردن خط انتقال دارد. عمق مسیر جریان متوسط با مجذور مقاومت ویژه زمین نسبت مستقیم و با مجذور فرکانس رابطه ی عکس دارد. بنابراین، مقاومت منجر به افزایش سطح جریان گذرنده و القاگر منجر به کاهش آن می شود و تقریباً به خط انتقالی نزدیکتر می شود. این گرایش همچنین بر روی الگوی جریان گذرنده از الکترود نیز موثر است.

مقدار تئوری مقاومت زمین

مقادیر محاسبه شده و یا تئوری مربوط به مقاومت یک الکترود به زمین از راه دور، به دلایل زیر می تواند به طور قابل توجهی با مقدار اندازه گیری شده متفاوت باشد.
(۱) شایستگی معادلات تحلیلی مورد استفاده در محاسبه ی مقاومت
(۲) شرایط خاک در زمانی که اندازه گیری ها انجام شده اند. مقاومت های زمین نسبت به مقادیر فرض شده متفاوت می باشند.
(۳) مقادیر ناصحیح و یا ناکافی در هنگام بررسی مقاومت ویژه؛ برای مثال، تعداد و پراکندگی تست ها، فواصل میله پتانسیل و نامناسب بودن وسایل استفاده شده
(۴) وجود خاک فلز دفن شده مجاور و سیم های زمینی که ممکن است اندازه گیری جریان را بسیار منحرف کند.
به منظور کاهش منابع خطا که در ارتباط با مقاومت ویژه زمین و مقاومت آن به وجود می آیند، توصیه می شود که اندازه گیری های مقاومت و مقاومت ویژه در یک محیط مشابه از نظر شرایط محیطی و رطوبتی انجام گیرند. اگر مقادیر اندازه گیری شده به عنوان داده برای طراحی الکترود زمین به کار روند، توصیه می شود که اندازه گیری ها در شرایط مختلف آب و هوایی صورت پذیرد. این کار به طراح کمک می کند تا به منحصر به فردترین مورد، خصوصاً برای زمین های کوچکی که متاثر از تغییرات فصلی آب و هوایی می باشند، دست یابد.