محاسبه مقاومت الکترود زمین به همراه اکسل محاسبات ارت

جهت طراحی سیستم زمین برای پروژه ها استانداردهای گوناگونی وجود دارد که در تمامی این روش ها هدف، در ابتدا محاسبه مقاومت الکترود زمین و سپس کاهش مقاومت سیستم زمین می باشد. به گونه ای که مقدار آن به طور معمول در حد استاندارد، کم تر از 2 اهم قرار گیرد. مجموعه این تجهیزات، شامل میله، صفحات یا سیم های چندمفتولی مسی ارت است که به همراه سیم ارت و تمسه مسی، سیستم ارت یک پروژه را تشکیل می دهند. شرکت نیکسا برای سرعت بخشیدن به محاسبات ارتینگ پروژه شما اقدام به تهیه اکسل محاسبات ارت نموده که آن را بصورت رایگان در اختیار کارشناسان برق و علاقه مندان به این حوزه قرار داده است.

برای رسیدن به یک شبکه زمین مطلوب، این تجهیزات پس از نصب به یکدیگر متصل شده و با توجه به روش نصب و ابعاد تجهیزات، مقاومت زمین (Earth Resistance) توسط دستگاه اندازه گیری، قابل سنجش است. صرف نظر از استفاده از افزونه ها در چاه ارت جهت کاهش مقاومت زمین و  هم چنین مرطوب نگه داشتن مداوم آن با روش های گوناگون؛ در این مطلب، روش محاسبه مقاومت نهایی زمین با توجه به اطلاعات اولیه شامل ابعاد تجهیزات، روش و مکان نصب آن ها و رابطه آن ها با مقاومت نهایی، قبل از اجرای شبکه زمین در یک پروژه بررسی می شود.

1. سیم مسی ارت (Copper Earthing Wire)

سیم مسی ارت بدون روکش و مدفون در خاک سبب کاهش مقاومت شبکه زمین می شود. به طور معمول قطر این سیم، به اندازه نیمی از قطر کابل تغذیه کننده تابلو برق مرتبط در نظر گرفته می شود.

متغیرهای مهم در محاسبه مقاومت الکترود زمین با سیم مسی بدون روکش و مدفون در خاک و سپس مقاومت سیستم زمین عبارت هستند از:

• قطر سیم (D) بر حسب متر
• طول سیم استفاده شده (L) بر حسب متر
• عمق دفن سیم از سطح زمین (T) بر حسب متر
• مقاومت ویژه خاک (ρ) بر حسب اهم در متر (mΩ)

باید شرایط زیر نیز به صورت هم زمان برقرار باشند تا فرمول ارائه شده به واقعیت نزدیک تر گردد:

 

شکل (1). سیستم ارتینگ با سیم مسی بدون روکش

 

شکل (2). دیاگرام سیستم ارتینگ با سیم مسی بدون روکش

 

شکل (3). سیم مسی بدون روکش

2. میله مسی ارت (Copper Earthing Rod)

میله مسی ارت با مغز فولادی به طور معمول، جهت فرو کردن در عمق خاک استفاده می شود. به منظور افزایش کارایی میله مسی بهتر است ابتدا زمین تا عمق مشخصی گود شود و به اندازه 1.5 تا 3 متر از عمق خاک به رطوبت مطلوب رسیده باشد. سپس میله در خاک جای داده می شود. ابعاد میله ها به طور معمول با طول های 1.5 متر و قابل افزایش تا 6 متر برای اتصالات ارتباطی می باشد. متغیرهای مرتبط با محاسبه مقاومت زمین در میله ارت با مغز فولادی عبارت هستند از:

• قطر میله (D) بر حسب متر
• طول میله استفاده شده (L) بر حسب متر
• عمق دفن میله از سطح زمین (T) بر حسب متر
• مقاومت ویژه خاک (ρ) بر حسب اهم در متر (mΩ)
• تعداد میله های استفاده شده (N)

 

شکل (4). سیستم ارتینگ با میله مسی با مغز فولادی

 

شکل (5). دیاگرام سیستم ارتینگ با میله مسی با مغز فولادی

 

شکل (6). میله مسی با مغز فولادی

ویدئوهای زیر نحوه ی نصب الکترود لوله ای ( یا میله ای) را با جزئیات بیش تری نمایش می دهند:

 

ویدئو (1) نصب الکترود میله ای (Rod Electrode) قائم در چاه ارت

 

3. تسمه مسی ارت (Copper Earthing Strip)

تسمه مسی ارت مدفون در خاک می تواند جایگزین مناسبی برای سیم مسی ارت بدون روکش با هدف کاهش مقاومت در شبکه زمین باشد. پس از محاسبه سطح مقطع کابل تغذیه کننده تابلو برق صنعتی مرتبط به طور معمول نیمی از سطح مقطع کابل برای این الکترودها در نظر گرفته می شود.

متغیرهای مهم جهت محاسبه مقاومت سیستم ارتینگ با تسمه مسی ارت عبارت هستند از:

• عرض تسمه مسی (W) بر حسب متر
• ضخامت تسمه مسی (D) بر حسب متر
• طول تسمه مسی مدفون در خاک (L) بر حسب متر
• عمق دفن تسمه مسی از سطح زمین (T) بر حسب متر
• مقاومت ویژه خاک (ρ) بر حسب اهم در متر (mΩ)

باید شرایط بالا هم زمان برقرار باشند تا فرمول ارائه شده به واقعیت نزدیک گردد:

 

شکل (7). سیستم ارتینگ با تسمه مسی مدفون در خاک

 

شکل (8). دیاگرام سیستم ارتینگ با تسمه مسی مدفون در خاک

 

شکل (9). تسمه مسی نواری مدفون در خاک

 

شکل (10). تسمه مسی بافته شده مدفون در خاک

 

4. سیم چند مفتولی مسی ارت (Copper Earthing Bare Wire)

از روش های متداول در کاهش مقاومت زمین به کارگیری چاه ارت می باشد. به طور معمول می توان از سه تجهیز در چاه ارت استفاده کرد. در بخش های قبل به آیتم میله مسی با مغز فولادی اشاره شد. در این بخش سیم چندمفتولی مسی بررسی می شود. سیم چندمفتولی مسی به طور معمول از کنار هم قرار دادن متوالی سیم مسی ارت بدون روکش، در یک سطح، به شکل دایره و تشکیل یک بخش صفحه مانند و یا سیستم حلزونی حلقوی ساخته و در چاه ارت دفن می شود. به این چاه ارت، چاه ارت حلقه ای نیز گفته می‌شود. بیش تر اوقات، ارتفاع چاه ارت بین 3 تا 6 متر می باشد و باید رطوبت نسبی در تمام قسمت های این ارتفاع وجود داشته باشد. پس از آن، این سیم چندمفتولی مسی داخل چاه قرار می می گیرد.

متغیرهای مهم جهت محاسبه مقاومت زمین در سیم چندمفتولی مسی به ترتیب زیر است:

• قطر بیرونی حلقه (D) بر حسب متر
• ضخامت حلقه (W) بر حسب متر (تفاضل شعاع بیرونی و درونی)
• عمق دفن سیم چندمفتولی مسی از سطح زمین (T) بر حسب متر
• مقاومت ویژه خاک (ρ) بر حسب اهم در متر (mΩ)
• تعداد چاه ها (N)

 

شکل (11). سیستم ارتینگ با سیم چندمفتولی مسی

 

شکل (12). دیاگرام سیستم ارتینگ باسیم چندمفتولی مسی

 

شکل (13). سیم چندمفتولی مسی

 

جزئیات بیش تر در مورد “ارتینگ یا سیستم زمین”، در ویدئوی زیر قابل مشاهده است:

ویدوئو (4). چگونگی عملکرد سیستم زمین یا ارتینگ

5. صفحه مسی –دایره، مربع و یا مستطیل شکل- ارت (Copper Earthing Plate)

صفحه مسی نیز سومین تجهیز برای کاهش مقاومت زمین با دفن در عمق چاه ارت می باشد. هم چون میله و سیم چندمفتولی مسی، این صفحه نیز در اعماق  3/5 تا 6 متری از سطح زمین و دارای رطوبت مناسب، قرار می گیرد.

متغیرهای مهم جهت محاسبه مقاومت زمین در صفحه مسی به شرح زیر است:

• قطر صفحه مسی دایره (D) بر حسب متر( در صورتی که از صفحه مسی به شکل مربع استفاده می کنید مساحت مربع محاسبه شود آنگاه قطر دایره معادل این مساحت به عنوان D در نظر گرفته شود)
• عمق دفن صفحه مسی از سطح زمین (T) بر حسب متر
• مقاومت ویژه خاک (ρ) بر حسب اهم در متر (mΩ)
• تعداد چاه ها (N)

 

شکل (14). سیستم ارتینگ با صفحه مسی (دفن عمودی و افقی)

 

شکل (15). دیاگرام سیستم ارتینگ با صفحه مسی (دفن عمودی و افقی)

 

شکل (16). صفحه مسی (دفن عمودی و افقی)

 

ویدئوی زیر نحوه ی نصب الکترود صفحه ای (عمودی) را با جزئیات بیش تری نمایش می دهد:

مقدار مقاومت ویژه خاک (ρ) بر حسب اهم در متر (mΩ) در فرمول های بالا را می توان بر اساس جنس خاک، از جدول مقاومت ویژه خاک زیر به دست آورد:

 

پس از محاسبه تمامی مقاومت های زمین بر اساس تجهیزات استفاده شده، مقاومت معادل کل برای شبکه زمین برابر است با موازی کردن کلیه این مقاومت ها (این مقاومت می بایست از میزان استاندارد مورد نظر کم تر و یا با آن برابر باشد):

دانلود رایگان اکسل محاسبات ارت

به جهت سهولت در امر محاسبات مقاومت زمین؛ ماشین (حساب) محاسبات سیستم زمین طراحی و در بخش دانلود سایت قرار داده شده است…

 

فضای محاسباتی ماشین حساب تخصصی محاسبه مقاومت در سیستم زمین (ارتینگ)

 

سخن پایانی

در این مقاله فرمول محاسبه الکترود زمین برای هر کدام از انواع الکترود‌های زمین مانند الکترود‌های میله‌ای، الکترود‌های صفحه‌ای و …را بیان کردیم و در انتها به معرفی اکسل محاسبات ارت تهیه شده توسط شرکت نیکسا پرداختیم. لازم به ذکر است که این فایل بصورت رایگان در اختیار شما قرار داده شده است. همان طور که گفتیم سیستم ارتینگ متشکل شده از چاه ارت و سیم متصل به چاه می‌باشد و وظیفه انتقال هرگونه جریان الکتریکی وارد شده به زمین را برعهده دارد. در صورتی که بدنه تمام دستگاه برقی، شامل دستگاه صنعتی، خانگی و … همبندی شده و به سیستم زمین متصل کنیم سیستم ارتینگ را به وجود آورده ایم. با اجرای این سیستم اگر مدار الکتریکی مورد نظر دچار نشتی شود، این نشتی جریان از طریق سیم ارت به زمین منتقل شده و از برق گرفتگی و اتصالی کردن دستگاه جلوگیری می‌کند. در ساخت تابلو برق باید به زمین کردن آن حتما توجه شود تا از دستگاه های نصب شده در تابلو برق صنعتی محافظت کنیم.