سیستم زمین در ایستگاه های مخابراتی

شرکت آموج فرآیند – دریچه بازدید – چاه ارت

(Earth-termination system) سیستم زمین در ایستگاه های مخابراتی

پايانه زمين یا سیستم زمین جريان صاعقه را به زمين تخليه نموده و با هم پتانسيل كردن زمين اختلاف ولتاژهاي خطرناك (ولتاژ گام) را محدود مينمايد. با توجه به اينكه جريان صاعقه شامل فركانس هاي بالا هم يباشد از اين رو شكل و ابعاد اين سيستم براي هدايت صاعقه به زمين اهميت بالايي دارد.

سيستم اتصال به زمين (براي كاربردهاي مختلف) مي بايست يكپارچه باشد.

تبصره – در صورتي كه مواد به كار رفته در سيستم زمين غير هم جنس باشند ممكن است محل اتصال دچار پوسيدگي شود؛ از اين رو اتصال مستقيم مس به آهن گالوانيزه مجاز نيست. براي اطلاع از اتصالات مجاز و غير مجاز به استاندارد IEC62305 مراجعه شود .

انواع سيستم هاي اتصال به زمين (پايانه هاي زميني)

بر اساس استاندارد IEC62305 پايانه زمين (براي دفع جريان صاعقه) با دو آرايش A و B طراحي و اجرا می گردد. در آرايش A هريك از هادي هاي مياني به پايانه زميني مستقل متصل مي شوند( رينگ اجرا نمي شود)؛ اين آرايش براي دفع جريان صاعقه مراكز و ايستگاه هاي مخابراتي كاربرد ندارد.

سيستم هاي پايانه زميني منفرد كه معموًلاً براي كاهش مقاومت اتصال به زمين اجرا ميگردند( مانند چاه زمين) بايد با سيستم اصلي زمين همبند شود.

1- روش احداث سيستم اتصال به زمين، مدلType B arrangement) ^B)

1- 1- الزامات كلي

1- 1- 1- در فاصله يك متري اطراف هر ساختمان و دكل مخابراتي بايد يك هادي فلزي

(كابل يا تسمه) در عمق 50 سانتیمتری از سطح خاك دفن شود.

1- 1- 2- در حالت كلي هادي هاي افقي بايد حداقل در عمق 50سانتی متری از سطح خاك دفن شوند

(عمق دفن هادي هاي افقي متناسب با افزايش عمق يخ زدگي و كاهش رطوبت خاك افزايش مي يابد).

1- 1- 3- رينگ گراند بايد حداقل 80 درصد محيط اطراف سازه را پوشش دهد.

1- 1- 4- ممكن است هاديهاي عمودي يا افقي ديگري به رينگ اصلي اضافه شوند.

1- 1- 5- در صورت وجود بيش از يك رينگ دفني، هر يك از رينگها بايد حداقل در دونقطه با رينگ دفني مجاور خود همبند شوند.

1- 1- 6- تمام الكترودهاي زمين بايد (حداقل در عمق 50 سانتی متری سطح خاك) به يكديگر متصل شوند.

1- 1- 7- مقاومت اتصال به زمين بايد تا حد امكان تثبيت شده باشد (در تمام مدت كاركرد از حد معيني بيشتر نشود).

1- 2- شعاع رينگ گراند

شعاع رينگ گراند از شكل صفحه بعد و معادلات آن بدست ميآيد.

1- 2- 1- در صورتي كه r_e (شعاع متوسط رينگ گراند دور ساختمان) بزرگتر از ₁ℓ(حداقل شعاع رينگ گراند) باشد؛ براي دفع جريان صاعقه نيازي به اضافه نمودن هاديهاي عمودي يا افقي به رينگ گراند اطراف نيست.

r_e≥ℓ₁

تذكر: براي سيستم هاي كلاس LPS) IV) در صورتي كه شعاع رينگ اصلي (كه در فاصله يك متري

اطراف سازه احداث مي شود) بيش از پنج متر باشد نيازي به اضافه نمودن هادي هاي عمودي يا افقي نيست.

1- 2- 2- در صورتي كه اين شرط برقرار نباشد در انتهاي هر هادي مياني (هادي پايين برنده جريان صاعقه) هادي افقي به طول l_r يا هادي عمودي با طول l_v اضافه گردد.

lr= ℓ1- re l_v=[(ℓ₁– r_e)/2 ]-1

حداقل مقدار ₁ℓ متناسب با مقاومت مخصوص خاك و كلاسهاي LPS

تذكر: در صورت نياز به توسعه سيستم اتصال به زمين (نوع B) به ازاء هر هادي مياني مي توان از تركيب يك هادي افقي به همراه يك هادي عمودي در انتهاي آن، يا يك هادي افقي يا يك هادي عمودي كه مستقيماً به رينگ متصل ميشود استفاده نمود.

سيستم اتصال به زمين، مدل B

– 2- احداث سيستم اتصال به زمين مدل A

2- 1- الزامات كلي

عموماً چاه زمين به عنوان سيستم منفرد اتصال به زمين مورد استفاده قرار ميگيرد. اين سيستم براي دفع صاعقه در ساختمان هاي مخابراتي توصيه نميشود ولي درصورتي كه پس از اجراي سيستم نوع B مقاومت اتصال در حد مطلوب نباشد، مي توان با افزودن چاه زمين به سيستم اصلي مقاومت اتصال به زمين را بهبود داد .

چاه زمين مي تواند به صورت مجموعه چاهها اجرا شود. در اين صورت براي بهبود كارآيي آنها لازم است فاصله دو چاه بيش از دو برابر عمق چاه باشد.

در صورت تاسيس چاه گراند براي ايستگاه ها و مراكز مخابراتي تعداد اين چاهها بايد بيشتر از يك عدد باشد.

2- 2- روش احداث

الكترود را به صورت قائم در عمقي از زمين دفن ميكنيم كه نمناك باشد.

در صورتي كه مقاومت ويژه خاك زياد باشد مي توان اطراف صفحه دفن شده (و در صورت لزوم كابل) را با موادي كه مقاومت مخصوص آن پايين است مانند بنتونيت، مواد کاهنده مقاومت زمین ، بتن يا بتن مخصوص (كاندوكريت) پر كرد. با توجه به اين كه حجم بنتونيت در صورت از دست دادن آب كم شده از كابل يا صفحه جدا ميگردد؛ نياز است خصوصاً در فصل هاي خشك سال به آن رسيدگي و در صورت نياز آب اضافه شود.

براي مناطق صخره اي استفاده از بتن يا بتن مخصوص مناسبتر است.

23- محاسبه مقاومت الكترود دفني مقاومت تقريبي يك الكترود صفحه اي از رابطه زير قابل محاسبه مي باشد.

در آن

ρ= مقاومت ويژه خاك به اهم متر A= سطح مقطع يك طرف الكترود دفن شده به متر مربع R=مقاومت الكترود صفحه اي به اهم متر

3/14 =П

مقاومت كل برابر است با مقاومت صفحه دفن شده به موازات مقاومت سيم مسي متصل به صفحه.

مقاومت سيم يا هر الكترود قائم ديگر (مانند Rod) از رابطه زير بدست ميآيد:

كه در آن

ρ= مقاومت ويژه خاك برحسب اهم متر d = قطر الكترود برحسب متر L= طول الكترود كوبيده شده بر حسب متر

3/14 =П

تذكر: براي اطلاعات بيشتر به كتاب”راهنماي طرح و اجراي تاسيسات برقي ساختمان ها، دفتر تدوين و ترويج مقررات ملي ساختمان” مراجعه نماييد.

4- الزامات اجرايي سيستم زمين

4-1- تمام هاديهاي پايين برنده جريان صاعقه با استفاده از جوش احتراقی به شبكه زمين متصل شوند.

4-2- تمام پايه هاي دكل با كابل سطح مقطع 50 میلی متر مربع به شبكه زمين متصل شوند (كابل ها به وسيله بست پرسي به بدنه دكل و با جوش احتراقی به رينگ دكل متصل شوند).

4-3- پايه تمام كابل هاي مهاري دكل با كابل سطع مقطع 50 میلی متر مربع به شبكه زمين متصل شوند (كابل ها به وسيله اتصالات باز شونده به كابل مهاري و با جوش ايزوترميك به شبكه زمين متصل شوند).

4-4- هر هادي سيستم اتصال به زمين، كه براي توسعه به رينگ دفني افزوده مي شود با استفاده از جوش ايزوترميك به رينگ و هادي مياني متصل شود.

4-5- در تمام ساختمان هايي كه احداث مي شوند، رينگ دفني حداقل هر 51 متر به اجزاء فلزي داخل فوندانسيون ساختمان متصل شود.

4-6- درصورتي كه از Rod (هادي عمودي) براي افزايش كارآيي سيستم زمين استفاده ميشود؛ حالت بهينه زماني اتفاق مي افتد كه فاصله دو Rod بيش از دو برابر طول Rod باشد.

4-7- پس از اجراي گراند بايد نقشه وضعيت اجرا شده (As built map) تهيه و به واحدهاي مربوطه ارائه شود.

5- مقدار مجاز مقاومت الكتريكي سيستم اتصال به زمين

براي هدايت جريان صاعقه به زمين مقاومت كمتر از 10 اهم مورد تاييد است. ولي با توجه به اين كه مقاومت اتصال به زمين مورد نياز سيستمهاي مخابراتي كمتر از اين مقدار است، حداكثر مقاومت مجاز كل سيستم زمين به شرح جدول زير ميباشد.

مقاومت مجاز سيستم زمين	وضعيت نقطه
حداكثر نيم اهم	مراكز مخابراتي (SC ها وPC ها)
حداكثر سه اهم	ايستگاه هاي مخابراتي

5- 1- در صورتي كه پس از احداث رينگ گراند مقدار مقاومت اتصال به زمين در حد مجاز نبود مقاومت شبكه مذكور بايد با افزودن Rod، صفحه مسي، كابل دفني و غيره به رينگ اصلي اصلاح شود.

5- 2- درصورت نياز به استفاده از مواد كاهنده، استفاده از اين مواد با نظر طراح بلامانع است

(پيشنهاد مي شود در زمين هاي خشك از بنتونيت استفاده نگردد).

5- 3- درصورتي كه اين مقاومت اتصال، قابل تامين نبود. با تاييد رسمي متقاضيان سيستم گراند می توان مقدار مقاومت اتصال ديگري را تامين نمود.

6- اندازه گيري مقاومت الكتريكي سيستم اتصال به زمين

براي اندازه گيري سيستم گراند بايد از دستگاههاي اندازه گيري چهار ترمينالي ديجيتال استفاده شود.

اندازه گيري سيستم زمين نياز به تجربه كار با دستگاه اندازه گيري و شناخت از محل اندازه گيري دارد.

براي اطلاعات تكميلي در خصوص اندازه گيري سيستم زمين به استاندارد IEEE81 مراجعه نماييد.

6- 1- روش خطي اندازه گيري مقاومت سيستم زمين

6- 1- 1- سرسيم اندازه گيري را به نقطه اي كه مقدار مقاومت (اتصال به زمين) آن مد نظر است وصل نماييد.

6- 1- 2- سمت ديگر اين سرسيم را به ترمينال مربوطه روي دستگاه (ترمينال ESوE) متصل كنيد.

6- 1- 3- دستگاه را در وضعيت اندازه گيري مقاومت اتصال به زمين (يك نقطه) قرار دهيد

(كليدESوE را در وضعيت وصل قرار دهيد).

6- 1- 4- اولين ميله تست را در فاصله 20 متري از محل اندازه گيري و در زمين بكر بكوبيد (حداقل بايد 20 سانتيمتر از ميله تست داخل زمين فرو رود).

6- 1- 5- ميله تست دوم را به فاصله 20 متري ميله تست و 40 متري از محل اندازهگيري (مشابه ميله اول) در زمين بكوبيد به نحوي كه هر سه نقطه در يك امتداد قرار گيرند.

6- 1- 6- سر ميله هاي تست را با استفاده از سيم مسي به دستگاه اندازه گيري متصل نماييد (ميله نزديك تر به محل اندازه گيري را به ترمينال S و ميله دورتر را به ترمينال H متصل نماييد).

6- 1- 7- پس از فشردن كليد دستگاه مقدار مقاومت را مشاهده و ثبت نماييد.

6- 1- 8- اين عمل را در جهات مختلف و با جابجايي ميله ها تكرار نماييد. در صورتي كه اعداد بدست آمده مشابه هم باشند. مقدار قرائت شده مقدار مقاومت زمين است.

6- 2- روش اندازه گيري مثلث متساوي الاضلاع

اين روش براي اندازه گيري مقاومت اتصال به زمين در محل هايي كه فضا براي كوبيدن ميله ها محدود است ،استفاده مي شود .

6-2- 1- ميل ههاي تست را مشابه روش اندازه گيري خطي در زمين بكوبيد.

6-2- 2- ميله اول و دوم به فاصله 02 متري از محل اندازه به نحوي بكوبيد كه فاصله ميله ها از يكديگر و همچنين از محل اندازه گيري02 متر باشد (ميل هها و محل اندازه گيري تشكيل يك مثلث متساوي الاضلاع بدهند).

6-2- 3- سرسيم مرجع را به ترمينال مربوطه روي دستگاه (ترمينال ESوE) متصل كنيد.

6-2- 4- دستگاه را در وضعيت اندازه گيري مقاومت اتصال به زمين (يك نقطه) قرار دهيد (كليدESوE را در وضعيت وصل قرار دهيد).

6-2- 5- سر ميله هاي تست را با استفاده از كابل به دستگاه اندازه گيري متصل نماييد (يكي از ميله ها را به ترمينال S و ميله ديگر را به ترمينال H متصل نماييد).