۱- مقدمه :
شبکه های هوائی خطوط انتقال انرژی به دلیل گستردگی و داشتن طول زیاد بالاجبار از مناطق مختلفی عبور نموده و همواره در معرض عوامل جوی و از جمله مهمترین آنها اصابت صاعقه قرار دارند . از جانب دیگر به دلیل ارتفاع نسبتاً بلند برجها و هادی بودن کل سیستم ، نسبت به اغلب تأسیسات و عوارض مجاور خود جهت برخورد صاعقه مستعدتر می باشند .
در صورت اصابت صاعقه به برج و بالا بودن مقاومت پای زمین برجها و در نتیجه عدم تخلیه انرژی موج حاصل از صاعقه ، ولتاژ نوک کراس آرمها بالا رفته و در صورت رسیدن به ولتاژ شکست عایقی زنجیره مقره منجر به شکست ایزولاسیون و تشکیل یک کانال یونیزه هادی بین هادی و برج خواهد شد . با تشکیل کانال یونیزه فوق بین هادی و برج و ایجاد ارتباط الکتریکی بین آنها نیز قوس الکتریکی ( ARC ) تولید می گردد .
قوس اخیر که به آن قوس برگشتی ( B.F.O ) می گویند بسیار خطرناک بوده و منجر به بروز اتصالی فرکانس ۵۰ و عمل کلیدها خواهد گردید و در نتیجه خط بدون برق خواهد شد . لذا بایستی حتی الامکان از بروز چنین حالتی در شبکه انتقال ممانعت بعمل آورده و یا احتمال بروز آن را بسیار کاهش داد .
یکی از عملی ترین راهها برای اینکار کاهش مقاومت پای برجها می باشد تا بدینوسیله مسیری مناسب جهت تخلیه انرژی موج صاعقه به زمین فراهم گردد .
۲- روشهای کاهش مقاومت الکتریکی زمین :
برای کاهش مقاومت زمین پای برجها و رساندن آن به مقدار مناسب روشهای مختلفی وجود دارد . روش مناسب برای کاهش مقاومت زمین برحسب شرایط غرافیائی محل و مشخصات زمین و خاک در آن منطقه متفاوت می باشد . بعنوان مثال روشی که در یک نقطه برای کاهش مقاومت زمین بعنوان بهترین روش محسوب می گردد ممکن است برای زمین مجاور آن بهترین روش نباشد . به همین دلیل طرق گوناگونی برای این کار بوجود آمده که برحسب شرایط زمین مورد استفاده قرار می گیرند .
شاید بتوان گفت معمولترین روش که در آن مسائل اقتصادی نیز لحاظ شده روشی است که در آن از میله های چند تکه به صورت عمقی استفاده می شود . در ادامه روش مذکور و چند روش متداول دیگر توضیح داده می شود .
بطور کلی جهت کاهش مقاومت الکتریکی زمین می توان یکی از روشها و یا ترکیبی از چند روش زیر را بکار برد :
۱-استفاده از میله های بلند عمودی و کوبیدن آنها در زمین .
۲-استفاده از الکترودهای موازی ( اتصال زمین چند میله ای ) .
۳-نصب میله های افقی در زمین .
۴-خواباندن سیم زمین و یا تسمه زمین کننده در عمق خاک .
۵-قراردادن صفحات فلزی زیرزمین .
۶-استفاده از مواد شیمیایی .
از میان روشهای ارائه شده تنها دو روش کوبیدن میله و خواباندن سیم زمین و یا ترکیبی از این دو روش جهت کاهش مقاومت پای برجهای انتقال مورد استقبال و توجه قرار گرفته و در کشور ما نیز از روشهای فوق برای اینکار استفاده می شود .
۲-۱- کوبیدن میله ( Ground Rod ) :
میله های زمین معمولاً از جنس فولاد با روکش مس می باشند . فولاد به جهت افزایش استقامت و پوشش مس به جهت هدایت بهتر استفاده شده است . سایر مشخصات میله های مورد استفاده به قرار زیرند :
طول میله حدود ( ۳- ۵/۱ ) متر .
قطر میله ها در حدود ( ۳-۲۵/۱ ) سانتی متر .
و میزان پوشش مس آنها در حدود ۳۰۰ میکرون می باشد .
مقاومت سیستم زمین پس از کوبیدن یک میله به طول L و شعاع a از رابطه زیر بدست می آید :
که در آن :
: مقاومت مخصوص خاک برحسب
L : طول میله زمین برحسب (m)
و a : شعاع میله برحسب (m) می باشد .
۲-۲- خوابانیدن سیم زمین ( Counter Poise ) :
در مواردی که جنس زمین سخت و خاک بسیار محکم باشد ، کوبیدن میله عملی نیست . در چنین مواقعی یکی از روشهای کاهش مقاومت زمین پای برجها ، روش کانترپویز می باشد .
در این روش یک یا چند سیم زمین که از یک طرف به بدنه برج متصل گردیده در امتداد مسیر خط و یا با زاویه ای نسبت به امتداد خط در زیرزمین قرار می گیرد و در نتیجه سطح تماس برج با زمین را افزایش داده و مقاومت پایه کاهش می یابد .
به سیمهای فوق که در زیر خاک به صورت طولی قرار می گیرند کانترپویز گویند .
در انتخاب کانترپویز بایستی دو عامل زیر را در نظر گرفت :
۱-امپدانس مشخصه
۲-مقاومت نفوذی
بدین معنی که در لحظات اولیه عبور موج ، سیم کانترپویز دارای امپدانس موجی زیادی بوده که مقدار آن بستگی به جنس خاک دارد و در حدود (۲۰۰-۱۵۰) اهم می باشد . پس از زمانی کوتاه این امپدانس کاهش یافته و برابر با مقاومت نفوذی سیم نسبت به زمین می گردد .
این زمان بستگی به طول سیم کانترپویز و سرعت انتشار موج دارد .
اگر بجای یک سیم از چند سیم استفاده شود امپدانس گذرا سریعتر کاهش خواهد یافت و زودتر به مقدار پایدار خود می رسد . بنابراین بهتر است بجای یک سیم طویل از چند سیم کوتاهتر و به صورت شعاعی استفاده نمود . بعنوان مثال برای یک سیم کانترپویز بطول ۳۰۰ متر ، چنانچه طول سیم یک چهارم مقدار فوق انتخاب پس از ۵/۱ میکروثانیه امپدانس سیم به مقاومت نفوذی می رسد . پس بهتر است از چهار سیم کانترپویز استفاده شود که در این صورت امپدانس موجی ۵/۳۷ اهم خواهد شد و امپدانس سیم پس از ۵/۱ میکروثانیه به مقاومت نفوذی خواهد رسید .
نکته دیگر در انتخاب کانترپویز این است که مقاومت نفوذی آن کمتر از امپدانس موج ضربه باشد . در غیر اینصورت موج انعکاس یافته و باعث می گردد مقاومت پایه بجای کاسته شدن افزایش یابد .
عمقی که سیم کانترپویز در زمین قرار می گیرد ، تأثیر چندانی در مقاومت پایه ندارد و تنها کافیست سیم را در عمقی قرار داد که از دسترس دور باشد و خصوصاً در زمینهای زراعی ، ماشین آلات کشاورزی به هنگام شخم زمین باعث خارج شدن آن از زمین نگردند .
در این روش سیمهای مسی رشته ای و یا فولاد با روکش مس را با فرمهای مختلف در اطراف پایه ها و در عمق کمی دفن می نمایند . مقاومت یک سیم به طول L و قطر d که در عمق h متری از سطح زمین دفن گردیده از رابطه زیر بدست می آید :
در رابطه فوق مقاومت مخصوص خاک برحسب بوده و هدف کاهش آن تا مقداری مناسب می باشد .
اگر بجای یک سیم از دو یا چهار سیم استفاده شود . مقاومت نهایی به صورت زیر تغییر خواهد نمود :
– اگر از دو سیم استفاده شود :
– اگر از چهار سیم استفاده شود
۲-۳- روش ترکیبی :
در صورت بالا بودن مقاومت زمین ممکن است لازم شود از ترکیب روشهای فوق یعنی خواباندن سیم و کوبیدن میله استفاده شود . بطوری که اگر مقاومت نهائی حاصل از کوبیدن میله ها و مقاومت نهایی حاصل از خواباندن سیم باشد مقاومت کل مجموعه به صورت زیر قابل محاسبه است .
۲-۴- اتصال برجها به یکدیگر :
گاهی علاوه بر روشهای فوق از اتصال برجها به یکدیگر نیز استفاده می شود که این عمل بخاطر پر هزینه بودن در کشور ما اجرا نمی گردد .
منبع: http://reza-karaji.blogfa.com