Tel: 021 3390 3552 , 021 3390 1804
آخرین مقاله ها در سایت

اندازه گیری شدت جریان

491-3 شرح آزمون

491-3-1- اندازه گیری شدت جریان

     شدت جریان IT که مدار آن از طریق منبع تغذیه، الکترود کمکی  ، جرم زمین و سپس الکترودهای اصلی T و الکترود کمکی   بسته می شود، اندازه گیری می گردد. بدیهی است که شدت جریان اندازه گیری شده تماماً از الکترود T عبور نمی کند بلکه مقداری از ان از راه الکترود    بسته می شود، اما به علت امپدانس بسیار بزرگ ولتمتر و مقاومت نسبتاً بزرگ الکترود  نسبت به جرم کلی زمین ، جریانی که از شاخه ولتمتر عبور می کند، یعنی شدت جریان  نسبت به شدت جریان ، بسیار کوچک و قابل صرفنظر کردن است. درباره دقتهای اندازه گیری بعداً صحبت خواهد شد ولی در اینجا باید گفته شود که تفاوت جریان نشان داده شده بوسیله آمپر متر) (IT=  و جریانی که از الکترود اصلی T عبور می کند ،نسبت به سایر عوامل تاثیر کمتری در دقت اندازه گیری دارد.

491-3-2- اندازه گیری اختلاف پتانسیل

        دقت در اندازه گیری ولتاژ دو سر الکترود T ، عاملی است که موفقیت در کل اندازه گیری را تضمین می کند. بدیهی است که برای اندازه گیری ولتاژ در دو سر مقاومت الکترود T باید هر دو سر آن در دسترس باشد در صورتی که طبق صحبتهای قبلی، یکی از دو سر مقاومت به جایی بنام “جرم کلی زمین” وصل می باشد که نمی توان محدوده مشخصی را برای انمعین نمود و تنها راه” دسترسی” به آن، استفاده از یک الکترود زمین دیگر است. مسئله ممکن است قدری عجیب و باورنکردنی به نظر آید ولی پس از پایان بحث مشاهده خواهد شد که نتیجه بدست آمده از اندازه گیری قابل قبول می باشد. الکترود کمکی مورد بحث، همان الکترود  در شکل 491-1 است.

با توجه به شکل، اگر دسترسی به نقطه B ممکن می بود، مقداری را که ولت متر نشان می داد مقدار مورد نظر بوده و نتیجه با بالاترین دقت به دست می امد ( حالت وصل شدن ولتمتر به انتهای B از مقاومت الکترود ) .اما نظر به اینکه این کار میسر نمی باشد. اتصال به نقطه B از طریق مقاومت الکترود  انجام می شود(حالت وصل شدن ولتمتر به انتهای  از مقاومت الکترود ). در این وضعیت، ولتاژیرا که ولتمتر اندازه گیری می کند کمی کمتر از ولتاژ مورد نظر است یعنی ولتاژ بین نقاط A و  به جای ولتاژ دو نقطه A و B .

مقدار اشتباه بستگی به مقدار امپدانس خود ولتمتر (امپدانس داخلی دستگاه ولتمتر) و مقدار مقاومت الکترود کمکی  دارد. در شکل 491-1 (3) اگر مقاومت ولتمتر برابر   و مقاومت الکترود کمکی  برابر  باشد، ولتاژی که یافتن مقدار آن مورد نظر است برابر )   خواهد شد.در حالی که ولتاژی که در واقعیت اندازه گیری می شود، برابر است با. اشتباه اندازه گیری نسبت به مقدار اندازه گیری شده به در صد عبارت خواهد بود از:

نتیجه محاسبات این اسن که در صد اشتباه بستگی به نسبت دو مقاومت   دارد و هر چه مقدار مقاومت  کوچکتر و مقدار مقاومت  بزرگترباشد در صد تفاوت کوچکتر و نتیجه گیری یعنی مقدار UV به Ut    نزدیکتر خواهد شد.

در عمل دستیابی به مقداری کوچک برای مقاومت  ممکن نیست ولی می توان ولتمترهایی را با مقاومت داخلی زیاد بدست آورد(بند 491-2 هم دیده شود) . اگر فرض کنیم حداکثر  برابر 3000 اهم باشد و مقاومت ولتمتر نیز 44 کیلواهم باشد، در صد خطا برابر خواهد بود با:                                                       

 و اگر فرض کنیم حداکثر مقاومت  برابر 1000 اهم و مقاومت RV هم برابر 20 کیلو اهم باشد، دقت اندازه گیری برابر 5% خواهد بود.

491-4- رعایت نکات عملی برای انجام یک آزمون دقیق

      در دقت اندازه گیری مقاومت یک الکترود، سه مسئله نقش عمده دارند:

  • حوزه ولتاژ الکترودها؛
  • شدت جریانهای سرگردان؛
  • مقاومت الکترودهای کمکی؛

491-4-4- مقاومتهای الکترودهای کمکی

      از شکل 491-1، نتیجه گیری می شود که مقاومت الکترودهای T و  ، تعیین کننده توان تراسفورماتور یا ژنراتور یا هر نوع منبع دیگری است که جریان مورد نیاز را تامین می کند. از دو مقاومت سری T و ، مقاومت  تعیین کننده است زیرا معمولاً خیلی بزرگتر از مقاومت T می باشد. مقاومت  بستگی به مقاومت ویژه خاک اطراف و ابعاد ان دارد. مقاومت ویژه خاک را نمی توان تغییر داد و ابعاد الکترود نیز به دلایل عملی نمی تواند زیاد بزرگ باشد. سازندگان وسائل اندازه گیری تجارتی برای مقاومت زمین، معمولا حداکثر مقاومت قابل قبول برای الکترودهای کمکی درباره نقش مقاومت الکترود کمکی  ، لازم است به بند 491-3-2 مراجعه شود.

491 -4-1- حوزه ولتاژ الکترودها

       طبق شرحی که گذشت، با توجه به ساده بودن اساس آزمون ممکن است این تصور پیش آید که انجام عملی آن هم ساده است که اینطور نیست. مسئله عمده ای که انجام آزمون را با اشکال و دشواری مواجه می سازد، قرار گرفتن الکترودها در “حوزه ولتاژ” یکدیگر است (بند 480-1 را ببینید). بر اساس تجربه، در شرایط عادی برای اینکه دو الکترود در خارج از حوزه ولتاژ یکدیگر قرار گیرند فاصله آنها از هم باید 15 تا 25 متر یا بیشتر باشد (این فاصله در اصل بستگی به مقاومت ویژه خاک دارد) اما مسائل مختلفی ممکن است شرایط استثنایی را نتوان به حساب آورد لااقل شناخت آنها ممکن است به تصمیم گیری صحیح در مراحل بعدی کمک کند. این اشکالات را می توان به ترتیب زیر فهرست نمود:

  • نزدیک الکترود اصلی و یک یا هر دو الکترود فرعی یا جسم هادی در زیر زمین(مثلاً لوله کشی فلزی)؛
  • بالا بودن مقاومت ویژه خاک در منطقه(شن و یا صخره)؛
  • متغیر بودن لایه بندی زمین در منطقه؛
  • گسترده بودن الکترود اصلی(مانند حالتی که در نیروگاهها و پستهای اصلی وجود دارد)؛
  • اشکال در فراهم کردن فضای کافی برای ایجاد فاصله لازم (انجام اندازه گیری در خیابانهای آسفالته و مناطقی که از نظر نصب الکترودهای کمکی با مشکل روبرو می باشند).

پس از استقرار الکترود کمکی  در فاصله 30 تا 50 متری از الکترود اصلی  T  و استقرا ر الکترود کمکی  در وسط الکترود های T و  ، اندازه گیری شدت جریان و ولتاژ انجام و مقاومت محاسبه می شود. سپس الکترود کمکی  از محل خود در وسط دو الکترود دیگر یک بار به فاصله حدود 6 متر به سمت الکترود T  و بار دیگر حدود 6 متر به سمت الکترود  تغییر مکان داده می شود و هر بار یک اندازه گیری و محاسبه مقاومت انجام می گیرد. اگر تفاوت چشمگیری بین سه اندازه گیری وجود نداشته باشد و مقادیر بدست آمده در یک ردیف و در حدود دقت لازم باشند، میانگین انها به عنوان مقاومت الکترود T  انتخاب می شود. اما اگر تفاوت زیاد باشد، الکترود به اندازه دلخواه به فاصلهای دورتر از الکترود T منتقل و مستقر می شود و الکترود  مانند قبل در وسط قرار داده شده و بقیه عملیات تکرار می شود. اگر باز هم نتیجه مطلوب به دست نیامد، کل روش برای فاصله ای بیشتر بین الکترود های T و  ، از نو تکرار می شود. اما معمول این است که پس از یک بار دورتر کردن الکترودها اگر نتیجه مطلوب بدست نیاید، اقدام به تهیه منحنی تغییرات ولتاژ نسبت به فاصله می شود.

 491-4-2- منحنی تغییرات ولتاژ نسبت به فاصله

        تهیه منحنی تغییرات ولتاژ نسبت به فاصله معمولاً هنگامی لازم می شود که الکترود زمین از نوع گسترده بوده و مقاومت ان هم حدود یک اهم یا کمتر باشد.

نحوه کار در شکل 491-2 نشان داده شده است. الکترود  در فاصله زیادی (چند صد متر) از الکترود T نصب می شود و الکترود  از نزدیکیهای الکترود T و به ترتیب با فواصل معین، به سمت الکترود حرکت داده می شود . در هر بار تغییر مکان الکترود ، ولتاژ آن اندازه گیری شده و بر محور مختصات نسبت به فاصله دو الکترود T و  منتقل می شوند و سرانجام با وصل کردن نقاط بدست آمده از اندازه گیریها، منحنی ولتاژ نسبت به فاصله بدست می آید. اگر منخنی بدست امده دارای منطقه ای باشد که نسبت به محور طولها تقریباً موازی است (در نقطه عطف منحنی)، مقاومت همین منطقه عدد مورد نظر می باشد. ولی اگر چنین منطقه ای در منحنی وجود نداشت، معلوم می شود الکترودها هنوز در حوزه ولتاژ همدیگر می باشند و لذا آزمون باید برای فاصله بیشتری بین الکترودهای   وT تکرار شود تا وقتی که یک قسمت تقریباً افقی در منحنی ظاهر شود.

بطوری که در شکل 2-491 دیده می شود، منحنی 1 برای فاصله ای بین دو الکترود T و    کشیده شده است که الکترودها در حوزه ولتاژ یا حوزه مقاومت همدیگر قرار دارند (مماس بر منحنی در نقطه عطف، افقی نیست) در حالی که در منحنی 2 قسمت افقی وجود دارد و لذا نقطه عطف مقدار مقاومت الکترود T را بدست خواهد داد.

از مطالب بالا و شکل 249-2 ممکن است این نتیجه گیری بعمل آید که نقطه مورد جستجو در حوالی وسط منحنی قرار دارد. چنین نتیجه گیری خلاف واقعیت خواهد بود. به عنوان مثال در یک مورد واقعی که اندازه گیری مقاومت الکترود زمین یک پست مورد نظر بود و مقدار آن پس از اندازه گیریهای متعدد 045، 0 اهم بدست آمد، لازم شد فاصله بین الکترودهای T و  حدود 750 متر انتخاب شود و در این حالت محل نقطه عطف و قسمت افقی منحنی، در فاصله ای حدود 60 تا 110 متری از مرز الکترود اصلی قرار داشت.

شکل 491-2 منحنی تغییرات ولتاژ الکترود  نسبت به فاصله بین الکترودهای T و یاد آوری می کند که الکترودهای با مقاومت کم دارای حوزه ولتاژ محدود و بر عکس الکترودهای با مقاومت زیاد دارای حوزه ولتاژ وسیع می باشند، به همین دلیل در مثال بالا، قسمت افقی منحنی خیلی نزدیکتر به الکترود دارای مقاومت کم (T) است.

491-4-3- جریانهای سرگردان در زمین

       گفتیم که زمین الکترولیت است و اتفاقاتی که در آن می افتد جنبه الکترو شیمیایی دارد. به این معنی که وجود الکترودهای مختلف در زمین سبب جاری شدن جریانهای مستقیم- هر چند کوچک- می شود. عبور جریانهای متناوب از مسیرالکترودهای کمکی و الکترود اصلی هم سبب می شوند که در قرائت مقادیر اندازه گیری شده، اشتباه وارد شود. اثر جریانهای متناوب و هارمونیکهای آن با جریان مستقیم هنگامی نمایان تر است که راه آهن برقی در منطقه وجود داشته باشد.

تا این جا، روش اندازه گیری مقاومت زمین با استفاده از یک منبع به شکل تراسفورماتور جداکننده که ازشبکه توزیع تغذیه می شود انجام شده است تا خواننده سادگی اساساندازه گیری را مد نظر داشته و حتی اقدام به ساختن دستگاه اندازه گیری خود کند.

برای رفع اثر جریانهای سرگردان، بهترین روش استفاده از یک منبع تغذیه با فرکانسی غیر از 50 هرتز است و در عمل بهترین نتیجه با فرکانسهای 60 تا 90 هرتز بدست می آید. یکی از راههای این کار استفاده از ژنراتور دستی مشابه دستگاه Megger است که مجهز به دستگاههای یکسو کننده دوار (یا مدار الکترونیکی معادل آن)، چه در مدار جریان و چه در مدار ولتاژ، است. با این کار اندازه گیری شدت جریان و ولتاژ منحصر به جریانی می شود که زنراتور دستی تولید می کند و فقط نسبت به آن واکنش نشان می دهد. با چرخاندن دسته زنراتور کمی تندتر یا کندتر، حالتی ایجاد می شود که عقربه وسیله اندازه گیری ساکن شده و هیچ پرش یا تغییری در آن مشاهده نمی شود. در این حالت است که اندازه گیری صحیح انجام می گیرد. در شکل 491-3 طرحواره یکی از وسایل مورد بحث که مستقیماً مقاومت را اندازه گیری می کند، نشان داده شده است. برای اطلاعات بیشتر، مراجع سازندگان دیده شوند.

شکل 491-3 مدار یکی از وسایل اندازه گیری مقاومت الکترود و مقاومت ویژه خاک

مطالب مرتبط