پارامترهای تاثیر گذار در سیستم های زمین فرکانس بالا

زمین کردن تجهیزات و حفاظت های مربوطه یکی از اساسی ترین و اصلی ترین دغدغه های مهندسان می باشد.
ارت کردن روشی برای حفاظت و ایمنی می باشد، که یک میله (rod) بوده و به سطح زمین وصل می شود.

این پارامترها شامل موارد زیر می باشد:

یونیزاسیون خاک باعث کاهش مقاومت سیستم زمین در برابر موج ضربه¬ای می¬گردد و در نتیجه ولتاژ گذرای ایجاد شده را کاهش می¬دهد. در زمان تخلیه جریان صاعقه به سیستم زمین، یک میدان مغناطیسی گذرا در اطراف هادی¬های زمین به وجود می آید و در صورتی که شدت میدان الکتریکی خاک نزدیک هادی¬های سیستم زمین بیشتر از شدت میدان الکتریکی لازم برای شکست هوای به دام افتاده در میان ذرات خاک باشد، منجر به شکست الکتریکی هوا و بروز قوس در میان ذرات خاک می¬گردد.
 پروفسور Moussa ، یونیزاسیون بحرانی خاک را برابر با  kV/cm3 تخمین زده است. مقدار یونیزاسیون بحرانی خاک  توسط CIGRE بدون توضیح kV/cm4 در نظر گرفته می شود.

به طور خلاصه اثر یونیزاسیون خاک بستگی به عوامل زیر دارد:

                                                        


به طور کلی رزونانس در هادی ها، به علت ظرفیت خازنی و اندوکتانس در طول هادی ایجاد می شود. بنابراین، امکان بروز تشدید در الکترودهای زمین در اثر عبور جریان با فرکانس مشخصی وجود دارد . فرکانس رزونانس، تابعی از اندوکتانس و کاپاسیتانس هادی می باشد.
در بیشتر موارد، فرکانس رزونانس بسیار بزرگتر از فرکانس قدرت (50هرتز) یا هارمونیک هایش می باشد. روزنانس خودی هادی های زمین در رنج های مگاهرتز ، دارای اهمیت فراوان می¬باشد.رزونانس خودی هادی، زمانی اتفاق می افتد که طول الکتریکی هادی برابر مضرب فردی از یک چهارم طول موج ولتاژ اثرگذار باشد و در نتیجه رزونانس، یک مدار باز با امپدانس بی نهایت ایجاد خواهد شد. ذکر این نکته حائز اهمیت است که در مضارب زوج این امر صادق نمی باشد. شکل زیر روابط لازم به منظور تعیین طولی که در آن رزونانس رخ می دهد را ارائه می کند. طراحان سیستم زمین و همبندی باید این طول را حداقل برای مضرب 1 محاسبه نمایند.

                      

یک الکترود زمین دارای یک طول موثر جریان ضربه¬ای می باشد که به عنوان طولی تعریف می¬گردد که در آن دیگر کاهشی در میزان امپدانس سیستم زمین نخواهیم نداشت؛ به عبارتی تنها بخشی از الکترود که قادر به تخلیه جریان ضربه¬ای می¬باشد به عنوان طول موثر الکترود در نظر گرفته می¬شود و در یک الکترود بلند معمولاً بخش انتهایی نقشی در تخلیه جریان صاعقه ندارد. در خاک¬های دارای مقاومت ویژه پایین، طول موثر الکترود کوتاه بوده و با افزایش مقاومت ویژه خاک طول بلندتری از هادی در تخلیه جریان ضربه¬ای نقش ایفا خواهد نمود. در خصوص شبکه زمین، طول موثر شبکه زمین ، ناحیه ای است که امپدانس گذرا در نقطه تزریق جریان به مقدار 3% حداکثر امپدانس گذرای شبکه کاهش می¬یابد.
نتایج تجربی و شبیه سازی نشان می دهد که اگر طول الکترود بیش از 10 متر باشد، مقاومت گذرای زمین تفاوت چندانی بین الکترود دفن شده و الکترود سطح زمین ندارد. فرمول Sunde نشان می دهد زمانی که طول الکترود کوتاه باشد، عمق دفن در میزان مقاومت سیستم زمین در فرکانس قدرت دارای اثرگذاری قابل توجهی می¬باشد؛ اما اگر طول الکترود بیش از 50 متر باشد تفاوت چندانی در میزان مقاومت در فرکانس قدرت وجود ندارد.

                                                   

مقاومت زمین و حداکثر GPR برای جریان¬های ضربه¬ای با زمان صعود اندک دارای مقدار بیشتری می باشد. این بدین معناست که در جریان¬های ضربه¬ای با دامنه برابر، کاهش زمان صعود، افزایش شیب را در پی خواهد داشت و شیب بالا به معنی افزایش فرکانس خواهد بود و در نهایت این باعث افزایش اثرات سلفی سیستم زمین می¬گردد.
به عنوان یک قاعده کلی، حداکثر GPR گذرا به زمان صعود موج و شیب جریان ضربه وابسته بوده و به زمان نشست شکل موج بستگی ندارد. تغییرات سریع جریان در طول زمان صعود منجر به افزایش مقاومت سیستم زمین می¬گردد.