قبل از شروع به بحث کوپلینگ مقاومتی مفهوم الکترودهای زمین مستقل را باید درک کرده باشیم. در واقع الکترودهای زمین مستقل، الکترودهایی هستند که فاصله‌ی آن‌ها از همدیگر به قدری دور باشد که در صورت عبور حداکثر جریان از یکی از آنها، پتانسیل (گرادیان ولتاژ) سایر الکترودها به نحو قابل ملاحظه‌ای تغییر نکنند. می‌توان گفت هرگاه حوزه‌ی مقاومتی دو الکترود زمین با یکدیگر تداخل کنند، گوئیم این دو غیر مستقل‌اند و هرگاه حوزه‌ها تداخلی نداشته باشند، مستقل محسوب خواهند شد.

تسلط بر مفهوم سیستم زمین، تا حد زیادی متضمن درک صحیح مفهوم الکترودهای زمین مستقل است.

مفهوم الکترودهای زمین مستقل

تحقیقات در مورد کوپلینگ مقاومتی الکترودهای زمین اولین بار توسط واحد ملی برق فرانسه (EDF) مطرح شد. تحقیقات آنها نشان داد هنگامی که الکترودهای زمین مجزا در مجاورت یکدیگر نصب می‌شوند، بین آنها مقاومت جدیدی در تماس با زمین، مازاد بر مقاومت هر یک از دو الکترود بوجود می‌آید. کوپلینگ مقاومتی به طور خلاصه عبارت است از انتقال انرژی بین دو عنصر از طریق مقاومت بین آن دو عنصر.

این اثر طبیعی دو مفهوم عمیق را نشان داد، یکی در مورد بهرەبرداری مطمئن از الکترودهای زمین با کاربردهای متفاوت و دیگری در مورد صحت اندازه‌گیری الکترودهای زمین.

اندازەگیری ضریب کوپلینگ به ما نشان می‌دهد آیا می‌توانیم اثر الکترودهای زمین را بر یکدیگر نادیده بگیریم یا نه؟ EDF برای مستقل بودن دو الکترود زمین الزام می‌کند که ضریب کوپلینگ بین آنها کمتر از 0.15 باشد.

نحوه تشخیص الکترودهای  زمین مستقل:

این مسئله در صحنه عمل، چالش‌های متعددی برای مهندسین برق ایجاد می‌کند. برای نمونه یکی از نگرانی‌های رایج طراحان و بهره‌برداران شبکه‌ی توزیع این است که آیا در پست MV/LV، الکترود زمین حفاظتی سمت فشار متوسط از الکترودهای  الکتریکی (زمین نول) سمت فشار ضعیف مستقل هست؟ 

در این تصویر می‌توان ادعا کرد الکترود زمین فشار ضعیفی که ظاهرا 20 متر دورتر از الکترود زمین فشار متوسط اجرا شده، الزاما مستقل است؟

برای بررسی این مورد باید مراحل زیر را به ترتیب انجام دهیم:
مرحله اول:

الکترود زمین ایمنی را از شبکه LV قطع می‌کنیم و مقدار مقاومت آن را با روش 62% اندازه‌گیری می‌کنیم. (Rneutral)

اندازه‌گیری Rneutral

مرحله دوم:

در حالی که الکترود زمین ایمنی از شبکه LV قطع است، این بار مقدار مقاومت الکترود زمین حفاظتی سمت فشار متوسط را با روش 62% اندازه‌گیری می‌کنیم. (Rchassis)

اندازه‌گیری Rchassis

مرحله سوم:

مجموع دو مقاومت الکترود زمین ایمنی شبکه LV و الکترود زمین حفاظتی سمت فشار متوسط را با روش دو سیمه (ارت مرده) اندازه‌گیری می‌کنیم. (Rchassis/neutral)

اندازه‌گیری Rchassis/neutral

مرحله چهارم:

در این حالت مقدار مقاومت کوپلینگ بین الکترود زمین ایمنی شبکه LV و الکترود زمین حفاظتی سمت فشار متوسط را محاسبه می‌کنیم:

Rcoupling = (Rchassis + Rneutral - Rchassis/neutral) / 2

مرحله پنجم:

ضریب کوپلینگ را محاسبه می‌کنیم:

k = Rcoupling / Rchassis

همانطور که قبلا عرض شد، شرط مستقل بودن الکترود حفاظتی فشار متوسط از الکترود زمین ایمنی این است که ضریب کوپلینگ کمتر از 0.15 باشد.

برق‌یار مشاور شما در موضوع ارتینگ

نحوه برخورد با الکترودهای زمین غیر مستقل:

اگر سیستم‌های اتصال زمین فشار ضعیف و فشار قوی در مجاورت یکدیگر قرار گرفته و تشکیل اتصال زمین سراسری نداده باشند، بخشی از EPR (افزایش پتانسیل زمین) از سیستم MV می‌تواند به سیستم LV منتقل شود. برای اجتناب از این مشکل، در حال حاضر دو روش زیر به کار می‌رود:

  1. اتصال تمام سیستم‌های اتصال زمین MV و LV به هم.
  2. جدایی کامل سیستم‌های اتصال زمین MV از LV.

در صورتی که اجرایی کردن الزامات مورد نیاز (الزامات مربوط به پتانسیل های گام، تماس و انتقالی) قابل انجام باشد و هم چنین برآورده نشدن روش دوم (به وسیله تست بالا این امر محرز خواهد شد)، اتصال تمام سیستم‌های اتصال زمین MV و LV به هم ترجیح داده می‌شود.

نمونه عملی:

در یکی از پروژەهای شرکت برق‌یار، ساختمانی دارای پست هوایی اختصاصی بود و به دلیل شرایط خاص پروژه الکترود زمین حفاظتی سمت فشار متوسط در زیر زمین و  الکترود زمین ایمنی شبکه LV بر روی سطح زمین و حدود 30 متر دورتر احداث شده بود. برای اطمینان از اینکه این دو الکترود دارای اثر کوپلینگ بر یکدیگر نیستند و یا بهتر است بگوییم برای بررسی مستقل بودن آنها از یکدیگر، بوسیله دستگاه ارت تستر 4 سیمه (Chauvin Arnoux 6472) ضریب کوپلینگ بین آنها محاسبه شد.

البته لازم به ذکر است ارت تستر Chauvin Arnoux 6472 به طور اتوماتیک خودش محاسبات را انجام می‌دهد. همانطور که در تصویر زیر پیداست ضریب کوپلینگ کمتر از 0.15 بوده و می‌توان گفت الکترود حفاظتی فشار متوسط از الکترود زمین ایمنی مستقل می‌باشد.

اندازه‌گیری ضریب کوپلینگ