انواع الکترود زمین و روش های نصب الکترود

 

  • الکترود زمین چیست ؟

الکترود زمین به قطعه یا قطعات هادی گفته می شود که با زمین در تماس مستقیم باشد و با آن اتصال الکتریکی داشته باشد.

انواع الکترود زمین رایج در ساختمان عبارتند از:

  1. الکترود قائم (فولاد مس پوش مرغوب یا گالوانیزه)
  2. الکترود صفحه ای (مسی یا آهن گالوانیزه)
  3. الکترود افقی

 

سیستم-زمین

آن قسمت از هادی اتصال زمین که بدون روکش و در تماس با زمین باشد، جزء الکترود زمین محسوب می شود.

 

 

انواع الکترود قائم

 

  • الکترود میله ای

  • الکترودهای لوله ای

  • سیم لخت چند مفتولی

جنس الکترودهای قائم می تواند شامل موارد زیر باشد:

  1. الکترود میله ای با هسته فولاد و روکش مس
  2. الکترود میله ای از فولاد ضد زنگ
  3. الکترود میله ای از فولاد گالوانیزه گرم
  4. الکترود قائم از فولاد گالوانیزه گرم (لوله آب)

 

انواع-الکترودهای-قائم

 

 

انواع الکترود افقی

الکترودهای افقی در شکل های کمربندی یا نواری، مستقیم، مستطیل، شبکه پنجره ای و در مکان هایی که محوطه با وسعت کافی موجود باشد، در عمق ۰/۵ تا ۰/۸ متری از سطح زمین نصب می شوند. استفاده از این الکترودها در مناطق سنگلاخی که امکان حفاری با عمق زیاد وجود ندارد، مناسب است. 

  • الکترود تسمه ای (مسی یا آهن گالوانیزه)

  • الکترود صفحه ای مشبک (مسی یا آهن گالوانیزه)

  • الکترود مش (سیم مسی)

 

الکترود-افقی-شبکه-پنجره ای-میلگردهای-فولادی-در-زمین

 

  • الکترود صفحه ای 

    • الکترود صفحه ای کم عمق

در مناطق مرطوب از الکترود صفحه ای کم عمق استفاده می شود و حداقل پوشش خاک از لبه بالایی صفحه ۱/۵ متر است.

    • الکترود صفحه ای عمیق

استفاده و نصب الکترود صفحه ای در عمق زیاد (بیش از حدود ۳ متر) برای رسیدن به لایه های نمناک و با مقومت ویژه کمتر صورت می گیرد. این روش مقرون به صرفه نیست. در هر دو حالت بهتر است الکترود صفحه ای به صورت عمودی در زمین قرار گیرد.

الکترود-صفحه ای

مشخصات لازم برای این نوع الکترود، به شرح زیر است:

  1. طول و عرض آن، حداقل ۵۰×۵۰ باشد.
  2. حداقل قطر آن ۲ میلی متر برای مس و ۳ میلی متر برای آهن گالوانیزه گرم با ضخامت حداقل ۳ میلی مترباشد.
  3. خلوص مس مورد استفاده حداقل برابر ۹۹٫۹ درصد باشد.

معمولاً الکترود صفحۀ کم عمق در جایی که رطوبت خاک بالا و مقاومت مخصوص خاک پایین است مورد استفاده قرار می گیرد. علت اصلی دفن صفحه الکترود در عمق بیشتر دستیابی به نم بیشتر و مقاومت مخصوص کمتر زمین است. بنابراین در مناطقی که خاکی خشک دارند، استفاده از الکترودهای صفحه ای عمیق محتاج حفاری های عمیق و پرهزینه و چندان معقول نیست. در این گونه مناطق، الکترودها معمولاً در عمق کم و با حداقل پوشش خاک از لبه بالایی صفحه برابر ۱/۵ متر نصب می شوند.

الکترود-زمین-صفحه ای

در اجرای این نوع الکترود باید به موارد زیر توجه نمود:

  1. جنس الکترودها معمولاً از مس با ضخامت حداقل ۲ میلی متر یا آهن گالوانیزه گرم با ضخامت حداقل ۳ میلی متر است.
  2. اتصال هادی زمین به الکترود صفحه ای باید دست کم در دو نقطه مجزا انجام شود.
  3. برای حالتی که هادی زمین و صفحه الکترود از دو جنس مختلف اند، محل اتصال با ماده ای قیر مانند اندود می شود و هادی زمین نیز از نوع روکش دار (کابل) خواهد بود تا این نقاط از عوارض خوردگی در امان بماند. البته در این صورت سهم هادی لخت در کم کردن مقاومت زمین از دست خواهد رفت.
  4. اگر یک الکترود صفحه ای مقاومت لازم را ارائه نداد، می توان از چند صفحه به صورت موازی استفاده کرد. برای رسیدن به حداقل مقاومت با صفحات موازی، قاعدتاً لازم است حداقل فاصله الکترودها نسبت به هم ۲٫۲ برابر عمق الکترود عمیق تر باشد، ولی با توجه به عمق کم دفن، حداقل فاصله موثر آنها را می توان حتی تا ۲ متر نیز تقلیل داد. این مخصوص شرایطی است که صفحه به صورت کم عمق نصب شود (مثلاً حالتی که لبه پایینی صفحه در عمق ۱٫۲ تا ۱٫۵ متر قرار می گیرد).

 

  • اجرای الکترود زمین انشعاب برق فشار ضعیف

انشعاب برق برای مشترکین تک فاز و سه فاز باید دارای حداقل یک اتصال زمین ایمنی باشد. الکترودهای اتصال زمین در دو دسته الکترود اتصال زمین ساده و اساسی قرار می گیرند. برای مشترکان با کنتور برق تا ۳۲ آمپر (تک فاز، سه فاز) یک الکترود زمین ساده با حداقل عمق ۲ متر نصب می شود.

برای مشترکان با کنتور برق از ۳۲ تا ۷۵ آمپر سه فاز و یا مجموعه های دارای چندین مشترک با کنتورهای متمرکز در یک نقطه که جمع جریان های نامی کنتورهای هر فاز تا حداکثر ۷۵ آمپر باشد، یک الکترود زمین ساده به عمق ۴ متر یا دو الکترود زمین به عمق ۲ متر و حداقل فاصله ۴ متر از یکدیگر نصب می شود. برای مشترکان با کنتور برق بالاتر از ۷۵ آمپر، یک اتصال زمین اساسی نصب می شود.

 

جنس الکترود زمین در انشعاب برق فشار ضعیف

 

به منظور کاهش یا به حداقل رساندن میزان خوردگی گالوانیکی، جنس الکترود زمین باید از فلزاتی انتخاب شود که تا حد امکان در جدول سری گالوانیک به هم نزدیک تر باشند. توجه شود که قطر الکترودهای قائم در کاهش مقاومت ویژه زمین تأثیر بسیار کمی دارد و عمق دفن آن مورد اهمیت است. با این حال برای انتخاب قطر، استحکام و نوع سختی خاک و خوردگی در نظر گرفته می شود.

در سازه های فولاد/بتن باید از الکترودهای با جنس مس استفاده شود. چون پتانسیل الکتریکی سیستم فولاد/بتن با مس یکی است و در اتصالات همبندی می توان، مستقیماً آنها را به هم وصل نمود.

اگر از الکترود فولاد گالوانیزه در این سازه ها استفاده شود به دلیل الکترونگاتیو بودن شدید  فولاد گالوانیزه، سیستم اتصال زمین به خطر می افتد. اکثراً در این نوع سازه ها از الکترود میله ای با هسته فولاد و روکش مس استفاده می شود ولی باید دقت شود که ضخامت و صیقلی بودن سطح الکترود مطلوب باشد. اگر روکش آسیب دیده باشد به سرعت الکترود از بین می رود.

به طور کلی اگر تصمیم به استفاده از چند الکترود به طور موازی و یا هم بندی اجزای فلزی دیگر با  جنس متفاوت با این الکترودها به یکدیگر به منظور دست یابی به مقاومت کمتر مد نظر باشد، باید به خورندگی متقابل در اثر جریان های گالوانیک توجه کرد.

در جدول زیر مقاومت مواد فلزی در برابر اثر خوردگی در صورت هم بندی نشان داده شده است:

               

                                                                   جدول مقاومت مواد فلزی در برابر اثر خوردگی در صورت هم بندی

جدول-مقاومت-مواد-فلزی-در-برابر-اثر-خوردگی-در-صورت-هم بندی
+ مناسب برای هم بندی                                  – نامناسب برای هم بندی      

                             * پوشش گالوانیزه (فلز روی (zinc)) دچار خوردگی می شود.

 

  • اشتباهات رایج در احداث سیستم اتصال زمین

  1. استفاده از یک الکترود نامناسب بدون توجه به مقاومت مخصوص محل و بدون انجام یک برآورد اولیه.
  2. استفاده از الکترولیت های سنتی بدون توجه به مسئله خوردگی.
  3. استفادۀ غلط از الکترولیت های جدید بدون توجه به توصیه های تولید کننده.
  4. نحوۀ اتصال نامناسب الکترود به سیم رابط.

 

 

اجرای سیستم اتصال زمین با الکترود میله ای

الکترود میله ای فولادی با روکش مس و یا گالوانیزۀ گرم، باید در زمین بکر کوبیده شوند و عمق آن باید به قدری باشد که خشک شدن یا یخ زدگی در فصل های مختلف سال اثر قابل ملاحظه ای بر میزان مقاومت آن نداشته باشد. بنابراین عمق آن وابسته به شرایط اقلیمی محیط است. طبق توصیه مبحث ۱۳ حداقل عمق کوبیدن یا دفن الکترود عمودی اتصال زمین نباید از مقدار ۲ متر کمتر باشد.

این در حالی است که برخی استانداردها مانند NEC2014 و نشریه ۱۱۰ مقررات ملی ساختمان این حداقل طول را ۲٫۴۴ نوشته اند. به هرحال آنچه مسلم است اینکه استفاده از میله های ۱٫۵ متری رایج در بازار مجاز نیست. عمق زیاد الکترود نیز (تقریباً ۶ متر) تأثیر چندانی بر کاهش مقاومت سیستم اتصال زمین ندارد. برای نصب این الکترود نیازی به حفر چاه نیست و با چکش دستی، پیکور برقی یا پنوماتیکی در زمین دست نخورده به طور عمود کوبیده می شوند.

                                                      

دو نمونه چکش مخصوص کوبیدن میله (سمت راست چکش برقی- سمت چپ چکش دستی)

 

برای کوبیدن الکترود، در نوک میله یک قطعه فولادی نوک تیز و سخت و در انتهای آن چکش خور قرار می دهند تا به راحتی در زمین کوبیده شود. در صورتی که طول میله کوبی ۲٫۴۴ متر بیشتر باشد می توان توسط قطعۀ واسطه، میلۀ دیگری را به آن اضافه کرد. نکته مهم آنست که ته دو میله در داخل کوپلینگ با فشار روی هم قرار گیرند تا نیروی ضربات چکش از طریق میله ها (و نه کوپلینگ) منتقل شود.

 

اتصال-الکترودها

برای این منظور باید ابتدا روی رزوه ها گریس هادی مالیده شود و سپس آن را آن قدر سفت نمود تا دقیقاً روی هم بنشیند.

ولی باید در نظر داشت که قطعۀ واسط شبیه پیچ و مهره است و اغلب تحمل ضربه های لازم برای فرو کردن میله در زمین های بسیار سخت را ندارد و در اثر ضربه ممکن است لق شده و اتصال میان میله ها دچار اشکال شود. بنابراین توصیه می شود این روش، در خاک های نرم یا در زمین هایی که رطوبت در نزدیکی سطح آن قرار دارد، اجرا شود.

بعد از کوبیدن الکترود برای سهولت در امر نگهداری و بازرسی سیستم اتصال زمین، باید در بالای هر الکترود دریچه بازدید مناسبی با درپوش مناسب ساخته و نصب شود. در مرحله آخر اتصال تسمه مسی و یا سیم مسی، به الکترود زمین است که با استفاده از جوش احتراقی یا کلمپ انجام می شود. اگر سیم به میله جوش زده شود دریچه بازدید الزامی نیست.

استفاده کردن از الکترود میله ای، علاوه بر سادگی، از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه است. اما در بسیاری مواقع یک الکترود نمی تواند مقاومت مطلوب را تأمین کند، بنابراین طراح اجرای چندین الکترود را برای رسیدن به مقاومت مطلوب زمین پیشنهاد می نماید.

در بسیاری از موارد برای کاهش مقاومت زمین می توان به جای یک میله یا لوله، از دو یا چند میله یا لوله استفاده کرد. لازم به ذکر است که در این حالت برای جلوگیری از اثر متقابل میله ها، باید حداقل فاصله میله ها از یکدیگر، دو برابر طول هر میله در نظر گرفته می شود.

 الکترودهای موازی باید به وسیله هادی زمین با سطح مقطعی و با استفاده از جوش احتراقی یا کلمپ ها به هم متصل شوند.

لازم به تأکید است که استفاده از میله های متعدد به صورت موازی دقیقاً اثر مقاومت موازی را ندارد به عنوان مثال کاهش مقاومت دو الکترود موازی حدود ۴۰ درصد، سه الکترود موازی ۶۰ درصد، چهار الکترود موازی، ۶۶ درصد است (الکترودها از جهت یکسان فرض شده است).

در استفاده از الکترودهای موازی باید دقت کافی شود که فاصله آنها از یکدیگر بیشتر از عمقشان در خاک باشد. برای مثال، اگر دو میله موازی با فاصله ۳ متر (۱۰ فوت) باشد مقاومت ۴۰ درصد کاهش می یابد. البته در مبحث ۱۳ حداقل فاصله بین الکترودهای ساده موازی به میزان حداقل دو برابر عمق هر الکترود ذکر شده است. ولی استاندارد NEC2014 حداقل این فاصله ۱٫۸ متر یا ۶ فوت ارائه شده است. 

                                        

نحوه استفاده از الکترولیت حول الکترولیت میله ای برای موارد خاص

 

 

چاهک بازدید الکترود میله ای 

در محل خروج الکترود میله ای یا لوله ای از زمین باید یک چاهک بتنی یا آجری با حداقل ابعاد ۳۰*۳۰*۳۰ سانتی متر ایجاد شود به گونه ای که سر الکترود قائم حداقل ۲۰ سانتی متر بالاتر از کف چاهک قرار بگیرد. اتصال سر الکترود میله ای یا لوله ای به هادی اتصال زمین باید توسط بست مخصوص  و یا جوش احتراقی انجام شود. دریچه چاهک یک دریچه فلزی متصل به چهارچوب است.

 

مقاومت-الکترود-زمین-به-همراه-مواد-الکترولیت-کاهنده-مقاومت-زمین

 

 

اتصال الکترود زمین با استفاده از جوش احتراقی

 

وسایل لازم در جوشکاری احتراقی عبارتند از قالب، پودر جوش احتراقی متناسب با قالب، پولک فلزی، چاشنی، دستگیره قالب، برس تمیزکننده و فندک احتراق.

جوشکاری احتراقی قالب های متفاوتی دارد، که در این قسمت جوشکاری الکترود به سیم با اتصال T و L بیان می شود. اتصال T برای اتصال سیم های دو الکترود به هم استفاده می شود. اتصال L برای اتصال هادی منتهی به یک الکترود کاربرد دارد.

  • روش T

  1. دستگیره قالب در محل مشخص شده در قالب به وسیله پیچ های کناری دستگیره محکم می شود.
  2. مکانیزم عملکرد دستگیره شبیه انبر قفلی است، جهت تنظیم دستگیره، پس از مونتاژ دستگیره روی قالب و قبل از قرار دادن هادی درون آن، درب قالب، باز و بسته می شود. در صورت قفل شدن نامناسب، با پیچ چشمی میانی دستگیره در جهت یا خلاف جهت عقربه های ساعت، تنظیم می شود.
  3. قالب را با مشعل از پیش گرم می کنند. این کار خصوصاً در هوای سرد، کاملاً لازم است.
  4. هادی ها پس چربی گیری، اکسید زدایی با فرچه سیمی در محل تعبیه شده در قالب قرار داده می شوند. در این نوع اتصال، هادی ها باید برش خورده و اندکی از یکدیگر فاصله داشته باشد. در اتصال الکترود میله ای، قالب روی میله زمین کوبیده شده قرار داده می شود به طوری که میله زمین به هادی در درون قالب وصل باشد.
  5. دیسک فلزی روی سوراخ انتهای محفظه پودر قالب قرار داده می شود. تا پودر جوش از اطراف دیسک فلزی درون مجرای عبور مذاب و بر روی هادی ریخته نشود. حجم و نوع پودر جوش احتراقی باید متناسب با قالب و فلزات در حال اتصال باشد.
  6. چاشنی باید کاملاً روی سطح پودر جوش و اندکی بر روی لبه محفظه پودر قالب قرار داده شود.
  7. درب قالب بسته شده و به وسیله فندک احتراق چاشنی مشعل شده تا عمل احتراق انجام گیرد. پس از مدتی حدود ۲۰ ثانیه اتصال انقباض پیدا می کند و می توان درب قالب را باز نمود. بعد از عملیات جوش احتراقی باید قالب با فرچه مویی تمیز شود.
  • روش L

در اتصال L، هادی باید در میان محفظه جوش قرار گیرد. قالب از انتها بر روی الکترود میله ای کوبیده شده قرار می گیرد به طوری که الکترود زمین به هادی در درون قالب وصل باشد و بقیه مراحل مانند اتصال T است.

 

اتصال با استفاده از کلمپ و بست

 

برای اتصال T بین سیم های چند مفتولی به سیم اصلی اتصال زمین می توان از کلمپ که نوعی اتصال مکانیکی است، استفاده نمود. مهم ترین ویژگی های اتصالات کلمپی عبارتند از:

  1. آسان بودن عملیات نصب اتصال
  2. قابلیت باز و بسته کردن اتصال

 

استفاده-از-کلمپ-برای-اتصال-الکترود-به-هادی-اتصال-زمین

 

اتصالات کلمپی به سرعت سولفاته می شوند، بنابراین نباید در زیر خاک دفن شوند. هرچه جنس آنها مرغوب تر باشد و آلیاژ مس بیشتری داشته باشد، دیرتر سولفاته می شود. کلمپ ها باید مطابق با استاندارد BS7430، ساخته شوند. نمونه ای از انواع کلمپ در شکل زیر نشان داده شده است.

کلمپ متصل کننده هادی زمین به الکترود میله ای نباید از جنس آلومینیوم یا آلیاژهای آن باشد. این بست با پیچ محکم به دور الکترود میله ای بسته می شود. باید بتوان هادی اتصال زمین را، در طول عبور از محل اتصال به ترمینال الکترود زمین تا محل ترمینال اصلی زمین در پای کنتور، به خوبی دید، مگر در جاهایی که این هادی، برای محفوظ بودن، از درون یک لوله غیرفلزی محافظ رد شده باشد.

قبل از کوبیدن الکترود، می توان در محل کوبیدن آن کمی آب ریخت و بعد از نفوذ آب در حال شروع به کوبیدن الکترود نمود. این کار موجب نرم تر شدن آن و در نتیجه کوبیدن راحت تر الکترود می شود.

از الکترودهای قائم با عمق زیاد زمانی استفاده می شود که مقاومت ویژه خاک لایه پایینی کمتر از لایه بالایی آن باشد. استفاده از الکترودهای میله ای در مناطق خیلی خشک که رسیدن به لایه های مرطوب خاک در عمق کم امکان پذیر نیست، توصیه نمی شود. در موارد نادر که امکان کوبیدن میله به دلیل سختی زیاد لایه سطحی محل ممکن نباشد، یکی از راه های جایگزین آنست که حفره ای به قطر ۷ الی ۱۰ سانتی متر توسط کمپرسور متۀ مخصوص ایجاد شده و الکترود میله ای (با خود هادی مسی زمین) در کف آن کوبیده شود.

نمونه ای از انواع کلمپ

 

 

 

اجرای سیستم اتصال زمین با سیم لخت چند مفتولی

استفاده از سیم لخت چند مفتولی به عنوان الکترود اساسی به دلیل هماهنگی و یک پارچه بودن با  هادی اتصال زمین تا ترمینال اتصال زمین، نسبت به الکترود صفحه ای ارجحیت دارد. به منظور استفاده از سیم لخت چند مفتولی برای ایجاد الکترود اساسی باید سیم لخت چند مفتولی را به صورت ۵ حلقه مارپیچ و هر حلقه به قطر حدود ۵۰ سانتی متر در انتهای چاه قرار داد. ادامه سیم به حالت یک پارچه تا سطح زمین و بعد از آن تا ترمینال اصلی اتصال زمین در نظر گرفته می شود. به منظور اثر بخشی بیشتر بهتر است که حلقه ها با هم فاصله ۱۰ سانتی متری داشته باشند.   

 

اجرای-الکترود-اساسی-به-وسیله-سیم-لخت-چند-مفتولی-به-صورت-حلقوی-مارپیچ

 

 

اجرای سیستم زمین با الکترود زمین صفحه ای

 اجرای الکترود صفحه ای عمیق به صورتی که امروزه شاهد آن هستیم، روشی سنتی و قابل انتقاد است و شرح آن در اینجا دلیل بر تأیید آن نیست. برای نصب الکترود صفحه ای عمیق در جایی که مقاومت مخصوص خاک بالاست، باید چاه آنقدر حفر شود تا به لایه های نمناک زمین برسد (بیش از حدود ۳ متر) در این روش مراحل زیر انجام می شود.

  1. ابتدا چاه با انتخاب عمق محاسبه شده ای بر اساس اندازه گیری قبلی حفر می شود، تا به نم (رطوبت) برسد. توجه شود که نمی توان برای ابعاد الکترود و ارتفاع چاه زمین عدد خاصی را مشخص نمود زیرا نیاز به محاسبات دقیق دارد.
  2. دوغاب بنتونیت با ترکیب ۱۵۰ لیتر آب و ۵۰ کیلوگرم بنتونیت تهیه شده در چاه ریخته می شود. مدت زمانی باید تأمل کرد تا دوغاب بنتونیت در اصطلاح خودش را بگیرد به نحوی که هنگام قرار دادن صفحه داخل چاه، در دوغاب بنتونیت فرو نرود.
  3. صفحه مسی که هادی اتصال زمین به آن متصل شده است، در وسط چاه به صورت عمودی و روی لایه بنتونیت بند دو قرار داده می شود. بهترین روش اتصال صفحه به هادی مسی، جوش احتراقی است. به دلیل اینکه هر اتصال با پیچ و مهره و کابلشو همواره باید قابل بازرسی باشد، اتصال صفحه دفن شده در چاه با هادی زمین با این روش توصیه نمی شود.
  4. دوغاب بنتونیت را درون چاه اطراف صفحه ریخته می شود تا کاملاً آن را بپوشاند. پس از آن باید مدت زمانی سپری شود تا دوغاب بنتونیت کاملاً خود را بگیرد. توجه شود که معمولاً برای چاهی به قطر حدود ۸۰ سانتی متر و صفحه ای به ارتفاع ۵۰ سانتی متر، حدود ۳۰۰ تا ۳۵۰ کیلوگرم بنتونیت و ۳ برابر آن آب لازم است.
  5. برای شارژ رطوبت چاه در منطقی که بیم خشک شدن و ترک خوردن بنتونیت می رود، لوله ای سوراخ دار و ته بسته در دورن چاه توصیه می شود که درون لوله شن شسته ریخته شود تا آب به صورت قطره ای در چاه تزریق شود. 
  6. پس از آن که بنتونیت ریخته شده روی صفحه خود را گرفت، مقداری بنتونیت خشک (در حد یک لایه نازک) روی لایۀ قبلی ریخته می شود و مابقی چاه با خاک سرند شده و نرم پر شده و کوبیده می شود. توجه شود که باید قبل از اضافه نمودن خاک، سطح لایه بنتونیت آن قدر سفت شده باشد تا خاک درون بنتونیت فرو نرود.
  7.  پس از اجرا، جهت سهولت در امر نگهداری و بازرسی سیستم اتصال زمین، باید در بالای هر الکترود دریچۀ بازدید با درپوش مناسب ساخته و نصب شود. لازم است برای الکترود اساسی یک چاهک و دریچه بازدید با حداقل ابعاد ۳۰*۳۰*۳۰ سانتی متر ایجاد کرد و برای تزریق آب به الکترود زمین از یک لوله PVC که در تمام جهات سوراخ دار است و داخل آن با سنگریزه پر شده، از ۱۰ سانتی متری دریچه سطح زمین تا لبه مواد کاهنده ته چاه استفاده می شود.

 

اجرای-الکترود-صفحه ای-به-همراه-چاهک-بازدید

 

بعضی از صفحاتی که در چاه زمین قرار می گیرند مانند صفحه آهن گالوانیزه، پس از گذشت زمانی به دلیل حضور نمک های مختلف موجود در خاک و گازهای خورنده محلول در آب های سطحی و زیر سطحی، دچار خوردگی شده و لایه ای از سولفات یا کربنات مس (مالاشیت) بر روی صفحه ایجاد می گردد. اگر چه این نمک تا حدی به عنوان محافظ صفحه عمل می نماید و از خوردگی های بعدی می کاهد اما به دلیل غیرهادی بودن، به عنوان یک لایه عایق بر روی صفحه عمل کرده و باعث افت عبور جریان از سطح صفحه به محیط پیرامون می گردد و کارآیی مفید و استاندارد چاه را به سرعت کاهش می دهد. برای برطرف کردن این موضوع متخصصین، حفاظت کاتدیک را توصیه می نمایند که در آن از آندهای محافظ صفحه چاه زمین (آند فدا شونده) استفاده می گردد که مقدار آن در حدود ۵ درصد نسبت وزنی فلز اصلی (الکترود مس به اضافه سیم مسی متصل به آن که داخل خاک قرار دارد) است. این آندها با آزاد کردن یون های مثبت و تجزیه شیمیایی خود، به مرور خورده شده و مانع سولفاته شدن صفحه چاه گردیده و طول عمر مفید و کارایی مطلوب آن را افزایش می دهد. مادامی که آند فدا شونده وجود داشته باشد خوردگی الکترود مس شروع نخواهد شد و تنها زمانی که تمام آند فدا شونده از بین رفته باشد، خوردگی شروع می شود. در این حالت عمر تقریبی سیستم حدود ۳۰ سال خواهد بود. به طور مثال در صورت استفاده از منیزیم به صورت آند فدا شونده، بایستی روی صفحه زمین حدود ۵۰ گرم منیزیم جوش داده شود.

 

 

                              

اجرای الکترولیت صفحه ای با الکترولیت 

 

 


بیشتر بخوانید:

اندازه گیری مقاومت زمین

سیستم زمین

مقاومت ویژه خاک


 

اجرای سیستم زمین با الکترود صفحه ای مشبک گالوانیزه

در این روش به جای استفاده از صفحه مسی از نوعی صفحه مشبک مس یا آهن گالوانیزه گرم استفاده می شود. این الکترود از حیث دارا بودن خواص پایداری بهتر، بر اساس توصیه های DIN-VDE0140 که فولاد گالوانیزه را از حیث دوام بهترین نوع الکترود می داند برگزیده شد. مشبک بودن این الکترود نیاز به صفحه یکپارچه را منتفی کرده و سبب می شود با مقدار مس یا آهن کمتر همان میزان مقاومت الکترود حاصل شود.

لازم به ذکر است که توصیه به استفاده از الکترودهای زمین با روکش گالوانیزه گرم استاندارد بوده و در دنیا، در کنار استفاده از فلز مس به علت اینکه در مقابل خوردگی مقاوم است، متداول است. استفاده از آهن گالوانیزه به همراه خاک بنتونیت که قلیایی است و عامل خوردگی در ترکیبات این خاک طبیعی وجود ندارد، بهترین گزینه از لحاظ فنی و اقتصادی است. استفاده از صفحه مشبک گالوانیزه (۵۰×۵۰ سانتی متر مربع) که متشکل از تسمه هایی به عرض ۳ سانتی متر و با گالوانیزه گرم به ضخامت ۹۰ میکرون است.

 

 

اجرای سیستم زمین با الکترود افقی

در مواردی که خاک محکم باشد و نتوان از میله های مسی یا فولادی آهنی در عمق زمین استفاده کرد معمولاً میله های سطحی (نواری) در عمق ۰٫۵ تا ۰/۸ متری زمین به کار گرفته می شود.

  • الکترود تسمه ای یا سیمی

   از مشخصات مهمی که این نوع الکترود باید دارا باشد می توان به موارد زیر اشاره نمود:

  1. حداقل ضخامت تسمۀ مسی ۲ میلی متر و حداقل سطح مقطع آن ۵۰ میلی متر مربع باشد.
  2.  سطح مقطع سیم مسی چند مفتولی ۲۵ میلی متر مربع و حداقل قطر هر مفتول ۱٫۷ میلی متر باشد.
  3. حداقل خلوص مس مورد استفاده برابر ۹۹٫۹ درصد باشد (مس کاتد).
  4. ضخامت تسمه های دفن شده در زمین برای فولاد گالوانیزه نباید از ۳ میلی متر کمتر و حداقل سطح مقطع آن ۹۰ میلی متر مربع باشد.
  5. ضخامت الکترود تسمه ای نباید بیش از یک هشتم پهنای آن باشد.

در این الکترود، طول عامل اصلی در تعیین مقاومت الکترود است و عمق دفن تأثیر نسبتاً کمی دارد. لذا توصیه می شود الکترودهای افقی در آرایش های مختلف در عمقی که پایین تر از عمق یخ زدگی منطقه است (عمق ۰/۵ تا ۰/۸ متری از سطح زمین) نصب شوند.

ابتدا کانالی به عمق و طول مناسب تقریباً به عمق ۵۰ تا ۸۰ سانتی متر و به قطر ۲۰ الی ۳۰ سانتی متر حفر گردد. سپس کمی پودر بنتونیت کف کانال ریخته می شود به طوری که فقط سطح خاک را پوشش دهد. ۵ سانتی متر الکترولیت ریخته و الکترود تسمه ای در آن قرار می گیرد و مجدداً ۵ سانتی متر الکترولیت ریخته می شود و بقیه چاه با خاک سرند شده پر می شود.

به طور خلاصه الکترودهای افقی به صورت های تسمه ای مسی، تسمه ای آهن گالوانیزه گرم و سیم مسی هستند.

  • حداقل سطح مقطع تسمه مسی:  ۵۰ میلی متر مربع و ضخامت ۲ میلی متر (تسمه ۲۵*۲)
  • حداقل سطح مقطع تسمه فولادی گالوانیزه گرم: ۹۰ میلی متر مربع و ضخامت ۳ میلی متر 
  • حداقل سطح مقطع مجاز سم مسی چند مفتولی: ۲۵ میلی متر مربع و حداقل قطر هریک از مفتول های تشکیل دهنده ۱/۷

 

نکته: این تسمه ها باید در عمق ۰٫۵ تا ۰/۸ متری سطح زمین قرار گیرد و با افزایش طول آن، به همان نسبت مقاومت محدوده زمین نیز کاهش می یابد.

 

جدول مقدار مقاومت مخصوص زمین برای محل های مختلف

نوع زمین  مقاومت بر حسب اهم متر
مرداب و زمین باتلاقی
۳۰
خاک رس و زمین زراعی ۱۰۰
ماسه نرم و مرطوب ۲۰۰
سنگریزه (شن) مرطوب ۵۰۰
ماسه یا شن خشک ۱۰۰۰
زمین سنگلاخ ۳۰۰۰
صخره ۱۰۰۰۰

 

 مقدار مقاومت زمین به جنس الكترود زمین بستگی ندارد بلکه نسبت مستقیم با مقاومت ویژه خاک  و نسبت عکس با طول تسمه با سیم دارد، به عبارت دیگر مقاومت زمین نسبت عکس با سطح تماس تسمه با زمین و قابلیت هدایت الکتریکی خاک اطراف فلز دارد.

 ﻫﺮ ﭼﻪ زﻣﻴﻦ ﻣﺮﻃﻮب تر ﺑﺎﺷﺪ ﻃﻮل الکترود زﻣﻴﻦ ﻛﻤﺘﺮی نیاز است. بنابراین ﺑﺮاي ﻛﻢ ﻛﺮدن ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﺨﺼﻮص زﻣﻴﻦ ﻣﻲ توان از مواد شیمیایی مجاز و یا مواد کاهنده مانند بنتونیت یا ترکیبات مشابه آن، بتن و بتن های حاوی گرانول های کربن یا خاک زغال استفاده کرد. شکل زیر، انواع مختلف الکترود زمین را نشان می دهد.

 

 

 

اجرای سیستم زمین به روش یوفر (فونداسیونی)

اصطلاح سیستم زمین یوفر در زمان جنگ جهانی دوم هربرت جی. یوفر برای حفاظت سیستم ذخیره سازی بمب، در برابر رعد و برق در بیابان های منطقه آریزونا، ایجاد شد. اساس زمین یوفر بسیار ساده و ارزان قیمت است. از خاصیت نم طبیعی بتن در سیستم یوفر استفاده می شود. بتن جاذب رطوبت است و به آرامی رطوبت را از دست می دهد. ضمناً به دلیل خواص مواد معدنی و آهک و غیره و PH ذاتی آن با منبعی از یون ها می تواند جریان را به خوبی هدایت کند.

کاربرد روش یوفر در پی ساختمان، طبقه بتنی، برج رایو و تلویزیون، تیرهای چراغ برق، و … است. باید موارد زیر جهت انتخاب نوع و حداقل قطر میلگرد مورد استفاده در روش یوفر در نظر گرفته شود.

  1. نوع بتن، محتوای آن، چگالی، مقاومت، عامل PH برابر و …
  2. مقدار مساحت سطح بتن در تماس با خاک.
  3. مقاومت خاک و مقدار آب داخل زمین.
  4. اندازه و طول میله تقویت، سیم یا صفحه.
  5. اندازه جریان رعد و برق

   جدول زیر هدایت جریان صاعقه در هر فوت میلگرد (میله تقویت) را نشان می دهد.

 

جدول هدایت جریان صاعقه در هر فوت میلگرد

 

جریان صاعقه در هر فوت

قطر میلگرد بر حسب اینچ

۳۴۰۰

۰٫۳۷۵

۴۵۰۰

۰٫۵۰۰

۵۵۰۰

۰٫۶۲۵

۶۴۰۰

۰٫۷۵۰

۸۱۵۰

۱

 اساس روش یوفر به تنهایی برای اجرای سیستم زمین کافی نبود لذا در NEC2005 روش یوفر مورد بازبینی مجدد قرار گرفت. یک الکترود برای اجرای یوفر باید دارای شرایط زیر باشد:

  1. الکترود در عمقی واقع شود که نسبت به سطح بتن بیش از ۵۰ میلیمتر فاصله داشته باشد.
  2. طول میله یا لوله گالوانیزه (فولاد پوشش داده روی)، هادی مسی لخت و غیره حداقل ۶ متر (۲۰ فوت) باشد.
  3. حداقل قطر میلگرد باید ۱۳ میلی متر (۱٫۲ اینچ) باشد.
  4. حداقل سطح مقطع هادی مسی لخت باید ۲۵ میلی متر مربع (۴AWG) باشد.
  5. هادی یا میلگرد باید پیوسته باشد و در صورت ناپیوستگی باید توسط اتصالات، یکپارچه گردد. استفاده از جوش احتراقی مجاز است. اتصالات باید حداقل ۳۸ سانتی متر (۱۵ اینچ) روی هم قرار گیرند.

  توجه: روش سیستم زمین یوفر در ساختمان هایی که از زمین ایزوله شده اند، قابل اجرا نیست.

ﻣﺤﻞ ﻧﺼﺐ الکترود زﻣﻴﻦ ﺑﺎﻳﺪ ﻫﺮ ﭼﻨﺪ ﻣﺎه ﻳﻚ ﺑﺎر ﻣﻮرد ﺑﺎزرﺳﻲ ﻗﺮار ﮔﻴﺮد و ﻣﻘﺎوﻣﺖ آن اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﺷﻮد. در ﺻﻮرت زﻳﺎد ﺷﺪن ﻣﻘﺎوﻣﺖ زﻣﻴﻦ می توان با اضافه کردن آب ﺑﺎ ﻣﺤﻠﻮل آب ﻧﻤﻚ، ﻳﺎ ﺗﺪاﺑﻴﺮ دﻳﮕﺮ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ آن را ﻛﻢ ﻛﺮد.

ﺑﺮاي اﻳﺠﺎد اﺗﺼﺎل زﻣﻴﻦ ﻣﻲﺗﻮان از ﻟﻮﻟﻪ ﻫﺎي ﻓﻠﺰي آب ﺷﻬﺮي ﻧﻴﺰ اﺳﺘﻔﺎده ﻛﺮد ﺑﻪ ﺷﺮﻃﻲ ﻛﻪ شبکۀ  آﺑﺮﺳﺎﻧﻲ ﺗﻤﺎﻣﺎً ﻓﻠﺰي ﺑﺎﺷﺪ در ﻏﻴﺮ اﻳﻦ ﺻﻮرت در ﻣﻮﻗﻊ اﺗﺼﺎل ﻓﺎز ﺑﻪ بدنۀ وﺳﺎﻳﻞ شبکۀ ﻟﻮﻟﻪ ﻛﺸﻲ داﺧﻞ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن از ﻃﺮﻳﻖ ارﺗﺒﺎط ﺑﺎ بدنۀ وﺳﻴﻠۀ ﻣﻌﻴﻮب، ﺑﺮق دار ﻣﻲ ﺷﻮد و ﺧﻄﺮ ﺑﺮق ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﻣﻲ ﮔﺮدد.

در شکل زیر یک اتصال نادرست به زمین در کنار مجرای آب و با استفاده از کابل نامناسب را مشاهده می کنید.

اتصال-زمین-نادرست

 

  • هادی اتصال زمین

هادی زمین (سیم اتصل به زمین) قسمتی از سیستم اتصال زمین است که الکترود زمین را به ترمینال اصلی زمین در تابلو متصل می نماید. هادی اتصال زمین باید در مقابل ضربات مکانیکی و خوردگی، حفاظت لازم را داشته باشد. همان طور که در قسمت الکترودها مطرح شد باید در انتخاب جنس فلزات انتخابی برای الکترود و هادی اتصال زمین، دقت کافی به عمل آید تا از ایجاد پیل الکتریکی و نهایتاً خوردگی جلوگیری شود. به عنوان مثال استفاده از آلومینیوم به دلیل خوردگی در خاک ممنوع است.

توجه شود که اتصال هادی های همبندی به شینه زمین باید به صورت جداگانه انجام گردد و از سری شدن این اتصال اجتناب شود. علاوه بر این هادی های همبندی و هادی زمین مربوط به سیستم اتصال زمین نیز باید به صورت مجزا به شینه زمین متصل شوند.

 

الکترود-زمین-قائم-میله ای

 

  • ترمینال اصلی زمین

ترمینال یا شینه ای است که جهت اتصال به سیم های محافظ تهیه شده و سیم های همبندی هم پتانسیل کننده، سیم های اتصال به زمین و یا هر وسیله ای که به عنوان اتصال به زمین (ارتینگ) به کار می رود، به آن وصل می شوند. ترمینال اصلی توصیه می شود در محل ورود برق به ساختمان، یعنی داخل تابلو کنتور باشد و به صورتی قرار گیرد که هادی های اتصال زمین برای تست های دوره ای قابل باز شدن باشند و باید اتصالات محکم و مطمئن باشند و هدایت الکتریکی جریان آنها بدون نقص باشند و هیچ وسیله حفاظتی در مسیر آنها قرار نگیرد.

بر روی شینه اتصال زمین باید هادی همبندی، هادی حفاظتی – خنثی و هادی های حفاظتی جهت هم پتانسیل کردن به هم وصل شوند. شینه زمین به شینه نول از طریق جمپر وصل می گردد و شینه نول بر روی مقره سوار می شود.

 

موقعیت-ترمینال-اصلی-اتصال-زمین-در-سیستم-زمین

 

سیستم اتصال زمین عملیاتی و هادیی هم بندی سیستم صلعقه گیر نیز در صورت وجود به ترمینال یا شینه اصلی اتصال زمین متصل می شوند.

 

 

هم بندی-اصلی-به-منظور-هم-ولتاژ-کردن

 

  • نصب جعبه اتصال زمین آزمون

برای تسهیل در اندازه گیری مقاومت الکترود زمین، برای هر الکترود به طور جداگانه، جعبه اتصال زمین در نزدیک ترین دیوار به محل احداث الکترود پیش بینی و نصب می شود. هر گونه انشعاب از هادی ارتباط دهنده الکترودها به هم و یا از جعبه اتصال ممنوع است.

 

در صورتی که سؤالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

 

مقالات مرتبط

نظرات