روش های اجرای سیستم ارت یا زمین حفاظتی
ارت سنج و لزوم استفاده از سیستم ارت
ارت سنج یا همان دستگاه تست مقاومت زمین شبیه میگر برای اندازه گیری مقاومت ارت طراحی شده با این تفاوت که مقاومت زمین بسیار کمتر از عایق های معمول می باشد. در حقیقت رنج میگر در بازه مگا اهم و تستر مقاومت زمین در حدود اهم می باشد. از دستگاه تست مقاومت زمین معمولا برای اندازه گیری مقاومت بین دو نقطه زمین( در حدود 5 یا 10 اهم) است استفاده می کنند. این تجهیزات معمولا دارای سه عدد کانکشن هستند که به کمک میله ای فلزی امکان اتصال به زمین داشته و به الکترودهای جریان، زمین، و پتانسیل شناخته می شوند.
ارت چیست؟
سیستم ارت یا گراندینگ (Grounding) یک روش ایمنی در سیستمهای الکتریکی است که برای جلوگیری از برقگرفتگی، حفاظت از تجهیزات برقی، و کاهش خطرات ناشی از نوسانات ولتاژ و اضافه بار استفاده میشود. این سیستم شامل اتصال بخشهای فلزی دستگاهها و مدارهای الکتریکی به زمین از طریق یک هادی مناسب است. زمانی که یک خطای الکتریکی (مانند اتصال کوتاه یا نشتی جریان) رخ میدهد، سیستم ارت جریان اضافی را از طریق هادی به زمین منتقل میکند. این انتقال باعث میشود که خطرات ناشی از برقگرفتگی یا آسیب به تجهیزات کاهش یابد.
اجزای اصلی سیستم ارت کدامند؟
- الکترود زمین: معمولاً یک میله فلزی یا صفحه مسی که در زمین دفن میشود و به عنوان نقطه تماس با زمین عمل میکند.
- هادی ارت (Earth Conductor): سیم یا کابل مسی یا آلومینیومی که تجهیزات را به الکترود زمین متصل میکند.
- شبکه ارت: مجموعهای از اتصالات که برای اطمینان از توزیع یکنواخت جریان الکتریکی به زمین طراحی شده است.
- چاه ارت: یک حفره عمیق پر شده با مواد رسانا (مانند نمک و زغال) برای بهبود هدایت جریان به زمین.
انواع سیستم های ارت
- ارت حفاظتی (Protective Grounding): برای جلوگیری از برقگرفتگی و حفاظت از افراد و تجهیزات استفاده میشود. این نوع سیستم معمولاً در ساختمانها و تأسیسات استفاده میشود.
- ارت عملیاتی (Functional Grounding): برای عملکرد صحیح دستگاهها و تجهیزات الکتریکی استفاده میشود، مانند سیستمهای مخابراتی و شبکههای کامپیوتری.
- ارت صاعقهگیر: برای حفاظت از ساختمانها و تجهیزات در برابر صاعقه و تخلیه جریان به زمین.
چرا از سیستم ارت یا گراندینگ (Grounding) استفاده میکنیم؟
به منظور حفاظت افراد و دستگاه ها از آسیب های ناشی از اضافه ولتاژ تولید شده یا نشت (Leaked) کرده از دستگاه ها یا از منابع خارجی، که موجب صدمه دیدن تجهیزات و افراد میشود، و همچنین ولتاژهای بسیار زیاد و خطرناک ناشی از برخورد صاعقه با دکل های کامپیوتری از سیستم زمین یا ارت (Earth) استفاده می شود. افزایش استفاده از سیستم های دیجیتالی و حساس، لزوم بازنگری در طراحی، نصب و نگهداری سیستم های حفاظتی گراندینگ وجود دارد. به طور خلاصه اهداف بکارگیری سیستم ارتینگ یا گراندینگ عبارتند از:
- حفاظت از افراد: جلوگیری از برقگرفتگی در صورت بروز نقص در تجهیزات برقی یا تماس با بدنه فلزی دستگاههای معیوب.
- حفاظت از تجهیزات: کاهش خطر آسیب به تجهیزات برقی در اثر اضافهبار یا نوسانات ولتاژ.
- جلوگیری از آتشسوزی: تخلیه جریانهای نشتی و اضافهبار به زمین برای جلوگیری از تولید حرارت خطرناک.
- ایجاد مسیر ایمن: هدایت صاعقه و جریانهای غیر مطلوب به زمین.
- فراهم آوردن شرایط ایدهال جهت کار
- جلوگیری از ولتاژ تماسی
- حذف ولتاژ اضافی
- جلوگیری از ولتاژهای ناخواسته و صاعقه
- اطمینان از قابلیت کار الکتریکی
روش های اجرای سیستم ارت یا زمین حفاظتی
بطور کلی جهت اجرای ارت و سیستم حفاظتی دو روش کلی وجود دارد که ضمن بیان آن ها، موارد استفاده و تجهیزات مورد نیاز هر روش و نحوه اجرای هر یک بیان میگردد.
سیستم ارت عمقی
در این روش متداول ترین روش است که از یک چاه برای اجرای ارت استفاده می شود.
سیستم ارت سطحی
در این روش سیستم ارت در سطح زمین ( مخصوص مناطقی که امکان حفاری عمیق در آنها وجود ندارد) و یا در عمق حدود 80 سانتیمتر اجرا می گردد.
در چه شرایطی از روش سطحی برای اجرای ارت استفاده نماییم؟
در مکان هایی که:
- فضای لازم و امکان حفاری در اطراف سایت وجود داشته باشد.
- ارتفاع از سطح دریا پایین باشد مانند شهرهای شمالی و جنوبی کشور.
- پستی و بلندی محوطه سایت کم باشد.
- فاصله بین دکل و سایت زیاد باشد.
با توجه به مزایای روش سطحی اجرای ارت به این روش ارجحیت دارد.
اجرای ارت به روش عمقی
انتخاب محل چاه ارت
چاه ارت را باید در جاهایی که پایینترین سطح را داشته و احتمال دسترسی به رطوبت حتیالامکان در عمق کمتری وجود داشته باشد و یا در نقاطی که بیشتر در معرض رطوبت و آب قرار دارند مانند زمین های چمن، باغچهها و فضاهای سبز حفر نمود.
عمق چاه
با توجه به مقاومت مخصوص زمین، عمق چاه از حداقل 4 متر تا 8 متر و قطر آن حدود 80 سانتیمتر می تواند باشد. در زمین هایی که با توجه به نوع خاک دارای مقاومت مخصوص کمتری هستند مانند خاک های کشاورزی و رسی عمق مورد نیاز برای حفاری کمتر بوده و در زمین های شنی و سنگلاخی که دارای مقاومت مخصوص بالاتری هستند نیاز به حفر چاه با عمق بیشتر می باشد. برای اندازه گیری مقاومت مخصوص خاک از دستگاه های خاص استفاده می گردد. در صورتی که تا عمق 4 متر به رطوبت نرسیدیم و احتمال بدهیم در عمق بیشتر از 6 متر به رطوبت نخواهیم رسید نیازی نیست چاه را بیشتر از 6 متر حفر کنیم. بطور کلی عمق 6 مترو قطر حدود 80 سانتیمتر برای حفر چاه پیشنهاد می گردد.
مصالح مورد نیاز
مصالح مورد نیاز و مشخصات آن برای اجرای چاه ارت (روش عمقی) و Rod کوبی (روش سطحی) در ادامه آمده است.
- میله برقگیر: میله برقگیر به طول 5/1 متر و قطر آن 16 میلیمتر و جنس آن مس خالص و نوک تیز باشد.
- بست میله برقگیر به سیم ارت: جهت اتصال میله برقگیر به سیم ارت در نقاطی که ارتفاع دکل حدودا 20 متر باشد.
- یوبولیت: جهت استفاده در میله برقگیر
- بست سیم به دکل: سیم نمره 50 را به اندازه های لازم بریده و رشته رشته کرده جهت اتصال سیم ارت به دکل استفاده می نماییم
- تسمه آلومینیومی یا مسی: در اندازه 3*30*100 میلیمتر عدد بکار گیری با یونولیت جهت بستن میله برق گیر در دکل های مهاری
- سیم مسی نمره 50 متر 7 رشته
- کابلشو نمره 50: جهت اتصال سیستم ارت به شینه داخل سایت و یا اتصال پای دکل های مهاری و خود ایستا به سیستم ارت
- لوله پلی اتیلن 10 اتمسفر: برای ایجاد پوشش عایق روی سیم مسی در محوطه و محل تردد
- بست لوله پلی اتیلن همراه پیچ و رولپلاک: جهت اتصال لوله پلی اتیلن به دیوار
- پودر انفجاری cadweld: جهت جوش دادن سیم به صفحه یا سیم به میله ROD یا اتصال سیم ها به یکدیگر در نقاطی که دسترسی به جوش نقره یا جوش برنج وجود دارد.
- شینه مسی به ابعاد 3*30*250 میلیمتر: برای نصب در داخل سایت و اتصال دستگاه ها به آن
- صفحه مسی 5.*50*50: مورد استفاده در روش عمقی
- مقره همراه پیچ و رولپلاک: جهت اتصال شینه مسی به دیوار
- پیچ و مهره نمره 8 با واشر فنری و تخت: جهت استفاده شینه مسی-پلیت-شینه پای دکل و …
- بست سیم به صفحه مسی: به منظور محکم کردن اتصال سیم روی صفحه مسی
- بست دو سیم نمره 50: جهت اتصال دو سیم نمره 50 روی زمین
- پلیت مخصوص اتصال میله برقگیر به دکل: برای دکل های خود ایستای 60 متری استفاده می گردد.
- شینه مسی مخصوص پای دکل 3*30*100: برای وصل نمودن پای دکل های خود ایستای 60 متری به سیستم ارت
- میله ROD: در روش سطحی استفاده می گردد.
- بست مربوط به سیم مسی و میله ROD: برای اتصال سیم به میله برقگیر یا ROD
- کرپی ابروئی همراه پیچ و مهره: برای بستن میله برقگیر به دکل های 100 فوتی و دکل های خود ایستای لوله ای
- بنتونیت اکتیو کیلو: برای روش عمقی و سطحی
- بست میله برقگیر به پلیت: جهت اتصال میله برقگیر به پلیت در دکل های خود ایستای 60 متری
- صفحه مسی به ابعاد 5/.*40*40 سانتیمتر برای مناطق شمالی کشور و 50*50*0.5 سانتی متر برای مناطق نیمه خشک مانند تهران و 5/0*70*70 سانتی متر برای مناطق کویری استفاده شده و محصول کارخانه مس شهید باهنر باشد. از صفحه مسی با ضخامت 3 یا 4 میلیمتر نیز می توان استفاده نمود.
اتصال سیم به صفحه مسی
اتصال سیم به صفحه مسی بسیار مهم می باشد و هرگز و در هیچ شرایطی نباید این اتصال تنها با استفاده از بست، دوختن سیم به صفحه و یا… برقرار گردد؛ بلکه حتما باید سیم به صفحه جوش داده شود و برای استحکام بیشتر با استفاده از 2 عدد بست سیم به صفحه (ردیف 15 جدول مصالح مورد نیاز) بسته شده و محکم گردد. برای جوش دادن قطعات مسی به یکدیگر از جوش برنج یا نقره استفاده شود و در صورت عدم دسترسی به این نوع جوش از جوش (Cadweld) استفاده گردد.
حفر چاه ارت
با توجه به شرایط جغرافیایی منطقه چاهی با عمق مناسب و در مکان مناسب (با توجه با راهنمای انتخاب محل چاه ارت) حفر گردد. شیاری به عمق 60 سانتی متر از چاه تا پای دکل برای مسیر سیم چاه ارت تا برقگیر روی دکل همچنین برای سیم ارت داخل ساختمان حفر نمائید. در صورتی که مسیر 2 سیم مشترک باشد بهتر است مسیر دو سیم ایزوله گردند. همینطور مسیر سیم ها باید کوتاهترین مسیر بوده و سیم میله برقگیر و ارت حتی الامکان مستقیم و بدون پیچ و خم باشد و نبایستی خم های تند داشته باشد و در صورت نیاز به خم زدن سیم در طول بیش از 50 سانتیمتر انجام گردد.
پر نمودن چاه ارت
- ابتدا حدود 20 لیتر محلول آب و نمک تهیه و کف چاه میریزیم طوری که تمام کف چاه را در برگیرد بعد از 24 ساعت مراحل زیر را انجام می دهیم.
- به ارتفاع 20 سانتیمتر از ته چاه را با خاک رس و یا خاک نرم پر می نماییم.
- به مقدار لازم (حدود 450 کیلو گرم معادل 15 کیسه 30 کیلو گرمی) بنتونیت را با آب مخلوط کرده و بصورت دوغاب در میاوریم و مخلوط حاصل را به ارتفاع 20 سانتیمتر از کف چاه می ریزیم هر چه مخلوط حاصل غلیظ تر باشد کیفیت کار بهتر خواهد بود.
- صفحه مسی را به 2 سیم مسی نمره 50 جوش می دهیم این سیم ها یکی به میله برقگیر روی دکل و دیگری به شینه داخل ساختمان خواهد رفت بنابراین طول سیم ها را متناسب با طول مسیر انتخاب می نماییم.
- صفحه مسی را بطور عمودی در مرکز چاه قرار می دهیم
- اطراف صفحه مسی را با دوغاب تهیه شده تا بالای صفحه پر می نماییم
- لوله پلیکای سوراخ شده را بطور مورب در مرکز چاه و در بالای صفحه مسی قرار می دهیم و داخل لوله پلیکا را شن میریزیم تا 50 سانتیمتر از انتهای لوله پر شود این لوله برای تامین رطوبت ته چاه می باشد و در فصول گرم سال تزریق آب از این لوله بیشتر انجام گردد. لازم بذکر است در مواردی که چاه ارت در باغچه حفر شده باشد و یا ته چاه به رطوبت رسیده باشد و یا کلا در جاهایی که رطوبت ته چاه از بالای چاه یا از پایین چاه تامین گردد نیازی به قراردادن لوله نمی باشد.
- بعد از قراردادن لوله پلیکا به ارتفاع 20 سانتیمتر از بالای صفحه مسی را با دوغاب آماده شده پر می نماییم.
- الباقی چاه را هم تا 10 سانتیمتر بر سر چاه مانده، با خاک معمولی همراه با ماسه یا خاک سرند شده کشاورزی پر می نمائیم و 10 سانتیمتر از چاه را برای نفوذ آب باران و آب های سطحی به داخل چاه با شن و سنگریزه پر می نمائیم. روی چاه مخصوصا در مواقعی که از لوله پولیکا استفاده نمی گردد نباید آسفالت شده و یا با سیمان پر گردد.
- داخل شیار های حفاری شده را با خاک سرند شده کشاورزی یا خاک نرم معمولی و یا خاک معمولی مخلوط با بنتونیت پر نمایید
نصب شینه و میله برقگیر
- شینه داخل ساختمان باید توسط مقره هایی از دیوار ساختمان ایزوله گردد. قطر و طول سینه بستگی به تعداد انشعابات داخل ساختمان دارد. (تمامی تجهیزات داخل ساختمان بایستی بطور جداگانه و موازی به این شینه متصل گرد).
- در حالتی که دکل روی ساختمان قرار داشته باشد سیم میله برقگیر نبایستی از داخل ساختمان برده شود بلکه باید خارج از ساختمان سیم کشیده شود و همینطور مسیر عبوری سیم ارت به داخل ساختمان تا شینه ورودی ساختمان باید عایق دار باشد.
- در پای دکل توسط بست، سیم میله برقگیر به یکی از پایه های دکل خیلی محکم متصل شود و تا بالای دکل به میله برقگیر متصل گردد. لازم بذکر است مسیر میله برقگیر از کابل هایی که به آنتن ها می روند باید جدا باشد.
اجرای ارت به روش سطحی
هفت روش برای اجرای زمین سطحی وجود دارد که عبارتند از:
- ROD 2
- RING 3
- پنجه ای (شعاعی)
- مختلط
- حلزونی
- الکتروشیمیایی
- شبکه ای
اجرای ارت به روش ROD کوبی
مصالح مورد نیاز
مصالح مورد نیاز همانند روش عمقی می باشد با این تفاوت که به جای صفحه مسی از میله های مغز فولادی 5/1 متری و با قطر 14 میلیمتر و با روکش مس استفاده می نماییم.
روش اجرا
- کانالی به عمق 80 سانتیمتر و عرض 45 سانتی متر و طول X حفر می نماییم.
- اندازه گیری مقاومت مخصوص خاک و انجام محاسبات لازم
- چنانچه سایت دارای دکل خود ایستا می باشد برای حفر کانال از فاصله بین اتاق تجهیزات و دکل و همچنین اطراف دکل استفاده شود.
- چنانچه دکل روی ساختمان قرار داشته حفاری با در نظر گرفتن اتاق دستگاه و دکل در مسیری که زمین رطوبت بیشتری دارد انجام گیرد.
- پس از آماده شدن کانال 2 میله به فاصله 3 متر از یکدیگر در زمین میکوبیم به گونه ای که حدود 15 سانتیمتر از میله ها بیرون بمانند سپس 2 میله را با کابل مسی یا کابل برق به هم وصل نموده و با دستگاه ارت سنج مقاومت زمین ایجاد شده را اندازه می گیریم، چنانچه مقاومت نشان داده شده با دستگاه بالای 4 اهم بود میله دیگری به فاصله 3 متر از میله دوم می کوبیم و با اتصال 3 میله به هم مقاومت زمین ایجاد شده را اندازه گیری می نماییم. این کار را تا زمانی که مقاومت اندازه گیری شده به زیر 4 اهم برسد ادامه می دهیم بعد از آنکه به تعداد کافی میله کوبیده شد سیمی را که به شینه مسی نصب شده در اتاق دستگاه متصل است به تک تک میله ها جوش داده و به سمت دکل میبریم.
- برای پر نمودن کانال ابتدا با بنتونیت روی سیم مسی را پوشانده (در زمین هایی که رطوبت کافی ندارند) و سپس با خاک سرند شده کشاورزی یا خاک نرم کانال را پر می نماییم.
- مقاومت زمین اجرا شده را اندازه گیری نموده و ثبت می نماییم ( بعد از پر کردن کانال مقاومت زمین اندازه گیری شده کاهش خواهد داشت و باید کمتر از 3 اهم باشد).
نکته: در مناطق سردسیر عمق کانال حفاری شده و بطور کلی مسیر عبور کابل مسی خیلی مهم می باشد و نباید در معرض یخبندان قرار گیرد. تاثیر کاهش درجه حرارت بر افزایش مقاومت سیستم زمین به شرح زیر می باشد.
دما بر حسب درجه سانتیگراد میزان مقاومت بر حسب اهم بر متر
سایر روش ها
روش های دیگر در مناطق کوهستانی و سنگلاخی و مکان های خاص کاربرد دارد که بنا به مورد با بازدید از محل و اندازه گیری های لازم می تواند طرح مناسب تهیه گردد.
اجرای ارت در ارتفاعات
ارتفاعات کشور را با توجه به نوع زمین و خاک میتوان به سه دسته تقسیم کرد:
- ارتفاعات خاکی که امکان حفاری و کوبیدن میله مغز فولادی در آن ها وجود دارد.
- ارتفاعات سنگلاخی که امکان حفاری عمیق در آنها وجود ندارد ولی می توان شیار ایجاد کرد.
- ارتفاعات صخره ای
برای حالت اول:
به یکی از روش های حفر چاه یا کوبیدن ROD میتوان سیستم ارت را اجرا نمود
در حالت دوم:
شیارهایی بصورت ستاره و پنجه ای ایجاد نموده و تسمه مسی را در داخل شیار ها خوابانده و برای کاهش مقاومت روی تسمه را با مخلوط خاک و بنتونیت می پوشانیم.
نکته: کلیه اتصالات در زیر خاک باید به یکدیگر جوش داده شود.
روش اول:
در زمین های صخره ای که امکان حفاری وجود ندارد با مصالح ساختمانی کانال ساخته، تسمه مسی را در کف کانال خوابانده و کانال را با بنتونیت پر می نماییم. طول کانال یا کانال ها باید به اندازه ای باشد که مقاومت اندازه گیری شده زیر 3 اهم گردد. برای گرفتن نتیجه مطلوب باید داخل کانال بصورت مصنوعی دائما مرطوب نگه داشته شود.
روش دوم:
روش شبکه ای است بدین صورت که ابتدا شبکه شطرنجی با سیم مسی به طول 3+x و عرض 3+y بطوریکه نقاط اتصال به هم جوش داده شده درست کرده سپس با مصالح ساختمانی آن را در زمین با بنتونیت به ارتفاع 40 cm به طوری که ابتدا 20cm بنتونیت ریخته سپس شبکه ساخته شده را قرار داده و روی آن را هم تا 20cm با بنتونیت می پوشانیم و انشعاب های لازم جهت دکل و سایت و نقاط دیگر از آن گرفته می شود متغیرهای x و y به میزان مقاومت خوانده شده بستگی دارد.
نکات عمومی و مهم در خصوص سیستم های ارت
- کلیه اتصالات با مفتول برنج یا نقره جوشکاری گردد. سطح جوش باید CM 6 باشد جهت اتصالات و جوشکاری رعایت گردد (در مواردی کدولد توصیه می شود).
- از هر پایه دکل های خودایستا هم فونداسیون دکل توسط سیم مسی و بست مخصوص به سیستم ارت و هم پای دکل به سیستم ارت جوشکاری گردد.
- سیم میله برقگیر از پایه ای که آنتن های کمتری نصب می شود و با کابل های روی لدر حداکثر فاصله را داشته باشد، بدون خمش در مسیر مستقیما به رینگ داخل کانال و از کوتاهترین مسیر توسط جوش متصل گردد.
- میله برقگیر روی دکل در بالاترین نقطه دکل (با رعایت مخروط حفاظتی با زاویه 45 درجه) بطوری که تجهیزات را کاملا پوشش دهد، قرارگیرد و جنس آن تمام مس با آلیاژ استاندارد به قطر mm 16 و طول آن بستگی به ارتفاع نصب آنتن های روی دکل دارد.
- شعاع خم سیم مسی حداقل CM20 و زاویه قوس حداقل 60 درجه رعایت گردد (رعایت زاویه خمش سیم مسی)
- پایهها و نقاط ابتدا و انتهای لدر افقی به سیستم گراند متصل گردد.
- کلیه کابل های ورودی به سالن دستگاه توسط بست گراند به بدنه دکل و ابتدای لدر افقی (بعد از محل خم شدن کابل) گراند شوند.
- به هیچ عنوان در روی دکل، جوشکاری صورت نگیرد.
- اتصال از شبکه گراند سیستم اجرا شده به تانکر سوخت دیزل ژنراتور، تانکر آب هوایی، اسکلت فلزی ساختمان و در و پنجره های اتاق دستگاه صورت گیرد.
- اگر سیستمی از قبل اجرا شده باشد، سیستم قدیم بهجدید در عمقخاک متصل گردند.
- سیمارت درروی زمین باید باروکشوسیم داخل کانال ها باید بدون روکش و مستقیم کشیده شود.
- پرکردن کانال باید با خاک سرند شده کشاورزی یا خاک نرم انجام گردد.
- ارتفاع نصب شینه مسی CM 50 از کف تمام شده باشد.
- شینه داخل اتاق حدالمقدور به چیدمان دستگاه ها نزدیک باشد.
- از هر دستگاهی جداگانه سیم ارتی به شینه متصل گردد (قطر و طول شینه گراند بستگی به تعداد انشعابات آن دارد).
- در دکل های مهاری پر ظرفیت، مهارهای دکل بایستی توسط بست مخصوص به گراند اتصال یابد.
- جهت استفاده ترانس برق شهر در ایستگاه های مخابرات بایستی گراند جداگانه اجرا گردد.
- در سایت های کامپیوتری جهت اجرای سیستم زمین حتی المقدور بایستی از یک زمین با سطح یکنواخت (بدون شیب) استفاده نمود.
- در ایستگاه ها بین نول و گراند نبایستی اختلاف ولتاژ وجود داشته باشد.
- در دکل های پرظرفیت که ابعاد قسمت بالای دکل بیشتر از m2 میباشد نیاز به نصب یک عدد برقگیر اضافی در سمت مقابل برقگیر اول میباشد.
- در سیمکشی داخل محوطه سایت های کامپیوتری برای چراغ های روشنایی و سایر موارد باید از کابل زمینی استفاده گردد و در ایستگاه های بالای کوه و نقاط دور از شهر نباید از چراغ های روشنایی خیابانی استفاده شود.
- استاندارد قابل قبول آزمایش و تحویل اتصال زمین برای سایت های کوچک زیر 10 اهم و برای سایت های بزرگ و مهم زیر 3 اهم میباشد.
انتخاب و نصب هادی زمین
هادی زمین آن قسمت از سیستم زمین است که الکترود زمین را به ترمینال اصلی زمین وصل می کند. محل اتصال هادی زمین به الکترود، معمولاً در زیرزمین و محل ترمینال اصلی، بیشتر در داخل ساختمان و در دسترس قرار دارد.
از آلومینیوم لخت یا آلومینیوم دارای پوشش مس نباید در تماس با زمین چه به عنوان الکترود و چه بعنوان هادی زمین استفاده کرد. در محیط های مرطوب نیز نباید از این مواد به عنوان هادی زمین استفاده نمود. در انتخاب نوع و سطح مقطع هادی زمین، توجه به توانایی عبور حداکثر شدت های جریان اتصال کوتاه به زمین در طول زمان هایی که پیش بینی می شوند. در درجه اول اهمیت قرار دارد و همراه با آن باید تکیه گاه هایی با استقامت مناسب برای مقاومت در برابر بزرگترین جریان ها احتمالی اتصالی به زمین و نشتی، انتخاب شوند. بطور خلاصه سیستم هادی زمین باید از هر دو نظر مکانیکی و خوردگی، دارای استقامت لازم باشد.
دمای بالا در اثر جریان های نشتی
برای مواردی که جریان نشتی به طور دائمی وجود دارد، لازم است اطمینان حاصل شود که از نظر دمای مجاز عایق بندی و یا تکیه گاه ها، شرایط قابل قبول وجود دارند و برای هادی های لخت که در دسترس می باشند، دما از 70 درجه سلسیوس تجاوز نخواهد کرد.
لازم است توجه شود که هنگام انتخاب هادی برای عبور جریان اتصال کوتاه، دمای اولیه هادی که ممکن است دراثر جریان های نشتی بیش از مقدار معمولی باشد، به حساب آورده شود.
استحکام هادی اتصال زمین
علاوه بر نیروهای مکانیکی که ممکن است پارگی هادی اتصال زمین شوند، خوردگی شیمیایی (اثر مواد شیمیایی خاک بر روی فلز هادی اتصال زمین) و خوردگی الکتروشیمیایی (تشکیل پیل بوسیله فلزات ناهمگون در زمین) خطراتی است که هادی اتصال زمین با آن ها روبرو می باشد. در مورد خوردگی الکتروشیمیایی، دو فلزی که بیش از همه بهم اتصال داده میشوند، مس و فولاد است. مس ساده (بدون هر گونه روپوش دیگر مانند قلع و غیره) نسبت به فولاد ساده (بدون هرگونه پوشش مانند گالوانیزاسیون) تشکیل قطب مثبت می دهد که سبب خوردگی سریع خواهد شد.
اتصالات و بست ها
بست های بکار رفته برای اتصال الکترود به هادی زمین باید با هر دوی آنها سازگار باشد تا از خوردگی گالوانیک، تا جایی که ممکن است، جلوگیری شود. بست ها باید از نظر مکانیکی محکم باشند و جنس آن ها از نوع مقاوم در برابر خوردگی باشد. در مورد بست های پیچی، پیچ ها باید در برابر گشتاوری حداقل به مقدار 20 نیوتن متر، استقامت کنند. اتصال هادی زمین به الکترود یا هر سازه زمین شده دیگر که از آن برای زمین کردن استفاده می شود بهتر است به کمک لحیم کاری یا با استفاده از بست های بزرگ غیرآهنی انجام شود.در مواردی که از غلاف فلزی و زره فلزی کابل استفاده شود، غلاف و زره باید با لحیم کاری به یکدیگر همبندی شده و اتصال اصلی هادی حفاظتی به کابل با لحیم کاری به زره انجام شود.
پیش بینی نقطه ای برای جداسازی با هدف اندازه گیری مقاومت الکترود زمین
قبل از ورود هادی اتصال زمین به ساختمان یا هر سازه دیگر، باید نقطه ای پیش بینی شود تا در آن بتوان بصورت موقت هادی زمین را از سایر تاسیسات جدا کرده و اقدام به اندازه گیری مقاومت الکترود زمین نمود. انجام این کار به صورت دوره ای برای اطمینان از کارایی الکترود لازم است. راه عمل این کار، پیش بینی چاهکی قابل دسترس است.
با برداشتن دریچه چاهک، جداسازی با باز کردن یک بست ساده و محکم با ابزاری مخصوص، عملی می شود. دریچه باید به نحوی مطمئن قفل شود تا از دسترس افراد غیر مسئول در امان باشد. در صورت عملی نبودن، محل جداسازی باید در داخل و نزدیکی محیط ساختمان باشد تا با ایجاد مزاحمت و بخصوص طول زیاد سیم ها، اخلالی در اندازه گیری پیش نیاورد.
اندازه گیری مقاومت الکترود زمین و مقاومت مخصوص خاک
روشهایی که برای اندازه گیری مقاومت الکترود زمین و مقاومت ویژه خاک ارائه شده اند،در سراسر دنیا اساس این گونه اندازه گیری ها است. انواع دستگاه های مخصوص این کار نیز ساخته شده اند که اساس کار آن ها کم وبیش همان است که در اینجا گفته خواهد شد، گرچه انواع لوازم اندازه گیری تفاوت هایی با هم دارند اما هدف ما بحث درباره اصول است. لازم است توجه شود که نقش جرم کلی زمین در این مورد نیز منحصر به فرد است.
از دو نوع اندازه گیری گفته شده در اینجا، اندازه گیری مقاومت ویژه خاک قبل از شروع احداث الکترود با هدف تصمیم گیری درباره مشخصات آن انجام می شود و اندازه گیری مقاومت الکترود که پس از پایان احداث الکترود انجام می شود بسیار مهم بوده و اگر بدون ایراد و اشتباه انجام شود، همان چیزی است که ایمنی افراد، سلامت دستگاه ها و صحت کار آن ها بستگی به مقدار آن خواهد داشت. در واقع اندازه گیری مقاومت زمین، امتحانی است که بعد از مدت ها فکر و اندازه گیری های اولیه و تصمیم گیری های مبتنی بر داده های محلی و تجربه شخصی و تجربه دیگران، پس داده می شود.
آماده سازی T
الکترودی است که اندازه گیری مقاومت آن مورد نظر است. برای انجام کار به این لوازم احتیاج خواهد بود:
- دو عدد الکترود کمکی، مناسب برای کوبیدن در انواع زمین، از لوله فولادی یا میله فولادی
- هر یک به طول 0،30 تا 1 متر
- یک عدد الکترود بنام الکترود کمکی جریان
- الکترود T1
- یک عدد الکترود کمکی بنام الکترود کمکی ولتاژ
- الکترود T1
- یک عدد آمپر متر با مقیاس اندازه گیری مناسب
- یک عدد مقاومت متغیر (رئوستا) با اتو ترانسفورماتور با توان مناسب برای تنظیم شدت جریان در حد مطلوب
- یک عدد ولت متر دقیق برای 220 ولت متناوب، با مقاومت داخلی 100 اهم بر ولت یا حداقل 20 کیلو اهم برای 220 ولت (برای دقت 5 درصد اگر مقاومت الکترود ولتاژ 1000 اهم باشد)
- یک عدد منبع ولتاژ متناوب با توان مناسب که می تواند یکی از موارد زیر باشد.
- مقداری سیم مسی با مقطع کافی ( 2،5 یا 4 میلیمتر مربع) از نوع قابل انعطاف با عایق بندی خوب و مجهز به ترمینال های پیچی با کنتاکت های قابل اطمینان.
- ژنراتور دستی ولتاژ متناوب (مشابه Megger)
- ترانسفورماتور جداکننده ( در صورت استفاده از شبکه به عنوان منبع تغذیه معمولاً با نسبت 1/1)
- ژنراتور استاتیک ولتاژ متناوب ( معمولاً موج مربع) با استفاده از باتری به عنوان منبع اولیه انرژی
- ژنراتور دستی ولتاژ متناوب (مشابه Megger)
- ترانسفورماتور جداکننده ( در صورت استفاده از شبکه به عنوان منبع تغذیه معمولاً با نسبت 1/1)
- ژنراتور استاتیک ولتاژ متناوب ( معمولاً موج مربع) با استفاده از باتری به عنوان منبع اولیه انرژی
یادآوری
دیده می شود که از دو نوع منبع ولتاژ که آشناترند یعنی ولتاژ شبکه فشار ضعیف (بدون استفاده از ترانسفورماتور جدا کننده) و ولتاژ جریان مستقیم (باتری معمولی) جزو منابع مطلوب اسمی برده نشده است. زیرا هر یک دارای اشکالاتی هستند که بهتر است از آن ها استفاده نشود.
ولتاژ شبکه
نظر به اینکه یک نقطه از شبکه (خنثا) در منبع (پست-ژنراتور) به زمین وصل است تامین ایمنی در اطراف الکترودی که هنگام اندازه گیری به فاز وصل خواهد شد ( برای مثال الکترود T1 مخصوصاً اگر از نظرها دور باشد. بعلت وجود گرادیان ولتاژ، مشکل خواهد بود). بنابراین بدون ترانسفورماتور جداکننده استفاده از ولتاژ شبکه توصیه نمی شود. اگر در بعضی موارد به ناچار از این روش یعنی مستقیماً از ولتاژ شبکه به عنوان منبع استفاده شود. اندازه گیری ها باید با گماردن ناظران متعدد در محل های محفوظ در اطراف الکترود فاز (برای جلوگیری از ورود افراد ناوارد به محوطه گرادیان ولتاژ) و در کوتاه ترین زمان ممکن انجام شوند. آمپر متر هم باید در هادی متصل به الکترود خنثی وصل شود.
ولتاژ جریان مستقیم
یادآوری می نماید که یکی از خواص زمین این است که با جذب رطوبت و با وجود انواع املاح در خاک تبدیل به الکترولیت می شود و در حالتی که از آن جریان مستقیم عبور کند مواد شیمیایی موجود در این الکترولیت یونیزه شده و یون های مثبت بسمت قطب منفی و یون های منفی بسمت قطب مثبت به حرکت در می آیند. یکی از محصولات مواد اسیدی و بازی تجزیه شونده، هیدروژن است که حباب های بسیار ریز آن در اطراف الکترود جمع می شوند و لایه ای عایق ایجاد می کنند که مانع انجام صحیح اندازه گیری می شود. اگر در بعضی موارد به ناچار از این روش استفاده شود.
اندازه گیری ها باید در کوتاه ترین زمان ممکن و دوباره بترتیب زیر انجام شوند: پس از آماده کردن مقدمات، جریان برای لحظه ای کوتاه برقرار و قرائت انجام شود. سپس قطب های منبع تغذیه با یکدیگر تعویض و جریان دوباره برای مدتی کوتاه برقرار و یک قرائت دیگر در این حالت انجام شود. میانگین دو قرائت، به شرطی که خیلی نزدیک به هم باشند قابل قبول خواهد بود و در غیر این صورت یعنی وجود تفاوت زیاد، نتیجه آزمون قابل قبول نخواهد بود. اگر سطح الکترودی که به آن دو وصل می شود خیلی بزرگتر از کاتد باشد، مسئله پلاریزاسیون تا حد بسیار زیادی حل شده و آزمون با دقت بیشتر انجام خواهد شد.