نکاتی در ارتباط با سیستم زمین صفحه ای (چاه زمین)
الکترود زمین ، الکترود صفحه ای ، چاه ارت ، سیستم زمین صفحه ای ، الکترو سطحی
الکترود زمین به صورت کلی ، میله صفه ، سیم و یا قطعه ای رسانا می باشد که در زمین قرار گرفته و یک مسیر الکتریکی برای انتقال جریان ناشی از سرج های الکتریکی و صاعقه ایجاد میکند تا بدین صورت مدارها و تجهیزات الکتریکی را مافظت نماید. از الکترود صفحه ای بیشتر در مناطقی استفاده می شود که بخواهند در جم کمی از فضا ، به مقاومت پایینی دست یابند.
- الکترود زمین صفحه ای (چاه ارت):
در مناطق و شرايطي كه فضا و سطح كافي براي احداث الكترود هاي سطحي نباشد و بتوان در عمق حفاري نمود مي توان از الكترود صفحه اي استفاده كرد. در اين نوع الكترود ، يك صفحه هادي(ترجيحا از جنس مس يا فولاد مس اندود) در قطر يك چاه قرار مي گيرد و مي تواند با زمين ارتباط الكتريكی برقرار سازد. اين نوع الكترود فقط در شرايطی توصيه مي شود كه سطح كافي يا شرايط مورد نياز براي اجرای زمين سطحي موجود نباشد.
- اصول اجرايی:
– حفاري چاه بايستی تا رسيدن به رطوبت نسبی و مطلوب ادامه يابد.
نکته: در شرایطی که محدودیت حفاری وجود دارد بایستی تدابیری جهت تزریق مصنوعی آب با استفاده از لوله اتخاذ شود
– الكترود صفحه اي در قعر چاه و بايستي بصورت قائم قرار داده شود.
– فاصله لبه بالايي صفحه از سطح زمين نبايد كمتر از 1.5 متر باشد.
– جهت ايجاد سطح تماس بيشتر مي توان از مواد كاهنده در اطراف صفحه استفاده نمود، بطوريكه حداقل cm 10 از بالا و پايين صفحه را در بر گيرد. در مورد چگونگی استفاده و انتخاب مواد کاهنده، در بخش 1-3 ، توضیحاتی آورده شده.
– اتصال سيم زمین با صفحه بايستي توسط جوش حرارتي و مطابق با بخش 1-4 باشد. اتصال بايستي حداقل در دو نقطه انجام شود، بدین ترتیب که در وسط صفحه، اتصال از نوع جوش حرارتی بوده و جهت استحكام مكانيكي سيم ، بايستي با استفاده از بست (كرپي) مسي يا گالوانيزه، سیم را از یک یا دو طرف نقطه جوش، به صفحه متصل نمود.
– ابعاد مناسب براي صفحه حداقل cm50×50 و ضخامت 2 ميليمتر براي مس و 3 ميليمتر براي فولاد گالوانيزه مي باشد.
– در شرايطی كه بيش از يك حلقه چاه نياز باشد، فاصله دو چاه مجاور نبايد كمتر از عمق هر يك از چاهها باشد، اتصال دو چاه در زمين توسط يك هادی با ابعادی معادل ابعاد هادي مياني یا سیم زمین انجام می گيرد.
– براي بدست آوردن مقاومت كمتر ، بهتر است به جاي افزايش ابعاد صفحه، تعداد چاه ها را افزايش داد.
– در صورت موجود بودن سیستم زمین دیگری در محل سایت، کلیه سیستمهای زمین موجود میبایست با چاه ارت همبند شوند.
– در مناطقي كه رطوبت نسبی و بارندگي كم است، بايستي يك لوله PVC دو اينچی جهت آبياري، درون چاه قرارداد بطوريكه انتهای لوله كمي بالاتر از لبه بالايي صفحه (حدود 20 سانتیمتر) قرارداشته باشد. بديهي است كه تعداد و زمان آبياري، به رطوبت منطقه بستگی دارد. در اين حالت مي توان از يك دريچه بازديد براي حفاظت از لوله و نگهداري مناسب از آن استفاده نمود.
- تخمين ابعاد مورد نياز براي الكترود صفحه اي:
مطابق با استاندارد BS 7430 اگر ارتفاع خاك در بالاي صفحه بيش از 60cm باشد، مقاومت صفحه از رابطه زير بدست مي آيد.
R=ρ/4 √(π/2A)
كه در آن A سطح صفحه بر حسب متر مربع است. بايستي توجه داشت كه تاثير مواد كاهنده در اين رابطه لحاظ نشده است بنابراين اين رابط فقط يك تخمين اوليه جهت استفاده از مواد كاهنده را در اختيار مي گذارد .
ρ مقاومت ویژه الکتریکی خاک میباشد که میبایست قبل از مرحله طراحی و اجرای سیستم زمین مورد ارزیابی و اندازهگیری قرار گیرد. در بخش 1-5 روش اندازه گیری و تخمین مقاومت ویژه خاک مورد بررسی قرار گرفته است.
در استاندارد IEEE80 ، طول کابل متصل به صفحه نیز در نظر گرفته شده است. برای صفحه بصورت دایره، خواهیم داشت:
که در آن h عمق دفن الکترود (فاصله مرکز صفحه تا سطح زمین) میباشد. برای صفحه مربع شکل میبایست r را برابر 0.6 اندازه ضلع صفحه مربع شکل در نظر گرفت. در اینصورت برای صفحهای به ضلع a خواهیم داشت:
- استفاده از مواد كاهنده:
اصولا استفاده از مواد كاهنده صرفا جهت ايجاد سطح تماس بيشتر الكترود با زمين اطراف است. نكات مهم در آماده سازي خاك اطراف الكترود و استفاده از مواد كاهنده عبارتند از:
- در شرايطی كه خاك منطقه داراي رطوبت كافی نباشد، بايستي از مواد جاذب رطوبت مانند خاك بنتونيت و امثال آن استفاده شود.
- مواد مصرفي بايستی فاقد هر گونه مواد خورنده و اسيد باشد.
- استفاده از تركيب زغال و نمك به هيچ عنوان مجاز نمي باشد.
- مواد كاهنده بايستی كل صفحه را دربر گیرد، بطوريكه حداقل cm10 از بالا و پايين صفحه را در بر گيرد.
- اتصال هادی های سیستم زمین:
تمامی اتصالات زير زميني در سيستم براي جلوگيری از خطر خوردگي و اطمينان از عدم قطعی بايستي از نوع جوشی باشد. نوع معمول آن جوش حرارتی cad weld می باشد. در اين روش با استفاده از قالب مخصوص براي هر نوع اتصال، عمليات اتصال انجام مي شود. بايستی توجه نمود كه حرارت ايجاد شده توسط مواد احتراقي به اندازه كافي باشد تا دو هادي با يكديگرتركيب شوند. از طرفي حرارت ايجاد شده نبايد آنقدر زياد باشد كه موجب ذوب هادي در نقطه اتصال و قطع آن شود. همچنين نوع قالب و بر آمدگي اتصالات نبايد به هيچ عنوان دارای نقاط نوك تيز باشند. ساير اتصالات رو زميني كه در تماس مستقيم با خاك نيستند می تواند از نوع فشاري، بست اتصالات چند راهی (clamp) باشند.
- مقاومت الکتریکی زمین:
مقاومت ويژه طبق تعريف مقاومت خاك به ابعاد 1×1×1 متر است كه بين دو الكترود سنجيده شود . سنجش مقاومت ويژه طبق استاندارد IEEE 81 از روش 4 نقطه اي و نر انجام ميشود.
در اين روش 4 الكترود ميله اي كوتاه با فاصله يكسان و در خط راست به زمين كوبيده شود و مطابق شكل3 بين دو الكترود A,D جريان I ارسال و بين نقاط B,C ولتاژU گرفته مي شود.
مقاومت ويژه از رابطه زير بدست مي آيد:
كه در آن :
a فاصله مساوي بين الكترود ها بر حسب متر
hعمق الكترودها بر حسب متر
I,U به ترتيب ولتاژ و جريان اندازه گيري شده بر حسب ولت و آمپر
ρ مقاومت ويژه خاك بر حسب اهم-متر
براي حصول مقدار واقعی بايستی حتي الامكان اندازه گيري با فواصل مختلف و نقاط مختلف انجام شود و در نهایت از مقادیر بدست آمده، میانگین گیری شود.
اگر فاصله الكترود ها نسبت به طول h زياد باشد مقاومت ويژه از رابطه زير بدست می آيد:
جدول زیر ارقام تجربي را براي زمين هاي مختلف نشان مي دهد:
نوع جنس زمين
مقاومت مخصوص
اهم- متر
خاکهای سطحی و گلدانی
خاک رس
شن و ماسه
سنگ آهک سطحی
سنگ رسوبی ترکیبی از گل سخت
ماسه سنگ
مناطق روستایی،تپههای کوتاه،خاک غنی
كوهستانی ، تپه بلند
شهری، صنعتی
سنگي،صخره اي،گرانيت
50- 1
100- 2
1000- 50
10000- 100
100- 50
2000- 20
30
متوسط 500
10000- 1000
3000-2000
جدول 1) مقاومت ویژه الکتریکی خاک بر حسب جنس ترکیبات خاک
شایان ذکر است دستگاه تست پارامترهای زمین، G-Test ساخت شرکت Cirprotec قابلیت سنجش مقاومت ویژه خاك و مقاومت الكترود زمین را به صورت خودکار دارا بوده و ميتواند مستقیماً با ارسال جریان و سنجش ولتاژ مقادیر مقاومت ویژه و مقاومت الكترود را بر روي صفحه نمایش دیجیتال نمایش دهد.
سنجش مقاومت سیستم زمین در دو فرکانس 270 و 1470 هرتز، به صورت Optional توسط این دستگاه قابل انجام است كه فركانس 270 هرتز برای زمين سیستمهای فرکانس پايين مانند زمین الكتريكی سیستمهای قدرت و فرکانس 1470 هرتز نیز برای كاركردهاي فرکانس بالا مانند صاعقه و سیگنالهای مخابراتی مناسب مي باشد.
