انواع الکترود زمین

در این مقاله انواع الکترود زمین و سه نوع متداول اجرای ارت را بررسی میکنیم.

انتخاب روش ارتینگ

پس از بررسی قوانین و الزامات می توانید از جدول های موجود در مقاله معیارهای انتخاب سیستم های ارتینگ به عنوان راهنما استفاده کنید. مجموع اطلاعات قبلی به همراه موارد اشاره شده در این بخش می تواند در تصمیم گیری برای تقسیم بندی منابع و جدا سازی گالوانیک تاسیسات مفید باشد.

تقسیم منبع

تکنیک تقسیم منبع به استفاده از چند ترانسفورماتور بجای یک ترانسفورماتور با توان بالا یا سنگین اشاره می کند. در این حالت بارهای تولید کننده ی اختلالات از طریق ترانس های اختصاصی خود تغذیه خواهند شد. به عنوان مثال می توان ترانسفورماتورهای جداگانه ای برای تغذیه ی موتورهای سنگین یا کوره های القایی در نظر گرفت.

وجود ترانسفورماتورهای متعدد باعث بهبود کیفیت و تداوم در تغذیه‌ی تمام بخش های تاسیسات می شود. کوچکتر شدن ترانسفورماتورها باعث کاهش سطح اتصال کوتاه و هزینه های مربوط به سوئچگیرها نیز خواهد شد. علاوه بر این در تاسیسات بزرگ با ترانس های متعدد می توان از طرح های حفاظتی و ارتینگ متنوع استفاده کرد. مقرون به صرفه بودن نصب چند دستگاه ترانسفورماتور باید به صورت موردی و جداگانه بررسی گردد.

شبکه جزیره ای

با استفاده از ترانسفورماتورهای LV/LV می توان شبکه را به صورت جزیره ای یا گالوانیک از یکدیگر جدا کرد. تقسیم کردن تاسیسات به بخش های کوچکتر باعث بهینه سازی روش های ارتینگ و برآورده کردن شرایط بارهای خاص می شود. به عبارت دیگر در گروه های کوچکتر می توان از سیستم های ارتینگ و حفاظتی مناسب استفاده کرد.

در تصویر زیر دیاگرام تاسیسات الکتریکی اصلی بیمارستان را مشاهده می کنید. این بیمارستان از طریق یک دستگاه ترانسفورماتور MV/LV تغذیه می شود. نقطه ی خنثی ترانسفورماتور MV/LV از زمین ایزوله بوده و از سیستم ارتینگ IT به همراه رله مانیتورینگ عایقی یا IMD در آن استفاده شده است.

سیستم IT تمام بخش های بیمارستان را تغذیه کرده و تنها یک دستگاه ترانسفورماتور LV/LV در تاسیسات وجود دارد. ترانس LV/LV به منظور جدا سازی و تغییر طرح ارت قسمتی از شبکه در نظر گرفته شده است. همانطور که مشاهده می کنید سیستم ارت خروجی ترانسفورماتور فشار ضعیف به شکل TN-S بوده و بارهای معمولی را تغذیه می کند. تاسیسات تغذیه شده توسط سیستم ارتینگ IT در این دیاگرام بسیار گسترده است. گسترده بودن شبکه باعث افزایش نرخ خطا در آن می شود. رخ دادن دو خطای هم زمان یا خطای دوم در تاسیسات فوق باعث خروج کل سیستم از مدار خواهد شد.

دیاگرام زیر به منظور کاهش خاموشی ها و تداوم سرویس دهی پیشنهاد می شود. نقطه ی خنثی ترانسفورماتور اصلی در این طرح به زمین وصل شده و سیستم ارتینگ آن TN-S است. در قسمت چپ دیاگرام دو خروجی جهت تغذیه ی بارهای معمولی با سیستم TN-Sتعبیه شده است. بارهای معمولی با بریکر یا فیوز حفاظت شده و اولین خطا باعث قطع آن ها از منبع تغذیه می گردد.

بخش های حساس بیمارستان و اتاق عمل باید دارای طرح ارت IT باشند. همانطور که می دانید اولین خطای زمین یا شکست عایقی در سیستم IT باعث خاموشی آن نخواهد شد. به منظور تغییر طرح ارت بخش های حساس از دو دستگاه ترانسفورماتورهای LV/LV با رله ی مانیتورینگ عایقی استفاده شده است. افزایش تعداد ترانسفورماتورها باعث کوچکتر شدن شبکه و کاهش نرخ خرابی ها می شود.

روش های اجرای الکترود زمین

کیفیت یک الکترود زمین و دست یابی به کمترین مقاومت ممکن به دو عامل روش اجرا و نوع خاک بستگی دارد. سه نوع متداول اجرای ارت در ادامه بررسی شده است.

حلقه ی دفن شده

روش حلقه ی دفن شده، هنگام اجرای ساختمان های جدید بسیار توصیه می شود. برای ایجاد این سیستم زمین باید الکترود به شکل حلقه ی بسته و در محیط حفاری فونداسیون ساختمان دفن شود. هنگام اجرای این طرح باید از هادی لخت و در نزدیکترین تماس با خاک استفاده گردد. توجه داشته باشید که هادی یا الکترود ارت نباید در شن، سنگ ریزه، پایه ها یا سنگ های مربوط به زیر فونداسیون (سنگ هایی که زیر پایه ها یا در گوشه های فونداسیون قرار داده می شوند.) قرار بگیرد.

برای اتصال سیستم زمین به تاسیسات باید حداقل چهار هادی از الکترود با فاصله های زیاد و به شکل عمودی در نظر گرفته شود. در صورت امکان میل گرد های استفاده شده جهت تقویت بتن فونداسیون نیز باید به الکترود زمین متصل شوند. هادی انتخاب شده برای الکترود زمین به ویژه هنگام حفاری جدید، باید حداقل 50 سانتی متر پائین تر از سنگ ها، پایه ها یا گوشه های سخت فونداسیون بتنی در خاک قرار بگیرد. الکترود زمین و هادی های عمودی بالا رونده به طبقه هم کف، هرگز نباید با بتون فونداسیون تماس داشته باشد.

برای ساختمان های موجود باید الکترود ارت در اطراف دیوارهای بیرونی و حداقل در عمق 1 متری قرار داده شود. به عنوان یک قانون کلی، تمام اتصالات عمودی خارج شده از سطح زمین و مربوط به الکترود باید برای ولتاژ نامی فشار ضعیف 600 تا 1000 ولت عایق شده باشند. هادی استفاده شده می تواند از موارد زیر انتخاب شود:

• مس: کابل لخت بزرگتر مساوی 25 میلی متر مربع یا تسمه های بزرگتر مساوی 25 میلی متر مربع با حداقل ضخامت 2 میلی متر
• آلومینیوم با پوشش سرب: کابل بزرگتر مساوی 35 میلی متر مربع
• کابل فولادی گالوانیزه: کابل لخت بزرگتر مساوی 95 میلی متر مربع یا تسمه های بزرگتر مساوی 100 میلی متر مربع با حداقل ضخامت 3 میلی متر

مقاومت تقریبی الکترود ارت بر اساس اهم به شکل \(\boldsymbol{R}\boldsymbol{=}\frac{\boldsymbol{2}\boldsymbol{\rho }}{\boldsymbol{L}}\) محاسبه می شود. در این فرمول L مربوط به طول هادی بر اساس متر و ρ مقاومت خاک بر اساس اهم-متر است. میزان تاثیر گذاری خاک در ادامه شرح داده شده است.

رادهای ارت

میله یا رادهای عمودی ارت اغلب برای ساختمان های موجود و برای بهبود الکترودهای زمین قبلی استفاده می شود. به عنوان مثال می توان از رادها با الکترود قبلی به صورت موازی استفاده کرده و مجموع مقاومت را کاهش داد. رادها می توانند:

• مس یا در اغلب موارد فولاد با روکش مس: میله های فولادی با روکش مس معمولا بین 1 تا 2 متر طول داشته و انتهای آن ها دارای پیچ و سوکت (محل قرار دادن سیم یا اتصال به الکترود دیگر) است. رادها را می توان به یکدیگر متصل کرده و در زمین قرار داد. این کار جهت رسیدن به طول و در نتیجه عمق بیشتر است. به عنوان مثال در زمین هایی که مقاومت خاک بالایی دارند، از اتصال چند راد به یکدیگر استفاده شده تا به سطح آب برسند.
• لوله فولادی گالوانیزه با قطر بزرگتر مساوی 25 میلی متر یا راد با قطر بزرگتر مساوی 15 میلی متر که هردو طول 2 متر یا بیشتر دارند.

در اغلب موارد و جهت دستیابی به مقاومت کمتر، نیاز است تا از چند راد به صورت موازی استفاده شود. هنگام اجرای چند راد باید به فاصله ی بین آن ها توجه گردد. فاصله ی بین رادها باید 2 تا 3 برابر عمق آن ها باشد.

مقاومت مجموع سیستم زمین اجرا شده توسط رادها در خاک هم گن برابر با مقاومت یک راد، تقسیم بر تعداد رادها در تاسیسات مورد نظراست. مقاومت تقریبی سیستم ارت راد از طریق فرمول \(\boldsymbol{R}\boldsymbol{=}\frac{\boldsymbol{1}}{\boldsymbol{n}}\frac{\boldsymbol{\rho }}{\boldsymbol{L}}\) محاسبه می شود. در این فرمول ρ مقاومت خاک با واحد اهم بر متر، L طول راد بر اساس متر و n تعداد رادها است. در نظر داشته باشید که فاصله ی بین رادهای اجرا شده در این فرمول باید بزرگتر از 4 برابر طول آن ها باشد.

صفحه های عمودی

از صفحه های مستطیل شکل فلزی می توان به عنوان الکترود زمین استفاده کرد. هر سمت از این صفحه باید بزرگتر مساوی 0.5 متر بوده و به صورت عمودی در خاک دفن شود. مرکز صفحه هنگام قرارگیری در زمین حداقل باید 1 متر زیر سطح خاک باشد. صفحات می توانند:

• مس با ضخامت 2 میلی متر
• فولاد گالوانیزه با ضخامت 3 میلی متر

مقاومت تقریبی سیستم ارت با صفحه های عمودی از طریق فرمول \(\boldsymbol{R}\boldsymbol{=}\frac{\boldsymbol{0}.\boldsymbol{8}\boldsymbol{\ }\boldsymbol{\rho }}{\boldsymbol{L}}\) محاسبه می شود. در این فرمول ρ مقاومت خاک با واحد اهم بر متر و L محیط یا پیرامون صفحه بر اساس متر است.

تاثیر نوع خاک

در ادامه دو جدول برای مشخص کردن تاثیر نوع خاک بر میزان مقاومت آورده شده است.

جدول 1: مقاومت انواع خاک با واحد اهم بر متر

جدول 2: میانگین مقاومت ویژه با واحد اهم بر متر جهت سایز کردن تقریبی الکترود ارت