فروش ویژه صاعقه گیر آذرخش

صاعقه گیر الکترونیکی اکتیو چگونه عمل می کند؟ و انواع آن کدامند؟

 میله های ساده فرانکلینی :

اولین واحد جذب که توسط فرانکلین بیشنهاد گردید، میله های ساده بودند.

ضربه مستقیم صاعقه به اندازه طول میله ها، دور از ساختمان اتفاق می افتاد.

شعاع حفاظتی این صاعقه گیرهای ساده در کلاسهای حفاظتی براساس تئوری زاویه محاسبه می گردید.

 

قفس فارادی :

با گسترش ابعاد ساختمانها و با توجه به محدودیت های میله ساده ، قفس فارادی (Faraday Cage) جایگزین میله های ساده فرانکلینی شد،

امروزه نیز اکثر استانداردهای جهانی استفاده از قفس فارادی را بهترین روش میدانند.

در این روش سعی می شود ساختمان را در قفسی از هادیهای مسی یا فولادی محصور نمود.

 

صاعقه گیرهای الکترونیکی:

طراحی و نصب این صاعقه گیر های براساس استاندارد NFC 17-102 انجام می گیرد.

ریشه این استاندارد نیز همان تئوری گوی غلطان است که در تمامی استاندارد ها از آن استفاده شده است.

NFC 17-102 با وارد کردن پارامتر ΔL‌ در فرمول محاسبات، شعاع پوشش افزایش یافته صاعقه گیر را محاسبه می کند.

صاعقه گیر پس از نصب روی ساختمان، می بایست بوسیله هادیهای میانی Down Conductor از طریق سیم مسی بدون روکش به سیستم زمین متصل گردد.

مقاومت الکترود زمین صاعقه گیر می بایست زیر ۱۰ اهم باشد.

و پس از اجرا به شبکه هم بتانسیل کل سایت متصل شود.

در اجرای الکترود زمین هر صاعقه گیر می بایست از اقلامی چون:

صفحه های مسی،

مواد کاهنده مقاومت (LOM) ،

اتصالات جوش انفجاری(کدولد)،

راد مسی مغز فولادی،

استفاده نمود.

 

صاعقه گیر الکترونیکی :

درست قبل از حدوث صاعقه بطور طبیعی محتوی الکتریکی اتمسفر بطور ناگهانی افزایش می یابد.

این تغییر وضعیت توسط واحد جرقه زن حس و کنترل می شود.

صاعقه گیرهای الکترونیکی انرژی موجود در هوای متلاطم پیش از طوفان را (که حدود چندین هزار ولت بر هر متر است) جذب و در واحدهای جرقه زن ذخیره می نماید .

و در نهایت واحد جرقه زن با تخلیه بار الکتریکی خازنها بین الکترودهای فوقانی و الکترود مرکزی اش هوای اطراف را یونیزه می نماید

اصول عملکرد صاعقه گیر الکترونیکی :

آزاد سازی کنترل شده یونها  :

واحد جرقه زن (TRIGGERING) صاعقه گیرهای الکترونیکی شرایطی را ایجاد می کند تا چشمه جوشانی از یون (کرونا) در اطراف میله نوک تیز فراهم شود.

دقت عمل این واحد باید به گونه ای کنترل شده باش که آزاد سازی یونها را درست چند میکرو ثانیه قبل از حدوث و تخلیه صاعقه صورت دهد.

اثر کرونا و واحد جرقه زن :

حضور حجم وسیع بارهای الکتریکی در اطراف میله نوک تیز صاعقه گیر پس از یونیزاسیون توسط واحد جرقه زن سبب می شود تا پدیده طبیعی تجمع بارهای الکترونیکی اطراف میله (Corona effect) تقویت و تشدید شود.

تسریع در بروز علمدار حمله زمینی :

صاعقه گیرهای  الکترونیکی  طوری طراحی شده اند که ارسال علمدار حمله زمینی را خیلی زودتر از نقاط هم ارتفاع مشابه همان محدوده به انجام برسانند .

این به معنی تشکیل نقطه ترجیهی دریافت صاعقه در منطقه تحت حفاظت با صاعقه گیرهای  الکترونیکی نسبت به سایر نقاط می باشد.

 

 

در این قسمت تجهیزات سیستم زمین ساختمان های مسکونی و تجاری شامل الکترود ، هادی های ارتباطی ، بست ها و سایر تجهیزات اضافی دیگر براساس استانداردهای بین المللی آورده شده در بخش مراجع الزامی ارائه شده است .

انتخاب تجهیزات سیستم زمین با توجه به شرایط خاک در محل مورد نظر باید براساس دستورالعمل های ارائه شده در این قسمت باشد .

ولتاژ

تجهیزات مورد استفاده باید برای ولتاژ نامی تاسیسات الکتریکی مناسب باشند .

در سیستم IT اگر هادی نولی وجود داشته باشد ، دستگاه متصل بن فاز و نول باید برای ولتاژ بین فازها عایقبندی شود .

یادآوری :

برای دستگاههای اصلی ، باید حداقل و حداکثر ولتاژی که دستگاه حفاطتی می تواند تحمل کند در نظر گرفته شود .

جریان

تجهیزات انتخابی باید برای جریان اسمی که در حالت کاری از آنها عبور می کند مناسب باشند .

همچنین این تجهیزات باید توانایی عبور جریان های حالات غیرعادی مانند جریان های لحظه راه اندازی ، اتصال کوتاه ، اضافه بار و صاعقه را داشته باشند .

فرکانس

انتخاب طول هادی زمین باید براساس فرکانی کار تجهیزات الکتریکی موجود باشد .

اگر طول موج امواج الکترومغناطیسی کار مدار  در نظر گرفته شود ، طول هادی زمین بکار رفته نباید یزرگتر از y/20 انتخاب گردد .

در غیر اینصورت هادی زمین فوق بی اثر خواهد بود .

لذا انتخاب تجهیزات سیستم زمین باید براساس فرکانس نامی مدارهای الکتریکی موجود باشد .

توان

تجهیزات سیستم زمین باید با توجه به ظرفیت اتصال کوتاه در شبکه مورد نظر اتنخاب شوند تا بتوانند در کلیه شرایط کار مدار از بی باری تا بار نامی عملکرد مناسب داشته باشند .

سازگاری

با در نظر داشتن کلیه موارد فوق ، سازگاری سیستم ها نیز باید در نظر گرفته شود .

منظور از این سازگاری نحوه نصب و اجرا تجهیزات به گونه ای است که این سیستم ها در عملکرد یکدیگر اختلال ایجاد نکنند .

 

سهولت دسترسی

کلیه تجهیزات شامل اتصالات سیم کشی ها باید طوری نصب شوند که عملکرد مناسب آنها فراهم شده ، همچنین سهولت بازرسی ، امکان آزمون و تعمیرات و نگهداری آنها در نصب رعایت شود .

دسترسی به اتصالات آنها نیز باید آسان باشد و این سهولت دسترسی نباید با قرار رگفتن تجهیزات در حصارها و پوشش های نصب تجهیزات کاهش یابد .

شناسائی

بای شناسائی و تعیین کاربرد تجهیزات ، باید از برچسب ها و وسایل جانبی مناسبی استفاده کرد که تا حد ممکن احتمال خطا نداشته باشند.

و در صورت بروز خطر ، در مواردی که عملکرد کلیدها و کنترلرها مستقیماً توسط اپراتور قابل مشاهده نمی باشد ؛ باید شاخص یا نشانگری طبق استانداردهای [۱۶] و [۱۰] ( پیش گفتار ) در محل مناسبی که قابل دیدن بوسیله اپراتور باشد ، قرار داده شود .

سیستم سیم کشی

سیم کشی باید زوری اجرا و نشانه گذاری گردد که براحتی قابل مشاهده ، تعمیر یا تعویض باشد .

شناسایی هادی های خنثی و حفاظتی

شناسایی و جداسازی هادی های نول و حفظاتی باید با استاندارد [۱۲] مطابقت داشته باشد .

هادیهای PEN باید توسط یکی از روش های زیر نشانه گذاری شوند :

سبز / زرد در امتداد طول آنها و آبی روشن در انتهای آنها

آبی روشن در امتداد طول آنها و نشانه گذاری زرد / سبز در انتهای آنها

محل وسایل حفاظتی

وسایل حفاظتی باید در محلی باشند که در دسترس بوده و مدارهایی را که حفاظت می کنند براحتی قابل تشخیص باشند .

برای این منظور مناسب است آنها را در تابلوهای توزیع بصورت گروه بندی شده قرار داد .

نمودارها

در موارد مقتضی ، نمودارها ، روندنماها و جداول براساس استاندارد [۱۷] و [۱۸] باید بطور دقیق فراهم شوند .

همچنین موارد زیر نیز باید کاملاً مشخص شوند :

–        نوع و ساختار مدارها ( نقاط استفاده )

–        تعداد و اندازه هادی ها و نوع سیم کشی

–        مشخصات لازم برای شناسایی و موقعیت دستگاههایی که عملیات حفاظتی و کلیدزنی را انجام می دهند .

–        برای تاسیسات ساده می توان اطلاعات فوق الذکر را در فهرست یا جداولی آورد .

–        علامت های مورد ساتفاده باید طبق استانداردهای [۱۴] باشند .

جلوگیری از تاثیرات زیان آور

تجهیزات باید طوری انتخاب و نصب شوند که از هر گونه تداخل خطرناک بین تاسیسات برقی و غیر برقی اجتناب شود .

همچنین تجهیزاتی که صفحه حفاظ پشتی ندارند نباید در سطح ساختمان و دیوارها نصب شوند ، مگر این که موارد زیر رعایت شوند :

–        امکان انتقال ولتاژ از دستگاه به سطح دیوار وجود نداشته باشد .

–        برای جلوگیری از آتش سوزی باید بین دستگاه و سطح قابل اشتعال ایزولاسیون لازم انجام شود .

اگر سطح ساختمان فلزی قابل اشتعال نباشد ، حفاظت های اضافی لازم نیست .

در غیر این صورت یکی از حفاظت های زیر می تواند انجام شود :

–    اگر سطوح ساختمان فلزی باشند ، باید به هادی حفظاتی (PE) یا به هادی هم پتانسیل تاسیسات ساختمان متصل شوند ( طبق استانداردهای ۴۱۳۰۱۰۶ IEC [1] و ۵۴۲۰۱۲ IEC [6] )

–    اگر سطوح ساختمان قابل اشتعال هستند باید تجهیزات بوسیله لایه های مناسبی از مواد جداکننده ای که دارای آستانه آتش سوزی FH1 طبق [۵] دارند ، از یکدیگر مجزا شوند .

–    در محل هایی که مدارهای حامل جریان در سطوح ولتاژ متفوات هستند ، باید برای جلوگیری از تاثیرات مضر بطور کامل از هم جداسازی شوند .

سازگاری الکترومغناطیسی

سطح مصونیت تجهیزات باید با توجه به تاثیرات الکترومغناطیسی در نظر گرفته شود .

( برای توضیحات بیشتر به قسمت دوم استاندارد ۱۰۱ مراجعه شود . )

الکترود زمین

یک یا چند قطعه هادی که به منظور برقراری ارتباط الکتریکی با جرم کلی زمین در خاک مدفون شده باشند را الکترود زمین گویند .

الکترودهای زمین مستقل از نظر الکتریکی ، الکترودهایی هستند که فواصل آنها از یکدیگر بقدری است که در صورت عبور حداکثر جریان ممکن از یکی از آنها ، ولتاژ الکترودهای دیگر به مقدار قابل ملاحظه ای تحت تاثیر قرار نگیرند .

مقاومت الکتریکی بین سر آزاد الکترود زمین و جرم کلی زمین را مقاومت الکترود زمین گویند .

در سیستم های الکتریکی برای ایمنی انسان در برابر ولتاژ تماسی باید سیستم زمین بکار برده شود .

به همین منظور باید کلیه قسمت های فلزی وسایل و تجهیزاتی که در مدار نبوده ، اما ممکن است در اثر ایجاد خطا یا میدان الکتریکی و … برقدار گردند و برای ایمنی انسان خطرناک باشند ، از طریق هادی های زمین به الکترود زمین متصل گردند .

انواع الکترود زمین

۱ الکترود زمین سطحی :

این الکترود در عمقی کمتر از یک متر ، در زمین قرار داده می شود و می تواند بصورت قطعات باریک ، میله ، هادیهای رشته رشته یا بصورت شعاعی ، حلقوی یا الکتردهای شبکه ای و یا ترکیبی از آنها باشد .

۲ الکترود کوبیده شده در عمق :

این الکترود بصورت عمودی در یک عمقی بیشتر از یک متر در زمین قرار می گیرد .

این الکترود می تواند از انواع لوله ، میله های گرد و یا انواع دیگر باشد .

۳ زمین طبیعی :

قسمت های فلزی ساختمان که مستقیماً به زمین متصل می گردد ، این قسمت به منظور ایجاد اتصال زمین بکار نرفته ، ولی می تواند بعنوان الکترود زمین مورد استفاده قرار گیرد .

این نوع زمین شامل :

لوله های فلزی ،

محافظ های آهنی ،

قسمت های آهنی در ساختمان ،

میله های آهنی در بتن و غیره است .

۴ کابلی که بعنوان الکترود زمین عمل می کند :

این کابل دارای غلافی فلزی است یا شامل هادی است که به زمین متصل شده ، این کابل می تواند بعنوان الکترود زمین مورد استفاده قرار گیرد .

۵ زمین اصلی :

هادی که در کل ساختمان بطور گسترده در یک سطح وسیع توزیع شده و دارای اتصال محکم با الکترود اصلی زمین است را زمین اصلی می نامند .

۶ الکترودهای زمین که از تسمه هستند فقط برای تسطیح ولتاژ و در عمق های ۳/۰ تا ۵/۰ متر بکار می روند .

این نوع الکترودها در پی اختمان ها نیز بکار برده می شوند .

۷ الکترودهای زمین که از تسمه تشکیل شده اند ، اگر به شکل شعاعی باشند ، باید بصورت منظم در زمین قرار گیرند .

زاویه بین الکترودها نباید از ۶۰ درجه کمتر باشد ، چون چنین زاویه ای باعث کاهش مقاومت الکترود نمی گردد و این به دلیل تاثیر متقابل بین شاخه ها است .

نحوه اتصال الکترودهای تسمه ای با طول بازوری L با زوایای مختلف در زمین در شکل های زیر نشان داده شده است .

در روابط داده شده R ، مقاومت اتصال زمین الکترود و  ، مقاومت مخصوص خاک در محل نصب الکترود است .

نوار راست گوشه بطول بازوی L و عمق s/2 ( 90 درجه ) ، a شعاع میله

 

ستاره با سه زاویه و بطول بازوی L و عمق s/2 ( 120 درجه ) ، a شعاع میله

 

ستاره با چهار بازو و بطول بازوی L و عمق s/2 ( 90 درجه ) ، a شعاع میله

 

ستاره با شش بازو و بطول بازوی L و عمق s/2 ( 60 درجه ) ، a شعاع میله

 

ستاره با هشت بازو و بطول بازوی L و عمق s/2 ( 45 درجه ) ، a شعاع میله

 

۸ الکترودهای زمین عمیق از لوله ها یا قسمت های فولاد زنگ نزن تشکیل شده اند .

این الکترودها تا حد امکان باید بصورت عمودی در زمین دفن شوند .

طول و تعداد این الکترودها به مقدار مقاومت سیستم زمین در محل مورد نظر بستگی دارد .

اگر از چند الکترود بصورت موازی استفاده شود باید فاصله بین الکترودها حداقل دو برابر طول آنها باشد .

همه الکترودهای میله ای باید به یک میله اصلی زمین متصل گردند .

۹ الکترودها باید با تسمه هایی از جنس فولاد زنگ نزن با سطح مقطع حداقل ۳۹×۵/۳ میلیمتر مربع یا ۲۵×۴ میلیمتر مربع ساخته شده و گالوانیزه گردند .

میله ها باید از جنس فولاد زنگ نزن با قطر حداقل ۱۰ میلیمتر ساخته شده و گالوانیزه شوند .

۱۰ زمین طبیعی ممکن است بصورت ، میله یا صفحه فلزی قرار گرفته در پی ساختمان ها ، کابلهایی با کلاف های فلزی ، یا سایر ساختارهای مناسب زرزمین مانند قسمت های فلزی ساختمان ، میله های فلزی و غیره باشد .

۱۱ عمق الکترودها در زمین باید به گونه ای طراحی گردد که در اثر عواملی مانند خشک شدن خاک یا یخ زدگی ، مقاومت الکترود زمین از مقدار مورد نظر تجاوز نکند .

۱۲ مقاومت الکترود زمین به طول ، شکل و ساختار الکترود زمین و همچنین مقاومت خاک بستگی دارد .

۱۳ براساس استاندارد ملی زمین حفاظتی و اصلی می توانند در موارد زیر یکی باشند :

– ولتاژ الکترود زمین در یک سیستم زمین مشترک بیشتر زا ۵۰ ولت نباشد .

– پست های فشار قوی در یک محدوده بسته در داخل ساختمان قرار گرفته شده باشند .

در غیر اینصورت زمین حفاظتی و اصلی باید از یکدیگر جدا شوند .

در این شرایط فاصله بین دو الکترود زمین نباید کمتر از ۲۰ متر باشد .

۱۴ در کلیه ساختمان ها براساس استاندارد ملی  باید یک ارتباط ااکتریکی با هادی های زیر بعنوان سطح هم پتانسیل اصلی برقرار گردد :

هادی حفاظتی اصلی

هادی اصلی زمین

لوله های فلزی کار شده در ساختمان

و کلیه قسمت های فلزی دیگر ساختمان

لوله

در ایران عموماً از لوله های گالوانیزه با قطر ۳۸ میلیمتر در چاه زمین و لوله گالوانیزه گرم با قطر ۱۹ میلیمتر در حوضچه بازدید استفاده می شود ، به این منظور باید از تبدیل ۱۹×۳۸ استفاده شود .

حداقل طول میله باید ۴۵/۲ متر باشد .

در پیوست شکل های مربوط به انواع الکترودهای لوله ای آورده شده است .

یادآوری :

۱-    لوله باید سالم بوده و در زمان نصب هیچ گونه خراشیدگی ، زنگ زدگی ، خمیدگی و فرورفتگی نداشته باشد .

۲-  بست اتصال هادی زمین به لوله نباید ا زجنس آلومینیوم یا آلیاژهای آن باشد .

بست مورد استفاده باید با پیچ محکم به دور لوله بسته شود .

میله ها یا سیم های محصور در بتن

بتن زیر سطح زمین یک واسطه نیمه هادی با مقاومتی در حدود ۳۰۰۰ اهم متر ، یا کمی کمتر از مقاومت متوسط زمین است .

در نتیجه در زمینی با مقاومت متوسط یا بالا ، محصور کردن الکترودهای میله ای یا سیمی در بتن مقاومتی کمتر از یک الکترود مشابه که مستقیماً در زمین نصب شده ایجاد می کند .

این مساله شبیه به افزودن الکترولیت ها نزدیک الکترود زمین می باشد که ناشی از کاهش مقاومت ماده اطراف الکترود اولیه است .

با وجود آن که سوراخ ها برای نصب بتن به این منظور حفر   می شوند ، استفاده وسیع از میلههای فولادی تقویت شده در پایه های بتنی یک منبع آماده از الکترودهای زمین برای ساختمان تامین می کنند ، فقط لازم است از یک میله تقویت شده اصلی ، از هر یک از پایه ها ، یک اتصال الکتریکی مناسب به فولاد ساختمانی یا شین زمین ساختمان ایجاد کرد .

یک روش مناسب برای برقراری این اتصال ، جوش دادن یک میله اتصال کوتاه بین یکی از میله های تقویت شده و یکی از پیچ لنگرهای مورد استفاده برای اتصال بالای سطح پایه ستون است .

بنابراین اسکلت فولادی یک ساختمان که به این پیچ لنگر متصل است ، یک هادی اتصال به زمین بسیار موثری خواهد بود و بعنوان یک شین اتصال به زمین در بسیاری از ساختمان های صنعتی استفاده می شود .

–    مقاومت هر یک از این الکترودها مساوی یا کمتر از یک میله کوبیده شده با همان عمق است .

تعداد زیادی از چنین پایه های ستونی لاینفک از ساختمان ها ، یک مقاومت زمین بسیار کمتر از دیگر الکترودهای ساخته شده ایجاد می کنند که معمولاً کمتر از یک اهم و در بیشتر موارد حدود ۲۵/۰ اهم است .

–    میله های بتن آرمه در سنگ یا خاک بسیار سخت ، خیلی بهتر از دیگر انواع الکترودهای ساخته شده هستند .

اصول حاکم بر این نوع الکترود همان اصولی است که در اجرای سیستم زمین برای بیشتر دکل های فولادی خطوط انتقال با ولتاژ بالا بکار می روند .

–    میلگردهای فولادی بتن در پی هایی که نسبت به زمین عایقبندی نشده اند و حداقل عمق آنها از سطح زمین یک متر است ، یک الکترود زمین مناسب محسوب می شوند .

در مواردی که از سازه های فولادی سوار بر بتن بعنوان هادی زمین استفاده می شود ، باید به کمک میلگردهای فولادی پی یا به کمک کابل ، اتصال بتن سازه بالایی با پی را برقرار کرد .

در این مورد سیم های فولادی معمولی که بعنوان بست میلگرد بکار می روند کافی هستند .

–        عمق بتن نسبت به سطح زمین نباید از ۳/۰ متر کمتر باشد و بهتر است این عمق ۷۵/۰ متر یا بیشتر باشد .

–    میله بکار رفته در بتن اگر از جنس فولاد باشد قطر آن نباید از ۱۰ میلیمتر کمتر باشد.

و طول میله در داخل حجم بتن ، باید حداقل ۶ متر بوده و جز برای انجام اتصال ، بقیه آن کاملاً در داخل بتن قرار گرفته باشد و تا جایی که ممکن است در خط مستقیم باشد .

–        کمترین مقاومت برای میله هنگامی بدست می آید که میله در خط مستقیم قرار گرفته باشد .

یادآوری :

 در مواردی که میلگردهای بتن به نحو مطلوب به سازه مستقر بر آن وصل نشده باشند ، اگر سازه مورد اصابت صاعقه قرار گیرد ، به دلیل عبور جریان زیاد امکان آسیب رسیدن به بتن وجود دارد .

صاعقه گیر اکتیو آذرخش(ساخت ایران)

الکترود شبکه ای

این نوع الکترود معمولاً برای پست های فشار قوی بکار می رود .

سیستم شبکه معمولاً در تمام محوطه پست توسعه یافته ، در برخی موارد نیز ممکن است تا مسافتی بیشتر از حصار مرزی توسعه یابد .

این سیستم شامل هادی های دفن شده در زمین با عمق حداقل ۱۵/۰ متر به شکل شبکه ای از  مربع ها و مربع مستطیل ها است .

فاصله گذاری بین هادی های شبکه براساس میزان ولتاژ ایستگاه تغییر می کند ، اما معمولاً فاصله ۶/۳-۳ متر استفاده می شود .

تمام محل های تقاطع کابل ، باید اتصالات محکم داشته باشند و سیستم باید به سیستم زمین و تمام تجهیزات فلزی ساختارهای فولادی متصل شود .

در زمین سنگی ، جایی که حفر کردن زمین غیر عملی است ، بعضی مواقع استفاده از سیستم شبکه بجای تسمه های دفنی به صرفه تر و مناسب تر است که در این حالت هادی ها معمولاً در عمقی حدود ۶/۰-۳/۰ متر دفن شده اند .

وقتی که حصار ، پیرامون شبکه قرار دارد ، باید برای به حداقل رساندن خطر شوک الکتریکی در اثر پتانسیل تماس برای اشخاصی که حصار را لمس می کنند و کسانی که در زمینی با پتانسیل متفاوت ایستاده اند ، حصار به شبکه زمین متصل شود .

وقتی که حصار حداقل ۲/۱ متر ، خارج از محدوده شبکه است ، باید توسط سیستم مخصوص به زمین متصل شود .

این سیستم شامل یک سیم دفن شده در زمین به عمق تقریباً ۹/۰ متر و خارج از خط حصار ( به دلایلی که قبلاً بحث شد ) می باشد .

برای ایجاد یک سطح با مقاومت بالا برای کاهش خطر ولتاژ گام در کسانی که به هنگام رخ دادن یک خطای شدید در محیط هستند ، بطور عادی تمام سطح خاک محیط یک پست فشار قوی شبکه را از خرده سنگ های سخت نوک تیز ، معمولاً گرانیت ، می پوشانند .

سیم یا تسمه یا ورق دفن شده

در مناطقی که مقاومت ویژه خاک بالا است یا لایه های کم عوق سنگ در آنها وجود دارند و یا به دست آوردن مقاومتی پائین تر نسبت به الکترودهای میله ای لازم باشد ، استفاده از یک یا چند نوع الکترود که در زیر گفته شده است ، مناسب خواهد بود .

الکترود زمین سیمی

یک سیم لخت که قطر آن چهار میلیمتر یا بیشتر بوده و در عمق حداقل ۴۵/۰ متر از سطح زمین در راستایی به صورت مستقیم به طول ۳۰ متر دفن شده باشد ، اتصال زمین قابل قبولی را تشکیل خواهد داد .

این سیم ممکن است از یک قطعه یا از چند قطعه تشکیل شده باشد که سر به سر یا در فواصلی از سرها به هم اتصال داده می شوند .

این سیم ممکن است به شکل شاخه درآمده یا این که به شکل یک شبکه دو بعدی متشکل از چند سیم موازی درآید که به آن شبکه زمین گفته می شود .

یادآوری :

استفاده از هادی مسی چند رشته ای با سطح مقطع ۱۶ میلیمتر مربع مجاز است (۷×۷/۱ میلیمتر) ولی ترجیح دارد بجای آن هادی مسی با سطح مقطع ۲۵ میلیمتر مربع (۷×۱/۲۲ میلیمتر) مورد استفاده قرار گیرد که عمر طولانی تری دارد .

موارد خاص :

۱- در مواردی که به لایه سنگی برخورد شود ، عمق دفن ممکن است کمتر از ۴۵/۰ متر انتخاب شود .

۲- برای شاخه ها می توان از شکل هایدیگری استفاده کرد به شرط این که مطالعات معتبر مهندسی ، مناسب بودن آنها را تایید کرده باشد.

الکترود زمین تسمه ای

در شرایطی که بستر سنگ نزدیک سطح زمین است یا در صورت برخورد با شن ، خاک می تواند بسیار خشک و با مقاومت بالا باشد و لازم است که یک اتصال به زمین بسیار وسیع داشته باشیم .

در چنین شرایطی تسمه های فلزی دفن شده ، سیم ها یا کابل ها با صرفه ترین راه حل هستند .

از آنجائی که اثر تخلیه های اتمسفری این نوع الکترود به علت اندوکتانس آن است ، استفاده از تعدادی از تسمه های کوتاهتر موازی با جایگزینی مناسب بهتر از استفاده از یک یا چند تسمه بلند است و عمقی که تسمه ها دفن می شوند ، زیاد مهم نیست .

براساس آزمایش های استانداردهای موجود ، وقتی عمق دفنی از ۵/۰ تا یک متر افزایش می یابد مقاومت فقط حدود %۵ کاهش می یابد .

به همین صورت اثر اندازه هادی هم بسیار کم است .

تسمه های فلزی با طول کل حداقل سه متر و با سطح کل ( دو طرف ) حداقل ۵/۰ مترمربع که دست کم در عمق ۴۵/۰ متری سطح زمین دفن شده باشند ، تشکیل یک اتصال زمین قابل قبول می دهند .

ضخامت تسمه ها اگر از نوع آهنی یا فولادی باشند نباید از شش میلمتر و اگر از نوع گالوانیزه گرم باشند از سه میلیمتر کمتر باشند . ضخامت تسمه مسی نباید از دو میلیمتر کمتر باشد .

شکل (۳) در پیوست ، تغییرات مقاومت الکترود زمین برای الکترودهای فوق را نسبت به تغییر طول برای خاکی با مقاومت یکنواخت ۱۰۰۰۰ اهم سانتیمتر نشان می دهد .

این الکترودها باید در برابر حفاریها ، خصوصاً در مقابل عملیات کشاورزی ، حفاظت شود .

–        برای کاهش مقاومت می توان این الکترودها را به صورت موازی نصب کرد .

در این حالت مقاومت دو الکترود تسمه ای که فاصله آنها ۲۴۰ سانتیمتر است کمتر از ۶۳ درصد مقاومت هر یک از آنها است .

یادآوری ۱ :

معمولی ترین جنس این نوع الکترود ، تسمه فولادی گالوانیزه گرم با سطح مقطع ۳۰×۵/۳ میلیمتر مربع به طول ۱۰۰ متر در تماس با زمین ، می باشد .

یادآوری ۲ :

از الکترودهای تسمه ای بخصوص در مناطق صخره ای که امکان حفر کانال فقط به شکل غیرمنظم وجود دارد، استفاده می شود .

مایع کاهنده چاه ارت(ERS)

الکترود زمین از ورق یا صفحه فلزی

یک ورق یا صفحه فلزی که مساحت آن در دو طرف ۵/۰ مترمربع کمتر نبوده و هر دو طرف آن با زمین در تماس باشند ، تشکیل یک اتصال زمین قابل قبول خواهد داد .

جهت سهولت در اجرا بهتر است صفحه در جهت قائم قرار گرفته و عمق لبه بالایی آن از سطح زمین بهتر است کمتر از ۵/۱ متر نباشد .

ضخامت صفحه اگر آهنی یا فولادی باشد ، نباید از شش میلیمتر و اگر گالوانیزه گرم باشد از سه میلیمتر و اگر از مس باشد از دو میلیمتر کمتر باشد .

یادآوری : این گونه اتصال زمین در ایران بسیار متداول بوده و مخصوصاً اگر در عمق کافی و پائین تر از نم دایمی زمین دفن شود ، معمولاً نتیجه خوبی خواهد داشت .

با قراردادن صفحه در داخل لایه هایی ا زخاک ذغال و نمک ، به کارایی الکترود اضافه خواهد شد .

اگر در جایی مقاومت یک صفحه بزرگتر از حد نیاز باشد ، باید دو یا چند صفحه بصورت موازی بکار برده شوند .

در این حالت مقاومت کل بصورت معکوس متناسب با تعداد صفحات است .

این صفحات باید در خارج از حوزه اثر یکدیگر قرار گیرند .

در خصوص الکترود صفحه ای ، نیز لازم است به موازد زیر که از استاندارد [۱۹] آورده شده اند توجه شود .

–        سطح مقطع صفحه ۵/۰ تا ۲ مترمربع و عمق دفن بهینه ۵/۱ تا ۵/۲ متر است .

–        صفحات مسی با ضخامت سه میلیمتر  با سطح مقطع دو طرف ۵/۰ مترمربع در ایران استفاده زیادی دارد .

تغییرات مقاومت الکترودهای صفحه ای نسبت به تغییر سطح مقطع برای دو حالت که صفحه بصورت افقی در سطح زمین و در زیر سطح زمین دفن شده در پیوست ، شکل ۱ آورده شده است .

مایع کاهنده چاه ارت(ERS)

کابل های دفن شده ، با هادی خنثی هم مرکز

در سیستم هایی که دارای کابل های دفن شده با هادی خنثی هم مرکز بوده و طول آنها حداقل ۳۰ متر است ، می توان از هادی هم مرکز آن به عنوان الکترود زمین استفاده کرد .

هادی خنثی هم مرکز می تواند دارای غلافی از جنس نیمه هادی باشد به شرطی که مقاومت ویژه شعاعی آن از ۱۰۰ اهم بیشتر نباشد و در طول بهره برداری جنس آن پایدار باقی مانده و دچار تغییرات شیمیایی نشود .

مقاومت ویزه شعاعی جنس غلاف ، مقداری است که از اندازه گیری بر روی واحد طول کابل برای مقاومت موجود بین هادی هم مرکز وروئی که غلاف را احاطه می کند به دست می آید ، یعنی مقاومت ویژه شعاعی خواهد بود از :

(ضخامت میانگین غلاف روئی هادی هم مرکز) / (مقاومت واحد طول×مساحت جانبی واحد طول غلاف)

کلیه ابعاد در این رابطه بر حسب متر می باشند .

در مکان هایی که سیستم کابل زیرزمینی موجود باشد . می توان از این نوع کابل ها برای اتصال زمین استفاده نمود .

در اکثر موارد مقاومت زمین این سیستم ها کمتر از یک اهم است به طور کلی استفاده کابل غلاف دار ، یک مسیر فلزی برای انتقال جریان های خطا به نقطه خنثی را فراهم می سازد .

مایع کاهنده چاه ارت(ERS)

یادآوری :

در ساختمان های مسکونی و تجاری عموماً به علت در دسترس نبودن این نوع کابلها ، روش فوق استفاده نمی شود .

الکترود میله ای

استفاده از میله به عنوان الکترود درسیستم زمین از مرسوم ترین روشها برای ایجاد سیستم اتصال زمین در مناطق مسکونی و تجاری است .

–    تعدادی میله را می توان بصورت موازی با هم بکار برد .

در این حالت مقاومت میله ها متناسب با عکس تعداد آنها ، کاهش می یابد به شرط آن که الکترودها در خارج از حوزه پتانسیل هم قرار گرفته باشند .

در عمل فاصله بین الکترودها نباید از دو برابر طول الکترود کمتر باشد .

میله هایی که در ایران بکار برده می شوند دارای مشخصات زیر هستند :

–    این میله ها ممکن است متشکل از تعدادی قطعه باشند ولی طول کل آنها نباید از ۴۵/۲ متر کمتر باشد .

قطر میله های آهنی یا فولادی نباید از ۱۶ میلیمتر کمتر باشد و قطر میله ها با روکش مس یا روکش فولاد ضد زنگ یا میله های ساخته شده از فولاد ضد زنگ نباید از ۱۲ میلیمتر کمتر باشد .

-نصب الکترودهای میله ای گرانتر از هزینه نصب الکترودهای صفحه ای در یک مساحت مساوی است .

در حالت کلی مطابق با استاندارد [۱۹] الکترودهای میله ای دارای مشخصات زیر هستند :

– میله هایی زمین با قطر ۵/۹ ، ۱۳ ، ۱۶ ، ۱۹ و ۲۵ میلیمتر با طول ۵/۱ تا ۱۲ متر انتخاب می شوند .

در اکثر کاربردها قطر ۱۲ ، ۱۶ ، ۱۹ میلیمتر با طول ۴۵/۲ ، ۳ ، ۵/۳ و ۵ متر بکار می رود .

این میله ها می توانند برای رسیدن به طول های بیشتر به یکدیگر متصل گردند .

و یا در محل هایی بصورت موازی قرار گیرند .

و این حالت نسبت به حالتی که میله ها بصورت تکی قرار گیرند ارجح است .

برای اتصال میله ها به یکدیگر بصورت سری می توان از پیچ استفاده نمود اما باید توجه داشت که قطر این اتصالات نباید از قطر میله الکترود بیشتر باشد .

نکته اصلی در بکارگیری الکترودهای میله ای افزایش هزینه نصب و کار بیشتر برای نصب آنها است .

برای حل این مشکل می توان از میله های با قطر ۵/۱ سانتیمتر استفاده کرد .

البته در این حالت برای جلوگیری از خم شدن الکترودها باید از چکش های میله کوب استفاده کرد .

در مناطقی که به علل مختلف رسیدن به عمق زیاد برای الکترود امکان پذیر نیست و به همین علت مقاومت الکترود زیاد می شود ، می توان الکترودها را در زاویه ۳۰ درجه نسبت به حالت عمودی در خاک کوبید در این صورت ، مقاومت الکترود کاهش می یابد .

لذا طول بیشتری وارد خاک می شود .

یادآوری :

زاویه کوبیدن الکترودها نباید از ۶۰ درجه نسبت به حالت عمودی تجاوز کند .

تغییر قطر میله اثر کمی بر روی مقاومت الکترود دارد

نکات لازم در خصوص جریان عبوری از الکترودهای زمین و شیب ولتاژ در اطراف آنها

بار جریانی الکترودهای زمین

الکترود زمین باید بگونه ای طراحی و انتخاب گردد که ظرفیت انتقال جریان سیستم را داشته باشد .

این سیستم باید توانایی تلف کردن انرژی پدید آمده بدون ایجاد خرابی را داشته باشد .

در حالت کلی ، مقاومت الکتریکی خاک ها دارای ضریب حرارتی است .

اما اگر رطوبت خاک کم شود ، مقاومت الکترود افزایش می یابد و در این شرایط در صورت افزایش دما ، مقاومت الکترود نیز افزایش خواهد یافت ، در این شرایط اگر در ناحیه ای دما به ۱۰۰ برسد ، باعث از بین رفتن الکترود خواهد شد .

سه حالت در کار سیستم باید مورد نظر قرار گیرند که عبارتند از :

–        بارگذاری طولانی مدت در سیستم در شرایط کار معمول آن

–        جریان زیاد کوتاه مدت در شرایط ایجاد خطا در سیستم مانند اتصال مستقیم به سیستم زمین

–        جریان زیاد طولانی مدت در هنگام خطاهای امپدانس بالا

۱- بارگذاری طولانی مدت در شرایط بارگذاری نامتعادل در سیستم باعث خرابی در الکترودهای زمین نمی شود به شرط این که چگالی جریان در سطح الکترود از مقدار ۸/۳ میلی آمپر بر سانتیمتر مربع تجاوز نکند .

۲- زمان خطا در هنگام اضافه بار کوتاه مدت متناسب با عکس مقدار بار است این زمان توسط رابطه  i² p داده شده است که در آن i چگالی جریان در سطح الکترود و p مقاومت مخصوص خاک است .

ماکزیمم چگالی جریان مجاز برای خاک با رابطه زیر داده شده است .

t : زمان خطای زمین بر حسب ثانیه

i : چگالی جریان بر حسب آمپر بر سانتیمتر مربع

 p: مقاومت مخصوص خاک بر حسب اهم سانتیمتر

مطالب آورده شده در این بخش قابل استفاده برای الکترودهای صفحه ای نیز می باشند .

شیب ولتاژ در اطراف الکترودهای زمین

در شرایط ایجاد خطا ولتاژ الکترود زمین نسبت به جرم کلی زمین (زمین با فاصله به اندازه کافی دور از الکترود ) افزایش می یابد .

اینولتاژ را می توان با استفاده از جریان خطا و مقاومت الکترود زمین محاسبه کرد .

این اضافه ولتاژ در ارطاف الکترود باعث ایجاد اختلال در خطوط تلفن و کابلهای فرمان و کنترل خواهد شد .

گرادیان ولتاژ در سطح زمین ممکن است در شرایط ایجاد خطا باعث خطرات جانی شود .

این مساله برای مناطق روستایی از شرایطی که خطا سریع برطرف نشود می تواند خطراتی را برای حیوانات اهلی بوجود آورد .

همچنین در مزارع اگر الکترود زمین در نزدیکی مزرعه واقع شده باشد .

اگر سر الکترود زمین در زیر خاک مدفون شده باشد ، ماکزیمم گرادیان ولتاژ در فاصله ۱۸۰ سانتیمتر برای یک الکترود لوله ای با قطر ۸/۲ سانتیمتر نسبت به پتانسیل کل الکترود حدود ۸۵ درصد کاهش می یابد.

و اگر سر الکترود در سطح زمین واقع شده باشد این کاهش برای الکترودی که ۳۰ سانتیمتر در زمین فرو رفته حدود %۲۰ و در شرایطی که ۱۰۶ سانتیمتر در زمین فرو رفته باشد حدود %۵ است .

اتصال الکترود به زمین تا حد امکان مناسب باید باشد تا از خطرات جانبی برای افراد جلوگیری کند .

انتخاب جنس فلز برای الکترودهای زمین با توجه به اثرات خوردگی

انتخاب جنس فلز الکترود زمین باید براساس شرایط خاک در محل مورد نظر باشد .

در این خصوص نوع خاک ، میزان رطوبت و درجه حرارت محیط باید مورد توجه قرار گیرد .

نتایج آزمایش های متعدد بررسی انواع فلزات پس از ۱۲ سال نصب در ادامه آورده شده است .

– الکترودهای مسی                             ۲/۰ درصد کاهش وزن در سال

– چدن ، فولاد نرم ، آهن نرم        ۲/۲ درصد کاهش وزن در سال

– فولاد نرم با پوشش مس ،                   ۵/۰ درصد کاهش وزن در سال

 

استاندارد اتصالات و شینه های زمین در تابلوهای برق

تابلو ، اعم از سه فاز یا تک فاز ، علاوه برشینها و ترمینال های مربوط به قسمت های برقدار (فازهاو نول) باید برای وصل هادی های حفاظتی (PEE) یک شینه یا ترمینال داشته باشد .

قابلیت هدایت الکتریکی شین یا ترمینال هادی حفاظتی باید به اندازه هادی های برقدار باشد .

شین یا ترمینال هادی حفاظتی باید نوعی قطعه اتصال دهنده قابل وصل کردن به شین یا ترمینال خنثی داشته باشد .

وصل و پیاده کردن قطعه اتصال دهنده باید فقط به کمک ابزار امکانپذیر باشد .

چنانچه مدار تغذیه کننده تابلو دارای هادی مشترک حفاظتی – خنثی باشد ، این هادی به شین حفاظتی وصل و سپس به کمک قطعه اتصال دهنده یاد شده به شین یا ترمینال خنثی اتصال داده می شود .

کلیه سیم کشی های داخلی تابلو باید به هادی های مسی عایقدار مناسب با جریان های مجاز وسایل حفاظتی و ولتاژ تابلو انجام شود .

چنانچه شین ها به طرزی محکم و ثابت نصب شده باشند می توانند بدون عایق بندی بوده ولی به هر حال باید رنگ آمیزی شده باشند .

علامت گذاری

شین ها و ترمینال ها باید دارای علامت گذاری مناسب ، مشخص و دائمی ، بصورت زیر باشند :

فازها                                      L₁ , L₂ , L₃

خنثی                                                  N

حفاظتی – خنثی                                PEN

حفاظتی                                              PE

بدنه تابلو باید مجهز به ترمینال علامت گذاری شده اتصال زمین باشد و این ترمینال به شین یا ترمینال حفاظتی (PEN) یا (PE) وصل شود .

یادآوری :

در تابلوهای بزرگ که کلیه مدارهای ورودی و خروجی آن دارای هادی مشترک حفاظتی – خنثی (PEN) هستند می توان از نصب شین (هادی) حفاظتی (PEE) صرفنظر کرد .

 

پیوست الف :

منحنی ۱ : صفحه دایره ای شکل واقع در سطح زمین

منحنی ۲ : صفحه دایره ای شکل واقع در عمق ۲/۱ متری زیر سطح زمین بصورت افقی

 شکل ۱ – تغییرات مقاومت الکترودهای صفحه ای نسبت به سطح ، برای یک خاک یکنواخت با مقاومت مخصوص ۱۰۰۰۰ اهم سانتیمتر

 

 شکل ۲ – اثر تغییر طول و قطر بر مقاومت اتصال زمین الکترود لوله ای در خاک با یکنواخت با مقاومت مخصوص ۱۰۰۰۰ اهم

 

شکل ۳- اثر تغییر طول بر مقاومت اتصال زمین بک الکترود تسمه ای که در عمق ۴۶ سانتیمتری زمین دفن شده است در یک خاک یکنواخت با مقاومت مخصوص ۱۰۰۰۰ اهم سانتیمتر