مقدمه:
برای دستیابی به یک سامانهی اتصال زمین کارآمد، بادوام و قابل اعتماد، باید جنبههای مختلفی، همچون طراحی، اجرا و انتخاب مصالح مناسب را مورد توجه قرار داد.
اما در میان تمامی بخشهای مختلف این سامانه، چاه ارت از حساسیت و ویژگیهای خاصی برخوردار است،
زیرا پس از اجرا امکان دسترسی مجدد به الکترود آن وجود ندارد.
و در صورت بروز اشکال، کار چندانی برای آن نمیتوان کرد.
با عنایت به این که این بخش نقشی تعیین کننده در کارآمدی سامانه اتصال زمین دارد، میتوان گفت مهمترین و حساسترین بخش سامانه، اتصال زمین است .
بنابر این طراحی و اجرای صحیح آن از اهمیت اساسی برخوردار است.
در حال حاضر متأسفانه کمبود منابع کاربردی در مورد سیستم ارتینگ احساس میشود.
این خود موجب رواج یافتن برخی شیوههای اشتباه و بروز اختلاف نظرهایی، به ویژه در زمینهی اجرای چاه ارت شده است.
اغلب شاهد اجراهای نادرست و در نتیجه عدم دستیابی به مقاومت مناسب و یا بیدوام بودن چاههای اجراشده هستیم.
گاهی یک بیدقتی ساده در اجرای چاه باعث از دست رفتن کل هزینهها و ناکارآمدی سیستم اتصال زمین میشود.
و در نتیجه ناایمن شدن شبکهی برق و بروز پیامدهای ناگوار ناشی از آن را شاهد هستیم.
از این رو، شایسته است برای «اجرای چاه ارت» اهمیتی ویژه و جایگاهی خاص قائل شویم.
در نوشتار حاضر کوشیدهایم شناختی علمی و در عین حال ساده از مسائل اجرایی و عوامل مؤثر در کیفیت چاه ارت به دست داده و راهکارهایی مناسب و کاربردی برای اجرا و نیز حل مشکلات آن ارائه نماییم.
همچنین، نحوهی کاربرد بنتونیت به عنوان یک الکترولیت خوب در چاه نشان داده شده است.
انتخاب بنتونیت از این جهت بوده که این ماده تأثیر فوقالعاده مطلوبی در کاهش مقاومت چاه، کاهش هزینهها و پایداری و دوام طولانی مدت چاه زمین دارد.
کاهنده مقاومت چاه ارت
مکمل کاهنده چاه ارت محصولی جدید و فوق العاده موثر در کاهش مقاومت چاه ارت
((قیمت هر گالن ۸۵/۰۰۰ تومان))
محصول شرکت پیشرو الکتریک غرب
عوامل مؤثر بر مقاومت چاه
۱- یخزدگی و خشکی خاک
میدانیم که هدایت الکتریسیته در فلزات ناشی از جابهجایی الکترونهاست.
و در این عناصر هستههای اتمها در جای خود میمانند و جابهجا نمیشوند.
ولی در غیرفلزاتی مانند خاک، قضیه به شکل دیگری است.
در این مواد هدایت الکتریسیته ماهیت شیمیایی داشته و از املاح یونیزه شدهی موجود در آنها سرچشمه میگیرد.
همچنین، میدانیم که عبور جریان توسط یونها مستلزم حرکت و جابهجایی آنهاست.
حال با توجه به این که یک یون، کل اتم را شامل میشود و اتمهای مواد جامد قادر به جابهجایی نیستند، خاک نیز در حالت جامد قادر به هدایت جریان برق نیست.
ولی هنگامی که مقداری آب جذب خاک شود، املاح خاک، در این رطوبت حل و سپس یونیزه شده و آنگاه میتوانند عمل هدایت الکتریکی را انجام دهند.
به همین دلیل، خاکهای خشک یا یخزده قادر به هدایت نبوده و مقاومت بسیار زیادی از خود نشان میدهند.
بر همین اساس، هنگام تعیین عمق چاه، میباید به امکان یخ زدن سطح خاک در زمستان و خشک شدن آن در تابستان توجه کرد.
و با در نظر گرفتن آب و هوای منطقه، عمق مؤثر چاه را از سطحی که امکان یخ زدن و خشک شدن ندارد، به پایین در نظر گرفت.
این موضوع به ویژه در اتصال زمینهای افقی (شبکهها یا مشهای ارت که در عمق کمی اجرا میشوند) درخور توجه است.
۲- فشردگی خاک
میدانیم که خاک از دانههایی با اندازههای مختلف تشکیل شده است .
این دانهها در خاکهای دست نخورده، معمولاً به همدیگر فشرده شده و تودهای متراکم را به وجود میآورند.
در این تودههای متراکم، دانههای خاک در همدیگر فرو رفته و فضای تهی قابل توجهی میان خودشان باقی نمیگذارند.
بنابراین، سطح تماس بین دانهها زیاد بوده و در نتیجه مقاومت الکتریکی کمی ایجاد میشود.
در حالی که در خاکهای دستی و نامتراکم، فضاهای خالی زیاد بین دانههای خاک، سطح تماس کمی ایجاد میکند.
و به همین دلیل مقاومت الکتریکی زیادی پدید میآید.
نکتهی دیگر این که هر چه دانههای خاک درشتتر باشند، فاصلههای خالی بیشتری بین آنها به وجود آمده و مقاومت الکتریکی را افزایش میدهد.
اکنون نکتهی بسیار مهم دیگری را مورد توجه قرار میدهیم و آن این که اثر مقاومت ویژهی خاکهای نزدیک و اطراف الکترود ارت در مقاومت چاه، بسیار بیشتر از اثر خاکهای دور از آن است.
توجه به این دو مطلب مهم نشان میدهد که اجرای چاه ارت در زمین دست نخورده اهمیت فوقالعادهای دارد.
و در صورت دستی بودن خاکهای سطحی، چاره آن است که نخست آن قدر پایین برویم تا به زمین دست نخورده برسیم .
سپس کندن چاه را در زمین دست نخورده، به اندازهی کافی ادامه دهیم.
بدیهی است که تنها آن بخش از چاه که در خاک دست نخورده قرار دارد، ارزشمند و مؤثر است.
لذا عمق مؤثر چاه نیز برابر ارتفاع همان بخش است.
دقیقاً به همین دلیل است که در هنگام اجرای چاه ارت باید الکترولیت اطراف الکترود را به خوبی کوبیده و متراکم نمود.
زیرا این کار در کاهش مقاومت چاه، اثر فراوان دارد.
با توجه به این که سیم متصل به الکترود ارت (که تا سطح خاک بالا میآید) نیز مانند یک الکترود میلهای عمل نموده و در کاهش مقاومت کلی چاه مؤثر است .
کوبیدن خاکهای لایههای بالاتر از الکترود (اطراف سیم ارت) نیز میتواند در کاهش مقاومت چاه مؤثر باشد.
و هر چه آنها را بیشتر کوبیده و متراکم کنیم، نتیجهی بهتری حاصل میشود.
در این جا برخی خواص ارزشمند خاک بنتونیت به عنوان الکترولیت مشخص میشود.
دانهبندی این خاک فوقالعاده ریز بوده و دارای خاصیت تورمی شدیدی است.
بنتونیت در اثر تورم ناشی از آبگیری، تمامی خلل و فرج موجود میان دانههای خود را پُرکرده و به تمام سطوح پیراونی نیز فشرده میشود.
همین موضوع یکی از دلایل پایین بودن مقاومت الکتریکی چاههای بنتونیتی است.
از سوی دیگر، این تودهی متراکم نیاز به کوبیدن ندارد و در نتیجه اجرای آن آسان است.
مقاومت حاصل از آن، بر خلاف الکترولیتهایی از قبیل ذغال و نمک، وابسته به چگونگی اجرا و دقت در کوبیدن الکترولیت نیست.
۳- رطوبت و آب
همان گونه که در تشریح اثر یخزدگی گفته شد، هدایت الکتریسیته در خاک ماهیت شیمیایی داشته و از املاح حل شده در رطوبت خاک سرچشمه میگیرد.
بنابراین، هرچه رطوبت بیشتری در خاک موجود باشد، املاح بیشتری در آن حل شده و جابهجایی یونها نیز بهبود مییابد.
بنابراین، میزان هدایت آن نیز افزایش مییابد.
در اینجا سوالی پیش می آید و آن این است:
که چرا برخلاف انتظار، آندسته از خاکهای سطحی یا زیرزمینی که به طور دائم در معرض رطوبت فراوان قرار دارند (مانند بستر جویها و رودخانهها) دارای هدایت کمی هستند؟
جواب این است:
زیرا آب و رطوبت بسیار زیاد موجود در این خاکها، به تدریج و به مرور زمان، املاح و حتی دانههای ریز این خاکها را شسته و با خود به جاهای دیگر برده است در نتیجه هدایت آنها به دلیل فقر املاح، اندک است.
پس با افزایش رطوبت خاک، هدایت آن افزایش مییابد؛ ولی هنگامی که مقدار این رطوبت بسیار زیاد شود، میزان هدایت کاهش خواهد یافت.
پیش از این گفته شد که اثر مقاومت ویژهی خاکهای نزدیک و اطراف الکترود ارت در مقاومت چاه، بسیار بیشتر از اثر خاکهای دور از آن است.
بنابراین، بهتر است چاه ارت را آن قدر بکنیم تا به خاک مرطوب که دارای مقاومت کمیست، برسیم.
سپس درون خاک مرطوب نیز تا اندازهای حفاری را ادامه بدهیم.
به این ترتیب، الکترود ارت در محاصرهی خاکی کم مقاومت قرار خواهد گرفت.
به ویژه قابل توجه است که افزایش عمق چاه از یک سو موجب کاهش مقاومت آن شده و از سوی دیگر در اعماق بیشتر معمولاً درصد رطوبت نیز افزایش یافته و به شکلی مضاعف موجب کاهش مقاومت الکتریکی آن میشود.
ولی هرگز نباید کار را تا رسیدن به سفرههای آب زیرزمینی ادامه داد؛ زیرا همان گونه که گفته شد، این کار اثر معکوس دارد.
۴- فاصلهی چاهها از یکدیگر
معمولاً تعداد و فاصلهی چاههای ارت و محل احداث آنها، با توجه به مقاومت موردنظر، از سوی طراح محاسبه و تعیین میشود.
ولی به دلیل آن که فرمولهای محاسبهی مقاومت چاه ارت اصولاً با فرض همگن بودن خاک نوشته شدهاند و در عمل با خاکها و زمینهای غیرهمگن مواجهایم اکثرا محاسبات با خطا روبرو میشوند.
همچنین به علت وجود برخی موانع و دشواریهای اجرایی، ممکن است مقاومت عملی چاهها با مقدار محاسبه شده تفاوت داشته باشد.
لذا ممکن است پس از اجرا (به منظور کاهش مقاومت) نیاز به اضافه کردن چاه جدید داشته باشیم.
و گاهی نیز حین اجرای طرح، به دلیل وجود موانع عملی از قبیل وجود صخره یا لاشههای بزرگ بتنی در محل طراحی شده، ناگزیر از تغییر محل آن شویم.
از این رو، لازم است محلهای جدیدی برای احداث چاه در نظر گرفته شود.
به همین دلیل مهندس ناظر میباید به نکات حائز اهمیت در جانمایی چاه ارت مسلط باشد.
یکی از نکات مهم در این کار، رعایت فاصلهی لازم میان چاههاست.
میدانیم که هر چاه ارت دارای محدودهای در اطراف خود میباشد که در هنگام بروز خطا و جاری شدن جریان در الکترود ارت، دارای ولتاژ خواهد شد.
این محدوده، حوزهی مقاومت (Resistance Area) نامیده میشود.
نکتهی مهم این است که دو چاه ارت تا حد ممکن از هم دور باشند و یا فاصلهی آنها دست کم به اندازهای باشد که حوزههای مقاومت آنها همپوشانی نداشته باشند.
رعایت نشدن این نکته مشکلات زیر را به وجود میآورد:
الف) در صورتی که دو چاه برای دو شبکهی مستقل از هم به کار روند (مثلاً یکی برای ارت فشار ضعیف ترانسفورماتور و دیگری برای ارت فشار قوی آن)، هنگام بروز خطا در یکی از شبکهها، ارت شبکهی دیگر نیز برقدار خواهد شد و این موضوع میتواند بسیار خطرناک باشد.
ب) در صورتی که دو چاه به یکدیگر متصل شده و هر دو برای یک سامانه به کار روند، رعایت نشدن حداقل فاصله باعث میشود که پس از متصل کردن دو چاه به یکدیگر، کاهش مورد نظر در مقاومت کل به دست نیامده و مقاومت حاصل شده، بیشتر از حد انتظار شود(از قوانین چاههای پارالل تبعیت نکند).
ابعاد حوزهی مقاومت بستگی به مقاومت ویژهی خاک و عمق چاه دارد.
هر چه مقاومت ویژهی خاک بیشتر باشد و یا عمق چاه افزایش یابد، حوزهی مقاومت بزرگتر میشود.
به طور کلی برای چاههایی که به هم متصل شده و ارت واحدی را تشکیل میدهند، این فاصله نباید کمتر از ۶ متر باشد.
و برای دو چاه که متعلق به دو سامانهی مختلف میباشند، این فاصله نباید کمتر از ۲۰ متر یا دو برابر عمق چاه (هر کدام که بیشتر بود) بشود.
انواع الکترودها
اکنون که تأثیر عوامل مختلف بر مقاومت چاه ارت شرح داده شد، به تشریح رایجترین انواع الکترودها میپردازیم:
۱- الکترود میلهای
این نوع الکترود به دو دسته تقسیم میشود:
الف) الکترود میلهای نوع اول
این الکترود معمولاً یک میلهی فولادی نوکتیز است که بدنهی آن گالوانیزه شده و یا آن را با لایهای از مس پوشاندهاند تا دوام آن در زیر خاک افزایش یافته و از پوسیده شدن سریع آن جلوگیری شود.
برای نصب این الکترود نیازی به حفر چاه نیست و آن را در زمین دست نخورده به طور عمودی میکوبند.
ساختار آن نیز برای کوبیدن طرح شده است.
مغز فولادی آن سخت و محکم بوده و با وارد شدن ضربه، در خاک فرو میرود.
انتهای سخت میله نیز قادر به تحمل ضربههای چکش است.
گاهی نیز یک قطعهی فولادی بسیار سخت را به انتهای میله متصل میکنند تا از تغییر فرم آن در اثر ضربههای چکش جلوگیری شود.
نوک میله را نیز برای فرورفتن بهتر، تیز کردهاند و یا یک قطعه فولادی نوک تیز و سخت به سر آن متصل نمودهاند.
طول این میلهها حدود ۱/۵ تا ۳ متر است.
میلههای بلندتر ممکن است به هنگام کوبیده شدن در زمینهای سخت، کج شوند.
گاهی این میلهها را طوری میسازند که بتوان پس از کوبیدن یک میله، به کمک یک قطعهی واسطه، میلهی دوم را به ته آن متصل کرد و کوبیدن را ادامه داد.
سپس میلهی سوم را به همان روش به ته میلهی دوم متصل و این عمل را تکرار میکنند.
به این ترتیب، با اتصال میلههای متعدد میتوان الکترود بلندتری به دست آورد و آن را بدون کج شدن تا عمق بیشتری در زمین فرو کرد.
منتها این اشکال وجود دارد که همین قطعات واسطه که ساختار آنها شبیه پیچ و مهره است، اغلب تحمل ضربههای لازم برای فروکردن میله در زمینهای بسیار سخت را ندارند.
این قطعات در اثر ضربه ممکن است لق شده و اتصال میان میلهها دچار اشکال شود.
از این رو الکترود میلهای نوع اول بیشتر مناسب کوبیدن در خاکهای نرم یا در زمینهاییست که رطوبت در نزدیکی سطح آن قرار دارد.
کوبیدن این الکترود در زمینهای سخت، حتی در همان عمق کم نیز خالی از دردسر نیست.
مهمترین حسن این نوع الکترود، آسانی اجرا و ارزان بودن آن است.
زیرا هزینهی حفر چاه و خرید الکترولیت را ندارد و قیمت آن هم ارزان است.
اما اساساً مقاومت بیشتری نسبت به الکترود صفحهای دارد.
از همین رو، برای حصول مقاومت کم باید چند عدد از آنها را نصب و به همدیگر متصل کرد.
اما با توجه به لزوم رعایت فاصلهی مجاز میان الکترودها، به زمینی بزرگ نیاز است.
بنابراین، به دست آوردن مقاومت کم در یک زمین کوچک به کمک این نوع الکترود، مشکل است.
ضمن آن که افزایش بیش از حد تعداد الکترودها میتواند هزینهی تهیهی سیم و ترانشهکنی مورد نیاز برای ارتباط دادن آنها و نیز هزینهی اتصال سیمهای ارتباطی به الکترودها را افزایش داده و مزیت اقتصادی استفاده از این نوع الکترود را از بین ببرد.
این میلهها در طولهای از ۱/۵ تا ۳ متر و قطرهای ۱۶، ۱۹ و ۲۵ میلیمتر ساخته میشوند.
قطر میله تأثیر چندانی در مقاومت ارت حاصل از آن ندارد و با افزایش قطر، صرفاً استحکام مکانیکی میله افزایش مییابد و میتوان آن را برای زمینهای سختتر به کار بُرد.
این میلهها باید مشخصههای زیر را دارا باشند:
۱- ضخامت لایهی گالوانیزه نباید کمتر از ۷۰ میکرون باشد.
چون ایجاد لایهای با قطر ۷۰ میکرون با روش گالوانیزاسیون سرد (الکترولس) امکانپذیر نیست، حتماً باید از روش گالوانیزاسیون گرم استفاده شود.
۲- ضخامت میلهی فولادی نباید کمتر از ۱۶ میلیمتر باشد.
۳- سطح مقطع روکش مسی نباید کمتر از ۲۰ درصد سطح مقطع مغز فولادی باشد.
۴- حداقل خلوص مس مورد استفاده برابر ۹۹/۹ درصد باشد (مس کاتد).
۵- لایهی مسی باید به روش جوش مولکولی (آبکاری الکتریکی) روی بدنهی میله قرار گیرد.
در بازار اغلب میلههای ارزان قیمتی به فروش میرسد که با فروکردن یک میلهی فولادی درون یک لولهی مسی هم اندازه با آن ساخته شدهاند.
این الکترودها دارای عیوب زیر میباشند و به کارگیری آنها توصیه نمیشود.
عیب یکم:
در اثر وجود فواصل ذرهبینی میان روکش مسی و مغز فولادی، رطوبت و املاح خاک به این فواصل نفوذ کرده و پیل الکتریکی تشکیل میدهند که موجب خوردگی سریع میله میگردد.
عیب دوم:
به علت یکپارچه نبودن روکش مسی و مغز فولادی آن، در موقع کوبیدن میله ممکن است روکش مسی جدا شده و همراه میله در خاک فرو نرود.
عیب سوم:
هنگام ساخت این الکترودها، میلهی فولادی تا دمای زیادی داغ میشود و این موضوع میتواند بر روی خواص متالورژیک میله تأثیر گذاشته و از استحکام آن بکاهد و در نتیجه گاه شاهد کج شدن الکترود در هنگام کوبیدن آن خواهیم بود.
شایان ذکر است که رعایت نشدن نکات فوق موجب پوسیدگی سریع و زودتر از موعد الکترود خواهد شد.
ب) الکترود میلهای نوع دوم
نوع دوم الکترود میلهای برای نصب در چاههای کنده شده با دستگاه حفاری به کار میرود.
این نوع الکترود را در چاه قرار داده و اطرافش را با الکترولیتی مناسب (مثلاً دوغاب بنتونیت) پُر میکنند.
در این حالت نیازی به میلهای محکم با مشخصات نوع اول نیست و به جای آن میتوان از سیم یا تسمهی مسی یا گالوانیزه و یا حتی از لولهی گالوانیزه آب نیز استفاده کرد.
استفاده از این نوع الکترود در چاههای کنده شده با دست، به علت زیاد بودن عرض چاه و نیاز به مقدار زیاد الکترولیت توصیه نمیشود.
مهمترین حُسن این روش آن است که بر خلاف روش نخست میتوان با عمیقتر کردن چاه، الکترود را تا عمق دلخواه در زمین وارد کرد و مقاومت آن هم به دلیل عمق بیشتر و استفاده از الکترولیت، کمتر از روش نخست میباشد.
در عوض، هزینههای حفر چاه و خرید الکترولیت به سایر هزینهها افزوده میشود.
مشخصات مهمی که این الکترودها باید داشته باشند، عبارتاند از:
۱- حداقل ضخامت تسمهی مسی ۲ میلیمتر و حداقل سطح مقطع آن ۵۰ میلیمتر مربع باشد.
۲- حداقل سطح مقطع سیم مسی چند مفتولی ۳۵ میلیمتر مربع و حداقل قطر هر مفتول آن ۱/۸ میلیمتر باشد.
۳- حداقل خلوص مس مورد استفاده برابر ۹۹/۹ درصد باشد. (مس کاتد)
۴- حداقل ضخامت تسمهی فولادی (گالوانیزه) ۳ میلیمتر و حداقل سطح مقطع آن ۱۰۰ میلی متر مربع باشد.
۵- ضخامت لایهی گالوانیزه نباید کمتر از ۷۰ میلیمتر باشد. استفاده از گالوانیزاسیون گرم برای این نوع الکترود نیز اجباریست.
۶- قطر لولهی گالوانیزه نباید کمتر از in1 (یک اینچ) باشد.
دوباره تأکید میشود که رعایت نشدن نکات فوق، موجب پوسیدگی سریع و زودتر از موعد الکترود خواهد شد.
۲- الکترود صفحهی مسی
این الکترود یک صفحهی مسی مربع شکل است که در موقع نصب، آن را به طور افقی یا عمودی در چاه قرار داده و در میان الکترولیت مناسبی دفن میکنند.
در بین الکترودهای مختلف، گرانترین نوع محسوب میشود.
زیرا وزن مس مورد نیاز برای ساخت آن بیش از سایر الکترودهاست و همچنین نیاز به حفر چاه و مقدار بیشتری الکترولیت دارد.
در عوض مقاومت کمتری ایجاد میکند و از این راه تعداد چاه مورد نیاز برای رسیدن به یک مقاومت معین را کاهش میدهد.
که این خود، موجب صرفهجویی در هزینههای حفر چاه و تأمین سیمهای ارتباطی میان چاهها و اتصال آنها به الکترودها و ترانشهکنیهای مورد نیاز میشود،
از این رو، بسته به مشخصات زمین، در بعضی موارد اقتصادیتر از الکترودهای میلهای خواهد بود.
از سوی دیگر، در زمینهای کوچک که امکان حفر چاههای متعدد وجود ندارد و با توجه به این که مقاومت سامانهی احداث شده نباید از حد معینی بیشتر باشد، ممکن است تنها راه احداث سامانهی اتصال زمین، استفاده از این نوع الکترود باشد.
مشخصاتی که لازم است این الکترود داشته باشد، به شرح زیر است:
۱- طول و عرض آن، حداقل cm50×۵۰ باشد.
۲- قطر آن از ۲ میلیمتر کمتر نباشد.
۳- خلوص مس مورد استفاده حداقل برابر ۹۹/۹ درصد باشد. (مس کاتد)
توجه شود که رعایت نشدن نکتهی ردیف ۱ موجب افزایش مقاومت چاه شده و بیتوجهی به ردیفهای ۲ و ۳ موجب پوسیدگی سریع و زودتر از موعد الکترود خواهد شد.
متأسفانه در حال حاضر، صفحات مسی آلیاژی که مناسب استفاده در زیر خاک نمیباشند، به طور وسیعی مورد استفاده قرار میگیرند.
همچنین صفحات فولادی پوشیده شده با مس را فقط به شرطی میتوان به جای صفحهی مسی به کار بُرد که ضخامت لایهی مس روی آن از حداقلهای لازم، کمتر نباشد.
هادی یا سیم ارت
پس از شرح انواع الکترود، اینک به بیان جزئیات مهم در انتخاب و استفاده از هادی ارت میپردازیم.
نخست هادیهای ارت را از نظر محل استفاده به دو دسته تقسیم میکنیم.
دستهی اول:
هادیهایی که در زیر زمین و در تماس با خاک قرار میگیرند.
دستهی دوم:
هادیهایی که روی زمین قرار گرفته و با خاک تماس ندارند.
این طریقهی دستهبندی از آن روست که انتخاب جنس هادی ارت و همچنین منظور کردن روکش و عایق برای آن، به محل استفاده بستگی دارد.
چون در این نوشته توجه خود را بر آن قسمت از شبکهی ارت که در زیر خاک قرار گرفته، معطوف نمودهایم، صرفاً به بررسی مسائل دستهی اول میپردازیم:
نخست این که هادی ارت در زیر خاک نیاز به روکش نداشته و لخت بودن آن موجب تماس بیشتر با خاک و کاهش مقاومت کلی شبکهی ارت میشود.
و دیگر این که در زیر خاک به علت دخالت عوامل خورنده از قبیل رطوبت و املاح خاک، عمر هادی ارت کوتاه شده و زودتر از بین خواهد رفت.
مسألهی خوردگی به ویژه در هنگام تشکیل پیلهای گالوانیک بسیار جدی و خطرناک میشود.
در این وضعیت، در اندک زمانی هادی ارت نابود خواهد شد.
هادی ارت میتواند به صورت سیم یا تسمه بوده و از جنس مس یا فولاد گالوانیزه ساخته شود.
مشخصات ذکر شده در ردیفهای ۱ تا ۵ الکترود میلهای نوع دوم در مورد این هادیها نیز صدق میکند.
بدیهیست هادی و الکترود ارت میباید هم جنس باشند تا از تشکیل پیل و گالوانیک و خوردگیهای ناشی از آن جلوگیری شود.
شایان ذکر است که متأسفانه در حال حاضر سیمهای مس آلیاژی که در اصل برای استفاده در خطوط هوایی برق ساخته شدهاند، به جای سیم مسی خالص در چاههای ارت به کار بُرده میشوند.
که این عمل اشتباه، دوام هادی ارت را تحت تأثیر قرار داده و از عمر آن میکاهد.
روشها و نکات کلیدی جهت کاهش مقاومت چاه ارت:
الف) استفاده کردن از چند الکترود به جای یک الکترود
استفاده از یک الکترود علاوه بر سادگی از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه است.
اما در بعضی مواقع یک الکترود نمی تواند مقاومت مطلوب را تامین کند،
بنابراین میتوانیم از چند الکترود استفاده نماییم.
اگر الکترود ها را به صورت آرایش مربعی قرار دهیم بطوری که تمام الکترود ها را به وسیله کابلی به یکدیگر متصل نماییم،میتوان تا حدی به مقاومت مورد نظرمان برسیم.
دلیل استفاده از آرایش مربعی این است که به الکترود ها فضای مساوی اختصاص می یابد.
ب) استفاده از مواد شیمیایی برای کم کردن مقاومت الکترود زمین
در مواردی که نوع خاک منطقه به نحوی است که الکترود احداث شده در آن دارای مقاومتی بیش از حد معمول شود با استفاده از مواد شیمیایی مجاز می توان از مقدار مقاومت زمین کاست.
عمل آوردن خاک به این ترتیب، در مورد الکترودهای دفن شده به صورت افقی، قابل اجرا نمی باشد.
مواد شیمیایی مورد استفاده نباید دارای خاصیت خورندگی الکترود یا آلایندگی بیش از حد محیط زیست باشند.
از انواع موادی که در عمل بیش از همه مرورد مصرف می باشند، عبارت است از:
-نمک طعام (سنگ)
-سولفات منیزیم
-سولفات مس
-خاکه ذغال چوب یا کک مخلوط با نمک
از مواد ذکر شده در بالا خاصیت خورندگی سولفات منیزیم کمتر ازهمه و نمک طعام ارزان تر از همه است.
به نظر می رسد مناسب ترین روش کم کردن مقاومت، همان روش معمولی یعنی استفاده از مخلوط یا لایه بندی خاکه ذغال و نمک طعام سنگ باشد.
مواد دیگری که برای کاهش مقاومت زمین به کار می رود عبارتند از:
– پلیمرهای جاذب رطوبت
– بنتونیت
– مارکونیت
-GEM
پلیمرهای جاذب رطوبت:
یکی از جدیدترین روش های کاهش مقاومت زمین استفاده از پلیمرهای جاذب رطوبت می باشد.
این مواد نسبت به انواع دیگر مواد کاهش دهنده مقاومت خاک، وابستگی کمتری به شرایط جوی و محیطی دارند.
همچنین از خوردگی الکترود نیز جلو گیری می نماید.
انواع مختلفی از این پلیمر ها هم به صورت مصنوعی و هم به شکل طبیعی موجود می باشند.
ولی برای سیستم های ارتینگ، پلیمری مناسب است که در برابر فعالیت های میکروارگانیسمی موجود در آب از خود مقاومت بیشتری نشان دهد.
و در مقابل شرایط آب و هوایی و درجه حرارت خاصیت جذب رطوبت خود را حفظ کند و همیشه اطراف الکترود را مرطوب نگه دارد.
بنتونیت:
بنتونیت ماده ای طبیعی و کمی اسیدی می باشد.
بنتونیت رس قهوه ای کمرنگی است که به مقدار ۵ برابر وزن خود می تواند آب جذب نماید.
و پس از آن تا ۳۰ برابر حجم اولیه اش فضا اشغال می کند.
اسم شیمیایی آن سدیم مونتموربنتونیت می باشد.
وقتی که در محلی قرار بگیرد می تواند رطوبت را از خاک جذب نماید.
و این دلیل اصلی استفاده از آن در اتصال به زمین می باشد.
پر واضع است که بتونیت به تثبیت مقاومت اتصال زمین در طی سال کمک شایانی می نماید.
مقاومت مخصوص این ماده کم و در حدود ۵ اهم متر می باشد.
هر چند در شرایط آب و هوایی خشک ممکن است باعث ایجاد شکاف های در الکترود زمین بشود.
بنتونیت دارای خاصیت نیکسترویی نیز می باشد.
مارکونیت:
مارکونیت ذاتا یک بتون رسانا است که در آن ترکیبات کربن دار جایگزین ترکیبات طبیعی استفاده شده در مخلوط بتن شده است.
مارکونیت با فلزات معینی موجب خوردگی کمی می شود.
توسعه فرایند آن از سال ۱۹۶۲ شروع شد.
وقتی که تیم مهندسین مارکونی ماده ای را کشف کردند که جریان الکتریسیته را ازطریق الکترون های آزاد(به جای یون ها) و خیلی بهتر عبورمی داد.
این ماده کربن داربه شکل بلوری بوده و توسط موادی حاوی مقدار کمی سولفوروکلرید پوشانده شده است.
در مدتی که مارکونیت به شکل ژله ای می باشد کمی باعث خوردگی فلزات آهن و مس می شود.
ولی هنگامی که بتون سفت می شود نه تنها خوردگی متوقف می گردد بلکه به عنوان یک لایه محافظ از الکترود زمین درمقابل مواد شیمیای دیگر محافظت می کند.
وقتی که مارکونیت با بتون مخلوط می شود، مقاومت مخصوص آن به کمتر از ۰.۱ اهم متر می رسد.
مارکونیت رطوبتش را حتی در شرایط آب و هوایی خشک حفظ می کند.
و در آب و هوای خشک می تواند جانشین خوبی برای بنتونیت باشد.
GEM
ماده ای است کربن دار که برای سیستم های اتصال به زمین استفاده می شود.
مقاومت مخصوص این ماده ۰.۱۲ تا ۰.۱۸ اهم متر است و در مناطق خشک به خوبی می توان از آن استفاده کرد.
این ماده قابلیت حل شدن بسیار پایینی دارد.
تجزیه هم نمی شود و بر اثر مرور زمان فرسایش نمی یابد.
به شارژ منظم و جایگزینی ممتد نیز نیازی ندارد.
مشخصات شیمیایی و فیزیکی این ماده به شرح زیر است:
*قابلیت حل شدن آن در آب بسیار ناچیز است.
*چگالی این ماده ۰.۹ است.
*دارای نقطه ذوب ۳۵۰۰ درجه سانتیگراد است.
*پودر بی بوی خاکستری رنگی است.
این ماده حاوی سولفورو است که بصورت Nuisance Dust در این ماده وجود دارد.
و باید هنگام استفاده از آن حتما از ماسک های مخصوصی استفاده کنیم .
قبل از مصرف این ماده باید کاملا خشک باشد.
این ماده از راه پوست نیز قابل جذب است.
بنابراین پیشنهاد می شود در هنگام مصرف حتما مسائل ایمنی بطور کامل رعایت شود.
مواد دیگری هم وجود دارند که به علت بالا بودن نسبی بهای آنها نسبت به موادی مانند نمک، مورد توجه قرار داده نشده اند.
چگونگی کاهش مقاومت خاک توسط مواد کاهشدهنده مقاومت خاک:
مواد کاهشدهنده مقاومت زمین، دارای مقاومت ویژه بسیار کمی هستند.
همچنین این موارد دور الکترود پیچیده شده و باعث افزایش سطح ظاهری آن میشوند.
و به علت مقاومت ویژه کم باعث کاهش مقاومت الکترود می شوند.
مواد کاهشدهنده مقاومت زمین با داشتن ذرات ریز در میان خلل و فرج خاک پر میشوند.
و به دلیل دارا بودن قابلیت جذب رطوبت و انبساط بالا، سطح تماس الکترود و زمین را افزایش می دهند.
هنگامی که در اطراف الکترود از مواد کاهشدهنده مقاومت زمین استفاده می شود در اطراف الکترود مایع الکتریسیتهدار شروع به حرکت می کند.
که این حرکت باعث ایجاد لایهای در اطراف الکترود می شود که به آن لایه، لایه Permeation می گویند.
یکی از مهمترین عوامل کاهش مقاومت خاک همین لایه Permeation است.
نتیجه:
مهمترین موضوعی که باید در طراحی و انتخاب اتصال زمین مد نظر قرار گیرد شرایط آب و هوایی محیط می باشد.
طراح اتصال به زمین باید با توجه به شرایط محیطی و اتصال زمین نصب شده، دوره ی زمانی اندازه گیری مقاومت زمین را برای بهره بردار مشخص کند.
موضوعی که در حال حاضر جایگاهی در طراحی شبکه های ارت ندارد.
امروزه پیشرفت تکنولوژی یک محدودیت عمده به نام توسعه پایدار بر سر راه خود دارد.
آسایشی که تکنولوژی به انسان امروزی تقدیم می کند در مقابل مشکلاتی که برای او به وجود می آورد قابل ملاحضه نیست.
بنتونیت به عنوان یک ماده طبیعی مشکلات مذکور را برای محیط زیست به همراه نخواهد داشت.
از طرف دیگر قدرت جذب رطوبت بالا آن را به یک ماده مناسب برای کاهش مقاومت اتصال زمین تبدیل کرده است.
ولی موضوعی که باید مد نظر باشد این است که بنتونیت می تواند در شرایط آب و هوایی خشک آسیب های جدی به الکترود زمین وارد سازد.
با توجه به تحقیقات انجام شده و شرایط آب و هوایی ایران استفاده از موادی مانند:
مارکونیت
ultrafill
gem
و پلیمر های جاذب رطوبت
به علت کاهش مقاومت مناسب و پایداری در برابر شرایط جوی و عدم خوردگی الکترود، به جای سیستم های اتصال زمین فعلی توصیه می شود.
منابع:
news.tavanir.org.ir
۱۰۰۱daneshjo.ir
vivan-co.com
ekahroba.com
