کارگزاری زمین
زمین را می توان به عنوان یک هادی بزرگ با پتانسیل صفر معرفی می کرد . اتصال این هادی از طریق الکترود زمین نقطه مرجعی را ایجاد می کند که هر سطح ولتاژ دیگری را می توان با آن اندازه گیری نمود . این تکنیکی است که برای مدت های طولانی در سیستم های توزیع برق استفاده می گردد . مقاومت زمین یک الکترود بستگی به شکل ، اندازه و مقاومت خاک زمین دارد . میله های زمین بیشترین اثر و راندمان را دارند . یک میله 1m دارای مقاومت الکترودی ما بین 10Ω تا 200Ω را داراست . حتی در بدترین وضعیت زمین یک میله تقریباً 2m دارای مقاومت کمتر از 500w در کشورهای مرطوب است. در کشورهایی که هوای خشک برای مدت های زیادی حاکم بوده است مقاومت الکترودی ممکن است به چند هزار اهم برسد .
در گذشته مهندسین برق از لوله های آب فلزی به عنوان الکترود زمین استفاده می کردند اما با افزایش لوله های pvc برای آب ، چاه زمین در کشورهای اروپایی متداول شده است . اما در بعضی از کشورها هنوز از لوله های آب به جای زمین استفاده می کنند در بیشتر استانداردهای برق از انواع الکترود زمین به شرح زیراستفاده می کنند :
لوله ها یا میله های زمین
سیم ها یا نوارهای زمین ( تسمه ای )
صفحات زمین
الکترودهای زمین که در فونداسیون کار گذاری می نماید .
غلاف فلزی یا هر گونه پوشش فلزی که کابل دارد .
الکترود زمین را درون زمین دفن می کنند اما قسمت های اتصال آن بایستی قابل دسترسی باشد .
برای انتخاب الکترودهای زمین ونحوه چاه زدن عیناً از مقررات ملی ساختمان ایران ، طرح و اجرای تاسیسات برقی ساختمان را ارائه می دهیم .
انواع الکترودهای زمین
از انواع روشها و لوازم زیر می توان به صورت انفرادی یا اشتراکی استفاده کرد . میله های فولادی مخصوص با روکش با روکش مس ، به صورت کوبیده شده در زمین با حداقل 16 میلی متر قطر
لوله های گالوانیزه ( لوله آب ) به صورت کوبیده شده یا دفن شده ( قائم ) حداقل 1 اینچ .
تسمه فولادی گالوانیزه با حداقل 100 میلی متر مربع سطح مقطع و 3 میلی متر ضخامت ( 30*5/3 میلی متر )
صفحه مسی دفن شده در زمین چاه به ابعاد 50*50 سانتی متر و با 2 میلی متر ضخامت .
هادی مسی ( تسمه با سطح مقطع حداقل 50 میلی متر مربع و با 2 میلی متر ضخامت هادی چند مفتولی 35 میلی متر مربع با حداقل قطر هر مفتول 8/1 میلی متر )
الکترودهای جا سازی شده درپیچها با حداقل ضخامت فولاد 3 میلی متر .
میله های فولادی در بتن سطح
هر نوع جرم فلزی دفن شده در زمین ، به شرطی که استفاده از آن ایجاد خرابی نکند ( الکترولیز ) .
زره و غلاف فلزی کابلهای دفن شده به شرطی که نسبت به برقرار بودن دائمی آنها اطمینان وجود داشته باشد و در تماس با زمین باشد .
حداقل عمق الکترودهای زمین
عمق دفن یا کوبیده شدن الکترود باید به قدری باشد که خشک شدن یا یخ زدگی زمین در فصول مختلف سال اثر قابل ملاحظه ای بر مقاومت آن نداشته باشد در عین حال عمق الکترودها باید از مقادیر زیر کمتر باشد .
الکترودهای کوبیده شده یا دفن شده به صورت قائم 2 متر
لبه بالایی الکترود صفحه ای از سطح زمین : 5/1 متر
الکترودهای افقی تسمه ای یا هادی مسی : 8/0 متر
اندازه گیری مقاومت الکتریکی الکترود زمین
با به وجود آمدن ولتاژ عیب که در الکترود زمین رخ می دهد این ولتاژ از الکترود انتشار پیدا می کند مانند انداختن یک سنگ درون یک حوض که امواج منتشر می کند . این ولتاژ در 2 یا سه متر دورتر از الکترود داراى سطح ایمنى خواهد شد مانند (شکل 2)
اساس اندازه گیری مقاومت الکترود زمین عبور دادن جریانی داخل خاک از طریق الکترود است و اندازه گیری ولتاژ لازم جهت ایجاد این جریان است . طبق مصوبات های ملی هر کشور در زمانیکه از الکترود زمین استفاده می شود بایستی آنها را ازمایش و اندازه گیری نمود برای این آزمایش از یک آمپر متر و ولت متر مقاومت به بالا بایستی استفاده نمود . در وهله اول الکترود را بایستی از تغذیه هایش جدا نمود که یک جریان متناوب آمده از ترانسفورمر تحت شرایط آزمایش T ما بین الکترود زمین و یک الکترود اضافی T1 علبور کرده T1 از الکترود T به فاصله ای قرار گرفتند ( 40 تا 50 متر ) بنابراین مقاومت ناحیه مذکور دو الکترود نباید تداخل با هم کنند .
الکترود اضافی دومی یعنی T2 در زمین و وسط الکترودهای T,T1 و سر راه آن ولت متر قرار می گیرد مقاومت الکترود زمین برابر است با مقدار ولتاژ خوانده شده ولت متر V تقسیم بر جریان خوانده شده آمپر متر A . برای صحت بیشتر مقدار مقاومت دو اندازه گیری دیگر در نقاط X,Y با جا به جا کردن الکترود T2 به اندازه 6m نزدیک به T و 6m دورتر از T انجام می دهیم.
این آزمایشات که گفته شد با اهم سنج به همین منوال خواهد بود ( گالوانومتر) این دستگاه و ترتیب قرار گیری آن است ژنراتور دستی را چرخانده تا زمانیکه سه رقم آن یکسان و بدون تغییر باقی بماند .
زمین باتلاقی خیس دارای مقدار مقاومت پایین تر نسبت به زمین سنگی دارند.
انواع مقاومت ها زمین به شرح زیر است.
20Ω تا 5Ω زمین های مرطوب و باتلاقی
50 Ω تا 5 Ω خاک های کشاورزی
150Ω تا 10Ω گچ و خاک
500 Ω تا 200 Ω زمین های ماسه ای تخت
10K Ω تا 500 Ω زمین های سنگی
مقادیر مورد قبول مقاومت الکترود با نوع الکترود انتخاب شده معین می گردد. اگر الکترود زمین به هادی روشنایی وصل گردد باید حداکثر 10 Ω مقاومت را داشته باشد و قسمت حفاظتی سیستم روشنایی باید به ترمینال اصلی تاسیسات وصل گردد . مقاومت کل حلقه زمین بایستی آنقدر پایین باشد تا حداکثر در حین اتصال بدنه در مدت 4/0 ثانیه فیوزهای خروجی های پریزها و در 5 ثانیه فیوزهای دستگاه های ثابت را قطع کند . بهر حال مقاومت الکترود زمین بزرگترین عامل در مقاومت کل مسیر زمین مصرف کننده می باشد .
احداث چاه زمین
احداث چاه زمین طبق مصوبات مقررات ملی ساختمان ایران مبحث 13 طرح و اجرای تاسیسات برقی ساختمانها به شرح زیر است که عیناً آمده است :
الکترود زمین اساسی _ برای هر دو نوع زمین ، حفاظت سیستم و ایمنی ) در اغلب نقاط کشور متداولترین احداث الکترود زمین همان است که به آن « چاه زمین » می گویند و آن عبارت است از یک صفحه مسی که در عمق زمین دفن می شود . عمق نصب الکترود منطقه ای از زمینی محاسبه می شود که در آن نم طبیعی نه طور دائم وجود داشته باشد . صفحه مسی باید به صورت قائم در ته چاه قرار داده شود و در اطراف آن حداقل به ضخامت 20 سانتی متر از هر طرف پودر ذغال هیزم ریخته و کوبیده شده باشد .
اتصال هادی زمین به صفحه مسی ممکن است به یکی از دو روش زیر انجام شود :
الف – در انتهای هادی ، یک کابلشوی مسی ، که به حداقل دو عدد پیچ با مهره هایی قفل کننده مجهز است نصب شود . این کابلشو ممکن است از نوع پرسی ( با پرس هیدرولیکی ) باشد کابلشو به کمک دو عدد پیچ مسی مجهز به مهره های اصلی و قفل کننده به صفحه مسی محکم می شود .
ب- به جای استفاده از پیچ می توان اتصالات را بااستفاده از جوش اکسیژن ( لحیم سخت ) انجام داد در این حالت باید دقت شود هادی به کابلشو و کابلشو به صفحه مسی در کل سطح تماس خود جوشکاری شده باشد و تنها به جوشکاری در طول محیط کابلشو اکتفانشود .
پس از آنکه صفحه مسی در داخل ذغال کار گذاشته شد ومتناوباً 5 لایه سنگ نمک خرد و سرند شده و 5 لایه پودر ذغال هر یک به ضخامت 15 سانتی متر در داخل چاه ریخته و فشرده می شود . از آن بعد چاه به خاک سرند شده و لایه به لایه فشرده می شود هنگام انجام عملیات یاد شده باید تا جایی که ممکن است هادی اتصال زمین در وسط چاه قرار گیرد و به هیچ وجه نباید ان را تحت نیروی کششی قرار داد . هادی زمین باید یکپارچه باشد و هیچ نوع زدگی و خوردگی در طول آن وجود نداشته باشد .
به جای صفحه مسی می توان 5 حلقه هادی اتصال زمین را که قطر متوسط حلقه های آن 50 سانتی متر باشد کنار هم پیچیده و در زمین قرار داد .
دزر حالی که عمق لبه بالایی صفحه مسی نباید از 5/1 متر کمتر باشد برای حداکثر آن حدی تعیین نمی شود . مناسب ترین عمق چاه ، عمقی است که در آن نم دائمی زمین وجود دارد .
چاهی که به منظور احداث الکترود زمین حفر می شود و باید مختص همان کار باشد و از آن نباید برای هیچ منظور دیگری استفاده شود به همین ترتیب استفاده از هر گونه چاه دیگری ( آب یا فاضلاب و غیره ) به منظوراتصال زمین تحت هر عنوان و به هر دلیلی ممنوع است .
الکترود زمین ساده یک لوله گالوانیزه به قطر حداقل 1 اینچ لوله آب است . در زمین کوبیده یا به صورت قائم می شود حداقل طول در زمین بکر نباید از دو متر کمتر باشد . لوله باید یکپارچه ( بدون هر نوع بوشن و جوشن ) و سالم باشد و در زمان نصب هیچ گونه خراشیدگی ، زنگ زدگی ، خمیدگی و فرو رفتگی نداشته باشد .
ضخامت هر لایه ذغال یا نمک 15 سانتی متر خواهد بود از آن پس چاه را با خاک سرند شده پر می کنند و آن را لایه به لایه می کوبند در محل خروجی لوله از زمین ، یک چاهک بتنی یا آجری ( باملات سیمان ) که ابعاد آن حداقل 30*30*30 سانتی متر خواهد بود می رساند سر لوله را که باید حداقل 20 سانتی متر از کف چاهک بالتر باشد ، در بر خواهد گرفت ، کف چاهک به قطر 20سانتی خالی از هر گونه مصاله ساختمانی خواهد بود تا هنگام آبیاری آب به بالای الکترود نفوذ کند چاهک با یک دریچه مجهز به چار چوب فلزی بسته می شود و در داخل آن نباید اجسام دیگری غیر از سر لوله و بست اتصال زمین و انتهای هادی زمین ، وجود داشته باشد . بست اتصال هادی زمین به لوله نباید از جنس آلومینیوم یا آلیاژهای آن باشد این بست با پیچ محکم به دور لوله بسته می شود . هادی زمین باید با دو عدد پیچ و مهره به ترمینال مخصوصی که قسمتی از بست را تشکیل می دهد بسته شود . باید بتوان هادی اتصال زمین را در طول عبور از محل اتصال در طول عبور از محل اتصال به ترمینال الکترود زمین تا محل ترمینال اصلی زمین در کنتور به خوبی دید مگر در جاهای که این هادی برای محفوظ بودن از درون یک لوله غیر فلزی رد شده باشد .
در پایان کار و سپس به صورت دوره ای باید چاهک و هادی زمین راباز کرد تااز محکم بودن اتصالات و مصون ماندن آنها از زنگ زدگی و خوردگی اطمینان حاصل می شود .
به خاطر لزوم آبیاری الکترود زمین باید آن را در محلی احداث کرد که رطوبت حاصل به ساختمان و تاسیسات آن آسیب نرساند .