همه مسائل فنی چاه ارت./ چرا و چگونه؟

مقاومت ويژه خاک و عوامل وابسته به زمين                

در صورت روبرو شدن با خاک دستي، لازم است تا رسيدن به عمق خاک بکر و بيشتر پيش رفت. زيرا خاک دستي قابل اطمينان نبوده و در احداث الکترود زمين نبايد به حساب آورده شود.

تاثير آماده سازي محل احداث الکترود زمين

در بعضي موارد، براي کم کردن مقاومت اتصال به زمين ممکن است لازم باشد اقدام به آماده سازي و يا حتي تعويض خاک شود. آماده سازي خاک با استفاده از مواد شيميايي انجام مي شود. در اين صورت لازم است ترتيبي اتخاذ شود که در نتيجه کم شدن و شسته شدن املاح در طول زمان، آماده سازي پيوسته در حال تجديد و يا تکميل باشد. تا از کارآيي اتصال زمين کاسته نشود. از طرف ديگر در انتخاب روش آماده سازي براي هر موقعيت، لازم است محيط زيست و اثري را که مواد شيميايي در آن باقي خواهند گذارد، به حساب آورد.
براي ايجاد يک اتصال زمين با عمري طولاني، شايد لازم باشد زميني را که بلافاصله در اطراف الکترود قرار دارد با خاک يا ماده اي که مقاومت ويژه آن کم است، تعويض نمود. بهترين نمونه هاي اين نوع آماده سازي عبارتند از:

– بتونيت

– بتن

– بتن خاص با سيمان هادي که در آن از گرانولهاي کربن يا خاکه ذغال به جاي ماسه استفاده مي شود. اين نوع آماده سازي مخصوصاً درزمينهاي سنگي و زمينهايي که لايه سنگي در نزديکي سطح آن قرار دارد بسيار موثر مي باشد.

– روش سنتي، با استفاده از مخلوطي از نمک و ذغال.استفاده از خاکستر کک به علت خاصيت خوردگي شديد آن براي آماده سازي توصيه نمي شود.

اثر شکل الکترود بر مقاومت اتصال زمين

نظر به اينکه بيشترين افت ولتاژ در يک سيستم الکترود زمين، در حجم خاکي اتفاق مي افتد که در فاصله حدود يک متري از سطح الکترود قرار دارد (تراکم جريان دراين ناحيه بيشترين مقدار را دارد)، لذا براي بدست آوردن حداقل مقاومت نسبت به زمين،لازم خواهد بود تراکم جريان در حجم ناحيه اي که در مجاورت الکترود قرار دارد، تا حدي که ممکن است کم باشد و سيستم به نحوي طرح شود که تراکم جريان با دور شدن از الکترود، به سرعت کم شود. براي رسيدن به اين هدف لازم خواهد بود يکي از ابعاد حجم الکترود نسبت به دوبعد ديگر آن بزرگترين مقدار را داشته باشد. مثلاً استفاده از يک ميله يا سيم يا تسمه نسبت به يک صفحه با همان سطوح جانبي ، ارجحيت دارد.
توجه شود که مقاومت يک الکترود با عکس مساحت جانبي آن نسبت مستقيم ندارد.
بررسي خصوصيات الکترودهاي متداول و مقاومت آنهاالکترودهاي اتصال به زمين را مي توان به دو دسته اصلي تقسيم کرد:

-الکترودهاي مصنوعي ، والکترودهاي موجود يا طبيعي

الکترودهاي مصنوعي

الکترودهاي مصنوعي آنهايي هستند که فقط با هدف ايجاد اتصال به زمين براي تاسيسات الکتريکي نصب
مي شوند.الکترودهاي مصنوعي را،از نظر نحوه استقرار آنها در زمين ،مي توان به سه گروه تقسيم نمود:
– الکترودهاي صفحه اي- الکترودهاي قائم
– الکترودهاي افقي

الکترودهاي موجود

الکترودهاي موجود آنهايي هستند که با هدفي ديگر درزمين نصب شده اند و ممکن است در صورت وجود شرايط لازم براي ايجاد اتصال به زمين از آنها به عنوان الکترود استفاده کرد.
الکترودهاي موجود شناخته شده به قرار زير مي باشند:

– غلافهاي هادي کابلها
– اجزاي فلزي سازه ها- سپرهاي فلزي و ميلگردهاي شمعهاي بتني
– لوله کشي آب- لوله کشي هاي فلزي ديگر
– هر گونه تاسيسات زيرزميني فلزي که در تماس با زمين بوده ومانعي براي استفاده از آن به عنوان الکترود زمين وجود نداشته باشد.

الکترودهاي صفحه اي کم عمق

درمناطقي از دنيا که بطور کلي جوي نمناک دارند، استفاده از الکترودهاي صفحه اي عميق مرسوم نيست زيرا علت اصلي دفن صفحه الکترود در عمق بيشتر دستيابي به نم بيشتر و مقاومت ويژه کمتر زمين است. دراين گونه مناطق، الکترودها معمولاً از مس با ضخامت حداقل 2 ميليمتر يا آهن گالوانيزه گري با ضخامت حداقل 3 ميليمتر است. در انگلستان جنس صفحه مورد استفاده براي اين الکترودها معمولاً چدن موجدار يا دنده دار است به ضخامت حداقل 12 ميليمتر و به ابعاد 2،1×2،1 متر.
اتصال هادي زمين به صفحه زمين بايد دست کم در دو نقطه مجزا انجام و براي هادي زمين و صفحه الکترود از دو جنس مختلف، محل اتصالها با ماده اي قير مانند اندود شود تا اين نقاط از عوارض الکتروليتي در امان بماند. در مواردي که امکان خوردگي سريع هادي زمين وجود داشته يا هادي زمين با مقطع کم انتخاب شده باشد، توصيه مي شود هادي زمين از نوع عايقدرا باشد تا از خوردگي سريع آن دراثر عوارض الکتروليتي پيشگيري شود. البته در اين صورت سهم هادي لخت در کم کردن مقاومت زمين از دست خواهد رفت.اگر يک الکترود صفحه اي مقاومت لازم را ارائه نداد، ميتوان از چند صفحه به صورت موازي استفاده کرد. براي رسيدن به حداقل مقاومت با صفحات موازي ، قاعدتاً لازم است حداقل فاصله الکترودها نسبت به هم 10 متر ، ولي با توجه به عمق کم دفن، حداقل فاصله موثر آنها را مي توان حتي تا 2 متر تقليل داد. در اين صورت مقاومت مجموعه دو صفحه نسبت به مقدار بدست آمده از محاسبه(با استفاده ار رابطه بالا)، بيش از حدود20% تفاوت نخواهد داشت.
توصيه بعضي مقامات ديگر براي حفظ مقاومت الکترودها در حد معقول اين است که هنگام نصب چند الکترود صفحه اي به صورت موازي ، فاصله اي به مقدار سه برابر بزرگترين بعد صفحه ، بين آنها برقرار شود.در مورد بعضي از لايه هاي خاک با مقاومت ويژه زياد ، آماده سازي محل دفن الکترود بجا خواهد بود.

الکترودهاي صفحه اي عميق

در بالا گفته شد که علت دفن الکترود در عمق زياد( بيش از حدود 3 متر)، رسيدن به لايه هاي نمناک زمين با مقاومت ويژه کمتر است.
بديهي است که دفن صفحه درعمق زياد علاوه بر تحميل مخارج اضافي اوليه، اين اشکال را در بر دارد که براي کم کردن مقاومت از راه دفن بيش از يک صفحه، لازم خواهد بود فاصله اين صفحات نسبت به هم خيلي بيشتراز 2 متر و يا سه برابر بزرگترين بعد صفحه – که در بالا براي صفحات کم عمق گفته شده است- باشد.از طرف ديگر قسمت قاءم الکترود بايد به حساب آورده شود که در کم کردن مقاومت آن نقش عمده دارد و در واقع عکس مقاومت کل تقريباً برابر مجموع عکس دو مقاومت صفحه اي و قائم (سيم اتصال) خواهد بود.
با بالا رفتن دستمزدها در سالهاي اخير، مخارج نصب الکترودهاي عميق صفحه اي زياد شده است و شايد موقع آن فرا رسيده باشد که تجديد نظر عمده اي درانتخاب نوع الکترود متداول به عمل آيد. بديهي است که در اين امر پيش قدمي عوامل وزارت نيرو مطلوب خواهد بود.

الکترودهاي قائم

الکترودهاي قائم از متداول ترين نوع الکترود مي باشند مخصوصاً در مواردي که فضاي افقي کافي در دسترسي نباشد يا براي کم کردن مقاومت زمين، الکترودهاي قائم و افقي با هم بکار روند.

ساختمان و جنس الکترودهاي قائم

جنس الکترودهاي قائم با توجه به نحوه نصب آنها و امکانات ديگر به قرار زير است:

ساختمان و جنس الکترودهايي که با روش کوبيدن نصب مي شوند:

– الکترودهاي ميله اي از مس سخت
– الکترودهاي ميله اي با هسته فولاد و روکش مس عجين شده با هسته فولادي (مشابه Copperweld) – الکترودهاي ميله اي از فولاد ضد زنگ
– الکترودهاي ميله اي از فولاد گالوانيزه گر(لوله آب)- الکترودهاي لوله اي از چدن
قطر الکترودهاي کوبيده شده حدود 9،12،5،15، يا 16 ميليمتر اس. کاپرولد مانوس که متدالترين الکترود از اين نوع است، داراي منشاء اينچي مي باشد و لذا اندازه هاي آن به ميليمتر ، قدري مأنوس به نظر مي آيد.طول الکترودهاي استاندارد ممکن است 2،1 تا1،5 متر باشد. اغلب الکترودها از نوع قابل امتداد ميباشند. به اين معنا که با استفاده از وسيله اي شبيه بوشن ، قطعات استاندارد را مي توان طولاني تر کرده و در زمين کوبيد. با توجه به قابليت امتداد آ«ها، الکترودها را مي توان تا عمق دلخواه کوبيد. البته به شرطي که نوع زمين مناسب بوده و وسيله کوبيدن لازم براي اجراي کار در دست باشد. در بعضي موارد الکترودها تا عمق 60 مترهم کوبيده شده اند.
کوبيدن الکترودها در زمين را مي توان به دو نوع انجام داد:
1. وارد آوردن ضربه هاي شديد به تعداد کم که در عمل به صورت زير انجام مي شود:

– کوبيدن با پتک معمولي
– کوبيدن با پتک لوله اي

2. وارد آوردن ضربه هاي خفيف به تعداد زياد که در عمل به صورت زير انجام مي شود:
– کوبيدن با پتک برقي يا بنزيني

پتک معمولي احتياج به معرفي ندارد. کوبيدن با پتک معمولي خسته کننده تر و ناراحت کننده تر از همه انواع ديگر است. پتک لوله اي در واقع لوله اي است که طول آن متناسب با طول قسمتي از الکترود که خارج از زمين است تنظيم مي گردد. در انتهاي بالايي يا در وسط لوله وزنه اي نصب مي شود که همراه با وزن لوله، وزنه پتک را تشکيل مي دهد.کارگري لوله را که به طور کاملاً آزاد روي الکترود مي لغزد، بلند کرده و سپس آن را رها ميکند جرم لوله و وزنه در هنگام سقوط آنها، روي ميله الکترود ضربه وارد کرده و آن را در زمين فرو مي برد.
پتک برقي يا بنزيني وسيله اي است که در آن يک وزنه کوچک خارج از مرکز ، با سرعت دوران مي يابد. توان چرخش بوسيله موتور برقي يا بنزيني تامين مي شود نيروي جنبشي جرم دوراني خارج از مرکز ، ضربه هاي کوچکي را به تعداد زياد به ميله وارد مي کند که آن را در زمين فرو مي برد.

ساختمان و جنس الکترودهايي که با روش دفن نصب مي شوند:

– الکترودهاي لوله اي از فولاد گالوانيزه گرم(لوله آب)

– الکترودهاي لوله اي از مس سخت (لوله مسي)

– الکترودهاي لوله اي از چدن

در مواردي که وسايل مناسب براي کوبيدن الکترود در دست نباشد يا جنس الکترود با توجه به سختي زمين انجام اين کار را غيرممکن يا مشکل سازد و يا لازم باشد براي کم کردن مقاومت الکترود در اطراف آن اقدام به آماده سازي زمين شود، از الکترودهاي دفن شده به صورت قائم استفاده مي شود. جز در موارد الکترودهاي صفحه اي سنتي، در ساير موارد عمق دفن اين الکترودها معمولاً از 3 متر بيشتر نيست.

حفر چاه براي دفن الکترود يا با روش سنتي _مقني) و يا با روش استفاده از مته حفر زمين درعمقهاي کم که بر روي وانت يا کاميون نصب است انجام مي شود. در اين روش نصب، با توجه به حجمي که خواه ناخواه در اطراف الکترود خالي مي ماند بهتر است که نوعي آماده سازي به عمل آيد مگر آنکه نوع خاک به قدري خوب باشد که احتياج به اين کار نباشد.
نحوه آماده سازي خاک اطراف الکترودها

آماده سازي الکترودها با روش سنتي

روشي که در ايران براي عمل آوردن خاک بکار مي رود، استفاده از مخلوط نمک، ذغال چوب يا کک و خاک رس است. نمک سنگ شکسته با دانه بندي حدود 12 ميليمتر با نسبت وزني زير بکار مي رود:
نمک – ذغال – خاک رس

1 – 0،5 – 10

مخلوطي که به اين ترتيب تهيه مي شود دور الکترود ريخته شده و متراکم مي گردد. درمورد الکترودهاي صفحه اي ، سطح بالايي مخلوط تا حدود 2، متر بالاتر از لبه صفحه و به همين مقدار پايينتر از لبه زيرين صفحه ادامه مي يابد.روش ديگري که از آن استفاده مي شود ريختن و متراکم کردن لايه هاي نمک و ذغال به تناوب وبه ضخامت هر لايه حدود 0،متر است. در بعضي موارد براي الکترودهاي صفحه اي پس از ريختن مخلوط نمک، ذغال ، خاک رس، تا ارتفاعي که بوسيله مهندس مجري در محل انتخاب مي شود، لايه هاي نمک و ذغال به ترتيبي که گفته شد پر و متراکم مي شود. نبايد فراموش کرد که در اثر مرور زمان و حل شدن نمک، از حجم موا پراکنده کم شده و در صورتي که اين حجم از دست رفته با خاک جايگزين نشود و به صورت خلل و فرج خالي باقي بمانند، مقاومت الکترود بيش از حد زياد خواهد شد. لذا استفاده از نمک به مقداري بيش از حد معقول ، حتي اگر به محدوديتهاي زيست محيطي توجه هم نشود، صحيح نخواهد بود.

لازم است توجه شود که يک الکترود زمين، مخصوصاٌ اگر نصب آن با آماده سازي همراه باشد، دايمي نبوده و بايستي در دوره هاي معين که بستگي به شرايط محلي دارد، ترميم شود.

در نواحي با هواي خشک، آماده سازي با طريقي که گفته شد احتياج به آبياري خواهد داشت که از عمر مفيد الکترود خواهد کاست.

آماده سازي الکترودها با بتنونيت

به گواهي بسياري، بتونيت بهترين ماده براي آماده سازي خاک است. با توجه به وجود منابع غني بتونيت داخلي، آماده سازي خاک اطراف الکترود با اين ماده در آينده ممکن است باز هم بيشتر شود. نظر به اينکه ماده ميکروسکوپيک(جاذب رطوبت) مي باشد، رطوبت اطراف را به خود جذب خواهد کرد. ولي درنواحي بسيار خشک احتياج به آبياري متناوب خواهد داشت.

آماده سازي الکترودها با استفاده از بتن

در صورت وجود شرايط، بهترين و ساده ترين روش براي آماده سازي خاک اطراف الکترود پس از حفر چاه و قرار دادن الکترود در وسط آن، ريختن و پر کردن بتن در اطراف آن است. بديهي است که حجم و قيمت بتن بکار رفته در اين روش مهمترين عامل مي باشد.

ساختمان وجنس الکترودهاي افقي و عمق دفن آنها (الکترودهاي دفن شده در کانال)

ساختمان و جنس الکترود

– الکترودهاي تسمه اي از مس

– الکترودهاي تسمه اي از آهن گالوانيزه گرم

– الکترودهاي سيم مسي

حداقل سطح مقطع تسمه مسي نبايد از 50 ميليمتر مربع و ضخامت آن هم از 2 ميليمتر کمتر باشد. بنابراين حداقل تسمه اي که مي تواند مورد استفاده قرار گيرد 25 × 2 ميليمتر است.
حداقل سطح مقطع تسمه فولادي گالوانيزه گرم نبايد از 100 ميليمتر مربع و ضخامت آن هم از 3 ميليمتر کمتر باشد. بنابراين حداقل ابعاد تسمه استانداردي که براي اين منظور مورد استفاده قرار مي گيرد 30 ×3،5 ميليمتر است که سطح مقطعي برابر 105 ميليمتر مربع را تامين مي کند.

عمق دفن الکترود و آماده سازي آن

عمق دفن الکترود بر مقاومت آن بي تاثير نيست ولي اين تاثير، بسيار بارز نمي باشد. بنابراين درتعيين عمق دفن الکترود،مسايل مربوط به خاکبرداري در درجه اول قرار دارند. در عمل کمتر اتفاق مي افتد که عمق دفن الکترود افقي از 2 متر بيشتر باشد واغلب اين مقدار بين 0،5 تا 0،8 متر انتخاب مي شود.
هنگامي که لازم باشد سطحي هم پتانسيل دراطراف الکترود برقرار شود، عمق دفن الکترود بايد کم باشد ولي نه به حدي که در اثر فعاليتهاي عادي بر روي زمين، به آن سبب وارد شود.

در اين موارد عمق دفن معمولاً 0،5 متر انتخاب مي شود.از ديدگاه نظري، آماده سازي الکترودهاي افقي فرقي با نوع قائم آنها ندارد، اما حفظ آماده سازي اين الکترودها مخصوصاً هنگامي که در مسير رفت و آمد عموم باشند مشکل است و در صورت لزوم در اين مورد بايد تنها به استفاده از خاک رس به جاي خاک حفاري شده اکتفا نمود.

واکنش فلز الکترود و هادي اتصال به زمين با انواع خاک(خوردگي شيميايي)

جنس الکترود و هادي اتصال به زمين آن بايد از نوعي انتخاب شود که تا حد امکان نوع خاک کمتر سبب خوردگي الکترودها شود. بررسي اين موضوع از نظر طول عمر الکترودها اهميت دارد. مي دانيم که جنس الکترود بر مقدار مقاومت آن نسبت به زمين بي تاثير است. از طرفي مقررات ايمني حکم مي کند که براي از بين بردن اختلاف پتانسيل بين اجزاي فلزي مختلف، کليه تاسيسات فلزي با يکديگر و با الکترود زمين همبندي شوند. حال اگر خاک، املاح و نم موجود در آن را در نظر بگيريم، درواقع با نوعي الکتروليت سر و کار داريم که فلزات مختلفي در آن فرو رفته اند که با همديگر همبندي شده اند و اين چيزي نيست جز يک پيل عظيم که الکترودهاي آن به همديگر اتصال کوتاه (همبندي) شده اند.
پس،بطور خلاصه، الکترود يا الکترودهاي در تماس با زمين را بايد از دو جنبه مورد مطالعه قرار داد که هر دوي اين جنبه ها، جز در مورد طرحهاي مخصوص، ناديده گرفته مي شوند:1-از نظر اثر مواد شيميايي و ديگر عوامل موجود در خاک بر روي فلز الکترود و هادي اتصال زمين
از نظر خوردگي دراثر جريانهاي گالوانيک که در نتيجه همبندي الکترود زمين با فلزات ديگر که با سيستم الکتريکي مربوط نبوده ولي در نزديکي محل استقرار الکترود مستقر مي باشند بوجود مي آيند اين در واقع همان مسئله اي است که مربوط به حفاظت کاتدي مي شود.
تأثير نوع خاک در خوردگي الکترود عوامل زير در خوردگي الکترود بوسيله خاک دخالت دارند:

1 – خواص شيميايي خاک،مخصوصاً از نظر اسيدي بودن و محتواي نمکهاي آن

2 – وجود باکتريهاي غير هوازي درخاک
هوا خورش نسبي خاک (differential aeration)درجه بندي کلي انواع خاکها، از نظر شدت اثر آنها بر روي فلزات، بترتيب زير مي باشد:

– خاکهاي شني

– خاکهاي ماسه اي

– خاکهاي رسوبي

– خاکهاي رسي

– خاکهاي برگ و خاکهاي داراي مواد آلي

– خاکهاي دستي مخلوط ، محتوي خاکه ذغال و خاکستر

معمولاً شدت اثر شيميايي خاکهايي که داراي مقاومت مخصوص الکتريکي بالاترند بر روي فلزات الکترود کمتر است و بر عکس

محل استقرار الکترودها بايد به نحوي انتخاب شود که بدور از مسير احتمالي آبرفت هاي آلوده به کودهاي زمينهاي کشاورزي باشد و خاکهاي لايه روبي زمين را نبايد در پس ريزي ( bckfill ) اطراف الکترودها مورد استفاده قرار داد.با اندازه گيري مقاومت مخصوص الکتريک خاک در شرايط هوا خورده و اندازه گيري پتانسيل اکسايشي – کاهشي ( rrdox potential) آن، مي توان اطلاعات دقيقتري را بدست آورد. اولي نشانگر خوردگي در اثر هواخورش و دومي نشانگر خوردگي در اثر وجود باکتريهاي غيرهوازي است. براي شرح آزمون ها و نحوه انجام آنها لازم است به استانداردهاي اختصاصي، مانند BS1377، مراجعه شود.
در عمل، مس بهترين ماده اي است که در ساخت الکترود و هادي زمين در تماس با خاک از آن استفاده مي شود. در مواردي که جريان اتصال کوتاه مورد انتظار، خيلي بالا نباشد، بجاي مس خالص مي توان از فولاد پوشيده شده با غلاف مس، مانند ميله هاي کاپرولد، که مقاومت مکانيکي آنها نيز بيشتر است، در مقاطع کوچکتر استفاده کرد. در هر حال، اثر منفي نمکهاي حل شده در زمين، وجود اسيدهاي آلي در خاک و خاکهايي با ساختار اسيدي، بايد در تخمين عمر الکترود منظور شوند.از فولاد يا ميلگردهاي بتن مسلح که در برابر خوردگي خاک بوسيله بتن حفاظت مي شوند،به شرطي که مداومت الکتريکي آنها برقرار باشد، مي توان بعنوان نوعي الکترود زمين استفاده کرد. تا بحال اين روش ايجاد اتصال به زمين کمتر مورد توجه بوده است.
مزيت استفاده از فولاد داخل بتن بعنوان الکترود زمين، علاوه بر مسايل بارزي مانند مخارج اضافي ناچيز براي آماده نمودن اتصالات ميلگردها به سيستم الکتريکي ، اين است که پتانسيل الکتريکي سيستم فولاد/ بتن و مس برابر بوده و لذا امکان وصل مستقيم سيستم الکترودهاي فولاد/ بتن و مس يا جنس ديگري که داراي پوشش مس باشد(مانند فولاد پوشيده شده با مس) وجود دارد. در صورتي که انجام اين کار، همبندي فولاد گالوانيزه با فولاد/ بتن يا مس به علت الکترود نگاتيو بودن شديد فولاد گالوانيزه، امکان ندارد.خوردگي الکترودها در اثر همبندي با فلزات ديگر(خوردگي الکتروشيميايي با کاتدي)
همبندي اجزاي فلزي مختلف مدفون در خاک يا براي دستيابي به مقاومتي کوچکتر براي يک سيستم الکترود زمين انجام مي شود يا اينکه هدف از آن حصول ايمني از راه همولتاژ کردن اجزاي ساختماني مختلف است.اگر اين اجزاي فلزي از موادي متفاوت ساخته شده باشند، مانندآن است که دو سر يک پيل بهم وصل شوند. دو يا چند فلز مختلف دفن شده درزمين( دو به دو) الکترودهاي پيل و خاک هم همراه با مواد داخل آن، الکتروليت پيل خواهد بود.

شماره فلزات دفن شده در زمين که با همديگر همبندي مي شوند ممکن است بسيار زياد باشد، در زير بعضي از آنها نام برده مي شوند:

– زره کابلها

– فولا / بتن پي ها

– لوله هاي سرويس مانند آب ، گاز ، فاضلاب و نظاير آن

– تسمه ، ورق و سيمهاي مسي- تمسه ها و ميله هاي فولادي

– تسمه ها و ميله هاي فولادي ضد رنگ- تسمه ها و ميله هاي فولادي با پوشش مسي

– تسمه ها و ميله هاي فولاد گالوانيزه- تسمه ها و سيمهاي مسي قلع اندود

– هرگونه اجسام فلزي ديگر

سرعت تحليل الکترودها در درجه اول به جنس الکترودها و تا حدودي به سطح نسبي آنها بستگي دارد. نظر به اينکه فلزات يگانه (نامربوط به سيستم الکتريکي) که در محدوده الکترود زمين وفلزات همبندي شده با آن موجودند، در خوردگي خود آنها و فلزات الکترودها بي تاثير نمي باشند. انتخاب جنس الکترودها بايد با مطالعه انجام شود تا سازگاري آنها نسبت به هم مراعات شود يا روشهاي ديگري براي رفع خوردگي بکار گرفته شوند.

پيش بيني مقاومت کل يک سيستم اتصال زمين بتن / فولاد

معيار اصلي کارآيي يک سيستم اتصال زمين، پس از آماده شدن آن براي بهره برداري، به کمک اندازه گيري، بدست مي آيد ولي قبل از آن و در مراحل مختلف پيشرفت کار، براي پيش بيني مقاومت يک سيستم کامل، لازم است اندازه گيريهاي متعدد انجام شود. در شروع کار و در طول عمر تاسيسات نيز به تناوب با اندازه گيري هاي دوره اي، بهره برداران بايد نسبت به کارآيي سيستم مطمئن شوند. يادآوري مي نمايد که قسمت عمده مقاومت زمين، بعلت وجود بتني است که بلافاصله در اطراف فلزات (ميلگرد) پي قراردارد و بستگي شديدي به رطوبتي دارد که دربتن موجود مي باشد( بتن جاذب رطوبت است). در طول زمان، رطوبت بتن به حالت تعادل در مي آيد و با توجه به فصل به مقدار آن افزوده مي شود که تمام اين عوامل بايد در محاسبات و پيش بيني هاي مربوط به حساب آورده شوند. در مورد پي هايي که مشابه هم هستند اندازه گيري يک يا چند پي انفرادي قبل از اينکه به همديگر وصل شوند. نشانگر ارزنده اي براي پيش بيني تغييرات مقاومت در هر يک از آنها و در نتيجه برآورد کل مقاومت خواهد بود.

انتخاب و نصب هادي زمين

هادي زمين آن قسمت از سيستم زمين است که الکترود زمين را به ترمينال اصلي زمين وصل مي کند. محل اتصال هادي زمين به الکترود ، معمولاً درزيرزمين و محل ترمينال اصلي، بيشتر در داخل ساختمان و در دسترس قرار دارد.
از آلومينيوم لخت يا آلومينيوم داراي پوشش مس نبايد در تماس با زمين چه بعنوان الکترود و چه بعنوان هادي زمين استفاده کرد. درمحيط هاي مرطوب نيز نبايد از اين مواد بعنوان هادي زمين استفاده نمود.
در انتخاب نوع و سطح مقطع هادي زمين، توجه به توانايي عبور حداکثر شدتهاي جريان اتصال کوتاه به زمين در طول زمانهايي که پيش بيني مي شوند. در درجه اول اهميت قرار دارد و همراه با آن بايد تکيه گاههايي با استقامت مناسب براي مقاومت در برابر بزرگترين جريانها احتمالي اتصالي به زمين و نشتي ، انتخاب شوند. بطور خلاصه سيستم هادي زمين بايد ار هر دو نظر مکانيکي و خوردگي ، داراي استقامت لازم باشد.

دماي بالا در اثر جريانهاي نشتي

براي مواردي که جريان نشتي به طور دايمي وجود دراد، لازم است اطمينان حاصل شود که از نظر دماي مجاز عايقبندي و يا تکيه گاهها ، شرايط قابل قبول وجود دارند و براي هاديهاي لخت که در دسترس مي باشند، دما از 70 درجه سلسيوس تجاوز نخواهد کرد.
لازم است توجه شود که هنگام انتخاب هادي براي عبور جريان اتصال کوتاه، دماي اوليه هادي که ممکن است دراثر جريانهاي نشتي بيش از مقادير معمولي باشد، بحساب آورده شود.

استحکام هادي اتصال زمين

علاوه بر نيروهاي مکانيکي که ممکن است پارگي هادي اتصال زمين شوند، خوردگي شيميايي (اثر مواد شيميايي خاک بر روي فلز هادي اتصال زمين) و خوردگي الکتروشيميايي ( تشکيل پيل بوسيله فلزات ناهمگون در زمين)،خطراتي است که هادي اتصال زمين با آنها روبرو مي باشد. در مورد خوردگي الکتروشيميايي ، دو فلزي که بيش از همه بهم اتصال داده مي شوند، مس و فولاد است. مس ساده ( بدون هر گونه روپوش ديگر مانند قلع و غيره) نسبت به فولاد ساده( بدون هر گونه پوشش مانند گالوانيزاسيون) تشکيل قطب مثبت مي دهد که سبب خوردگي سريع خواهد شد.

اتصالات و بستها

بستهاي بکار رفته براي اتصال الکترود به هادي زمين بايد با هر دوي آنها سازگار باشد تا از خوردگي گالوانيک، تا جايي که ممکن است، جلوگيري شود. بستها بايد از نظر مکانيکي محکم باشند و جنس آنها از نوع مقاوم در برابر خوردگي باشد. در مورد بستهاي پيچي ، پيچها بايد در برابر گشتاوري حداقل به مقدار 20 نيوتن متر ، استقامت کنند.
اتصال هادي زمين به الکترود يا هر سازه زمين شده ديگر که از آن براي زمين کردن استفاده مي شود بهتر است به کمک لحيم کاري يا با استفاده از بستهاي بزرگ غيرآهني انجام شود.در مواردي که از غلاف فلزي و زره فلزي کابل استفاده شود، غلاف و زره بايد با لحيم کاري به يکديگر همبندي شده و اتصال اصلي هادي حفاظتي به کابل با لحيم کاري به زره انجام شود.

پيش بيني نقطه اي براي جداسازي با هدف اندازه گيري مقاومت الکترود زمين

قبل از ورود هادي اتصال زمين به ساختمان يا هر سازه ديگر، بايد نقطه اي پيش بيني شود تا در آن بتوان بصورت موقت هادي زمين را از ساير تاسيسات جدا کرده و اقدام به اندازه گيري مقاومت الکترود زمين نمود. انجام اين کار بصورت دوره اي براي اطمينان از کارآيي الکترود لازم است. راه عمل اين کار، پيش بيني چاهکي قابل دسترس است .
با برداشتن دريچه چاهک، جداسازي با باز کردن يک بست ساده و محکم با ابزاري مخصوص، عملي مي شود. دريچه بايد به نحوي مطمئن قفل شود تا از دسترس افراد غير مسئول در امان باشد. در صورت عملي نبودن، محل جداسازي بايد در داخل و نزديکي محيط ساختمان باشد تا با ايجاد مزاحمت و بخصوص طول زياد سيمها، اخلالي دراندازه گيري پيش نياورد.

اندازه گيري مقاومت الکترود زمين و مقاومت مخصوص خاک

روشهايي که براي اندازه گيري مقاومت الکترود زمين و مقاومت ويژه خاک ارائه شده اند،در سراسر دنيا اساس اين گونه اندازه گيريها است. انواع دستگاههاي مخصوص اين کار نيز ساخته شده اند که اساس کار آنها کمابيش همان است که دراينجا گفته خواهد شد، گرچه انواع لوازم اندازه گيري تفاوتهايي با هم دارند اما هدف ما بحث در باره اصول است.
لازم است توجه شود که نقش جرم کلي زمين دراين مورد نيز منحصر به فرد است.

از دو نوع اندازه گيري گفته شده در اينجا، اندازه گيري مقاومت ويژه خاک قبل از شروع احداث الکترود با هدف تصميم گيري در باره مشخصات آن انجام مي شود و اندازه گيري مقاومت الکترود که پس از پايان احداث الکترود انجام مي شود بسيا مهم بوده و اگر بدون ايراد و اشتباه انجام شود، همان چيزي است که ايمني افراد، سلامت دستگاهها و صحت کار آنها بستگي به مقدار آن خواهد داشت.
در واقع اندازه گيري مقاومت زمين، امتحاني است که بعد از مدتها فکر و اندازه گيري هاي اوليه و تصميم گيريهاي مبتني بر داده هاي محلي و تجربه شخصي و تجربه ديگران، پس داده مي شود.

آماده سازي

Tالکترودي است که اندازه گيري مقاومت آن مورد نظر است. براي انجام کار به اين لوازم احتياج خواهد بود:
1 – دو عدد الکترود کمکي ، مناسب براي کوبيدن در انواع زمين، از لوله فولادي يا ميله فولادي:

– هر يک به طول 0،30 تا 1 متر

– يک عدد الکترود بنام الکترود کمکي جريان

– الکترود T1

– يک عدد الکترود کمکي بنام الکترود کمکي ولتاژ

– الکترود T1

2 – يک عدد آمپر متر با مقياس اندازه گيري مناسب

3 – يک عدد مقاومت متغير (رئوستا)با اوتو ترانسفورماتور با توان مناسب براي تنظيم شدت جريان در حد مطلوب

4 – يک عدد ولتمتر دقيق براي 220 ولت متناوب ، با مقاومت داخلي 100 اهم بر ولت يا حداقل 20 کيلو اهم براي 220 ولت ( براي دقت 5 درصد اگر مقاومت الکترود ولتاژ 1000 اهم باشد)

5 – يک عدد منبع ولتاژ متناوب با توان مناسب که مي تواند يکي زا موارد زيرباشد:

– ژنراتور دستي ولتاژ متناوب (مشابه Megger)

– ترانسفورماتور جداکننده ( در صورت استفاده از شبکه بعنوان منبع تغذيه معمولاً با نسبت 1/1)

– ژنراتور استاتيک ولتاژ متناوب ( معمولاً موج مربع) با استفاده از باتري به عنوان منبع اوليه انرژي

6 – مقداري سيم مسي با مقطع کافي ( 2،5 يا 4 ميليمتر مربع) از نوع قابل انعطاف با عايقبندي خوب و مجهز به ترمينالهاي پيچي با کتاکتهاي قابل اطمينان.

يادآوري – ديده مي شود که از دو نوع منبع ولتاژ که آشناترند يعني ولتاژ شبکه فشار ضعيف (بدون استفاده از ترانسفور ماتور جداکننده) و ولتاژ جريان مسقيم (باتري معمولي) جزو منابع مطلوب اسمي برده نشده است. زيرا هر يک داراي اشکالاتي هستند که بهتر است از آنها استفاده نشود:- ولتاژ شبکه : نظر به اينکه يک نقطه از شبکه (خنثا) در منبع (پست-ژنراتور) به زمين وصل است تامين ايمني در اطراف الکترودي که هنگام اندازه گيري به فاز وصل خواهد شد( براي مثال الکترود T1 مخصوصاً اگر از نظرها دور باشد. بعلت وجود گراديان ولتاژ ، مشکل خواهد بود). بنابراين بدون ترانسفورماتور جداکننده استفاده از ولتاژ شبکه توصيه نمي شود. اگر در بعضي موارد به ناچار از اين روش يعني مستقيماً از ولتاژ شبکه به عنوان منبع استفاده شود. اندازه گيريها بايد با گماردن ناظران متعدد در محلهاي محفوظ در اطراف الکترود فاز ( براي جلوگيري از ورود افراد ناوارد به محوطه گراديان ولتاژ ) و در کوتاه ترين زمان ممکن انجام شوند. آمپر متر هم بايد در هادي متصل به الکترود خنثا وصل شود.
– ولتاژ جريان مستقيم: يادآوري مي نمايد که يکي از خواص زمين اين است که با جذب رطوبت و با وجود انواع املاح در خاک تبديل به الکتروليت مي شود و در حالتي که از آن جريان مستقيم عبور کند مواد شيميايي موجود در اين الکتروليت يونيزه شده و يونهاي مثبت بسمت قطب منفي و يونهاي منفي بسمت قطب مثبت به حرکت در مي آيند. يکي از محصولات مواد اسيدي و بازي تجزيه شونده، هيدروژن است که حبابهاي بسيار ريز آن در اطراف الکترود جمع مي شوند و لايه اي عايق ايجاد مي کنند که مانع انجام صحيح اندازه گيري مي شود. اگر در بعضي موارد به ناچار از اين روش استفاده شود. اندازه گيريها بايد در کوتاه ترين زمان ممکن و دروبار بترتيب زير انجام شوند: پس از آماده کردن مقدمات، جريان براي لحظه اي کوتاه برقرار و قرائت انجام شود. سپس قطبهاي منبع تغذيه با يکديگر تعويض و جريان دوباره براي مدتي کوتاه برقرار و يک قرائت ديگر در اين حالت انجام شود. ميانگين دو قرائت، بشرطي که خيلي نزديک به هم باشند قابل قبول خواهد بود و در غير اين صورت يعني وجود تفاوت زياد، نتيجه آزمون قابل قبول نخواهد بود. اگر سطح الکترودي که به آن دو وصل مي شود خيلي بزرگتر از کاتد باشد، مسئله پلاريزاسيون تا حد بسيار زيادي حل شده و آزمون با دقت بيشتر انجام خواهد شد.