دستورالعمل اجرای چاه ارت

اهداف مورد توجه مقرارت ملی ساختمان در ایجاد سیستم اتصال به زمین شامل سه مورد می‌شوند:

1. تامین ایمنی در برابر برق گرفتگی انسان و موجودات زنده در زمان بهره برداری از سیستم الکتریکی
2. حفظ عایق بندی سیستم با ایجاد مسیری برای جریان‎های اتصال کوتاه جهت عملکرد به‌موقع لوازم حفاظتی
3. تامین الزامات سازگاری الکترومغناطیسی در موارد لازم

مقاومت الکتریکی زمین در اجرای چاه ارت به عوامل مختفلی از جمله مقاومت ویژه خاک و ابعاد و شکل الکترود بستگی دارد، درصورتی که یکی از ابعاد الکترود بزرگتر از دو بُعد دیگر ظان باشد و تماس الکترود از بُعد بزرگتر با خاک بیشتر باشدمقاومت الکترود نسبت به جرم کلی زمین کمتر خواهد شد. بنابراین نصب یک الکترود میله ای یا تسمه ای نسبت به الکترود صفحه ای ارجعیت دارد. امروزه در بیشتر کشورهای جهان الکترود صفحه ای غیر اقتصادی تلقی می‌شود و الکترود میله ای پرطرفدار و اقتصادی‌ترین روش اجرای سیستم چاه ارت سیستم اتصال زمین محسوب می‌شود.

کاهنده مقاومت الکتریکی زمین

بیشتر نقاط کشور ایان از اقلیم خشک برخوردارند و خاک دارای کیفیت الکتریکی کافی نیست. برای کم کردن مقاومت الکترود زمین می‌توان نسبت به تعویض خاک اطراف الکترود و جایگزینی با الکترولیت‌های دارای کیفیف خوب و پایدار اقدام نمود.

تعدادی از الکترولیت‌های رایج عبارت‌اند از :

• بنتونیت
• بتن معمولی
• بتن هادی
• سایر مواد کاهنده حائز شرایط استاندارد

مخلوط نمک و ذغال یکی از الکترولیت های غیر استاندارد رایج بود که در گذشته مورد استفاده قرار می‌گرفت. با شناخت مضرات این الکترولیت (خورندگی بالا در برق ساختمان که دوام طولانی سیستم زمین اهمیت بالایی دارد) کاررد آن منسوخ شد.

نصب الکترود زمین در چاه ارت ساختمان نباید در مجاورت چاه فاضلاب و در نزدیکی حوزه نفوذ آب و پساب باشد. رطوبت خاک تا حد معینی مفید است اما مقادیر بیش از حد آن ممکن است منجر به شسته شدن املاح مفید خاک و ضعیف شدن هدایت الکتریکی آن شود.

زمین های نامناسب جهت اجرای چاه ارت

زمین‌های اشباع یا مملو از آب، بستر رودها و مسیر عبور آب‌های جاری و زیرزمینی. چنانچه مجبور به اجرای چاه ارت در این زمین ها هستید، باید تمهیدات ویژه ای برای جلوگیری از شسته شدن خاک اطراف صفحه ارت و هر آسیب احتمالی به اجزای چاه ارت اندیشیده شود.

انواع الکترودهای زمین

انواع الکترود متداول از نظر شکل و طرز قرار گرفتن به شرح زیر هستند:

1. الکترودهای قائم
2. الکترودهای افقی
3. الکترود های صفحه ای (صفحه ارت)
4. الکترود بین مسلح در شالوده ساختمان

در تولید میله ارت با پوشش مسی بایستی ضخامت لایه آبکاری یا غلاف مسی استاندارد باشد که در زمان کوبیدن در خاک غلاف‌کشی از مغزی فولادی جدا نشود. مسلما تولیدکنندگان باید گواهی آزمایشگاهی و استاندارد های لازمه را ارائه نمایند.

برای نصب الکترود میله ای استفاده از چکش‌های استاندارد مانند: چکش دستی لوله ای، چکش نیوماتیکی یا الکتریکی یا پیکور استفاده می‌شود. اگر بخواهیم دستوالعمل اجرای چاه ارت را بصورت استاندارد شرح دهیم باید این نکته را متذکر شویم که، برای نصب میله ارت بهتر است از پتک استفاده نکنید. علاوه بر آسیب به نصاب میله ارت دشوار و زمان بر خواهد بود، احتمال آسیب دیدن الکترود (میله ارت) نیز وجود دارد.

برای اجرای چاه ارت در ساختمان مسکونی گاها نیاز است که الکترود ها را بصورت موازی در چاه ارت نصب نمایند، استاندارد توصیه شده طبق دستورالعمل اجرای چاه ارت فاصله الکترود ها از یکدیگر کتتر از ۱٫۸ متر باشد. دقت داشته باشید که لوله یا میله ارت در زمان نصب کاملا سالم، بدون زنگ زدگی، خراشیدگی و خمیدگی باشد. در روش اجرای چاه ارت بطور کلی میله ارت را بصورت قائم نصب می‌شود، اما در شرایط خاص اجازه نصب اریب یا افقی آن نیز صادر شده است.

الکترودهای تسمه ای و چند مفتولی که بصورت دفنی نصب می‌شوند، در مواردی که خاک دارای مقاومت الکتریکی بالایی است، به همراه الکترولیت مناسب، بعنوان الترناتیوی در برابر الکترود صفحه ای (صفحه ارت) مطرح‌اند. جهت نصب این الکترود ها با استفاده از ماشین مخصوص حفاری، سوراخی به قطر ۷ تا ۱۵ سانتی‌متر با کمک کته های بلند ایجاد می‌شود.

سپس سیم یا تسمه در درونش قرار گرفته و با بتن یا الکترولین مناسب پر می‌شود. با عنایت به این نکته که در حال حضر ماشین‌های حار دردسترس عموم نیستن و غالبا چاه ارت را بصورت دستی حفر می‌کنند. در این حالت قطر آن به حدود ۸۰ سانتی‌متر می‌رسد، دراین صورت با توجه به تجربه بهتر است به جای اینکه سیم در راستای قائم به طرف پایین برود، بشکل فنری در محیط یک استوانه مانند شکل زیر اجرا گردد و اطراف آن با الکترولیت مناسب پر شود.

وزن کمتر مس بکار رفته در این نوع الکترود نسبت به الکترود صفحه ای سبب شده است، قیمت آن ارزان‌تر باشد و به خاطر عدم وجود نقاط اتصال، از نظر پایداری و عدم خورندگی شرایط بهتری دارد. این در حالی است که مقاومت آن در وضعیت مشابه کتر است، زمانی که سیم مسی مستقیما به عنوان الکترود مورد استفاده قرار می‌گیرد، سطح مقطع آن نباید کمتر از ۳۵ میلی‌متر باشد.

اجرای الکترود سیمی به صورت فنری با حداقل ۵ دور سیم مسی با مقطع حداقل ۳۵ میلی متر مربع در محیط یک استوانه فرضی به قطر ۵۰ سانتی‌متری

این الکترود زمانی مناسب است که فضای کافی برای اجرای چاه ارت وجود داشته باشد. از موارد کاربرد الکترودهای افقی می‌توان اتصال زمین های سیستم صاعقه گیر (به دلیل پایین تر بودن امپدانس موجی این نوع الکترود)، ایجاد سطوح هم پتانسیل در محوطه نیروگاه ها و پست های فشار قوی (به منظور کنترل ولتاژهای گامی و تماسی) و یا ایجاد سیستم زمین در زمین های سخت، سنگلاخی و صخره ای (به عنوان مسیر جایگزین به جای عمق با توجه به دشواری حفاری) را نام برد. الکترود افقی در آرایش‌های مختلف در عمقی مه پایین تر از عمق یخ زدگی منطقه باشد. (عمق حداقل ۰٫۷ متری از سطح زمین) نصب می‌شوند.

استفاده از لوله های فلزی گاز یا نفت، فاضلاب و هوای تحت فشار به عنوان الکترود زمین ممنوع است.

الکترود های صفحه ای (صفحه ارت)

استفاده از الکترود صفحه ای فقط در دو حالت توجیح پذیر است حالت اول؛ زمانی که فضای موجود برای اجرای چاه ارت کم باشدو روش دیگری قابل اجرا نباشد و حالت دوم زمانی‌ست که به خاطر سختی زمین، چاه ارت به وسیله حفاری عمیق با ماشین حفاری حفر شده باشد در این صورت می‌توان الکترود صحه ای را طبق دستورالعمل اجرای چاه ارت درون زمین جاگذاری نمود.

در مناطقی از جهان که خاک زمین نمناک است از صفحه ارت در عمق کم بهره می‌گیرند، عمق خاک از لبه بالایی الکترود صفحه ای بایستی حداقل ۱/۵ متر باشد. در کشور ما که خاک عموما خشک است، عمق اجرای چاه ارت بیش از ۳ متر می‌باشد. هدف از این عمق زیاد رسیدن به لایه نمناک خاک می‌باشد، با این حال اگر بخواهیم از الکترود صفحه ای در ایران بهره بگیریم علاوه بر هزینه بالای صفحه ارت نسبت با سایر الکترودها، دستمزد اجرای چاه ارت نیز بیشتر خواهد شد.

الزامات اجرای چاه ارت با الکترود صفحه ای

دفن الکترود صفحه ای بهتر اس بصورت قائم باشد تا جریان خارج شده از صفحه ارت یکنواخت در خاک پخش شود و فشار خاک بر دوسمت صفحه، یکسان باشد. هادی زمین باید در دو نقطه مجزا به صفحه ارت متصل شوند، جوش توصیه شده در این اتصال جوش اگزوترمیک (جوش کدولد) و یا اتصال مکانیکی می‌باشد.

خوردگی فلزاتی که در نقش الکترود و هادی اتصال زمین بکار گرفته می‌شوند، اهمیت بالایی دارد. دو فلزی که در درون خاک قرار می‌گیرند و اتصال الکتریکی هم میانش برقرار است جنس و خلوص آنها در نحوه خوردگی موثر هستند. به همین دلیل در این قسمت بطور مختصر در جدول زیر به این مسئله پرداختیم:

+: مناسب برای همبندی -: نامناسب برای همبندی *: خوردگی در پوشش گاروانیزه (فلز روی) اتفاق می‌افتد
جدول امکان همبندی فلزات مختلف در اجرای چاه ارت در سختمان مسکونی و سایر اماکن

مثالی از جدول فوق:

یک صفحه ارت مسی از طریق هادی زمین به شینه ارت متصل شده است، اسکلت ساختمان نیزبا همین شینه ارت همبند شده است. در این مثال صفحه ارت (الکارود مسی) جسم یا سطح کوچک‌تر وساحتمان (فولاد در بتن) جسم یا سطح بزرگ‌تر می‌باشد، اتصال آنها طبق جدول فق مجاز است. در همین مثال، اگر صفحه ارت فولاد گالوانیزه باشد، اتصال آن به اسکلت فلزی ساختمان مجاز نخواهد بود و باعث ایجاد خوردگی و از بین رفتن صفحه ارت خواهد شد.

الکترود بین مسلح در شالوده ساختمان

طبق دستورالعمل اجرای چاه ارت نظام مهندسی در صورتی که قرار باشد از الکترود بتن مسلح در شالوده ساختمان به عنوان الکترود زمین استفاده شود بایستی شرایط زیر را در این روش رعایت کنند.

•  به منظور عایق کاری رطوبتی بین شالوده و بستر زمین اطراف آن ایزولاسیون انجام نشود و بتن فوندانسیون به طور مستقیم و کامل با خاک تماس داشته باشد.
• از این روش به تنهایی به عنوان الکترود زمین در ساختمان استفاده نشود، یک الکترود قائم میله ای به همراه این الکترود به کار گرفته شود.
• سیستم زمین صاعقه گیر از این الکترود به جای هادی نزولی استفاده نکند.
• اگر از میلگرد به عنوان هادی مدفون در بتن استفاده شود، قطر میلگرد باید حداقل ۱۰ میلی‌متر و اگر از سیم لخت مسی استفاده می‌شود مقطع آن حداقل ۲۵ میلی‌متر مربع باشد.

دریچه بازدید چاه ارت

الزام به وجود دریچه ای به ابعاد ۳۰*۳۰*۳۰ سانتی‌متر برای الکترود زمین، این دریچه امکان تست و جدا سازی آن را به طور مساقل فراهم می‌کند.

تزریق رطوبت

اگر از وجود نم طبیعی در آینده یا در حال حاضر، به دلیل تغییرات آب و هوایی و پایین رفتن آب های سطحی منطقه، مطمئن نیستید، به جهت تزریق رطوبت به اطراف الکترود زمین، لوله ای غیر فلزی و ته بسته که در همه جهات سوراخ بوده و داخلش را با سنگ ریزه شسته پر شده، از ۱۰ سانتی‌متری کف دریچه بازدید تا نزدیک لبه بالایی الکترولیت تعبیه کنید.

الکترود ساده و اساسی

انشعابات برقی طبق قانون دو نوع الکترود دارند: الکترود زمین ساده (جهت اتصال به هادی خنثای فشار ضعیف) و الکترود اساسی (برای هر دو نوع زمین: حفاظت سیستم و ایمنی)

روش متداول برای اجرای الکترود ساده، بهره گیری میله های استاندارد با طول بیش از ۲ متر و می‌باشد و برای الکترود اساسی، بهره گیری از صفحه ارت در چاه است.

انواع الکترود اساسی

• الکترود اساسی به صورت الکترودهای قائم موازی

درباره الکترود اساسی همچنین می‌توان با نصب الکترودهای میله ای متعدد با شکل‌های مختلف و اتصال آنها به یکدیگر به مقاومت دلخواه برای الکترود اساسی دست یافت. اغلب الکترودهای میله ای اطراف یک دایره، در طول اضلع عای مستطیل و یا در امتداد یک خط مستقیم به یکدیگر متصل می‌شوند. فاصله بین الکترودها از یکدیگر به اندازه حداقل دوبرابر عمق الکترود باید مورد توجه قرار گیرد.

•  الکترود اساسی با استفاده از الکترود افقی

در مکان هایی که فضای افقی وجود دارد و به دلیل سنگلاخی بودن خاک زمین، دست یافتن به عمق بسیار دشوار است و یا مقاومت الکتریکی خاک در لایه های پایینی خاک زیاد است، مجاز به استفاده از الکترود افقی به صورت اشکال مستقیم، کمربندی، شبکه ای و یا مستطیلی در عمق حداقل ۰٫۷ متری سطح زمین هستید. برای کاهش مقاومت خاک در اطراف الکترود از مواد کاهنده نیز می‌توان بهره جست.
الکترولیت ها – بنتونینت ها (مواد بهبود دهنده مقاومت ویژه خاک)

بطور کلی الکترولیت ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:

•  الکترولیت های با پایه خاک رس مثل بنتونینت و …
• بتن های حامل ذرات هادی با پایه کربن مانند مارکونیت و ..
• الکترولیت های با پایه پلیمرهای جاذب رطوبت

با توجه به این نکته که هریک از الکترولیت ها خصوصیات و ویژگی های مخصوص خود را دارند در دستورالعمل اجرای چا ارت نظام مهندسی انتخاب الکترولیت را باتوجه به شرایط زمین به عهده طراح یا مجری اجرای چاه ارت گذاشته‌اند. الکترولیت استاندارد بایستی خصوصیات ذیل را دارا باشد:

• مقاومت مخصوص (P) پایین
• خاصیت خوردگی بسیار پایین
• ماندگاری و طول عمر بالا
• سازگاری با محیط زیست و عدم آلایندگی آن
• جذب کننده میزان رطوبت بالا
• PH در محدوده ختثی تا اندکی قلیایی (۸ الی ۸٫۵)
• مقاومت بالا در برابر شستگی توسط آی های سطحی و زیر زمینی
• چسبندگی مورد نیاز برای چسبیدن به الکترود

تست هایی که برای تشخیص کیفیت الکترولیت ها باید انجام شود:

• تست فرونشست
• تست تعیین میزان سولفور
• تست مقاومت مخصوص
• تست خورنگی

دارا بودن تست های فوق از آزمایشگاه ها و مراجع ذیصلاح و ارائه آنها از سوی سازنده محصول الزامی می‌باشد.