شرایط محیطی، نوع خاک، و میزان جریان خطا و نوع بار الکتریکی در انتخاب انواع چاه ارت تاثیرگذار است. در این مقاله با نحوه اجرای چاه ارت و نکاتی را که در اجرای آن باید توجه کنید را شرح می‌دهیم سپس انواع چاه ارت مانند چاه ارت صفحه‌ای و چاه ارت تسمه‌ای و … را توضیح می‌دهیم. با نحوه انتخاب محل چاه ارت و تعیین عمق چاه ارت و بنتونیت که نوعی خاک رس به منظور حفظ رطوبت در داخل چاه ارت است آشنا میشویم، برای درک بهتر انواع چاه ارت و اجرای آن ویدئوهایی در متن مقاله گذاشته شده است با ما همراه باشید.
انواع الکترود زمین
اتصال قطعات فلزی (رسانا) یک دستگاه الکتریکی یا یک سیستم تاسیسات به زمین، سیستم زمین یا زمین کردن نامیده می شود. هدف اصلی از ایجاد سیستم زمین، جلوگیری یا به حداقل رساندن خطر برق گرفتگی، آتش سوزی ناشی از نشت برق از طریق مسیر نامطلوب و اطمینان از افزایش پتانسیل هادی حامل جریان نسبت به عایق می باشد.
زمانی که بخش فلزی دستگاه های الکتریکی (قطعاتی كه می توانند جریان الكتریكی را هدایت یا اجازه عبور دهند) با سیم فاز تماس پیدا كنند؛ ممکن است به دلیل مشکل در سیستم تاسیسات یا ایراد در عایق كابل ها، بخش فلزی با برق، شارژ شده و بار الکتریکی بر روی آن جمع شود. اگر شخصی در آن لحظه این فلز باردار شده را لمس کند، موجب ایجاد تلفات جانی خواهد شد. برای جلوگیری از بروز چنین حوادثی، سیستم های منبع تغذیه و قطعات لوازم خانگی باید دارای سیستم ارتینگ یا زمین باشند تا جریان الکتریکی آزاد به صورت مستقیم به زمین منتقل شود. به همین علت است که در انجام پروژه های صنعتی برق و بخش های الکتریکی پروژه های ساختمانی، به طور قطع از سیستم اتصال به زمین استفاده می شود.
نحوه اجرای چاه ارت
در زیر چهار فاکتور مهم برای اجرای چاه ارت بیان شده است:
- انتخاب محل چاه ارت
- تعیین عمق چاه ارت
- الکترود زمین
- بنتونیت
حال هر کدام از موارد بالا را توضیح می‌دهیم.
1. انتخاب محل چاره ارت
چاه ارت باید در فضاهایی با پایین‌ترین سطح و احتمال وجود رطوبت در عمق كم و یا در نقاط در معرض رطوبت و آب بالا هم چون زمین های چمن، باغچه‌ها و فضاهای سبز حفر گردد.
2. عمق چاه ارت یا ارتفاع چاه ارت
با توجه به مقاومت مخصوص زمین، عمق چاه در کم ترین حالت، 4 متر تا 8 متر در بیش ترین حالت می باشد. قطر آن نیز در حدود 80 سانتی متر می باشد. برخی زمین ها مانند زمین های مناسب كشاورزی و مناطقی با خاک رسی با توجه به جنس خاك، مقاومت مخصوص كم تری داشته در نتیجه عمق حفاری كم تر می گردد. در زمین های شنی و سنگلاخی كه مقاومت مخصوص بالاتری دارند؛ عمق حفاری افزایش می یابد.
مقاومت مخصوص خاك، به وسیله دستگاه های خاصی اندازه گیری می شود. اگر با 4 متر حفاری، هیچ گونه رطوبتی مشاهده نشد و احتمال وجود رطوبت در عمق بیش از 6 متر نیز ممکن نبود؛ به حفر بیش از 6 متر نیازی نیست. به طور کلی مناسب ترین حالت برای حفاری چاه ارت، عمق 6 متر و قطر حدود 80 سانتی متر می باشد.
محدوده مقاومت مخصوص چند نوع خاك در جدول زیر آمده است:
3. الکترود زمین
میله ای از جنس رسانا می باشد که در داخل زمین قرار می گیرد (چاه ارت یا ترانشه). الکترودهای زمین به طور خاص برای بهبود سیستم اتصال به زمین، پس از نصب آن طراحی شده اند. در تاسیسات برق بخصوص تاسیسات برق صنعتی، محاسبه مقاومت الکترود زمین یکی از مهمترین قسمت در طراحی سیستم زمین می باشد. انتخاب نوع الکترود بر مقاومت الکترود زمین تأثیر میگزارد.
4. بنتونیت (Bentonite)
بنتونیت نوعی خاک رس نگهدارنده رطوبت است که به عنوان الکترود زمین برای کمک به کاهش مقاومت خاک استفاده می شود و در شرایط خشک به هنگام مخلوط شدن با آب، چندین برابر حجم اصلی خود متورم می شود.
بنتونیت برای کاهش مقاومت در برابر زمین استفاده می گردد، زیرا با افزایش رطوبت، مقاومت بین خاک و الکترود زمین (مانند میله زمین مسی) به طور موثری کاهش می یابد. چنین توانایی در جذب و نگهداری آب، هدایت الکتریکی را افزایش می دهد. ترکیب بنتونیت، بسیار مقرون به صرفه بوده و جهت پر کردن فضاهای خالی الکترودهای زمین و بهبود عملکرد آن ها مورد استفاده قرار می گیرد، روشی برای بهبود زمین الکتریکی، که به طور معمول در LV ,MV, HV به کار گرفته می شود.
مزایای این ترکیب برای سیستم، به شرح زیر است:
- افزایش خاصیت تبادل یونی
- افزایش قدرت جذب و نگهداری آب
- کاهش مقاومت الکتریکی زمین در جریان مصرف
- قابلیت استفاده در هر خاک (به ویژه خاک های خشک با فصول طولانی و خشک)
- کاهش عمق و حجم شبکه ارت (بسیار مقرون به صرفه)
- عدم استفاده از مواد شیمیایی در بنتونیت (تماس با بدن مانعی ندارد اما در صورت استفاده دائمی، بهتر است تا تماسی صورت نگیرد)
- ایجاد تخلخل، اصلاح ساختار و فعل و انفعالات شیمیایی خاک (کاهش نقطه انجماد خاک)
- عدم وجود اثرات مجرت زیست محیطی (طبیعی بودن ترکیبات)
- افزایش طول عمر مفید میله ارت و صفحه (ممانعت از پدیده اکسایش و خوردگی)
- قابلیت کاربرد بالا در انواع شبکه های ارت (سطحی و عمقی)
- طول عمر بسیار زیاد، یکنواخت و همگن بودن اثرات بر تمامی قسمت های محیط
- شرایط الکترونی و یونی مناسب هادی با وجود نمک های خنثی و رطوبت محیط بدون اثر خورندگی
انواع گوناگونی از الکترود زمین وجود دارد. در این مبحث به بررسی رفتار بنتونیت با نمونه هایی از این الکترودها پرداخته می شود:
هنگامی که خاک و شرایط زمین بسیار اسیدی یا قلیایی و یا مشکوک به چنین شرایطی باشند، موادی مانند بنتونیت می توانند چرخه زندگی الکترودهای تسمه ای و میله ای زمین مسی را به طور قابل توجهی افزایش دهند. علاوه بر این، بنتونیت، آب و سطح تماس آن با خاک را افزایش می دهد و در نتیجه مقاومت زمین کاهش می یابد.
انواع چاه ارت
چاه ارت با توجه به نوع الکترود زمین به کار رفته در آن انواع مختلفی دارد در این قسمت به معرفی دو مدل از انواع چاه ارت می‌پردازیم:
- چاه ارت میله‌ای
- چاه ارت صفحه‌ای عمیق
حال هر کدام از موارد بالا را به اختصار توضیح می‌دهیم.
1. چاه ارت میله ای یا لوله ای (Rod or Pipe Electrode – گروه الکترود قائم – چاه عمودی)
در سیستم ارتینگ، چاه ارت میله‌ای یکی از انواع الکترود زمین است که برای اتصال یک میله فلزی به زمین به‌کار می‌رود. این اتصال برای ایجاد اتصال الکتریکی مطمئن و ایمن بین میله و خاک به‌کار می‌رود تا از خطرات ناشی از صاعقه و جریان‌های الکتریکی ناخواسته جلوگیری شود. به طور کلی، چاه ارت میله‌ای در سیستم ارتینگ برای حفاظت از سازه‌ها، افراد و تجهیزات الکتریکی در برابر آسیب‌های ناشی از جریان‌های الکتریکی به‌کار می‌رود
شکل (1). طرحی از چاه ارت میله ای (Rod Electrode)
مراحل اجرای چاه ارت میله ای به اختصار به شرح زیر است:
- تهیه بنتونیت خشک مورد نیاز با توجه به قطر چاه و شرایط محیطی منطقه مورد نظر (یک حلقه چاه 3 متری در حدود 300 تا 400 کیلو گرم)
- حفر چاه به قطر تقریبی 90-60 سانتی متر و عمق 3 متر
- قرارگیری میله ارتی 3 متری (یا دو میله کوبل شده 1.5 متری) و فرو بردن میان زمین (چاه) در حدود 50 سانتی متر
- آماده سازی بنتونیت به صورت دوغاب (35 درصد بنتونیت و 65 درصد آب)
- تخلیه بنتونیت در چاه ارت {ترتیب تخلیه: 65 درصد بنتونیت دوغاب شده – بخش تحتانی + 35 درصد مخلوط (بنتونیت + خاک رس + آب) – سطح فوقانی}
- فشرده سازی مواد دوغاب سفت شده در زمان پر کردن چاه و بعد از هر 20 سانتی متر (فشردگی و چسبندگی لایه های بنتونیت به میله ارت و از بین رفتن فضاهای خالی اطراف آن)
در ویدئو زیر با نحوه نصب الکترود میله ای بصورت قائم در چاه ارت آشنا میشویم:
ویدئو (1). نصب الکترود میله ای (Rod Electrode) قائم در چاه ارت
این ویدئو نحوه نصب الکترود لوله ای را در چاه ارت نشان می‌دهد:
2. چاه ارت صفحه ای عمیق (Earth Plate – گروه الکترود قائم – چاه عمودی)
- حفر چاه به قطر تقریبی 90-60 سانتی متر و عمق 3 متر
- اتصال سیم ارت یا تسمه مسی به صفحه زمین (حداقل در دو نقطه)
- قرارگیری صفحه ارت (500 × 500 × 3 میلی متر) به صورت عمودی در انتهای چاه
- تخلیه بنتونیت به صورت دوغاب سفت شده با فشردگی مناسب تا 35 سانتی متر، جهت پوشش دهی کامل بالای سطح صفحه زمین
- پر کردن بخش های بالایی و باز چاه با مخلوط 30 درصد بنتونیت + 70 درصد خاک + آب
- فشرده سازی مخلوط، پس از هر 20 سانتی متر خاک ریزی (اتصال کامل خاک اطراف هادی با صفحه زمین)
- استفاده از بنتونیت خشک برای پر کردن چاه ارت، 250-200 کیلوگرم در ابتدای حفاری و 150-120 کیلوگرم برای 2 متر بعد از آن جهت مخلوط کردن با خاک
به علت جذب بسیار بالای آب توسط بنتونیت فعال (اکتیو)، باید به روش تهیه دوغاب توجه داشت. بهتر است که پودر بنتونیت به تناوب در آب ریخته شده و حل شود تا دوغاب به دست آمده یک دست و یکنواخت باشد. اگر عمل عکس آن صورت بگیرد (افزودن آب به پودر بنتونیت) نتیجه مناسبی نخواهد داشت.
برای نمونه، “روش پر کردن چاه” در الکترود صفحه ای بررسی می شود:
روش دقیق پر کردن چاه ارت صفحه ای
- تهیه و ریختن 20 لیتر محلول آب و نمك به كف چاه، 24 ساعت قبل از پر کردن آن (باید تمام كف چاه را در بر بگیرد)
- پر کردن چاه با خاك رس و یا خاك نرم به ارتفاع 20 سانتی متر از انتهای چاه
- تهیه و ریختن دوغاب بنتونیت به مقدار لازم (حدود 450 كیلوگرم معادل 15 كیسه 30 كیلوگرمی) به ارتفاع 20 سانتی متر از كف چاه (مخلوط غلیظ تر، كیفیت بهتر)
- اتصال دو سیم مسی به صفحه مسی (تناسب طول سیم ها با طول مسیر)
- قرار گیری صفحه مسی به صورت عمودی در مركز چاه
- پر کردن اطراف صفحه مسی با دوغاب تا بالای صفحه
- قرارگیری لوله پلیكا جهت تامین رطوبت انتهای چاه و تزریق آب در فصول گرم سال، به صورت سوراخ شده و مورب در مركز چاه و بالای صفحه (پر کردن لوله با شن تا ارتفاع 50 سانتی متر از انتهای لوله)
- عدم نیاز چاه به لوله گذاری در صورت حفر در فضای باغچه یا تأمین رطوبت از بالا و پایین چاه و رساندن رطوبت به انتهای چاه
- پر کردن 20 سانتی متر از بالای صفحه مسی با دوغاب بعد از قراردادن لوله پلیكا
- پر کردن چاه با خاك معمولی همراه با ماسه یا خاك الک شده كشاورزی تا 10 سانتی متر مانده به دهانه چاه
- پر کردن 10 سانتی متر پایانی چاه با شن و سنگریزه، برای نفوذ آب باران و آب های سطحی به داخل چاه
- زمانی که در چاه از لوله پولیكا استفاده نشده باشد، نباید روی چاه را با آسفالت و یا سیمان پر کرد.
- پر کردن داخل شیارهای حفاری با خاك الک شده كشاورزی، خاك نرم معمولی و یا خاك معمولی مخلوط با بنتونیت
شکل (2). طرحی از بنتونیت و الکترود صفحه ای (Earth Plate) و یا تسمه ای (Strip Electrode) در ترانشه
انواع الکترود زمین-ارت تسمه ای (Strip Electrode)
در صورتی كه خاك محل اجرای چاه ارت تسمه‌ای یا میله‌ای سخت باشد، به گونه‌ای كه حفر چاه و رسیدن به لایه‌های مرطوب عمقی خاك به طور کلی غیرممكن یا بسیار دشوار باشد، از سیستم الكترودهای افقی استفاده می شود. بدین صورت كه الكترودها در خاك، به صورت افقی و موازی با سطح زمین قرار می گیرند (شکل 2).
- حفر ترانشه جهت دفن الکترود تسمه ای با عرض 300-200 میلی متر (عمق ترانشه به طور معمول 600 میلی متر)
- پر کردن عمیق ترین قسمت ترانشه با مخلوطی از ترکیب بنتونیت و آب (به ضخامت 50-25 میلی متر)
- قرارگیری الکترود تسمه ای درون ترانشه (اطمینان از فرو نرفتن بیش از حد الکترود تسمه ای مسی در بنتونیت)
- افزودن لایه دوم از مخلوط بنتونیت داخل ترانشه به ضخامت 50-25 میلی متر (اطمینان از پوشش کامل الکترود تسمه ای با مخلوط)
- پر کردن و فشرده سازی دقیق و نهایی فضای خالی باقی مانده در ترانشه
- استفاده از الكترودهای تسمه ای شكل مسی بدون روكش قلع و با ضخامت مس حداقل 2 میلی متر، تسمه فولادی گالوانیزه گرم با سطح مقطع حداقل 100 میلی مترمربع (30×3.5) و یا حتی سیم مسی لخت با سطح مقطع 25 میلی مترمربع (قطر 5.6 میلی متر) به عنوان الكترود افقی
- عدم استفاده از الكترود تسمه‌ای با ضخامت بیش از یك هشتم پهنای آن
- تاثیر کم عمق دفن الكترود تسمه‌ای و پهنای آن بر روی مقاومت {عمق دفن پیشنهادی الكترودهای تسمه‌ای (افقی) بین 0.6 تا 2 متر}
- قابلیت جایگزینی سیم گرد به جای سیم الكترود تسمه‌ای
- قابلیت قرارگیری الكترودهای افقی تسمه‌ای یا سیم گرد در چهار وضعیت: تك رشته (-)، دو رشته عمود بر هم ()، سه رشته با زاویه 120 درجه نسبت به یكدیگر (Y ستاره) و چهار رشته عمود بر هم (صلیبی +)
- استفاده از سیم مسی به عنوان سیم اتصال به زمین متصل به الكترود تسمه‌ای
- نسبت مستقیم مقاومت ویژه الكتریكی خاك به مقاومت الكترود نصب شده در آن، میزان رطوبت خاك، تركیبات شیمیایی، نمك های محلول موجود در آن، اندازه و توزیع دانه‌ها و نزدیكی آن ها به یکدیگر
شکل (3). طرحی از انواع الکترود زمین (Earth Electrode)
سخن پایانی
ما در این مقاله دو مدل از انواع چاه ارت به نام های چاه ارت میله‌ای و چاه ارت صفحه‌ای را معرفی کردیم. نحو اجرای چاه ارت را توضیح دادیم و با چهار فاکتور، انتخاب محل چای ارت، تعیین ارتفاع چاه ارت، الکترود زمین و بنتونیت آشنا شدیم. مهم در اجرای انواع چاه ارت و بیان کردیم که در بعضی از مناطق به دلیل سخت بودن خاک امکان اجرای چاه ارت وجود ندارد بنابراین برای اجرای ارت میبایست از یکی دیگر از انواع الکترود زمین به نام الکترود تسمه‌ای استفاده می کنیم. جهت ارتباط با پیمانکار تاسیسات برقی با نیکسا تماس بگیرید.
2 پاسخ
سلام، روز خوش، کدوم یک از انواع چاه ارت به درد ایستگاه مخابراتی یه منطقه مرطوب میخوره؟
سلام وقتتون بخیر، باید بیشتر بررسی شود ولی محدودیتی در انتخاب هر کدام از انواع چاه ارت وجود ندارد