انواع چاه ارت و نحوه اجرای چاه ارت + ارتفاع (ویدیو)

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.

چاه ارت چیست؟

در سیستم‌های الکتریکی، “چاه ارت” گودالی است که در زمین حفر شده و با مواد استاندارد پر می‌شود. چاه‌های ارت عمدتاً برای حفاظت در برابر اتصال کوتاه استفاده می‌شوند. همچنین به عنوان یک نقطه مرجع برای انواع مختلف منابع برق عمل می‌کنند. از آنجایی که ساخت و نگهداری چاه‌های ارت آسان است، از ابتدای تجاری‌سازی برق به عنوان نقاط مرجع مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

هدف اصلی ارتینگ، ایجاد سطحی با پتانسیل صفر در اطراف و زیر منطقه‌ای است که تجهیزات الکتریکی در آن نصب یا قرار داده می‌شوند. برای دستیابی به این هدف، قسمت‌هایی از تجهیزات الکتریکی که جریان را حمل نمی‌کنند، به زمین متصل می‌شوند. این کار از ظاهر شدن ولتاژ خطرناک بر روی محفظه‌ها جلوگیری می‌کند و ایمنی کارگران و عموم مردم را تضمین می‌کند.

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:

1. انتخاب محل چاه ارت
2. تعیین عمق چاه ارت
3. الکترود زمین
4. بنتونیت

حال هر کدام از موارد بالا را توضیح می‌دهیم.

1. انتخاب محل چاره ارت

چاه ارت(چاه ارت به انگلیسی: Earth well or Earth Pit) 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

در پاسخ به سوال عمق چاه ارت چند متر است می توان گفت که باید به مقاومت مخصوص زمین توجه کرد، 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:

1. افزایش خاصیت تبادل یونی
2. افزایش قدرت جذب و نگهداری آب
3. کاهش مقاومت الکتریکی زمین در جریان مصرف
4. قابلیت استفاده در هر خاک (به ویژه خاک های خشک با فصول طولانی و خشک)
5. کاهش عمق و حجم شبکه ارت (بسیار مقرون به صرفه)
6. عدم استفاده از مواد شیمیایی در بنتونیت (تماس با بدن مانعی ندارد اما در صورت استفاده دائمی، بهتر است تا تماسی صورت نگیرد)
7. ایجاد تخلخل، اصلاح ساختار و فعل و انفعالات شیمیایی خاک (کاهش نقطه انجماد خاک)
8. عدم وجود اثرات مجرت زیست محیطی (طبیعی بودن ترکیبات)
9. افزایش طول عمر مفید میله ارت و صفحه (ممانعت از پدیده اکسایش و خوردگی)
10. قابلیت کاربرد بالا در انواع شبکه های ارت (سطحی و عمقی)
11. طول عمر بسیار زیاد، یکنواخت و همگن بودن اثرات بر تمامی قسمت های محیط
12. 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.

مشخصات چاه ارت

مشخصات یک چاه ارت استاندارد شامل موارد زیر است:

• عمق و ابعاد: عمق چاه ارت بسته به نوع خاک و شرایط محیطی متغیر است، اما معمولاً بین 3 تا 8 متر حفر می‌شود. قطر چاه نیز باید به اندازه‌ای باشد که فضای کافی برای قرار دادن الکترود و مواد پرکننده فراهم کند.
• الکترود: الکترود چاه ارت معمولاً از جنس مس یا فولاد گالوانیزه است و می‌تواند به شکل صفحه، میله یا تسمه باشد. انتخاب نوع الکترود بستگی به نوع خاک و میزان جریان الکتریکی قابل انتظار دارد.
• مواد پرکننده: فضای اطراف الکترود با موادی مانند بنتونیت یا خاک رس پر می‌شود. این مواد به کاهش مقاومت زمین و افزایش سطح تماس الکترود با خاک کمک می‌کنند.
• اتصالات: اتصالات بین الکترود و سیم ارت باید به صورت محکم و با استفاده از بست‌های مخصوص انجام شود تا از خوردگی و قطع اتصال جلوگیری شود.
• مقاومت زمین: مقاومت زمین چاه ارت باید کمتر از 2 اهم باشد تا عملکرد مناسب سیستم ارتینگ تضمین شود. اندازه‌گیری مقاومت زمین به صورت دوره‌ای و با استفاده از دستگاه‌های مخصوص انجام می‌شود.
• بازرسی و نگهداری: چاه ارت باید به صورت دوره‌ای بازرسی و نگهداری شود تا از سلامت و عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل شود. این بازرسی‌ها شامل بررسی اتصالات، اندازه‌گیری مقاومت زمین و بررسی وضعیت مواد پرکننده است.

رعایت این مشخصات در طراحی و اجرای چاه ارت، ایمنی افراد و تجهیزات را در برابر خطرات الکتریکی تضمین می‌کند.

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:

1. چاه ارت میله‌ای
2. 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:

1. 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)
2. حفر چاه به قطر تقریبی 90-60 سانتی متر و عمق 3 متر
3. قرارگیری میله ارتی 3 متری (یا دو میله کوبل شده 1.5 متری) و فرو بردن میان زمین (چاه) در حدود 50 سانتی متر
4. آماده سازی بنتونیت به صورت دوغاب (35 درصد بنتونیت و 65 درصد آب)
5. تخلیه بنتونیت در چاه ارت {ترتیب تخلیه: 65 درصد بنتونیت دوغاب شده – بخش تحتانی + 35 درصد مخلوط (بنتونیت + خاک رس + آب) – سطح فوقانی}
6. 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: