پ ١-١٠-١ ملاحظات عمومی
الكترود زمین عبارتست از یک قطعه هادی یا گروهی متشکل از قطعات هادی که در تماس مستقیم با زمین بوده و با آن اتصال الكتریكی برقرار می كند.
الكترود زمین باید از طرفی با الزامات حفاظتی سیستم واز طرف دیكر با مقررات ایمنی در برابر برق گرفتگی در اثر تماس با بدنههای هادی مطابقت کند.
پ ١-١٠-١-١ مقاومت الكتریكی الكترود زمین به عوامل فراوان مخصوصاً به نوع تركیبات خاک اطراف الکترود، رطوبت خاک و ابعاد الکترود بستگی دارد. برای حجم معینی از فلز الكترود، هر چه یکی از ابعاد الکترود بزرگتر از دو بعد دیگر آن باشد و تماس الكترود در این بعد با خاک بیشتر باشد، مقاومت کل الكترود نسبت به جرم كلی زمین كمتر خواهد شد. بنابراین یك الكترود میله ای یا تسمه ای که بصورت قائم (در چاه اتصال زمین) و افقی (در محوطه) اجرا شده باشد نسبت به الکترود صفحه ای ارجحیت داشته و الکترود صفحه ای کم اثرترین الكترودهاست.
پ ١-١٠-١-٢ در صورت استفاده از چند الكترود بصورت موازی هم و یا همبندی اجزای فلزی دیگر با این الکترودها که دارای جنسهای متفاوتی از هم بوده و به هم متصل میگردند باید به خورندگی متقابل در اثر جریان های گالوانیک (الكتروشیمیایی) دقت كرد (جدول شماره پ١-١٠-٢-٥).
پ ١-١٠-١-٣ برای کم کردن مقاومت الکترود زمین در صورتی که خاک اطراف الكترود مناسب نباشد می توان از مواد شیمیایی مجاز و یا مواد کاهندہ مقاومت مخصوص خاک که ساز گار با محیط زیست باشند استفاده كرد. این مواد عبارتند از:
الف) بنتونیت و یا تركیبات مشابه آن
ب) بتن
پ) بتن خاص (بتن هادی که در آن از گرانولهای کربن یا خاک زغال استفاده میشود)
تبصرہ: این نوع آمادەسازی مخصوصاً در زمین های سنگی و زمین هایی که لایه سنگی در نزدیکی سطح آن قرار دارد بسیار مؤثر میباشد.
پ ١-١٠-١-٢ از نصب الكترود در محیط های زیر باید اجتناب شود:
الف) زمینهای اشباع و یا مملو از آب
ب) بستر رودخانه و آبهای زیرزمینی
پ) چاہهای آب
ت) چاههای فاضلاب
ث) زمین هایی که دارای خاک دستی می باشند.
پ ١-١٠-٢ انواع الكترودهای زمین
الكترودها از نظر شكل و طرز قرار گرفتن آنها در زمین به شرح زیر تقسیم می شوند:
الف) الکترودهای صفحه ای
ب) الکترودهای قائم
پ) الكترودهای افقی
پ ١-١٠-٢-١ الکترودهای صفحەای
در مناطق با خاک مرطوب و نمناک از الکترود صفحه ای کم عمق استفاده میشود، حداقل پوشش خاک از لبه بالایی صفحه برابر ۱/۵ متر خواهد بود. در غیر اینصورت نصب الکترود صفحه ای در عمق زیاد (بیش از ٣ متر) با هدف رسیدن به لایههای نمناک زمین انجام میگیرد، در هر دو حالت این صفحه بصورت عمودی در زمین قرار میگیرد.
پ ١-١٠-٢-٢ الکترودهای قائم
الکترودهای قائم به خاطر تماس بیشتر لایههای خاک در طول قائم الكترود و همچنین در مواردی كه فضای افقی كافی در دسترس نباشد از متداول ترین نوع الكترودها می باشند. انواع الکترودهای قائم که با روش کوبیده شدن در زمین و یا به روش دفنی (حفر چاه) نصب میشوند عبارتند از :
الف) الكترودهای میلەای
ب) الکترودهای لولەای
پ) سیم لخت چند مفتولی
تبصره: عمق دفن الکترودهای قائم کوبیده شده در زمین نباید از دو متر كمتر باشد.
پ ١-١٠-٢-٣ الكترودهای افقی
استفاده از این الکترود وقتی مطرح است که امکانات و محوطه با وسعت کافی جهت اجرای آن وجود داشته باشد.
الكترودهای افقی در شكل های مختلف در عمق ۰/۵ تا ۰/۸ متری از سطح زمین نصب می شوند و انواع این الكترودهای افقی عبارتند از:
الف) تسمه
ب) سیم لخت چندمفتولی
پ) میلگردهای فولادی داخل بتن (بتن مسلح)
ت) هر نوع فلز دفن شده در زمین و در تماس با آن، مانند زره و غلاف فلزی كابل ها و اجزای فلزی سازهها و غیره
پ ١-١٠-٢-۴ الکترودهای زمین و حداقل اندازه آنها
حداقل اندازه الکترودهای زمین که در خاک و یا بتن دفن میگردد و بدون حفاظت در مقابل اثـر الکتروشیمیایی (خوردگی و زنگ زدگی) و نیز بدون حفاظت مکانیکی در محیط نصب می باشند جدول شمارہ پ١-١٠-٢-۴ آمدە است.
تبصره: در صورت استفاده از الکترود صفحه ای بعنوان الكترود اتصال زمین از نوع صفحه مسی دفن شده در زمین (چاه) ابعاد آن حداقل باید ٥٠ × ۵٠ سانتی متر و با حداقل ضخامت ٢ میلی متر باشد.
پ ١-١٠-٢-۵ خوردگی الکترودها در اثر همبندی با فلزات دیگر
همبندی اجزای فلزی مختلف مدفون در خاک به منظور دستیابی به مقاومت كمتر برای یک سیستم الکترود زمین و یا برای همولتاژ کردن اجزای فلزی ساختمانی که مورد استفاده قرار میگیرد، در جدول شمارہ پ١-١٠-٢-۵ آمده است.
تبصره: سطح بزرگتر در جدول شماره پ ١-١٠-٢-٥ باید حداقل ١٠٠ برابر بیشتر از سطح کوچکتر باشد.
پ ١-١٠-٣ اندازەگیری مقاومت الکتریکی الکترود زمین
در پایان کار احداث هر الکترود زمین و از آن پس به صورت دورهای، باید مقاومت کل آن را نسبت به جرم کلی زمین به کمک دستگاه های مخصوص و توسط افراد کارآزمودہ اندازہ گیری کرد و اگر تغییرات قابل ملاحظه ای در مقاومت الكتریكی مشاهده شد، نسبت به اصلاح و یا توسعه سیستم اتصال زمین با احداث الکترودهای جدید، با هدف احراز مقاومت اتصال زمین مجاز، اقدام كرد.
برای هر الکترود زمین یا سیستم زمین باید یک پرونده مخصوص تشكیل شود و اندازهگیریهای دورهای با ذکر تاریخ در آن ثبت گردد. این پرونده باید در اختیار فرد، افراد یا تشکیلات بهرەبردار از سیستم برای بازرسی در دسترس باشد.
تبصره: برای تقلیل مقاومت الکترود زمین میتوان آن را با وسایل مختلف آبیاری كرد، مشروط بر اینکه آبیاری به صورت مداوم انجام شود.
پ ١-١٠-۴ الکترود زمین اساسی (برای هر دو نوع زمین، شامل حفاظت سیستم و ایمنی)
یکی از متداول ترین روش احداث الكترود زمین اساسی، حفر چاه اتصال زمین میباشد. عمق چاه زمین از منطقه ای شروع میشود که نم طبیعی به طور دائم وجود داشته باشد. در این روش برای انتخاب الکترودی که داخل چاه قرار میگیرد، می توان از سیم لخت چند مفتولی مسی و یا از الکترود صفحه ای مسی که در ته چاه قرار میگیرد و بوسیله سیم لخت چند مفتولی مسی متصل به صفحه به ترمینال اصلی زمین وصل میشود، استفاده نمود.
تبصره ١: انتخاب سیم لخت چند مفتولی مسی به عنوان الكترود هم از نظر اقتصادی وهم از نظر یک پارچه بودن الکترود و هادی اتصال زمین تا ترمینال اصلی زمین، نسبت به الکترود صفحه ای مسی كه ایجاد نقاط اتصال سیم به صفحه با جوش یا بست و پیج و مهره مخصوص در آن اجتناب ناپذیر است، برتری محسوسی دارد برای این منظور میتوان در انتهای چاه سیم لخت چند مفتولی مسی را بصورت ۵ حلقه مارپیچ به قطر هر حلقه حدود ۵٠ سانتیمتر پیچیده و در زمین قرار داد و بقیه سیم را بصورت یك پارچه تا سطح زمین واز آنجا تا محل ترمینال اصلی اتصال زمین هدایت کرد.
تبصرہ ٢: علاوہ بر انواع ذکر شدہ در ردیف پ١-١٠-۴، از انواع الکترود زمین مناسب دیگر که در جدول شمارہ پ١-١٠-٢-۴ آمده است، می توان استفاده نمود.
تبصرہ ٣: ته چاه با مواد كاهنده مقاومت (بنتونیت و غیره) به ارتفاع مناسب پر شده وبعد از سفت شدن مواد کاهنده مقاومت، بقیه چاه با مخلوطی از خاک رس و خاک سرند شده حاصل از حفاری، پر و فشرده شود.
پ ١-١٠-۴-١ در صورت استفاده از صفحه مسی در داخل چاه، اتصال هادی مسی اتصال زمین به صفحه از اهمیت زیادی برخوردار است و باید از اتصالات سست پرهیز نمود. این اتصال به یكی از دو روش زیر انجام میشود:
الف) در انتهای هادی مسی یک کابلشوی مسی پرسی مناسب نصب شده و به کمک دو عدد پیچ مجهز به مهرههای اصلی و قفل شونده از جنس مس، به صفحه محکم شود.
ب) به جای استفاده از کابلشو و یا پیچ میتوان اتصال هادی به صفحه را با جوش مناسب انجام داد.
پ ١-١٠-۴-٢ در صورتیکه از وجود نم طبیعی در سال های بعد به علت تغییرات آب وهوایی و پایین رفتن عمق آبهای سطحی در هر منطقه ای اطمینان وجود نداشته باشد، ضروری است برای الکترود اساسی اقدام به ایجاد چاهک و دریچه بازدید حداقل به ابعاد ٣٠×٣٠×٣٠ سانتی متری نمود (مانند آنچه که در ردیف پ١-١٠-۵ ذکر شده است) و به منظور تزریق آب به الکترود زمین یک لوله غیرفلزی که در تمام جهات دارای سوراخ بوده و داخل لوله با سنگریزه پر شده باشد از ١٠ سانتیمتری دریچه سطح زمین تا لبه بالایی مواد کاهنده ته چاه، تعبیه نمود.
پ ١-١٠-۴-٣ انواع دیگر الکترودھای اساسی
الف) الكترود اساسی بصورت الكترودهای قائم:
در مورد الكترود اساسی غیر از آنچه كه ذكر شد (ردیف پ ١-١٠-۴)، می توان با نصب الكترودهای میله ای متعدد به اشكال مختلف و ارتباط آنها به همدیگر به مقاومت مورد نظر دسترسی پیدا كرد. الكترودهای میله ای می توانند در طول اضلاع مستطیل و یا در طول یك خط مستقیم كه به همدیكر متصل باشند، توزیع گردند رعایت فاصله بهینه الكترودها از همدیگر به اندازه دو برابر عمق الکترود مورد توجه قرار گیرد.
ب) الكترود اساسی بصورت الكترودهای افقی:
در جاهایی که فضای افقی لازم وجود دارد بخصوص در محوطهها و یا در جاهایی كه با زمین سنگلاخی و با مقاومت ویژە خیلی بالایی روبرو باشیم میتوان از الكترود افقی كه بصورت شكل های كمربندی، مستقیم و یا مستطیل وشبكه پنجرهای كه در عمق بین ۰/۵ تا ۰/۸ متری سطح زمین قرار داده میشود استفاده نمود. در صورت نیاز، برای دستیابی به مقاومت کمتر میتوان خاک اطراف الکترود را با مواد کاهنده مقاومت تعویض نمود.
پ١-١٠-۵ الکترود زمین ساده (فقط برای وصل به هادی خنثی فشار ضعیف)
در مواردی که تعداد مشترکان در سیستم توزیع برق زیاد باشند، میتوان با احداث تعدادی الكترود ساده تر و با مقاومت بیشتر به مقاومت زمین مطلوب، دست یافت (ردیف پ ١-٢-١).
الكترود زمین ساده می تواند از یک میله یا یک لوله كه بصورت قائم در زمین كوبیده و یا دفن میشود، تشكیل شود. در حالت دفنی برای لوله و یا میله، چاهی حداقل به عمق ٢ متر حفر میشود و پس از قرار دادن میله یا لوله در وسط چاه، فضای اطراف الکترود با مواد کاهنده مقاومت پر میگردد (برای انتخاب نوع میله و یا لوله به جدول شماره پ١-١٠-٢-۴ مراجعه شود). در محل خروج میله یا لوله از زمین یك چاهک بتنی یا آجری با ابعاد حداقل ٣٠×٣٠×٣٠ سانتی متر ایجاد گردیدہ و سر لوله یا میله حداقل ٢٠ سانتیمتر بالاتر از کف چاهک قرار میگیرد. چاهک با یک دریچه فلزی متصل به چهارچوب بسته میشود. سر لوله و یا میله با بست مخصوص و یا بوسیله جوش به هادی اتصال زمین متصل میگردد.
جنس هادی اتصال زمین والكترود میله ای یا لوله ای و بست مخصوص اتصال باید با هم دیگر هم خوان باشند (به جدول شماره پ ١-١٠-٢-٥ مراجعه شود) و نباید از جنس آلومینیوم یا آلیازهای آن باشد. هادی اتصال زمین از محل اتصال به الكترود تا محل ترمینال اصلی اتصال زمین باید قابل رویت باشد و یا این هادی برای محفوظ ماندن از درون یک لوله غیر فلزی محافظ عبور داده شده باشد و باید بصورت دورهای چاهک و هادی اتصال زمین و اتصالات آن از نظر محكم بودن و خورد گی و زنگ زدگی مورد بازدید قرار گیرد.
برای كاهش مقاومت زمین الكترود ساده در صورت نیاز میتوان با افزایش طول میله و یا لوله ویا ایجاد دو یا چند الکترود ساده مشابه و موازی بستن آنها به هم اقدام نمود. رعایت فاصله بهینه بین این الکترودها به میزان حداقل دو برابر عمق هر الکترود مورد توجه قرار گیرد.
تبصره: در صورت استغاده از روش دفنی (حفرە چاه) برای الكترود زمین ساده، علاوه بر انواع ذكر شدہ در ردیف پ١-١٠-۵، از انواع الکترود زمین مناسب دیگر که در جدول شماره پ١-١٠-٢-۴ آمده است، میتوان استفاده نمود.
پ ١-١٠-۶ شرایط استفاده از یک یا دو الكترود زمین برای حفاظت سیستم وایمنی
برای تأمین ایمنی در شبکه، پست برق، برق فشار متوسط و فشار ضعیف بسته به شرایط و امكانات، نیاز به استفاده از دو یا یک الکترود زمین میباشد و عمدتا الکترودهای فوق الذکر در پست برق و یا محوطه همجوار آن اجرا و نصب میشود.
پ١-١٠-۶-١ كلیات
در پست برق هر دو ولتاژ فشار متوسط (١١، ٢٠ و٣٣ كیلوولت) وفشار ضعیف ۴۰۰/۲۳۱ ولت در کنار هم وجود دارند. در صورت اتصال كوتاه بین یكی از فازهای فشار متوسط با بدنه هادی تجهیزات فشار متوسط، حوزه اثر این اتصالی در شبكه برق فشار ضعیف نیز تا دورترین نقطه ادامه خواهد داشت، بنابراین برای تأمین ایمنی و حفاظت سیستم برق فشار متوسط وفشار ضعیف و نیز پست برق بسته به شرایط محیطی، فضای اختصاص یافته به پست برق ونیز ورودی وخروجی خطوط برق فشار متوسط و فشار ضعیف (خطوط هوایی و زمینی)، لازم است کە یکی از گزینههای زیر جهت دو الكترود زمین و یا یك الكترود برای حفاظت سیستم وایمنی، بسته به شرایط و امكانات، انتخاب و اجرا شوند.پ ١-١٠-۶-٢ در صورتی كه امكان احداث دو الكترود زمین (به منظور حفاظت سیستم وایمنی) مستقل از هم، از نظر شرایط و امكانات فراهم باشد. به طوری كه:
الف) فاصله بین دو الكترود زمین فشار متوسط وفشار ضعیف كمتر از ٢٠ متر نباشد (برای جلوگیری از اثر حوزه ولتاژ روی همدیگر- گرادیان ولتاژ). این موضوع در صورت وجود الكترود زمین برق فشار متوسط در ساختمان پست برق موجود در همسایگی ساختمان مورد احداث و یا برعکس نیز باید رعایت گردد.
ب) هیچگونه ارتباط هادی در فاصله بین دو الكترود زمین وجود نداشته باشد. (از قبیل لولههای آب، گاز و غیره دفن شده و همچنین فونداسیون بتن آرمه ساختمان ها)
پ ١-١٠-۶-٢-١ چنانچه تفكیک عایقی تابلوهای برق فشار ضعیف از تابلوهای برق فشار متوسط، ترانسفورماتور و سازه فلزی پست برق تأمین وتضمین شده باشد (مانند جداسازی تابلوی برق فشار ضعیف با کفپوشهای عایق از اسکلت فولادی و تجهیزات برق فشار متوسط) باید بدنه تابلوی برق فشار ضعیف و نقطه خنثای برق فشار ضعیف به الكترود زمین ایمنی (دورتر از سازه پست، با فاصله حداقل ٢٠ متر) متصل شود و كلیه بدنه های برق تابلوی فشار متوسط، ترانسفورماتور و كلیه قطعات فلزی سازه پست به الكترود زمین حفاظتی (داخل یا مجاور پست) متصل گردد.
پ ١-١٠-۶-٢-٢ چنانچه امکان تفکیک و جداسازی عایقی تابلوهای برق فشار ضعیف از تجهیزات برق فشار متوسط و سازه فلزی پست برق وجود نداشته باشد.
در این حالت باید بدنه تابلوهای برق فشار ضعیف و بدنه های تابلوهای برق فشار متوسط و ترانسفورماتورها (تجهیزات برق فشار متوسط) و همچنین كلیه اجزای فلزی سازه پست برق به الكترود زمین حفاظتی متصل گردد و نقطه خنثای برق فشار ضعیف با استفاده از كابل و غلاف كابل غیرفلزی (ایزوله از تماس با زمین واجزاء فلزی) به الكترود اتصال زمین ایمنی در فاصله حداقل ٢٠ متری از پست برق، اتصال داده شود.
پ ١-١٠- ۶-٣ در صورتیکه هیچ یک از شرایط موضوع ردیف پ١-١٠-۶-٢ و بندهای آن فراهم نباشد. یعنی احداث دو الكترود زمین مستقل امكان پذیر نباشد، باید از یک الكترود زمین مشترک برای هر دو منظور حفاظت سیستم و ایمنی استفاده كرد. در این حالت مقاومت كل الكترود زمین نسبت به جرم کلی زمین نباید از یک اهم تجاوز نماید.
پ ١-١٠-۶-۴ چنانچه در یک پست برق خطوط ورودی و خروجی برق فشار متوسط همگی کابلی باشند و طول هر یک از خطوط ورودی و یا خروجی به پست كمتر از ٣ كیلومتر نباشد. میتوان برای هر دو منظور حفاظت سیستم و ایمنی از یك الكترود زمین استفاده كرد. لازم بذكر است كه در صورتیکه طول هر یک از خطوط ورودی و یا خروجی به پست برق كمتر از ٣ كیلومتر باشد باید از دو الكترود زمین مستقل و مجزا از هم استفاده شود.
پ ١-١٠-۶-۵ اگر همه یا قسمتی از كابل های متصل به پست برق اعم از برق فشار متوسط وبرق فشار ضعیف دارای زره فولادی در پوشش لایه بیرونی کابل بوده و این زره فولادی در طول مسیر کابل در تماس با زمین باشد و طول كل این كابلها یك كیلومتر و یا بیشتر باشد، می توان برای هر دو منظور حفاظت سیستم و ایمنی از یک الكترود زمین استفاده كرد.
تبصره: در صورت استفاده از یک الكترود زمین برای هر دو منظور حفاظت سیستم وایمنی در پست برق و تأمین یكی از موارد ردیف های پ١-١٠-۶- ٢ و یا پ ١-١٠-٤-٥ توصیه میشود كه مقاومت کل سیستم در این حالت (یک الکترود زمین) از دو اهم تجاوز نکند.
پ ١-١٠-۶-۶ چنانچه حتی یکی از خطوط برق فشار متوسط ورودی یا خروجی پست برق از نوع خط هوایی باشد، علیرغم مجهز بودن خط به برقگیر باید از دو الكترود زمین به منظور حفاظت سیستم و ایمنی، استفاده کرد و شرط مستقل بودن دو الکترود از هم، باید تأمین شود (ردیف پ١-١٠ -۶- ٢).
پ ١-١٠-۶-٧ چنانچە حتی بخشی از خطوط ورودی و یا خروجی برق فشار متوسط به پست برق در فاصلهای كمتر از ٣ كیلومتر از پست برق خط هوایی باشد (قسمتی از خط بصورت هوایی و قسمتی از خط بصورت كابل زمینی)، باید از دو الكترود زمین به منظور حفاظت سیستم وایمنی استفاده کرد و شرط مستقل بودن دو الكترود زمین از هم باید تأمین شود (ردیف پ١-١٠-۶-٢).
پ ١-١٠-۶-٨ در تمام موارد فوق الذکر که لزوم ایجاد دو الكترود زمین به منظور حفاظت سیستم و ایمنی، ضرورت پیدا کند ولی احداث دو الكترود مستقل از هم به هر دلیلی امكان پذیر نباشد، میتوان از یک الكترود زمین برای پست ترانسفورماتور برق استفاده كرد. در این حالت باید تمام اجزاء فلزی مدفون در زمین در محدوده پست برق (مانند لولههای فلزی آب، گاز و تأسیسات، میلگردهای بتن آرمه و اسكلت فلزی وغیره) با هم همبندی شده و نهایتاً به ترمینال یا شینه اصلی اتصال زمین الكترود زمین حفاظتی متصل گردد، مشروط بر اینكه مقاومت كل الكترود زمین نسبت به جرم کلی زمین از یک اهم تجاوز نکند.
تبصره: در صورت استفاده از دو الكترود اتصال زمین به منظور حفاظت سیستم و ایمنی، مقاومت كل الكترود اتصال زمین ایمنی كه نقطه خنثی یا هادی خنثی ترانسفورماتور را در سیستم نیروی TN به زمین وصل میکند، نسبت به جرم کلی زمین، نباید از دو اهم تجاوز کند.
پ ١-١٠-۶-٩ در حالتی كه پست برق دارای دو الكترود زمین به منظور حفاظت سیستم و ایمنی باشد و بدنه تابلوهای برق فشار ضعیف همراه با بدنه تابلوها و تجهیزات برق فشار متوسط به الکترود زمین حفاظتی و نقطه خنثی برق فشار ضعیف به الكترود زمین ایمنی متصل باشد (ردیف پ١-١٠ -۶- ٢-٢). تابلوهای برق فشار ضعیف باید با درجه عایق بندی بالاتری نسبت به ولتاژ اسمی بین فاز و خنثی انتخاب شده و برای سطح عایقبندی و زمان قطع كلید اتوماتیک فشار متوسط در این حالت، باید موارد جدول شماره پ١-١٠-۶-٩ رعایت گردد.
تصویر ۱
تصویر ۲
تصویر ۳
تصویر ۴