بررسی خصوصیات الکترود های متداول و مقاومت آنها

43- بررسی خصوصیات الکترود های متداول و مقاومت آنها

430- کلیات

الکترود های اتصال به زمین را می توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:

  • الکترودهای مصنوعی، و
  • الکترود های موجود یا “طبیعی”

430  -1- الکترود های مصنوعی

      الکترودهای مصنوعی آنهایی هستند که فقط با هدف ایجاد اتصال به زمین برای تاسیسات الکتریکی نصب می شوند.

الکترود های مصنوعی را، از نظر نحوه استقرار آنها در زمین، می توان به سه گروه تقسیم نمود:

  • الکترودهای صفحه ای؛
  • الکترودهای قائم ؛
  • الکترودهای افقی؛

430-2- الکترودهای موجود

الکترودهای موجود آنهایی هستند که با هدفی دیگر در زمین نصب شده اند و ممکن است در صورت وجود شرایط لازم، برای ایجاد اتصال به زمین از انها به عنوان الکترود استفاده کرد.

الکترودهای موجود شناخته شده به قرار زیر می باشند:

  • غافهای هادی کابلها؛
  • اجزای فلزی سازه ها؛
  • سپرهای فلزی و میلگردهای شمعهای بتی؛
  • لوله کشی آب؛
  • لوله کشی های فلزی دیگر؛
  • هر گونه تاسیسات زیر زمینی فلزی که در تماس با زمین بوده و مانعی برای استفاده از آن به عنوان الکترود زمین وجود نداشته باشد.

راجع به الکترود های موجود در بخش 45 بحث شده است.

431- الکترودهای صفحه ای

431-1- کلیات

     با توجه به کلیه جوانب، الکترودهای صفحه ای در رده آخر ارجحیت انواع الکترودها قرار دارند. در اوایل رشد صنعت الکتروتکنیک، اعتقاد بر این بود که هر چه مساحت یک الکترود بیشتر باشدف مقاومت آن نسبت به جرم کلی زمین کمتر خواهد بود. پس از سالها تحقیق و تجربه معلوم گردید که این باوری نادرست بود و در برخی از نقاط دنیا، از جمله کشور ما، استفاده از این نوع الکترود، جزء سنت در آمده و برای تغییر آن با وجود دلایل فراوان، توان و زمان زیاد لازم خواهد بود.

مقاومت تقریبی یک الکترود صفحه ای از رابطه زیر قابل محاسبه می باشد:

(2-4)                               R  =

که درآن:

P= مقاومت ویژه خاک به اهم متر؛

A= سطح یک طرف الکترود دفن شده به متر مربع؛

R = مقاومت الکترود صفحه ای به اهم متر

توجه شود که برای ابعاد معمولی، مقاومت یک الکترود صفحه ای تقریباً با عکس ریشه دوم مساحت آن متناسب است نه با عکس مساحت آن، برای مثال مقاومت یک صفحه 9،. 9 ، 0 متر، 33% بیش از مقاومت صفحه 2، 1 2، 1 متر است بنابراین برای کم کردن مقاومت بهتراست به جای یک الکترود با سطح بزرگ ، از دو یا چند الکترود موازی با سطحی کوچکتر استفاده شود.

در اغلب موارد برای تخمین مقاومت یک الکترود صفحه ای، استفاده از رابطه خلاصه زیر کافی است:

(3-4)                                                  R=

که در آن:

P = مقاومت ویژه خاک اهم متر؛

D = در مورد دایره برابر قطر و در موردمستطیل برابر طول آن به متر است.

بهتر است که صفحه الکترود به صورت قائم دفن شود تا خطوط جریان خارج شده از صفحه تا جایی که ممکن است یکنواخت پخش شده و کوتاه باشند و فشار خاک بر دو سمت الکترود یکنواخت باشد. الکترود های صفحه ای از نظر نحوه استقرار آنها در زمین، خود به دو گروه تقسیم می شوند:

  • الکترودهای صفحه ای کم عمق؛
  • الکترودهای صفحه ای عمیق.

431-2- الکترودهای صفحه ای کم عمق

    در مناطقی از دنیا که بطور کلی جوی نمناک دارند، استفاده از الکترودهای صفحه ای عمیق مرسوم نیست زیرا علت اصلی دفن صفحه الکترود در عمق بیشتر دستیابی به نم بیشتر و مقاومت ویژه کمتر زمین است. در این گونه مناطق، الکترودها معمولا در عمق کم و با حداقل پوشش خاک از لبه بالایی صفحه برابر 7، متر نصب می شوند.

جنس الکترودها معمولاً از مس با ضخامت حداقل 2 میلمتر یا آهن گالوانیزه گرم با ضخامت حداقل 3 میلیمتر است. در انگلستان جنس صفحه مورد استفاده برای این الکترود معمولا چدن موجدار یا دنده دار است به ضخامت حداقل میلیمتر و به ابعاد 2،1  2،1 متر.

اتصال هادی زمین به صفحه زمین باید دست کم در دو نقطه مجزا انجام و برای هادی زمین و صفحه الکترود از دو جنس مختلف، محل اتصالها با ماده ای قیرمانند اندود شود تا این نقاط از عوارض الکترولیتی در امان بماند. در مواردی که امکان خوردگی سریع هادی زمین وجود داشته یا هادی زمین با مقطع کم انتخاب شده باشد، توصیه می شود هادی زمین از نوع عایقدار باشد تا از خوردگی سریع آن در اثر عوارض الکترولیتی پیشگیری شود. البته در این صورت سهم هادی لخت در کم کردن مقاومت زمین از دست خواهد رفت.

اگر یک الکترود صفحه ای مقاومت لازم را ارائه نداد، می توان از چند صفحه به صورت موازی استفاده کرد. برای رسیدن به حداقل مقاومت با صفحات موازی، قاعدتاً لازم است حداقل فاصله الکترودها نسبت به هم 10 متر باشد، ولی با توجه به عمق کم دفن، حداقل فاصله موثر آنها را می توان حتی تا 2 متر تقلیل داد. در این صورت مقاومت مجموعه دو صفحه نسبت به مقدار بدست آمده از محاسبه (با استفاده از رابطه بالا)، بیش از حدود 20% تفاوت نخواهد داشت.

توصیه بعضی مقامات دیگر برای حفظ مقاومت الکترودها در حد معقول این است که هنگام نصب چند الکترود صفحه ای به صورت موازی، فاصله ای به مقدار سه برابر بزرگترین بعد صفحه، بین انها برقرار شود.

در مورد بعضی از لایه های خاک با مقاومت ویژه زیاد، اماده سازی محل دفن الکترود بجا خواهد بود

431-3- الکترودهای صفحه ای عمیق

     در بالا گفته شد که علت دفن الکترود در عمق زیاد (بیش از حدود 3متر)، رسیدن به لایه های نمناک زمین با مقاومت ویژه کمتر است.

بدیهی است که دفن صفحه در عمق زیاد علاوه بر تحمیل مخارج اضافی اولیه، این اشکال را در بر دارد که برای کم کردن مقاومت از راه دفن بیش از یک صفحه، لازم خواهد بود فاصله این صفحات نسبت به هم خیلی بیشتر از 2 متر و یا سه برابر بزرگترین بعد صفحه- که در بالا برای صفحات کم عمق گفته شده است – باشد.

از طرف دیگر قسمت قائم الکترود باید به حساب آورده شود که در کم کردن مقاومت آن نقش عمده دارد و در واقع عکس مقاومت کل تقریباً برابر مجموع عکس دو مقاومت صفحه ای و قائم (سیم اتصال) خواهد بود.

با بالا رفتن دستمزدها درسالهای اخیر، مخارج نصب الکترودهای عمیق صفحه ای زیاد شدهاست و شاید موقع آن فرا رسیده باشد که تجدید نظر عمدهای در انتخاب نوع الکترود متداولبه عمل آید. بدیهی است که در این امر پیش قدمی عوامل وزارت نیرو مطلوب خواهد بود.