مقایسه عملکرد انواع الکترودهای ارت در خاک های مختلف و ارائه راهکارهای اجرایی چکیده

مقایسه عملکرد انواع الکترودهای ارت در خاک های مختلف و ارائه راهکارهای اجرایی چکیده مطابق استاندارد: IEC 62561 / NEC / IEEE 80

سیستم ارتینگ یکی از اساسی ترین بخش های ایمنی در تاسیسات الکتریکی است. عملکرد صحیح این سیستم کاملا وابسته به نوع الکترود به کاررفته و شرایط خاک محل نصب است. در این مقاله، انواع الکترودهای ارت شامل میله ای، صفحه ای، شعاعی، مش ارت، الکترودهای شیمیایی و الکترودهای افقی بررسی و از نظر کارایی، مقاومت الکترود و قابلیت اجرا در خاک های مختلف مقایسه شده اند. در نهایت راهکارهای اجرایی جهت انتخاب صحیح الکترود و افزایش بازدهی سیستم ارت در شرایط متنوع توسط شرکت مهندسی نیرو ایستا www.niroista.com ارائه می شود.

1. مقدمه

هدف اصلی سیستم ارت، تامین مسیری با مقاومت کم برای عبور جریان های نشتی، صاعقه و خطا است. میزان موفقیت این سیستم وابسته به طراحی درست، انتخاب الکترود مناسب و شناخت ویژگی های خاک مانند مقاومت مخصوص، رطوبت، نوع، دما و فشردگی است. انتخاب الکترود مناسب همیشه چالش برانگیز بوده زیرا عملکرد هر نوع الکترود در خاک های مختلف متفاوت است. از این رو مقایسه دقیق بین الکترودها می تواند منجر به انتخاب بهینه در پروژه های صنعتی، مسکونی و شبکه های قدرت شود.

2. انواع الکترودهای ارت

در این بخش به بررسی انواع رایج الکترودها پرداخته می شود:

2-1. الکترود میله ای (Rod Electrode)

این الکترودها معمولا از مس یا فولاد با روکش مس ساخته شده و در طول های ۱.۵ تا ۳ متر استفاده می شوند.
مزایا:

• نصب آسان
• هزینه کم
• مناسب برای اکثر پروژه ها
  معایب:
• عملکرد ضعیف در خاک خشک، ماسه ای یا سنگی
• نیاز به افزایش تعداد میله ها در مقاومت خاک بالا

2-2. الکترود صفحه ای

از صفحات مسی با ابعاد ۵۰×۵۰ یا ۷۰×۷۰ سانتی متر و یا 66*66 باهنر ساخته شده و در عمق زیاد دفن می شود.
مزایا:

• مقاومت مناسب در خاک های مرطوب
• پایداری بالا
  معایب:
• اجرای سخت تر نسبت به میله ای
• حساس به کاهش رطوبت فصلی

2-3. الکترود شعاعی (Radial Electrode)

مجموعه ای از سیم یا تسمه های مسی که به صورت شعاعی در خاک گسترده می شوند.
مزایا:

• سطح تماس گسترده با خاک
• عملکرد مناسب برای پست ها و تاسیسات بزرگ
  معایب:
• هزینه بالا
• نیاز به فضای زیاد

2-4. مش ارت یا شبکه ای

شبکه ای از تسمه های مسی که زیر سطح زمین نصب می شود.
مزایا:

• بهترین توزیع میدان الکتریکی
• مناسب برای صاعقه گیرها و پست های فشار قوی
  معایب:
• نیاز به فضای زیاد
• هزینه زیاد اجرا

2-5. الکترود شیمیایی

دارای مخزن موادی مانند بنتونیت یا نمک های پایدار است که مقاومت خاک را کاهش می دهند.
مزایا:

• عملکرد عالی در خاک خشک
• مناسب مناطق کوهستانی، ماسه ای و سنگی
  معایب:
• نیاز به بازدید دوره ای
• هزینه های نگهداری

2-6. الکترود افقی

استفاده از تسمه یا سیم مسی به صورت افقی در عمق کم.
مزایا:

• مناسب برای خاک های مرطوب سطحی
• اجرای سریع
  معایب:
• تاثیرپذیری زیاد از تغییرات فصلی

3. تاثیر نوع خاک بر عملکرد الکترودها

نوع و شرایط خاک نقش اصلی در تعیین مقاومت سیستم ارت دارد. جدول زیر رابطه تقریبی بین خاک و انتخاب الکترود را نشان می دهد:

4. مقایسه عملکرد الکترودها توسط شرکت مهندسی نیرو ایستا www.niroista.com

4-1. مقاومت الکترود

• کمترین مقاومت: مش ارت > شعاعی > شیمیایی
• متوسط: میله ای، صفحه ای
• بیشترین مقاومت: افقی در خاک خشک

4-2. دوام و نگهداری

• بیشترین دوام: میله ای و صفحه ای
• نیازمند بازدید دوره ای: الکترودهای شیمیایی

4-3. هزینه اجرا

• کم هزینه: میله ای
• متوسط: صفحه ای و افقی
• پر هزینه: شعاعی، مش ارت

4-4. کارایی در شرایط سخت

• بهترین گزینه: الکترود شیمیایی

5. راهکارهای اجرایی برای انتخاب الکترود

5-1. انجام تست مقاومت خاک پیش از طراحی

با اندازه گیری مقاومت مخصوص خاک (Soil Resistivity)، نوع مناسب الکترود تعیین می شود.

5-2. استفاده ترکیبی از الکترودها

در بسیاری از پروژه ها استفاده از ترکیب میله ای + شیمیایی بهترین نتیجه را دارد.

5-3. استفاده از مواد کاهنده مقاومت

استفاده از بنتونیت، ژل های ارت و محلول های پایدار سبب کاهش قابل توجه مقاومت الکترود می شود.

5-4. رعایت فاصله گذاری درست بین میله ها

فاصله معمولا باید حداقل برابر طول میله باشد تا میدان الکتریکی هم پوشانی نداشته باشد.

5-5. توجه به تغییرات فصلی

در مناطق با خشک شدن خاک در تابستان، انتخاب الکترودهای عمقی یا شیمیایی توصیه می شود.

6. نتیجه گیری

انتخاب الکترود ارت مناسب نیازمند توجه به نوع خاک، میزان رطوبت، شرایط محیطی و نوع تاسیسات است. الکترودهای میله ای برای اکثر پروژه ها گزینه ای اقتصادی و قابل قبول هستند، اما در خاک های مقاوم یا خشک، الکترودهای شیمیایی بهترین عملکرد را ارائه می دهند. برای پست های فشارقوی و تاسیسات حساس، مش ارت و الکترودهای شعاعی به دلیل سطح تماس زیاد توصیه می شوند. در نهایت، هیچ الکترودی به تنهایی بهترین نیست و ترکیب روش ها به همراه مواد کاهنده مقاومت ارت زمین ROM و یا مواد کاهنده سوپر کاهنده نانو اکتیو دار SAR و یا مواد کاهنده مولتی اکشن Multi Action شرکت مهندسی نیرو ایستا www.niroista.com، راهکار عملی و قابل اتکا برای دستیابی به مقاومت زمین مناسب خواهد بود.