مراحل لازم برای احداث چاه ارت

آماده سازی الکترودها با روش سنتی
روشی که در ایران برای عمل آوردن خاک بکار می رود، استفاده از مخلوط نمک، ذغال چوب یا کک و خاک رس است. نمک سنگ شکسته با دانه بندی حدود 12 میلیمتر با نسبت وزنی زیر بکار می رود:
نمک – ذغال – خاک رس
1 - 0،5 - 10

 

مخلوطی که به این ترتیب تهیه می شود دور الکترود ریخته شده و متراکم می گردد. درمورد الکترودهای صفحه ای ، سطح بالایی مخلوط تا حدود 2، متر بالاتر از لبه صفحه و به همین مقدار پایینتر از لبه زیرین صفحه ادامه می یابد.
روش دیگری که از آن استفاده می شود ریختن و متراکم کردن لایه های نمک و ذغال به تناوب و به ضخامت هر لایه حدود 0،متر است. در بعضی موارد برای الکترودهای صفحه ای پس از ریختن مخلوط نمک، ذغال ، خاک رس، تا ارتفاعی که بوسیله مهندس مجری در محل انتخاب می شود، لایه های نمک و ذغال به ترتیبی که گفته شد پر و متراکم می شود. نباید فراموش کرد که در اثر مرور زمان و حل شدن نمک، از حجم موا پراکنده کم شده و در صورتی که این حجم از دست رفته با خاک جایگزین نشود و به صورت خلل و فرج خالی باقی بمانند، مقاومت الکترود بیش از حد زیاد خواهد شد. لذا استفاده از نمک به مقداری بیش از حد معقول ، حتی اگر به محدودیتهای زیست محیطی توجه هم نشود، صحیح نخواهد بود.
لازم است توجه شود که یک الکترود زمین، مخصوصاٌ اگر نصب آن با آماده سازی همراه باشد، دایمی نبوده و بایستی در دوره های معین که بستگی به شرایط محلی دارد، ترمیم شود.
در نواحی با هوای خشک، آماده سازی با طریقی که گفته شد احتیاج به آبیاری خواهد داشت که از عمر مفید الکترود خواهد کاست.

آماده سازی الکترودها با بتنونیت

به گواهی بسیاری، بتونیت بهترین ماده برای آماده سازی خاک است. با توجه به وجود منابع غنی بتونیت داخلی، آماده سازی خاک اطراف الکترود با این ماده در آینده ممکن است باز هم بیشتر شود. نظر به اینکه ماده میکروسکوپیک(جاذب رطوبت) می باشد، رطوبت اطراف را به خود جذب خواهد کرد. ولی درنواحی بسیار خشک احتیاج به آبیاری متناوب خواهد داشت.

آماده سازی الکترودها با استفاده از بتن

در صورت وجود شرایط، بهترین و ساده ترین روش برای آماده سازی خاک اطراف الکترود پس از حفر چاه و قرار دادن الکترود در وسط آن، ریختن و پر کردن بتن در اطراف آن است. بدیهی است که حجم و قیمت بتن بکار رفته در این روش مهمترین عامل می باشد.

ساختمان وجنس الکترودهای افقی و عمق دفن آنها (الکترودهای دفن شده در کانال)
ساختمان و جنس الکترود
- الکترودهای تسمه ای از مس
- الکترودهای تسمه ای از آهن گالوانیزه گرم
- الکترودهای سیم مسی
حداقل سطح مقطع تسمه مسی نباید از 50 میلیمتر مربع و ضخامت آن هم از 2 میلیمتر کمتر باشد. بنابراین حداقل تسمه ای که می تواند مورد استفاده قرار گیرد 25 × 2 میلیمتر است.
حداقل سطح مقطع تسمه فولادی گالوانیزه گرم نباید از 100 میلیمتر مربع و ضخامت آن هم از 3 میلیمتر کمتر باشد. بنابراین حداقل ابعاد تسمه استانداردی که برای این منظور مورد استفاده قرار می گیرد 30 ×3،5 میلیمتر است که سطح مقطعی برابر 105 میلیمتر مربع را تامین می کند.

عمق دفن الکترود و آماده سازی آن

عمق دفن الکترود بر مقاومت آن بی تاثیر نیست ولی این تاثیر، بسیار بارز نمی باشد. بنابراین درتعیین عمق دفن الکترود،مسایل مربوط به خاکبرداری در درجه اول قرار دارند. در عمل کمتر اتفاق می افتد که عمق دفن الکترود افقی از 2 متر بیشتر باشد واغلب این مقدار بین 0،5 تا 0،8 متر انتخاب می شود.
هنگامی که لازم باشد سطحی هم پتانسیل دراطراف الکترود برقرار شود، عمق دفن الکترود باید کم باشد ولی نه به حدی که در اثر فعالیتهای عادی بر روی زمین، به آن سبب وارد شود. در این موارد عمق دفن معمولاً 0،5 متر انتخاب می شود.

از دیدگاه نظری، آماده سازی الکترودهای افقی فرقی با نوع قائم آنها ندارد، اما حفظ آماده سازی این الکترودها مخصوصاً هنگامی که در مسیر رفت و آمد عموم باشند مشکل است و در صورت لزوم در این مورد باید تنها به استفاده از خاک رس به جای خاک حفاری شده اکتفا نمود.

واکنش فلز الکترود و هادی اتصال به زمین با انواع خاک(خوردگی شیمیایی)
جنس الکترود و هادی اتصال به زمین آن باید از نوعی انتخاب شود که تا حد امکان نوع خاک کمتر سبب خوردگی الکترودها شود. بررسی این موضوع از نظر طول عمر الکترودها اهمیت دارد. می دانیم که جنس الکترود بر مقدار مقاومت آن نسبت به زمین بی تاثیر است. از طرفی مقررات ایمنی حکم می کند که برای از بین بردن اختلاف پتانسیل بین اجزای فلزی مختلف، کلیه تاسیسات فلزی با یکدیگر و با الکترود زمین همبندی شوند. حال اگر خاک، املاح و نم موجود در آن را در نظر بگیریم، درواقع با نوعی الکترولیت سر و کار داریم که فلزات مختلفی در آن فرو رفته اند که با همدیگر همبندی شده اند و این چیزی نیست جز یک پیل عظیم که الکترودهای آن به همدیگر اتصال کوتاه (همبندی) شده اند.

پس،بطور خلاصه، الکترود یا الکترودهای در تماس با زمین را باید از دو جنبه مورد مطالعه قرار داد که هر دوی این جنبه ها، جز در مورد طرحهای مخصوص، نادیده گرفته می شوند:
1-از نظر اثر مواد شیمیایی و دیگر عوامل موجود در خاک بر روی فلز الکترود و هادی اتصال زمین
از نظر خوردگی دراثر جریانهای گالوانیک که در نتیجه همبندی الکترود زمین با فلزات دیگر که با سیستم الکتریکی مربوط نبوده ولی در نزدیکی محل استقرار الکترود مستقر می باشند بوجود می آیند این در واقع همان مسئله ای است که مربوط به حفاظت کاتدی می شود.

تأثیر نوع خاک در خوردگی الکترود

عوامل زیر در خوردگی الکترود بوسیله خاک دخالت دارند:
1 - خواص شیمیایی خاک،مخصوصاً از نظر اسیدی بودن و محتوای نمکهای آن
2 - وجود باکتریهای غیر هوازی درخاک

هوا خورش نسبی خاک (differential aeration)
درجه بندی کلی انواع خاکها، از نظر شدت اثر آنها بر روی فلزات، بترتیب زیر می باشد:
- خاکهای شنی
- خاکهای ماسه ای
- خاکهای رسوبی
- خاکهای رسی
- خاکهای برگ و خاکهای دارای مواد آلی
- خاکهای دستی مخلوط ، محتوی خاکه ذغال و خاکستر
معمولاً شدت اثر شیمیایی خاکهایی که دارای مقاومت مخصوص الکتریکی بالاترند بر روی فلزات الکترود کمتر است و بر عکس

محل استقرار الکترودها باید به نحوی انتخاب شود که بدور از مسیر احتمالی آبرفت های آلوده به کودهای زمینهای کشاورزی باشد و خاکهای لایه روبی زمین را نباید در پس ریزی ( bckfill ) اطراف الکترودها مورد استفاده قرار داد.
با اندازه گیری مقاومت مخصوص الکتریک خاک در شرایط هوا خورده و اندازه گیری پتانسیل اکسایشی – کاهشی ( rrdox potential) آن، می توان اطلاعات دقیقتری را بدست آورد. اولی نشانگر خوردگی در اثر هواخورش و دومی نشانگر خوردگی در اثر وجود باکتریهای غیرهوازی است. برای شرح آزمون ها و نحوه انجام آنها لازم است به استانداردهای اختصاصی، مانند BS1377، مراجعه شود.
در عمل، مس بهترین ماده ای است که در ساخت الکترود و هادی زمین در تماس با خاک از آن استفاده می شود. در مواردی که جریان اتصال کوتاه مورد انتظار، خیلی بالا نباشد، بجای مس خالص می توان از فولاد پوشیده شده با غلاف مس، مانند میله های کاپرولد، که مقاومت مکانیکی آنها نیز بیشتر است، در مقاطع کوچکتر استفاده کرد. در هر حال، اثر منفی نمکهای حل شده در زمین، وجود اسیدهای آلی در خاک و خاکهایی با ساختار اسیدی، باید در تخمین عمر الکترود منظور شوند.

از فولاد یا میلگردهای بتن مسلح که در برابر خوردگی خاک بوسیله بتن حفاظت می شوند،به شرطی که مداومت الکتریکی آنها برقرار باشد، می توان بعنوان نوعی الکترود زمین استفاده کرد. تا بحال این روش ایجاد اتصال به زمین کمتر مورد توجه بوده است.
مزیت استفاده از فولاد داخل بتن بعنوان الکترود زمین، علاوه بر مسایل بارزی مانند مخارج اضافی ناچیز برای آماده نمودن اتصالات میلگردها به سیستم الکتریکی ، این است که پتانسیل الکتریکی سیستم فولاد/ بتن و مس برابر بوده و لذا امکان وصل مستقیم سیستم الکترودهای فولاد/ بتن و مس یا جنس دیگری که دارای پوشش مس باشد(مانند فولاد پوشیده شده با مس) وجود دارد. در صورتی که انجام این کار، همبندی فولاد گالوانیزه با فولاد/ بتن یا مس به علت الکترود نگاتیو بودن شدید فولاد گالوانیزه، امکان ندارد.
خوردگی الکترودها در اثر همبندی با فلزات دیگر(خوردگی الکتروشیمیایی با کاتدی)

همبندی اجزای فلزی مختلف مدفون در خاک یا برای دستیابی به مقاومتی کوچکتر برای یک سیستم الکترود زمین انجام می شود یا اینکه هدف از آن حصول ایمنی از راه همولتاژ کردن اجزای ساختمانی مختلف است.اگر این اجزای فلزی از موادی متفاوت ساخته شده باشند، مانندآن است که دو سر یک پیل بهم وصل شوند. دو یا چند فلز مختلف دفن شده درزمین( دو به دو) الکترودهای پیل و خاک هم همراه با مواد داخل آن، الکترولیت پیل خواهد بود.

شماره فلزات دفن شده در زمین که با همدیگر همبندی می شوند ممکن است بسیار زیاد باشد، در زیر بعضی از آنها نام برده می شوند:
- زره کابلها
- فولا / بتن پی ها
- لوله های سرویس مانند آب ، گاز ، فاضلاب و نظایر آن
- تسمه ، ورق و سیمهای مسی
- تمسه ها و میله های فولادی
- تسمه ها و میله های فولادی ضد رنگ
- تسمه ها و میله های فولادی با پوشش مسی
- تسمه ها و میله های فولاد گالوانیزه
- تسمه ها و سیمهای مسی قلع اندود
- هرگونه اجسام فلزی دیگر
سرعت تحلیل الکترودها در درجه اول به جنس الکترودها و تا حدودی به سطح نسبی آنها بستگی دارد. نظر به اینکه فلزات یگانه (نامربوط به سیستم الکتریکی) که در محدوده الکترود زمین وفلزات همبندی شده با آن موجودند، در خوردگی خود آنها و فلزات الکترودها بی تاثیر نمی باشند. انتخاب جنس الکترودها باید با مطالعه انجام شود تا سازگاری آنها نسبت به هم مراعات شود یا روشهای دیگری برای رفع خوردگی بکار گرفته شوند

پیش بینی مقاومت کل یک سیستم اتصال زمین بتن / فولاد

معیار اصلی کارآیی یک سیستم اتصال زمین، پس از آماده شدن آن برای بهره برداری، به کمک اندازه گیری، بدست می آید ولی قبل از آن و در مراحل مختلف پیشرفت کار، برای پیش بینی مقاومت یک سیستم کامل، لازم است اندازه گیریهای متعدد انجام شود. در شروع کار و در طول عمر تاسیسات نیز به تناوب با اندازه گیری های دوره ای، بهره برداران باید نسبت به کارآیی سیستم مطمئن شوند. یادآوری می نماید که قسمت عمده مقاومت زمین، بعلت وجود بتنی است که بلافاصله در اطراف فلزات (میلگرد) پی قراردارد و بستگی شدیدی به رطوبتی دارد که دربتن موجود می باشد( بتن جاذب رطوبت است). در طول زمان، رطوبت بتن به حالت تعادل در می آید و با توجه به فصل به مقدار آن افزوده می شود که تمام این عوامل باید در محاسبات و پیش بینی های مربوط به حساب آورده شوند. در مورد پی هایی که مشابه هم هستند اندازه گیری یک یا چند پی انفرادی قبل از اینکه به همدیگر وصل شوند. نشانگر ارزنده ای برای پیش بینی تغییرات مقاومت در هر یک از آنها و در نتیجه برآورد کل مقاومت خواهد بود.

انتخاب و نصب هادی زمین

هادی زمین آن قسمت از سیستم زمین است که الکترود زمین را به ترمینال اصلی زمین وصل می کند. محل اتصال هادی زمین به الکترود ، معمولاً درزیرزمین و محل ترمینال اصلی، بیشتر در داخل ساختمان و در دسترس قرار دارد.

از آلومینیوم لخت یا آلومینیوم دارای پوشش مس نباید در تماس با زمین چه بعنوان الکترود و چه بعنوان هادی زمین استفاده کرد. درمحیط های مرطوب نیز نباید از این مواد بعنوان هادی زمین استفاده نمود.

در انتخاب نوع و سطح مقطع هادی زمین، توجه به توانایی عبور حداکثر شدتهای جریان اتصال کوتاه به زمین در طول زمانهایی که پیش بینی می شوند. در درجه اول اهمیت قرار دارد و همراه با آن باید تکیه گاههایی با استقامت مناسب برای مقاومت در برابر بزرگترین جریانها احتمالی اتصالی به زمین و نشتی ، انتخاب شوند. بطور خلاصه سیستم هادی زمین باید ار هر دو نظر مکانیکی و خوردگی ، دارای استقامت لازم باشد.

دمای بالا در اثر جریانهای نشتی

برای مواردی که جریان نشتی به طور دایمی وجود دراد، لازم است اطمینان حاصل شود که از نظر دمای مجاز عایقبندی و یا تکیه گاهها ، شرایط قابل قبول وجود دارند و برای هادیهای لخت که در دسترس می باشند، دما از 70 درجه سلسیوس تجاوز نخواهد کرد.
لازم است توجه شود که هنگام انتخاب هادی برای عبور جریان اتصال کوتاه، دمای اولیه هادی که ممکن است دراثر جریانهای نشتی بیش از مقادیر معمولی باشد، بحساب آورده شود.

استحکام هادی اتصال زمین
علاوه بر نیروهای مکانیکی که ممکن است پارگی هادی اتصال زمین شوند، خوردگی شیمیایی (اثر مواد شیمیایی خاک بر روی فلز هادی اتصال زمین) و خوردگی الکتروشیمیایی ( تشکیل پیل بوسیله فلزات ناهمگون در زمین)،خطراتی است که هادی اتصال زمین با آنها روبرو می باشد. در مورد خوردگی الکتروشیمیایی ، دو فلزی که بیش از همه بهم اتصال داده می شوند، مس و فولاد است. مس ساده ( بدون هر گونه روپوش دیگر مانند قلع و غیره) نسبت به فولاد ساده( بدون هر گونه پوشش مانند گالوانیزاسیون) تشکیل قطب مثبت می دهد که سبب خوردگی سریع خواهد شد.

اتصالات و بستها
بستهای بکار رفته برای اتصال الکترود به هادی زمین باید با هر دوی آنها سازگار باشد تا از خوردگی گالوانیک، تا جایی که ممکن است، جلوگیری شود. بستها باید از نظر مکانیکی محکم باشند و جنس آنها از نوع مقاوم در برابر خوردگی باشد. در مورد بستهای پیچی ، پیچها باید در برابر گشتاوری حداقل به مقدار 20 نیوتن متر ، استقامت کنند.
اتصال هادی زمین به الکترود یا هر سازه زمین شده دیگر که از آن برای زمین کردن استفاده می شود بهتر است به کمک لحیم کاری یا با استفاده از بستهای بزرگ غیرآهنی انجام شود.
در مواردی که از غلاف فلزی و زره فلزی کابل استفاده شود، غلاف و زره باید با لحیم کاری به یکدیگر همبندی شده و اتصال اصلی هادی حفاظتی به کابل با لحیم کاری به زره انجام شود.

پیش بینی نقطه ای برای جداسازی با هدف اندازه گیری مقاومت الکترود زمین

قبل از ورود هادی اتصال زمین به ساختمان یا هر سازه دیگر، باید نقطه ای پیش بینی شود تا در آن بتوان بصورت موقت هادی زمین را از سایر تاسیسات جدا کرده و اقدام به اندازه گیری مقاومت الکترود زمین نمود. انجام این کار بصورت دوره ای برای اطمینان از کارآیی الکترود لازم است. راه عمل این کار، پیش بینی چاهکی قابل دسترس است .
با برداشتن دریچه چاهک، جداسازی با باز کردن یک بست ساده و محکم با ابزاری مخصوص، عملی می شود. دریچه باید به نحوی مطمئن قفل شود تا از دسترس افراد غیر مسئول در امان باشد. در صورت عملی نبودن، محل جداسازی باید در داخل و نزدیکی محیط ساختمان باشد تا با ایجاد مزاحمت و بخصوص طول زیاد سیمها، اخلالی دراندازه گیری پیش نیاورد.

اندازه گیری مقاومت الکترود زمین و مقاومت مخصوص خاک

روشهایی که برای اندازه گیری مقاومت الکترود زمین و مقاومت ویژه خاک ارائه شده اند،در سراسر دنیا اساس این گونه اندازه گیریها است. انواع دستگاههای مخصوص این کار نیز ساخته شده اند که اساس کار آنها کمابیش همان است که دراینجا گفته خواهد شد، گرچه انواع لوازم اندازه گیری تفاوتهایی با هم دارند اما هدف ما بحث در باره اصول است.
لازم است توجه شود که نقش جرم کلی زمین دراین مورد نیز منحصر به فرد است.
از دو نوع اندازه گیری گفته شده در اینجا، اندازه گیری مقاومت ویژه خاک قبل از شروع احداث الکترود با هدف تصمیم گیری در باره مشخصات آن انجام می شود و اندازه گیری مقاومت الکترود که پس از پایان احداث الکترود انجام می شود بسیا مهم بوده و اگر بدون ایراد و اشتباه انجام شود، همان چیزی است که ایمنی افراد، سلامت دستگاهها و صحت کار آنها بستگی به مقدار آن خواهد داشت.
در واقع اندازه گیری مقاومت زمین، امتحانی است که بعد از مدتها فکر و اندازه گیری های اولیه و تصمیم گیریهای مبتنی بر داده های محلی و تجربه شخصی و تجربه دیگران، پس داده می شود.

آماده سازی
Tالکترودی است که اندازه گیری مقاومت آن مورد نظر است. برای انجام کار به این لوازم احتیاج خواهد بود:
1 - دو عدد الکترود کمکی ، مناسب برای کوبیدن در انواع زمین، از لوله فولادی یا میله فولادی:
- هر یک به طول 0،30 تا 1 متر
- یک عدد الکترود بنام الکترود کمکی جریان – الکترود T1
- یک عدد الکترود کمکی بنام الکترود کمکی ولتاژ – الکترود T1
2 - یک عدد آمپر متر با مقیاس اندازه گیری مناسب
3 - یک عدد مقاومت متغیر (رئوستا)با اوتو ترانسفورماتور با توان مناسب برای تنظیم شدت جریان در حد مطلوب
4 - یک عدد ولتمتر دقیق برای 220 ولت متناوب ، با مقاومت داخلی 100 اهم بر ولت یا حداقل 20 کیلو اهم برای 220 ولت ( برای دقت 5 درصد اگر مقاومت الکترود ولتاژ 1000 اهم باشد)
5 - یک عدد منبع ولتاژ متناوب با توان مناسب که می تواند یکی زا موارد زیرباشد:
- ژنراتور دستی ولتاژ متناوب (مشابه Megger)
- ترانسفورماتور جداکننده ( در صورت استفاده از شبکه بعنوان منبع تغذیه معمولاً با نسبت 1/1)
- ژنراتور استاتیک ولتاژ متناوب ( معمولاً موج مربع) با استفاده از باتری به عنوان منبع اولیه انرژی
6 - مقداری سیم مسی با مقطع کافی ( 2،5 یا 4 میلیمتر مربع) از نوع قابل انعطاف با عایقبندی خوب و مجهز به ترمینالهای پیچی با کتاکتهای قابل اطمینان.

یادآوری – دیده می شود که از دو نوع منبع ولتاژ که آشناترند یعنی ولتاژ شبکه فشار ضعیف (بدون استفاده از ترانسفور ماتور جداکننده) و ولتاژ جریان مسقیم (باتری معمولی) جزو منابع مطلوب اسمی برده نشده است. زیرا هر یک دارای اشکالاتی هستند که بهتر است از آنها استفاده نشود:

- ولتاژ شبکه : نظر به اینکه یک نقطه از شبکه (خنثا) در منبع (پست-ژنراتور) به زمین وصل است تامین ایمنی در اطراف الکترودی که هنگام اندازه گیری به فاز وصل خواهد شد( برای مثال الکترود T1 مخصوصاً اگر از نظرها دور باشد. بعلت وجود گرادیان ولتاژ ، مشکل خواهد بود). بنابراین بدون ترانسفورماتور جداکننده استفاده از ولتاژ شبکه توصیه نمی شود. اگر در بعضی موارد به ناچار از این روش یعنی مستقیماً از ولتاژ شبکه به عنوان منبع استفاده شود. اندازه گیریها باید با گماردن ناظران متعدد در محلهای محفوظ در اطراف الکترود فاز ( برای جلوگیری از ورود افراد ناوارد به محوطه گرادیان ولتاژ ) و در کوتاه ترین زمان ممکن انجام شوند. آمپر متر هم باید در هادی متصل به الکترود خنثا وصل شود.

- ولتاژ جریان مستقیم: یادآوری می نماید که یکی از خواص زمین این است که با جذب رطوبت و با وجود انواع املاح در خاک تبدیل به الکترولیت می شود و در حالتی که از آن جریان مستقیم عبور کند مواد شیمیایی موجود در این الکترولیت یونیزه شده و یونهای مثبت بسمت قطب منفی و یونهای منفی بسمت قطب مثبت به حرکت در می آیند. یکی از محصولات مواد اسیدی و بازی تجزیه شونده، هیدروژن است که حبابهای بسیار ریز آن در اطراف الکترود جمع می شوند و لایه ای عایق ایجاد می کنند که مانع انجام صحیح اندازه گیری می شود. اگر در بعضی موارد به ناچار از این روش استفاده شود. اندازه گیریها باید در کوتاه ترین زمان ممکن و دوبار بترتیب زیر انجام شوند:

پس از آماده کردن مقدمات، جریان برای لحظه ای کوتاه برقرار و قرائت انجام شود. سپس قطبهای منبع تغذیه با یکدیگر تعویض و جریان دوباره برای مدتی کوتاه برقرار و یک قرائت دیگر در این حالت انجام شود. میانگین دو قرائت، بشرطی که خیلی نزدیک به هم باشند قابل قبول خواهد بود و در غیر این صورت یعنی وجود تفاوت زیاد، نتیجه آزمون قابل قبول نخواهد بود. اگر سطح الکترودی که به آن دو وصل می شود خیلی بزرگتر از کاتد باشد، مسئله پلاریزاسیون تا حد بسیار زیادی حل شده و آزمون با دقت بیشتر انجام خواهد شد.