سیستم Earth
جهت تعبیه ایمنی برق در ساختمان ها از سیستم اتصال به زمین استفاده می شود. اکثراً این سیستم از سیم هایی به وجود آمده است که در اطراف ماشین آلات قرار گرفته ، که از این سیم ها یک سیم که اصولاً هادی برق ، ضخیم و معمولاً مسی است ، گرفته شده و داخل حفره ای به نام چاه Earth قرار می گیرد. این چاه باید مرطوب بوده و حداکثر 60 سانتی متر از فونتاسیون ساختمان دور باشد. ( لازم به ذکر است که مقاومت سیم ها یا الکترود ها نباید از 10 اهم بیشتر باشد تا به انتقال سریع برق کمک کند.

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 زمیناز 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 درخاکهوا 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 فولاد

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

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.

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 زمیناز 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 درخاکهوا 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

-فولاد / 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 دیگرسرعت 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.

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

  تامین سیستم زمین : داشتن چاه EARTH  با شرایط استاندارد ( چاه EARTH    زیر 2 اهم ) برای هر کارخانه صنعتی  از ضروریات اولیه میباشد . تجربه به ما نشان داده است که این موضوع یک مسئله تئوریک و تجملاتی نیست بلکه در عمل دیده ایم که حتی یک مورد ایراد و اشکال برای دستگاه ما در کارخانجاتی که دارای سیستم برق مناسب ، چاه EARTH  استاندارد و پرسنل آموزش دیده هستند تا کنون اتفاق نیافتاده است. آزمایش کار کرد درست چاه EARTH   و داشتن مقاومت زیر 2 اهم آن حتما بایستی  انجام شود . در بعضی موارد دیده شده که در گذشته سیستم EARTH   ای در کارخانه وجود داشته و به اتکای همین موضوع مسئولین واحد تصور میکردند که مشکلی در این زمینه وجود ندارد ،  در حالیکه با یک اندازه گیری ساده توسط اهم متر مشخص میشد که سیستم EARTH   ای که باید زیر 2 اهم مقاومت داشته باشد ، مقاومت آن به مرور زمان به 400 اهم رسیده  است ، که البته این موضوع میتواند دلایل مختلفی داشته باشد ، از جمله نصب ناصحیح اولیه ، عدم رسیدگی سنواتی به چاه  و یا حتی قطع شدن سیستم به دلایل  مختلف . نصب سیستم EARTH  استاندارد مزایای زیادی برای واحد صنعتی میتواند دا شته باشد که شامل جلوگیری از آ تش سوزی های مخرب در واحد صنعتی ، حفاظت از سلامتی کارگران و پرسنل و جلوگیری از خرابی کلیه دستگاها  و شرط ضروری برای کار کرد درست دستگاههای الکترونیکی است .ما برای جلوگیری از نویز و موارد دیگر تدابیر زیادی اندیشیده ایم اما علی رغم همه اینها باز هم وضعیتهای غیر قابل پیش بینی ناشی از موارد بالا می تواند موجب اختلال کار کرد دستگاه و در نتیجه ، تولید گردد وخساراتی به واحد بزند . ما در کتابخانه خود مطالبی در ارتباط با احداث چاه  EARTH  فراهم نموده ایم و با اندکی تحقیق میتوان  مجریان خوبی برای احداث آن در جامعه فنی و الکترونیک پیدا کرد . برای اتصال چاه EARTH  به دستگاه ما کافی است که اتصال EARTH کارخانه را به مفتول وسطی یک پریزصنعتی ( مادگی ) وصل نمود و با اتصال دو شاخه تامین برق دستگاه ما به این پریز یا مادگی اتصال   EARTH  مورد نظر ما بر قرار  است و برای آزمایش صحت کارکرد آن کافی است که یک سر PROB   ( میله تست ) یک اهم متر را به یکی از پیچ های روی  CASE اصلی دستگاه ما و PROB    دیگر آنرا به سیم  EARTH ای که در محل کارخانه وجود دارد اتصال دهیم بایستی شاهد مقاومت در حدود صفربود .