سخن مترجم : در کرانه باختری رود اردن، در موقعیت جغرافیایی ۳۱°۲۰′ شمالی و ۳۵°۳۰′ شرقی، در مرز دو کشور فلسطین و اردن، منطقه‌ای وجود دارد که آن را بحرالمیت نامیده‌اند. به دلیل ارتفاع پایین این منطقه از سطح دریا، پساب کشاورزی و پساب ناشی از خاک‌شویی مناطق دورتر به‌صورت چشمه‌هایی در کف این دریاچه به آن وارد می‌شود. با توجه به اینکه پساب‌های کشاورزی حاوی مقدار زیادی املاح معدنی هستند، تبخیر گسترده و ورود دائمی آب‌شور باعث بالا رفتن شدید غلظت آب و جرم حجمی آن شده‌ است. به‌طورکلی میزان غلظت نمک‌های موجود در آب‌ دریاها و اقیانوس‌ها در حدود 3.5% است. اما در سال 2013 این دریاچه با غلظت نمک 34.2% که معادل 9.5 برابر آب‌های آزاد است، به‌عنوان شورترین دریاچه جهان نام‌گذاری شد. غلظت نمک دریای آن به حدی است که انسان و هر موجود زنده دیگری روی آب دریا به‌راحتی شناور می‌ماند. نمونه تقریبا مشابه دریای بحرالمیت، دریاچه ارومیه با موقعیت جغرافیایی ۳۷°۴۲ شمالی ۴۵°۱۹ شرقی بوده، و در شمال غربی کشور ایران قرار دارد. غلظت نمک آب این دریاچه در هر لیتر 332 گرم گزارش شده است و متاسفانه، با افزایش روند خشک شدن آب این دریاچه، غلظت نمک آن نیز رو به افزایش می‌باشد و در نتیجه شباهت بیشتری به دریای بحرالمیت پیداکرده است. درپایان، با توجه به شباهت تقریبی بین دریاچه ارومیه و دریای بحرالمیت، توصیه می‌شود مجریان سیستم زمین در این منطقه که تمایل به استفاده از آب این دریاچه و الکترود صفحه‌ای (علیرغم منسوخ شدن این روش) را دارند از استیل 316 در پروژه‌های خود استفاده نمایند.

 

 

خلاصه

جهت حفاظت انسان، تجهیزات و وسایل الکتریکی، یک سیستم زمین مناسب جهت ساختمان‌های مسکونی و تجاری موردنیاز است. استفاده از عناصر شیمیایی در اطراف الکترود سیستم زمین عامل تأثیرگزاری جهت کاهش مقاومت بوده و راندمان آن را افزایش می‌دهد. اگرچه، استفاده از این نوع عناصر در مناطقی که خاک آن‌ها سخت و سفت است تأثیر بسزایی ندارد. به‌عبارت‌دیگر این نوع عناصر گران‌قیمت بوده و همیشه در دسترس نیستند. در این مقاله روش کاهش مقاومت زمین با استفاده از سفره‌های زیرزمینی بجای استفاده از عناصر شیمیایی و پرهیز از اعمال هزینه بالا به بهره‌بردار موردبررسی قرارگرفته است. در مطالعات انجام‌شده توسط ما، آب سفره زمینی به حفره‌ای (چاهی) که در آن الکترود زمین نصب‌شده بود اضافه شد. همچنین جهت جلوگیری از پوسیدگی لایه الکترود، این آب در فاصله 10 سانتی‌متری از الکترود به آن اضافه شد. نتیجه اندازه‌گیری‌های انجام‌شده، چیزی نبود به‌جز بهره‌وری بهتر و بالاتر با استفاده از این روش.

کلمات کلیدی:

سیستم زمین، مقاومت زمین، بهره‌وری خاک.

 

1-مقدمه:

عوامل عملیاتی، شکست عایقی، شوک‌های الکتریکال (قدرت) و برخی موارد دیگر که امکان دارد به‌صورت تصادفی در یک شبکه انفاق بیافتد، گروهی از خطاهایی است که یک سیستم الکتریکال و شبکه قدرت به‌وفور اتفاق می‌افتد، و باعث بروز صدمات جانی و مالی می‌شود . به همین دلیل، جهت جلوگیری از این صدمات در سال‌های اخیر به  سیستم زمین توجه شایانی شده است. یک سیستم زمین خوب، سیستمی است که مانع وارد آمدن صدمات ناشی از جریان‌های خطا یا صاعقه به دستگاه‌ها و انسان گردد. جهت داشتن یک سیستم زمین خوب، مقاومت بین الکترود نصب‌شده در داخل زمین و خاکی که در آن الکترود نصب‌شده است باید بسیار کوچک بوده، و هر چه این مقاومت کوچک‌تر باشد، نشان‌دهنده اتصال و ارتباط بهتر بین الکترود با خاک اطرافش هست. مقدار مقاومت به‌دست‌آمده در سیستم‌های زمین متفاوت با یکدیگر فرق داشته و در یک سیستم زمین ممکن است مقاومت 25 اهمی به دست بیاید و درجایی دیگر مقاومت 3 اهم یا کمتر اندازه‌گیری شود. درصورتی‌که در سیستمی (جریان خطایی به سمت زمین هدایت شود) خطای زمین اتفاق بیفتد، مقاومت کم زمین عامل مؤثری جهت ایزوله کردن منبع قدرت بوده و نتیجتاً خطر برق‌گرفتگی انسان به‌واسطه افزایش پتانسیل زمین (EPR) کاهش می‌یابد. جهت افزایش حفاظت افراد، تجهیزات و دستگاه‌ها، و استمرار عملکرد منبع تغذیه، کلیه ساختمان‌ها باید مجهز به سیستم زمین باشند. به‌عبارت‌دیگر در صورت وجود این سیستم در شبکه برق ساختمان، یک مسیر مناسب با مقاومت کم جهت عبور جریان خطا یا جریان نشتی فراهم می‌شود. همچنین، وجود سیستم زمین در ساختمان‌ها، عامل حفاظتی مؤثری جهت کاهش تأثیرات منفی ناشی از صاعقه و اختلالات الکترومغناطیسی هست. همچنین در اندازه‌گیری‌ها به‌عنوان منبع ولتاژ نیز در نظر گرفته می‌شود. در سال‌های اخیر، جهت افزایش راندمان اتصال زمین، سیستم‌های زمین بسیاری پیشنهادشده است. جهت کاهش مقاومت زمین، به خاک اطراف الکترود مواد شیمیایی اضافه می‌شود. اگرچه این عناصر بسیار گران‌قیمت بوده و در برخی موارد نمی‌توانند اتصال زمین مناسبی را فراهم آورند. در این مقاله، یک سیستم زمین پیشنهادشده است که در آن بجای عناصر شیمیایی از سفره‌های آب زیرزمینی استفاده می‌شود.

2- مقاومت زمین بدون تصحیح (تصفیه) خاک

اندازه‌گیری مقاومت زمین در طراحی سیستم زمین مناسب برای یک ساختمان بسیار مهم است. جهت اندازه‌گیری مقاومت زمین روش‌های بسیاری مانند روش 2 قطبی، 3 قطبی روش بالقوه و روش 4 قطبی وجود دارد. در این بخش، نتایج محاسبات مقاومت زمین خاص از آزمون‌های عملي شركت ملي برق اردن را موردبررسی قرار می‌دهیم. در این آزمایش‌ها ابزاری مانند تبر، بیل، الکترود و سیم مورداستفاده و آزمایش قرار گرفتند. در اولین قدم، دستگاه دیجیتال تستر زمین جهت اندازه‌گیری مقاومت زمین مورداستفاده قرار گرفت که تصویر این دستگاه در تصویر شماره 1 نشان داده‌شده است. مشخصات این دستگاه به شرح ذیل هست.

  • اندازه‌گیری به روش 2 قطبی و 3 قطبی
  • محدود مقاومت اندازه‌گیری از 01 تا 2000 اهم( Ω)
  • فرکانس اندازه‌گیری 128Hzs
  • تائید اتوماتیک مقادیر اندازه‌گیری‌ شده
  • تشخیص حضور 3 خطا در اندازه‌گیری
  • رنگ‌بندی ترمینال‌‌ها جهت اتصال به الکترود
  • حفاظت با فیوز HRC
  • تشخیص محل نشت جریان
  • گالوانومتر بلند

در ابتدا ما از روش افت پتانسیل 3 قطبی جهت اندازه‌گیری مقدار (جریان) در سیستم‌های مختلف زمین ازجمله سیستم زمین با یک الکترود نصب‌شده، سیستم شبکه زمین (مش)، فونداسیون ساختمان و مشابه این موارد استفاده کردیم. همان‌طور که در تصویر شماره 2 نشان داده‌شده است الکترود با جنس استیل مس گالوانیزه شده، به طول 120 سانتی‌متر و با سطح مقطع 0.8 سانتی‌متر جهت اتصال تجهیزات به زمین مورد به همراه دو الکترود کمکی C و p که در فواصل مناسب نسبت به الکترود E که جهت اندازه‌گیری مقاومت زمین نصب‌شده بود، مورداستفاده قرار گرفتند. طول الکترودهای کمکی 30 سانتی‌متر و فاصله بین دو الکترود E و P حداقل 30 سانتی‌متر بود. نکته اینکه جنس خاکی که مورد آزمایش قرارگرفته بود و الکترودها در آن نصب‌شده بودند، خاک رس خشک بود. مقدار واقعی الکترود زمینی که مورد آزمایش قرار گرفت بر اساس جریان و ولتاژ بود.

تصویر شماره 1: دستگاه دیجیتال تست زمین C.A6423

تصویر شماره 1: دستگاه دیجیتال تست زمین C.A6423

2

تصویر شماره 2: استفاده از سه قطب مجزا جهت اندازه‌گیری مقاومت زمین

 

2.1-اندازه‌گیری مقاومت زمین با یک الکترود

2.1.1: فرمول‌ها و محاسبات:

همان‌طور که قبل‌تر اشاره شد، از 3 الکترود جهت اندازه‌گیری مقاومت زمین استفاده شد، و مقادیر زیر جهت محاسبات ریاضی مورداستفاده قرار گرفتند:

مقاومت خاک: r=38.4  اهم-متر (ohm-m)

طول الکترود: L:1.2 m

سطح مقطع الکترود: d: 0.8cm

فاصله مابین دو الکترود: s=2.4m

همچنین، جهت اندازه‌گیری مقاومت زمین با یک الکترود فرمول‌های زیر نیز مورداستفاده قرار گرفتند:

1.1

درصورتی‌که مقادیر به‌دست‌آمده را در فرمول بالا قرار دهیم:

1.2

2.1.2: نتایج عملی:

در ابتدا الکترود E به‌تنهایی در عمق‌های مختلف 40، 80 و 100 سانتی‌متری دفن شد. اگر فاصله بین الکترود E و D  را DEP و فاصله بین الکترود C و E را DEC در نظر بگیریم، مقاومت الکترود زمین در DEC  معادل 52%، 62% و 72% DEP خواهد بود. جهت مشاهده مقادیر به جداول 1.3 مراجعه فرمانید.

خطای نسبی بین مقادیر عملی و نظری جهت یک الکترود به شرح ذیل هست:

2

 

2.2 اندازه‌گیری مقاومت زمین‌بر اساس (با استفاده) دو الکترود موازی

2.2.1 نتایج حاصل از محاسبات

نتایج حاصله از دو الکترود موازی به شرح ذیل هست:

در آغاز، مقاومت زمین برای یک الکترود اندازه‌گیری و نتیجه ذیل به دست آمد:

3

 

جدول 1 .  مقاومت زمین اندازه‌گیری شده در فاصله  52% از DCE = DPE

()مقاومت زمین اندازه‌گیری شده

عمق الکترود (m)

5/43

 4/0

1/28

                                 8/0

3/20

1

 

جدول 2 .  مقاومت زمین اندازه‌گیری شده در فاصله 62% از DCE = DPE

()مقاومت زمین اندازه‌گیری شده

عمق الکترود (m)

41

                                 4/0

3/28

                                 8/0

4/20

1

 

جدول 3 .  مقاومت زمین اندازه‌گیری شده در فاصله 72% از DCE = DPE

()مقاومت زمین اندازه‌گیری شده

عمق الکترود (m)

44

4/0

5/28

8/0

7/21

1

درصورتی‌که S فاصله بین دو الکترود باشد، و L طول الکترود باشد، داریم:

4.1

 زمانی که S/L=2 باشد، و تعداد الکترودها N=2 باشد، ضریب تصحیح برابر است  h=0.94 و مقاومت کلی زمین با استفاده از دو الکترود موازی معادل است با:

4.2

 

2.2.2 نتایج حاصل از آزمایش عملی

در این بخش از دو الکترود با مشخصات کاملاً مشابه در عمق 1 متری زمین و به فاصله 2.4 متری از یکدیگر به‌صورت موازی نصب شدند. همان‌طور که در جدول شماره 4 نشان داده‌شده است، مقاومت زمین DEC برابر است با 52%، 62% و 72% DEP . همان‌طور که مشاهده می‌شود، با اضافه کردن الکترود دوم مقاومت به میزان بسیار کوچکی کاهش پیدا می‌کند. همچنین، ، ذکر این مورد بسیار حائز اهمیت است که در هر دو مورداستفاده از یک الکترود ، و یا دو الکترود به‌صورت موازی ، مقاومت زمین بسیار بالا بوده و دلیل آن مقاومت بالای خاک رس خشک‌شده هست که الکترودها در آن نصب‌شده بود. اما نباید فراموش کرد که در برخی محیط‌ها نصب الکترود در عمق زمین مشکل بوده، که یک مشکل بزرگ در سیستم زمین هست.

خطای نسبی در مقایسه نتایج عملی و نظری در نصب دو الکترود موازی به شرح ذیل هست:

5

  1. روش پیشنهادی جهت اصلاح خاک با آب دریای بحرالمیت

همان‌طور که در بخش 3 به آن اشاره شد، مقدار اندازه‌گیری شده مقاومت زمین بسیار زیاد بود، و جهت کاهش مقاومت، می‌توان خاک را با افزودن عناصر شیمیایی مانند منیزیم، سولفات نمک، سولفات مس، زغال‌سنگ، نمک، سدیم کلراید، براده‌های آهن و موارد مشابه کاهش داد.

 

جدول 4 .  مقاومت زمین اندازه‌گیری شده در الکترودی به عمق = 1 متر

()مقاومت زمین اندازه‌گیری شده

عمق الکترود (m) فاصله  

6/19

1

52% از DEP

4/19

1

62% از DEP

6/19 1

72% از DEP

 

اگرچه عناصر یادشده می‌توانند جهت تسهیل خاک و مقاومت آن نقش مؤثری ایفا کنند، اما، این عناصر بسیار گران‌قیمت بوده و همچنین با استفاده از آن‌ها پیشرفت خاصی حاصل نمی‌شود، بالأخص اگر عمق نصب الکترود کم باشد. درنتیجه در این مقاله ما روشی که پیشنهاد می‌دهیم، استفاده از آب دریای بحرالمیت بجای این عناصر است. خوشبختانه در ترکیبات این آب کلیه عناصر نامبرده در بالا، و عناصر دیگری نیز یافت می‌شود، و مهم‌تر اینکه این آب همیشه در دسترس است. غلظت مواد معدنی، مواد آلی و آب در دریای بحرالمیت به ترتیب عبارت‌اند از 62.4%، 22.4% و 15.2%. در جدول شماره 5 مقادیر غلظت مواد موجود در آب دریای بحرالمیت نشان داده‌شده است.

در ابتدا در اطراف الکترود نصب‌شده چاله‌ای به عمق 30cm حفر گردید. سپس آب دریای بحرالمیت به‌گونه‌ای به این چاله اضافه شد که تا فاصله 10cm از اطراف چاله را نیز مرطوب نماید (تصویر شماره 3). همان‌طور که در تصویر نشان داده‌شده است، خاک ترکیب‌شده با آب دریا تیره‌رنگ هست. دلیل ترکیب آب دریا با خاک اطراف الکترود، جهت جلوگیری از ارتباط مستقیم بین الکترود نصب‌شده و مواد (عناصر) موجود در دریا و ممانعت از خوردگی سطح‌رویی الکترود هست.

در ادامه، جهت کاهش بیشتر مقاومت خاک، به همراه آب دریا مقداری زغال‌سنگ و براده‌های آهن به اطراف الکترود اضافه شد. (تصویر شماره 4). در استفاده از این دو محصول دو مزیت دارد، اولاً همیشه در دسترس هستند، ثانیا ارزان‌قیمت می‌باشند. در برخی موارد دلیل این امر، کاهش مقدار نمک محلول در آب بارش باران و سیل هست. بنابراین، با توجه به اختلالاتی که در زمین به وجود می‌آید و باراش باران، دریای بحرالمیت هر دو سال یک‌بار باید دچار تحولات (دریایی، زیستی) بشود. نتایج به‌دست‌آمده در مناطقی که در آن تعداد زیادی الکترود در عمق زمین نصب‌شده باشند،  و سیستم زمین به‌صورت رینگ (حلقه) اجراشده باشد می‌تواند کاربرد داشته باشد. در زمان نصب این الکترودها، آب دریای بحرالمیت جهت کاهش مقاومت زمین به چاله‌هایی که در اطراف الکترود وجود داشت اضافه شد. همچنین پیشنهاد می‌شود، از یک لوله پلاستیکی با سوراخ‌های کوچک در انتهای لوله و در نزدیکی الکترود استفاده شود. دلیل استفاده کردن از این نوع لوله، حفاظت الکترود در برابر خوردگی هست.

4- نتایج عملی و توضیحات مربوط به آن

در جدول شماره 6 مقادیر اندازه‌گیری شده مقاومت زمین با اضافه کردن 5 لیتر از آب دریای بحرالمیت در عمق 1 متری از محل نصب الکترود ذکرشده است.همان‌طور که انتظار می‌رفت، در مقابل زمینی که اصلاحات روی آن انجام‌نشده بود، مقاومت زمین به میزان چشمگیری کاهش پیدا کرد. همچنین در ادامه آزمایش مشخص شد، با افزودن دومین الکترود مقاومت زمین در حدود 77% نسبت به زمینی با یک الکترود کاهش پیدا کرد. در مقابل زمینی که هیچ‌گونه تصحیحی روی آن اعمال نشده بود، این دستاورد بسیار بزرگی در مورد پیشنهادی بود که ما در خصوص تصحیح خاک زمین داده بودیم.

در ادامه جهت کاهش بیشتر مقاومت زمین، آب دریای بحرالمیت به همراه زغال‌سنگ و براده‌های آهن  استفاده‌شده. در جدول شماره 7 مقادیر مقاومت زمین به‌دست‌آمده نشان داده‌شده است. ذکر این مورد حائز اهمیت است که مقدار مقاومت زمین به میزان چشمگیری کاهش پیدا کرد.

در ادامه آزمایش‌ها، ما یک آزمایش ساده در دپارتمان مهندسی کالج خودمان انجام دادیم که از شركت ملي برق اردن 25 کیلومتر فاصله داشت. در این آزمایش مقاومت الکترودی را که جهت سیستم زمین یک دیزل ژنراتور خاص در زمین نصب‌شده بود را اندازه گرفتیم. طول الکترود 1.2 متر و جنس آن فولاد با روکش مس و مقاومت الکترود 2.7 اهم بود. سپس، مقداری آب دریای بحرالمیت را به خاک اطراف الکترود اضافه نمودیم، و پس از اندازه‌گیری مقاومت زمین اندازه‌گیری شده 0.5 اهم بود. نتیجه این آزمایش نشان داد که با استفاده از آب دریای بحرالمیت مقاومت زمین به طرز چشمگیری کاهش‌یافته و حاصل آن‌یک سیستم زمین ایده‌آل و کارآمد هست.

 

5-نتیجه‌گیری

در این مقاله، یک روش جهت اصلاح خاک با استفاده از آب دریای بحرالمیت که نه‌تنها هزینه‌ای ندارد، بلکه همواره در دسترس نیز هست پیشنهاد شد. آب این دریا دارای عناصر بسیاری است که باعث کاهش مقاومت زمین می‌شود. نتایج آزمایش‌های انجام‌شده نشان داد در مقایسه با خاکی که در آن آب دریای بحرالمیت بکار نرفته بود، استفاده از آب این دریا نقش بسزایی در تصحیح خاک و نهایتاً کاهش میزان مقاومت خاک دارد. همچنین ترکیب آب دریای بحرالمیت، زغال‌سنگ و براده‌های آهن که ارزان‌قیمت بوده و همواره در دسترس است، تأثیر بیشتری جهت میزان کاهش مقاومت زمین دارد. علاوه بر این، نصب الکترود دوم در خاک تصفیه (تصحیح) شده با آب دریای مذکور در مقایسه با خاکی تصفیه نشده بود بر میزان کاهش مقاومت زمین می‌افزاید.

3

تصویر شماره 3. بحرالمیت افزوده‌شده به چاله سیستم زمین

4

تصویر شماره 4. بحرالمیت به همراه زغال و آهن افزوده شده به چاله سیستم زمین

جدول5 .  غلظت تعدادی از عناصر موجود در بحر المیت

غلظت  

عناصر

9/224

کلر

./44

منیزیم

1/40

سدیم

2/17

کلسیم

65/7

پتاسیم

3/5

برم

 

جدول 6 .  مقاومت زمین اندازه‌گیری شده با افزودن 5 لیتر از آب بحرالمیت در الکترودی به عمق = 1 متر

مقاومت زمین اندازه‌گیری شده() فاصله  
دارای دو راد (دو میله) تک راد (تک میله)
38/10 36/13 52% of
48/10 46/13 62% of
4/10 6/13 72% of

 

جدول 7 .  مقاومت زمین اندازه‌گیری شده با افزودن 5 لیتر از آب بحرالمیت و استفاده از زغال‌سنگ و آهن در الکترودی به عمق = 1 متر

مقاومت زمین اندازه‌گیری شده()

فاصله  

دارای دو راد (دو میله)

تک راد (تک میله)

1/7

6/9

52%از DEP 

2/7

72/9

62% از DEP 

0/7 7/9

72%از DEP 

 

در انتها، جهت کاهش مقاومت سیستم زمینی که به‌صورت حلقه (رینگ) اجرا می‌شود و نیاز به مقاومت بسیار کم و کوچکی دارد، آب دریای بحرالمیت نقش بسیار مهمی ایفا می‌نماید.

 

نتیجه‌گیری مترجمان: درنهایت استفاده از خاک حاوی نمک‌های طبیعی موجود درمانند نوار ساحلی خلیج‌فارس برای کاهش مقاومت الکترود زمین بسیار مناسب است. ولی با توجه به ایجاد خوردگی شدید این نمک‌ها بر روی اکثر الکترودها برای داشتن عمری طولانی در الکترودهای زمین این مناطق فولاد ضد زنگ استیل 316 توصیه اکید می‌شود. ( جدول صفحه 116 کتاب راهنمای طرح و اجرای تأسیسات برقی ساختمان‌ها اثر آلدیک موسسیان مطالعه شود)

 

تهیه و تدوین و ترجمه: سید محمدصادق برقی کیوان، فهیمه سادات موسوی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با قوانین موافقت کنید

فهرست