هدایت جریان‌های الکتریکی ناخواسته و نامطلوب در یک سیستم الکتریکی به زمین باید از طریق یک مسیر مناسب با امپدانس کم انجام شود. سیستم ارتینگ این شرایط را فراهم می‌آورد. یکی از مهمترین اجزای سیستم ارتینگ، الکترود ارت است که نقطه پایانی اتصال مدار ارتینگ به زمین به شمار می‌رود.
الکترود ارت یک قطعه رسانا از فلزات مختلف مانند مس یا فولاد است که در اشکال مختلف (مانند میله، تسمه، صفحه و…) ساخته می‌شود. در این مقاله انواع الکترود ارت و نحوه استفاده از آنها را در سیستم ارتینگ بررسی می‌کنیم.
با توجه به اهمیت اجرای ارتینگ در محیط‌های مختلف، آکادمی ماهر یک دوره تخصصی آماده کرده است که هم‌اکنون در دسترس دانش‌پذیران قرار دارد. برای تهیه این دوره به صفحه (دوره جامع آموزش سیستم اتصال زمین) مراجعه کنید.
الکترود ارت چیست؟
الکترود ارت، که گاهی به عنوان الکترود زمین یا سیستم اتصال زمین هم شناخته می‌شود، یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های الکتریکی است که برای تامین ایمنی و عملکرد مناسب تجهیزات الکتریکی حیاتی است.
اصلی‌ترین هدف استفاده از الکترود ارت، حفاظت از افراد و تجهیزات است. این سیستم با ایجاد یک مسیر امن برای جریان‌های الکتریکی ناخواسته به سمت زمین، خطر برق گرفتگی را کاهش می‌دهد و همچنین از تجهیزات الکتریکی در برابر آسیب‌های ناشی از اضافه ولتاژ یا جریان‌های گذرا محافظت می‌کند.
الکترودهای ارت باید در مکان‌هایی با مقاومت الکتریکی کم نصب شوند تا اطمینان حاصل شود که جریان به راحتی به زمین منتقل می‌شود. این الکترودها معمولاً در نزدیکی ساختمان‌ها یا تجهیزات الکتریکی قرار داده می‌شوند.
انواع الکترود ارت
الکترود ارت یک جرم هادی است که به‌صورت مستقیم در زمین کوبیده یا در زیر زمین دفن می‌شود. بنابراین، این الکترود باید فلزی با رسانایی بالا بوده و به این دلیل که برای مدت طولانی زیر زمین دفن می‌شود، باید در برابر خوردگی و فرسایش تاب‌آوری خوبی داشته باشد.
الکترود ارت می‌تواند در شکل، اندازه، جنس و آرایش‌های مختلفی وجود داشته باشد. بعضی از انواع معروف این الکترود شامل لوله‌ای (Pipe)، صفحه‌ای (Plate) و میله‌ای (Rod) هستند. در ادامه، انواع الکترود، ویژگی‌ها و کاربرد آنها را بررسی می‌کنیم.
الکترود میله‌ای (Rod Electrode)
الکترود میله‌ای یکی از انواع رایج الکترود است که در اجرای انواع ارت در سیستم ارتینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ساخت این الکترود از فلزات متنوعی استفاده می‌شود. بعضی انواع پرکاربرد الکترود میله‌ای را در زیر شرح می‌دهیم.
الکترود میله‌ای مسی (Solid Copper Rods)
این نوع الکترود مسی در جاهایی که امکان خوردگی بالا است و طول عمر الکترود اهمیت زیادی داشته باشد، به کار می‌رود. در شکل ۱ الکترود میله‌ای و اجزای مختلف آن را می‌بینید.
الکترود میله‌ای مسی از بهترین فلزات برای اجرای سیستم ارتینگ است. هرچند برای کاربردهایی که نیاز به فرو کردن عمیق میله ارت وجود دارد، مناسب نیستند؛ زیرا به دلیل نرم بودن فلز مس احتمال خم شدن آن وجود دارد. در‌ضمن، قیمت این نوع الکترود در مقایسه با انواع دیگر الکترود میله‌ای بسیار بالاست.
الکترود میله‌ای فولادی با روکش مسی (Copper Bonded Rod)
این نوع الکترود میله‌ای بسیار مقرون‌به‌صرفه و پرکاربرد است. مقاومت الکتریکی آن کم است و نسبت به خوردگی تاب‌آوری خوبی دارد. جنس این الکترود از فولاد است و به همین دلیل، کوبیدن آن در زمین به آسانی انجام می‌شود. شکل ۲ الکترود میله‌ای فولادی با روکش مسی را نشان می‌دهد.
الکترود میله‌ای فولادی ضد زنگ (Stainless Steel Rod)
در جاهایی که چند نوع فلز با جنس مختلف کنار هم قرار می‌گیرند، اثر الکتروشیمیایی آنها بر یکدیگر باعث خوردگی می‌شود. در این حالت، فولاد ضد زنگ مقاومت خوبی در طول زمان دارد. در شکل ۳ یک نمونه الکترود فولادی ضد زنگ را می‌بینید.
عملکرد فولاد ضد زنگ مانند مس است؛ با این تفاوت که ویژگی «آنُدی» دارد. ویژگی آندی یک خاصیت فیزیکی است که باعث بالا بودن مقاومت فلز در برابر خوردگی می‌شود. قیمت الکترود فولادی ضد زنگ از بیشتر انواع دیگر الکترود زیادتر است؛ اما به دلیل مقاومت خوب در برابر خوردگی، ارزش هزینه کردن دارد.
الکترود میله‌ای فولادی گالوانیزه (Galvanized Steel Rod)
الکترود میله‌ای فولادی گالوانیزه گرم قیمت کمی دارد؛ اما رسانایی، ظرفیت جریانی و تاب‌آوری آن در برابر خوردگی هم کم است. شکل ۴ تصویر یک الکترود فولادی گالوانیزه را نشان می‌دهد.
الکترود فولادی گالوانیزه از فولاد سخت کم‌کربن ساخته شده است. با وجودی که این الکترودها کم‌هزینه هستند؛ اما باید محدودیت‌های آنها از لحاظ تاب‌آوری در برابر خوردگی، مقاومت الکتریکی و جریان عبوری را در هنگام طراحی در نظر گرفت. استفاده از گالوانیزاسیون سرد برای ساخت الکترود زمین ممنوع است.
الکترود صفحه‌ای (Plate Electrode)
الکترود صفحه‌ای از انواع کم‌کاربرد و کم‌طرفدار در دنیا است؛ اما در ایران بسیار رایج و پرطرفدار است! به‌کارگیری الکترود صفحه‌ای محدودیت‌هایی دارد که به آنها اشاره می‌کنیم. در شکل ۵ نحوه نصب الکترود صفحه‌ای در سیستم ارتینگ را می‌بینید.
از معایب الکترود صفحه‌ای می‌توان موارد زیر را برشمرد.
- خود الکترود بسیار گران است.
- نیازمند حفاری عمیق و پر‌حجمی است که خود باعث افزایش هزینه می‌شود.
- نیازمند مقدار زیادی بکفیل و ترمیم رویه نهایی محل نصب است که باز هم باعث افزایش هزینه می‌شود.
- الکترود پایداری به شمار نمی‌رود و عمر کمی دارد.
در شکل ۶ یک نمونه الکترود صفحه‌ای مسی را مشاهده میکنید.
الکترود صفحه‌ای نیز مانند الکترود میله‌ای از فلزات مختلفی مانند مس ، فولاد گالوانیزه گرم یا فولاد روکش‌شده با مس ساخته می‌شود. انتخاب جنس صفحه بستگی به عواملی مانند خاک و محیط نصب الکترود دارد.
برای اتصال الکترود صفحه‌ای به شینه اصلی زمین، یک کابل مسی یا فولادی به کار می‌رود. اندازه و طراحی صفحه، تعیین‌کننده میزان اثربخشی و حداکثر جریانی است که از صفحه می‌گذرد.
الکترود لوله‌ای (Pipe Electrode)
الکترود لوله‌ای هم یکی از انواع الکترودهای زمین است. معمولاً از لوله فولادی گالوانیزه گرم برای ساخت الکترود لوله‌ای استفاده می‌شود. قطر لوله معمولا یک اینچ (۲.۵۴ سانتی‌متر) و طول آن حداقل ۲.۴۵ متر است. گاهی برای اینکه امکان ریختن مواد کاهنده مقاومت زمین به درون لوله وجود داشته باشد، بدنه آن را سوراخ‌دار می‌سازند. شکل ۷ چند نمونه الکترود لوله‌ای را نشان می‌دهد.
مقایسه انواع الکترود ارت
هرچند الکترود نقش مهمی در عملکرد یک سیستم ارتینگ دارد، اما کیفیت این سیستم به عوامل بسیار متعددی مانند عمق نصب الکترود، شرایط زمین و محیط و نیز بکفیل بستگی دارد. بنابراین، با طراحی درست ارتینگ، هر سه نوع الکترودی که پیش‌تر بررسی شد را می‌توان برای انواع سیستم‌های ارتینگ استفاده کرد.
موارد کاربرد و ویژگی‌های ارتینگ لوله‌ای و میله‌ای بسیار به هم شبیه است. این دو روش برای اجرای ارتینگ در عمق زیاد مناسب‌تر هستند؛ زیرا نیازی به گودبرداری عمیق ندارند و مستقیماً در سطح زمین کوبیده می‌شوند. الکترود میله‌ای پرکاربردترین و محبوب‌ترین الکترود در دنیاست.
در مقابل، به‌کارگیری الکترود صفحه‌ای هزینه بالاتری نسبت به دو روش دیگر دارد و در عین حال از اثربخشی و کیفیت کمتری نیز برخوردار است. احتمال خوردگی و فرسایش در الکترودهای لوله‌ای و میله‌ای از الکترود صفحه‌ای کمتر است و نیز از نظر پایداری در طول زمان، عملکرد بهتری دارند.
جمع‌بندی
با توجه به اهمیت سیستم ارتینگ در حفظ سلامت افراد و تجهیزات و تضمین عملکرد بهینه سیستم، آشنایی با اجرای سیستم ارتینگ برای مهندسان فعال در صنعت برق لازم و ضروری است. در این مقاله، انواع الکترود ارت به عنوان بخش مهم سیستم ارتینگ بررسی شد.
سه نوع الکترود میله‌ای، صفحه‌ای و لوله‌ای که در سیستم ارتینگ بسیار پرکاربرد هستند، معرفی شدند و نحوه استفاده از آنها در اجرای ارتینگ مورد بررسی قرار گرفت.
سوالات متداول
الکترودهای مسی رسانایی بسیار بالایی دارند و نسبت به فرسایش و خوردگی هم بسیار مقاوم هستند و برای ساخت الکترود بسیار مناسب‌اند. هر چند قیمت آنها قابل توجه است. با توجه به این که مس فلز نرمی است، در صورتی که نیاز به اعمال نیروی زیاد یا اعمال ضربه برای نصب الکترود در زمین باشد، الکترود فولادی با روکش مسی گزینه مناسب‌تری است.
برای بهبود مقاومت ارت باید در خاک محل نصب الکترود از بکفیل مناسب استفاده کرد. آبرسانی و مرطوب نگه داشتن زمین محل نصب الکترود نیز از اقدامات مؤثر در بهبود کیفیت الکترود زمین است.
در این روش از یک یا چند سیم یا تسمه مدفون در عمق ۰.۷ تا ۱ متری خاک استفاده می‌شود.
با سلام
ببخشید چرا الکترود آلومینیومی برای ارت ممنوع هست؟
درود بر شما.
استفاده از الکترود آلومینیومی برای ارت ممنوع است؛ زیرا آلومینیوم به شدت واکنش‌پذیر است و با اکسیژن خاک واکنش نشان می‌دهد که این موضوع باعث افزایش مقاومت الکتریکی می‌شود.
همچنین، خوردگی گالوانیک در تماس با فلزات دیگر مانند مس ایجاد می‌شود. مقاومت الکتریکی آن نسبتاً بالا است و در دماهای مختلف تغییرات فیزیکی قابل توجهی دارد.
علاوه بر این، در محیط‌های خاص مانند خاک‌های با PH بالا یا نمکی، به سرعت خورده می‌شود. به همین دلایل، فلزات دیگری مانند مس یا فولاد ضدزنگ برای ساخت الکترودهای ارت ترجیح داده می‌شوند.
آیا مواد شیمیایی داخل پودر بنتونیت که همراه با آب هست روی مس تاثیر داره و باعت واکنش شيميايي میشه؟ عمر مفید یک چاه ارت چند ساله به فرض اینکه در بهترین حالت ممکن انجام شده باشه و شما چه نوع اتصالی رو به صفحه پیشنهاد میکنید جوش؟ پیچ و مهره گالوانیزه؟ و سوال آخر آیا انگشتری میله گراند اتصال خوبی هست یا بهتره که میله رو سوراخ و دیس بزنیم و یا از اتصال دیگه ای استفاده کنیم
سلام جناب مهندس وقتتون بخیر
پاسخ سوال‌ها خدمت شما
آیا مواد شیمیایی داخل پودر بنتونیت که همراه با آب هست روی مس تاثیر داره و باعت واکنش شيميايي میشه؟
جواب: اگر بنتونیت استاندارد باشد، خیر؛ اما بنتونیت‌های تقلبی که انواع مواد غیر مجاز داخلشان هست، این عیب را دارند.
عمر مفید یک چاه ارت چند ساله به فرض اینکه در بهترین حالت ممکن انجام شده باشه.
جواب: چاه و صفحه بطور متوسط ۵-۷ سال. سایر انواع الکترودها بیشتر.
شما چه نوع اتصالی رو به صفحه پیشنهاد میکنید جوش؟ پیچ و مهره گالوانیزه؟
جواب: حتما جوش
انگشتری میله گراند اتصال خوبی هست یا بهتره که میله رو سوراخ و دیس بزنیم و یا از اتصال دیگه ای استفاده کنیم
جواب: از جوش استفاده کنید. ضمنا اصلاح (میلگراند) را بخاطر حفظ آبرو بکار نبرید بهتر است.😂😅