مبحث سیزدهم مقررات ملی ساختمان : طرح و اجرای تاسیسات برقی ساختمان ها (1395) | پ ١-١٠ الكترود زمين

پ ١-١٠-١ ملاحظات عمومى

الكترود زمین عبارتست از یک قطعه هادی یا گروهی متشکل از قطعات هادی که در تماس مستقيم با زمين بوده و با آن اتصال الكتريكى برقرار مى كند.

الكترود زمين بايد از طرفى با الزامات حفاظتى سيستم واز طرف ديكر با مقررات ايمنى در برابر برق گرفتگی در اثر تماس با بدنه‌های هادی مطابقت کند.

پ ١-١٠-١-١ مقاومت الكتریكی الكترود زمین به عوامل فراوان مخصوصاً به نوع تركيبات خاک اطراف الکترود، رطوبت خاک و ابعاد الکترود بستگی دارد. برای حجم معینی از فلز الكترود، هر چه یکی از ابعاد الکترود بزرگتر از دو بعد دیگر آن باشد و تماس الكترود در اين بعد با خاک بيشتر باشد، مقاومت کل الكترود نسبت به جرم كلی زمين كمتر خواهد شد. بنابراين يك الكترود ميله اى یا تسمه ای که بصورت قائم (در چاه اتصال زمين) و افقى (در محوطه) اجرا شده باشد نسبت به الکترود صفحه ای ارجحیت داشته و الکترود صفحه ای کم اثرترین الكترودهاست.

پ ١-١٠-١-٢ در صورت استفاده از چند الكترود بصورت موازى هم و يا همبندى اجزاى فلزى دیگر با این الکترودها که دارای جنس‌های متفاوتی از هم بوده و به هم متصل میگردند باید به خورندگی متقابل در اثر جريان هاى گالوانيک (الكتروشيميايی) دقت كرد (جدول شماره پ١-١٠-٢-٥).

پ ١-١٠-١-٣ برای کم کردن مقاومت الکترود زمین در صورتی که خاک اطراف الكترود مناسب نباشد می توان از مواد شیمیایی مجاز و یا مواد کاهندہ مقاومت مخصوص خاک که ساز گار با محيط زيست باشند استفاده كرد. اين مواد عبارتند از:

الف) بنتونيت و يا تركيبات مشابه آن

ب) بتن

پ) بتن خاص (بتن هادی که در آن از گرانول‌های کربن یا خاک زغال استفاده می شود)

تبصرہ: این نوع آمادەسازی مخصوصاً در زمین های سنگی و زمین هایی که لایه سنگی در نزدیکی سطح آن قرار دارد بسيار مؤثر مى باشد.

پ ١-١٠-١-٢ از نصب الكترود در محيط هاى زير بايد اجتناب شود:

الف) زمین‌های اشباع و یا مملو از آب

ب) بستر رودخانه و آب‌های زیرزمینی

پ) چاہ‌های آب

ت) چاه‌های فاضلاب

ث) زمین هایی که دارای خاک دستی می باشند.

پ ١-١٠-٢ انواع الكترودهای زمین

الكترودها از نظر شكل و طرز قرار گرفتن آنها در زمين به شرح زير تقسيم مى شوند:

الف) الکترودهای صفحه ای

ب) الکترودهای قائم

پ) الكترودهاى افقى

پ ١-١٠-٢-١ الکترودهای صفحەای

در مناطق با خاک مرطوب و نمناک از الکترود صفحه ای کم عمق استفاده میشود، حداقل پوشش خاک از لبه بالایی صفحه برابر 1/5 متر خواهد بود. در غیر اینصورت نصب الکترود صفحه ای در عمق زیاد (بیش از ٣ متر) با هدف رسیدن به لایه‌های نمناک زمین انجام می گیرد، در هر دو حالت این صفحه بصورت عمودی در زمین قرار میگیرد.

پ ١-١٠-٢-٢ الکترودهای قائم

الکترودهای قائم به خاطر تماس بيشتر لايه‌های خاک در طول قائم الكترود و همچنین در مواردی كه فضاى افقى كافى در دسترس نباشد از متداول ترين نوع الكترودها مى باشند. انواع الکترودهای قائم که با روش کوبیده شدن در زمین و یا به روش دفنی (حفر چاه) نصب میشوند عبارتند از :

الف) الكترودهای میلەای

ب) الکترودهای لولەای

پ) سیم لخت چند مفتولی

تبصره: عمق دفن الکترودهای قائم کوبیده شده در زمین نباید از دو متر كمتر باشد.

پ ١-١٠-٢-٣ الكترودهاى افقى

استفاده از این الکترود وقتی مطرح است که امکانات و محوطه با وسعت کافی جهت اجرای آن وجود داشته باشد.

الكترودهاى افقى در شكل هاى مختلف در عمق 0/5 تا 0/8 مترى از سطح زمين نصب مى شوند و انواع اين الكترودهاى افقى عبارتند از:

الف) تسمه

ب) سیم لخت چندمفتولی

پ) میلگردهای فولادی داخل بتن (بتن مسلح)

ت) هر نوع فلز دفن شده در زمین و در تماس با آن، مانند زره و غلاف فلزى كابل ها و اجزاى فلزى سازه‌ها و غيره

پ ١-١٠-٢-۴ الکترودهای زمین و حداقل اندازه آنها

حداقل اندازه الکترودهای زمین که در خاک و یا بتن دفن می گردد و بدون حفاظت در مقابل اثـر الکتروشیمیایی (خوردگی و زنگ زدگی) و نیز بدون حفاظت مکانیکی در محيط نصب می باشند جدول شمارہ پ١-١٠-٢-۴ آمدە است.

تبصره: در صورت استفاده از الکترود صفحه ای بعنوان الكترود اتصال زمین از نوع صفحه مسى دفن شده در زمین (چاه) ابعاد آن حداقل بايد ٥٠ × ۵٠ سانتی متر و با حداقل ضخامت ٢ ميلى متر باشد.

پ ١-١٠-٢-۵ خوردگی الکترودها در اثر همبندی با فلزات دیگر

همبندی اجزای فلزی مختلف مدفون در خاک بمنظور دستیابی به مقاومت كمتر براى يک سيستم الکترود زمین و یا برای همولتاژ کردن اجزای فلزی ساختمانی که مورد استفاده قرار می گیرد، در جدول شمارہ پ١-١٠-٢-۵ آمده است.

تبصره: سطح بزرگتر در جدول شماره پ ١-١٠-٢-٥ بايد حداقل ١٠٠ برابر بيشتر از سطح کوچکتر باشد.

پ ١-١٠-٣ اندازەگیری مقاومت الکتریکی الکترود زمین

در پایان کار احداث هر الکترود زمین و از آن پس به صورت دورهای، باید مقاومت کل آن را نسبت به جرم کلی زمین به کمک دستگاه های مخصوص و توسط افراد کارآزمودہ اندازہ گیری کرد و اگر تغييرات قابل ملاحظه اى در مقاومت الكتريكى مشاهده شد، نسبت به اصلاح و يا توسعه سيستم اتصال زمین با احداث الکترودهای جدید، با هدف احراز مقاومت اتصال زمین مجاز، اقدام كرد.

برای هر الکترود زمین یا سیستم زمین باید یک پرونده مخصوص تشكيل شود و اندازه گيری‌های دورهای با ذکر تاریخ در آن ثبت گردد. این پرونده باید در اختیار فرد، افراد یا تشکیلات بهرەبردار از سیستم برای بازرسی در دسترس باشد.

تبصره: برای تقلیل مقاومت الکترود زمین میتوان آن را با وسایل مختلف آبيارى كرد، مشروط بر اینکه آبیاری به صورت مداوم انجام شود.

پ ١-١٠-۴ الکترود زمین اساسی (برای هر دو نوع زمین، شامل حفاظت سیستم و ایمنی)

یکی از متداول ترین روش احداث الكترود زمين اساسى، حفر چاه اتصال زمين مى باشد. عمق چاه زمین از منطقه ای شروع میشود که نم طبیعی به طور دائم وجود داشته باشد. در این روش براى انتخاب الکترودی که داخل چاه قرار می گيرد، می توان از سيم لخت چند مفتولى مسى و يا از الکترود صفحه ای مسی که در ته چاه قرار می گیرد و بوسیله سیم لخت چند مفتولی مسی متصل به صفحه به ترمينال اصلی زمين وصل می شود، استفاده نمود.

تبصره ١: انتخاب سيم لخت چند مفتولى مسى به عنوان الكترود هم از نظر اقتصادى وهم از نظر یک پارچه بودن الکترود و هادی اتصال زمین تا ترمینال اصلی زمین، نسبت به الکترود صفحه ای مسى كه ايجاد نقاط اتصال سيم به صفحه با جوش يا بست و پيج و مهره مخصوص در آن اجتناب ناپذیر است، برتری محسوسی دارد برای این منظور میتوان در انتهای چاه سیم لخت چند مفتولی مسی را بصورت ۵ حلقه مارپیچ به قطر هر حلقه حدود ۵٠ سانتیمتر پیچیده و در زمین قرار داد و بقيه سيم را بصورت يك پارچه تا سطح زمين واز آنجا تا محل ترمينال اصلى اتصال زمین هدایت کرد.

تبصرہ ٢: علاوہ بر انواع ذکر شدہ در ردیف پ١-١٠-۴، از انواع الکترود زمین مناسب دیگر که در جدول شمارہ پ١-١٠-٢-۴ آمده است، می توان استفاده نمود.

تبصرہ ٣: ته چاه با مواد كاهنده مقاومت (بنتونيت و غيره) به ارتفاع مناسب پر شده وبعد از سفت شدن مواد کاهنده مقاومت، بقیه چاه با مخلوطى از خاک رس و خاک سرند شده حاصل از حفارى، پر و فشرده شود.

پ ١-١٠-۴-١ در صورت استفاده از صفحه مسی در داخل چاه، اتصال هادى مسى اتصال زمين به صفحه از اهمیت زیادی برخوردار است و بايد از اتصالات سست پرهيز نمود. اين اتصال به يكى از دو روش زير انجام مى شود:

الف) در انتهای هادی مسی یک کابلشوی مسی پرسی مناسب نصب شده و به کمک دو عدد پیچ مجهز به مهره‌های اصلی و قفل شونده از جنس مس، به صفحه محکم شود.

ب) به جای استفاده از کابلشو و یا پیچ میتوان اتصال هادی به صفحه را با جوش مناسب انجام داد.

پ ١-١٠-۴-٢ در صورتیکه از وجود نم طبیعی در سال هاى بعد به علت تغييرات آب وهوايى و پایین رفتن عمق آبهای سطحی در هر منطقه ای اطمینان وجود نداشته باشد، ضرورى است براى الکترود اساسی اقدام به ایجاد چاهک و دریچه بازدید حداقل به ابعاد ٣٠×٣٠×٣٠ سانتى مترى نمود (مانند آنچه که در ردیف پ١-١٠-۵ ذکر شده است) و به منظور تزریق آب به الکترود زمین یک لوله غیرفلزی که در تمام جهات دارای سوراخ بوده و داخل لوله با سنگريزه پر شده باشد از ١٠ سانتیمتری دریچه سطح زمین تا لبه بالایی مواد کاهنده ته چاه، تعبیه نمود.

پ ١-١٠-۴-٣ انواع دیگر الکترودھای اساسی

الف) الكترود اساسى بصورت الكترودهاى قائم:

در مورد الكترود اساسى غير از آنچه كه ذكر شد (رديف پ ١-١٠-4)، می توان با نصب الكترودهاى ميله اى متعدد به اشكال مختلف و ارتباط آن‌ها به همديگر به مقاومت مورد نظر دسترسی پیدا كرد. الكترودهاى ميله اى می توانند در طول اضلاع مستطيل و يا در طول يك خط مستقيم كه به همديكر متصل باشند، توزيع گردند رعايت فاصله بهينه الكترودها از همدیگر به اندازه دو برابر عمق الکترود مورد توجه قرار گیرد.

ب) الكترود اساسى بصورت الكترودهاى افقى:

در جاهایی که فضای افقی لازم وجود دارد بخصوص در محوطهها و يا در جاهايى كه با زمين سنگلاخی و با مقاومت ویژە خیلی بالایى روبرو باشيم میتوان از الكترود افقى كه بصورت شكل هاى كمربندى، مستقيم و يا مستطيل وشبكه پنجرهاى كه در عمق بين 0/5 تا 0/8 متری سطح زمین قرار داده میشود استفاده نمود. در صورت نیاز، برای دستیابی به مقاومت کمتر میتوان خاک اطراف الکترود را با مواد کاهنده مقاومت تعویض نمود.

پ١-١٠-۵ الکترود زمین ساده (فقط برای وصل به هادی خنثی فشار ضعيف)

در مواردیکه تعداد مشترکان در سیستم توزیع برق زیاد باشند، میتوان با احداث تعدادى الكترود ساده تر و با مقاومت بیشتر به مقاومت زمین مطلوب، دست یافت (ردیف پ ١-٢-١).

الكترود زمین ساده می تواند از يک ميله يا يک لوله كه بصورت قائم در زمين كوبيده و يا دفن میشود، تشكيل شود. در حالت دفنى براى لوله و يا ميله، چاهى حداقل به عمق ٢ متر حفر میشود و پس از قرار دادن میله یا لوله در وسط چاه، فضای اطراف الکترود با مواد کاهنده مقاومت پر می گردد (برای انتخاب نوع میله و یا لوله به جدول شماره پ١-١٠-٢-۴ مراجعه شود). در محل خروج ميله يا لوله از زمين يك چاهک بتنى يا آجرى با ابعاد حداقل ٣٠×٣٠×٣٠ سانتى متر ايجاد گردیدہ و سر لوله یا میله حداقل ٢٠ سانتیمتر بالاتر از کف چاهک قرار می گیرد. چاهک با یک دریچه فلزی متصل به چهارچوب بسته مى شود. سر لوله و يا ميله با بست مخصوص و يا بوسيله جوش به هادی اتصال زمین متصل میگردد.

جنس هادى اتصال زمين والكترود ميله اى يا لوله اى و بست مخصوص اتصال بايد با هم ديگر هم خوان باشند (به جدول شماره پ ١-١٠-٢-٥ مراجعه شود) و نبايد از جنس آلومينيوم يا آليازهاى آن باشد. هادى اتصال زمين از محل اتصال به الكترود تا محل ترمينال اصلى اتصال زمين باید قابل رویت باشد و یا این هادی براى محفوظ ماندن از درون يک لوله غير فلزى محافظ عبور داده شده باشد و باید بصورت دورهای چاهک و هادی اتصال زمين و اتصالات آن از نظر محكم بودن و خورد گی و زنگ زدگی مورد بازدید قرار گیرد.

برای كاهش مقاومت زمين الكترود ساده در صورت نياز میتوان با افزايش طول ميله و يا لوله ويا ایجاد دو یا چند الکترود ساده مشابه و موازی بستن آنها به هم اقدام نمود. رعایت فاصله بهینه بین این الکترودها به میزان حداقل دو برابر عمق هر الکترود مورد توجه قرار گیرد.

تبصره: در صورت استغاده از روش دفنی (حفرە چاه) برای الكترود زمین ساده، علاوه بر انواع ذكر شدہ در ردیف پ١-١٠-۵، از انواع الکترود زمین مناسب دیگر که در جدول شماره پ١-١٠-٢-۴ آمده است، میتوان استفاده نمود.

پ ١-١٠-۶ شرايط استفاده از يک يا دو الكترود زمين براى حفاظت سيستم وايمنى

برای تأمین ایمنی در شبکه، پست برق، برق فشار متوسط و فشار ضعيف بسته به شرايط و امكانات، نیاز به استفاده از دو یا یک الکترود زمین میباشد و عمدتا الکترودهای فوق الذکر در پست برق و يا محوطه همجوار آن اجرا و نصب مى شود.

پ١-١٠-۶-١ كلیات

در پست برق هر دو ولتاژ فشار متوسط (١١، ٢٠ و٣٣ كيلوولت) وفشار ضعيف 400/231 ولت در کنار هم وجود دارند. در صورت اتصال كوتاه بين یكى از فازهاى فشار متوسط با بدنه هادی تجهيزات فشار متوسط، حوزه اثر اين اتصالى در شبكه برق فشار ضعيف نيز تا دورترين نقطه ادامه خواهد داشت، بنابراين براى تأمين ايمنى و حفاظت سيستم برق فشار متوسط وفشار ضعيف و نيز پست برق بسته به شرايط محيطى، فضاى اختصاص يافته به پست برق ونيز ورودى وخروجى خطوط برق فشار متوسط و فشار ضعیف (خطوط هوایی و زمینی)، لازم است کە یکی از گزینه‌های زير جهت دو الكترود زمين و يا يك الكترود براى حفاظت سيستم وايمنى، بسته به شرايط و امكانات، انتخاب و اجرا شوند.پ ١-١٠-۶-٢ در صورتى كه امكان احداث دو الكترود زمين (به منظور حفاظت سيستم وايمنى) مستقل از هم، از نظر شرايط و امكانات فراهم باشد. بطورى كه:

الف) فاصله بين دو الكترود زمين فشار متوسط وفشار ضعيف كمتر از ٢٠ متر نباشد (براى جلوگيرى از اثر حوزه ولتاژ روى همديگر- گراديان ولتاژ). اين موضوع در صورت وجود الكترود زمین برق فشار متوسط در ساختمان پست برق موجود در همسایگی ساختمان مورد احداث و یا برعکس نیز باید رعایت گردد.

ب) هیچگونه ارتباط هادی در فاصله بین دو الكترود زمين وجود نداشته باشد. (از قبيل لوله‌های آب، گاز و غيره دفن شده و همچنین فونداسیون بتن آرمه ساختمان ها)

پ ١-١٠-6-٢-١ چنانچه تفكيک عايقى تابلوهاى برق فشار ضعيف از تابلوهاى برق فشار متوسط، ترانسفورماتور و سازه فلزى پست برق تأمين وتضمين شده باشد (مانند جداسازى تابلوى برق فشار ضعیف با کفپوش‌های عایق از اسکلت فولادی و تجهیزات برق فشار متوسط) باید بدنه تابلوی برق فشار ضعيف و نقطه خنثای برق فشار ضعيف به الكترود زمين ايمنى (دورتر از سازه پست، با فاصله حداقل ٢٠ متر) متصل شود و كليه بدنه هاى برق تابلوى فشار متوسط، ترانسفورماتور و كليه قطعات فلزى سازه پست به الكترود زمين حفاظتى (داخل يا مجاور پست) متصل گردد.

پ ١-١٠-۶-٢-٢ چنانچه امکان تفکیک و جداسازی عایقی تابلوهای برق فشار ضعيف از تجهيزات برق فشار متوسط و سازه فلزی پست برق وجود نداشته باشد.

در اين حالت بايد بدنه تابلوهاى برق فشار ضعيف و بدنه هاى تابلوهاى برق فشار متوسط و ترانسفورماتورها (تجهيزات برق فشار متوسط) و همچنين كليه اجزاى فلزى سازه پست برق به الكترود زمين حفاظتى متصل گردد و نقطه خنثاى برق فشار ضعيف با استفاده از كابل و غلاف كابل غيرفلزى (ايزوله از تماس با زمين واجزاء فلزى) به الكترود اتصال زمين ايمنى در فاصله حداقل ٢٠ متری از پست برق، اتصال داده شود.

پ ١-١٠- ۶-٣ در صورتیکه هیچ یک از شرایط موضوع ردیف پ١-١٠-۶-٢ و بندهای آن فراهم نباشد. یعنی احداث دو الكترود زمین مستقل امكان پذير نباشد، باید از يک الكترود زمین مشترک برای هر دو منظور حفاظت سيستم و ايمنى استفاده كرد. در اين حالت مقاومت كل الكترود زمين نسبت به جرم کلی زمین نباید از یک اهم تجاوز نماید.

پ ١-١٠-۶-۴ چنانچه در یک پست برق خطوط ورودی و خروجی برق فشار متوسط همگی کابلی باشند و طول هر یک از خطوط ورودی و یا خروجی به پست كمتر از ٣ كيلومتر نباشد. میتوان براى هر دو منظور حفاظت سيستم و ايمنى از يك الكترود زمين استفاده كرد. لازم بذكر است كه در صورتیکه طول هر یک از خطوط ورودی و یا خروجى به پست برق كمتر از ٣ كيلومتر باشد بايد از دو الكترود زمين مستقل و مجزا از هم استفاده شود.

پ ١-١٠-۶-۵ اگر همه یا قسمتی از كابل هاى متصل به پست برق اعم از برق فشار متوسط وبرق فشار ضعیف دارای زره فولادی در پوشش لایه بیرونی کابل بوده و اين زره فولادى در طول مسير کابل در تماس با زمين باشد و طول كل اين كابلها يك كيلومتر و يا بيشتر باشد، مى توان براى هر دو منظور حفاظت سیستم و ایمنی از یک الكترود زمین استفاده كرد.

تبصره: در صورت استفاده از يک الكترود زمين براى هر دو منظور حفاظت سيستم وايمنى در پست برق و تأمين يكى از موارد رديف هاى پ١-١٠-6- ٢ و يا پ ١-١٠-٤-٥ توصيه مى شود كه مقاومت کل سیستم در این حالت (یک الکترود زمین) از دو اهم تجاوز نکند.

پ ١-١٠-۶-۶ چنانچه حتی یکی از خطوط برق فشار متوسط ورودی یا خروجی پست برق از نوع خط هوايى باشد، عليرغم مجهز بودن خط به برقگير بايد از دو الكترود زمين به منظور حفاظت سیستم و ایمنی، استفاده کرد و شرط مستقل بودن دو الکترود از هم، باید تأمین شود (ردیف پ١-١٠ -6- ٢).

پ ١-١٠-۶-٧ چنانچە حتی بخشی از خطوط ورودی و یا خروجى برق فشار متوسط به پست برق در فاصلهاى كمتر از ٣ كيلومتر از پست برق خط هوايى باشد (قسمتى از خط بصورت هوايى و قسمتى از خط بصورت كابل زمينى)، بايد از دو الكترود زمين به منظور حفاظت سيستم وايمنى استفاده کرد و شرط مستقل بودن دو الكترود زمین از هم باید تأمين شود (ردیف پ١-١٠-۶-٢).

پ ١-١٠-۶-٨ در تمام موارد فوق الذکر که لزوم ایجاد دو الكترود زمین به منظور حفاظت سيستم و ایمنی، ضرورت پیدا کند ولی احداث دو الكترود مستقل از هم به هر دليلى امكان پذير نباشد، میتوان از یک الكترود زمین براى پست ترانسفورماتور برق استفاده كرد. در اين حالت بايد تمام اجزاء فلزی مدفون در زمین در محدوده پست برق (مانند لوله‌های فلزی آب، گاز و تأسيسات، میلگردهای بتن آرمه و اسكلت فلزى وغيره) با هم همبندى شده و نهايتاً به ترمينال يا شينه اصلى اتصال زمین الكترود زمین حفاظتی متصل گردد، مشروط بر اينكه مقاومت كل الكترود زمين نسبت به جرم کلی زمین از یک اهم تجاوز نکند.

تبصره: در صورت استفاده از دو الكترود اتصال زمين به منظور حفاظت سيستم و ايمنى، مقاومت كل الكترود اتصال زمين ايمنى كه نقطه خنثى يا هادى خنثى ترانسفورماتور را در سيستم نيروى TN به زمین وصل میکند، نسبت به جرم کلی زمین، نباید از دو اهم تجاوز کند.

پ ١-١٠-۶-٩ در حالتی كه پست برق داراى دو الكترود زمين به منظور حفاظت سيستم و ايمنى باشد و بدنه تابلوهای برق فشار ضعیف همراه با بدنه تابلوها و تجهیزات برق فشار متوسط به الکترود زمين حفاظتى و نقطه خنثى برق فشار ضعيف به الكترود زمين ايمنى متصل باشد (رديف پ١-١٠ -6- ٢-٢). تابلوهاى برق فشار ضعيف بايد با درجه عايق بندى بالاترى نسبت به ولتاژ اسمى بین فاز و خنثی انتخاب شده و برای سطح عایقبندی و زمان قطع كليد اتوماتیک فشار متوسط در این حالت، بايد موارد جدول شماره پ١-١٠-۶-٩ رعایت گردد.