انواع الکترود زمین

بطور کلی الکترودهای زمین، به دو دسته تقسیم می‌شوند:

 الکترودهای مصنوعی:

 الکترودهایی هستند که با هدف برقراری اتصال الکتریکی با خاک در زمین ایجاد شده‌اند. از انواع این الکترودها می‌توان موارد زیر را نام برد: الکترود صفحه‌ای، الکترود میله‌ای، الکترودهای افقی، شبکه مش و ...

  الکترودهای طبیعی:

 الکترودهایی هستند که براي كاربري‌هاي ديگري در زمین نصب شده‌اند و ممکن است در صورت وجود شرایط لازم، برای ایجاد اتصال به زمین از آنها استفاده شود. از انواع اینگونه الکترودها، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

-لوله‌های فلزی آب، اجزای فلزی سازه، میلگردهای شمع‌های بتونی، غلاف فلزی کابل‌ها و...

لازم به ذکر است، از اینگونه الکترودها به تنهایی نمی‌توان به عنوان الکترود زمین استفاده نمود، بلکه در کنار الکترودهای مصنوعی می‌توان از آنها به عنوان الکترود کمکی استفاده كرد.

در ادامه به ذکر روش‌های ایجاد الکترودهای مصنوعی می‌پردازیم:

1-2 الکترود صفحه‌ای

از الکترود صفحه‌ای بیشتر در نقاطی استفاده می‌شود که بخواهند در حجم کمی از فضا، به مقاومت پایینی دست یابند. الکترود صفحه‌ای را می‌بایست بصورت عمودی در چاه قرار داد و می‌بایست آنرا در عمقی از خاک قرار داد که دارای رطوبت کافی باشد. کمترین عمق نصب 60 سانتیمتر از لبه بالایی صفحه می‌باشد.

 در صورتی‌که مقاومت یک صفحه، از میزان مورد نیاز ما بیشتر باشد، می‌توان با ایجاد الکترود صفحه‌ای دیگر و اتصال آنها به یکدیگر از میزان مقاومت کاست. در این صورت میزان مقاومت به شرطی که الکترودها، خارج از حوزه ولتاژ یکدیگر باشند، معادل مقدار موازی آنها خواهد شد. برای این امر، می‌بایست فاصله الکترودها از یکدیگر، حداقل به میزان عمق الکترود رعایت گردد. جهت رسیدن به مقدار مطلوبتر میزان فاصله به میزان 2 برابر عمق الکترود، مناسب‌تر است.

نکته دیگری که می‌بایست مدنظر قرار گیرد این است كه اجرای دو الکترود با فاصله فوق از اجرای یک الکترود با سطح 2 برابر هرکدام از الکترودها، به لحاظ اقتصادی به صرفه می‌باشد. بدین ترتیب ابعاد صفحه مورد استفاده، از 1.2m x 1.2m بیشتر نمی‌شود. همینطور ابعاد این صفحه نباید از 0.5m x 0.5m کمتر شود. ضخامت این صفحات نیز برای صفحات مسی می‌بایست حداقل 2mm انتخاب شود.

سطح مقطع صفحه بر حسب متر مربع با کمک فرمول 2-1 قابل محاسبه است.

2-2 الکترود میله‌ای

راد زمین به صورت میله‌ای یا لوله می‌باشد. طول الکترود از 1 الی 5/1 متربوده و قابل افزایش است. معمولاً رادهای میله‌ای مغزی فولادی روکش مس بیشتر مورد استفاده قرارمی‌گیرند زیرا مغزی فولادی استقامت بیشتری در برابر ضربات مکانیکی حاصل از کوبش داشته و روکش مس نیز در برابر خوردگی مقاوم می‌باشد. برای کوبش الکترودها در زمین می‌توان از میل‌کوب استفاده نمود، بطوریکه ابتدا یک میله 1.5 متری در زمین کوبیده می‌شود، سپس از کوپلر جهت افزایش طول آن استفاده می‌شود تا بتوان میله دیگری را به انتهای آن اضافه نمود. افزایش قطر میله‌های زمین تأثیر چندانی در کاهش مقاومت زمین نداشته، تنها به استحکام مکانیکی آن در زمان کوبش کمک می‌کند. جهت کاهش مقاومت زمین، از اتصال موازی چند میله زمین به یکدیگر استفاده می‌کنیم. فاصله این الکترودها نسبت به یکدیگر می‌بایست به نحوی انتخاب گردد که حداقل به میزان طول الکترود از یکدیگر فاصله داشته باشند و بهتر است این فاصله به میزان 2 برابر طول الکترود انتخاب گردد تا نتیجه بهتری حاصل شود.

فرمول 2-2 الی 2-5 برای محاسبه مقاومت الکترود میله‌ای بکار میرود

3-2 الکترود هادی افقی:

در این روش، مي‌توان از تسمه يا سيم به عنوان الكترود زمين استفاده نمودكه در عمق 0.5 تا 1 متری خاک (زیر عمق یخ‌زدگی) قرار می‌گیرد و اطراف آن، با مواد کاهنده و خاک نرم پر می‌گردد. در این روش، تأثیر عمق قرارگیری الکترود در کاهش مقاومت، بسیار کم بوده و تنها می‌بایست الکترود را در زیر عمق یخ‌زدگی خاک قرار داد. افزایش مقطع کابل نیز تأثیر چندانی در کاهش مقاومت ندارد.

برای محاسبه مقاومت با این روش از فرمول 2-6 استفاده می‌شود.

بطور کلی جهت رسیدن به یک مقاومت پایین، می‌بایست الکترود زمین به نحوی طراحی و اجرا گردد و شکل آن به صورتی انتخاب شود که میزان چگالی جریان در فضای اطراف الکترود تا حد امکان کم باشد. به این منظور می‌بایست یک بعد الکترود، در مقایسه با دو بعد دیگر آن تا حد امکان بزرگتر باشد. در نتیجه استفاده از کابل یا تسمه مسی که در طول خوابانده شده است، از استفاده از یک صفحه مربع شکل بهتر است.

از طرفی افزایش طول الکترود، باعث افزایش امپدانس خصوصا در مواجهه با جریان های فرکانس بالا همچون صاعقه می‌گردد. لذا پیشنهاد می‌شود از چندین هادی افقی کوتاه بجای استفاده از یک هادی با طول زیاد، استفاده گردد.

4-2 الکترود هادی مش:

از این نوع الکترود جهت ایجاد یک سطح هم‌پتانسیل استفاده می‌شود، تا به این وسیله ولتاژهای گام و تماس را تا حد امکان کاهش داد. این الکترودها از یکسری هادی مسی یا فولادی عرضی و طولی تشکیل شده‌اند که زیر عمق یخ‌زدگی در عمق 0.5 متری سطح زمین قرار می‌گیرند. هادی‌ها می‌بایست در نقاط تقاطع، به یکدیگر متصل شوند این اتصال می‌بایست ازنوع جوش احتراقی باشد. جهت اتصال با لایه‌های پایین‌تر خاک، می‌بایست از الکترود میله‌ای به همراه این نوع الکترود استفاده نمود.

با کمک فرمول 2-7 مقاومت قابل محاسبه می‌باشد

5-2 الکترودهای هادی به شکل  سیم یا تسمه

فرمول آورده شده در این بخش فقط برای هادی‌هایی که به طور مستقیم اجرا شده‌اند قابل استفاده می‌باشد.

مقاومت این هادی‌ها با کمک فرمول 2-8 بدست می‌آید.

زمانی‌که بیش از یک مسیر با طول L با فاصله s بر حسب متر نسبت به هم بطور موازی قرار گیرند مقاومت از فرمول 2-9 محاسبه می‌شود.

6-2 مقاومت الکترود مدفون در موادی با مقاومت ویژه کم، مانند بتن رسانا

در این حالت مقاومت با استفاده از فرمول 2-10 قابل محاسبه است.