استراکچر فلزی ساختمان به عنوان الکترود زمین

همواره یکی از موارد ابهام در کلیه تاسیسات الکتریکی، امکان استفاده از استراکچر فلزی ساختمان به عنوان الکترود زمین می باشد که در این خصوص ۲ نوع فونداسیون بتونی و غیر بتونی مورد بررسی قرار می گیرند. در ادامه به قوانین مربوطه اشاره می گردد.

1- شرایط لازم فونداسیون برای محسوب شدن به عنوان الکترود زمین

همانطورکه در شکل 1 نشان داده شده است، شرایط لازم برای محسوب شدن دو نوع فونداسیون سازه به عنوان الکترود زمین به میزان ورود پایه فلزی در زمین در فونداسیون غیر بتونی و یا اتصال موثر انکربولت های BASE PLATE به میلگردهای فونداسیون بتونی مرتبط می باشد.

2- نحوه ایجاد شبکه همبندی در فونداسیون بتونی

الکترود زمین اگر توسط الکترودهایی مثل راد و مش و صفحه و ... ایجاد گردد، کاربردهای متعددی دارد. به عنوان مثال برخی از الکترودها برای تخلیه جریان صاعقه مناسب هستند، بعضی از الکترودها برای کنترل گرادیان ولتاژ و برخی برای هر دو مقصود و یا بعضی از الکترودها صرفاً برای کاهش مقاومت بستر الکترودی به کار برده می شوند. 

از شبکه میلگرد مدفون در بتون می توان با ایجاد شرایطی در ساختار اتصالات میلگردها به یکدیگر، به عنوان الکترود زمین استفاده نمود ولیکن با توجه به کاربرد مورد نیاز از الکترود ایجاد شده، شرایط ایجاد اتصالات همبندی بین میلگردها در داخل بتون متفاوت می باشد. به عنوان مثال اگر از میلگرد داخل بتون صرفاً نقش الکترود ساده مورد انتظار باشد، یک همبندی ساده بین میلگردها باید انجام شود ولیکن اگر شبکه فونداسیون نقشی در تخلیه موثر صاعقه به زمین را داشته باشد، می باید اتصالات بیشتر و با طرح خاصی را در نقاط تخلیه صاعقه به زمین انجام داد. لازم بذکر است که ایجاد شبکه ارت فونداسیون صرفاً در مرحله قبل از بتون ریزی فونداسیون های بتونی  باید انجام شود و با توجه به حجم ارتباط میلگردها به زمین شبکه بسیار موثری خواهد بود. 

الزامات استفاده از میلگرد فونداسیون به عنوان الکترود زمین صاعقه گیر

1- لزامات استاندارد IEC62305-3

اگر فقط خود میلگردهای بتن جهت ایجاد الکترود زمین استفاده شود (در بتن های مسلح) و از الکترود و یا هادی دیگری در بتن استفاده نشود، می¬باید اتصالات موجود در آن به گونه ای باشد که در شرایط معمول باعث از هم پاشی بتون نگردند.

شکل 1_با فرض توزیع مساوی جریان

این استاندارد فقط دو اتصال کلمپی و جوشی را به عنوان اتصالات موثر در ایجاد الکترود زمینی که صرفاً از میلگردهای مربوط به مسلح کردن بتون استفاده کرده است، معرفی نموده و اتصال سیم بندی ساده که در ساختار ایجاد شبکه میلگردها استفاده میگردد (LASHED JOINTS) را جهت تحمل تنش های مکانیکی در زمان وقوع جریان صاعقه مناسب نمیداند.

اگر علاوه بر میلگردهای موجود در بتون از الکترود اضافه نیز استفاده شود، به ازای هر هادی نزولی میزان الکترود اضافه ای که پیشنهاد می گردد در فونداسیون بتونی قرار گیرد، بسته به کلاس سیستم حفاظت صاعقه مطابق منحنی ارایه شده در استاندارد IEC 62305 خواهد بود. لازم به ذکر است که الکترود مذکور میتواند توسط هادی مسی و یا با خود میلگردها ایجاد گردد.

2- ایجاد الکترود اضافه به شکل شبکه مش و اتصال آن به میلگردهای مسلح کننده بتون

در خصوص تخلیه جریان برخورد صاعقه ایجاد شبکه مش در ساختار شبکه فونداسیون (چه در دیوارها و یا در کف) به جهت ایجاد بستر مناسب تضعیف میدان مغناطیسی و جلوگیری از آسیب رسیدن به تجهیزات الکترونیکی داخل ساختمانها می باشد. که این موارد مربوط به سازگاری مغناطیسی می باشد که ایجاد آن برای پستها الزام نمی باشد. شکل 2 نمونه ای از شبکه مذکور را نشان می دهد.

شکل 2

3- ایجاد الکترود زمین موثر تخلیه جریان صاعقه در بتن غیر مسلح

در بتن غیر مسلح ایجاد ساختار مش  با حداکثر  طول ۱۰ متر که در IEC62305-3 معرفی شده است..

4- الزامات NFPA 780

در بخش ۴.۱۳.۳ استاندارد NFPA 780 استفاده از الکترود زمین مدفون در بتن را فقط در ساختمان های جدید التاسیس  با مشخصات ذیل مجاز می داند.

• الکترود مدفون شده می باید در نزدیکی سطح زیرین بتون در تماس مستقیم با خاک باشد و با ضخامت حداقل ۵ سانتیمتر در بتون پوشش داده شده باشد.

• نوع الکترود مدفون شده در بتون با شرایط فوق به شرح ذیل باشد:

- هادی لخت مسی به طول حداقل ۶ متر و با حداقل سایز  AWG 4

- حداقل ۶ متر طول از یک یا چند میلگرد مسلح کننده بتون با قطر حداقل ۱۲.۷ میلیمتر که به یکدیگر به صورت موثر متصل شده اند.  (به عنوان مثال به میزان ۲۰ برابر قطر خود overlap داشته باشند)

در اشکال ذیل ایجاد این نوع الکترود مدفون در بتون مشخص شده است.

شکل 3

5-محل تست و بازرسی

به ازای هر الکترود تعریف شده زمین در بتون به شرح فوق باید یک نقطه جهت دسترسی دوره ای برای آزمون ایجاد گردد که در شکل 4 ایجاد نقطه مذکور نمایش داده شده است: