الکترودهای مسی، به عنوان اجزای کلیدی در سیستم ارتینگ، تضمین‌کننده امنیت و عملکرد تجهیزات الکتریکی هستند. این الکترودها با هدایت جریان‌های اضافی به زمین، از وقوع حوادث بالقوه خطرناک جلوگیری می‌کنند. در این مقاله، ما انواع مختلف الکترودهای مسی و مزایای آنها را بررسی می‌کنیم تا شما بتوانید انتخابی آگاهانه برای سیستم خود داشته باشید. با خواندن این مقاله، می‌توانید دانش خود را در مورد ایمنی و کارایی سیستم الکتریکی ارتقا دهید و از اهمیت این الکترودهای حیاتی مطلع شوید.
الکترود زمین چیست؟
زمین‌گیر، عنصری حیاتی در سیستم‌های الکتریکی، به شکل یک میله یا رسانا عمل می‌کند. این قطعه، مسیری الکتریکی برای جریان‌های سرج و صاعقه فراهم می‌کند تا به زمین منتقل شوند. هدف از استفاده از آن، محافظت از تجهیزات و مدارها در برابر نوسانات ناگهانی ولتاژ است. به این ترتیب، الکترود زمین، یک اتصال الکتریکی ایمن بین اجسام فلزی و زمین برقرار می‌کند.
برای ایجاد اتصال به زمین، از هادی‌هایی با اشکال متنوع استفاده می‌شود که می‌توان به میله‌های مسی، لوله‌های پوشش‌داده‌شده با روی (گالوانیزه) و سیم‌های فولادی اشاره کرد. این هادی‌ها معمولاً در اعماق متفاوتی از خاک قرار می‌گیرند تا ارتباط الکتریکی با زمین برقرار شود. طبق ضوابط ملی برق ایالات متحده (NEC)، میزان مقاومت هادی‌های اتصال زمین نباید از ۲۵ اهم تجاوز کند تا عملکرد مطلوب سیستم تضمین گردد. شایان ذکر است که به‌کارگیری هادی‌های آلومینیومی برای این منظور مناسب نیست، چرا که ویژگی‌های فیزیکی لازم را ندارند. همچنین، کابلشوهای مسی به‌عنوان یک رابط ایمن در سامانه‌های الکتریکی، به‌ویژه در زمان اتصال به هادی زمین مسی، نقش دارند و عبور جریان را به‌صورت مطمئن میسر می‌سازند.
عوامل تاثیرگذار بر روی الکترود زمین چیست؟
کارایی و عملکرد بهینه‌ی الکترود زمین به پارامترهای متعددی وابسته است. در این میان، مقاومت ویژه‌ی خاک نقشی کلیدی ایفا می‌کند. مطالعات و استانداردهای موجود تاکید دارند که نواحی با مقاومت خاک بالا، گزینه‌های مطلوبی برای استقرار سیستم‌های اتصال زمین مسی به شمار نمی‌روند. طبق ضوابط مندرج در استاندارد NEC، سقف مقاومت مجاز خاک، ۲۵ اهم تعیین شده است. از این رو، آگاهی از مشخصات خاک در محل احداث الکترود، از اهمیت بسزایی برخوردار است.
مقاومت خاک
میزان رطوبت و نوع مواد تشکیل‌دهنده خاک، عوامل تعیین‌کننده‌ای در میزان مقاومت آن هستند. معمولاً مقاومت خاک‌های خشک در مقایسه با خاک‌های مرطوب بیشتر است. وجود آب در خاک، غلظت الکترولیت‌ها را بالا برده و به تبع آن، مقاومت الکتریکی خاک را پایین می‌آورد. افزون بر این، ساختار منفذدار خاک‌های خشک، عاملی برای افزایش مقاومت آنها در برابر خاک‌های دارای رطوبت است.
عمق نصب الکترود زمین
علاوه بر موارد پیشین، کیفیت خاک و عمقی که الکترود مسی در آن قرار می‌گیرد، بر کارایی آن اثرگذار هستند. برای دستیابی به کمترین مقاومت زمین، تعیین عمق بهینه برای نصب الکترود، امری حیاتی است. معمولاً، برای بهره‌مندی از مقاومت کمتر خاک، الکترودها در عمق‌های بین ۲ تا ۳ متر دفن می‌شوند. لایه‌های سطحی خاک، بیشترین مقاومت را دارند؛ در حالی که با افزایش عمق، این مقاومت رو به کاهش می‌گذارد. از این رو، جایگذاری الکترود در عمق بهینه، نقشی کلیدی در بهبود عملکرد و بازدهی سیستم ارتینگ ایفا می‌کند.
تأثیر دما بر عملکرد الکترود زمین
یکی دیگر از فاکتورهای تعیین‌کننده در بازدهی الکترود زمین، دمای خاک است. در نواحی با اقلیم سردسیر و مستعد یخبندان، خاک مقاومت الکتریکی بسیار بالاتری پیدا می‌کند که این امر می‌تواند راندمان سیستم‌های اتصال به زمین را کاهش دهد. از این رو، در زمان برنامه‌ریزی و اجرای سیستم‌های الکترود زمین، لحاظ نمودن شرایط آب و هوایی و ویژگی‌های اقلیمی منطقه مورد نظر، ضروری است.
انواع مختلف الکترود زمین چیست؟
سیستم‌های اتصال زمین (ارتینگ) از دو گروه اصلی الکترود بهره می‌برند: الکترودهای ساخت بشر و الکترودهای موجود. الکترودهای مصنوعی، که به‌طور ویژه برای برقراری پیوند الکتریکی با زمین ساخته می‌شوند، در اشکال گوناگونی مانند میله‌ای، صفحه‌ای و مشبک یافت می‌شوند. کارآمدی بالای این الکترودها در اتصال به زمین، مرهون طراحی هدفمند و به‌کارگیری مواد بهینه در ساختار آن‌هاست. در مقابل، الکترودهای طبیعی، که در اصل برای مقاصد دیگری تعبیه شده‌اند، می‌توانند در شرایط خاص، به‌عنوان بخشی از سیستم اتصال به زمین مورد بهره‌برداری قرار گیرند.
الکترودهای طبیعی می‌توانند شامل این موارد باشند: آرماتورهای به کار رفته در شمع‌های بتنی، لوله‌های فلزی انتقال آب، قطعات فلزی به کار رفته در سازه‌ها و روکش‌های فلزی کابل‌ها. توجه به این نکته ضروری است که استفاده انحصاری از این الکترودها توصیه نمی‌شود و برای دستیابی به کارایی مطلوب و ایمنی کافی، عموماً استفاده از آنها در کنار الکترودهای مصنوعی ضروری است. مس، به واسطه رسانایی الکتریکی بالای خود، به عنوان یک ماده‌ی کلیدی در سیستم‌های اتصال به زمین (ارتینگ) شناخته می‌شود و به همین دلیل، الکترودهای زمین مسی نقش بسزایی در کاهش ریسک برق‌گرفتگی دارند. همچنین، شمش مسی می‌تواند به عنوان ماده اولیه برای ساخت الکترودهای کارآمد مورد استفاده قرار گیرد.
انواع الکترود قائم
جهت هدایت جریان‌های ناخواسته و اضافی به زمین در سامانه‌های اتصال به زمین (ارتینگ)، از الکترودهای متنوعی بهره می‌برند. این الکترودها قابلیت نصب به دو شکل افقی و عمودی را دارند. الکترودهای نوع عمودی، ویژه نصب در راستای قائم در دل خاک طراحی شده‌اند و کاربرد آنها بیشتر در مکان‌هایی با محدودیت فضایی است. برخی از گونه‌های الکترود عمودی شامل موارد زیر می‌شوند:
الکترود میله ای
الکترودهای میله‌ای، که معمولاً از جنس فولاد با روکش گالوانیزه یا مس هستند، به صورت استوانه‌هایی کشیده طراحی می‌شوند. این الکترودها، که به صورت قائم در خاک قرار می‌گیرند، غالباً در سیستم‌های اتصال به زمین مناطقی که خاک آنها مقاومت الکتریکی کمی دارد، به کار می‌روند.
الکترود لوله ای
الکترودهای لوله‌ای، از نظر کارکرد، مشابه الکترودهای میله‌ای هستند، با این تفاوت که در ساختار آنها به جای میله‌های فلزی، لوله‌های فلزی به کار رفته است. سطح مقطع وسیع‌تر این لوله‌ها، موجب افزایش قابلیت آنها در هدایت جریان الکتریکی می‌شود.
الکترود زمین چه کاربردی دارد؟
الکترود زمین یکی از اجزای مهم در سیستم‌های برق رسانی و حفاظتی به شمار می‌آید. این دستگاه به عنوان یک نقطه اتصال به زمین عمل می‌کند و وظیفه‌اش این است که جریان‌های اضافی یا نشت‌های الکتریکی را به زمین هدایت کند. این کار به جلوگیری از خطرات ناشی از برق گرفتگی و آسیب به تجهیزات کمک می‌کند.
کاربردهای الکترود زمین بسیار متنوع هستند. به عنوان مثال، در تأسیسات برق، الکترودها به منظور ایمنی و حفاظت از سیستم‌های الکتریکی به کار می‌روند. همچنین در نصب سیستم‌های خورشیدی و دکل‌های مخابراتی نیز از الکترود زمین برای به حداقل رساندن خطرات ناشی از صاعقه و نوسانات برق استفاده می‌شود.
توجه به انتخاب و نصب صحیح الکترود زمین از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. نوع خاک، عمق نصب و جنس الکترود از عواملی هستند که تأثیر زیادی بر عملکرد آن دارند. به طور کلی، الکترود زمین نه تنها ایمنی سیستم‌های الکتریکی را افزایش می‌دهد، بلکه طول عمر تجهیزات را نیز افزایش می‌دهد و موجب کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود. در نهایت، استفاده صحیح از الکترود زمین می‌تواند به ایجاد یک محیط ایمن و پایدار کمک کند.