شاندیز آسانسور آسانسور ، پله برقی، بالابر، صنعت ساختمان
شاید این مطالب برایتان مفید باشد
در دنیای مهندسی مدرن، طراحی و اجرای ایمن تأسیسات الکتریکی بدون در نظر گرفتن سیستم اتصال به زمین (Earthing System) غیرممکن است. توسعه روزافزون تجهیزات حساس دیجیتالی، سیستم‌های کنترل ابزار دقیق (DCS و PLC)، دیتاسنترها و شبکه‌های توزیع فشار قوی و ضعیف، حساسیت دستیابی به مقاومت اهمی بسیار پایین و پایدار را دوچندان کرده است. هدف غایی از احداث سیستم اتصال زمین، تخلیه بی‌خطر جریان‌های ناشی از صاعقه، اضافه ولتاژهای سوئیچینگ شبکه و نشتی جریان به داخل توده خاک است؛ به‌گونه‌ای که خطرات ولتاژ گام (Step Voltage) و ولتاژ تماس (Touch Voltage) به حداقل ممکن تقلیل یافته و جان نیروی انسانی و تجهیزات گران‌قیمت تضمین گردد.
دستیابی به چنین شبکه‌ای مستلزم اجرای دقیق مطابق با کدهای ملی و جهانی از جمله مقررات ملی ساختمان (مبحث سیزدهم)، استانداردهای IEEE 80، BS 7430 و سری استاندارد IEC 62561 می‌باشد. در این مسیر، بهره‌گیری از تکنولوژی‌های روز مهندسی متالورژی و ژئوتکنیک، نظیر اتصالات ذوبی مولکولی و بکفیل‌های فرآوری‌شده، مرز میان یک پروژه مهندسی ماندگار با سیستم‌های سنتی و پرهزینه است. در بازار کشور، تکیه بر خدمات فنی و محصولات کارخانه‌ای معتبر همچون شرکت پژوهش آذرخش نوری، مسیر پیمانکاران، مشاوران و مهندسان ناظر را در طراحی، محاسبات و اجرای پروژه‌های ملی ارتینگ هموار نموده است.
چالش مقاومت ویژه خاک و نقش راهبردی مواد کاهنده مقاومت زمین (بکفیل)
پایه و اساس محاسبه و طراحی الکترودهای ارت، مقاومت ویژه خاک (Soil Resistivity) است. در اقلیم جغرافیایی ایران با پهنه‌های گسترده کوهستانی، سنگی، شنی، آهکی و مناطق خشک با سفره‌های آب زیرزمینی بسیار عمیق، مقاومت ویژه خاک مقادیری به مراتب بالاتر از ۱۰۰۰ اهم-متر نشان می‌دهد. در چنین بافت‌های نامساعدی، حفر چاه‌های بسیار عمیق یا اجرای شبکه‌های مش عظیم علاوه بر بار مالی سرسام‌آور، از نظر عملیاتی نیز اغلب ناممکن یا غیراقتصادی است.
راهکار کارشناسی و پذیرفته‌شده در استانداردهای جهانی نظیر IEC 62561-7، بهره‌برداری از مواد کاهنده مقاومت زمین یا همان بکفیل‌های فرآوری‌شده صنعتی (Earth Enhancing Compounds) است. این متریال جایگزین مخلوط‌های ناکارآمد قدیمی مانند نمک و زغال گردیده است؛ چرا که روش‌های سنتی علاوه بر شسته شدن سریع و از دست دادن رسانایی در کمتر از چند فصل، موجب خوردگی وحشتناک و انهدام صفحه و میله مسی در مجاورت نمک می‌شدند.
پارامترهای عملکردی یک بکفیل استاندارد و مهندسی‌شده:
- پایداری فیزیکی و مقاومت در برابر پدیده آب‌شویی (Leaching): بکفیل‌های مرغوب ساختار کلوئیدی متراکمی تشکیل می‌دهند که در مواجهه با نفوذ باران‌های فصلی یا رواناب‌ها، یون‌های هادی خود را حفظ کرده و شسته نمی‌شوند.
- تولید الکترولیت متراکم و افزایش سطح مؤثر هادی: مواد کاهنده تمام ناهمواری‌ها و خلل و فرج خاک پیرامون الکترود را پر می‌کنند، به نحوی که مقاومت تماسی (Contact Resistance) هادی با زمین را عملاً به سمت صفر میل می‌دهند.
- حفاظت کاتدی و ممانعت از خوردگی گالوانیک: برخلاف نمک و مواد اکسیدکننده، ترکیب فرمولاسیون بکفیل‌های پیشرفته دارای خاصیت قلیایی کنترل‌شده و پوشش‌دهنده بوده و طول عمر هادی مسی یا تسمه گالوانیزه را به ده‌ها سال افزایش می‌دهد.
- حفظ رطوبت در دوره‌های خشکسالی طولانی: قابلیت جاذب رطوبت (Hygroscopic) قوی موجب می‌شود سیستم حتی در گرم‌ترین ماه‌های سال، مقاومت مجاز ثبت‌شده در تأییدیه‌های رسمی نظام مهندسی و وزارت نیرو را حفظ کند.
جوش احتراقی (کدولد)؛ اتصال پایدار مولکولی در مقابل کلمپ‌های مکانیکی
شریان حیاتی هر رینگ هم‌بندی و سیستم حفاظت در برابر صاعقه، پیوستگی اتصالات (Equipotential Bonding) است. طبق آمار رسمی خرابی سیستم‌های حفاظتی، بیش از ۶۰ درصد قطعی‌ها و سوختن مدارهای حساس ناشی از افزایش امپدانس اتصالات زیرزمینی در محل بست‌ها و کلمپ‌های مکانیکی است. رطوبت خاک، سولفاته شدن، لرزش‌های فونداسیون سازه و فشارهای مکانیکی به‌مرور پیچ و مهره‌ها را سست کرده و یک مقاومت اهمی ناخواسته ایجاد می‌کنند.
در لحظه اصابت صاعقه با تخلیه جریان‌های چند ده‌کیلوآمپری، این نقطه اتصال ضعیف منفجر شده و خط اتصال زمین به طور فاجعه‌باری قطع می‌گردد.
بهترین و ایمن‌ترین روش پذیرفته‌شده در استانداردهای معتبر جهانی (از جمله IEEE Std 837)، به کار بردن اتصال ذوبی حرارتی یا اصطلاحاً جوش کدولد (Exothermic Welding) است. در این واکنش متالورژیکی، مخلوط پودری شامل اکسید مس و پودر آلومینیوم با خلوص مشخص در داخل محفظه احتراق قرار گرفته و در دمایی بالغ بر ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد واکنش گرمازا (Exothermic Reaction) رخ می‌دهد. ماحصل این فرآیند، مس مذاب فوق‌العاده خالص است که سیم‌ها، تسمه‌ها یا میله‌های ارت را در هم ذوب کرده و یک اتصال یکپارچه مولکولی بدون هرگونه مرز الکتریکی به وجود می‌آورد.
مزایای راهبردی جوش احتراقی در پروژه‌های ارتینگ:
- رسانایی الکتریکی فراتر از هادی اولیه: مقطع ذوب‌شده دارای خلوص مس بسیار بالایی است؛ در نتیجه، مقاومت عبور جریان در محل جوش معادل یا حتی کمتر از کابل سالم مجاور آن خواهد بود.
- پایداری مطلق در برابر جریان‌های اتصال کوتاه و ضربه صاعقه: مقاومت حرارتی جوش کدولد به اندازه خود هادی‌های اصلی بوده و تحت عبور سنگین‌ترین جریان‌های گذرای صاعقه (Impulse Currents) ذوب نمی‌شود یا ترک برنمی‌دارد.
- عدم خوردگی و پوسیدگی در عمق خاک: به دلیل یکی شدن ساختار متالورژیکی مس، هیچ‌گونه پیل الکتروشیمیایی و پدیده اکسیداسیون گالوانیک بین دو سطح شکل نمی‌گیرد و اتصال تا پایان طول عمر مفید سازه دائمی باقی می‌ماند.
تجهیزات و ابزارهای الزامی جهت اجرای جوش احتراقی استاندارد
برای پیاده‌سازی جوش کدولد اصولی در کارگاه، نیاز به مجموعه‌ای دقیق از تجهیزات مهندسی است که کم‌توجهی به کیفیت هر یک می‌تواند ایمنی تکنسین یا صحت پیوستگی جوش را مخدوش سازد:
- قالب‌های گرافیتی تراش‌خورده با CNC (Graphite Molds): شمش‌های گرافیتی نسوز با چگالی بالا (High Density Graphite) که دارای مقاومت حرارتی بی‌نظیری هستند. این قالب‌ها با تلورانس‌های دقیق میلی‌متری تراشیده می‌شوند تا مذاب مس در حین انفجار کنترل‌شده نشت نکند. شرکت پژوهش آذرخش نوری با ساخت قالب‌های اختصاصی در تیپ‌های اتصالی کابل به کابل (سه راهی و چهارراهی)، کابل به راد و تسمه به سازه فولادی، امکان بیش از ۵۰ تا ۷۰ بار جوش باکیفیت را با هر قالب فراهم می‌کند.
- دستگیره نگهدارنده قالب (Handle Clamp): ابزار فولادی ایمن با قفل‌های مستحکم جهت ثابت نگه‌داشتن دو فک قالب در حین تخلیه حرارتی.
- پودر جوش در کپسول‌های پلمپ: در اوزان مهندسی استاندارد (نظیر ۶۵، ۹۰، ۱۱۵، ۱۵۰، ۲۰۰ و ۲۵۰ گرم) متناسب با اندازه هادی، همراه با پولک فلزی نسوز و پودر چاشنی استارت جرقه‌زن.
- لوازم پاک‌سازی و تنظیف: شامل تفنگ جرقه‌زن پیستونی، برس‌های سیمی مقعر برای تمیزکاری نشیمنگاه هادی‌ها و کاردک‌های مخصوص تخلیه سرباره از محفظه گرافیتی.
الکترودهای اتصال زمین و سامانه‌های حفاظت پیرامونی در برابر صاعقه
سامانه جامع حفاظت در برابر اضافه ولتاژ شامل دو بخش حفاظت اولیه (صاعقه‌گیرهای بر فراز سازه) و حفاظت ثانویه (رینگ هدایت و شبکه مدفون در خاک) است. ستون مرکزی انتقال بار در زمین، میله‌های ارت (Earth Rods) با مقطع فولادی با روکش مس پیوند مولکولی (Molecular Copper Bonded) یا مقاطع تمام مس خلوص بالا هستند. استفاده از میله‌های بی‌کیفیت و با پوشش‌های غیراستاندارد با ضخامت میکرونی پایین، به محض کوبش در زمین متلاشی شده و به سرعت دچار پوسیدگی زیرسطحی می‌شوند.
در بالای سازه نیز نصب صاعقه‌گیرهای اکتیو (الکترونیکی خازنی – ESE) یا سیستم‌های فرانکلین با پایه‌های ایزوله، دکل‌های خودایستا و مقره‌های فشار قوی، ضربات صاعقه آسمانی را در کسری از میکروثانیه مهار کرده و از طریق هادی‌های نزولی مسی (Down Conductors) بدون جرقه زدن به بدنه سازه، به اعماق چاه‌های ارت غنی‌شده با بکفیل انتقال می‌دهند.
