بتن مورد استفاده در فونداسیون ساختمان‌ها دارای خاصیت هدایت ویژه‌ای است و به طورکلی دارای سطح تماس زیادی با خاک است. بنابراین اساسا میلگردهای فلزی مستقر دربتن می‌تواند برای اهداف سیستم زمین مورد استفاده قرار گیرند، مگر اینکه بتن بوسیله عایق حرارتی خاص یا سایر وسایل از خاک جدا شده باشد. به علت اثرات شیمیایی و فیزیکی بتن ، میلگرد و فولاد گالوانیزه یا فلزات دیگر که در عمق حداقل 5 سانتی‌متری داخل بتن قرار می‌گیرند، به شدت از خوردگی محافظت شده و تا پایان عمر ساختمان ماندگاری و دوام دارند. در هر جایی که امکان دارد، باید اثرات هدایتی میلگردهای ساختمان نیز مورد استفاده قرار گیرد.

نصب الکترود زمین فونداسیون مستقر در داخل بتن در زمان بنای ساختمان به دلایل زیر یک راه‌حل اقتصادی و مقرون به صرفه برای دستیابی به الکترود زمین بلندمدت و ماندگار می‌باشد: 

  • انجام کارهای حفاری اضافی لازم نیست.
  • باتوجه به عمق نصب از شرایط منفی آب و هوایی فصلی در امان است.
  • تماس خوبی را با خاک فراهم می‌کند.
  • این الکترود عملا در تمام سطح فونداسیون ساختمان گسترش می‌یابد و این سطح موجب بدست آمدن حداقل امپدانس الکترود زمین می‌شود .
  • آرایش زمین بهینه‌ای را برای اهداف سیستم حفاظت از صاعقه فراهم می نماید.
  • از لحظه شروع عملیات احداث ساختمانی، می‌توان از آن به عنوان یک الکترود زمین برای تاسیسات  الکتریکی کارگاه ساختمانی استفاده کرد.

الکترودهای زمین فونداسیون مستقر در بتن، علاوه بر اثرات مفید روی سیستم زمین، زیر بنای خوبی برای همبندی اصلی فراهم می‌نماید. 

نکته مهم قبل از استفاده از الکترودهای زمین فونداسیون مدفون در بتن:

اگر فونداسیون ساختمان به طور کامل در برابر اتلاف انرژی گرما با استفاده از مواد غیر رسانا عایق بندی شود، و همچنین اگر فونداسیون با استفاده از مواد خاصی (به عنوان مثال با استفاده از صفحات پلاستیکی با ضخامت بیش از 0.5 میلی متر) دربرابر نفوذ آب عایق‌بندی شود، سیستم زمین با استفاده از فونداسیون بتنی قابل اجرا نیست. در چنین مواردی، اثر مثبت میلگرد موجود در بتن برای همبندی اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرد، و برای اهداف سیستم زمین، باید از یک راهکار دیگر استفاده شود مثلا یک الکترود زمین به صورت حلقوی در خارج فونداسیون نصب شود که آن حلقه وظیفه اصلی الکترودهای زمین فونداسیون را به دوش می‌کشد و یا یک الکترود زمین فونداسیون مدفون در بتن زیر لایه فونداسیون ایزوله اجرا شود و یا یک آرایش دیگر سیستم زمین در اطراف ساختمان یا الکترود زمین فونداسیون مدفون در خاک اجرا گردد.

شکل 1: ایزولاسیون فونداسیون

اجرای الکترودهای زمین فونداسیون مستقر در بتن:

  • این الکترود زمین به صورت حلقوی نصب می‌شود به طوریکه در منطقه خاکبرداری و زیر فونداسیون درتماس الکتریکی با زمین باشد. سایز مش‌ها باید حداکثر 20m*20m باشد. اگر سیستم حفاظت از صاعقه در طراحی پیش بینی شده باشد حداکثر ابعاد مش 10m*10m خواهد بود. توصیه می‌شود که اندازه مش کاهش یافته (10m*10m) برای تمام ساختمانها استفاده شود تا امکان طراحی سیستم حفاظت از صاعقه در آینده وجود داشته باشد. شاید در طول عمر ساختمان اندازه کوچکتر مش هم مورد نیاز باشد. اگر یک ساختمان با سیستم حفاظت از صاعقه منطبق بر استاندارد IEC 62305-4 نصب شود حداکثر اندازه 5m*5m مورد نیاز است. اگر الکترود زمین حلقوی نزدیک به سطح زمین اجرا شود باید مقاومت تماسی زمین ثابت و دائم تامین شود. الکترود زمین باید پایین‌تر از عمق یخ‌زدگی نصب شود، یعنی حداقل در عمق 80 سانتی‌متری سطح زمین باشد. دراین مورد باید از رطوبت کافی زمین مطمئن باشید. بنابراین الکترود زمین حلقوی درصورت پیش آمدگی  بیش از حد سقف می تواند در خارج این محدوده زمین هم ادامه داشته باشد. 
  • در صورت عدم استفاده از میلگرد سازه ساختمان، برای رعایت پوشش حداقل 5 سانتی‌متری بتن روی الکترودهای زمین فونداسیون از ابزارهای خاصی برای رعایت فاصله هادیهای الکترود زمین استفاده می‌شود. اگر از تسمه‌های نواری به عنوان سیستم زمین استفاده شود، باید آنها را روی لبه‌ها ثابت نمود تا اینکه از حفره‌های بدون بتن جلوگیری شود. نوار باید به صورت عمودی در بتن نصب شود. اگر این نکته  رعایت نگردد، موقعیت نوار ممکن است هنگام بتن ریزی تغییر داده شود. در نتیجه، لایه پوشش مورد نیاز تامین  نمی‌شود و یا حباب های هوا ممکن است بوجود بیایند. اگر فشرده‌سازی مکانیکی بتن بوسیله ویبراتور انجام  شود و تمام اطراف نوار فولادی بتن قرار گیرد نیازی به قرار گرفتن عمودی نیست و قرارگیری افقی هم کفایت می‌کند. در صورت استفاده از میلگرد اضافی، باید آنها را به میلگردهای سازه اصلی در فواصل 2 متر یا کمتر محکم نمود. 
  • هادی الکترود زمین فونداسیون مدفون در بتن باید حداقل یک ترمینال برای اتصال به سیستم الکتریکی ساختمان داشته باشد. ترمینال در نقطه اتصال باید برای اهداف اندازه‌گیری و نگهداری در دسترس باشد. برای سیستم حفاظت از صاعقه و برای ساختمان‌های خاص، ممکن است بیش از یک ترمینال الکترود زمین فونداسیون مورد نیاز باشد. (به عنوان مثال برای هادیهای پایین رونده سیستم های حفاظت از صاعقه)
  • در جایی که الکترود زمین فونداسیون از بتن خارج شده و وارد خاک می‌شود، مسائل خوردگی برای هادیهای فولادی باید مورد توجه قرار گیرد. برای چنین اتصالاتی، توصیه می‌شود که آنها در بتن داخل ساختمان یا اگر در بیرون ساختمان است در سطح مناسب بالاتر از سطح زمین بیرون آورده شوند.
  • اتصالات باید به طور صحیح برقرار شده و از لحاظ الکتریکی رضایت بخش باشند. اتصال هادی زمین به الکترود زمین باید به طور صحیح ساخته شده و از لحاظ الکتریکی کاملا مناسب باشد. اتصال باید بوسیله جوش اگزوترمیک، اتصالات فشاری یا گیره‌ای یا سایر اتصالات مکانیکی مناسب اجرا شوند. رابط‌های مکانیکی باید طبق دستورالعمل سازنده نصب شده باشند. هنگامی که از گیره استفاده می‌شود نباید به الکترود و هادیهای زمین صدمه‌ای وارد نماید. دستگاه‌های اتصال یا رابط‌ها که بوسیله‌ی لحیم‌کاری اتصال را برقرار می‌کنند نباید مستقل استفاده شوند زیرا به صورت مطمئن و قابل اعتماد استحکام مکانیکی لازم را فراهم نمی کنند.

شکل 2: اتصالات مجاز از دیدگاه IEC 62305

  • اگر میلگرد تقویتی فونداسیون ساختمان به عنوان یک الکترود مورد استفاده قرار گیرد برای اجرای اتصالات  بوسیله‌ی جوش، باید مجوز کتبی طراح سازه‌ی ساختمان را دریافت کرد. اتصالات با استفاده از سیم مفتول برای اهداف حفاظتی مناسب نیست، و تنها برای تامین سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) مفید واقع می‌شود. اجزای میلگردهای تقویتی پیش ساخته نباید به عنوان یک الکترود استفاده شود.
  •  برای جلوگیری از مشکلات خوردگی هیچ الکترود فولادی نباید مستقیما از بتن به خاک وارد شود، به جز الکترودهای ساخته شده از فولاد ضد زنگ (استاینلس استیل) و یا به شیوه‌ای مناسب که با حفاظ پیش ساخته شده در مقابل خوردگی محافظت شوند. پوشش گالوانیزه گرم یا حفاظت با استفاده از رنگ یا مواد مشابه دیگر برای این موارد کافی نیست. سیستم زمین در اطراف و نزدیک این ساختمانها باید با استفاده از موادی غیر از فولاد گالوانیزه گرم ساخته شده باشد تا در تمام طول عمر ساختمان دوام داشته باشد.

اجزای اتصال:

برای قابل استفاده بودن الکترودهای زمین و هادی هم‌بندی اصلی، اجزای اتصال مانند اهرم‌های اتصال یا ترمینال‌های زمین به صورت ثابت باید در نقاط مشخصی نصب شوند. اجزای اتصال معمولا در نقاط زیر نصب می‌شوند:

  • شینه زمین اصلی
  • میله‌های هم‌بندی هم پتانسیل سازی اضافی در اتاق‌های تجهیزات فنی 
  • تاسیسات فلزی شامل ریل آسانسور، ستون‌های فولادی، عناصر نمای خارجی 
  • اقدامات سازگاری الکترومغناطیسی مانند سپرهای ساختمان، میله های هم‌بندی حلقه هم پتانسیل سازی 
  • مسیرهای کابل یا کانال‌های ساختمان 
  • پیش آمدگیهای استراکچر
  • اتصال به الکترود زمین حلقوی  /  هادی همبندی اصلی
  • هادیهای نزولی سیستم حفاظت از صاعقه خارجی
  • ناودانی‌ها
  • اقدامات کمکی سیتم زمین مثلا میله‌های سیستم زمین 

شکل 3: روشهای اتصال به شبکه هم‌بند داخل بتن از دیدگاه IEC 62305

ساق های اتصالات داخل ساختمان باید از نقطه ورود ساختمان به میزان 1.5 متر طول داشته باشند و از سطح زمین هم به اندازه 1.5 متر بیرون بیایند. برای اطمینان از این که تجهیزات اتصال به طور ناگهانی قطع نمی‌شوند، آنها باید به طور  واضح در مرحله ساخت و ساز مشخص شده باشند، به عنوان مثال قاب محافظی که حتی با مته هم صدمه نمی بیند روی آن قرار گیرد. هنگام تهیه نقشه های چون ساخت ، ابعاد و مشخصه ها باید در نقشه ها تکمیل و  مشخص گردند.

اندازه‌گیری و مستند سازی :

بعداز نصب سیستم الکترود زمین فونداسیون و قبل از بتن‌ریزی باید مستندسازی از وضعیت موجود انجام شود. مستندات باید شامل موارد زیر باشند:

  • ترسیم جایگذاری سیستم الکترود زمین فونداسیون 
  • تصاویری از نصب کامل سیستم 
  • تصاویر مفصل و گویا از نقاط مهم اتصال (به عنوان مثال اتصال به شینه اصلی زمین، اتصال به سیستم حفاظت از صاعقه)
  • نتایج اندازه‌گیری تست پیوستگی  

تست پیوستگی:

 پیوستگی بین اجزاء الکترود زمین فونداسیون جهت اطمینان از اتصالات باید اندازه‌گیری شده و مقدار مقاومت نباید بیشتر از 0.2 اهم باشد. مقدار مقاومت با یک جریان 10 آمپری اندازه گیری می‌شود. ابزار اندازه‌گیری که برای این تست استفاده می‌شود باید کاملا مناسب این هدف باشد.

شکل 4: تست پیوستگی

منبع: IEC 60364 , IEC 62305 , DEHN