هدف از گردآوري این مطلب، بررسی و درک عمیق تر مفاهیم مرتبط با سیستم‌های زمین، با استفاده از روش‌هاي روزآمد و کارآمد این قسمت از مهندسي برق است که اگر چه در گذشته این موضوع برای بشر اهمیت چندانی نداشته است اما امروزه در وضعیت فعلي کشور و حجم انبوه پروژه‌هاي صنعتي و پيشرفت فناوري، بیشتر به این نظام نیازمندیم و قطعا در آینده هم این نیاز بیشتر خواهد بود. سیستم ارتینگ که معادل انگلیسی آن Earthing System نامیده می‌شود، متشکل از چاه ارت و سیستم متصل به چاه است و از مدارها محافظت می‌کند. اگر ما بدنه همه‌ی دستگاه‌های برقی از جمله صنعتی و مخابراتی و خانگی و به طور کلی هر وسیله مصرف کننده برق را توسط یک رشته سیم به سیم اتصال به زمین متصل کنیم، در این صورت یک سیستم ارتینگ ایجاد کرده‌ایم.
همانطور که می‌دانید اختلاف پتانسیل میان دو نقطه باعث ایجاد انرژی الکتریکی یا ولتاژ بین آن دو نقطه می‌شود. درست است که این اختلاف پتانسیل موجب ایجاد انرژی و به کار افتادن تجهیزات برقی هم می‌شود اما در بعضی موارد این بار الکتریکی بخش‌هایی را باردار می‌نماید که احتمال برق گرفتگی و سوختن تجهیزات برقی را به دنبال خواهد داشت. همچنین با بروز یک اتصال سریع و ناخواسته با بدنه تجهیزات الکتریکی، قطعات فلزی که با زمین اتصال ندارند، در همان پتانسیل فاز قرار می‌گیرند و شخصی که با آنها در تماس است، ممکن است دچار برق گرفتگی شده یا آسیب ببیند.
در چنین مواقعی اگر یک سیستم ارتینگ کارآمد داشته باشیم با انتقال ولتاژ به زمین تمامی خطرات احتمالی را از بین خواهیم برد. از آنجا که در سیستم برق مصرفی در بین فاز و نول و یا دو فاز که نام آنها مشابه نیست اختلاف پتانسیل دیده می‌شود و این اختلاف پتانسیل بین فاز و نول ۲۲۰ ولت و بین دو فاز غیر هم نام ۳۸۰ ولت می‌باشد؛ بین هر فاز و زمین نیز این اختلاف پتانسیل وجود دارد و ولتاژ زمین به عنوان نقطه صفر در نظر گرفته می‌شود. هدف سیستم ارتینگ هدایت جریان ناخواسته به زمین است. از ویژگی‌های مهم یک سیستم زمین می‌توان به امپدانس الکتریکی بسیار پایین، مقاومت مکانیکی بسیار بالا و همچنین مقاومت بالا در برابر خوردگي اشاره کرد.
کاربرد سیستم ارتینگ
از جمله کاربردهای سیستم ارتینگ می‌توان به حفاظت از انسان‌ها و تجهیزات، کارکرد صحیح سیستم تغذیه الکتریکی، انتقال جریان‌های لحظه‌ای ایجاد شده از طریق تخلیه الکترواستاتیک و حوادث جوی و همچنین حفاظت و کارکرد مناسب تجهیزات مخابراتی و دیتا اشاره کرد. لازم به ذکر است که کاربرد سیستم ارتینگ را می‌توان وابسته به مکان‌هایی دانست که شبکه برق‌کشی و جریان الکتریکی در آن جریان دارد.
ایجاد ایمنی و حفاظت از دستگاه‌ها و کارکنان فعال در همه‌ی فضاها یک امر کاملا ضروری به شمار می‌رود. لذا در هر مکانی که مدارهای قدرت و ولتاژ یافت شود، ما نیازمند عملکرد ارتینگ و کارکرد خوب آن در پیشگیری از افزایش الکتریسیته ساکن و خرابی عایق‌های مدار هستیم. این سیستم کلیه مصرف‌کنندگان برق را به کمک سیم ارت به چاه ارت متصل ساخته و از آنها در مقابل نوسانات جریان محافظت می‌نماید. شیوه عملکرد سیستم ارتینگ اصولا به گونه‌ای است که در صورت اتصال فاز به این سیستم با قطع جریان توسط فیوز روبه رو می‌شویم. همچنین این فیوز جریان‌های بالاتر از ۳۰ میلی آمپر را قطع کرده و بدین گونه از مدارات محافظت می‌نماید.
اگرچه کاربرد اصلی سیستم ارتینگ حفاظت در برابر ولتاژهای اضافه تولید شده در بدنه دستگاه‌ها است که خطر آسیب دیدگی به این دستگاه‌ها و اشخاص استفاده کننده از آنها را به دنبال دارد، اما استفاده از سیستم ارتینگ و صاعقه گیر جهت دفع خطرات ناشی از برخورد صاعقه نیز این روزها کاملا رواج پیدا کرده است. هرچند که تعداد فراوانی از سیستم‌های حفاظتی، دیجیتالی و غیره در کلیه مراکز و صنایعی چون نفت، گاز، مخابرات و غیره وجود دارد، اما باز هم استفاده از یک سیستم ارتینگ و صاعقه گیر توانمند از واجبات مهم است. به کمک همین سیستم می‌توان ولتاژهای ناشی از صاعقه را خنثی نمود و البته از جان اشخاص محافظت نموده و مانع ایجاد ولتاژ اضافی شویم. همچنین شرایط کار را در مراکز پرتنشی چون نیروگاه‌ها، صنایع پتروشیمی و غیره را نیز به صورت امن و بی خطر فراهم ساخت.
نکات مهم سیستم ارتینگ
در خصوص سیستم ارت نکات بسیار فراوانی وجود دارد که رعایت آنها ایمنی و کارکرد صحیح این مجموعه را به دنبال دارد. برخی از این نکات عبارتند از:
- بهتر است که جنس میله برق گیر مس با آلیاژ استاندارد باشد و امکان پوشش دهی تمامی تجهیزات را داشته باشد
- با مفتول برنج یا نقره در تمام نواحی اتصالات جوشکاری انجام شود
- برای نقاط روی زمین سیم ارت روکش دار و برای سطح‌های داخل زمین از سیم بدون روکش استفاده شود
- میان ولتاژ بین نول و گراند در ایستگاه‌ها اختلاف وجود نداشته باشد
- استاندارد قابل قبول برای اتصال به زمین در سایت‌های کوچک زیر ۱۰ اهم و در سایت‌های بزرگ زیر ۳ اهم می‌باشد که باید لحاظ شود
انواع سیستم ارتینگ
دو نوع سیستم ارتینگ وجود دارد که یکی از آنها سیستم زمین تک فاز و نوع دوم آن سیستم زمین سه فاز می‌باشد. معمولا برای نام بردن آنها از عبارات مختصر آنها استفاده می‌کنند. برای نمونه هادی فاز را با حرف انگلیسی ( ال ) و هادی خنثی را با حروف انگلیسی ( ان ) و هادی زمین را با ( پی ای) و هادی مشترک خنثی و زمین را با ( پی ای ان ) نشان می‌دهند. بدین گونه معرفی هر بخش از سیستم ارتینگ راحت تر می‌شود.
انواع روش های اجرای سیستم ارتینگ
دو روش کلی برای اجرای سیستم ارتینگ وجود دارد که یکی از این روش‌ها روش زمین عمقی و دیگری روش زمین سطحی می‌باشد. هر یک از این روش‌ها نیازمند تجهیزات مخصوص به خود بوده و شیوه اجرای متفاوتی دارند. در ادامه مطلب به معرفی این روش‌ها و نحوه اجرای آنها اشاره شده است:
- روش زمین عمقی: در این روش برای اتصال سیم ارتینگ باید از یک چاه استفاده کنیم و روشی کاملا عادی است. برای استفاده از این روش باید به برخی نکات توجه نمود. برای مثال عمق چاه که بین چهار تا هشت متر متغیر است، نحوه اتصال سیم به صفحه مسی که باید از استحکام خاصی برخوردار باشد و نیازمند جوش زدن سیم با صفحه است، نحوه حفر چاه ارت و پر کردن چاه ارت نمونه‌هایی از نکات قابل ملاحظه هستند.
- زمین سطحی: در منطقه‌های که قابلیت حفاری عمیق وجود ندارد یا در عمق بسیار کم اجرا می‌شود سیستم ارت سطح زمین کاربرد دارد. عمق حفاری در این روش تقریبا ۸۰ سانتی متر می‌باشد. در محل‌هایی که ارتفاع از سطح دریا در آنها خیلی پایین باشد نیازمند استفاده از سیستم ارتینگ سطحی می‌باشید. همچنین در زمان‌هایی که فاصله بین دکل و سایت بسیار زیاد است و یا پستی و بلندی اطراف سایت کم است روش سطحی نسبت به روش زمین عمقی ترجیح داده می‌شود. برای اجرای ارت به روش سطحی روش‌های متفاوتی وجود دارد که از این روش‌ها می‌توان به روش‌های پنجه ای یا شعاعی، مختلط، حلزونی، الکتروشیمیایی و شبکه ای اشاره نمود. هر کدام از این روش‌ها نیاز به مصالح مختلفی دارند و روش اجرای آنها نیز مخصوص به خود است.
سیستم ارت در ارتفاعات
در ارتفاعات و مناطق کوهستانی که امکان اجرای دو روش ذکر شده وجود ندارد، از روش حفاری مغزی فولادی استفاده می‌شود. در محل‌های خاص یا ارتفاعات بلند و صخره‌‌های خاکی با حفاری یا ایجاد شیار امکان کوبیدن میله مغز فولادی وجود داشته و سیستم ارتینگ برای آنها قابل اجرا می‌شود.
عوامل پیدایش خطا در سیستم ارتینگ
از جمله مواردی که می‌تواند موجب اختلال در سیستم ارتینگ شود عبارتند از:
- عدم اطمینان ازسالم بودن تجهیزات و لوازم سیستم
- عوامل تصادفی و اتفاقات غیر قابل پیش بینی
- صاعقه: صاعقه به طور معمول حدود ۱۰۰ میلیارد وات انرژي تـــــولید مي كنــد و مي تواند این مقدار را تا ۱۶۰۰۰ میلیارد وات هم بالا ببرد، نیرویي كه نمی‌توان در هیچ كجاي دیگر یافت. همانطور که می‌دانید صاعقه از تخلیه الکترواستاتیکی میان ابر و زمین به وجود می‌آید، این پدیده اسرار آمیز در عین زیبایی بسیار مخرب بوده و درصد بسیار بالایی از اتصالی‌های خطوط انتقال نیروبه موجب برخورد صاعقه به خطوط انتقال به وقوع می‌پیوندد.
- شرایط نامناسب طبیعی مثل باد، یخبندان، باران و ارتینگ
- برخورد وسایل نقلیه زمینی با دکل‌ها و یا برخورد وسایل نقلیه هوایی با هادی خطوط انتقال
- برخورد پرندگان با هادی‌های خطوط انتقال
- سقوط درختان بر روی هادی‌های خطوط انتقال
چرا سیستم ارتینگ وظیفه حفاظتی دارد؟
لازم است بدانید که بسياري از حوادثي كه در يك مجتمع صنعتي براي کارکنان و نيز تجهيزات روي مي‌دهد به دليل استفاده نکردن و نبودن یک سیستم ارتینگ اعم از الكتريكي و حفاظتي می‌باشد. لذا اجراي صحيح ارتینگ و آشنايي با مشخصات استاندارد آن، از اهميت خیلی زیادی بهره مند است. همچنین انجام تست‌ها و بازديدهاي مداوم و رعايت نكات استاندارد هم در بهره برداري مي تواند تا حد بسيار زيادي در پیشگیری از بروز حادثه براي اشخاص و نيز تجهيزات مورد استفاده در مجتمع، مؤثر باشد.
سیستم ارتینگ و کاربرد آن در ساختمان‌ها
همانطور که می‌دانید سیم فاز بسیار خطرناک است و دارای بارهای الکتریکی می‌باشد پس هنگام برخورد با اجسام رسانا بار الکتریکی را به آنها منتقل می‌کند. از سیم نول نیز برای ایجاد مدار بسته استفاده می‌شود و لمس کردن آن بلامانع است و هیچ گونه خطری ندارد. همانطور که پیش تر گفته شد بین دو فاز غیر هم نام، از جمله بین فاز و نول اختلاف پتناسیل وجود دارد و زمین نیز به عنوان ولتاژ صفر در نظر گرفته می‌شود لذا از سیستم ارتینگ برای هدایت کردن جریان‌های ناخواسته به زمین استفاده می‌کنند. هنگامی که بدن انسان بین دو نقطه که دارای اختلاف فاز می‌باشند مثل فاز و نول و یا فاز و زمین قرار گیرد موجب می‌شود تا این جریان از بدن عبور نماید و همین امر سبب ایجاد یک شوک الکتریکی در فرد شده و اینگونه برق گرفتگی رخ دهد. سیستم ارتینگ می‌تواند از چنین حادثه‌هایی از طریق اتصال سیم ارت به زمین جلوگیری نموده از این رو سیستم ارت در برق کشی ساختمان از جمله مراحل بسیار ضروری بوده و در صورتی که این سیستم توسط برقکار انجام نشود خطراتی مانند برق گرفتگی، آتش سوزی و سوختن وسایل برقی که در بالا هم ذکر شدند وجود خواهد داشت.
جالب است بدانید که مانند تمامی تجهیزات و لوازم برقی و غیر برقی دیگر باید مقاومت چاه‌های ارت نیز به صورت منظم و در فصول مختلف سال بررسی و اندازه گیری شوند. برای اینکه مقدار مقاومت چاه‌های ارت با تغییر دما تغییر خواهد کرد و نیازمند این است که در فصل تابستان اقدامات لازم برای جلوگیری از رطوبت چاه انجام شود و در فصل زمستان به سبب افزایش مقدار مقاومت چاه اقدامات لازم برای جلوگیری از خطرات احتمالی در تجهیزات و تابلوهای برقی کارخانه صورت گیرد. امیدواریم که در این مقاله به تمامی سوالات شما در خصوص سیستم ارتینگ و کاربرد و ویژگی‌های آن پاسخ داده باشیم.
491 بازدید
تکه کابل
