مقدمه:

در مهندسی برق، واژه زمین یا ارت با توجه به کاربردهای آن دارای معانی متفاوتی است.

زمین در یک مدار الکتریکی می‌تواند نقش یک نقطه مبدأ را داشته باشد که بر طبق آن بقیه ولتاژهای الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کنند.

واژه زمین همچنین به مسیری کلی برای بازگشت جریان به منبع نیز اطلاق می‌شود.

این واژه در مورد یک اتصال مستقیم به زمین نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یک مدار الکتریکی ممکن است به دلایل مختلفی به زمین متصل شده باشد.

در مدارهای قدرت این اتصال‌ها معمولاً برای بالا بردن ایمنی و محافظت افراد یا دستگاه‌ها از تأثیرات معیوب بودن عایقکاری هادی‌ها ایجاد می‌شود (چاه ارت).

 اتصال به زمین در مدارهای قدرت از آسیب دیدن عایق‌های مدار در اثر افزایش ولتاژ بین زمین و مدار جلوگیری کرده و این ولتاژ را در یک حد معین محدود می‌کند.

از اتصال زمین برای جلوگیری افزایش الکتریسیته ساکن در هنگام حمل مواد قابل اشتعال یا تعمیر تجهیزات الکترونیکی نیز استفاده می‌کنند.

در برخی از انواع تلگراف‌ها و شبکه‌های انتقال زمین به تنهایی نقش یکی از هادی‌ها را ایفا می‌کند و به عنوان مسیر بازگشت جریان به منبع مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با این کار در هزینه ایجاد یک خط جداگانه برای بازگشت جریان صرفه‌جویی می‌شود.

در اندازه‌گیری از زمین به عنوان یک پتانسیل الکتریکی ثابت استفاده می‌کنند.

با توجه به اختلاف پتانسیل هر قسمت از مدار از زمین میزان پتانسیل آن قسمت را مشخص می‌کنند.

یک زمین الکتریکی باید از ظرفیت انتقال جریان مناسبی برخوردار باشد تا بتوان از آن به عنوان مبدأ صفر ولتاژ استفاده کرد.

انواع زمین کردن تجهیزات برقی:

 در تأسیسات برقی دو نوع زمین کردن وجود دارد که ما یکی را (زمین کردن حفاظتی) و دیگری را (زمین کردن الکتریکی) می‌نامیم.

۱) زمین کردن حفاظتی:

زمین کردن حفاظتی عبارتست از زمین کردن کلیه قطعات فلزی تأسیسات الکتریکی که در ارتباط مستقیم (فلزبافلز) با مدار الکتریکی قرار ندارند.

این زمین کردن بخصوص برای حفاظت اشخاص درمقابل اختلاف سطح تماسی زیاد به کار برده می‌شود.

بدین منظور در پست‌های فشار قوی باید تمام قسمت‌های فلزی که در نزدیکی و همسایگی با فشار قوی قرار گرفته اند و مکان تماس عمدی یا سهوی با آن‌ها موجود است،

به تأسیسات زمینی که برای این منظور احداث شده است (زمین حفاظتی) متصل و مرتبط گردند.

این قسمت‌ها عبارتند از:

ستون‌ها و پایه‌های فلزی،

درب‌ها و نرده‌های فلزی،

قسمت‌های فلزی دسترس تمام دستگاه‌های اندازه گیری،

ایزولاتورها،

مقره‌های عبور،

بخصوص قسمت‌های فلزی که برای کارکردن با دستگاه‌ها باید با آن‌ها لمس کرد و در دست گرفت، مثل چرخ‌های فرمان انواع و اقسام تنظیم کننده‌ها و رگولاتور، دسته کلید‌ها وغیره.

زیرا در این قسمت‌ها در اثر عبور جریان خیلی کم نیز عضلات دست به طوری منقبض می‌شود که بازکردن و رهایی پیدا کردن از آن غیر ممکن و محال به نظر میرسد و عاقبتی وخیم و اسفناک برای تماس گیرنده به پیش خواهد داشت.

بدین منظور و برای جلوگیری از هر حادثه‌ای باید زمین حفاظتی به نحوی تأسیس گردد که قسمتی از مسیر جریان که توسط تماس اعضای بدن انسان اتصالی می‌شود (دست وپا و یا دو دست یا دوپا) دارای تفاوت پتانسیل یا افت ولتاژ زیاد نباشد.

افت ولتاژ بستگی به شدت جریان و مقاومت مسیر جریان دارد؛ لذا برای کوچک نگه داشتن افت ولتاژ باید مقاومت مسیرجریان حتی المقدور کوچک نگه داشته شود.

به طور مثال اگر یک مقره عبور که در دیوار مرطوبی نصب شده است، بشکند و سیم فشار قوی با دیوار تماس پیدا کند و جریان اتصال زمین در این حالت ۲۵ آمپر و مقاومت هرمتر دیوار ۱۰ اهم باشد، مابین دو نقطه از دیوار که انسان با آن تماس دارد (فاصله دست و پا تقریبا ۲ متر است) اختلاف سطحی برابر با:

U. = I. * R. = ۲۵ * ۲ * ۱۰ = ۵۰۰ volt

صاعقه گیر الکترونیکی آذرخش

به وجود می‌آید که مسلما برای انسان خطرناک است، ولی اگر پایه فلزی مقره که به دیوار محکم شده به وسیله یک سیم نسبتا ضخیم به زمین وصل شود،

در موقع اتصال بدنه یا اتصال زمین، قسمت عمده جریان اتصالی از این سیم عبورخواهد کرد.

و کلیه قسمت‌های دیوار هم پتانسیل سیم در آن نقطه قطع خواهد شد.

لذا افت ولتاژ در امتداد دیوار ناچیز شده و برای انسان خطری ایجاد نخواهدکرد.

عامل مؤثر خطر برای انسان یا هر موجود زنده دیگر جریان می‌باشد.

البته وجود اختلاف سطح است که باعث عبور این جریان میگردد.

در فشار ضعیف جریان‌های ۱ تا ۱ / ۰ آمپر که از قلب می‌گذرد، خطر جانی دارد.

برای نجات برق زده بلادرنگ از تنفس مصنوعی کمک گرفته شود.

  بهترین نوع آن از راه دهان به دهان است.

شدت جریان مهلک و مقاومت بدن انسان‌ها متفاوت است.

مقاومت بین اعضای مختلف بدن انسان به طور متوسط برابر است با:

دست و دست: تقریبا ۴۰۰۰ اهم

دست و پا: تقریبا ۴۵۰۰ اهم

پا و پا: تقریبا ۶۵۰۰ اهم

هر دو دست و دو پا: تقریبا ۱۸۰۰ اهم

درضمن اگر بدن مرطوب بوده و دست‌ها عرق کرده باشد باعث کم شدن مقاومت و عبور جریان زیادتری می‌شود.

لذا می‌توان گفت که حتی اختلاف سطح ۲۰ ولت نیز محسوس و اختلاف سطح ۶۰ ولت ممکن است خطر جانی داشته باشد.

در برق گرفتگی فشارقوی جریان هایی از ۱ تا ۱۰۰ آمپر و بیشتر ممکن است از بدن انسان عبورکندبدون این که مستقیما باعث از کار افتادن قلب شود.

ولی درعوض این جریان‌های شدید باعث خراب کردن و سوزاندن بافت‌های بدن به خصوص تج زیه آب بدن می‌شود و به کلیه آسیب فراوان می‌رساند.

در ضمن عبور جریان زیاد از بدن باعث سوزاندن محل ورود و زخم برداشتن عمیق درمحل خروج جریان می‌شود.

و ممکن است متعاقبا منجر به مرگ گردد.

در خاتمه بد نیست متذکرشویم که:

بعضی از حیوانات بخصوص اسب‌ها در مقابل جریان‌های زمین حساس‌تر و مستعدتر از انسان‌ها می‌باشند.

که شاید این مستعد بودن به علت بزرگتر بودن فاصله قدم آن‌ها و اختلاف سطح قدمی که آن‌ها از زمین برداشت می‌کنند، باشد.

صاعقه گیر الکترونیکی آذرخش

۲) زمین کردن الکتریکی:

زمین کردن الکتریکی یعنی زمین کردن نقطه‌ای از دستگاه‌های الکتریکی و ادوات برقی که جزئی از مدار الکتریکی می‌باشند.

مثل زمین کردن مرکز ستاره سیم پیچی ترانسفورماتور و یا ژنراتور و یا زمین کردن سیم وسط یا سیم مشترک دو ژنراتور جریان دایم سری شده.

زمین کردن الکتریکی دستگاه‌ها به خاطر کار صحیح دستگاه‌ها و جلوگیری از ازدیاد فشارالکتریکی فازهای سالم نسبت به زمین در موقع تماس یکی از فاز‌ها با زمین می‌باشد.

صاعقه گیر الکترونیکی آذرخش

•  زمین کردن الکتریکی سه نوع است:

الف.) زمین کردن مستقیم

مثل وصل کردن مستقیم نقطه صفر ترانسفورماتور و یا نقطه‌ای از سیم رابط بین دو ژنراتور جریان دایم به زمین.

ب) زمین کردن غیرمستقیم

مانند اتصال نقطه صفر ژنراتور توسط یک مقاومت بزرگ به زمین یا اتصال نقطه صفر ستاره ترانسفورماتور توسط سلف بزرگ به زمین.

(ج) زمین کردن بار

در این نوع زمین کردن نقطه صفر یا هر نقطه از شبکه که دارای پتانسیل نسبت به زمین است.

وتوسط یک فیوز فشارقوی (الکترود جرقه) به زمین وصل می‌شود .

تا موقعی که مدار فیوز باز است یعنی در حالت کار عادی شبکه، ارتباط شبکه با زمین باز است،

ولی در موقعی که ولتاژ زیادی شبکه را تهدید می‌کند،

مدار فیوز‌ها بسته می‌باشند و بدین جهت زمین کردن باز در حقیقت نوعی از زمین کردن الکتریکی درحالت کار عادی شبکه محسوب نمی‌شود،

از زمین الکتریکی اغلب درموقعی که دستگاه‌ها و شبکه برق رسانی بدون عیب نیز می‌باشند جریان عبور می‌کند .

 از زمین حفاظتی فقط ارتباط فاز‌ها با زمین جریان عبور می‌کند.

در صورتیکه از زمین حفاظتی فقط در موقع ارتباط فاز‌ها با زمین جریان عبور می‌کند.

صاعقه گیر الکترونیکی آذرخش