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.
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 از 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.
که 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.
تاریخچه سیستم زمین:
سیستم الکترومغناطیسی تلگراف راه دور که از سال ۱۸۲۰ مورد استفاده قرار میگرفت از دو یا چند سیم برای انتقال پیامها به صورت پالسهای الکتریکی استفاده میکرد.
سپس این موضوع روشن شد (احتمالاً به وسیله دانشمند آلمانی استینهیل) که از زمین میتوان به عنوان مسیر برگشت برای کامل کردن مدار پیامها استفاده کرد.
به این ترتیب نیازی به سیم بازگشت نخواهد بود.
اما این روش در طول مسیرهای درونقارهای که در سال ۱۸۶۱ بین سنت ژوزف، میسوری و ساکرامنتو کالیفرنیا ایجاد شده بود یک مشکل داشت.
در طول فصلهای خشک سال به علت خشک بودن زمین مقاومت آن به شدت افزایش مییافت.
این امر باعث اختلال در کارکرد تلگراف میشد.
بعدها زمانی که تلفن میرفت تا جایگزین تلگراف شود این نکته روشن شد که:
جریانی که به وسیله شبکههای قدرت،
خطوط راهآهن برقی
و دیگر مدارهای تلفن و تلگراف ایجاد میشد موجب ایجاد اختلال در سیگنالهای فرستاده شده میشود.
و به این ترتیب استفاده از سیستمهای دو سیمه دوباره جایگزین شد.
سیستم اتصال زمین در شبکه برق:
با وصل بدنه تجهیزات الکتریکی بروز خطا در هر یک از تجهیزات موجب جاری شدن جریان در سیم زمین میشود.
و از برق دار شدن بدنه جلوگیری میکند.
یک اتصال مناسب به زمین باید مقاومت پایینی داشته باشد.
تا در صورت بروز خطا، جریان جاری در زمین موجب عمل کردن سیستم حفاظت در شبکه شود.
با وصل تمامی اجسام هادی در خطر برقدار شدن میتوان از بروز شوک الکتریکی در اثر تماس با این اجسام جلوگیری کرد.
سیم زمین سیمی است که (مستقیماً یا غیر مستقیم) به یک یا چند الکترود زمین اتصال دارد.
این الکترودها ممکن است در نزدیکی محل استفاده از سیم زمین یا در محلی دورتر قرار داشته باشند.
این سیم (یا شینه داخل تابلو) زمین در سیستمهای TNS وTNCS که رایجترین سیستمهای نیرورسانی میباشند میبایست به سیم (یا شینه داخل تابلو) نول وصل شود.
همچنین ممکن است این سیم به شبکه لولهکشی شده ساختمان نیز متصل شده باشد تا مقاومت کمتری را ایجاد کند.
استفاده از لولههای آب برای اتصال به سیستم زمین با گسترش استفاده از لولههای غیر فلزی مثل لولههای پلی وینیل کلراید در برخی کشورها ممنوع شد.
در صورت همبندی پی یا اسکلت فلزی ساختمان با چاه ارت مقاومت سیستم بمیزان زیادی کاهش یافته و ایمنی افزایش خواهد یافت.
تجهیزات الکتریکی ثابت معمولاً از اتصال زمین دائمی برخوردارند.
تجهیزات قابل حمل که دارای بدنه فلزی هستند از یک پین مخصوص برای وصل سیم زمین استفاده میکنند.
اندازه هادی زمین معمولاً با استفاده از استانداردها و مقرارت مربوط به حفاظت الکتریکی تعیین میشود.
روش اجرای چاه ارت:
سالهای قبل از زغال و نمک برای چاه ارت استفاده میشد.
ولی پس از مدتی در اثر تماس نمک با مس صفحه مسی سولفاته میشد و عملاً چاه ارت از کار میافتاد.
در حال حاضر یک حلقه چاه به عمق بین ۵ الی ۱۰ متر حفر میگردد که بستگی به جنس خاک و رطوبت زمین دارد.
یک صفحه مسی به ابعاد ۷۰*۷۰ سانتیمتر و با ضخامت ۵ میلیمتر که به یک سیم مسی معمولاً نمره ۷۰ از طریق جوش و بست اتصال مییابد.
جهت کاهش مقاومت زمین از مادهای بنام بنتونیت یا سوپر اکتیو بنتونیت استفاده میگردد.
این ماده را بهمراه ۱۰۰۰ لیتر آب به صورت دوغاب درآورده و درون چاه میریزیم.
در بین کار صفحه مسی را به صورت عمودی و در وسط چاه قرار میدهیم.
و الباقی دوغاب را میریزیم سپس خاک را سرند کرده داخل چاه میریزیم.
یک تابلو تست برای ارت بالای چاه ارت قرار میدهیم.
سیم ارت به شین ارت داخل تابلو وصل میگردد .
از طریق سیم کلیه بدنه دستگاهها شامل:
الکتروموتور
بدنه لوازم آشپزخانه
هر آنچه را که به برق وصل شده و قابلیت تماس با انسان را دارد به این شمش مسی وصل میکنیم.
برای چاه صاعقه گیر نیز میتوان یک چاه مشابه همین چاه ولی مجزا از این چاه با فاصله ۲ برابر عمق چاه اجرا نمود.
در بلندترین نقطه ساختمان یک میله برقگیر نصب میکنیم.
و آن را نیز به تابلو چاه ارت وصل میکنیم.
نتیجه:
اگر صاعقه به ساختمان بزند از طریق این میله به زمین منتقل میشود.
اگر سیم لخت شده و به بدنه فریزر ماشین لباسشویی و غیره وصل شود قبل از اینکه برای انسان خطری ایجاد کند به زمین منتقل میشود .
خلاصه با ایجاد سیستم زمینی کردن خطر برق گرفتگی از بین میرود.
ضمناً در دو شاخهها و پریزهای جدید بجز سیم نول و فاز یک سیم دیگر وجود دارد و آن همین سیم ارت است.