سیستم حفاظت زمین (سیستم ارت)

مقدمه:

امروزه یکی از بخش‌ های مهم تاسیسات الکتریکی مجموعه ‌‌های صنعتی، اداری، تجاری و حتی مسکونی سیستم حفاظت زمین یا ارتینگ است.

این سیستم جهت بالا بردن ایمنی مجموعه و جلوگیری از آسیب رسیدن به افراد و مجموعه، طراحی و پیاده ‌سازی می‌شود.

در ایران تا سالیان گذشته توجه چندانی به این موضوع نشده است اما امروزه با پی بردن به مزایای سیستم زمین و روشن شدن اهمیت آن برای همگان، این سیستم تقریبا در تمامی ساختمان‌های امروزی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به طور کلی اتصال قسمت‌های فلزی تاسیسات و تجهیزات الکتریکی به زمین، ارتینگ یا زمین کردن (Earthing یا  Grounding) نامیده می‌شود.

در ارتینگ، قسمت ‌های فلزی موتورهای الکتریکی، تابلو برق ‌ها و سایر تجهیزات از طریق یک هادی (معمولا مسی) یا صفحه فلزی به زمین متصل می‌شود تا بدین ترتیب از خطر برق گرفتگی افراد جلوگیری شود.

همچنین ارتینگ برای اتصال نقطه خنثی (Neutral Point) یک منبع تغذیه سه فاز، ترانسفورماتور سه فاز و … به زمین نیز استفاده می‌شود تا بدین ترتیب به هنگام وقوع خطاهای اتصال کوتاه امکان جاری شدن جریان خطا از سیم اتصال زمین فراهم شده و از آسیب رسیدن به تجهیز مربوطه جلوگیری شود.

 یکی دیگر از کاربردهای مهم سیستم ارتینگ، استفاده در سیستم حفاظت از صاعقه است؛.

به این صورت که جریان بالای ناشی از صاعقه پس از برخورد با صاعقه گیر، با استفاده از این سیستم به زمین منتقل شده و ساختمان را در برابر هرگونه خطر ناشی از صاعقه حفاظت می‌کند.

تفاوت Earthing و  Grounding با Bonding

Earthing یا Grounding عبارات هم معنایی هستند که در بالا به طور مختصر درباره آن‌ها توضیح داده شد.

و در ادامه این مقاله نیز به تفصیل در مورد آن‌ها بحث خواهد شد.

Grounding در استاندارد آمریکای شمالی مورد استفاده قرار گرفته و Earthing مطابق با استانداردهای اروپایی است.

اما Bonding برای اتصال دو هادی به یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همچنین باندینگ به معنای اتصال قسمت‌های فلزی دو دستگاه به یکدیگر که حامل جریان الکتریکی نیستند است.

که با این کار تجهیزات هم‌ پتانسیل شده و احتمال جاری شدن جریان میان آن‌ها  و وقوع خطر برق گرفتگی را کاهش می‌دهد.

اهمیت سیستم حفاظت زمین:

هدف اولیه سیستم حفاظت زمین، جلوگیری از برق گرفتگی افراد و آتش‌سوزی ناشی از عبور جریان‌های با دامنه بالا از تجهیزات به زمین است.

هنگامی که بدنه فلزی تجهیزات (قسمت‌هایی که توانایی عبور جریان الکتریکی را دارا هستند) در تماس مستقیم با هادی‌های حامل جریان قرار گیرند (این اتفاق می‌تواند بر اثر خرابی تجهیز و یا از بین رفتن عایق کابل رخ دهد) بدنه دستگاه شارژ شده و حامل بار الکتریکی می‌شود.

در این حالت در صورت تماس انسان با بدنه دستگاه، بارهای بدنه از طریق بدن فرد به زمین منتقل شده که می‌تواند تلفات جبران ‌ناپذیری را به بار آورد.

و در برخی موارد و با توجه به شرایط محیط باعث وقوع آتش‌سوزی شود.

به همین منظور تجهیزات الکتریکی بایستی زمین شوند تا از طریق سیم اتصال به زمین، بارهای الکتریکی به زمین منتقل شده و خطری متوجه افراد نباشد.

در زیر برخی دیگر از علل وجود سیستم ارتینگ در ساختمان ‌ها و مجموعه ‌های صنعتی ذکر شده است:

• ثابت نگه داشتن ولتاژ فازهای سالم به هنگام وقوع خطای اتصال کوتاه

• حفاظت از ساختمان‌ ها و تجهیزات الکتریکی در برابر صاعقه

• به عنوان هادی برگشت (خنثی) در سیستم ‌های الکتریکی و مخابراتی

بخش‌های مختلف سیستم حفاظت زمین:

یک سیستم ارتینگ کامل به طور کلی شامل بخش‌ های زیر خواهد بود:

• هادی ارت (Earth Continuity Conductor)

• اتصالات (Earthing Lead or Earthing joint)

• صفحه ارت (Earthing Electrode or Earthing Plate)

هادی ارت:

قسمتی از سیستم که به بخش فلزی تجهیزات متصل است، سیم ارت یا هادی ارت نامیده می‌شود.

مقاومت این هادی بایستی بسیار پایین باشد.

مطابق با استاندارد IEEE مقاومت میان ترمینال ارت سمت مصرف کننده و انتهای هادی (قسمتی که به زمین متصل می‌شود) نباید از یک اهم بیشتر باشد.

به طور عامیانه مقاومت هادی بایستی همواره کمتر از یک اهم باشد.

سایز هادی مورد استفاده برای سیستم ارتینگ بستگی به سایز کابل‌های مورد استفاده در سیستم سیم‌ کشی ساختمان دارد.

به این صورت که سطح مقطع هادی مورد استفاده نباید از نصف سطح مقطع ضخیم‌ ترین کابل مورد استفاده در سیم‌ کشی مجموعه کمتر باشد.

به طور معمول هادی مورد استفاده در سیستم ارتینگ از نوع ۳SWG است.

نکته مهمی که باید در نظر داشت عدم استفاده از هادی‌های ضعیف‌تر از ۱۴SWG برای سیستم ارتینگ است.

برای هادی ارتینگ می‌توان به جای مس لخت از تسمه مسی (Copper Strip) نیز استفاده نمود که البته تشخیص این مورد بر عهده سازنده و پیمانکار تاسیسات الکتریکی است. 

اتصالات:

اتصالات ارت بخش دیگری از سیستم ارتینگ است که هادی ارت را به صفحه ارت متصل می‌کنند.

به طور کلی می‌توان از سیم مسی به عنوان اتصال ارت استفاده نمود اما استفاده از تسمه مسی به علت اتصال بهتر و کامل‌تر به صفحه گزینه مناسب ‌تری است؛ ضمن اینکه به دلیل سطح مقطع بیشتر، توانایی تحمل جریان‌های بالاتری را خواهد داشت.

برای بالا بردن قابلیت اطمینان سیستم از دو سیم مسی جهت اتصال هادی به صفحه استفاده می‌شود.

سایز اتصالات مورد استفاده در سیستم ارتینگ نیز نبایستی از نصف سطح مقطع بزرگترین کابل مورد استفاده در تاسیسات الکتریکی مجموعه کمتر باشد.

بزرگترین سایز مورد استفاده معمولا ۳SWG بوده و کوچکترین سایز نیز ۸SWG است.

روش دیگری که جهت اتصال هادی به صفحه مسی استفاده می‌شود، جوش کدولد (CADWELD) است که راهکار مناسبی بوده و با استفاده از آن می‌توان هادی مسی را به طور کامل به صفحه ارت متصل کرد.

الکترود یا صفحه ارت:

صفحه‌ای فلزی که می‌تواند از جنس مس و یا آهن بوده و آخرین بخش از سیستم ارت است.

صفحه ارت در عمق چند متری زمین دفن می‌شود.

سایز این صفحه در صورتی که جنس آن از مس باشد معمولا mm 3×۶۰۰×۶۰۰ انتخاب می‌شود.

در صورتی که جنس آن آهن انتخاب شود، معمولا ضخامت آن را دو برابر در نظر می‌گیرند ( mm6×۶۰۰×۶۰۰)

بهتر است صفحه ارت را در خاک مرطوب دفن کرد.

در صورتی که خاک از رطوبت کافی برخوردار نباشد، با قرار دادن یک لوله بالای صفحه، به صورت دوره‌ای مقداری آب وارد لوله ریخته تا خاک اطراف صفحه ارت از رطوبت کافی برخوردار باشد.

و بدین ترتیب امکان جاری شدن جریان بین سیستم ارتینگ و زمین وجود داشته باشد.

این صفحه مسی یا آهنی بایستی به صورت عمودی در داخل خاک قرار گیرد.

اطراف صفحه مقداری بنتونیت ریخته می‌شود.

بنتونیت ماده‌ای است که جهت کاهش مقاومت اتصال زمین استفاده می‌شود.

منابع:

arkanarzesh.com    

electricaltechnology.org