آموزش سیستم ارتینگ (سیستم ارتینگ چیست؟)
سیستم ارتینگ برای انتقال جریان خطای بالا به زمین و ارائه یک سیستم ایمنی برای افراد مشغول به کار یا ساکن در نزدیک تاسیسات سیستم های قدرت طراحی خواهد شد. سیستم ارتینگ به این معنی است که هر زمانی که تجهیزات و وسایل برقی خراب و دچار مشکل باشند، جریان الکتریکی که وارد آن می شود، وظیفه دارد جریان را به زمین انتقال دهد و از برق گرفتگی جلوگیری کند. سیستم ارتینگ شامل چاه و سیم اتصال به چاه است. اگر می خواهید بیشتر بدانید که سیستم ارتینگ چیست و انواع آن کدامند و اهداف سیستم ارتینگ یا همان اتصال به زمین چیست و ارتینگ چگونه راه اندازی میشود در ادامه با ما همراه باشید.
معنی ارتینگ چیست؟
اگر بخواهیم از ارتینگ یک تعریف مناسب داشته باشیم می‌توانیم بگوییم ارتینگ یعنی انتقال و تخلیه سریع انرژی الکتریکی به زمین با استفاده از یک مسیر مقاومت پایین.
یک سیستم ارتینگ در سیستم های صنعتی اهداف مختلفی را دنبال می‌کند:
1-ارتینگ در واقع مسیر امپدانس پایین را برای اطمینان از عملکرد مناسب سیستمهای فشار ضعیف در شرایط بروز خطا فراهم می‌کند. همچنین ارتینگ به ما اطمینان می‌دهد که پرسنل و ساکنین در اثر یک خطای نامشخص در معرض ولتاژ نا ایمن قرار نمی‌گیرند.
یکی از اهداف بسیار مهم سیستم ارتینگ مطابقت با الزامات سازگاری الکترومغناطیسی است. در واقع برای جلوگیری از ایجاد نویز بروی سیگنال ها، استفاده از یک ارت مناسب الزامی میباشد.
اهداف راه اندازی سیستم ارتینگ یا همان سیستم اتصال به زمین
ما در طراحی سیستم ارتینگ یا همان سیستم اتصال به زمین دو هدف عمده را دنبال می‌کنیم:
1-ایمنی افرادی که از شبکه برق استفاده می‌کنند.
2-کارکرد صحیح تجهیزات الکتریکی
در این مقاله قصد داریم مبحث بسیار مهم سیستم ارتینگ در حوزه جریان ضعیف، فشار ضعیف، فشار متوسط و فشارقوی را بصورت کاملا کاربردی برای شما مورد بررسی قرار بدهیم.
از بُعد ایمنی برای حفاظت از جان افراد، ما از سیستم اتصال به زمین استفاده خواهیم نمود. باید به دو نکته مهم در این بحث اشاره نمود که یک انسان معمولی تا چه اندازه تحمل عبور جریان را دارد؟
حداکثر جریانی که از بدن یک انسان می‌تواند عبور کند و باعث مرگ نشود 30 میلی آمپر میباشد، همچنین در ولتاژ AC، حداکثر ولتاژ تماس که یک انسان می‌تواند در معرض آن قرار بگیرد و خطری او را تهدید نکند 50 ولت میباشد. سیستم اتصال به زمین عملکردی دارد که ولتاژ روی بدنه تجهیزات را به کمتر از ولتاژ خطر تبدیل می‌نماید. بنابراین زمانی که اتصال بین فاز و بدنه در سیستم های الکتریکی ایجاد میشود، ولتاژ بدنه به دلیل اینکه کمتر از ولتاژ خطر میباشد ایمنی برقرار خواهد شد.
اتصال زمین (ارت) الکتریکی چیست؟
در اتصال زمین ارت الکتریکی هدف اصلی صحیح کار کردن دستگاه های الکتریکی میباشد. مثلا مرکز ستاره ترانسفورماتور و ژنراتور در پست و همچنین نیروگاه نیاز است که اتصال به زمین گردند. در غیر اینصورت هرگز نباید از سیم ارت به عنوان هادی برگشت استفاده نمود. از این رو نیاز است که برای ایمنی افراد و دستگاه‌های الکتریکی اتصال به زمین ( سیستم ارتینگ ) صورت گیرد. در مبحث 13 مقررات ملی ساختمان در مورد الزامات سیستم ارتینگ پرداخته شده است.
در اتصال زمین (ارت) محافظتی ایمنی افراد که مشغول به کار با دستگاه های الکتریکی هستند و همچنین ایمنی خود تجهیز الکتریکی هدف اصلی است. گاهی اوقات هنگامی که در آشپزخانه به بدنه فلزی ماشین لباسشویی یا یخچال دست می زنید دچار برق گرفتگی ناچیزی خواهید شد که می تواند ناشی از نشتی جریان و خاصیت میدان مغناطیسی دستگاه باشد که موجب میشود بدنه فلزی دستگاه باردار شود و به محض تماس دست با آن این جریان نشتی به بدن فرد وارد می شود و از پا خارج میگردد و به این ترتیب فرد دچار برق گرفتگی جزئی خواهد شد.
مزیت‌های اجرای سیستم های ارتینگ
اجرای سیستمهای ارت می‌تواند اهداف مختلفی داشته باشد که از جمله آن‌ها می توان به حفاظت از افراد و دستگاه‌ها، اضافه ولتاژهایی که در بدنه تولید شده و موجب آسیب دیدن دستگاه و افراد میگردد، ولتاژهای فراوان و خطرناکی که از برخورد صاعقه با دکل های کامپیوتری ناشی میشود و… که باید آن‌ها را خنثی کرد اشاره نمود. از این رو استفاده و نصب سیستمهای ارتینگ در ساختمان‌های مختلف کاملا واجب و ضروری است. از مهمترین اهداف اجرای سیستمهای ارتینگ می توان به موارد زیر اشاره نمود.
- ایمنی و حفاظت نمودن از جان انسان
- جلوگیری نمودن از ولتاژ تماسی
- حذف نمودن ولتاژهای اضافی
- اطمینان نمودن از امکان کار الکتریکی
- فراهم نمودن شرایط ایده آل به منظور کار
- ایمنی و محافظت نمودن از وسایل و تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی
- ممانعت نمودن از ولتاژهای ناخواسته و صاعقه
- کاهش افت ولتاژ و توان به علت عدم تعادل بار در سیستم
روش اجرای سیستم ارتینگ
روش اجرای سیستم ارتینگ به دو صورت می باشد:
سیستم زمین به روش سطحی
در اجرای این سیستم از سطح زمین با عمق 80 سانتی متر استفاده می کنند.
چه زمانی از روش اجرای سیستم ارتینگ به روش سطحی استفاده می کنیم؟
زمانی که امکان ایجاد حفاری عمیق وجود نداشته باشد، بلندی محوطه سایت کم باشد، فاصله بین دکل تا سایت فاصله بسیار طولانی باشد، فضای لازم برای حفاری وجود داشته باشد و همچنین در شهرهایی که ارتفاع از سطح دریا پایین باشد .
سیستم زمین به روش عمقی
در اجرای این سیستم از چاه برای ارت استفاده می کنند که معمولا از این روش برای سیستم ارتینگ استفاده می کنند و باید در جاهایی که دارای بیشترین دسترسی به آب و رطوبت است استفاده شود.
اجرای سیستم ارتینگ به روش عمقی شامل چه مراحلی می باشد؟
انتخاب محل چاه ارت
عمق چاه ارت باید بین 4 تا 8 متر باشد و قطر آن 80 سانتیمتر باشد. در زمین هایی که مقاومت بیشتری دارند عمق کمتری کنده می شود و در مقابل زمین هایی که دارای مقاومت کمتری هستند عمق بیشتری باید کنده شود.
اتصال سیم به صفحه مسی
اتصال سیم به صفحه مسی باید از طریق جوش حتما صورت گیرد. برای جوش دادن به یكدیگر از جوش برنج یا نقره استفاده کنید. نباید سیم به صفحه مسی از طریق بست یا دوختن به صفحه مسی انجام گیرد.
حفر چاه ارت
برای حفر چاه ارت بهترین و مناسب ترین مکان را انتخاب کنید. شیاری به عمق 60 سانتیمتر برای انتقال سیم ها از چاه به ارت می باشد. سیم ها بهتر است مسیر مستقیم و بدون پیچ باشد. لازم به ذکر است که اگر مسیر دوتا سیم به دکل مشترک است سیم دوم حتما باید ایزوله شود.
پر نمودن چاه ارت
پر کردن چاه حتما باید با خاک نرم و کشاورزی پر شود.
نصب شینه و میله برقگیر
تا حد ممکن شینه به دستگاه نزدیک باشد. شینه ها باید با دیوار ساختمان ایزوله گردد. قطر شینه در حالت کل بستگی به تعداد انشعابات دارد. میله برقگیر در بالاترین نقطه دکل قرار گیرد وهمه تجهیزات را تحت پوشش خود قرار دهد.
مبحث ایمنی تجهیزات در سیستم ارتینگ:
در سیستمهای برقرسانی در صورت وقوع اتصالی، ولتاژی که روی بدنه تجهیزات قرار می‌گیرد ممکن است بیش از ولتاژ تحمل عایق بندی آن باشد، سیستم اتصال به زمین در واقع باعث کاهش ولتاژ بروی بدنه تجهیزات میشود.
سوال؟
در برق گرفتگی ولتاژ دارای اهمیت است یا جریان؟
هر دو در برق گرفتگی موثر هستند.
استاندارهای سیستم های الکتریکی از نظر ایمنی:
استاندارد IEC: از منظر این استاندارد سیستم های الکتریکی از دیدگاه ایمنی به چند بخش تقسیم بندی شده اند: که این بخش ها شامل TN,TTو IT هستند و در کشور ایران بیشترین مدلی که مورد استفاده قرار می‌گیرد سیستم TN میباشد و زیر مجموعه مهم این سیستم TN-C-S میباشد.
سیستم TN به دلیل سادگی و هزینه مناسب در کشور ایران مورد استفاده قرار می‌گیرد و استفاده از سایر سیستم ها مانند TT و IT بدلیل وجود شرایط خاص و نبود شرایط اجرای آن بصورت عام ممنوع میباشد، مگر در مکان های خاص، مانند تاسیسات بیمارستانی و اتاق عمل از سیستم IT برای ایمنی بیشتر استفاده میشود.
در سیستم TN برای ایمنی در مقابل خطر برق گرفتگی از اتصال زمین استفاده میشود و همچنین برای قطع به موقع مدار در صورت بروز اتصالی از تجهیزاتی مانند:MCP,MCCB,ACB و … استفاده میشود، این تجهیزات در واقع باعث میشود که سیستم ساده و ارزان تر باشد.
در مورد سیستم TT استفاده از RCB با کلید حفاظتی جریان باقیمانده الزامی باشد
و همچنین در سیستم IT استفاده از وسایل کنترل عایق بندی الزامی میباشد.
همین عوامل باعث خواهد شد سیستم هایی به مانند TT و IT به نسبت سیستم TN گرانتر و پیچیده تر باشد.
به عنوان مثال اگر فرض کنیم قیمت یک کلید مینیاتوری در یک سیستم n , TN تومان باشد در سیستم IT به دلیل اینکه ما باید از سیستم RCB استفاده کنیم این قیمت حداقل پنچ برابر یا حتی بیشتر از تهیه یک عدد کلید مینیاتوری خواهد بود و این خود یکی از مهمترین مسائلی میباشد که در بحث انتخاب سیستم ها باید رعایت شود.
استفاده از سیستمهای IT و TT به جز در موارد خاص و با تائید مقامات دارای صلاحیت ممنوع میباشد
معرفی سیستم TN در سیستم اتصال به زمین
متناسب با سیستم IEC از دو حرف به عنوان حروف اصلی استفاده میشود.
حرف اول نشان دهنده نحوه اتصال یک نقطه از سیستم به زمین میباشد و حرف دوم نحوه اتصال بدنه‌های هادی به زمین را نمایش می‌دهد.
یعنی از نظر IEC، نه تنها اتصال یک نقطه از سیستم به زمین اهمیت دارد بلکه نحوه اتصال بدنه‌های هادی به زمین نیز باید مشخص باشد.
بر این اساس سیستم ها همانطور که در بالا نیز به آن اشاره شد سیستم TN به زیر شاخه های TN-C,TN-S,TN_C_S تقسیم بندی خواهد شد.
معرفی سیستم TN-C در سیستم ارتینگ
در این سیستم یک نقطه از سیستم به زمین متصل خواهد شد که معمولا مرکز ستاره ترانسفورماتور یا نول سیستم را به زمین متصل خواهند نمود.
همچنین حرف دوم نشان هنده این موضوع است که بدنه‌های هادی تجهیزات در سیستم TN از طریق هادی نول به زمین متصل خواهند شد.
به بیان ساده‌تر حرف اول یعنی حرف T به این عبارت اشاره دارد که ما نول را به زمین متصل نموده ایم، اتصال به زمین با یک با یک الکترودی انجام میشود به نام الکترود زمین که ما به عنوان چاه ارت می‌شناسیم.
مقاومتی که چاه ارت یا الکترود ارت با زمین برقرار می‌کند با Rb نمایش می‌دهیم، همچنین بدنه تجهیزات از طریق هادی نول به ارت متصل خواهد شد هادی که هر دو کار عبور جریان الکتریکی (یعنی نقش نول) و همچنین ارت را ایفا می‌کند به نام هادی مشترک حفاظتی خنثی شناخته میشود.
این سیستم را که یک های مشترک دارد، سیستم TN-C نامیده میشود.
حرف C در واقع نشان دهنده حرف اول کلمه Common میباشد یعنی مشترک (هادی مشترک حفاظتی خنثی)
معرفی سیستم TN-S
در سیستم بعدی که ادامه سیستم TN میباشد از یک هادی مجزا برای اتصال بدنه هادی به زمین استفاده میشود
بدنه به جای اینکه از طریق هادی حفاظتی مشترک خنثی به زمین متصل بشود از طریق یک هادی مجزا متصل خواهد شد به این هادی، هادی حفاظتی (PE) گفته خواهد شد.
خب ویژگی این سیستم چیست و چه تفاوتی با سیستم قبلی دارد؟
چرا ما برای یک هادی مجزا هزینه و اجرا خواهیم نمود؟
در این سیستم به دلیل وجود یک هادی مجزا برای عبور جریان های ناشی از اتصال به زمین باعث خواهد شد یک مسیر امن تری وجود داشته باشد.
در سیستم TN-C با قطع هادی مشترک حفاظتی خنثی ما هم نول را از دست داده ایم و از همه مهمتر اتصال بدنه به زمین نیز قطع خواهد شد. و این موضوع باعث کاهش ایمنی خواهد شد.
در حالی که در سیستم TN-S با قطع هادی نول تنهاترین چیزی که ممکن است آسیب ببیند خود لوازم میباشد.
در حالی که بدنه ارتباط خود با زمین را حفظ کرده است.
و همین موضوع باعث خواهد شد سیستم TN-S به سیستم TN-C ارجحیت داشته باشد.
موارد کاربرد سیستم TN-S در مکان هایی میباشد که ایمنی از اهمیت بالایی برخوردار باشد و موضوع دیگری که برتری سیستم TN-S را بهمراه دارد ما در سیستم TN-S پدیده ایی به نام EMI که در ادامه با آن آشنا خواهیم شد نخواهیم داشت.
EMI مخفف کلمات ELECTRO MAGNETIC INTERFORENCE به معنای تداخل امواج الکترو مغناطیسی میباشد، که در سیستم TN-S ما این تداخل امواج را نداریم.
موارد مصرفی سیستم ارتینگ
واحد های مسکونی ، اداری، تجاری، بانک ها و صنعتی .
منظور از دستگاه های صنعتی که مصرف برق دارند ؛ دستگاه های خودپرداز ، سرور ، رک ها، سیستم های رایانه ای و وسایل الکترونیکی صنعتی .
ویژگی‌های سیستم ارتینگ
۱. این سیستم هم دارای ورودی و خروجی تک فاز و هم سه فاز میباشد
۲ . یک خروجی متغیر آمپر از ۵ آمپر تا ۱۰۰ آمپر میباشد
۳ . دارا بودن کابل اتصال به بدنه فلزی برای تصبیت نمودن بدنه مصرف کننده برقی
۴ . داشتن سیستم تشخیص نشت آب به سیستم الکترونیکی و قطع کردن هر چه سریعتر برق
۵ . قطع نمودن برق در حداقل زمان ممکن یعنی حدودا زیره ۳۶ میلی ثانیه
۶ . خاصیت ضد زلزله و ضد آب بودن سیستم ارتینگ
۷ . جلوگیری از برق گرفتگی در زمان اتصال بدنه و قطع کردن سریع برق
۸ . داشتن هزینه ای بسیار پایین تر از چاه ارت
۹. کم وزن بودن و نصب سریع و آسان آن
۱۰ . امکان ایجاد خطا به درصد بسیار پایین و کاربردی بسیار متغیر در نوع مختلف قدرت های الکتریکی
و …
۳ ویژگی مهم سیستم ارتینگ
در واقع ویژگی‌های سیستم ارتینگ را میتوان در ۳ مورد کلی خلاصه کرد :
۱ . دارا بودن آمپاندانس الکتریکی بسیار پایین
۲ . دارا بودن مقاومت الکتریکی بسیار بالا
۳ . مقاوم بودن در برابر خوردگی
اگر سیستم ارتینگ بتواند مقاومت الکتریکی کمی نسبت به زمین ایجاد نماید و نیز جریان های بسیاری را از خودش عبور دهد ؛ مطمئنا توانسته است عملکرد رضایت بخشی را ارائه دهد .
چرا باید از چاه ارت یا سیستم ارتینگ استفاده شود؟
با توضیحاتی که در متن داده شد تا حدود زیادی به لزوم استفاده از سیستم اترینگ و چاه ارت پی بردیم. استفاده از این سیستم در ساختمان های بلند ضروری میباشد زیرا مانع از آسیب رسیدن به افراد و دستگاه توسط ولتاژ های تولید شده اضافه میشود.
چگونگی نگهداری از سیستم اترینگ
نگهداری کردن از سیستم اترینگ بسیار اهمیت دارد زیرا اگر از این دستگاه ها به درستی نگهداری نشود در هنگام صاعقه نمی تواند عملکرد درستی از خود داشته باشد .مقاومت سیستم ارتینگ باید سالیان باید سالیانه چک و بررسی شود زیرا این دستگاه باید عملکردی درست داشته باشد تا بتواند ضامنجان افراد و امنیت محیط (ساختمان) باشد .
انواع سیستم اترینگ
سیستم های ارتینگ از نظر فشار ضعیف بودن به دو دسته تک فاز و 3 فاز تقسیم میگردند :
انواع سیستم زمین تکفاز
سیستم ارتینگ دو سیمه L1 + L2 , L1 + N , L1 + PEN
سیستم ارتینگ سه سیمه L1 + N + P
انواع سیستم زمین سه‌فاز
سه سیمه L1 + L2 + L3
چهار سیمه L1 + L2 + L3 + (N , PE , PEN)
پنج سیمه L1 + L2 + L3 + N + PE
انواع سیستمهای زمین
سیستم ارت TN شامل انواع TN-C ، TN-S و TN-C-S
سیستم ارت TT
سیستم ارتینگ چند نوع هستند
سیستم های ارتینگ به طور کلی به دو دسته تکفاز و سه فاز تقسیم می گردند . برای نمایش هر کدام از هادی های سیستم از حروف لاتین استفاده می شود.
- فاز L
- خنثی N
- زمین pE
- هادی های مشترک خنثی و زمین PEN
ارتینگ / گراندینگ
بارهای القایی که در محیط اطراف ما قرار دارند هم برای جان انسان خطزناک بوده و هم باعث بروز خطر برای محیط و سیستم می شود. در این موارد می توان با بهره مندی از سیستم ارتینگ / گراندینگ خطرات ناشی از بارهای القایی را خنثی کرد. منظور از سیستم ارتینگ هنر ایجاد اتصال الکتریکی مناسب بین سطوح فلزی به جرم کلی زمین است . زمین را همواره به عنوان یک صفر پتانسیل در نظر داریم که بارهای القایی از طریق ارتینگ به آن منتقل می گردند.
هدف های پیشرو در سیستم اترینگ
مهار جریان های تولیدشده از القـائـات الکترو مغناطیسی و تخلیه الکتریسته ساکن
کاهش ولتاژ گـام و تماس در مواقع بروز اختلاف پتانسیل های خطرناک
کارکرد صحیح تجهیزات حفاظتی
حفاظت جان انسان ها و کاربـرد مناسب سیستم های الکتریکی ، الکترونیکی و دیجیتالی
در رابطه با سیستم ارتینگ باید به موارد زیادی توجه کنیم
که در اینجا ما فقط به چند مورد آن اشاره می نماییم :
- تمامی اتصال های سیستم با برنج و آلیاژ نقره جوشکاری شده اند.
- برای جوش به نوع سطح مورد نظر دقت کافی داشته باشید.
- بین ایستگاه های نول و گراند نباید به هیچ وجه اختلاف ولتاژی وجود داشته باشد ؛
- در سایت های کامپیوتری برای اجرا کردن سیستم زمین ، بهتر است که حتما از یک زمین با سطحی صاف استفاده گردد ؛
- سعی بر آن باشد که شینه داخلی اتاق تا حدلاامکان به نوع چیدمان دستگاه ها نزدیکی داشته باشد ؛
- با استفاده از خاک نرم کانال را پر کنید.
- در دکل های مهاری با ظرفیت تکمیل مهار های دکل باید با بست مخصوص محکم شوند.
- آگاه باشید استاندارد قابل قبولی که برای سایت های کوچک ارائه میگردد زیره ۱۰ اهم و سایت های بزرگ نیز زیر ۳ اهم است.
معایب ارت الکتریکی
ارت های الکتریکی با ویژگی های مثبتی همراه هستند . این ویژگی ها مثبت موجب شده است تا معایبش برای بسیاری از مصرف کنندگان آن اهمیتی نداشته باشد. معایب سیستم ارتینگ مواردی همچون عدم امکان پوشاندن صاعقه گیر های شاخکی در قیاس با نمونه های گپی با فلزات سخت ، مقاوم ، ضد رنگ و یکپارچه را شامل میشود. البته که این عیوب به همه برقگیر ها مرتبط نمیشود .
نکات مهم در سیستم ارتینگ
سه دلیل برای ارتینگ به زمین وجود دارد:
- اولین دلیل این می باشد که باعث ایمن شدن می شود و در صورت به وجود آمدن هر مشکلی از آن جلوگیری می کند. شخصی که با دستگاه ارتباط دارد دچار برق گرفتگی نمی شود.
- دومین دلیل ایمنی تجهیزات برقی می باشد. ارتینگ باعث جلوگیری از اضافه ولتاژ در وسایل الکتریکی می شود. گاهی این ولتاژ زیاد باعث آتش گرفتن دستگاه شده است. با ارتینگ از این خرابی و آتش گرفتن جلو گیری می شود.
- محافظت کردن ساختمان ها در برابر صاعقه. شاید بارها دیده باشید که در بالای ساختمان و آپارتمان ها دستگاهی قرار گرفته است. این دستگاه صاعقه گیر می باشد، در بالاترین نقطه ساختمان قرار می گیرد و زمانی که صاعقه ایجاد می شود این دستگاه برق را می گیرد و آن را به زمین منتقل می کند و باعث می شود از خرابی ها احتمالی جلوگیری کند.
جمع بندی در مورد سیستم ارتینگ
امروز سیستم ارتینگ یا سیستم حفاظت از زمین یکی از مهمترین بخش های تاسیسات الکتریکی بشمار میرود. البته که کاربرد این سیستم در همه مجموعه‌های مسکونی، صنعتی، اداری و تجاری قابل مشاهده است. تمام هدف از طراحی و اجرا این سیستم ، مانع شدن از آسیب رسیدن به افراد و مجموعه ای است که سیستم در آن در حال اجراست. سیستم ارتینگ در کشورهای دیگر از مدت‌ها قبل به شکل پیشرفته‌تر در حال اجرا بوده و هست ولی متاسفانه در ایران به تازگی استفاده از این سیستم جدی گرفته میشود و به طور تقریبی در حال حاضر در تمام ساختمان‌های در حال ساخت اجرا میشود .
لیست فایل های مرتبط با سیستم ارتینگ
اصول طراحی و محاسبات بانک خازنی (بررسی و تحلیل جامع پیوست ۵ مبحث ۱۳)
