سیستم ارتینگ یکی از اجزای حیاتی در طراحی و اجرای هر شبکه برق است که نقش مهمی در ایمنی افراد و تجهیزات ایفا می‌کند. این سیستم به‌عنوان یک مسیر ارتباطی بین تجهیزات الکتریکی و زمین عمل کرده و در هنگام بروز خطاهای الکتریکی، جریان‌های اضافی را به زمین هدایت می‌کند تا از آسیب به افراد و تجهیزات جلوگیری شود. سیستم ارتینگ نه‌تنها برای حفاظت از انسان‌ها در برابر برق‌گرفتگی ضروری است، بلکه عملکرد صحیح سیستم‌های الکتریکی و جلوگیری از نوسانات ولتاژ را نیز تضمین می‌کند.
سیستم ارتینگ به طور کلی به دو دسته اصلی عملیاتی و حفاظتی تقسیم می شود البته دسته بندی های دیگری هم برای سیستم ارتینگ وجود دارد که در این مقاله به آن ها می پردازیم. در این مقاله، به بررسی انواع سیستم‌های ارتینگ، کاربرد و روش نصب آنها پرداخته خواهد شد.
سیستم ارتینگ چیست؟
سیستم ارتینگ یا زمین، بخشی اساسی در طراحی تأسیسات برقی است که نقشی حیاتی در ایمنی افراد و تجهیزات الکتریکی ایفا می‌کند. این سیستم، اجزای رسانای شبکه الکتریکی را به جرم اصلی زمین متصل کرده و بدین ترتیب یک مرجع ثابت و غیرقابل تغییر پتانسیل (صفر) ایجاد می‌شود. اتصال تجهیزات به این مرجع، مسیر با مقاومت کم را برای جریان‌های خطا فراهم می‌کند و از برق‌گرفتگی افراد و آسیب به تجهیزات جلوگیری می‌نماید. در عمل، تمامی اجزای فلزی تجهیزات الکتریکی به زمین متصل می‌شوند تا در صورت بروز اتصال کوتاه یا خطای الکتریکی، جریان ناشی از اختلاف پتانسیل به‌جای عبور از بدن انسان، به زمین منتقل شود. این اقدام علاوه بر حفاظت از افراد، به عملکرد ایمن و صحیح تجهیزات الکتریکی نیز کمک می‌کند. از دیگر نقش‌های سیستم ارتینگ، حفاظت از مدارها در برابر افزایش یا کاهش ناخواسته ولتاژ است. در مواقعی که نوسانات برق یا خطاهای الکتریکی رخ می‌دهد، این سیستم با انتقال ولتاژ اضافی به زمین، از آتش‌سوزی و آسیب به تجهیزات جلوگیری می‌کند. به بیان دیگر، وجود یک شبکه برق متصل به سیستم ارت می‌تواند خطرات ناشی از نوسانات و خطاهای الکتریکی را کاهش داده و تجهیزات را در سلامت کامل نگه دارد. سیستم ارتینگ که گاهی با نام گراندینگ (Grounding) نیز شناخته می‌شود، نقش مهمی در ایمنی الکترومغناطیسی تأسیسات دارد و نحوه طراحی و اجرای آن، تأثیر مستقیمی بر سطح ایمنی شبکه دارد. در بسیاری از کشورها، از استانداردهای بین‌المللی مانند IEC برای طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های ارتینگ استفاده می‌شود تا بهترین عملکرد و ایمنی حاصل گردد.
انواع سیستم ارتینگ
پرکاربردترین و بنیادی‌ترین انواع سیستم ارتینگ که بیشترین تأثیر را در ایمنی و عملکرد صحیح سیستم‌های الکتریکی دارند به قرار زیر هستند:
- سیستم ارتینگ حفاظتی (Protective Earthing)
- سیستم ارتینگ عملیاتی (Functional Earthing)
سایر انواع سیستم‌های ارتینگ مانند ارتینگ مقاومتی، سلفی یا شناور در شرایط خاص یا در صنایع تخصصی کاربرد دارند. برای مثال:
- ارتینگ مقاومتی معمولاً در شبکه‌های صنعتی با ولتاژ بالا برای محدود کردن جریان خطا استفاده می‌شود.
- ارتینگ سلفی بیشتر در شبکه‌هایی که نیاز به کنترل نوسانات دارند، به کار می‌رود.
- ارتینگ شناور یا بدون زمین، در مواردی که عدم اتصال مستقیم به زمین ضروری است، به کار گرفته می‌شود.
ارتینگ حفاظتی
سیستم حفاظتی ارتینگ به منظور حفاظت از ایمنی افرادی که به دلیل شغل خود در تماس مستقیم با تجهیزات الکتریکی قرار دارند، و همچنین برای تمامی مصرف‌کنندگان نهایی انرژی برق که در معرض خطرات ناشی از جریان‌های خطا یا نوسانات ولتاژ هستند، طراحی شده است. این سیستم با اتصال بدنه‌های فلزی تجهیزات به رسانای خنثی یا زمین، مسیر جریان خطا را به زمین هدایت کرده و خطر برق‌گرفتگی و آسیب به افراد را کاهش می‌دهد. هدف دیگر این سیستم، کاهش احتمال آتش‌سوزی و جلوگیری از گسترش حوادث الکتریکی از طریق قطع سریع مدار آسیب‌دیده است که از طریق اتصال بدنه فلزی به رسانای خنثی یا زمین انجام می‌شود. ارتینگ محافظتی در موارد زیر کاربرد دارد:
- تجهیزات (Equipment) با هدف جلوگیری از برق‌گرفتگی و محافظت از بدنه‌های فلزی تجهیزات
- صاعقه گیر (Lightning) با هدف انتقال انرژی ناشی از صاعقه به زمین و جلوگیری از آسیب به سازه‌ها و تجهیزات.
- بارهای ساکن (Electrostatic) با هدف تخلیه الکتریسیته ساکن در محیط‌های صنعتی برای جلوگیری از جرقه و آتش‌سوزی.
- ترانسفورماتور یا منفرد (Transformer) به منظور حفاظت از تجهیزات و شبکه در برابر اضافه ولتاژها یا جریان‌های خطا.
ارتینگ عملیاتی
سیستم ارتینگ عملیاتی برای تضمین عملکرد صحیح و مطمئن تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی به کار می‌رود. این سیستم با اتصال نقاطی از دستگاه‌های الکترونیکی، سیستم‌های جریان ضعیف (مانند مراکز کامپیوتر و تلفن) و مرکز ستاره – نقطه‌ای که سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور یا ژنراتور در آن به یکدیگر متصل می‌شوند – به زمین، ولتاژ مرجعی برابر با پتانسیل جرم زمین فراهم می‌کند. سیستم ارتینگ عملیاتی در موارد زیر کاربرد دارد:
- تجهیزات الکترونیکی حساس: مانند مراکز کامپیوتر، سیستم‌های مخابراتی، و تجهیزات آزمایشگاهی که به ولتاژ مرجع پایدار نیاز دارند.
- شبکه‌های برق با ولتاژ بالا: برای کاهش نوسانات ولتاژ و کنترل جریان خطا.
- پایداری سیستم‌های صنعتی: جلوگیری از خرابی ناشی از اختلالات الکتریکی در مدارهای پیچیده.
- ایزوله: جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی یا مدیریت سیستم‌های خاص.
- سیگنال مرجع: فراهم کردن یک مرجع پایدار برای کاهش نویز الکترومغناطیسی در شبکه‌های مخابراتی یا الکترونیکی.
- هدف: فراهم کردن یک مرجع پایدار برای کاهش نویز الکترومغناطیسی در شبکه‌های مخابراتی یا الکترونیکی.
تقسیم‌بندی سیستم‌های ارتینگ: تک‌فاز و سه‌فاز
در کنار تقسیم‌بندی‌های کلی سیستم ارتینگ به دو نوع حفاظتی و عملیاتی، این سیستم‌ها همچنین می‌توانند بر اساس نوع جریان برق (تک‌فاز یا سه‌فاز) نیز تقسیم‌بندی شوند. این دسته‌بندی به‌ویژه در انتخاب روش‌های اتصال به زمین و نحوه تأمین ایمنی تجهیزات الکتریکی اهمیت دارد. سیستم ارت سه‌فاز دارای سه دسته سیم مختلف سه سیم، چهار سیم و پنج سیم و سیستم ارت تک‌فاز دارای دو دسته دو سیم و سه سیم است. سیستم‌های ارتینگ تک‌فاز و سه‌فاز در کنار تقسیم‌بندی‌های کلی خود، می‌توانند در هر یک از سه نوع آرایش ارتینگ (TT, IT, TN) استفاده شوند. هر یک از این آرایش‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که برای نیازهای خاص سیستم‌های تک‌فاز و سه‌فاز بهینه عمل کنند. در نتیجه، بسته به نیازهای سیستم‌های تک‌فاز و سه‌فاز و شرایط محیطی، هر یک از این سه نوع آرایش ارتینگ می‌توانند گزینه‌های مناسبی برای ارتینگ به حساب بیایند.
کاربری‌های سیستم ارتینگ
زمانی که قصد راه‌اندازی سیستم ارتینگ را دارید، ممکن است نیاز به استفاده از انواع سیم یا کابل‌های خاص باشد. برای اطمینان از انتخاب مناسب، طراحی اولیه باید توسط متخصصان انجام شود. سپس می‌توان بر اساس نیاز، اقدام به تهیه سیم‌ها یا کابل‌های موردنظر کرد. این انتخاب مستقیماً بر عملکرد و کارایی سیستم ارت تأثیر خواهد داشت. برخی از مهم‌ترین کاربردهای سیستم ارت عبارت‌اند از:
- پیشگیری از خطر برق‌گرفتگی
- جلوگیری از خرابی تجهیزات برقی
- بهبود عملکرد سیستم‌های الکترونیکی و دیجیتالی
روش‌های اجرای سیستم ارت
تفاوت در اجرای سیستم ارت به دلیل تفاوت در زمین‌های در دسترس است . افرادی که متصدی اجرای سیستم ارتینگ هستند بنا به بافت سخت یا نرم زمین، اقدام به اجرای روش‌های مختلف می‌کنند که در ادامه با این روش‌ها بیشتر آشنا می‌شویم:
اجرای سیستم ارتینگ در عمق زمین
اجرای این سیستم در زمین عمقی شامل حفر چاه ارت و نصب تجهیزات موردنیاز در آن است. ابتدا محل مناسب چاه و نوع خاک مشخص می‌شود تا عمق چاه تعیین گردد. سپس سیمی به یک صفحه مسی متصل شده و این صفحه همراه با تجهیزات لازم در انتهای چاه نصب می‌شود. پس از پر کردن چاه، برای تکمیل فرایند، میله برق‌گیر در محل قرار داده می‌شود تا سیستم ارت به طور کامل اجرا گردد.
اجرای سیستم ارتینگ در سطح زمین
در مناطقی که امکان حفاری عمیق وجود ندارد، مانند پایین بودن ارتفاع منطقه از سطح دریا، مسطح بودن زمین، دسترسی آسان به فضای لازم، و وجود فاصله کافی بین دکل و سایت، سیستم ارتینگ به‌صورت سطحی اجرا می‌شود.
اجرای سیستم ارتینگ در ارتفاعات
در مناطق کوهستانی و سنگلاخی که امکان اجرای سیستم ارتینگ به روش‌های قبلی وجود ندارد، از روش حفاری مغزی فولادی استفاده می‌شود. در این روش، با ایجاد شیار یا حفاری، شرایط لازم برای کوبیدن میله مغز فولادی در خاک یا صخره فراهم می‌شود و سپس سیستم ارت به این میله متصل و اجرا می‌شود.
نکات مهم در خصوص سیستم ارتینگ
هنگام راه‌اندازی و نصب سیستم ارت، توجه به نکات کلیدی زیر ضروری است:
- استفاده از میله برق‌گیر تمام مس یا آلیاژهای استاندارد با قابلیت پوشش‌دهی تمامی تجهیزات.
- انجام جوشکاری اتصالات با حفظ جهت جوشکاری، استفاده از مفتول برنج یا نقره.
- انتخاب سیم ارت روکش‌دار برای نقاط روی زمین و سیم بدون روکش برای سطوح داخل زمین.
- گزینش شینه گراند متناسب با تعداد انشعابات.
- اطمینان از عدم اختلاف ولتاژ بین نول و گراند در ایستگاه‌ها.
- رعایت استاندارد مقاومت اتصال به زمین: زیر ۱۰ اهم برای سیستم‌های کوچک و زیر ۳ اهم برای سیستم‌های بزرگ.
کلام آخر
سیستم ارتینگ یا اتصال به زمین یکی از این روش‌های مؤثر برای برای افزایش ایمنی افراد و حفاظت از تجهیزات برقی است. این سیستم به دو دسته اصلی حفاظتی و عملیاتی تقسیم می‌شود. همچنین براساس نوع برق مصرفی سیستم ارتینگ به دو دسته سه‌فاز و تک‌فاز دسته بندی می‌شود. اجرای این سیستم نیازمند طراحی دقیق و کامل است که با توجه به شرایط محیطی و نیازهای مختلف انجام می‌شود. پس از طراحی، استفاده از تجهیزات استاندارد و مناسب برای اطمینان از عملکرد صحیح این سیستم ضروری است.
