ارتینگ الکتریکی چیست؟
اتصال قسمتهای فلزی (رسانای) دستگاهها یا تاسیسات الکتریکی به زمین (گراند) را ارتینگ یا گراندینگ می نامند. به عبارت دیگر، اتصال قسمتهای فلزی ماشین آلات و دستگاه های الکتریکی به صفحه ارت یا الکترود ارت (که در زمین رطوبتی مدفون است) از طریق یک سیم هادی ضخیم (که مقاومت بسیار کمی دارد) به منظور اهداف ایمنی به عنوان ارتینگ یا گراندینگ شناخته می شود. ارتینگ را می توان به عنوان اتصال نقطه نوترال یک منبع تغذیه به زمین به منظور جلوگیری یا به حداقل رساندن خطر در هنگام تخلیه انرژی الکتریکی نامید.
چرا ارتینگ الکتریکی مهم است؟
هدف اصلی ارتینگ، جلوگیری یا به حداقل رساندن خطر برق گرفتگی، آتش سوزی ناشی از نشت جریان زمین از طریق مسیر نامطلوب و اطمینان از عدم افزایش پتانسیل یک هادی حامل جریان نسبت به زمین نسبت به عایق طراحی شده آن است.
هنگامی که قسمت فلزی وسایل برقی (قسمتی که می تواند جریان الکتریکی را هدایت یا اجازه عبور دهد) با سیم برق تماس می گیرد، شاید به دلیل خرابی تاسیسات یا خرابی در عایق کابل، فلز شارژ شده و بار ساکن روی آن جمع می شود. اگر شخصی چنین فلز شارژشده را لمس کند، نتیجه یک شوک شدید است. برای جلوگیری از چنین مواردی، سیستم های منبع تغذیه و قطعات لوازم خانگی باید به گونه ای ارت شوند که بار شارژ شده در بدنه هادی مستقیماً به زمین منتقل شود. به همین دلیل است که در سیستم های تاسیسات برقی به ارت یا زمین نیاز داریم.
ذیلا اهداف و دلایل اصلی ارتینگ بصورت فهرست وار آورده شده است.
- محافظت از جان انسان ها و همچنین تامین ایمنی دستگاه ها و وسایل الکتریکی در برابر جریان نشتی.
- ثابت نگه داشتن ولتاژ در فاز سالم (درصورت رخداد خطا در فاز دیگر)
- محافظت از سیستم الکتریکی و ساختمان ها در برابر صاعقه
- عمل به عنوان هادی برگشت در سیستم ارتباطی.
- جلوگیری از خطر آتش سوزی در سیستم ها و تاسیسات الکتریکی.
نوشته های مشابه
اصطلاحات مورد استفاده در ارتینگ الکتریکی
- زمین Earth: اتصال مناسب بین سیستم تاسیسات الکتریکی از طریق هادی به صفحه مدفون در زمین به عنوان زمین شناخته می شود.
- ارت شده Earthed: هنگامی که یک دستگاه الکتریکی از طریق الکترود زمین به زمین متصل می شود، به عنوان دستگاه ارت شده شناخته می شود.
- مستقیما ارت شده Solidly Earthed: هنگامی که یک دستگاه الکتریکی، بدون فیوز، بریکر مدار یا مقاومت/امپدانس به الکترود زمین متصل شود، آن دستگاه “مستقیما ارت شده” نامیده میشود.
- الکترود زمین Earth Electrode: زمانی که یک رسانا (یا صفحه رسانا) در زمین برای سیستم ارتینگ الکتریکی مدفون شده است. به عنوان الکترود زمین شناخته شده است. الکترودهای زمین به اشکال مختلف مانند صفحه رسانا، میله رسانا، لوله فلزی آب یا هر رسانای دیگری با مقاومت کم هستند.
سیم اتصال ارت Earthing Lead: سیم هادی یا نوار رسانا که بین الکترود زمین و تاسیسات الکتریکی متصل می شود سیم اتصال ارت نامیده می شود.
هادی پیوستگی زمین Earth Continuity Conductor:: به هادی الکتریکی که بین وسایل الکتریکی مختلف مانند تابلوهای توزیع، دوشاخه ها و لوازم مختلف و غیره متصل می شود گفته می شود. به عبارت دیگر به هادی مابین سیم اتصال ارت و دستگاه الکتریکی، هادی پیوستگی زمین می گویند. این هادی ممکن است به شکل لوله فلزی، غلاف فلزی یا یک سیم انعطاف پذیر باشد. - مقاومت زمین Earth Resistance: مقاومت کل بین الکترود زمین و زمین بر حسب Ω (اهم) است. مقاومت زمین مجموع جبری مقاومت هادی پیوستگی زمین، سیم اتصال ارت، الکترود زمین و زمین است.
نقاطی که باید زمین شوند
- پین ارت سوکت های دوشاخه روشنایی ۳ پین و دوشاخه برق ۴ پین باید به طور موثر و دائمی زمین شوند.
- تمام محفظه های فلزی یا پوشش های فلزی محافظت از مدارات تغذیه یا دستگاه الکتریکی مانند لوله ها و مجراهای GI که کابل های VIR یا PVC را در بر می گیرند، سوئیچ های روکش آهنی، فیوز توزیع روکش آهنی و غیره باید ارت شوند (به زمین متصل شوند).
- بدنه ژنراتور، موتورهای ثابت و قطعات فلزی تمام ترانسفورماتورهای مورد استفاده باید ارت شوند.
- در سیستم ۳ سیمه dc، هادی های میانی باید در ایستگاه تولید ارت شوند.
- سیم های ثابتی که برای خطوط هوایی هستند باید با اتصال حداقل یک رشته به سیم های زمین به زمین متصل شوند.
اجزای سیستم زمین
یک سیستم ارت الکتریکی کامل از اجزای اساسی زیر تشکیل شده است.
- هادی پیوستگی زمین
- سیم اتصال ارت
- الکترود زمین
هادی پیوستگی زمین یا سیم زمین
آن قسمت از سیستم ارتینگ الکتریکی (تصویر بالا) که تمام قطعات فلزی تاسیسات الکتریکی را به هم متصل می کند هادی پیوستگی زمین نام دارد. به عنوان مثال، کاندویتها، جعبه ها، پوسته های فلزی کلیدها، تابلوهای توزیع، کلیدها، فیوزها، ادوات رگولاتور و کنترل، قسمت های فلزی ماشین های الکتریکی همچون موتورها، ژنراتورها، ترانسفورماتورها و چارچوب فلزی تابلو ها وسایل و قطعات الکتریکی.
مقاومت هادی پیوستگی زمین بسیار کم است. طبق قوانین IEEE، مقاومت بین ترمینال زمین و انتهای هادی پیوستگی زمین نباید از ۱Ω بیشتر باشد. به عبارت ساده، مقاومت سیم زمین (هادی پیوستگی زمین) باید کمتر از ۱Ω باشد.
سایز هادی پیوستگی زمین
سطح مقطع هادی پیوستگی زمین نباید کمتر از نصف سطح مقطع ضخیم ترین سیم مورد استفاده در سیم کشی تاسیسات برقی باشد. به طور کلی، اندازه سیم مسی لخت (بدون روکش) استفاده شده به عنوان هادی پیوستگی زمین 3SWG است. اما به خاطر داشته باشید که کمتر از 14SWG به عنوان سیم ارت استفاده نکنید. نوار مسی نیز می تواند به عنوان هادی پیوستگی زمین به جای سیم مسی لخت استفاده شود، اما تا زمانی که سازنده آن را توصیه نکرده است، به سراغ آن نروید.
سیم اتصال ارت
سیم هادی متصل شده بین هادی پیوستگی زمین و الکترود زمین یا صفحه ارت را Earthing Joint یا “سیم اتصال ارت” می نامند. همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، نقطه ای که هادی پیوستگی زمین و الکترود زمین به هم می رسند، به عنوان “نقطه اتصال” Earthing Point شناخته می شود. سیم اتصال ارت، بخش نهایی سیستم ارتینگ الکتریکی است که از طریق نقطه اتصال زمین به الکترود ارت (که در زیر زمین است) متصل می شود.
در سیم اتصال ارت باید تعداد مفصل ها حداقل باشد و همچنین کمترین خم را داشته باشد.
به طور کلی، سیم مسی را می توان به عنوان سیم اتصال زمین استفاده کرد، اما از نوار مسی نیز استفاده می شود و به دلیل مساحت وسیع تر از سیم مسی، می تواند جریان خطای بالاتری را تحمل کند.
یک سیم مسی لخت (بدون روکش) کشیده شده نیز به عنوان سیم اتصال ارت استفاده می شود. در این روش تمام هادی های زمین به یک (یک یا چند) نقطه اتصال مشترک متصل شده و سپس برای اتصال به الکترود زمین (صفحه زمین) از سیم اتصال ارت استفاده می شود.
برای افزایش ضریب ایمنی می توان از دو سیم مسی به عنوان سیم اتصال ارت برای اتصال بدنه فلزی دستگاه ها به الکترود ارت یا صفحه ارت استفاده کرد. یعنی اگر از دو الکترود ارت یا صفحات ارت استفاده کنیم، چهار سیم ارت وجود خواهد داشت. در طراحی نباید دو سیم اتصال ارت را به عنوان مسیرهای موازی برای عبور جریان های خطا در نظر گرفت، بلکه استفاده از دو مسیر برای ملاحظات Reliability است (شکل زیر).
سایز سیم اتصال ارت
سایز یا مساحت سیم اتصال ارت نباید کمتر از نصف ضخیم ترین سیم مورد استفاده باشد. بزرگترین اندازه برای سیم اتصال ارت 3SWG است و حداقل اندازه نباید کمتر از 8SWG باشد. در صورت استفاده از سیم ۳۷/.۰۸۳ یا جریان بار ۲۰۰ آمپر از ولتاژ تغذیه، توصیه می شود به سیم اتصال ارت دوبل از نوار مسی استفاده شود. روش های اتصال سرب زمین در شکل بالا نشان داده شده است.
الکترود زمین یا صفحه زمین
الکترود یا صفحه فلزی که در زمین (زیر زمین) مدفون شده و آخرین قسمت سیستم ارتینگ الکتریکی است. به عبارت ساده، آخرین قسمت فلزی زیرزمینی (صفحه) سیستم ارت که به سیم اتصال ارت متصل می شود، صفحه ارت یا الکترود ارت نامیده می شود. یک صفحه فلزی، لوله یا ROD می تواند به عنوان الکترود زمین استفاده شود که مقاومت بسیار کمی دارد و جریان خطا را با خیال راحت به سمت زمین هدایت می کند.
سایز الکترود زمین (مس)
۶۰۰ در ۶۰۰ در ۳ میلی متر
سایز الکترود زمین (آهن)
۶۰۰ در ۶۰۰ در ۶ میلیمتر
توصیه می شود الکترود ارت را در زمین رطوبتی دفن کنید. در صورت عدم امکان، آب را در لوله GI (آهن گالوانیزه) قرار دهید تا شرایط رطوبت ممکن شود. در سیستم ارت، الکترود ارت را در حالت عمودی (زیر زمین) مطابق شکل قرار دهید. همچنین، یک لایه (حدود ۳۰ سانتی متر) از مخلوط پودر زغال چوب و آهک را در اطراف صفحه زمین قرار دهید. این عمل باعث افزایش احتمالی اندازه الکترود زمین می شود که منجر به عملکرد بهتر در سیستم ارتینگ می شود و همچنین به حفظ شرایط رطوبت اطراف صفحه ارت کمک می کند.
از کک (بعد از سوزاندن زغال سنگ در کوره که انتشار گازها و سایر ناخالصی ها می شود، ۸۸ درصد کربن باقیمانده کک نامیده می شود) یا زغال سنگ به جای زغال چوب استفاده نکنید زیرا باعث خوردگی صفحه زمین می شود. از آنجایی که سطح رظوبت خاک در مناطق مختلف متفاوت است. بنابراین، عمق نصب الکترود زمین نیز در مناطق مختلف متفاوت است. اما، عمق نصب الکترود زمین نباید کمتر از ۳ متر باشد و باید پایین تر از۳۰۴.۸ میلی متر از سطح ثابت آب باشد. موتورها، ژنراتورها، ترانسفورماتورها و غیره باید از دو مکان مختلف به الکترود زمین متصل شوند.
در سیستم ارتینگ تاسیسات کوچک می توان به جای صفحه ارت از Rod فلزی (قطر = 25 میلی متر و طول = 2 متر) استفاده کرد. راد فلزی باید دو متر زیر سطح زمین باشد.
روشها و انواع ارتینگ الکتریکی
ارت را می توان به روش های مختلفی انجام داد. روش های مختلف به کار رفته در ارتینگ (در سیم کشی خانه یا کارخانه و سایر تجهیزات و ماشین آلات الکتریکی متصل) به شرح زیر مورد بحث قرار می گیرد.
ارتینگ صفحه ای
در سیستم ارتینگ الکتریکی صفحه ای، از صفحه ای ساخته شده از مس با ابعاد 60cm x 60cm x 3.18mm یا آهن گالوانیزه (GI) با ابعاد 60cm x 60cm x 6.35mm که بطور عمودی در زمین مدفون شده است (گودال زمین) استفاده می شود. این صفحه نباید در عمق کمتر از ۳ متراز سطح زمین باشد.
ارتینگ لوله ای
در این نوع سیستم ارتینگ الکتریکی، یک فولاد گالوانیزه و یک لوله سوراخ دار با طول و قطر مناسب به صورت عمودی در خاک مرطوب قرار می گیرد. این رایج ترین سیستم ارتینگ است. اندازه لوله مورد استفاده به شدت جریان و نوع خاک بستگی دارد. ابعاد لوله معمولاً ۴۰ میلی متر قطر و ۲.۷۵ متر طول برای خاک معمولی است. این مقادیر برای خاک خشک و سنگی بیشتر است. در واقع این رطوبت خاک است که طول لوله ای را که قرار است دفن شود تعیین می کند، اما معمولاً باید ۴.۷۵ متر باشد.
ارتینگ ROD
این روش ارتینگ الکتریکی، مشابه ارتینگ لوله ای است. یک میله مسی به قطر ۱۲.۵ میلی متر یا قطر ۱۶ میلی متر (۰.۶ اینچ)از فولاد گالوانیزه یا بخش توخالی ۲۵ میلی متر لوله GI به طول بیش از ۲.۵ متر به صورت دستی در زمین دفن می شود. با کمک چکش پنوماتیک طول الکترودهای تعبیه شده در خاک، مقاومت زمین را به مقدار دلخواه کاهش می دهد.
ارتینگ الکتریکی از طریق واترمن
در این روش ارتینگ الکتریکی از لوله های واترمن (Galvanized GI) برای ارتینگ استفاده می شود. اطمینان حاصل کنید که مقاومت لوله های GI را بررسی کرده و از گیره های ارت برای به حداقل رساندن مقاومت برای اتصال زمین مناسب استفاده کنید. اگر از هادی رشته‌ای به عنوان سیم ارت استفاده میشود، انتهای رشته‌های سیم را تمیز کنید و مطمئن شوید که در وضعیت مستقیم و موازی قرار دارد که امکان اتصال محکم به لوله واترمن وجود دارد.
ارتینگ الکتریکی نواری یا سیمی:
در این روش ارتینگ الکتریکی، الکترودهای نواری با سطح مقطع کمتر از 25mm x 1.6mm در ترانشه های افقی با حداقل عمق ۰.۵ متر دفن می شوند. اگر از مس با سطح مقطع ۲۵ میلی متر در ۴ میلی متر استفاده شود و اگر از آهن یا فولاد گالوانیزه باشد ابعاد ۳.۰ میلی متر مربع استفاده شود. اگر از هادی های گرد استفاده می شود، سطح مقطع آنها نباید خیلی کوچک باشد، مثلاً اگر آهن یا فولاد گالوانیزه باشد، کمتر از ۶.۰ میلی متر مربع باشد. طول هادی مدفون در زمین مقاومت زمین کافی را ایجاد می کند و این طول نباید کمتر از ۱۵ متر باشد.
روش کلی اجرای ارتینگ الکتریکی (گام به گام)
روش معمول ارتینگ الکتریکی تجهیزات، دستگاه ها و وسایل برقی به شرح زیر است:
- اول از همه، یک گودال۱.۵ در ۱.۵ به عمق ۶ تا ۹ متر در زمین حفر کنید. (توجه داشته باشید که عمق و عرض بستگی به ماهیت و ساختار زمین دارد)
- یک صفحه مسی مناسب به ابعاد 600x600x3 میلی متر در آن گودال در موقعیت عمودی دفن کنید.
- سیم اتصال ارت را بطور محکم و از طریق پیچ و مهره از دو مکان مختلف روی صفحه زمین عبور دهید.
- برای هر صفحه ارت (در صورت وجود دو صفحه ارت) از دو سیم ارت استفاده کنید و آنها را محکم کنید.
- برای محافظت از اتصالات در برابر خوردگی، دور آن را گریس قرار دهید.
- تمام سیم ها را از طریق یک لوله فلزی از الکترود(های) زمین جمع آوری کنید. اطمینان حاصل کنید که لوله ۳۰ سانتی متر بالاتر از سطح زمین باشد.
- برای حفظ رطوبت در اطراف صفحه زمین، یک لایه ۳۰ سانتی متری از زغال چوب پودری (زغال چوب پودر شده) و مخلوط آهک را در اطراف صفحه زمین اطراف صفحه زمین قرار دهید.
- برای اتصال محکم سیم ها به صفحات از پیچ و مهره های انگشتی استفاده کنید. هر دستگاه باید از دو مکان مختلف ارت شود. حداقل فاصله بین دو الکترود زمین باید ۳ متر باشد.
- هادی پیوستگی زمین که به بدنه و قسمت های فلزی کلیه تاسیسات متصل می شود باید محکم به سیم اتصال ارت متصل شود.
- در نهایت، سیستم کلی ارت را از طریق ارت تستر تست کنید. اگر همه چیز طبق برنامه است، گودال را با خاک پر کنید. حداکثر مقاومت مجاز برای ارتینگ ۱Ω است. اگر بیشتر از ۱ اهم است، سایز (و البته نه طول) سیم اتصال ارت و هادی پیوستگی زمین را افزایش دهید. انتهای خارجی لوله ها را باز نگه دارید و آب را هر چند وقت یکبار قرار دهید تا رطوبت اطراف الکترود زمین که برای سیستم ارتینگ بهتر مهم است حفظ شود.
استاندارد SI در خصوص ارتینگ الکتریکی
در استانداردهای ارتینگ الکتریکی به نکات فراوانی اشاره می گردد که در ادامه به اهم آنها می پردازیم
- الکترود زمین نباید در نزدیکی ساختمانی نصب گردد که تاسیسات آن در بیش از ۱.۵ متری ارت شده است.
- مقاومت زمین باید به اندازه‌ای کم باشد که جریان کافی برای عمل کردن رله‌های حفاظتی یا فیوزها را ایجاد کند. این مقدار البته ثابت نیست چراکه رطوبت با تغییر آب و هوا تغییر می کند(اما نباید کمتر از ۱ اهم باشد).
- سیم اتصال ارت و الکترود زمین باید از یک ماده ساخته شده باشد.
- الکترود زمین باید همیشه در یک موقعیت عمودی در داخل زمین یا گودال قرار گیرد تا با تمام لایه های مختلف زمین در تماس باشد.
برای مطالعه بیشتر در خصوص انواع سیستم های ارتینگ لطفا به مطلبی تحت این عنوان مراجعه فرمائید.
پینگ بک: انواع سیستم های ارتینگ - دیزل صنعت
پینگ بک: تفاوت ارت سازه و ارت معمولی را میدانید؟ | دیزل صنعت