اهداف کلی اجرای سیستم ارتینگ

• کارکرد صحیح تجهیزات حفاظتی.
• مهار جریان های تولیدشده از القـائـات الکتـرو مغناطیسی و تخلیه الکتریسته ساکـن
• کاهش ولتاژ گـام و تماس در مواقع بروز اختلاف پتانسیل های خطرناک.
• حفاظت جان انسان ها و کاربـرد مناسب سیستم های الکتریکی ، الکترونیکی و دیجیتالی

در مواردی به اشتباه بدنه مصرف کننده های خانگی را به لوله های آهنی آب و یا گاز و یا حتی به اسکلت ساختمان اتصال می دهند که این کار بسیارخطرناکی است که منجر به برق گرفتگی های کشنده میشود.

درهنگام اتصال کامل سیم های فاز به سیم ارت فیوز مربوط به آن فاز عمل کرده و جریان را قطع می کند و در هنگام اتصال کامل سیم نول به سیم ارت اگر مدار ارتینگ دارای فیوز محافظ جان (FI)باشد،این فیوز از 30 میلی آمپر نشتی جریان به بالا را قطع می کند و باعث قطع کامل جریان فاز و نول می شود.

بنابراین سیم ارت و سیم نول به ظاهر از نظراینکه بی برق هستندبه همدیگر شبیه هستند ولی در عمل دوسیم مستقل از هم وعملکردی متفاوت از یکدیگر دارند؛ و هیچگاه نمی توان از یکی بجای دیگری استفاده کرد.

سیستم ارتینگ امروزه کاربردی همانند خود برق را داراست و از اهمیت بسیار ویژه ای برخوردار است.چنانکه در مخابرات به سیستمهای ارتینگ بسیار حساس و دقیق برای جلوگیری نویز در شبکه نیاز است و نیز در شبکه های انتقال و توزیع برق کاربرد فراوان دارد؛شبکه های برق گیر بدون سیم ارت عملا بلا استفاده هستند.

روشهای اجرای ارت - زمین حفاظتی

برای اجرای ارت و سیستم حفاظتی دو روش كلی وجود دارد :

• زمین عمقی  : در این روش از چاه برای اجرای ارت استفاده می شود.
• زمین سطحی  : در این روش سیستم ارت در سطح زمین (برای مناطقی كه امكان حفاری عمیق در آنها وجود ندارد) و یا در عمق حدود 80 سانتیمتر اجرا می گردد.

در چه مکان های از روش سطحی برای اجرای ارت استفاده نمائیم؟

• فضای لازم و امكان حفاری در اطراف سایت وجود داشته باشد .
• ارتفاع از سطح دریا پائین باشد مانند شهرهای شمالی و جنوبی كشور .
• پستی و بلندی محوطه سایت كم باشد .
• فاصله بین دكل و سایت زیاد باشد .

با توجه به مزایای روش سطحی اجرای ارت به این روش برتری دارد.

اجرای ارت به روش عمقی

1- انتخاب محل چاه ارت

چاه ارت را بايد در جاهايي كه پايين‌ترين سطح را داشته و احتمال دسترسي به رطوبت، حتي‌الامكان در عمق كمتري وجود داشته باشد، و يا در نقاطي كه بيشتر در معرض رطوبت و آب قرار دارند مانند: زمين هاي چمن ، باغچه‌ها و فضاهاي سبز حفر نمود.

2- عمق چاه

با توجه به مقاومت مخصوص زمين، عمق چاه از حداقل 4 متر تا 8 متر و قطر آن حدوداً 80 سانتيمتر مي تواند باشد. در زمين هايي كه با توجه به نوع خاك داراي مقاومت مخصوص كمتري هستند مانند خاك هاي كشاورزي و رسي عمق مورد نياز براي حفاري كمتر بوده و در زمين هاي شني و سنگلاخي كه داراي مقاومت مخصوص بالاتري هستند، نياز به حفر چاه با عمق بيشتر مي باشد. براي اندازه گيري مقاومت مخصوص خاك از دستگاه هاي خاص استفاده مي گردد. در صورتي كه تا عمق 4 متر به رطوبت نرسيديم و احتمال بدهيم در عمق بيشتر از 6 متر به رطوبت نخواهيم رسيد نيازي نيست چاه را بيشتر از 6 متر حفر كنيم. به طور كلي عمق 6 متر و قطر حدود 80 سانتيمتر براي حفر چاه پيشنهاد مي گردد.

محدوده مقاومت مخصوص چند نوع خاك در جدول زير آمده است.

روش های کاهش مقاومت چاه ارت

ابتدا قبل از پرداختن به این مبحث لازم است از حداکثر مقاومت های مجاز یک چاه ارت برای سیستم های مختلف آگاه شویم. به عنوان مثال تعدادی از سامانه های مختلفی که نیازمند سیستم ارت هستند همراه با مقادیر اهمی آنها به شرح زیر می باشند:

1. سیستم حفاظت در مقابل صاعقه ،کمتر از۱۰ اهم
2. پست های برق ،کمتر از ۵ اهم
3. تابلوهای برق فشارضعیف،کمتر از۵ اهم
4. دکل های مخابراتی ، کمتر از ۳ اهم
5. سایت های کامپیوتری، کمتر از۲ اهم
6. تجهیزات ابزار دقیق، کمتر از ۱ اهم
7. سایت های مخابراتی، کمتر از۳ اهم
8. مراکز مخابرات، کمتر از۱ اهم
9. نیروگاههای برق، کمتر از ۲ اهم

رطوبت

درصد رطوبت موجود در خاک اطراف محل اجرای سیستم زمین بر روی مقاومت الکتریکی موثر است به همین خاطر ما در اجرای سیستم ارت معمولاً از عوامل تطبیق زمین استفاده می کنیم تا رطوبت اطراف را افزایش دهد. یکی از این عوامل زغال است که در روش سنتی ار آن استفاده می شد و در حقیقت زغال باعث حفظ رطوبت محیط اطراف الکترود ما می شود. همچنین مقاومت الکتریکی را پایین می آورد. که امروزه معمولاً از بنتونیت به جای آن استفاده می کنند.

بنتونیت به خاطر جاذب رطوبت بودن، رطوبت را از فاصله دور جذب می کند و محیط اطراف را نیز مرطوب نگه می دارد. با افزایش ۳۰ درصدی در رطوبت زمین مقاومت الکتریکی کاهش نسبتاً زیادی می یابد و این را باید بدانیم که رطوبت حداقل ۱۰ درصد را ما در بدترین شرایط هم داریم.

نکته: بایستی به این مطلب توجه داشت که رطوبت بالاتر از 35 درصد نیز حالت معکوس پیدا می کند.

استفاده از مواد شیمیایی کاهنده

در مناطقی که جنس خاک و زمین آن مناسب نبوده و سنگی ، آهکی ، شنی ،خشک و… باشد ، مقاومت الکتریکی زمین بسیار بالا می باشد و با روش های عادی و معمولی نمی توان سیستم ارت مناسب را مهیا نمود و به مقاومت الکتریکی مطلوب دسترسی پیدا کرد. لذا در شرایط فوق از موادی استفاده می کنند که با خصوصیات مختلف کمک به ارتقای سیستم زمین می نماید. اینگونه مواد اکتیو بوده و با داشتن ترکیباتی خاص این توانایی را دارند که با روش های شیمیایی شرایط سخت اقلیمی را بهبود بخشند و به دستیابی به مقاومت الکتریکی مطلوب مورد نیاز سیستم ارتینگ کمک نمایند.

ارتینگ به روش صفحه مسي

اتصال سيم به صفحه مسي بسيار مهم مي باشد و هرگز و در هيچ شرايطي نبايد اين اتصال تنها با استفاده از بست ، دوختن سيم به صفحه و يا… برقرار گردد. بلكه حتماً بايد سيم به صفحه جوش داده شود و براي استحكام بيشتر با استفاده از ۲ عدد بست سيم به صفحه بسته شده و محكم گردد.

براي جوش دادن قطعات مسي به يكديگر از جوش برنج يا نقره استفاده شود و در صورت عدم دسترسي به اين نوع جوش، از جوش (Cadweld) استفاده گردد.

ارتینگ به روش سطحی

در این روش سیستم ارت در سطح زمین ( برای مناطقی كه امكان حفاری عمیق در آن ها وجود ندارد ) و یا در عمق حدود 80 سانتی متر اجرا می گردد.

برای اجرای زمین سطحی سیستم ارتینگ روش های مختلفی وجود دارد كه عبارتند از: ROD، RING، پنجه اي (شعاعي)، مختلط، حلزوني، الكتروشيميايي، شبكه اي.

سیستم های تغذیه و آرایش اتصال به زمین در شبکه های فشار ضعیف به پنج گونه تقسیم می شوند:

1. سیستم TN-C
2. سیستم TN-S
3. سیستم TN-C-S
4. سیستم TT
5. سیستم IT

حروف اول و دوم به آرایش منبع و حروف دیگر به آرایش نول تجهیز الکتریکی و هادی حفاظتی اشاره دارند.

در این علائم اختصاری حرف T مخفف Terra به معنای زمین در زبان فرانسه است و نشان می دهد یک نقطه از سیستم مستقیما زمین وصل است . در زمین الکتریکی معمولا نقطه ستاره سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور و در زمین حفاظتی ، الکترود اختصاصی مشترک در نظر گرفته می شود .

سیستم PEN به سه قسمت زیر تقسیم می شود:

• هادی حفاظتی TNC
• هادی حفاظتی TNS . N,PE جدا باشد.
• هادی حفاظتی TNC-S . N,PE ابتدا مشترک ، سپس جدا می شوند.

نکته: سیستم شبکه برق ایران TN می باشد.

سیستم TN-C

یک سیستم TN-C شامل یک منبع سه فاز و یک تجهیز الکتریکی سه فاز با سه خط هادی(هادی های سه فاز) و یک هادی ترکیبی نول و حفاظتی است. نقطه ستاره(یا در حالت تکفاز یک نول) منبع از طریق یک الکترود زمین امپدانس کم، به جرمی کلی زمین، ارت شده است.

این نکته دارای اهمیت است که در یک سیستم TN-C، نول و هادی زمین حفاظتی در محل منبع ولتاژ و در محل تأسیسات الکتریکی، با هم یکی شده اند. به عبارت دیگر، PEN، CNE در کل سیستم در هم ادغام شده اند و قطعات سر راه هادی تأسیسات به وسیله همین هادی دارای یک مسیر برگشت به سمت منبع هستند.

این هادی یک مسیر برگشت را برای جریان هادی نول در شرایط معمولی و همچنین جریان عیب زمین را در طول مدت زمان پیدا شدن عیب در مدار خط ولتاژ به زمین فراهم می کند.

سیستم TN-S

یک سیستم TN-S شامل یک منبع تکی سه فاز و یک تأسیسات الکتریکی سه فاز چهار سیمه(هادی های سه فاز و یک سیم نول) و یک هادی حفاظتی است. نقطه ستاره منبع از طریق الکترود زمین با امپدانس کم به جرم کلی زمین، ارت می شود. در یک منبع تک فاز نیز سیم نول منبع به طور مشابهی ارت می شود.

این نکته مهم است که در یک سیستم TN-S، عملیات مربوط به هادی نول و هادی حفاظتی زمین هم در قسمت منبع و هم در قسمت تأسیسات جدا از هم هستند.

سیستم TN-C-S

یک سیستم TN-C-S شامل یک منبع سه فاز و یک تأسیسات الکتریکی سه فاز با سه خط سیم(هادی های سه فاز) و یک هادی حفاظتی و نول ترکیب شده در قسمت تغذیه نشان داده شده است. نقطه ستاره منبع از طریق یک الکترود زمین کم امپدانس به جرم زمین، ارت شده است. در یک منبع تک فاز، نول منبع نیز به طریق مشابهی ارت می شود.

این نکته دارای اهمیت است که در یک سیستم TN-C-S، کارهای مربوط به نول و هادی حفاظتی در تغذیه توسط یک سیم و در قسمت تأسیسات توسط دو سیم جداگانه انجام می شود.

سیستم TT

در این علائم اختصاری حرف T مخفف Terra به معنای زمین در زبان فرانسه است و نشان می دهد یک نقطه از سیستم مستقیما زمین وصل است (در زمین الکتریکی معمولا نقطه ستاره سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور و در زمین حفاظتی الکترود اختصاصی مشترک) بنابراین سیستم TT به معنای وجود دو چاه ارت مجزا برای زمین الکتریکی و زمین حفاظتی است که ارتباطی هم با یکدیگر ندارند.

چنانكه ملاحظه می شود در سیستم TT شبكه و تاسیسات دارای دو زمین مجزا از یكدیگر هستند به طوری كه نقطه صفر ستاره ترانس مستقیما به زمین وصل میشود (زمین الكتریكی) و یک سیم از آن برای استفاده نقطه خنثی (سيم نول) به خارج هدایت می گردد و بدنه دستگاه ها و وسایل الكتریكی به میله زمین دیگری (زمین حفاظتی ارت) وصل میشوند. بنابراین سیستم TT به معنای وجود دو چاه ارت مجزا برای زمین الکتریکی و زمین حفاظتی است که ارتباطی هم با یکدیگر ندارند.

چنانكه ملاحظه می شود در سیستم TT شبكه و تاسیسات دارای دو زمین مجزا از یكدیگر هستند به طوری كه نقطه صفر ستاره ترانس مستقیما به زمین وصل میشود (زمین الكتریكی) و یک سیم از آن برای استفاده نقطه خنثی (سيم نول) به خارج هدایت می گردد و بدنه دستگاه ها و وسایل الكتریكی به میله زمین دیگری (زمین حفاظتی ارت) وصل میشوند.

یک سیستم TT شامل یک منبع سه فاز تکین و یک تآسیسات برقی سه فاز با سه هادی خط ولتاژ(هادی های سه فاز) و یک هادی نول است. نقطه ستاره منبع از طریق یک الکترود زمین با امپدانس کم، به جرم کلی زمین، ارت شده است. در یک منبع تک فاز، نول منبع به طریق مشابهی ارت می شود.

در این سیستم نیرو یا منبع انرژی در یک نقطه ارت می گردد و هر یک از قسمت های فلزی از تجهیزات در دسترس به طور محلی ارت می گردد.استفاده از این سیستم جز در موارد خاص استفاده نمی شود و نیاز به تجهیزات قوی دارد.در بیمارستان ها از این سیستم استفاده می شود.

سیستم IT

این سیستم شامل یک منبع سه فاز و یک سیستم سه فاز سه سیم(هادی های سه فاز) و یک هادی نول می باشد. نقطه ستاره منبع از طریق یک الکترود زمین با امپدانس کم، به جرم کلی زمین از طریق امپدانس زمین ، ارت شده است. در یک منبع تک فاز، نول منبع به طریق مشابهی ارت می شود. چون در یک سیستم IT، منبع به طور مستقیم زمین نمی شود، چنین سیستم ولتاژ پایینی را نمی توان در شبکه های توزیع عمومی مورد استفاده قرار داد.

مزایای IT

1. جریان اتصال کوتاه پایین به دلیل باز گذاشتن نقطه خنثی IS_C محدود شده است.
2. ریسک آتش سوزی و برق گرفتگی برای خطای اول پایین می باشد.
3. بروز خطا باعث بی برق شدن نمی شود.

معایب IT

1. بهره برداری پیچیده و حفاظت گران
2. برای خطای دوم ایمن نیست .
3. تجهیزات در این سیستم گران

تجهیزات زمین

تجهیزات زمین یک آرایش از یک سری قطعات است که جرم کلی زمین را به وسیله هادی زمین و ترمینال اصلی زمین (Main Earthing Terminal)MET و هادی های حفاظتی مدار به قطعات و تجهیزات موجود در تأسیسات الکتریکی متصل می کند. تجهیزات زمین کننده به یکی از دو گزینه زیر مربوط می شوند:

1. یک هادی زمین آماده که توسط شرکت برق توزیع کننده به مصرف کننده تحویل داده می شود . (در سیستم هایTN)
2. احداث یک مجموعه الکترود زمین که در محل مصرف کننده نصب و به تأسیسات الکتریکی مشتری متصل می شود.(در سیستم های TT، IT)

تجهیزات زمین شامل دسته های مختلفی می شود که بعضی از آنها را بیان می کنیم:

طراح تأسیسات الکتریکی بایستی بیشینه مقدار مقاومت قابل قبول الکترود را تعیین کند و این امر ممکن است روی انتخاب نوع الکترود و یا محل آن تآثیر بگذارد.

1- امکانات توزیع کننده: برای تأسیساتی که قسمتی از سیستم های TN-C را تشکیل می دهند، ترمینال MET از طریق هادی زمین به نقطه ستاره یا نول منبع متصل می شود. این اتصال یا از طریق کابل انتقال توزیع کنندۀ برق، یا توسط محافظ کابل یا زره یا کابل جداگانه انجام می شود.

2- الکترود زمین: در مواردی که توزیع کننده برق مایل به ارایه تجهیز زمین به صورت ترمینال ارت متصل به کابل نباشد یا امکانات موجود چنین اجازه ای را به توزیع کننده ندهد، مالک تأسیسات بایستی به طور مستقل یک الکترود زمین تأسیسات برای خود فراهم کند.

تعدای از انواع مختلف الکترود های زمین بدین شرح است: میله های زمین، لوله ها، نوارهای زمین، سیم های لخت، صفحات، غلاف سربی کابل، پوشش فلزی کابل و ... 

3- الکترود های میله ای

4- الکترود های نواری و سیمی

5- الکترود های صفحه ای

6- الکترود های سازه های فلزی

تعدادی از عواملی که ممکن است به طور معکوس روی مقاومت یک الکترود زمین تآثیر بگذارد عبارتند از:

1. مقاومت اتصال الکترود
2. میزان مقاومت الکتریکی خاک مجاور الکترود
3. اندازه و شکل الکترود زمین
4. عمق دفن الکترود