ارتینگ

ارتینگ یا سیستم‌های زمین برای اتصال بخش‌های خاصی از یک سیستم قدرت به زمین استفاده می‌شود. این سیستم‌ها برای محافظت از پرسنل و سیستم‌های الکتریکی در برابر ضربه یا آسیب با ایجاد یک مسیر مستقیم برای جریان الکتریکی به زمین استفاده می‌شوند.

ارتینگ چیست؟

سیستم ارت فرآیندی است که در انتقال انرژی الکتریکی نقش دارد. از طریق یک سیم با مقاومت کم، انرژی الکتریکی به زمین آزاد می‌شود. این امر به‌عنوان سیستم ارت الکتریکی شناخته می‌شود. ارت الکتریکی با اتصال یک سیستم تغذیه خنثی به زمین به دست می‌آید. جریانی که از طریق سیستم به زمین می‌گذرد، به نوبه خود دارای پتانسیل صفر است؛ به این معنی که نمی‌تواند به سیستم الکتریکی آسیب برساند.

اتصال سیستم‌های ارتینگ

سیستم‌های ارت در صورت وجود خطا برای کاهش خطرات مربوطه از اتصال به زمین استفاده می‌کنند. به عبارت ساده، دو هادی فلزی به یکدیگر اتصال پیدا می‌کنند تا آنها را به پتانسیل الکتریکی یکسانی برساند. اگر پتانسیل الکتریکی یکسانی نداشته باشند، بار الکتریکی و همچنین یک خطا ایجاد می‌شود.

اگر خطایی رخ دهد یک شوک الکتریکی می‌تواند نتیجه آن باشد. کلید موفقیت سیستم ارتینگ را می‌توان اتصال هادی‌ها و البته هدایت این هادی‌های متصل به تخلیه ایمن به زمین دانست. هادی‌های اتصال ولتاژ بین دو قسمت را کاهش می‌دهند.

خطاهای سیستم ارتینگ

خطاهای داخل سیستم‌های ارت می‌توانند به طرق مختلف خود را نشان دهند. یکی از ایرادهای قابل توجه در نصب این است که هنگام لمس قطعه فلزی، دچار برق گرفتگی شود. این موضوع به این دلیل اتفاق می‌افتد که بدن شما به‌عنوان مسیری از سیستم به زمین استفاده می‌شود. ایرادات درون سیستم همچنین می‌توانند باعث منفجر شدن وسایل حفاظتی مانند قطع کننده مدارهای الکتریکی یا فیوز شوند و این همزمان با اینکه دستگاه خاموش می‌شود و جریان برق را قطع می‌کند اتفاق می‌افتد. این خطاها می‌توانند خطرناک باشند و منجر به آسیب شوند.

چرا ارتینگ مهم است؟

زمین کردن به دلایل زیادی برای سیستم‌های الکتریکی ضروری است. ارت کردن، سیستم‌ها را در برابر نوسانات ولتاژهای بالا و همچنین در برابر هرگونه تخلیه رعد و برق دریافتی از طوفان‌های بزرگ محافظت می‌کند. سیستم ارت جریان الکتریکی را به سمت زمین هدایت می‌کند و بنابراین سیستم‌های الکتریکی از آسیب‌های پرهزینه و خطرناک محافظت می‌شوند.

ارتینگ همچنین برای محافظت از افرادی که در درون و اطراف تجهیزات کار می‌کنند، عمل می‌کند. این خطاها در سیستم‌های الکتریکی همیشه امکان‌پذیر است و می‌تواند باعث اتصال کوتاه دستگاه شود. در زمان رخ دادن این اتفاق، فلز زنده است و به همین دلیل جریان الکتریکی قادر است از طریق هر نوع رسانایی مانند بدن انسان از آن خارج شود. یک سیستم ارت مسیری سریع برای بازگشت به زمین فراهم می‌کند، حتی اگر در جای دیگری خطا وجود داشته باشد.

چک کردن سیستم ارتینگ

سیستم‌های ارت با یک استاندارد خاص نگهداری می‌شوند. هنگامی که تغییراتی انجام می‌شود و یا سیستم‌ها بزرگ‌تر می‌شوند، باید آنها را بررسی کرد. در واقع هر کاری که بر روی یک سیستم الکتریکی انجام شود می‌تواند در را به روی بسیاری از خطاها در تمامی آن باز کند و سیستم شما را به طور بالقوه‌ای خطرناک کند. هر زمان که در سیستم ارتینگ تغییری ایجاد می‌شود، بهتر است از یک برق‌کار مجاز بخواهید که تمام کارهای تکمیل شده را بررسی کند تا مطمئن شود که به درستی و به شکلی ایمن انجام شده است.

انواع کلی سیستم ارتینگ

باید گفت چندین نوع تاسیسات الکتریکی ارت وجود دارد:

سیستم‌های ارت حفاظتی

سیستم ارت حفاظتی برای حفاظت از تاسیسات الکتریکی به کار می‌رود که در تماس مستقیم با مدار الکتریکی نیستند و به ویژه برای محافظت در برابر ولتاژهای بالا اعمال می‌شوند.

سیستم ارتینگ برقی

این سیستم از میدان الکتریکی زمین تا وسایل الکتریکی که بخشی از مدار الکتریکی هستند، مانند سیم پیچ ترانسفورماتور یا ژنراتور یا سیم بین دو سری ژنراتور جریان ثابت محافظت می‌کند. زمین کردن دستگاه‌هاي الكتريكي جهت عملكرد صحيح و جلوگيري از تكثير دستگاه‌هاي فشار الكتريكي با فاز سالم در زمان تماس با زمين يكي از مراحل این سیستم است.

سیستم ارت ولتاژ پایین

شبکه‌های توزیع ولتاژ پایین، شامل توزیع برق بین طیف گسترده‌ای از کاربران نهایی است. مهم‌ترین نگرانی در طراحی امنیت سیستم زمین، استفاده درست از وسایل برقی مورد استفاده برای ایمن نگه داشتن آن‌ها از شوک‌های الکتریکی است. این سیستم باید به گونه‌ای طراحی شود که مصرف کننده هرگز به یک جسم فلزی که در آن پتانسیل الکتریکی فرد بیش از آستانه امنیتی بالقوه (معمولاً حدود 50 ولت) است، برنگردد.

دسته بندی سیستم‌های ارتینگ با استفاده از استاندارد IEC 60364

استاندارد بین‌المللی IEC 60364 با استفاده از کدهای دو حرفی TN، TT و IT، سه خانواده مختلف از سیستم‌های ارتینگ را متمایز می‌کند. حرف اول ارتباط بین زمین و تجهیزات منبع تغذیه (ژنراتور یا ترانسفورماتور) را نشان می‌دهد:

• “T” – اتصال مستقیم یک نقطه با زمین (terra – هیچ نقطه‌ای به زمین متصل نیست)
• “I”: حرف دوم نشان‌دهنده اتصال زمین و دستگاه الکتریکی در حال عرضه است.
• “T” – اتصال مستقیم یک نقطه با زمین
• “N” – اتصال مستقیم به نول در مبدا نصب که به زمین متصل است.

شبکه‌های TN

در سیستم ارتینگ TN، یکی از نقاط ژنراتور یا ترانسفورماتور، «معمولاً نقطه ستاره در یک سیستم سه فاز»، به زمین متصل می‌شود. بدنه دستگاه الکتریکی از طریق این اتصال در ترانسفورماتور به زمین متصل می‌شود. رسانایی که قطعات فلزی در معرض تاسیسات الکتریکی را به هم متصل می‌کند، زمین محافظ نامیده می‌شود.

رسانایی که در یک سیستم سه فاز به نقطه ستاره متصل می‌شود یا جریان برگشتی را در یک سیستم تک فاز حمل می‌کند، خنثی (N) نامیده می‌شود. سه نوع از سیستم‌های TN متمایز می‌شوند:

شبکه ارتینگ TN−S

PE و N هادی‌های جداگانه‌ای هستند که فقط در نزدیکی منبع تغذیه به هم متصل می‌شوند. این ترتیب یک استاندارد رایج برای اکثر سیستم‌های الکتریکی مسکونی و صنعتی به ویژه در اروپا است.

شبکه TN−C

یک هادی PEN ترکیبی که وظایف هادی PE و N را انجام می‌دهد.

شبکه TN−C−S

بخشی از سیستم ارتینگ از هادی PEN ترکیبی استفاده می‌کند که در برخی مواقع به خطوط جداگانه PE و N تقسیم می‌شود. هادی PEN ترکیبی معمولاً بین پست و نقطه ورودی به ساختمان قرار می‌گیرد و در سر سرویس جدا می‌شود. در انگلستان این سیستم به دلیل اتصال رسانای خنثی و زمین ترکیبی به زمین واقعی در بسیاری از مکان‌ها، به‌عنوان سیستم ارت چندگانه محافظ (PME) نیز شناخته می‌شود تا خطر برق گرفتگی در صورت وقوع کاهش یابد.

شبکه TT

در سیستم ارتینگ TT (Terra-Terra)، اتصال زمین محافظ برای مصرف کننده توسط یک الکترود محلی ارائه می‌شود و دیگری به طور مستقل در ژنراتور نصب می‌شود. هیچ «سیم اتصال به زمین» بین این دو وجود ندارد. امپدانس خطا بالاتر است و اگر امپدانس الکترود در واقع بسیار پایین باشد، یک نصب TT همیشه باید یک RCD را به‌عنوان اولین جداکننده خود داشته باشد.

مزیت بزرگ سیستم ارتینگ TT این است که از نویزهای فرکانس بالا و پایین که از طریق سیم خنثی تجهیزات متصل خارج می‌شود، جلوگیری می‌کند. سیستم TT همیشه برای کاربردهای خاص مانند سایت‌های مخابراتی که از ارتینگ بدون تداخل بهره می‌برند ترجیح داده‌شده‌است.

همچنین TT خطر شکستن نول را ندارد. قبل از RCD، سیستم ارت TT برای استفاده عمومی جذابیتی نداشت، زیرا توانایی آن در پذیرش جریان‌های بالا در صورت اتصال کوتاه به PE (در مقایسه با سیستم‌های TN) بیشتر است. اما از آنجایی که دستگاه‌های مختلف این عیب را کاهش می‌دهند، سیستم ارتینگ TT برای مکان‌هایی که تمام مدارهای برق متناوب با RCD محافظت می‌شوند، جذاب می‌شود.

شبکه‌های فناوری اطلاعات

در یک شبکه IT، سیستم توزیع برق به هیچ وجه به زمین متصل نیست یا فقط دارای یک اتصال امپدانس بالاست. در چنین سیستم‌هایی از دستگاه نظارت عایق برای نظارت بر امپدانس استفاده می‌شود.

موارد استفاده سیستم ارتینگ

سیستم TN-CS:

پرکاربردترین سیستم است. در انگلستان سیستم ارت چندگانه حفاظتی و در استرالیا و نیوزلند (سیستم خنثی با چند ارت) بیشترین کاربرد را دارند.

سیستم‌های TN-S:

بیشتر در اروپای شرقی استفاده می‌شود.

سیستم TN-C:

به ندرت استفاده می‌شود.

سیستم‌هایTT:

از آنجا که این یک سیستم خارج از شبکه است برای محافظت از شبکه‌های حاوی چندین دستگاه الکترونیکی استفاده می‌شود که استاتیک زیادی بر روی هادی خنثی ایجاد می‌کنند. ساعت‌ها مصرف انرژی الکتریکی گران خواهد بود، بنابراین دستگاه‌های ذخیره انرژی برای ساعات اوج مصرف، در تضاد با دستگاه‌های انتشار نویز بالا و خطرناک هستند، بنابراین سیستم مورد علاقه ژاپن TT بوده است.

سیستم IT:

کاربرد اصلی در اتاق‌های عمل در بیمارستان‌هاست. لازم است در صورت اتصال، چراغ‌های دستگاه مانیتورینگ عایق را روشن کنید تا بعدا تعمیرکار برق آنها را عیب‌یابی کند.

چند نکته اضافی درباره ارتینگ

چند نکته که باید در نظر گرفته شود:

• سیستم TN-C باید سوئیچ کند، هادی خنثی نیز قطع شود زیرا برش کارت و در نتیجه محافظت از بین می‌رود. کلیدها تک فاز هستند و پل‌های سه فاز نباید منجر به چهار پل شوند.
• در سیستم TN-S این امکان وجود دارد، به خصوص اگر مصرف کننده به دلیل امکان جریان هارمونیک سوم در حالت خنثی، کلیدهای انتخاب را قطع کند.
• رعایت استانداردهای لازم برای توزیع خنثی در سیستم‌های IT. اگر توزیع نول باید برای هر مدار در نظر گرفته شود، در صورت خطا از طرف تمام هادی‌ها (فاز و نول) قطع می‌شود.
• در ارتینگ سیستم‌های هادی خنثی TN-C می‌تواند باعث کاهش عمر شود. چون هادی خنثی و زمین یکی است و ولتاژ روی هادی خنثی باعث حرکت بدنه می‌شود. بنابراین یک مقطع حداقل استاندارد برای سیستم خنثی TN-C توصیه می‌کند که احتمال قطعی‌های برنامه ریزی نشده را کاهش دهد.
• به طور کلی حفظ یا برش نول ارتباط مستقیمی با توزیع خنثی و زمین دارد. اگر نقطه خنثی بزرگ‌تر یا مساوی با جریان فاز باشد، نیازی به تشخیص و نصب کلید در حالت خنثی نیست. این کار تنها زمانی انجام می‌شود که امکان جریان هارمونیک و قدرت خنثی وجود داشته باشد.

اجزای سیستم ارتینگ

یک سیستم ارت الکتریکی کامل از اجزای اساسی زیر تشکیل شده است.

• هادی پیوستگی زمین
• سرب ارتینگ
• الکترود زمین

هادی پیوستگی زمین یا سیم زمین

آن قسمت از سیستم ارتینگ که تمام قطعات فلزی تاسیسات الکتریکی را به هم متصل می‌کند، به‌عنوان مثال لوله، مجراها، جعبه‌ها، پوسته‌های فلزی کلیدها، تابلوهای توزیع، سوئیچ‌ها، فیوزها، دستگاه‌های تنظیم و کنترل، قطعات فلزی ماشین‌های الکتریکی مانند موتور، ژنراتور، ترانسفورماتور و چارچوب فلزی محل نصب دستگاه‌ها و قطعات الکتریکی به‌عنوان سیم زمین یا هادی پیوستگی زمین شناخته شده است.

در این جز از سیستم ارتینگ مقاومت هادی پیوستگی زمین بسیار کم است. طبق قوانین IEEE، مقاومت بین پایانه زمین مصرف کننده و هادی پیوستگی زمین (در انتها) نباید از 1Ω افزایش یابد. به عبارت ساده مقاومت سیم ارت باید کمتر از 1Ω باشد. اندازه هادی پیوستگی زمین یا سیم زمین به اندازه کابل مورد استفاده در مدار سیم کشی بستگی دارد.

اندازه هادی پیوستگی زمین

سطح مقطع هادی پیوستگی زمین نباید کمتر از نصف سطح مقطع ضخیم‌ترین سیم مورد استفاده در نصب سیم کشی برق باشد. به طور کلی اندازه سیم مسی لخت استفاده شده به‌عنوان هادی پیوستگی زمین 3SWG است. اما به خاطر داشته باشید که از کمتر از 14SWG به‌عنوان سیستم ارتینگ استفاده نکنید. نوار مسی نیز می‌تواند به‌عنوان هادی پیوستگی زمین به جای سیم مسی لخت استفاده شود، اما تا زمانی که کارخانه آن را توصیه نکرده است به سراغ آن نروید.

سرب ارت یا اتصال ارتینگ

سیم هادی متصل شده بین هادی پیوستگی زمین و الکترود زمین یا صفحه ارت را اتصال ارت یا «ارت سرب» می‌نامند. نقطه‌ای که هادی پیوستگی زمین و الکترود زمین به هم می‌رسند، به‌عنوان «نقطه اتصال» شناخته می‌شود.

سرب ارت بخش نهایی سیستم ارت است که از طریق نقطه اتصال زمین به الکترود ارت (که در زیر زمین است) متصل می‌شود. در سرب ارتینگ باید حداقل اتصالات وجود داشته باشد و همچنین از نظر اندازه کمتر و به صورت مستقیم باشد.

به طور کلی سیم مسی را می‌توان به‌عنوان سرب ارت استفاده کرد، اما از نوار مسی برای نصب بالا نیز استفاده می‌شود و به دلیل مساحت وسیع‌تر از سیم مسی، می‌تواند جریان خطای بالا را تحمل کند. یک سیم مسی برهنه سخت کشیده شده نیز به‌عنوان سرب ارت استفاده می‌شود. در این روش تمام هادی‌های زمین به یک (یا چند) نقطه اتصال مشترک متصل شده و سپس برای اتصال الکترود زمین (صفحه زمین) به نقطه اتصال از سرب ارت استفاده می‌شود.

الکترود زمین

برای افزایش ضریب ایمنی نصب از دو سیم مسی به‌عنوان سرب ارتینگ برای اتصال بدنه فلزی دستگاه به الکترود ارت یا صفحه ارت استفاده می‌شود. یعنی اگر از دو الکترود ارت یا صفحات ارت استفاده کنیم، چهار سیم ارت وجود خواهد داشت. نباید در نظر گرفت که دو لید زمین به‌عنوان مسیرهای موازی برای عبور جریان‌های خطا استفاده می‌شوند، اما هر دو مسیر باید به درستی کار کنند تا جریان خطا را حمل کنند زیرا برای ایمنی بهتر مهم است.

خطرات ارت نکردن سیستم تامین

همان طور که قبلاً تأکید شد، ارتینگ مزایای زیر را به همراه خواهد داشت:

• برای جلوگیری از برق گرفتگی
• برای جلوگیری از خطر آتش سوزی در نتیجه جریان نشت زمین از مسیر ناخواسته

با این حال اگر جریان بیش از حد به زمین متصل نشود، دستگاه‌ها بدون کمک فیوز در محل آسیب می‌بینند. باید توجه داشته باشید که جریان بیش از حد در ایستگاه‌های تولید آنها به زمین متصل می‌شود، به همین دلیل است که سیم‌های ارت جریان بسیار کمی دارند یا اصلا جریان ندارند.

باید گفت جریان بیش از حد در ایستگاه‌های تولید، به زمین متصل می‌شود و اگر به دلیل خطا ارتینگ کارایی نداشته باشد، قطع کننده‌های خطای زمین کمک کننده خواهند بود. کمک فیوز فقط زمانی که برق منتقل‌شده بالاتر از درجه بندی وسایل برقی باشد، با قطع شدن مانع از رسیدن جریان برق به دستگاه‌های ما می‌شود.

در وسایل برقی اگر جریان بیش از حد به زمین متصل نشود، دچار شوک شدید خواهیم شد. اتصال زمین در وسایل برقی تنها زمانی انجام می‌شود که مشکلی وجود داشته باشد و این امر برای نجات ما از خطر ضروری است. اگر در یک تاسیسات الکترونیکی، قسمت فلزی یک وسیله برقی در تماس مستقیم با سیم برقی قرار گیرد که ناشی از عدم نصب یا دلایل دیگر است، فلز شارژ شده و بار ساکن روی آن جمع می‌شود.

نتیجه‌گیری

ارتینگ سیستمی است که برای جلوگیری از برق گرفتگی افراد و تجهیزات به کار می‌رود. ایمنی افراد و ساختمان‌ها در برابر خطراتی مانند صاعقه از جمله دلایل استفاده از آن است. استانداردهای مختلفی برای طراحی و ساخت سیستم‌های ارت موجود هستند که در مناطق مختلف و برای تجهیزات و دستگاه‌های مختلف به کار می‌روند.