آنچه که در این مقاله خواهید خواند:

ارت و اتصال زمین چیست و چه کاربردی دارد؟

سیستم های قدرت الکتریکی وظیفه انتقال برق از ژنراتورها به مصرف کننده نهایی را بر عهده دارند. حفاظت از این سیستم ها جهت اطمینان از ایمنی پرسنل، حفاظت از دارایی های گران قیمت و تضمین تداوم سرویس دهی الکتریکی، ضروری است. اتصال به زمین  نقشی کلیدی در سیستم های الکتریکی ، جهت حفاظت از اشخاص، شبکه ها و تجهیزات در شرایط خطا،  بازی می کند.

اتصال به زمین و وظایف آنها در سیستم حفاظتی

خطاهای الکتریکی و برقی می توانند در هر نقطه ای از یک سیستم الکتریکی رخ دهند، اما در خطوط انتقال و در فضای باز بسیار رایج تر هستند. مشخصه چنین خطا هایی معمولاً همراه با جریان های بسیار زیاد و اضافه ولتاژهای ناگهانی هستند. اگرچه سیستم قدرت می تواند خود را در برابر چنین خطا هایی محافظت کند (به عنوان مثال، استفاده از حفاظت از جریان اضافه)، ولی در هر صورت احتمال باقی ماندن خطر و خطا در یک بازه زمانی هر چند کوچک تا زمان حفاظت مناسب از خطا، وجود دارد. با توجه به اینکه خصوصیت مهم این مدل خطاها، جریان‌ های الکتریکی بسیار بالا می باشد، می توانند در ناحیه رخ دادن خطا،  منجر به ولتاژهای گام و ولتاژهای لمسی بسیار خطرناک شوند ، این خطا ها براحتی باعث آسیب های شدید به اشخاص یا پرسنل خواهند شد.

ایجاد یک مسیر با امپدانس کم با زمین، یک اقدام کاهشی و کلیدی برای به حداقل رساندن چنین خطا هایی در شبکه برق و حفاظت از خطرات احتمالی است. اتصال به زمین با منحرف نمودن یا تغییر مسیر  جریان خطا و انتقال آن به زمین، قدرت خطا را کاهش می دهد و در نتیجه در کاهش خسارت های جانی و مالی، تاثیر بسیار زیادی دارد. از طرفی زمان کافی جهت تشخیص خطا در سیستم های حفاظتی و در نهایت عملکرد حفاظتی متناسب با نوع خطا در اختیار آنها قرار می دهد.

اتصال به زمین و ارتینگ

اصطلاح سیستم زمین یا ارت، معمولا به مجموعه ای از تمهیداتی گفته می شود که در نهایت باعث حفاظت از برخی  خطا های الکتریکی مرتبط با بدنه و شیلدینگ می شود. ارتینگ مناسب جریان خطا را کاهش و یا به کلی از بین می برد. اتصال به زمین به هر صورتی که اجرا شود مانند میله ارت یا صفحه زمین به عنوان یک نقطه اتصال مشترک به زمین مرجع که تمام اجزای رسانا به آن متصل می شوند، نقشی مهم در کاهش خطرات احتمالی و حفاظت از اشخاص و تجهیزات بر عهده دارد.

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است در هنگام تست و بازرسی سیستم اتصال به زمین و در زمان اندازه گیری مقاومت سیستم زمین، اتصال به زمین را از تجهیزات الکتریکی جدا می کنند.

شکل 1

در شکل 1،  یک میله ارت و وضعیت آن را در طول اندازه گیری مقاومت زمین نشان می دهد. لازم به ذکر است که ممکن است چندین میله ارت در یک سیستم زمین اجرا شده باشد که طبق استاندارد،  باید تمامی آنها در نقطه ای به یکدیگر متصل شده باشند.

شینه ارت یا ترمینال زمین چیست؟

به زبان ساده، ترمینال زمین یا ارت، نوار یا یک تسمه ای از هادی فلزی است که به عنوان نقطه مشترکی جهت اتصال بدنه فلزی تمامی اجزاء یک شبکه الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. اتصال به این نقطه بصورتی است  که همه اجزا و بخش های رسانا مانند لوله های آب، گاز، برق، مخابرات و کابل های داده و شبکه دیتا،  به آن متصل می شوند. شینه ارت با توجه به موارد به کار رفته در آن، رسانای بسیار خوبی می باشد و در نتیجه باید به مواد تشکیل دهنده آن دقت نمود. معمولا ترمینال یا شینه زمین را از جنس مس مرغوب با درجه خلوص بالا، انتخاب می نمایند. البته فلزی های دیگری مانند طلا از نظر رسانایی بهتر از مس عمل می کنند ولی استفاده از آنها از نظر قیمت بسیار پرهزینه هستند. فلز مس، علاوه بر اینکه نسبتا ارزان است، رسانایی بسیار خوبی داشته و در شرایط مختلف آب و هوایی از مقاومت مناسبی برخوردار است و در مقابل خوردگی عملکرد مناسبی دارد. با این خصوصیات، فلز مس در صنعت برق و ارت بسیار پرکاربرد است.

بر روی ترمینال اتصال زمین، پیچ هایی تعبیه شده است که از آنها جهت اتصال تمامی قسمت ها و تجهیزاتی که نیاز به اتصال به زمین دارند، استفاده می شود. این بخش ها از طریق یک سیم با سطح مقطع متناسب، به شینه یا ترمینال زمین، متصل می شوند و به این طریق، اتصال فیزیکی تجهیزات الکتریکی و برقی و همچنین بخش های فلزی دیگری که نیاز به اتصال زمین دارند، با زمین مرجع برقرار می گردد.

در شکل 2 نمونه ای از ترمینال اتصال زمین یا شینه ارت، نشان داده شده است.

شکل2

انتخاب نوع اتصال به زمین و میله ارت

میله های زمین باید با در نظر گرفتن جنبه های مختلف و بر اساس شرایط و خصوصیات شبکه الکتریکی ، انتخاب شوند.  اولین موردی که نیاز به توجه و برسی دارد،  این است که یک میله ارت یا صفحه زمین، از چه موادی ساخته شده است. الکترود اتصال به زمین باید بتواند کمترین امپدانس ممکن با زمین را ایجاد نماید تا مسیری مناسب جهت انتقال جریان خطا به سمت زمین مهیا شود. اتصال به زمین باید طوری طراحی شود که امکان تحمل عبور بیشترین جریان خطای ممکن که در آن شبکه الکتریکی ، ممکن است بوجود بیاید را داشته باشد. علاوه بر این، باید در برابر خوردگی و واکنش های شیمیایی با محیط اطراف، مقاوم بوده و آسیب های مکانیکی را تحمل نماید.

انتخاب دقیق نوع مواد، سطح مقطع و ابعاد، برخی از عوامل مهمی هستند که نیاز است توسط پرسنل مجرب مطابق با استانداردهای ملی و بین المللی و با هدف طراحی یک سیستم زمین مناسب، مورد توجه قرار گیرد. در شکل 3 نمونه یک میله راد که یکی از متداول ترین انواع الکترود زمین است، نشان داده شده است.

میله های زمین : عواملی که باید در نظر گرفته شوند

تمام اجزا و خدمات رسانا، مانند لوله های آب و گاز، برق، مخابرات و کابل های داده باید به یک نوار اتصال زمین متصل شوند، مهمترین هدف از اتصال تمامی آنها در یک نقطه مشترک، ایجاد یک سطح هم پتانسیل الکتریکی در کل شبکه برق می باشد. به همین دلیل، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، هر میله زمین باید به گونه ای نصب شود که امکان دسترسی آسان برای آزمایش و بازرسی فراهم باشد.

شکل 4

میله های زمین باید در زیر زمین و در عمق مناسب، همانطور که الزامات و استاندارها برآورده می شوند، نصب شوند. هر میله ارت باید از طریق مستقیم ترین مسیر همانطور که در شکل 5  نشان داده شده است به سیستم ارتینگ متصل شود.

شکل 5

بر اساس استاندارد IEC62305-3 در سازه های بزرگی که بیش از 20 متر طول داشته باشند، بهتر است بیش از یک میله زمین یا الکترود زمین اجرا گردد. در این شرایط، تمام میله های زمین باید به هم متصل شوند. در واقع هر تعداد میله ارت یا صفحه زمین که در یک سازه یا شبکه الکتریکی بهم مرتبط، اجرا شده باشد ، در یک نقطه به یکدیگر متصل می شوند و یک زمین واحد را تشکیل می دهند تا از خطا هایی مانند حلقه زمین و اختلاف پتانسیل بین دو اتصال زمین مجزا، جلوگیری شود.

تغییرات امپدانس اتصال زمین

یکی از مهمترین مشکلات در اجرای الکترود زمین، تغییرات مقاومت اتصال به زمین است. بر اساس استاندارد مقاومت کل یک سیستم زمین باید تا حد امکان پایین باشد و سعی کارشناسان بر آن باشد تا به کمترین میزان مقاومت، دست یابند. با توجه به شرایط خاک، نمی توان مقداری معینی جهت کاهش میزان امپدانس اتصال زمین، در نظر گرفت.

یکی از مهمترین خصوصیاتی که در مقاومت یک سیستم زمین تاثیر گذار است، مقاومت ویژه خاک منطقه است. همانطور که می دانیم مقاومت ویژه خاک در زمین سنگلاخی و خاک بکر و اصطلاحا خاک کشاورزی، تفاوت زیادی با هم دارند، در نتیجه نمی توان انتظار داشت که میزان مقاومت الکترود اتصال به زمین در یک زمین سنگلاخی و زمین با خاک بکر، نتایج یکسانی داشته باشند. بالا بودن یا افزایش مقاومت اتصال به زمین در طی زمان، می تواند باعث ایجاد مشکلاتی مانند افزایش اختلاف پتانسیل بدنه تجهیزات با زمین لوکال، افزایش اختلاف پتانسیل هادی PE و هادی نول، کندی تخلیه الکتریکی و افزایش نویز شود. همچنین در صورت افزایش امپدانس سیستم زمین یا بالا بودن بیش از مقاومت اتصال زمین، می توانیم شاهد مشکلاتی مانند برقگرفتگی و آسیب به تجهیزات الکتریکی، خصوصا سیستم های حساس کامپیوتری و مخابراتی باشیم.

ارتینگ در سیستم های سیار مخابراتی و ماشین نظامی

یکی از مهمترین مشکلات در ارتینگ یک سیستم سیار مخابراتی، کمبود زمان است. بسیاری از سیستم های سیار مخابراتی و ماشین های نظامی، مجهز به سیستم های پیشرفته کامپیوتری و مخابراتی هستند. این ماشین ها علاوه بر جابجایی های مکرر، ممکن است در هر نوع شرایط محیطی مانند زمین صخره ای، زمین های بکر، شرایط آب و هوایی شرجی، معتدل و سرد و خشک مورد استفاده قرار گیرند. در واقع با توجه به ماهیت کار آنها که ممکن است در هر نقطه مورد استقاده قرار گیرند، نمی توان استاندارد مشخصی جهت ارتینگ آنها مورد استفاده قرار داد.

در بیشتر مواقع نهایت کاری که انجام می شود، اتصال به زمین با استفاده از یک یا چند میله راد بعنوان الکترود زمین است. از طرفی اکثر این ماشین مجهز به دیزل ژنراتور هستند چراکه معمولا در مکان هایی مورد استفاده قرار می گیرند که سیستم انتقال نیرو و برق رسانی، در دسترس نمی باشد.

مشکل مهم دیگری که وجود دارد این است که بسیاری از ماشین های مخابراتی و نظامی، در حال حرکت هستند و عملکرد آنها همراه تغییر مکان یا کار در حال حرکت است. در این حالت امکان زمین نمودن سیستم وجود ندارد و حداکثر کاری که می توان انجام داد، استفاده از یک زنجیر است که یک سو با سطح زمین اتصال دارد و از سوی دیگر به بدنه ماشین متصل شده است که آنهم حفاظت چندانی نمی تواند انجام دهد.

ما در این بخش سیستمی را معرفی می کنیم که در این شرایط بسیار راه گشا بوده و علاوه بر حل مشکل تغییرات مقاومت اتصال زمین یا بالا بودن مقاومت الکترود زمین، مشکل ارتینگ در حال حرکت ماشین های مخابراتی و نظامی را حل نماید.

سیستم حفاظت تغذیه و مکمل ارتینگ سحاتاپ

سحاتاپ سیستمی حفاظت مرکزی است که توسط کارشناسان شرکت تورال آذرخش پرگاس طراحی و تولید شده است. با استفاده از سیستم سحاتاپ نیازی به اجرای الکترود زمین با مقاومت پایین وجود ندارد، البته نه به این معنی که تلاشی برای اجرای الکترود زمین با مقاومت کم نداشته باشیم، در واقع نیاز است تا آنجا که امکان دارد در اجرای یک یا چند الکترود زمین با مجموع مقاومت پایین اقدام نماییم و در نهایت با استفاده از سیستم سحاتاپ مجموع مقاومت حلقه اتصال کوتاه و امپدانس نهایی سیستم زمین را به کمتر از یک اهم کاهش دهیم.

مهمترین عملکرد سیستم سحاتاپ، جلوگیری از تغییرات امپدانس زمین است به این معنی که هموراه سیستم زمین اجرا شده، مقاومتی کمتر از دو اهم را خواهد داشت. در واقع سحاتاپ از تاثیر تغییرات آب و هوایی و جوی و جنس خاک در سیستم زمین جلوگیری می نماید و همواره شبکه الکتریکی را برای اشخاص و تجهیزات، ایمن نگاه می دارد.

سحاتاپ بصورت سری با مصرف کننده ها قرار می گیرد و در نتیجه بر اساس میزان توان الکتریکی مصرفی یا میزان جریان صرف کننده (ها) در مدل های مختلف و متنوعی طراحی و تولید می شود.

انواع سحاتاپ

سحاتاپ در چندین مدل با کاربری های مختلف طراحی و تولید شده است که مهمترین آنها به قرار زیر است:

• سیستم سحاتاپ مدل : SAHATAP-15A-TA

دستگاه سحاتاپ مدل SAHATAP-15A-TA سیستمی حفاظتی و تکفاز با حداکثر توان خروجی 3KW می باشد که امکان حفاظت از یک یا چند دستگاه با مجموع مصرف برق پانزده آمپر را در اختیار می گذارد. عملکرد این مدل بسیار دقیق بوده و با توجه به خصوصیات امکان استفاده در هر گونه شرایط جوی را دارد.

کابرد این مدل بیشتر در سیستم های حساس و گرانقیمت کامپیوتری و مخابراتی کم مصرف و تکفاز می باشد و با توجه به وزن کم جابجایی آن از نقطه ای به نقطه ای دیگر آسان است.

دستگاه سحاتاپ مدل: SAHATAP-DK

دستگاه سحاتاپ مدل SAHATAP-DK سیستمی حفاظتی و تکفاز است که در آمپراژهای 32A ، 50A، 80A و 100A تولید می شود. البته امکان تولید مدل سه فاز نیز در صورت نیاز، امکان پذیر است. این مدل جهت حفاظت از تجهیزات واقع بر روی دکل های مخابراتی کاربرد دارد، البته امکان استفاده از آن جهت هر گونه تجهیزات یا مجموعه ای از سیستم های تکفاز وجود دارد. سحاتاپ DK مجهز به سرج ارستر B+C جهت حفاظت در مقابل اضافه ولتاژ ها هجومی می باشد. این مدل با استفاده از یک اتصال به زمین ساده مانند یک یا چند الکترود میله ای، علاوه بر کمک به تخلیه الکتریکی کامل  ولتاژهای القایی و امواج الکترومغناطیسی از بدنه سیستم های حساس در مقابل انواع خطاهای الکتریکی مانند جریان های هجومی، حلقه های زمین، ضربات ثانویه صاعقه، تاثیر منفی تغییرات زمین، القای الکتریکی و … حفاظت می نماید و با فیلتر نویزها، علاوه بر حفاظت از سیستم های حساس و گرانقیمت، بهره وری آنها را افزایش می دهد.

• دستگاه سحاتاپ مدل SAHATAP-SH

دستگاه سحاتاپ مدل SAHATAP-SH سیستمی حفاظتی و تکفاز یا سه فاز می باشد که جهت حفاظت از ماشین های مخابراتی ، سیستم های سیار صدا و تصویر و شلترهای نظامی کاربرد دارد. این مدل بصورتی طراحی شده است که امکان کار با انواع دیزل ژنراتور را دارا بوده و ماشین در هنگام حرکت نیز مجهز به ارت خواهد بود، به این معنی که تخلیه الکتریکی تجهیزات ماشین مخابراتی یا شلتر نظامی در حال حرکت نیز انجام می شود و سحاتاپ تجهیزات را در حلقه حفاظتی خود، حفاظت می نماید. با توجه به کمبود زمان و حساسیت بسیار بالای تجهیزات و از آن مهمتر اهمیت دقت عملکرد در ماشین نظامی و مخابراتی، وجود سیستم سحاتاپ DK، بسیار تعیین کننده است.

• دستگاه سحاتاپ مدل SAHATAP-3L

•  
• 

سحاتاپ مدل SAHATAP-3L سیستمی سه فاز است که در انواع سه فاز 32A تا سه فاز 500A طراحی و پیاده سازی می شود و جهت حفاظت در انواع سیستم های سه فاز کاربرد دارد. این مدل دستگاه سه فاز یا مجموعه ای از دستگاه های سه فاز را در یک چتر حفاظتی قرار می دهد و علاوه بر تامین ارتینگ دقیق و حفاظت از برقگرفتگی، از آنها در مقابل انواع خطاهای الکتریکی مانند اضافه ولتاژهای لحظه ای، میدان های مغناطیسی، قطع نول شبکه و … حفاظت می نماید.

سخن پایانی:

با توجه به توضیحات داده شده می توان به این نتیجه رسید که سیستم ارت را باید بصورت یک نقطه واحد در نظر بگیریم و در طراحی های سیستم زمین در یک سازه فرضی، به این نکته دقت نماییم. بطور کلی سیستم ارتینگ و اتصال زمین مناسب، سیستمی است که تمامی بخش ها و قسمت های فلزی، چه آنهایی که خود بخشی از یک دستگاه الکتریکی باشد و یا بخش رسانای سازه باشد، باید در یک نقطه که ما آن را ترمینال زمین یا شینه ارت می نامیم، به هم متصل شوند. از سوی دیگر چه یک الکترود زمین اجرا شده باشد و یا چندین الکترود زمین اجرا شده باشد، همگی آنها نیز در همین نقطه به یکدیگر متصل می شوند و در کل یک سیستم واحد را تشکیل می دهند.