سیستم ارتینگ یکی از بخش‌های حیاتی ایمنی در برق است که با هدایت جریان‌های نشتی یا ناخواسته به زمین، از افراد و تجهیزات در برابر برق گرفتگی و آسیب‌های جدی محافظت می‌کند. در ایران، به‌دلیل شرایط جغرافیایی متنوع، اقلیم‌های مختلف و مشکلاتی مثل مقاومت بالای خاک و خورندگی تجهیزات، اجرای یک سیستم ارتینگ پایدار و قابل اطمینان با دشواری‌هایی همراه است. بنابراین شناخت دقیق این چالش‌ها و یافتن راهکارهای فنی مناسب برای ارتینگ، هم برای افزایش ایمنی و هم برای بهبود عملکرد شبکه‌های برق اهمیت زیادی دارد.

بررسی مشکلات چاه ارت

عملکرد چاه ارت در ایران تحت تأثیر شرایط زمین‌شناسی، اقلیمی و نوع خاک مناطق مختلف قرار دارد. کشور ایران دارای اقلیم‌های متنوعی است، از هوای گرم و خشک در نواحی مرکزی گرفته تا آب‌وهوای مرطوب در شمال و جنوب کشور. همچنین ترکیب خاک در این مناطق متفاوت است. به‌طور مثال، ۵۷ درصد خاک‌های مرکزی ایران بیابانی، ۳۸ درصد خاک مناطق کوهستانی، ۴.۴ درصد جلگه‌ای و ۱.۲ درصد مرجانی در جزایر جنوبی است.

این تفاوت‌ ها باعث می‌شود اجرای چاه ارت با کیفیت یکنواخت و استاندارد بسیار دشوار باشد. در روش‌ های سنتی، انتقال جریان‌ های ناخواسته از طریق کابل‌ های ضخیم به چاه ارت انجام می‌شود که این روش هزینه‌ بر بوده و به‌دلیل فاصله زیاد مصرف‌کننده تا چاه، مقاومت سیستم بالا می‌رود. این مقاومت بالا باعث کاهش کیفیت عملکرد ارتینگ و کاهش ضریب ایمنی می‌شود.

دستگاه جدیدی با فناوری ارت مجازی طراحی شده که از زمین ایزوله است و این مشکلات را ندارد. این دستگاه، امپدانس ثابت و حفاظت موضعی را به‌صورت آنالوگ فراهم می‌کند. همچنین قابلیت نصب در نزدیکی مصرف‌کننده را دارد و قابل حمل است. این دستگاه با استفاده از مدارهای داخلی خود، نیاز به چاه ارت فیزیکی را در سیستم‌های TN برطرف می‌کند. در مورد مشکلات چاه ارت در ایران بیشتر مطالعه کنید.

مقاومت خاک چیست و چرا مهم است؟

مقاومت خاک میزان مخالفت خاک در برابر عبور جریان الکتریکی است. این مقاومت عامل بسیار مهمی در عملکرد سیستم ارتینگ محسوب می‌شود. چراکه در صورت بالا بودن مقاومت، جریان‌های نشتی به سختی به زمین منتقل شده و سیستم ایمنی عملکرد ضعیفی خواهد داشت.

عوامل موثر بر مقاومت خاک در سیستم ارتینگ

مقاومت خاک ثابت نیست و به عوامل مختلفی بستگی دارد. مهم ترین این عوامل عبارت اند از:

• رطوبت: خاک مرطوب مقاومت کمتری دارد و رسانایی آن بهتر است.
• دما: در دماهای پایین به‌خصوص در خاک یخ‌زده، مقاومت افزایش می‌یابد.
• ترکیبات شیمیایی و میزان فشردگی خاک: مواد معدنی و تراکم خاک نیز نقش زیادی در مقاومت دارند.

استانداردهای مرتبط (NEC و مقاومت خاک مطلوب)

طبق استانداردهای بین المللی و استاندارد ملی ایران (مثل NEC)، مقاومت خاک برای داشتن یک سیستم ارتینگ خوب نباید بیشتر از ۲۵ اهم باشد. هر چقدر این عدد کمتر باشد، سیستم بهتر عمل می کند و امنیت بالاتر می رود.

لزوم طراحی سیستم ارتینگ متناسب با نوع خاک

به‌ دلیل تغییرپذیری مقاومت خاک در مناطق مختلف، طراحی سیستم ارتینگ باید بر اساس شرایط محلی انجام شود تا امپدانس کل سیستم پایین و پایدار باقی بماند. در غیر این صورت، حفاظت الکتریکی دچار اختلال می‌شود.

خوردگی فلزات و تاثیر آن بر سیستم ارتینگ

یکی از مشکلات جدی در ارتینگ سنتی، خوردگی فلزات است. طبق آمار جهانی، سالانه بیش از ۲.۲ تریلیون دلار بابت خوردگی فلزات هزینه می‌شود. این موضوع نشان می دهد فلزات تمایل دارند به حالت اولیه و طبیعی خود که همان سنگ معدن است، بازگردند. خوردگی باعث افت ولتاژ و کاهش هدايت الکتريکی در هادی ها می شود که کارایی سیستم ارتینگ را کم می کند.

در روش های سنتی مثل حفر چاه ارت و استفاده از صفحات مسی، خوردگی صفحات مسی باعث کاهش هدايت الکتريکی و ضعف عملکرد سیستم می شود. همچنین قرار گرفتن کابل ها در معرض رطوبت، آلودگی هوا و گازهای سمی باعث تخریب سطحی و کاهش وزن کابل ها و در نتیجه کاهش جریان و ولتاژ می گردد. علاوه بر این محدودیت فضای فیزیکی و رعایت فاصله ایمنی در برخی محل ها، کار حفر چاه ارت را سخت یا غیرممکن می کند. به همین دلیل دستگاه هایی با تکنولوژی جدید طراحی شده اند که نیازی به اتصال مستقیم به زمین ندارند و مشکلاتی مثل خوردگی و کمبود فضا را برطرف می کنند.

پیشنهاد مطالعه: ارت نیروگاه های خورشیدی

انواع سیستم های ارتینگ

در برق فشار ضعیف، سیستم‌های ارتینگ شامل ساختارهای تکفاز و سه‌فاز هستند که در آن‌ها سیم فاز (L)، نول (N)، ارت (PE) و ترکیبی PEN استفاده می‌شوند. سیستم‌های ارت در تکفاز به‌صورت دو یا سه سیمه، و در سه‌فاز به‌صورت سه، چهار یا پنج سیمه اجرا می‌شوند.

دسته‌بندی شبکه‌ها از نظر نوع ارت:

• سیستم TN (با سه زیرمجموعه TN-C، TN-S، TN-C-S)
• سیستم TT (چاه ارت مستقل برای مصرف‌کننده)
• سیستم IT (بدون اتصال مستقیم نول به زمین)

در برق فشار ضعیف، سیستم‌های ارتینگ شامل ساختارهای تکفاز و سه‌ فاز هستند که در آن‌ ها سیم فاز (L)، نول (N)، ارت (PE) و ترکیبی PEN استفاده می‌شوند. سیستم‌های ارت در تکفاز به‌ صورت دو یا سه سیمه و در سه‌فاز به‌ صورت سه، چهار یا پنج سیمه اجرا می‌شوند.

انواع ارت در سیستم‌ های تکفاز

• سیستم دو سیمه: ترکیب‌ هایی مانند L۱ با L۲، L۱ با نول (N) یا L۱ با سیم ترکیبی PEN. این ساختار بیشتر در شبکه‌هایی بدون سیم ارت مجزا دیده می‌شود.
• سیستم سه سیمه: متشکل از L۱، نول (N) و سیم ارت (PE) که ایمنی بیشتری فراهم می‌کند.

انواع ارت در سیستم‌های سه فاز

• سیستم سه سیمه: شامل L۱، L۲ و L۳ بدون نول یا ارت مجزا. بیشتر در صنایع خاص استفاده می‌شود.
• سیستم چهار سیمه: سه فاز به‌همراه یکی از سیم‌های نول (N)، ارت (PE) یا PEN.
• سیستم پنج سیمه: شامل سه فاز، نول و ارت مجزا برای ایمنی بیشتر.

دسته‌بندی شبکه‌ های برق از نظر نوع ارتینگ

دسته‌بندی شبکه‌ های برق از نظر نوع ارتینگ عبارتند از:

سیستم TN

1. o TN-C: سیم نول و ارت یکی هستند (PEN).
2. o TN-S: سیم نول و ارت کاملاً جدا.
3. o TN-C-S: ابتدا سیم PEN، سپس تفکیک به N و PE.

سیستم TT

نول شبکه زمین شده ولی تجهیزات از طریق چاه ارت مستقل به زمین متصل می‌شوند.

سیستم IT

نول شبکه یا زمین نشده یا از طریق امپدانس بالا زمین شده است. مناسب مراکز حساس.

پیشنهاد مطالعه: ارت ابزار دقیق

تفاوت بین باندینگ، ارتینگ و گراندینگ

در ادامه این۳ مفهوم را بررسی می کنیم.

باندینگ چیست؟

باندینگ اتصال بین دو رسانای الکتریکی برای هم‌ پتانسیل شدن تجهیزات فلزی و جلوگیری از برق‌گرفتگی. این دو رسانا ممکن است دو سیم، یا یک سیم و یک لوله یا حتی دو دستگاه باشند. باندینگ باعث می شود که تمام قطعات فلزی که به طور معمول برق در آن ها جریان ندارد، در یک سطح ولتاژ قرار بگیرند. هدف اصلی باندینگ حفظ ایمنی افراد است، تا وقتی کسی همزمان دو قسمت فلزی را لمس می کند، به دلیل برابر بودن ولتاژ بین آن ها، دچار برق گرفتگی نشود. همچنین اگر یک سیم برق به یک قسمت فلزی برخورد کند، باندینگ کمک می کند جریان زیادی ایجاد شود و فیوز یا سیستم های حفاظتی سریع عمل کنند.

ارتینگ چیست؟

ارتینگ، اتصال بخش‌های فلزی بدون ولتاژ به زمین برای حفاظت در برابر نشتی برق. این کار باعث می شود اگر برق به اشتباه به بدنه برسد، جریان از طریق زمین تخلیه شود و فرد دچار برق گرفتگی نشود.

گراندینگ چیست؟

گراندینگ به معنای اتصال نقطه نول یا بخش‌های برقدار سیستم به زمین برای حفاظت از تجهیزات. این کار بیشتر برای حفاظت از تجهیزات انجام می شود و یک مسیر برگشت مطمئن برای جریان فراهم می کند.

اهداف استفاده از سیستم ارت

سیستم ارت یا اتصال به زمین یکی از مهم ترین بخش های ایمنی در برق است که هدف اصلی آن حفاظت از جان انسان ها و تجهیزات الکتریکی است. وقتی یک سیستم ارت درست نصب شود، به چند هدف مهم کمک می کند:

حفاظت از جان انسان ها و موجودات زنده

اگر در دستگاه یا سیم کشی برق مشکلی پیش بیاید و برق به قسمت های فلزی برسد، سیستم ارت جریان برق را به زمین هدایت می کند تا کسی دچار برق گرفتگی نشود.

حفاظت از تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی

اتصال به زمین باعث می شود که ولتاژهای اضافی یا ناخواسته که ممکن است به تجهیزات آسیب برسانند، حذف شوند و تجهیزات بهتر و با عمر طولانی تر کار کنند.

فراهم کردن محیط کار ایمن و مناسب

وجود سیستم ارت باعث می شود که محیط کار ایمن تر باشد و افراد با خیال راحت تر بتوانند از دستگاه ها و وسایل الکتریکی استفاده کنند.

جلوگیری از برق گرفتگی هنگام تماس

اگر فردی به قسمت فلزی دستگاهی که دچار نشت برق شده دست بزند، سیستم ارت برق را به زمین منتقل می کند و خطر برق گرفتگی کاهش می یابد.

حذف و کنترل ولتاژهای اضافی و ناخواسته

این ولتاژها می توانند به سیستم برق آسیب بزنند یا باعث ایجاد خطر شوند، سیستم ارت آن ها را به زمین هدایت می کند.

اطمینان از عملکرد صحیح سیستم برق

سیستم ارت باعث می شود مدارهای حفاظتی و قطع کننده ها به درستی عمل کنند و برق فقط در مسیر امن جریان داشته باشد.

رعایت الزامات الکترومغناطیسی در محیط کار

سیستم ارت باعث کاهش تداخلات الکترومغناطیسی می شود که می تواند روی کارکرد تجهیزات حساس تاثیر منفی بگذارد.

تعریف زمین در آیین نامه های ایمنی

بر اساس آیین نامه حفاظتی تاسیسات الکتریکی، هر نوع اتصال عمدی یا تصادفی تجهیزات به زمین یا بدنه های فلزی، “زمین” به حساب می آید. زمین موثر یعنی اتصال به زمین با امپدانس کم که بتواند جریان های خطرناک را به درستی تخلیه کند و از خطر جلوگیری نماید.

پیشنهاد مطالعه: سیم ارت را به کجا وصل کنیم

روش های سنتی ایجاد ارت

یکی از روش های سنتی ایجاد ارت، حفر چاه یا کوبیدن میله فلزی در زمین است. اما این روش مشکلات زیادی دارد:

• هزینه بالا برای اجرای چاه استاندارد
• تاثیر دستگاه خراب روی سایر تجهیزات
• عمر پایین نسبت به هزینه اولیه
• وابستگی به نوع خاک و شرایط محیطی
• عملکرد ضعیف در فصل های مختلف سال
• نیاز به نگهداری و بررسی مداوم چاه
• نوسان در زمان تخلیه الکتریکی
• حساسیت پایین به ولتاژهای کم
• مشکل زا بودن نزدیکی به پست های برق
• نیاز به فضای زیاد برای چاه جدید
• احتمال عملکرد نامناسب هنگام نشتی برق

راهکار جدید برای ارت تجهیزات

در شبکه هایی با سیستم TN به جای استفاده از چاه ارت می توان از دستگاه EDS استفاده کرد. این دستگاه قابل حمل است و هزینه بسیار کمتری نسبت به چاه ارت دارد. در این روش بدنه فلزی دستگاه ها به زمین وصل می شود تا در صورت اتصال فاز به بدنه، جریان برق از طریق زمین تخلیه شود و فیوز یا کلید حفاظتی عمل کند. این کار باعث جلوگیری از شوک الکتریکی و آتش سوزی می شود.

ویژگی های دستگاه EDS

دستگاه EDS یک فناوری جدید و هوشمند برای حفاظت الکتریکی و سیستم ارت است که نسبت به روش های سنتی چاه ارت مزایای زیادی دارد. اول اینکه این دستگاه نیازی به سیم کشی های بزرگ و ضخیم ندارد، بنابراین نصب آن بسیار ساده تر و کم هزینه تر است. همچنین عملکرد دستگاه EDS به شرایط خاک یا رطوبت زمین وابسته نیست، یعنی در هر نوع خاک و آب و هوایی عملکرد خوبی دارد.

مزایای دستگاه EDS

• نصب آسان بدون نیاز به حفر چاه
• قابل استفاده در هر نوع خاک
• عملکرد پایدار در شرایط جوی مختلف
• قطع سریع برق در نشتی بالای ۴۲ ولت
• مانیتورینگ پیوسته وضعیت ارت
• طراحی ماژولار و قابل توسعه
• حفظ امپدانس حلقه اتصال کمتر از ۰.۵ اهم
• کاهش هزینه نگهداری
• مناسب برای تجهیزات سیار

کلام آخر

چاه ارت سنتی با وجود کاربرد گسترده، محدودیت‌های زیادی دارد. دستگاه EDS که توسط شرکت سانا صنعت کنزا طراحی شده، یک راهکار نوین، ایمن، اقتصادی و قابل حمل برای ارتینگ محسوب می‌شود. استفاده از این تکنولوژی در پروژه‌های صنعتی و ساختمانی به‌ویژه در مناطق با خاک نامناسب، می‌تواند ایمنی سیستم برق را به‌صورت مؤثری افزایش دهد.