ارت الکتریکی در تجهیزات آزمایشگاهی

دستگاه ارت الکترونیکی یکی از اصول مهم ایمنی در سیستم های برقی است که برای هدایت جریان های اضافی و نشتی به زمین طراحی شده تا از خطرات مانند برق گرفتگی، آتش سوزی و خرابی تجهیزات جلوگیری کند. این سیستم در آزمایشگاه ها که تجهیزات حساس و پیشرفته ای مانند کروماتوگرافی، اسپکتروسکوپ و میکروسکوپ های الکترونی دارند، اهمیت بیشتری پیدا می کند. اختلال در تأمین ولتاژ یا نویز الکتریکی می تواند نتایج آزمایش ها را تحت تاثیر قرار دهد و باعث خرابی دستگاه ها شود.

در آزمایشگاه های شیمیایی که ممکن است مواد قابل اشتعال یا گازهای خطرناک وجود داشته باشد، جرقه های الکتریکی می توانند موجب آتش سوزی یا انفجار شوند. بنابراین حتما بایستی  از سیستم ارت استاندارد و کارآمد استفاده شود.

با وجود اهمیت این سیستم، بسیاری از آزمایشگاه ها با مشکلاتی مانند کیفیت پایین خاک، هزینه های بالای نصب و عدم آگاهی پرسنل در طراحی و اجرای سیستم ارت مواجه هستند. هدف ما در این مقاله بررسی اصول، استانداردها، مزایا و چالش های پیاده سازی سیستم ارت در آزمایشگاه ها است. البته راهکارهایی را  هم برای بهبود این سیستم ارائه می دهیم.

اهمیت سیستم ارت الکتریکی در آزمایشگاه‌ ها

سیستم ارت الکتریکی یکی از اجزای مهم در ایمنی تجهیزات الکتریکی است. داشتن سیستم ارت استاندارد در محیط های آزمایشگاهی که تجهیزات حساس و پیشرفته ای دارند، نه تنها ایمنی افراد را تضمین می کند، بلکه از آسیب به دستگاه ها و جلوگیری کرده و  به رفع مشکلات الکتریکی کمک می کند. در این بخش اصول و نحوه عملکرد سیستم ارت، انواع مختلف آن و چگونگی محافظت از تجهیزات و افراد را توضیح می دهیم.

دلایل استفاده از ارت الکتریکی

ارت الکتریکی یعنی ایجاد مسیری برای هدایت جریان های اضافی یا نوسانات ولتاژ به زمین. این کار از بروز مشکلاتی مانند برق گرفتگی و آسیب به تجهیزات جلوگیری می کند. استفاده از این سیستم در آزمایشگاه ها بنا به دلایل زیر بسیار اهمیت دارد:

• حفاظت از افراد در برابر خطرات ناشی از نشتی جریان و برق گرفتگی
• محافظت از تجهیزات حساس در برابر نوسانات ولتاژ
• کاهش نویزهای الکترومغناطیسی برای بهتر شدن دقت آزمایش ها
• جلوگیری از آتش سوزی یا انفجار در محیط هایی که مواد شیمیایی یا گازهای قابل اشتعال دارند

تفاوت بین ارت حفاظتی و ارت عملیاتی

ارت حفاظتی (PE): این نوع ارت برای حفاظت از افراد و تجهیزات در برابر نشتی جریان به کار می رود. در صورت بروز خطای الکتریکی، ارت حفاظتی جریان اضافی را به زمین هدایت می کند و از برق گرفتگی جلوگیری می کند

ارت عملیاتی (FE): این نوع ارت بیشتر برای بهبود عملکرد سیستم و کاهش نویزهای الکترومغناطیسی استفاده می شود و در دستگاه های حساس آزمایشگاهی و مخابراتی به کار می رود.

پیشنهاد مطالعه: خطرات الکتریسیته ساکن در صنعت نفت

انواع سیستم های ارت الکتریکی

سیستم های مختلف ارت برای کاربردهای مختلف وجود دارند:

نقش سیستم ارت الکتریکی در ایمنی و عملکرد تجهیزات آزمایشگاهی

سیستم ارت الکتریکی در آزمایشگاه ها که شامل تجهیزات حساس، مواد شیمیایی قابل اشتعال و دستگاه های دقیق اندازه گیری است، نقش بسیار مهمی در ایمنی و عملکرد صحیح تجهیزات دارد. اگر سیستم ارت به درستی نصب نشود، ممکن است خطراتی مانند برق گرفتگی، خرابی تجهیزات و حتی آتش سوزی یا انفجار به وجود آید. در این بخش بررسی می کنیم که سیستم ارت چگونه می تواند ایمنی افراد، کارکرد درست دستگاه ها، کاهش نویز الکتریکی و جلوگیری از حوادث را تضمین کند.

حفاظت از افراد و جلوگیری از برق گرفتگی

در آزمایشگاه هایی که با تجهیزات برقی کار می کنند، خطر نشتی جریان الکتریکی یک مشکل جدی است. این نشتی ممکن است به دلایل مختلفی مانند خرابی عایق کابل ها، نقص در طراحی مدارها یا اتصال نادرست سیم ها به بدنه فلزی دستگاه ها اتفاق بیفتد. اگر فردی به طور اتفاقی با دستگاهی که نشتی جریان دارد تماس پیدا کند، ممکن است برق گرفتگی شود. این خطر به ویژه در آزمایشگاه های پزشکی، شیمیایی و فیزیکی که با تجهیزات حساس و قدرتمند کار می کنند، بیشتر است. سیستم ارت جریان های نشتی را به زمین منتقل کرده و خطر برق گرفتگی را به طور مؤثری کاهش می دهد.

محافظت از تجهیزات حساس آزمایشگاهی

تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته که برای اندازه گیری، آنالیز و تحقیق استفاده می شوند، به شدت نسبت به نوسانات برق و نویزهای الکتریکی حساس هستند. برخی از این دستگاه ها که به ارت نیاز دارند عبارتند از:

• کروماتوگرافی مایع (HPLC) و کروماتوگرافی گازی (GC): برای آنالیز ترکیبات شیمیایی.
• اسپکتروسکوپی (UV-Vis، FTIR، NMR): برای بررسی طیف نوری و خواص مولکولی مواد.
• سانتریفیوژها: برای جداسازی ترکیبات زیستی و پزشکی.
• تجهیزات پزشکی و تحقیقاتی مانند MRI و الکتروفورز: برای تشخیص پزشکی و پژوهش های زیستی.
• دیتالاگرها و سیستم های ذخیره سازی داده: که هرگونه نویز یا نوسان برق می تواند داده های آن ها را مختل کند.

سیستم ارت الکتریکی از ورود اضافه ولتاژها و نوسانات ناگهانی به این تجهیزات حساس جلوگیری کرده و عمر مفید آن ها را افزایش می دهد.

کاهش نویز الکتریکی و افزایش دقت آزمایش ها

در آزمایشگاه هایی که دستگاه های اندازه گیری دقیق مانند اسپکتروسکوپی، کروماتوگرافی و PCR استفاده می شوند، نویزهای الکتریکی می توانند بر روی سیگنال های خروجی تأثیر گذاشته و نتایج را غیرقابل اعتماد کنند. این نویزهای الکتریکی می‌توانند از منابع گوناگونی سرچشمه بگیرند، از جمله:

• تداخل الکترومغناطیسی (EMI) از کابل های برق
• نوسانات ولتاژ شبکه برق رسانی
• ارتباط نامناسب بین تجهیزات آزمایشگاهی

پیشنهاد مطالعه: کاربرد ارت در صنایع خاص

اهمیت ارت در ثبات عملکرد دستگاه های اندازه گیری و ذخیره داده

با استفاده از یک سیستم ارت استاندارد، نویزهای الکتریکی حذف شده و تجهیزات می توانند داده های دقیق و بدون انحراف ارائه دهند. در آزمایشگاه های زیست شناسی مولکولی که داده های آزمایشگاهی باید با دقت بالا ثبت شوند، حتی یک خطای کوچک ناشی از نویز الکتریکی می تواند به نتایج اشتباه منجر شود. ارت استاندارد به تثبیت عملکرد تجهیزات و افزایش دقت نتایج آزمایشگاهی کمک می کند.
جلوگیری از آتش سوزی و انفجار در آزمایشگاه های شیمیایی و صنعتی
در آزمایشگاه های شیمیایی و صنعتی که مواد قابل اشتعال و گازهای فرار وجود دارند، حتی یک جرقه کوچک می تواند باعث آتش سوزی یا انفجار شود. یکی از عواملی که می تواند جرقه های ناخواسته ایجاد کند، الکتریسیته ساکن و نشتی جریان از تجهیزات آزمایشگاهی است. این مشکل ممکن است به دلیل نبود سیستم ارت استاندارد اتفاق بیفتد. سیستم ارت با هدایت بارهای ساکن و نشتی جریان به زمین، از ایجاد جرقه های ناخواسته و وقوع حوادث جلوگیری می کند.

اجزای سیستم ارت در آزمایشگاه ها

یک سیستم ارت استاندارد و بهینه شامل اجزای مختلفی است که هر کدام نقش مهمی در هدایت جریان نشتی، تخلیه اضافه ولتاژ و کاهش نویزهای الکتریکی دارند. این سیستم باید با توجه به نوع آزمایشگاه، تجهیزات مورد استفاده و استانداردهای ایمنی طراحی و اجرا شود. یکی از راهکارهای مدرن برای ارتینگ تجهیزات حساس آزمایشگاهی، استفاده از دستگاه‌های ارت الکترونیکی است. دستگاه ارت الکترونیکی شرکت سانا صنعت کنزا، با فناوری پیشرفته، جایگزینی کارآمد برای چاه ارت سنتی بوده و می‌تواند در آزمایشگاه‌های حساس که محدودیت فضا یا خاک نامناسب دارند، استفاده شود.

در این بخش، اجزای کلیدی سیستم ارت شامل میله‌های ارت، کابل‌های ارت و دستگاه‌های حفاظتی مکمل را بررسی می‌کنیم.

میله های ارت (Earthing Rods) و نحوه نصب آن ها

میله های ارت، رابط بین سیستم الکتریکی و زمین هستند که برای انتقال سریع و مؤثر جریان های نشتی و اضافه ولتاژ به زمین استفاده می شوند. این میله ها از مواد رسانای قوی ساخته شده اند تا مقاومت الکتریکی زمین را کاهش داده و عملکرد سیستم ارت را بهبود ببخشند.

مس

• بهترین رسانایی الکتریکی را دارد و مقاومت پایین تری ارائه می دهد.
• در محیط های مرطوب و اسیدی بسیار مقاوم است.
• قیمت بالاتری نسبت به سایر مواد دارد.

گالوانیزه

• دارای پوشش روی (Zinc) برای جلوگیری از زنگ زدگی است.
• نسبت به مس ارزان تر است اما هدایت الکتریکی کمتری دارد.

فولاد روکش دار با مس

• ترکیبی از فولاد مقاوم با یک لایه مسی برای افزایش رسانایی و دوام.
• عملکرد خوب در شرایط مختلف خاک و رطوبت.
• انتخابی مقرون به صرفه و متداول در سیستم های ارت آزمایشگاهی.

استانداردهای نصب میله های ارت در محیط های آزمایشگاهی

• عمق و فاصله: میله های ارت معمولاً در عمق ۲ تا ۳ متری در زمین نصب می شوند تا مقاومت زمین کاهش یابد.
• اتصال مناسب: برای بهبود عملکرد، میله های ارت باید با جوش احتراقی (Cadweld) یا کلمپ های مسی استاندارد به کابل های ارت متصل شوند.
• مقاومت زمین: مقدار مقاومت الکتریکی زمین نباید از ۵ اهم بیشتر باشد و در آزمایشگاه های حساس باید حتی کمتر از ۲ اهم باشد.
• تست دوره ای: سیستم ارت باید به صورت سالانه آزمایش و اندازه گیری شود تا اطمینان حاصل شود که مقاومت زمین در حد مطلوب باقی مانده است.

نحوه اتصال تجهیزات آزمایشگاهی به سیستم ارت

اتصال مستقیم تجهیزات به باس بار ارت: همه تجهیزات حساس باید مستقیماً به یک باس بار ارت مرکزی متصل شوند.
استفاده از چاه ارت مستقل در آزمایشگاه های حساس: آزمایشگاه هایی که از تجهیزات فوق حساس مانند کروماتوگرافی یا MRI استفاده می کنند، بهتر است چاه ارت اختصاصی با مقاومت پایین داشته باشند.
عدم استفاده از ارت مشترک با سیستم برق اصلی: در برخی آزمایشگاه ها دیده می شود که ارت تجهیزات به نول برق متصل می شود، که خطرناک بوده و می تواند منجر به ایجاد نویز و اختلال در عملکرد تجهیزات شود.
سیم کشی ارت باید به دور از کابل های قدرت باشد: کابل های ارت نباید با کابل های تغذیه ولتاژ بالا در یک مسیر باشند، زیرا ممکن است تداخلات الکترومغناطیسی ایجاد شود.

دستگاه های حفاظتی مکمل مانند محافظ های Surge و استابلایزرها

علاوه بر میله های ارت و کابل های ارت، استفاده از دستگاه های حفاظتی مکمل برای کنترل نوسانات برق و اضافه ولتاژ ضروری است. این دستگاه ها باعث می شوند که تجهیزات آزمایشگاهی از تغییرات ناگهانی ولتاژ محافظت شوند و عمر مفید بیشتری داشته باشند.

محافظ های Surge

محافظ های Surge یا SPD (Surge Protection Device) دستگاه هایی هستند که اضافه ولتاژهای ناگهانی (مثلاً ناشی از صاعقه یا تغییرات ناگهانی شبکه برق) را جذب کرده و به زمین منتقل می کنند. این دستگاه ها معمولاً در تابلو برق آزمایشگاه نصب می شوند تا از کل سیستم محافظت کنند. همچنین در تجهیزات حساس مانند HPLC، دستگاه های اندازه گیری دقیق و کروماتوگرافی که در برابر نوسانات برق آسیب پذیر هستند، کاربرد دارند.

استابلایزرها (Stabilizers)

استابلایزرها دستگاه هایی هستند که نوسانات ولتاژ برق را تثبیت می کنند و از تغییرات ناگهانی ولتاژ جلوگیری می کنند. معمولاً بین پریز برق و دستگاه آزمایشگاهی قرار می گیرد و در دستگاه های تصویربرداری مانند MRI، X-Ray و میکروسکوپ های الکترونی و همچنین در سیستم های کامپیوتری ذخیره سازی داده و دیتالاگرها که نوسانات ولتاژ می تواند داده های آن ها را از بین ببرد، کاربرد دارد.

UPS منبع تغذیه بدون وقفه

UPS ها دستگاه هایی هستند که در صورت قطع برق، تغذیه دستگاه های حساس را تأمین می کنند. دستگاه ups مخصوصاً در آزمایشگاه هایی که با داده های حساس و پردازش های طولانی مدت سروکار دارند، اهمیت زیادی دارند. در آزمایشگاه های پزشکی و تحقیقاتی که تجهیزات نباید خاموش شوند و همچنین در دستگاه های HPLC، NMR و سایر سیستم های آنالیز که فرآیندهای مداوم دارند به کار می روند. این دستگاه ها مستقیماً بین دستگاه و منبع تغذیه آزمایشگاه نصب می شود.

دستگاه ارت الکترونیکی – جایگزین چاه ارت سنتی

در برخی آزمایشگاه‌ها، به‌ویژه آزمایشگاه‌های شهری یا محیط‌هایی که امکان حفر چاه ارت استاندارد وجود ندارد، استفاده از دستگاه ارت الکترونیکی راهکاری مناسب برای حفاظت از تجهیزات و جلوگیری از خطرات الکتریکی است.

دستگاه ارت الکترونیکی سانا صنعت کنزا یکی از فناوری‌های نوین در این حوزه است که با حذف نیاز به چاه ارت فیزیکی، ایمنی تجهیزات را تضمین می‌کند. این سیستم قادر است جریان‌های نشتی و اضافه ولتاژ را به‌صورت هوشمندانه تخلیه کرده و نویزهای الکترومغناطیسی را کاهش دهد.

استفاده از این دستگاه در آزمایشگاه‌های مجهز به تجهیزات حساس مانند کروماتوگرافی، اسپکتروسکوپی و سیستم‌های تصویربرداری پزشکی، نه تنها باعث کاهش هزینه‌های نصب و نگهداری سیستم ارت می‌شود، بلکه ایمنی و عملکرد تجهیزات را نیز بهبود می‌بخشد.

کلام آخر

سیستم ارت الکتریکی نه تنها یک اقدام پیشگیرانه بلکه یک ضرورت حیاتی در آزمایشگاه های علمی، صنعتی و پزشکی است. اجرای صحیح این سیستم، در کنار استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند UPS، استابلایزر و محافظ های می تواند از وقوع حوادث ناگوار، خرابی تجهیزات حساس و از دست رفتن داده های ارزشمند جلوگیری کند. با توجه به نقش مهم این سیستم در ایمنی افراد، افزایش دقت آزمایش ها و پایداری عملکرد تجهیزات، لازم است که آزمایشگاه ها با استانداردهای بین المللی همگام شوند، روش های طراحی ارت را بهینه سازی کنند و کارکنان خود را برای نگهداری صحیح این سیستم آموزش دهند. ناگفته نماند که یک سیستم ارت کارآمد نه تنها باعث افزایش ایمنی و کاهش هزینه های عملیاتی می شود، بلکه بستر لازم برای پیشرفت تحقیقات علمی و عملکرد دقیق تجهیزات آزمایشگاهی را نیز فراهم می کند.