سیستم ارت چیست؟
قبل از توضیح واژه چاه ارت باید به کلمه ارت پرداخت، کلمه ارت (Earth) در علم مهندسی یعنی اتصال بدنه دستگاه الکتریکی به زمین می باشد.
به عبارت دیگر به منظور حفاظت افراد و دستگاه ها، در برابر اضافه ولتاژهای تولید شده در بدنه تجهیزات الکتریکی که باعث صدمه دیدن دستگاه ها و افراد می شود.
همچنین ولتاژهای بسیار زیاد و خطرناک ناشی از برخورد صاعقه با ساختمان ها، باید به وسیله تجهیزاتی مستقیماً در زمین خنثی شوند. به همین منظور استفاده از چاه ارت و سیستم ارت (Earth) لازم و ضروری است.
علل اجرا و ایجاد سیستم ارتینگ
الف – اتصال زمین (ارت) حفاظتی
ب – اتصال زمین (ارت) الکتریکی
علل ایجاد ارت
الف – ارت حفاظتی: هدف ایمنی افراد که در حال کار کردن با دستگاه الکتریکی و ایمنی خود تجهیز الکتریکی می باشد. به عنوان مثال بارها شده است در آشپزخانه منازل به بدنه فلزی یخچال و ماشین لباسشویی دست زده اید و دچار الکتریسیته و برق گرفتگی ناچیز شده اید.
علت این امر نشتی جریان و خاصیت میدان مغناطیسی دستگاه می باشد که بدنه فلزی دستگاه را اصطلاحاً بار دار کرده است و در زمانی که شما به بدنه فلزی دستگاه در تماس قرار میگیرد جریان نشتی از طریق محل تماس وارد بدن و از طریق معمولا پا خارج می گردد، در این فرایند فرد دچار برق گرفتگی می شود. (ایمنی فرد دچار اختلال می شود)
این نشتی جریان خاصیت عایقی و الکتریکی دستگاه را نیز در طولانی مدت دچار عیب و نقص می نماید. ( ایمنی دستگاه دچار اختلال می شود )
ب – ارت الکتریکی: هدف صحیح و درست کار کردن دستگاه الکتریکی است. به عنوان مثال مرکز ستاره ترانسفورماتور و ژنراتور در پست و نیروگاه باید اتصال به زمین شود. در غیر اینصورت هیچ وقت از سیم ارت به عنوان هادی برگشت نمی توان استفاده کرد.
به همین منظور جهت ایمنی افراد و ایمنی دستگاه های الکتریکی نیاز به اتصال به زمین ( ارت ) داریم.
چاه ارت چگونه کار می کند؟
برای پاسخ به این سوال باید اولاً بدانیم مقاومت بدن انسان چند اهم است؟ ثانیاً مقاومت چاه ارت باید چند اهم باشد ؟ ثالثاً مدار الکتریکی در زمان ایجاد چاه ارت چگونه خواهد بود؟
بدن انسان با توجه به ویژگی های فردی و شرایط فیزیکی و بیولوژیکی در افراد مختلف گوناگون است. (مرد یا زن بودن، بزرگ یا کوچک بودن)
اما بطور معمول این مقاومت چیزی در حدود 2500 الی 5000 اهم می باشد. البته توقع ما از ایجاد چاه ارت بدست آوردن مقاومت پائین در حد زیر دو اهم می باشد. (مطابق مبحث 13 نظام مهندسی و دستورالعملهای وزارت کار)
زمانی که دستگاه الکتریکی به چاه ارت متصل باشد و فرد بصورت اتفاقی با بدنه دستگاه در تماس قرار گیرد در هنگام نشتی جریان بوجود آمده در سطح دستگاه الکتریکی جریان می تواند از بدن فرد و یا از طریق چاه ارت مسیر خود را پیموده و به محل تولید (مسیر برگشت) خود بازگردد.
از آنجا که جریان الکتریکی تمایل دارد مسیری را بپیماید که مقاومت پائینی داشته باشد ترجیح می دهد به جای عبور از بدن فرد که دارای مقاومت 2500 الی 5000 اهم می باشد مسیر خود را عوض کرده و از چاه ارت که مقاومتی در حدود زیر دو اهم دارد عبور نماید.و فرد در برابر خطر برقگرفتگی حفاظت می شود.
انواع ارت
1- سیستم EDS ( ارت مجازی – ارت الکتریکی – ارت الکترونیکی – ارت پاک – تخلیه الکتریکی )
2- چاه ارت
سیستم EDS چیست؟
دستگاه EDS تأمین کننده ارت تجهیزات در حوزه جریان ضعیف است که میتواند تخلیه الکتریکی را به طور کامل انجام دهد و قادر به تامین نقطه صفر (مرجع) تجهیزات در حوزه جریان ضعیف است.
طراحی این سیستم بر مبنای ایجاد یک مسیر کم امپدانس برای جذب ولتاژها و جریان‌های اضافی و طی فرایندی تبدیل به انرژی گرمایی (در سطح ناچیز) و سپس دفع آن قرار داده شده است.
سیستم EDS از طریق خط نول با زمین مرجع و نوترال شبکه برق، همسان می شود و در عین حال ارتباط مستقیم با نول شبکه ندارد؛ این دستگاه کاملاً کارایی چاه ارت را دارد و جایگزین مناسبی برای چاه ارت تجهیزات و عملکرد بهتری نسبت به آن دارد و نواقص آن را جبران می‌کند.
چاه ارت چیست؟
چاه ارت چاله ای است که بصورت عمقی در زمین حفر کرده تا جایی که به رطوبت نسبی خاک رسیده و در داخل آن از صفحه مسی که توسط سیم مسی به صفحه جوش خورده استفاده کرده و صفحه را بصورت عمودی ( به جهت بیشترین سطح تماس با خاک ) در چاه ارت قرار داده و اطراف صفحه از موادی مانند بنتونیت و کاهنده، پوشانده و سیم مسی را به بیرون چاه ارت کشیده و به تابلوی تست باکس برده و از آن جا به کلیه دستگاه های الکتریکی متصل می نمائیم.
در ابتدا ما باید یک مدار الکتریکی تولید کنیم که دارای پتانسیل صفر باشد. یا به عبارت دیگر مدار الکتریکی که مقاومت بسیار پایین و کوچکی داشته باشد.
یکی از روشهای تولید چنین مدار الکتریکی استفاده از چاه ارت می باشد.
چاه ارت (Earth) در مفهوم به معنی زمین است که نام دیگر آن سیستم اتصال زمین است.
سیستم اتصال به زمین دارای چاه ارت و سیم اتصال است. وظیفه چاه ارت وصل کردن هرگونه جریان الکتریکی به زمین است که این عملکرد بیشتر برای جلوگیری از برق گرفتگی صورت می گیرد.
به عبارتی بهتر با وصل کردن تمام دستگاه های برقی صنعتی، مخابراتی و خانگی با سیم اتصال به چاه ارت یک سیستم ارتینگ را به وجود آورده ایم.
هدف از اجرای سیستم ارتینگ جلوگیری از نشتی جریان الکتریکی و مدارات الکتریکی و جلوگیری از برق گرفتگی است که این مسئله در صنعت برق امر مهم و ضروری به حساب می آید.
در وصل کردن چاه ارت جریان الکتریکی باید دقت قابل توجهی انجام شود بعضی اوقات اتفاق افتاده است که این سیم اتصال را به جای نادرستی متصل کرده اند که کار بسیار پر خطر و کُشنده ای است.
درهنگام اتصال كامل سيم های فاز به سيم ارت فيوز مربوط به آن فاز عمل كرده و جريان را قطع مي كند ودر هنگام اتصال كامل سيم نول به سيم ارت اگر مدار ارتينگ داراي فيوز محافظ جان (FI) باشد، اين فيوز از 30 ميلي آمپرنشتي جريان به بالا را قطع مي كند و باعث قطع كامل جريان فاز و نول مي شود.
لازم به ذكر است كه سيم ارت و سيم نول به ظاهر از نظر اينكه بی برق هستند بسياربه يكديگر شبيه هستند ولي در عمل دوسيم مستقل از هم وعملكردي متفاوت از يكديگر دارند و هيچگاه نمی توان از يكي بجاي ديگری استفاده كرد.
سيستم ارتينگ امروزه كاربردی همانند خود برق را داراست و از اهميت بسيار ويژه ای برخوردار است. چنانكه در مخابرات، سيستم های ارتينگ بسيار حساس و دقيق براي جلوگيری نويز در شبكه استفاده می شود.
انواع چاه ارت
1- چاه ارت عمقی 2- چاه ارت سطحی
چاه ارت عمقی
در چاه ارت عمقی به طور معمول یک چاه با عمق زیاد حفاری و سیستم ارتینگ پیاده سازی می شود. البته در این روش باید بتوان در اطراف سایت امکان حفاری چاه با اعماق زیاد را داشته باشیم .
چاه ارت سطحی
در چاه ارت سطحی زمانی که ما نمی توانیم چاه با اعماق وسیع حفاری کنیم کاربرد دارد و معمولا تا عمق 80 سانتیمتر قابل انجام است.
شرایط استفاده از چاه ارت سطحی و روش راه اندازی آن
از نظر مکانی به مکان هایی که :
- حداقل فضایی باید در اطراف سایت وجود داشته باشد تا امکان اجرای چاه ارت سطحی ممکن باشد.
- از نظر ارتفاعی باید از سطح دریا پایین تر باشد.
- اطراف سایت دارای پستی و بلندی های کمی باشد.
- بین دکل و سایت تقریبا یک فاصله ی زیادی وجود داشته باشد
هر چند که روش چاه ارت سطحی دارای مزایایی است اما اجرای ارت به روش های زیر دارای ارجحیت بیشتری است:
- ROD
- RING
- پنجه ای (شعاعی)
- مختلط
- حلزونی
- الكتروشيميايی
- شبكه ای
در سايت های کامپیوتری زمين مناسب از دو بابت حائز اهميت مي‌باشد:
الف ـ حفاظت در مقابل صاعقه و اضافه ولتاژها
ب ـ هم پتانسيل بودن تجهيزات نصب شده در سايت و كاركرد صحيح آنها بخصوص تجهيزات ديجيتال و انتقال ديتا با توجه به بكارگيری تجهيزات کامپیوتری جديد لازم است به موضوع ارت و روش اجراي اصولی آن اهميت بيشتری داده شود تا در آينده از آسيب رسيدن به نيروی انسانی و تجهيزات کامپیوتری پيشگيری شده و از عملكرد صحيح تجهيزات اطمينان داشته باشيم.
لزوم استفاده از سيستم ارت :
به منظور حفاظت افراد و دستگاه ها، اضافه ولتاژهای توليد شده در بدنه كه باعث صدمه ديدن دستگاه ها و افراد می شود، همچنين ولتاژهای بسيار زياد و خطرناك ناشی از برخورد صاعقه با دكل های کامپیوتری را بايد در جايی خنثي نمائيم. به همين منظور استفاده از سيستم ارت و حفاظت از تجهيزات بسيار لازم و ضروری است بعلاوه با افزايش استفاده از سيستم های ديجيتالی و حساس، لزوم بازنگری در طراحی، نصب و نگهداری سيستم های حفاظتی گراندينگ وجود دارد. به طور خلاصه اهداف بكارگيری سيستم ارتينگ يا گراندينگ عبارتند از:
الف ـ حفاظت و ايمنی جان انسان
ب ـ ايمنی وسايل و تجهيزات الكتريكی و الكترونيكی
ج ـ فراهم آوردن شرايط ايده‌ال جهت كار
د ـ جلوگيری از ولتاژ تماسی
ه ـ حذف ولتاژ اضافی
و ـ ممانعت از ولتاژهای ناخواسته و صاعقه
ز ـ اطمينان از قابليت كار الكتريكی
الف ـ انتخاب محل چاه ارت
چاه ارت را بايد در جاهايی كه پايين‌ترين سطح را داشته و احتمال دسترسی به رطوبت حتی الامكان در عمق كمتری وجود داشته باشد و يا در نقاطی كه بيشتر در معرض رطوبت و آب قرار دارند مانند زمين های چمن ، باغچه‌ها و فضاهای سبز حفر نمود.
ب- عمق چاه
با توجه به مقاومت مخصوص زمين، عمق چاه از حداقل 4 متر تا 8 متر و قطرآن حدودا 80 سانتيمتر می تواند باشد. در زمين هايی كه با توجه به نوع خاك دارای مقاومت مخصوص كمتری هستند مانند خاك های كشاورزی و رسی عمق مورد نياز برای حفاری كمتر بوده و در زمين های شنی و سنگلاخی كه دارای مقاومت مخصوص بالاتری هستند نياز به حفر چاه با عمق بيشتر می باشد.
برای اندازه گيری مقاومت مخصوص خاك از دستگاه های خاص استفاده می گردد. در صورتی كه تا عمق 4 متر به رطوبت نرسيديم و احتمال بدهيم در عمق بيشتر از 6 متر به رطوبت نخواهيم رسيد نيازی نيست چاه را بيشتر از 6 متر حفر كنيم. بطور كلی عمق 6 مترو قطر حدود 80 سانتيمتر برای حفر چاه پيشنهاد می گردد. محدوده مقاومت مخصوص چند نوع خاك در جدول زير آمده است.
ج ـ مصالح مورد نياز
مصالح مورد نياز و مشخصات آن برای اجرای چاه در جدول زير آمده است.
نکته : صفحه مسی به ابعاد 5/.*40*40 سانتيمتر برای مناطق شمالی كشور و 5/0*50*50 سانتيمتر برای مناطق نيمه خشك مانند تهران و 5/0*70*70 سانتيمتر برای مناطق كويری استفاده شده باشد. از صفحه مسی با ضخامت 3 يا 4 ميليمتر نيز می توان استفاده نمود.
ه – حفر چاه ارت
با توجه به شرايط جغرافيايی منطقه چاهی با عمق مناسب و در مكان مناسب (با توجه با راهنمای انتخاب محل چاه ارت) حفر گردد.
شياری به عمق 60 سانتيمتر از چاه تا پای دكل برای مسير سيم چاه ارت تا برقگير روی دكل همچنين برای سيم ارت داخل ساختمان حفر نمائيد.
در صورتی كه مسير 2 سيم مشترك باشد بهتر است مسير دو سيم ايزوله گردند.
همينطور مسير سيم ها بايد كوتاه ترين مسير بوده و سيم ميله برقگير و ارت حتي الامكان مستقيم و بدون پيچ و خم باشد و نبايستی خم های تند داشته باشد و در صورت نياز به خم زدن سيم در طول بيش از 50 سانتيمتر انجام گردد.
د – اتصال سيم به صفحه مسی
اتصال سيم به صفحه مسی بسيار مهم می باشد. هرگز و در هيچ شرايطی نبايد اين اتصال تنها با استفاده از بست، دوختن سيم به صفحه و يا … برقرار گردد.
بلكه حتما بايد سيم به صفحه جوش داده شود. برای استحكام بيشتر با استفاده از 2 عدد بست سيم به صفحه بسته شده و محكم گردد.
برای جوش دادن قطعات مسی به يكديگر از جوش برنج يا نقره استفاده شود و در صورت عدم دسترسی به اين نوع جوش از جوش (Cad weld) استفاده گردد.
و – پر نمودن چاه ارت
- حدود 20 ليتر محلول آب و نمك تهيه و كف چاه می ريزيم بطوريكه تمام كف چاه را در برگيرد بعد از 24 ساعت مراحل زير را انجام می دهيم.
- به ارتفاع 20 سانتيمتر از ته چاه را با خاك رس و يا خاك نرم پر می نمائيم.
- به مقدار لازم (حدود 450 كيلو گرم معادل 15 كيسه 30 كيلو گرمی) بنتونيت را با آب مخلوط كرده و بصورت دوغاب در مياوريم و مخلوط حاصل را به ارتفاع 20 سانتيمتر از كف چاه می ريزيم. هر چه مخلوط حاصل غليظ تر باشد كيفيت كار بهتر خواهد بود.
- صفحه مسی را به 2 سيم مسی نمره 50 جوش می دهيم اين سيم ها يكی به ميله برقگير روی دكل و ديگری به شينه داخل ساختمان خواهد رفت بنابراين طول سيم ها را متناسب با طول مسير انتخاب می نمائيم.
-
صفحه مسی را بطور عمودی در مركز چاه قرار مي دهيم.
- اطراف صفحه مسی را با دوغاب تهيه شده تا بالای صفحه پر می نمائيم.
- لوله پليكای سوراخ شده را بطور مورب در مركز چاه و در بالای صفحه مسی قرار می دهيم و داخل لوله پليكا را شن می ريزيم تا 50 سانتيمتر از انتهای لوله پر شود اين لوله برای تامين رطوبت ته چاه می باشد. در فصول گرم سال تزريق آب از اين لوله بيشتر انجام گردد.
- در مواردی كه چاه ارت در باغچه حفر شده باشد و يا ته چاه به رطوبت رسيده باشد و يا كلا در جاهايی كه رطوبت ته چاه از بالای چاه يا از پايين چاه تامين گردد نيازی به قراردادن لوله نمی باشد.
- بعد از قراردادن لوله پليكا به ارتفاع 20 سانتيمتر از بالای صفحه مسی را با دوغاب آماد شده پرمي نمائيم.
- الباقی چاه را هم تا 10 سانتيمتر بر سر چاه مانده، با خاك معمولی همراه با ماسه يا خاك سرند شده كشاورزی پر می نمائيم.
– ده سانتيمتر از چاه را برای نفوذ آب باران و آب های سطحی به داخل چاه با شن و سنگريزه پر می نمائيم.
– روی چاه مخصوصا در مواقعی كه از لوله پوليكا استفاده نمی گردد نبايد آسفالت شده و يا با سيمان پر گردد.
- داخل شيار های حفاری شده را با خاك سرند شده كشاورزی يا خاك نرم معمولی و يا خاك معمولی مخلوط با بنتونيت پر نمائيد.
بنتونیت سوپر سدیم اکتیو کاهنده مقاومت الکتریکی زمین TPN Earthing Bentonite که به مواد کاهنده مقاومت زمین Ground Enhancement Material نیز معروف هستند در پر کرده چاه ارت استفاده می گردد.
از بنتونیت می توان به عنوان بکفیل (Backfill) در گودال های از پیش کنده شده برای نصب میله راد، یا در کانال های سطحی برای نصب الکترودهای افقی و یا در چاه های ارت برای نصب الکترودهای صفحه ای استفاده نمود.