انواع سیستم ارتینگ و اهمیت و روش اجرای آن

انواع سیستم ارتینگ و اهمیت و روش اجرای آن

سیستم‌های ارتینگ یکی از عوامل اساسی در حفظ ایمنی و پیشگیری از خسارات در محیط‌های کاری و صنعتی محسوب می‌شوند. این سیستم‌ها به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله صنایع برق صنعتی، ساختمان‌ها، صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، و صنایع معدنی استفاده می‌شوند. بر اساس انواع مختلفی که دارند، این سیستم‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند.

ارتینگ یکی از مهم‌ترین روش‌ها برای جلوگیری از بروز شوک‌های الکتریکی ناشی از خطرات مختلف محسوب می‌شود. این سیستم‌ها می‌توانند در برابر شوک‌های الکتریکی ناشی از عوامل مختلف از جمله زمین‌شدگی نامناسب، اتصالات نامناسب، نقص‌های سیم‌کشی و تجهیزات الکتریکی، حفاظت کنند. همچنین، این سیستم‌ها از پیشگیری از بروز آتش‌سوزی در اثر شرایط نامناسبی مانند نقص‌های الکتریکی، کوتاهی‌های سیم‌کشی، و سوء استفاده از تجهیزات الکتریکی نیز پشتیبانی می‌کنند.

در این مطلب، به معرفی انواع مختلف سیستم‌های ارتینگ، اهمیت آن‌ها در صنایع مختلف، و نحوه اجرای آن‌ها خواهیم پرداخت. همچنین، مطالعه موردی‌هایی از اثربخشی این سیستم‌ها در کاهش خطرات و جلوگیری از حوادث در صنایع خاص را نیز بررسی خواهیم کرد.

تعریف سیستم ارتینگ

سیستم ارتینگ (سیستم زمین‌ یا ارت کردن) یک نظام ایمنی الکتریکی است که برای حفاظت از تجهیزات الکتریکی، افراد، و ساختمان‌ها در مقابل خطرات الکتریکی به کار می‌رود. هدف اصلی این سیستم، جلوگیری از بروز شوک‌های الکتریکی و کاهش خطرات آتش‌سوزی ناشی از نقص‌ها یا اشکال در تجهیزات الکتریکی است.

عناصر اصلی سیستم ارتینگ عبارتند از:

1. زمین (Ground): این عنصر به عنوان یک نقطه مرجع ثابت برای تخلیه انرژی الکتریکی به زمین عمل می‌کند. زمین به‌صورت مستقیم یا غیرمستقیم به تجهیزات الکتریکی وصل می‌شود.
2. سیم‌کشی‌های زمین (Grounding Conductors): این سیم‌کشی‌ها به زمین متصل می‌شوند و انرژی الکتریکی را به زمین تخلیه می‌کنند. آنها عمدتاً از مواد هادی مانند مس یا آلومینیم ساخته می‌شوند.
3. الکترود زمین (Grounding Electrode): الکترود زمین به‌عنوان نقطه ارتباط میان سیستم ارتینگ و زمین محسوب می‌شود. این الکترودها معمولاً در زمین فرو کنده شده و با سیم‌کشی‌های زمین به‌صورت مستقیم یا غیرمستقیم به تجهیزات الکتریکی وصل می‌شوند.
4. پایه‌های زمین (Grounding Terminals): این پایه‌ها به سیم‌کشی‌های زمین وصل می‌شوند و به عنوان نقاط اتصال برای تجهیزات الکتریکی عمل می‌کنند.

سیستم ارتینگ با ایجاد یک مسیر مستقیم و کم مقاومت برای جریان الکتریکی به زمین، امکان تخلیه ایمن انرژی الکتریکی را فراهم می‌کند و در نتیجه، از خطرات مرتبط با شوک‌های الکتریکی و حوادث آتش‌سوزی جلوگیری می‌کند.

هادی ها در سیستم ارتینگ

انتخاب مناسب بین انواع هادی‌ها بر اساس نوع سیستم الکتریکی، استانداردها و مقررات محلی، و نیازهای ایمنی و تجهیزات الکتریکی مورد استفاده ضروری است. انتخاب صحیح و استفاده از هادی‌های مناسب در سیستم ارتینگ به ایجاد یک محیط ایمن و پایدار برای تجهیزات الکتریکی کمک می‌کند.

هادی نول (Neutral Conductor):

• هادی نول برای اتصال نوتر (نول) یا همان مرکز منفی سیستم الکتریکی به سیستم ارتینگ استفاده می‌شود.
• وظیفه اصلی هادی نول، فراهم کردن مسیر عود جریان الکتریکی ناشی از عدم تعادل بارها و نوسانات ولتاژ در سیستم الکتریکی است.
• در بسیاری از سیستم‌های ارتینگ، هادی نول به عنوان مسیر اصلی برای تخلیه جریان فرسایشی ناشی از نقص‌های سیستم الکتریکی به زمین استفاده می‌شود.

هادی PEN (Protective Earth and Neutral Conductor):

• این هادی در واقع ترکیبی از هادی نول و هادی ارت حفاظتی است که به همین دلیل به آن PEN نیز معروف است.
• وظیفه اصلی هادی PEN نیز مانند هادی نول، ایجاد مسیر ایمن برای تخلیه جریان فرسایشی ناشی از نقص‌های سیستم الکتریکی به زمین است.
• با استفاده از این هادی، نوتر و سیستم ارتینگ به یکدیگر متصل می‌شوند که این اتصال همزمان ایجاد مسیر ایمن برای تخلیه جریان فرسایشی و مسیری مناسب برای اتصال به زمین را فراهم می‌کند.

هادی ارت حفاظتی PE (Protective Earth Conductor):

• این هادی برای اتصال تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی به سیستم ارتینگ به عنوان زمین (پی) استفاده می‌شود.
• وظیفه اصلی هادی ارت حفاظتی PE، ایجاد مسیری مستقیم و کم‌مقاومت برای تخلیه جریان‌های فرسایشی (سوئیچینگ) به زمین است.
• این هادی مسیر اصلی برای تخلیه جریان‌های فرسایشی است و در صورت بروز نقص‌های سیستم الکتریکی، ایمنی تجهیزات را تضمین می‌کند.

انواع سیستم ارتینگ

انواع سیستم‌های ارتینگ به شکلی معمولاً با ترکیب حروف TT، TN، IT و دیگر متغیرها نشان داده می‌شوند. این حروف نمایانگر ترکیب‌های مختلفی از ارتینگ، سیستم تغذیه و نقض‌های ولتاژ هستند.

TT (زمین مشترک – تغذیه جداگانه)

در سیستم TT، تجهیزات به یک زمین مشترک متصل شده و هر یک از آنها توسط یک خط تغذیه مجزا تأمین می‌شود. این سیستم معمولاً در محیط‌های صنعتی و پزشکی که نیاز به پایداری ولتاژ دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مزایا:

• این سیستم ایمنی بیشتری در برابر اختلالات ولتاژ فراهم می‌کند.
• جداگانه بودن خطوط تغذیه باعث جلوگیری از انتقال ارت بین تجهیزات می‌شود.

محدودیت‌ها:

• نیاز به زمین مشترک اضافی می‌کند.
• برای محیط‌هایی با تجهیزات متصل به یکنواختی زمین، ممکن است مشکلاتی پیش بیاید.

 TN (ترکیب تراز مشترک – تغذیه)

در سیستم TN، یکی از قطب‌های تجهیزات به زمین مشترک و دیگری به خط تغذیه متصل است. ترکیب‌های مختلفی از TN وجود دارند، از جمله TN-C(ترکیب تازه‌سازی – تراز مشترک) و TN-S (ترکیب تازه‌سازی – تغذیه جداگانه).

TN-C (ترکیب تازه‌سازی – تراز مشترک)

• در این ترکیب، یک قطب به زمین مشترک متصل است و دیگری به سیستم تغذیه. تازه‌سازی مشترک برای تأمین امنیت بیشتر و جلوگیری از مشکلات احتمالی ارت استفاده می‌شود.

TN-S (ترکیب تازه‌سازی – تغذیه جداگانه)

• در این ترکیب، قطب‌ها به ترتیب به زمین مشترک و سیستم تغذیه متصل هستند. از تراز مشترک جداگانه برای هر خط استفاده می‌شود.

مزایا:

• کاربرد گسترده در سیستم‌های توزیع برق و سیستم‌های الکتریکی است.
• امکان جلوگیری از انتقال ارت بین تجهیزات با استفاده از ترازهای مشترک یا جداگانه.

محدودیت‌ها:

• برخی از نقاط ضعف مانند امکان شکست تراز ولتاژ ممکن است وجود داشته باشد.

IT  (ترکیب تراز مشترک – ناقض)

در سیستم IT، یکی از قطب‌های تجهیزات به زمین مشترک متصل است و دیگری به سیستم تغذیه. همچنین، یک دستگاه ناقض (مثل یک مقاومت عایق) برای جلوگیری از انتشار ارت به زمین وجود دارد. این سیستم اغلب در محیط‌های حساس به قطعی و نواحی با نیاز به ادامه خدمات استفاده می‌شود.

مزایا:

• امکان ادامه عملکرد در صورت وقوع اختلالات ولتاژ.
• مقاومت بیشتر در مقابل اشکال ارت و نواحی با تغییرات زمین.

محدودیت‌ها:

• نیاز به ناقض (مقاومت عایق) با هزینه اضافی.
• نیاز به نگهداری دقیق و ادامه نظارت.

هر کدام از این سیستم‌ها بستگی به نوع استفاده، نیازهای امنیتی، و مشخصات فیزیکی محیط مورد استفاده خود را دارند. انتخاب سیستم مناسب در هر موقعیت بستگی به این عوامل دارد.

اهمیت سیستم ارتینگ

اهمیت این سیستم به دلایل زیر می‌باشد:

1. حفاظت از افراد:
   • یکی از اهمیت‌های بزرگ سیستم ارتینگ، حفاظت از افراد در برابر خطرات ارت است. این سیستم جلوی آسیب به افراد را از طریق جلوگیری از جریان‌های ناخواسته و ایجاد ولتاژهای خطرناک می‌گیرد.
2. حفاظت از تجهیزات:
   • سیستم ارتینگ موجب حفاظت از تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی می‌شود. جلوگیری از ولتاژهای ناخواسته، صاعقه‌ها، و افزایش پایداری ولتاژ، باعث افزایش دوام و بهره‌وری تجهیزات می‌شود.
3. جلوگیری از خسارت‌های اقتصادی:
   • خرابی تجهیزات و سیستم‌های الکتریکی می‌تواند به خسارات اقتصادی جدی منجر شود. سیستم ارتینگ با جلوگیری از خسارات به تجهیزات، خسارات مالی را به حداقل می‌رساند.
4. حفظ بهره‌وری و ادامه خدمات:
   • سیستم ارتینگ بهره‌وری سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی را افزایش می‌دهد. جلوگیری از اختلالات ولتاژ، افزایش دوام تجهیزات و حفظ توانایی سیستم در ادامه خدمات از جمله اهمیت‌های این سیستم است.
5. حفظ امانت محیطی:
   • سیستم ارتینگ به حفظ امانت محیطی نیز کمک می‌کند. به ویژه در محیط‌های صنعتی، جلوگیری از خسارات به تجهیزات موجب کاهش آلودگی و پسماند الکترونیکی می‌شود.
6. انتقال جریان‌های ناخواسته:
   • از طریق سیستم ارتینگ، جریان‌های ناخواسته به زمین تخلیه می‌شوند و از تجهیزات منحرف می‌شوند، که این امر از مخاطرات احتمالی ارت باعث می‌شود.

با توجه به این موارد، اهمیت سیستم ارتینگ در حفاظت از افراد، تجهیزات، اقتصاد و محیط زیست بسیار بالاست و اجرای صحیح و موثر آن ضروری است.

روش اجرای سیستم ارتینگ

روش اجرای سیستم ارتینگ به طور عمده از دو نوع زمین استفاده می‌کند: زمین عمقی و زمین سطحی. این دو روش با هدف ایجاد یک مسیر مشترک و کم مقاومت برای تخلیه جریان‌های اضافی به زمین و جلوگیری از ولتاژهای ناخواسته، در سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی استفاده می‌شوند.

زمین عمقی:

• تعریف: زمین عمقی به ایجاد یک سیستم زمین تحت زمین اطلاق می‌شود. این نوع زمین عمدتاً برای ایجاد ارت برای تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی در داخل ساختمان‌ها یا صنایع استفاده می‌شود.
• مراحل اجرا:

1. انتخاب مکان مناسب: مکانی برای اجرای زمین عمقی انتخاب می‌شود که از نظر مقاومت خاکی مناسب باشد.
2. کنداکتورهای زمین عمقی: کنداکتورهای فلزی، مانند گلند، استفاده می‌شود تا در عمق زمین فرو برده شوند.
3. زمین‌گذاری: کنداکتورها به زمین فرو می‌روند تا ارت ایجاد شود.
4. مانیتورینگ و اندازه‌گیری: مانیتورینگ مداوم و اندازه‌گیری مقاومت زمین برای اطمینان از عملکرد بهینه زمین عمقی انجام می‌شود.

• مزایا:

• • عمق زیاد زمین عمقی باعث افزایش کارایی آن می‌شود.
  • مناسب برای ساختمان‌ها و مناطق با فضای محدود.
• محدودیت‌ها:
  • هزینه‌های اجرای بالا به‌ویژه در زمین‌های سخت.
  • نیاز به تجهیزات و تخصص در اجرا.

زمین سطحی:

• تعریف: زمین سطحی به ایجاد یک سیستم زمین در سطح زمین اطلاق می‌شود. این نوع زمین به‌طور عمده در مناطقی با خاک مناسب و کم مقاومت به کار می‌رود.
• مراحل اجرا:

1. انتخاب مکان مناسب: مکانی با خاک مناسب و مقاومت مناسب برای اجرای زمین سطحی انتخاب می‌شود.
2. کنداکتورهای زمین سطحی: از کنداکتورهای فلزی، مانند پروفیل‌ها یا گلند، استفاده می‌شود که در سطح زمین قرار گرفته و به یکدیگر متصل می‌شوند.
3. ارتباط با سیستم زمین داخلی: این کنداکتورها به سیستم زمین داخلی متصل می‌شوند.
4. مانیتورینگ و اندازه‌گیری: مانیتورینگ مداوم و اندازه‌گیری مقاومت زمین برای اطمینان از عملکرد بهینه زمین سطحی انجام می‌شود.

• مزایا:

• • هزینه اجرای پایین‌تر به‌ویژه در مناطق با خاک‌های مناسب.
  • مناسب برای مکان‌های با فضای بیشتر.
• محدودیت‌ها:
  • عمق کمتر زمین سطحی باعث مقاومت بیشتری نسبت به زمین عمقی می‌شود.
  • در مناطق با خاک‌های با مقاومت بالا ممکن است عملکرد زمین سطحی کاهش یابد.

با انتخاب مناسب بین زمین عمقی و زمین سطحی و اجرای صحیح سیستم ارتینگ، می‌توان از حفظ امانت و ایمنی در مقابل خطرات ارت و حوادث الکتریکی اطمینان حاصل کرد.

دیگر روش ها

علاوه بر زمین عمقی و زمین سطحی، روش‌های دیگری برای اجرای سیستم ارتینگ نیز وجود دارد. در زیر به برخی از این روش‌ها اشاره می‌شود:

1. زمین‌های فلزی:
   • استفاده از فلزات مانند مس به عنوان زمین اصلی. این زمین‌ها می‌توانند به صورت ناودانی (ردیفی) یا شبکه‌ای طراحی شوند.
2. استفاده از مواد خاص:
   • استفاده از مواد خاصی مانند گرافن برای ایجاد زمین، که خصوصیات الکتریکی بهتری دارند.
3. نصب الکترودها:
   • استفاده از الکترودهای گلخانه‌ای یا مسمومیت‌سپز برای افزایش سطح زمین و بهبود اتصال الکتریکی.
4. زمین ساختمانی:
   • استفاده از سازه‌های ساختمانی نظیر پایه‌ها، تیرها، یا دیگر بخش‌های ساختمان به عنوان اجزای زمین.
5. استفاده از مواد شیمیایی:
   • استفاده از مواد شیمیایی خاص برای بهبود هدایت الکتریکی خاک، به‌طور مثال افزودن املاح به خاک.
6. زمین‌های مصنوعی:
   • استفاده از زمین‌های مصنوعی با خواص الکتریکی خاص، مانند اسفنج مهندسی یا مواد رسوبی.
7. نصب حلقه‌های گردشی:
   • نصب حلقه‌های گردشی (grounding loops) که به عنوان یک نوع تقویت‌کننده زمین عمل می‌کنند و اتصال زمین را بهبود می‌بخشند.
8. ترازهای زیرزمینی:
   • نصب ترازهای زیرزمینی که علاوه بر ایجاد زمین موثر، از خطرات مرتبط با زمین‌های سطحی مانند صعود جریان‌های ناخواسته جلوگیری می‌کنند.
9. زمین‌های دینامیک:
   • استفاده از روش‌های دینامیکی نظیر زمین‌های تزریق شوک (Shock Injection Grounding) که با تزریق مواد خاص، خواص زمین را بهبود می‌بخشند.
10. نصب ناقض‌ها:

• استفاده از ناقض‌ها یا مقاومت‌های عایق برای کاهش جریان‌های ارت و ایجاد یک مسیر کنترل شده برای جریان‌ها.

هرکدام از این روش‌ها ممکن است با توجه به شرایط خاص محیطی و نوع سیستم الکتریکی مورد استفاده، انتخاب شوند. مهمترین هدف این است که یک زمین با عملکرد بهینه و خواص الکتریکی مطلوب فراهم شود تا از جریان‌های ناخواسته و خطرات ارت جلوگیری شود.

جمع بندی

در این مطلب، به بررسی اهمیت سیستم ارتینگ و نقش آن در حفاظت از افراد، تجهیزات، اقتصاد و محیط زیست پرداختیم. با توجه به اهمیت بالای این سیستم، مطالعه و آشنایی با روش‌های اجرای آن امری ضروری است.

همچنین، روش‌های مختلفی برای اجرای سیستم ارتینگ را بررسی کردیم از جمله زمین عمقی و سطحی، زمین‌های فلزی، استفاده از مواد خاص، نصب الکترودها، زمین ساختمانی، استفاده از مواد شیمیایی، زمین‌های مصنوعی، نصب حلقه‌های گردشی، زمین‌های دینامیک و نصب ناقض‌ها. هر یک از این روش‌ها با مزایا و محدودیت‌های خود می‌آیند و باید با دقت و با توجه به نیازهای محیطی مورد انتخاب قرار گیرند.

در نهایت، بر اساس مطالب ارائه شده ، می‌توان نتیجه گرفت که استفاده از سیستم ارتینگ مناسب و با اجرای صحیح آن، به عنوان یکی از اصول اساسی در طراحی و اجرای سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی، بسیار حیاتی است و می‌تواند بهبود قابل توجهی در ایمنی، بهره‌وری و دوام این سیستم‌ها ایجاد کند.