هر آنچه که باید در رابطه با سیستم اتصال زمین یا ارت بدانید
خاک، از ترکیبات اصلی که اکثراً دارای هدایت الکتریسیته هستند، ساخته شده است، به ویژه در شرایط مرطوب. بنابراین، اگر کسی با یک بدن که به زمین پتانسیل الکتریکی دارد، تماس بگیرد، به دلیل جریان الکتریکی که ایجاد می‌شود، احتمال آسیب الکتریکی وجود دارد. زمین به عنوان یک مسیر برای بازگشت جریان الکتریکی استفاده می‌شود، زیرا از آن جریان عبور می‌کند. بنابراین، استفاده از سیستم اتصال به زمین امری ضروری است.
بسیاری از خطرات برای افراد و تجهیزات الکتریکی ناشی از عدم وجود یا اتصال زمین ضعیف به وجود می‌آید. سیستم زمین فشار ضعیف نسبت به سیستم بدون زمین کمترین حادثه را برای کارکنان به همراه دارد. در سیستم بدون زمین با ولتاژ فازها متعادل بوده، تماس عمدی یا اتفاقی با هر یک از فازها ممکن است به خطر شوک الکتریکی جدی منجر شود.
هنگامی که اتصال به زمین (ارت فالت) بر روی یک فاز از سیستم زمین نشده یا زمین شده صورت می‌گیرد، شخصی که با یکی از فازهای دیگر سیستم و زمین تماس می‌گیرد، تحت ولتاژی برابر با ۷۳ برابر ولتاژ سیستم زمین شده قرار می‌گیرد.
عدم وجود سیستم اتصال به زمین مناسب، خطراتی مانند حریق و خسارت جدی به تجهیزات و تأسیسات را به همراه دارد. بنابراین، یکی از راه‌های پیشگیری از حوادث زندگی‌وار و خسارات به تجهیزات، داشتن یک سیستم اتصال به زمین مناسب است.
زمین هادی الکتریسیته
زمین، یکی از اجزای حیاتی در سیستم‌های الکتریکی، اغلب از موادی ساخته شده است که به طور عمده هادی الکتریسیته را در خود جای داده‌اند، به‌ویژه در شرایط مرطوب. این ویژگی باعث می‌شود که در صورت تماس فردی با زمین که بدنش دارای پتانسیل الکتریکی نسبت به زمین است، جریان الکتریکی به وجود آمده و فرد ممکن است دچار برق‌گرفتگی شود. با توجه به خصوصیت هادی الکتریسیته در زمین، از آن به عنوان یک مسیر برای بازگشت جریان الکتریکی استفاده می‌شود.
کره زمین می‌تواند به عنوان یک مرجع با پتانسیل ثابت، یعنی پتانسیل صفر، مدنظر قرار گیرد. این پتانسیل صفر به تمام بخش‌های متصل به زمین به‌وسیله هادی اعمال می‌شود، و در واقعیت، تجهیزات الکتریکی به طور مستقیم به این پتانسیل صفر متصل می‌شوند. در صورت بروز یک اتصال کوتاه در هادی، ناحیه اطراف اتصال زمین (سیستم اتصال زمین) به ولتاژ مشابهی نزدیک می‌شود و از خطر ولتاژ تماس خطرناک جلوگیری می‌شود.
زمین به واقعیت هادی الکتریسیته میباشد و مقاومت آن به نوع ترکیبات خاک بستگی دارد. به‌عنوان مثال، در مناطقی که شن و ماسه خشک و قلوه سنگ دارند، مقاومت زمین بسیار بیشتر است، درحالی‌که خاک مرطوب و رس دارای مقاومت کمتری است.
در مفهوم سیستم‌های الکتریکی، اگر بار سیستم متعادل باشد، جریانی از طریق زمین عبور نخواهد کرد. اما اگر جریان یکی از فازها بیشتر از دو فاز دیگر باشد، جمع برداری جریان‌ها در نقطه نول صفر نخواهد بود و جریان از سیم نول عبور خواهد کرد. در محاسبات جریان عبوری از سیم نول و اثرات ناشی از عدم تعادل سیستم، جزئیات محاسباتی مورد بررسی و محاسبه قرار گرفته است.
بهینه‌سازی ارتینگ یا زمین‌کردن: مفهوم و کاربردها
ارت یا زمین‌کردن، یک اقدام مهم در حوزه برق میباشد که شامل ایجاد اتصال برق مصنوعی به زمین با مقاومت بسیار پایین برای جلوگیری از عبور جریان الکتریکی است. در واقع، در زمینه برق، اصطلاح “زمین” به زمینی اشاره دارد که دارای پتانسیل صفر است. وقتی یک نقطه از شبکه به زمین متصل می‌شود، آن نقطه به عنوان زمین تکیه می‌کند و اگر در نقاط مختلف شبکه زمین شود، به عنوان چند زمینی شناخته می‌شود.
زمین یا ارت کردن یک سیستم الکتریکی به معنای اتصال همه قطعات فلزی یا بدنه‌های فلزی دستگاه‌های الکتریکی به زمین است. هدف اصلی این عمل، انتقال هر نوع نشتی انرژی الکتریکی در بدنه فلزی دستگاه به زمین جهت حفاظت از افراد و تجهیزات است.
حفاظت توسط سیم زمین یک نوع حفاظت الکتریکی است که قسمت‌های غیرهادی دستگاه را به زمین متصل می‌کند. تا زمانی که اتصالی در بدنه دستگاه ایجاد نشود، قسمت‌های محافظت‌شده از دستگاه، همواره با پتانسیل زمین خواهند بود.
در صورت اتصال قطعات الکتریکی دستگاه به بدنه آن، جریانی از بدنه به نقطه صفر ترانسفورماتور شبکه از طریق سیم به زمین جاری می‌شود. مقدار این جریان باید به اندازه‌ای باشد که جریان خطایی فیوز را به سرعت قطع کرده و ولتاژ تماس قطع گردد. مقدار جریان قطع کننده به میزان مقاومت سیم زمین و مقاومت نقاط تماس سیم با زمین وابسته است.
استفاده از این سیستم حفاظتی برای مصرف‌کنندگان با توان کم مناسب است، زیرا در صورت بالا بودن جریان مصرف‌کننده، مقاومت زمین باید بسیار کم باشد که این امر چالش‌برانگیز است. برای دستیابی به مقاومت مناسب زمین، می‌توان با قرار دادن نوار و لوله یا صفحه‌های با ضخامت و طول‌های مشخص در عمق خاک، مقاومت مناسب را به دست آورد و بدنه سیستم‌هایی که باید حفاظت شوند، به آن متصل کرد.
تبیین مفاهیم اساسی در حوزه اتصالات الکتریکی
۱- زمین
مفهوم زمین به جرم هادی اشاره دارد که به عنوان یک مرجع پتانسیل صفر در تمام نقاط محیط در نظر گرفته می‌شود.
۲- الکترود زمین
الکترود زمین، یک جسم هادی است که در زمین قرار می‌گیرد و به آن سیم زمین متصل می‌شود. این الکترودها، برای ایجاد اتصال و ارتباط الکتریکی با جرم هادی زمین، در زیر خاک قرار می‌گیرند.
۳- هادی اتصال زمین
قسمتی از سیستم زمین که الکترود زمین را به ترمینال یا شین اصلی اتصال زمین وصل می‌کند، هادی اتصال زمین نامیده می‌شود.
۴- هادی بیگانه
هادی‌هایی که به تجهیزات برقی متصل نیستند اما قابلیت ایجاد پتانسیل مانند پتانسیل زمین را در دسترس قرار می‌دهند، هادی بیگانه نامیده می‌شوند. این شامل اسکلت فلزی ساختمان، لوله‌های فلزی آب، گاز و دیگر عناصر می‌شود.
۵- هادی یا سیم حفاظتی PE
هادی‌ای که در اقدامات حفاظتی به بخش‌های مختلف وصل می‌شود از جمله نقطه زمین شده سیستم توزیع نیروی برق یا نول (خنثی) مصنوعی، ترمینال زمین، هادی‌های در دسترس و هادی‌های بیگانه است.
۶- نول (خنثی) حفاظتی PEN
سیم نولی که زمین شده و وظیفه انجام کار سیم نول و سیم حفاظتی را دارد.
۷- الکترودهای زمین مستقل
الکترودهای زمین مستقل به الکترودهای زمینی اطلاق می‌شود که عبور جریان از یکی از آنها بر پتانسیل الکترودهای دیگر تأثیر چندانی ندارد.
۸- جریان اتصالی
جریانی که ناشی از خراب شدن عایق بندی یا اتصال کوتاه شدن برقرار می‌شود.
۹- جریان اتصالی زمین
جریان اتصالی که از طریق زمین عبور می‌کند.
تنوع در سیستم‌های اتصال زمین
در اینجا به بررسی انواع سیستم‌های اتصال زمین می‌پردازیم:
سیستم اتصال زمین ایمنی:
این نوع اتصال زمین به منظور تثبیت نقطه خنثی ترانسفورماتور و ژنراتور و اجتناب از خطرات الکتریکی در تجهیزات صورت می‌گیرد.
سیستم اتصال زمین حفاظت سیستم:
این سیستم به اتصال بدنه فلزی تجهیزات الکتریکی که با مدار ارتباط الکتریکی ندارند با زمین می‌پردازد، به منظور جلوگیری از برق گرفتگی.
سیستم اتصال زمین عملیاتی:
این سیستم به اتصال دستگاه‌های الکترونیکی سیستم‌های جریان ضعیف مانند مرکز کامپیوتر یا مرکز داده، مرکز تلفن، مخابرات و ارتباطات و غیره به زمین می‌پردازد. هدف از این اتصال، تضمین عملکرد صحیح و ایمن تجهیزات است.
سیستم اتصال زمین صاعقه گیر:
این سیستم به اتصال هادی نزولی سیستم صاعقه گیر به زمین در ساختمان‌های بلند مرتبه اشاره دارد. الکترودهای اتصال زمین حفاظتی، عملیاتی و سیستم صاعقه گیر باید به یکدیگر متصل شده و به ترمینال یا شینه اصلی اتصال زمین وصل شوند.
در همگرایی این اجزا، اطمینان حاصل شود که اتصالات به درستی انجام شده و سیستم به طور کامل عملکرد خود را انجام دهد.
تنوع اتصالات و خطاهای جریان برق
در دنیای برق، اتصالات مختلف می‌توانند به خطاهای ناشی از جریان برق منجر شوند:
۱. اتصال بدنه:
این اتصال به وقوع می‌پیوندد زمانی که یکی از سیم‌های جریان برق (فاز) به بدنه دستگاه متصل می‌شود. این خطا ممکن است منجر به اتلاف انرژی و افت ولتاژ شود.
۲. اتصال کوتاه:
این نوع اتصال رخ می‌دهد زمانی که دو سیم لخت با اختلاف پتانسیل الکتریکی به یکدیگر وصل می‌شوند. این موقعیت ممکن است باعث ایجاد حرارت و خطرات جدی شود.
۳. اتصال زمین:
این اتصال به وقوع می‌پیوندد زمانی که یکی از سیم‌های حامل جریان برق (فاز) به زمین متصل می‌شود. اتصال زمین می‌تواند ایمنی سیستم را بهبود دهد، اما اگر به نحو اشتباه انجام شود، ممکن است خطراتی ایجاد شود.
هرچند اتصالات کامل باید بدون مقاومت باشند تا جریان به طور موثر عبور کند. در مقابل، اتصالات ناقص ممکن است باعث افت ولتاژ و مشکلات دیگر شود. بررسی و اصلاح درست اتصالات، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
مزایای اتصال به زمین در سیستم‌های برقی
۱. بهبود عملکرد دستگاه‌های برقگیر:
اتصال به زمین باعث بهبود عملکرد دستگاه‌های برقگیر می‌شود و از آسیب‌های ناشی از افت ولتاژ جلوگیری می‌کند.
۲. سرعت افزایشی در کشف اتصالات و اشکالات:
ارت یا زمین کردن، سرعت کافی را برای شناسایی اتصالات ناقص و اشکالات در سیستم فراهم می‌کند. رله‌ها باعث برطرف شدن فوری عیب‌ها می‌شوند.
۳. کنترل ولتاژ سیستم:
اتصال به زمین جلوی افزایش ولتاژ در نتیجه اتصالات ناقص و افت ولتاژ به دلیل عدم تعادل بار را می‌گیرد.
۴. حفاظت از جان کارکنان:
یکی از مزایای اصلی ارت یا زمین کردن، حفاظت افراد مشغول در سیستم برق در برابر خطرات برق‌گرفتگی است، از اپراتوران گرفته تا تعمیرکاران.
۵. حفاظت دستگاه‌های الکتریکی:
اتصال به زمین به عنوان یک پوشش محافظتی عمل می‌کند و دستگاه‌های الکتریکی را از خطرات ناشی از افت ولتاژ یا اتصالات ناقص حفاظت می‌کند.
انواع ارت یا زمین کردن در تاسیسات برقی
۱. زمین کردن حفاظتی:
زمین کردن حفاظتی به معنای اتصال به زمین کلیه قطعات فلزی در تاسیسات الکتریکی است که به طور مستقیم با مدار الکتریکی ارتباط ندارند. این نوع زمین کردن به ویژه برای حفاظت افراد در مقابل ولتاژ تماسی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
وجود یک سیم برقدار به بدنه هادی دستگاه الکتریکی باعث ایجاد اختلاف پتانسیل بین بدنه دستگاه و زمین می‌شود. اگر شخصی بدنه دستگاه را لمس کند، ولتاژ تماسی به وجود می‌آید. این ولتاژ اگر از ۵۰ ولت بیشتر باشد، به عنوان ولتاژ خطرناک شناخته می‌شود.
برای مثال، در صورت شکست یک مقره اتکایی روی دیوار مرطوب و اتصال هادی فشار قوی به دیوار، جریان اتصال زمین با مقدار ۲۵ آمپر و مقاومت ۱۰ اهم در هر متر دیوار ایجاد می‌شود. در این حالت، اختلاف سطح الکتریکی بین دو نقطه از دیوار که انسان با آن تماس دارد، محاسبه می‌شود.
۲. استفاده از محافظ جان:
یکی از راه‌های جلوگیری از خطرات برق‌گرفتگی به دلیل تماس با بدنه دستگاه‌های الکتریکی، استفاده از محافظ جان است. این محافظ جریان نشتی را تشخیص داده و در صورت نیاز، مدار را قطع می‌کند.
اصول زمین کردن حفاظتی در تاسیسات برقی
زمین، از موادی ساخته شده است که به طور عمدتاً هادی الکتریسیته را در خود جای داده‌اند، به ویژه زمانی که مرطوب هستند. در نتیجه، تماس فردی با یک جسمی که پتانسیل الکتریکی نسبت به زمین دارد، می‌تواند منجر به برق‌گرفتگی شود.
در اوایل تاریخچه صنعت برق، نقطه نوترال (خنثی) آلترناتورها و ترانسفورماتورها به زمین متصل نمی‌شدند. برای شبکه‌های کوچک با طول کوتاه و ولتاژ پایین، نیازی به زمین کردن نوترال حس نمی‌شد. این شبکه‌ها به عنوان “شبکه‌های نوترال مجزا” یا “غیرمتصل به زمین” یا “زمین‌نشده” شناخته می‌شدند.
این شبکه‌ها نسبت به شبکه‌های زمین‌شده امروزی مزایایی داشتند. از جمله اینکه اتصال اتفاقی یک فاز به زمین منجر به برقراری جریان قابل‌ملاحظه نمی‌شد و سبب قطع جریان برق و اختلالات نمی‌شد. همچنین، در صورت تماس با بدن یک شخص با یکی از فازها، به علت برقرار نشدن جریان خطرناک، برق‌گرفتگی رخ نمی‌داد.
با توسعه شبکه‌ها و افزایش ولتاژ، جریان‌ها در حالت اتصال یک فاز به زمین قابل‌ملاحظه شدند و به صورت متناوب قطع و وصل می‌شدند. این امر باعث افزایش ولتاژ فازهای سالم نسبت به زمین و خسارات در شبکه شد.
اتصال نوترال شبکه به زمین از افزایش ولتاژهای خطرناک بر روی بدنه فلزی وسایل و تجهیزات برقی جلوگیری می‌کند. هدف از زمین کردن حفاظتی، جلوگیری از برقرار شدن ولتاژهای زیاد و خطرناک روی بدنه فلزی وسایل و تجهیزات برقی نسبت به زمین است.
در این راستا، ایجاد مسیری با امپدانس کم برای جریان موثر در حالت اتصال به زمین اهمیت دارد تا فیوزها یا رله‌های حفاظتی بتوانند به‌طور موثر علیه بار اضافی عمل کنند و خطرات را مختلف نمایند.
زمین کردن ایمنی
حفاظت از ایمنی الکتریکی از طریق زمین کردن یک نقطه مهم در دستگاه‌های الکتریکی است که جزء حیاتی مدار الکتریکی آن محسوب می‌شود. به عنوان مثال، زمین کردن مرکز ستاره در سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور یا ژنراتور از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این اقدام با هدف اطمینان از عملکرد صحیح دستگاه‌ها و پیشگیری از افزایش فشار الکتریکی در فازهای سالم نسبت به زمین هنگام تماس یکی از فازها با زمین انجام می‌شود. به عبارت دیگر، زمین کردن سیم نول شبکه و مرکز ستاره در ترانسفورماتورهای سه فاز و ترمینال‌های K ثانویه C.T و P.T (ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ) نمونه‌هایی از این اقدام ایمنی می‌باشند. این روشها به دلیل ایجاد یک مسیر موثر برای تخلیه جریان و جلوگیری از خطرات الکتریکی به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مقاومت اتصال زمین
اهمیت مقاومت اتصال زمین در تأسیسات الکتریکی از جوانب حیاتی برخوردار است. ابتدا به علت اهمیت ایمنی، بسیاری از تأسیسات الکتریکی ارت شده یا به زمین متصل شده‌اند. ثانیاً، برخی از خطوط انتقال جریان مستقیم (DC) با ولتاژ بالا از زمین به عنوان هادی برگشتی استفاده می‌کنند تا جریان‌های حدودی از چند آمپر را حمل نمایند. با توجه به خواص خوب زمین به عنوان یک هادی، مسیری ایمن برای جریان‌های نشتی ایجاد می‌شود.
مقاومت مخصوص خاک با وابستگی به ترکیبات آن مانند خاک رس، شن، گرانیت و نیز درجه رطوبت، بین ۵ اهم متر تا ۵۰۰۰ اهم متر متغیر است. به عنوان مثال، در فصل بهار، مقاومت ویژه خاک مرطوب ممکن است به ۵۰ اهم متر برسد، در حالی که در تابستان که خاک خشک می‌شود، به ۳۰۰ اهم متر افزایش یابد. همچنین، مقاومت ویژه خاک تحت تأثیر درجه حرارت نیز تغییر می‌کند.
زمانی که درجه حرارت به نقطه انجماد نزدیک می‌شود، مقاومت ویژه خاک به آرامی افزایش می‌یابد و هنگامی که درجه حرارت بیشتر می‌شود، این مقاومت به سرعت افزایش پیدا می‌کند. این نکته نشان‌دهنده تأثیر مستقیم درجه حرارت بر مقاومت خاک و اهمیت کنترل و نظارت بر وضعیت این مقاومت در تأسیسات الکتریکی است.
اندازه گیری مقاومت زمین
برای اطمینان از کارآیی مداوم مقاومت اتصال زمین، لازم است که هر چند ماه یکبار این مقاومت را اندازه گیری کنید.
استفاده از دستگاه اندازه گیری به نام “میگر” برای اندازه گیری مقاومت اتصال زمین امری ضروری است. این دستگاه دارای چهار سر است؛ دو سر برای اندازه گیری جریان و دو سر دیگر برای اندازه گیری ولتاژ به کار می‌روند. این فرآیند مطمئن می‌کند که سیستم اتصال زمین به درستی عمل کرده و مقاومت آن در مرزهای قابل قبول باقی مانده است. این اقدام مداوم به حفظ عملکرد بهینه تأسیسات الکتریکی شما کمک می‌کند و از مواجهه با مشکلات احتمالی جلوگیری می‌کند.
مقاومت بین دو الکترود زمین
زمین، با وجود مقاومت مخصوص پالایش، به دلیل سطح مقطع عظیمی که برای عبور جریان ایجاد می‌کند، یک هادی بسیار خوب است. برای مثال، اگر ولتاژ (E) بین دو الکترود در زمین قرار گیرد، مشاهده می‌شود که مانند مسیری که در شکل زیر نشان داده شده است، جریان در تمام حجم زمین عبور می‌کند.
حتی اگر دو الکترود چندین کیلومتر از هم دور باشند، مقاومت بین آنها نسبتاً پایین باقی می‌ماند. در مدار شکل فوق، چهار مقاومت قابل تشخیص است:
- مقاومت الکترودهای فلزی: قابل اغماض
- مقاومت اتصال بین الکترودها و خاک: قابل اغماض
- مقاومت خاک اطراف هر الکترود: مهم است (این مقاومت اساساً بستگی به طبیعت خاک و عمق الکترودها دارد).
- مقاومت زمین بین الکترودها: قابل اغماض
مقاومت مخصوص زمین
مقاومت مخصوص زمین به مقدار مقاومتی اشاره دارد که یک متر مکعب از زمین با ابعاد ۱×۱ متر واقع بین دو الکترود صفحه‌ای اندازه‌گیری می‌شود. این مقاومت، به نوع موادی که زمین را تشکیل می‌دهند، وابسته است.
مقاومت بین الکترود و زمین، وابسته به مقاومت ویژه زمین است که خود بسته به نوع و رطوبت زمین متغیر است. خاک‌های سطحی به دلیل داشتن رطوبت کمتر، مقاومت ویژه بالاتری دارند.
برای کاهش مقاومت الکترود در این موارد، از الکترودهای بلندتر یا افزودن املاح هادی در اطراف الکترود استفاده می‌کنیم تا مقاومت ویژه زمین را کاهش دهیم. این اقدامات باعث بهبود عملکرد سیستم زمین می‌شوند.
انواع الکترود زمین
- الکترود صفحه ای
- الکترود قائم
- الکترود افقی
الکترودهای صفحه‌ای
الکترودهای صفحه‌ای بیشترین کاربرد خود را در مناطق مرطوب و نمناک دارند، جایی که الکترودهای صفحه‌ای با عمق کم مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در این حالت، الکترود صفحه‌ای به ابعاد ۰/۵ * ۰/۵ متر به صورت عمودی در چاهی قرار می‌گیرد که حدود ۲۰ سانتیمتر بنتونیت در بالا و پایین الکترود را پوشش داده و سپس حداقل پوشش خاک ۱/۵ متر باشد.
استفاده از الکترود صفحه‌ای به عنوان الکترود اصلی (برای هر دو نوع زمین، از جمله حفاظت سیستم و ایمنی) در صورت عدم اطمینان از وجود رطوبت و نم در آینده‌ی سال‌ها، نیازمند ایجاد چاهک و دریچه بازدید با ابعاد حداقل ۳۰ * ۳۰ * ۳۰ میباشد. همچنین برای تزریق آب به الکترود زمین از لوله PVC با سوراخ‌های گسترده و پر شده با سنگریزه استفاده می‌شود.
ارتفاع این لوله از ۱۰ سانتی‌متری دریچه سطح زمین تا لبه بالایی بنتونیت ته چاه است. اتصال الکترود صفحه‌ای به هادی مسی دارای دو روش است. یکی با استفاده از پیچ و مهره‌های اصلی و قفل‌شونده مسی و دیگری با استفاده از جوش احتراقی. یکی از مشکلات متداول الکترودهای صفحه‌ای، از بین رفتن اتصالات آنها است.
الکترودهای قائم
الکترودهای قائم به علت نیاز به فضای کمتر و تأثیرگذاری بیشتر، از جمله رایج‌ترین نوع الکترودها هستند. این الکترودها شامل الکترودهای میله‌ای، لوله‌ای و سیم لخت چند مفتولی می‌شوند. عمق دفن الکترودهای قائم که در زمین کار می‌کنند، حداقل ۲ متر است.
طول معمولی الکترودهای قائم حدود ۱/۲ تا ۱/۵ متر است و امکان امتداد دارند. به عبارت دیگر، با استفاده از یک بوشن مشابه، می‌توان طول الکترود را به‌طور قابل توجهی افزایش داد و آن را در زمین فرو کرد. الکترود زمین معمولاً در نزدیکی تابلو کنتور نصب می‌شود.
الکترود افقی
استفاده از الکترودهای افقی عمدتاً در مناطقی با فضای کافی رایج است و این الکترودها به شکل‌های متنوعی در عمق ۰.۵ تا ۰.۸ متری از سطح زمین نصب می‌شوند.
نحوه اجرای سیستم اتصال زمین (ارت)
۱. ابتدا چاهی به عمق ۲ متر و عرض ۸۰ سانتیمتر حفر می‌کنیم، تا چاه به رطوبت برسد.
۲. مقدار ۱۵۰ لیتر آب و ۵۰ کیلوگرم خاک بنتونیت را ترکیب کرده و داخل چاه حفر شده می‌ریزیم. این ترکیب به دلیل جذب رطوبت بالا انتخاب می‌شود و به مدتی مانع می‌شود تا سفت شود.
۳. صفحه مسی که سیم ارت به آن متصل شده است را در وسط چاه به صورت عمودی و روی لایۀ بنتونیت قرار می‌دهیم. بهترین روش اتصال سیم ارت به صفحه مسی، جوش احتراقی است.
۴. دو مرتبه از ترکیب خاک بنتونیت و آب را برروی صفحه مسی استفاده می‌کنیم. برای چاهی به قطر ۸۰ سانتیمتر و صفحۀ مسی به مساحت ۵۰×۵۰ سانتیمتر، مقدار ۳۰۰ تا ۳۵۰ کیلوگرم بنتونیت و سه برابر آن آب استفاده می‌شود.
۵. برای حفظ رطوبت چاه از لوله پلیکایی به ارتفاع ۲۰ سانتیمتر که از سطح زمین داخل چاه نصب می‌شود، استفاده می‌کنیم. توسط این لوله می‌توان آب را به صورت قطره‌ای به چاه تزریق کرد تا رطوبت چاه به صورت دائم حفظ شود.
۶. پس از خشک شدن بنتونیت، مابقی چاه را با خاک سرند شده و نرم پر می‌کنیم.
۷. پس از اجرای چاه ارت، به منظور بازرسی، در بالای هر چاه درپوشی نصب می‌شود.
نقاط مهمی که معمولاً در سیستم‌های توزیع باید زمین شوند:
۱. یکی از دو سیم ثانویه ترانسفورماتور تک‌فاز دو سیمه.
۲. سیم نول یک سیستم تک‌فاز سه سیمه با فشار ضعیف.
۳. سیم نول یک سیستم سه‌فاز چهار سیمه با فشار ضعیف.
۴. مرکز ستاره ترانسفورماتور سه‌فاز.
۵. ترمینال زمین هر برقگیر.
۶. بدنه یا محفظه کلیه دستگاه‌های برقی و ترانسفورماتورهای هوایی و زمینی.
۷. یک سیم ثانویه از هرکدام از ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ.
۸. سیم نول مربوط به کلیه مشترکان در محل ورود برق به مکان آنها در محل کنتور.
هم بندی اصلی برای هم ولتاژ کردن
تشکیل اتصالات موثر بین تمام اجزای فلزی ساختمان، با هدف هم ولتاژ کردن آنها و ایجاد یک سطح ولتاژ مشترک، یکی از اصول اساسی در ایمنی الکتریکی است. این اتصالات عبارتند از اتصالات الکتریکی مانند ارت، نول، لوله‌های فلزی آب، لوله‌های گاز، رایزر تأسیسات، سیستم‌های برودتی و حرارتی، فاضلاب، و سایر اجزا.
حتی کانال‌های فلزی هوا نیز باید به تجهیزات الکتریکی متصل شوند. این همبندی اصلی با اتصال همه اجزای فلزی به یکدیگر و ارتباط آنها با سیستم اتصال به زمین صورت می‌گیرد.
برای اطمینان از ایجاد یک مسیر الکتریکی دائمی و قابل اطمینان به زمین، از یک سیم bonding jumper استفاده می‌شود. این bonding jumper از مواد فلزی ساخته شده و به منظور ایجاد مسیر دائمی اتصال به لوله‌های فلزی، با پیچ یا بست به زمین متصل می‌شود.
هم بندی اضافی برای هم ولتاژ کردن
استفاده از هم بندی اضافی برای هم ولتاژ کردن ضرورت دارد زمانی که نیاز به اطمینان کامل از عملکرد بدون قطع و وسایل مانند فیوز، کلید مینیاتوری و سایر کلیدهای خودکار وجود دارد. در این حالت، هم بندی اضافی به عنوان یک تدابیر اضافی برای حفظ توازن ولتاژ برای دستگاه‌ها و تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در هم بندی اضافی، تمام قسمت‌های رسانا یا فلزی که به طور همزمان در دسترس هستند، از جمله بدنه فلزی دستگاه‌های الکتریکی و غیرالکتریکی، هادی‌های بیگانه، و ارت، با یکدیگر اتصال داده می‌شوند. این اقدام اضافی بهبودی در اطمینان از عملکرد بدون نقص و پیشگیری از هر گونه تزین شکی در عملکرد این اجزا ایجاد می‌کند.
استفاده از هم بندی اضافی به ویژه در محیط‌های مرطوب مانند استخر، سونا و حمام الزامی است تا از هر گونه احتمال خطرناکی در ارتباط با ولتاژ و اجزا الکتریکی جلوگیری شود.
دلایل زمین کردن شبکه فشار ضعیف و مدار ثانویه ترانسفورماتور چیست؟
زمین کردن مدار ثانویه یا فشار ضعیف ترانسفورماتور دارای دلایل اساسی است که به حفاظت در برابر ولتاژهای اضافی واکنش نشان می‌دهد که ناشی از عوامل خارجی میباشد. به عنوان مثال، ممکن است بریده شدن سیم طرف اولیه (فشار قوی) بر روی شبکه فشار ضعیف اتفاق بیافتد، یا عایق داخل ترانس بشکند و سیم پیچ اولیه (فشار قوی) به سیم پیچ ثانویه (فشار ضعیف) متصل شود.
در صورت زمین کردن ثانویه (فشار ضعیف)، در صورت لمس شبکه فشار ضعیف یا بخش‌های ترانسفورماتور مثل رادیاتورها با مخزن، احتمال شوک بسیار کاهش می‌یابد و همچنین خسارات به متعلقات سیستم فشار ضعیف کاهش می‌یابد. با زمین کردن ثانویه (فشار ضعیف)، در صورت شکست عایق ترانسفورماتور با بخش‌های دیگر فشار قوی، فیوزهای طرف اولیه (فشار قوی) سوخته و بنابراین، قسمت معیوب مدار از منبع تغذیه جدا می‌شود.
همچنین، نصب ترانسفورماتورها به گونه‌ای است که در صورت لمس بدنه آن توسط افراد زمین‌شده، احتمال ایجاد شوک الکتریکی به حداقل می‌رسد. بنابراین، برای حفاظت از جان افراد، ضرورت دارد که ثانویه‌های ترانسفورماتورها و ترانسفورماتورهای اندازه‌گیری زمین شوند.
ساخت سیستم ارت با استفاده از روش زمین عمقی:
مرحله ۱: حفر چاه ارت در ابتدا، چاه ارت باید در موقعیتی که دارای پایین‌ترین سطح است، حفر گردد. این محل باید دسترسی آسان به رطوبت را در عمق کم داشته باشد. اما بهتر است از مکان‌هایی مانند زمین چمن، باغچه یا فضای سبز برای حفر چاه ارت استفاده شود. حفر چاه ارت با توجه به نوع خاک و مقاومت آن صورت می‌گیرد. این حفر تا رسیدن به خاک مرطوب ادامه دارد، و عمق چاه ارت حداقل ۴ متر و حداکثر ۸ متر و قطر آن حدود ۸۰ سانتیمتر میباشد.
مرحله ۲: اتصال سیم به صفحه مسی با جوش پس از حفر چاه ارت، سیم به صفحه مسی متصل می‌شود. در این مرحله، استفاده از جوش برنج یا نقره توصیه می‌شود تا اتصال به بهترین شکل صورت گیرد.
مرحله ۳: پر کردن چاه ارت آخرین مرحله پر کردن چاه ارت است. برای این کار، مقداری محلول آب و نمک تهیه شده و در ته چاه ریخته می‌شود تا سطح کف چاه را به طور کامل در بر گیرد. سپس به ارتفاع 20 سانتیمتر، کف چاه را با مواد کاهنده مقاومت زمین پر می‌کنیم.
مرحله ۴: نصب صفحه مسی صفحه مسی به صورت عمودی در وسط چاه قرار می‌گیرد. دور صفحه مسی را تا لبه بالایی آن با مواد کاهنده پر می‌کنیم.
مرحله ۵: نصب لوله پولیکا لوله پولیکا که سوراخ سوراخ شده است را روی سر صفحه قرار می‌دهیم. این لوله برای آب دادن و جلوگیری از خشک شدن چاه استفاده می‌شود.
مرحله ۶: پر کردن فضای باقی‌مانده چاه در انتها، فضای باقی‌مانده چاه با استفاده از خاک رس، خاک سرند شده یا مخلوط با شن پر می‌شود. این مراحل اجرای سیستم ارت با روش زمین عمقی، به ایجاد یک ارت ساختمانی کارآمد و ایمن منجر می‌شود.
جمع‌بندی
در مقاله مورد بحث، به بررسی اهمیت زمین‌کردن در شبکه‌های فشار ضعیف و ترانسفورماتورها پرداخته شد. بحث شامل دلایل اینکه چرا زمین‌کردن مدار ثانویه ترانسفورماتور ضروری است و چگونه این اقدام می‌تواند از حوادث جدی، مانند شوک الکتریکی و خسارات به متعلقات سیستم، جلوگیری کند. همچنین، در مقاله به اهمیت همبندی اصلی و اضافی در حوزه‌های مختلف ساختمانی پرداخته شد و نکاتی در خصوص اجرای سیستم‌های اتصال زمین به طور کامل و اثربخش آورده شد.
