انواع سیستم اتصال زمین (ارتینگ) + انواع الکترودها
سیستم اتصال زمین
زمین (ارت)
رسانندگی جرم زمین را، در صورتی که پتانسیل الکتریکی در هر نقطه از آن بهصورت قراردادی برابر صفر در نظر گرفته شود، زمین (ارت) مینامند.
سیستم اتصال به زمین (ارتینگ)
به یک یا چند الکترود همراه با سیمهای ارت که قابلیت اتصال به ترمینال اصلی را داشته باشند، سیستم اتصال به زمین (ارتینگ) میگویند.
الکترود ارت
رسانا یا گروهی از رساناهای متصل به هم است که اتصال الکتریکی به زمین را فراهم میکنند.
مقاومت الکترود ارت
به مقاومت بین ترمینال اصلی زمین و کره زمین، مقاومت الکترود ارت گفته میشود.
ولتاژ تماس
ولتاژی است که به هنگام بروز خرابی در عایقبندی، بین قسمتهایی از هادیها، بدنههای هادی، قسمتهای هادی بیگانه و غیره که بهطور همزمان در دسترس هستند، ظاهر میشود.
ولتاژ تماس احتمالی
حداکثر ولتاژ تماسی است که احتمال دارد در صورت بروز اتصال کوتاهی با امپدانس ناچیز، در تأسیسات الکتریکی ظاهر شود.
ولتاژ گام
ولتاژی است که بر اثر برخورد هادی فاز با زمین ایجاد میشود. این برخورد ممکن است در اثر پارگی هادیهای فاز برق فشار ضعیف یا فشار قوی بهوجود آمده و یا اینکه بر اثر از بین رفتن عایقبندی سیمها یا کابلهای برقدار و نشت جریان برق به زمین حادث شود.
انواع زمین کردن
1. زمین کردن حفاظتی
در زمین کردن حفاظتی، قسمتهایی از دستگاهها و تجهیزات الکتریکی که نسبت به مدار الکتریکی عایق بوده و اصولاً مربوط به عبور جریان الکتریکی نمیشوند، باید به زمین متصل گردند تا در موقع اتصال ناگهانی آنها به مدار الکتریکی، از برقگرفتگی جلوگیری شود.
در زمین کردن حفاظتی باید دقت کرد که قسمت متصل شده به انسان (دست/پا/دو دست)، ولتاژ الکتریکی کمی داشته باشد؛ بهعبارت دیگر دارای اختلاف پتانسیل بیخطری باشد (۵۰ ولت طبق استاندارد ملی ایران). هرچه مقاومت اتصال زمین کمتر باشد، اختلاف ولتاژ کمتر میشود.
مثلاً اگر یک مقره عبوری که در دیوار مرطوبی کار گذاشته شده است بشکند، در صورتی که هر متر دیوار دارای مقاومت ۱۰ اهم و جریان زمین ۲۵ آمپر باشد، مابین دو نقطه از دیوار که انسان با آن تماس دارد و تقریباً دو متر از هم فاصله دارد (بین انگشتان دست و پا)، اختلاف پتانسیل ۵۰۰ ولت بهوجود میآید.
ولی اگر محل اتصال مقره با یک سیم قوی و ضخیم زمین شود، جریان اتصال زمین از این سیم عبور میکند و تماس با دیوار بیخطر میشود و حتی تماس با سیم زمین نیز خطری نمیتواند داشته باشد؛ زیرا مقاومت این سیم آنقدر کم است که باعث افت پتانسیل خطرناک نمیشود.
شرط زمین کردن حفاظتی
چنانچه جریان اتصال زمین مطابق شکل از راه زمین برگردد، مقاومت حفاظتی نباید از مقدار معینی بیشتر باشد. در این رابطه، جریان قطع کلیدهای حفاظتی ملاک میباشد.
,ولتاژ ۵۰ ولت متناوب برای محیطهای عادی زندگی و کار، حداکثر ولتاژی است که از نظر برقگرفتگی در ایران ایمن تشخیص داده شده است.
2. زمین کردن الکتریکی
در زمین کردن الکتریکی، قسمتی از دستگاههای الکتریکی و تأسیسات برقی که جزئی از مدار هستند، بهعنوان مبدأ پتانسیل به زمین وصل میشوند؛ مانند نقطه صفر اتصال ستاره ترانسفورماتورها، ژنراتورها و غیره. زمین کردن الکتریکی بر سه نوع است:
۱. زمین کردن مستقیم یا بدون واسطه.
۲. زمین کردن غیرمستقیم یا با واسطه (توسط مقاومت اهمی، سلفی و یا خازنی).
۳. زمین کردن باز (مثلاً توسط برقگیر).
محاسن زمین کردن الکتریکی
- جلوگیری از نامتعادل شدن ولتاژها در اثر عدم تعادل بار.
- کمک به سیستم حفاظتی جهت قطع اتصال فاز به زمین و خاموش شدن جرقه.
- حفاظت از دستگاهها و تأسیسات برقی در هنگام رعد و برق و برخورد آذرخش به شبکه.
مفهوم حروف اختصاری نامگذاری سیستمهای زمین
در نامگذاری سیستمهای زمین، حروف به ترتیب زیر معنا مییابند:
حرف اول (از سمت چپ): مشخصکننده نوع رابطه سیستم نیرو با زمین است.
T: یک نقطه از سیستم (معمولاً نقطه خنثی) مستقیماً به زمین وصل است.
I: قسمتهای برقدار سیستم نسبت به زمین عایق هستند و یا یک نقطه از سیستم از طریق یک امپدانس به زمین وصل است.
حرف دوم (از سمت چپ): مشخصکننده نوع رابطه بدنههای هادی تأسیسات با زمین است.
T: بدنههای هادی از نظر الکتریکی بهطور مستقیم و مستقل از اتصال زمین سیستم نیرو، به زمین وصلاند.
N: بدنههای هادی از نظر الکتریکی مستقیماً به نقطه زمینشده سیستم نیرو وصل میشوند.
حروف اضافی (در سیستمهای TN): از این حروف برای مشخص کردن نحوه استفاده از هادیهای حفاظتی (PE) و خنثی (N) استفاده میشود.
S: در سرتاسر سیستم، بدنههای هادی از طریق یک هادی مجزا (PE) به نقطه خنثی (N) در مبدأ سیستم وصلاند.
C: در سرتاسر سیستم، بدنههای هادی به هادی مشترک حفاظتی-خنثی (PEN) وصلاند.
انواع سیستم زمین
- TN
- TT
- IT
- TN-S
- TN-C
- TN-C-S
1. سیستم TN-S
در این سیستم، سیمهای نول و ارت از یکدیگر جدا هستند. یعنی در محل تابلوی اصلی برق، علاوه بر شینه نول، شینه دیگری به نام شینه ارت وجود دارد که سیم ارت اصلی از الکترودهای زمین به آن وصل شده و از آنجا به موازات سیمهای نول و فازها، بهصورت پنجسیمه تا دستگاههای مصرفکننده برده شده و به بدنه هادی آنها متصل میشود.
2. سیستم TN-C
در این سیستم، سیم ارت و نول مشترک هستند. به عبارت دیگر، سیم نول که از شینه نول تابلوی اصلی به مصرفکننده برده میشود، هم بهعنوان نول مورد استفاده قرار میگیرد و هم بهعنوان سیم ارت؛ یعنی یک انشعاب از سیم نول به بدنه هادی دستگاههای مصرفکننده بهعنوان سیم ارت وصل میشود.
کابلهای هممرکز ارتشده یا کابلهای غلافدار فلزی ارتشده که مسیر برگشتی برای عبور جریان اتصال به زمین را فراهم میآورند، نمونههایی از این سیستم هستند.
3. سیستم TN-C-S
تنها در بخشی از این سیستم (معمولاً در ابتدا)، سیم نول و ارت با یکدیگر مشترک هستند و از آن نقطه به بعد، سیم پنجمی از نول منشعب شده و جداگانه به بدنه دستگاههای مصرفکننده اتصال داده میشود.
4. سیستم TT
در این سیستم، منبع انرژی (ترانس پست یا ژنراتور) در یک یا چند نقطه ارت شده و قسمتهای هادی در دسترس و هادیهای بیگانه تأسیسات، به الکترود ارت محلی یا الکترودهایی که از نظر الکتریکی مستقل از ارتهای منبع سیستم هستند، متصل میشوند. یعنی اتصال به زمین حفاظتی، هیچگونه ارتباطی با اتصال به زمین سیستم ندارد.
5. سیستم IT
در این سیستم، منبع انرژی (ترانس یا ژنراتور برق) یا ارت نشده و یا از طریق یک امپدانس بزرگ ارت میشود و قسمتهای هادی در دسترس تأسیسات نیز به الکترود ارتی که از نظر الکتریکی مستقل است، وصل میشوند. در این سیستم نیز، اتصال به زمین حفاظتی و اتصال سیستم با یکدیگر ارتباط ندارند. استفاده از این سیستم برای شبکههای عمومی توزیع ممنوع است.
انواع الکترودهای مورد استفاده در سیستم اتصال به زمین
- الکترودهای صفحهای
- الکترودهای میلهای
- الکترودهای تسمهای
1. الکترود صفحهای
برای استفاده از این نوع الکترودها، صفحاتی از جنس مس با ابعاد حداقل ۰/۵×۰/۵ متر و ضخامت حداقل ۲ میلیمتر پیشنهاد میشود.
2. الکترودهای میلهای
قطر الکترودهای میلهای از جنس مس و فولاد با پوشش مس به ترتیب ۱۲ میلیمتر و ۱۶ میلیمتر، و برای میلههایی از جنس فولاد گالوانیزه ۱۶ میلیمتر پیشنهاد میشود. سیم اصلی اتصال به زمین که از سر چاههای ارت یا الکترودهای میلهای به شینه اصلی اتصال به زمین (ارت) وصل میشود، باید سیم مسی شماره ۵۰ باشد.
3. الکترودهای تسمهای
در صورتی که خاک محل نصب الکترودهای صفحهای یا میلهای سخت باشد، بهگونهای که حفر چاه و رسیدن به لایههای مربوط خاک عملاً غیرممکن یا دشوار باشد، میتوان از سیستم الکترودهای تسمهای استفاده کرد.
بدین صورت که الکترودها در خاک بهصورت افقی قرار میگیرند. ضخامت الکترود تسمهای نباید بیش از یکهشتم پهنای آن باشد.عمق دفن الکترود تسمهای و پهنای آن تأثیر نسبتاً کمی روی مقاومت دارند. بنابراین عمق دفن الکترودهای تسمهای (افقی) بین ۰/۶ تا ۲ متر پیشنهاد میشود. علاوه بر سیم تسمهایشکل، میتوان از سیم گرد نمره ۵۰ نیز بهعنوان الکترود تسمهای استفاده کرد.
اجرای چاه ارت صفحهای
- ابتدا با توجه به نوع خاک، بین ۲ تا ۴ متر زمین را حفر کرده و حدود ۲۰ لیتر محلول آب و نمک تهیه و کف چاه میریزیم، بهطوریکه تمام کف چاه را در برگیرد.
- تا ارتفاع ۲۰ سانتیمتر از ته چاه را با خاک رس یا خاک نرم پر میکنیم.
- ۳۰۰ کیلوگرم بنتونیت را با آب مخلوط کرده و بهصورت دوغاب در میآوریم و مخلوط حاصل را به ارتفاع ۲۰ سانتیمتر از کف چاه میریزیم.
- صفحه مسی را به سیم مسی نمره ۳۵ جوش کلدولد میزنیم.
- صفحه مسی را بهطور عمودی در مرکز چاه قرار میدهیم.
- اطراف صفحه مسی را با دوغاب تهیهشده تا بالای صفحه پر میکنیم.
- لوله پلیکا سوراخشده را بهطور مورب در مرکز چاه و در بالای صفحه مسی قرار میدهیم و داخل لوله پلیکا را پر از شن میکنیم (۵۰ سانتیمتر از انتهای لوله پر شود). این لوله برای تأمین رطوبت ته چاه میباشد و در فصول گرم سال تزریق آب از این لوله بیشتر انجام میگردد. لازم به ذکر است در مواردی که چاه ارت در باغچه حفر شود، یا ته چاه به رطوبت رسیده باشد، یا کلاً در جاهایی که رطوبت ته چاه از بالای چاه یا از پایین چاه تأمین گردد، نیازی به قرار دادن لوله نمیباشد.
- بعد از قرار دادن لوله پلیکا، به ارتفاع ۲۰ سانتیمتر از بالای صفحه مسی را با دوغاب آمادهشده پر میکنیم.
- باقی چاه را هم تا ۱۰ سانتیمتر از سر چاه، با خاک معمولی همراه با ماسه یا خاک سرندشده کشاورزی پر میکنیم و ۱۰ سانتیمتر از چاه را برای نفوذ آب باران و آبهای سطحی به داخل چاه، با شن و سنگریزه پر میکنیم. روی چاه، مخصوصاً در مواقعی که از لوله پلیکا استفاده نمیگردد، نباید با آسفالتشده و یا سیمان پر گردد.
اجرای چاه ارت به روش ۵ حلقه
طبق مبحث ۱۳، انتخاب سیم لخت چند مفتولی مسی بهعنوان الکترود، هم از نظر اقتصادی و هم از نظر یکپارچه بودن الکترود و هادی اتصال زمین تا ترمینال اصلی زمین، نسبت به الکترود صفحهای مسی برتری محسوسی دارد.
زیرا در الکترود صفحهای، ایجاد نقاط اتصال سیم به صفحه با جوش یا بست و پیچ و مهره مخصوص اجتنابناپذیر است که میتواند نقطه ضعف باشد.
برای این منظور میتوان در انتهای چاه، سیم لخت چند مفتولی مسی را بهصورت ۵ حلقه مارپیچ به قطر هر حلقه حدود ۵۰ سانتیمتر پیچیده و در زمین قرار داد و بقیه سیم را بهصورت یکپارچه تا سطح زمین و از آنجا تا محل ترمینال اصلی اتصال زمین هدایت کرد.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
