سیستم ارتینگ

سیستم ارتینگ از چاه ارت و سیستم متصل به چاه تشکیل شده است. که وظیفه اصلی آن منتقل کردن هر جریان الکتریکی به زمین میباشد. اگر ما بدنه تمام دستگاههای برقی اعم از صنعتی و مخابراتی و خانگی و… و یا به طور کلی هرنوع مصرف کننده برق را توسط یک رشته سیم به سیم اتصال به زمین متصل کنیم، یک سیستم ارتینگ ایجاد کرده ایم.

منظور از تشکیل این سیستم این است که اگر هر یک از سیم های فاز یا سیم نول به هر شکلی که به بدنه دستگاه وصل میشود، و مدار الکتریکی مورد نظر دچار نشتی جریان گردد. این نشتی جریان از طریق سیم ارت به زمین انتقال داده میشود و یا در مواردی از  اتصالی دستگاه جلوگیری می شود.

در صورتی که به اشتباه بدنه مصرف کننده های خانگی را به لوله های آهنی گاز و یا آب و یا حتی به اسکلت ساختمان متصل نمایند، که کار بسیار پر خطری میباشد.که خطر برق گرفتگی را افزایش میدهد.

زمانی که اتصال کامل سیم های فاز به سیم ارت فیوز مربوط به آن فاز عمل کرده و جریان را قطع می کند و درزمان  اتصال کامل سیم نول به سیم ارت اگر مدار ارتینگ دارای فیوز محافظ جان(FI )باشد،این فیوز از ۳۰ میلی آمپر نشتی جریان به بالا را قطع می کند و باعث قطع کامل جریان فاز و نول میشود.

بنابراین سیم ارت و سیم نول به ظاهر از این نظر که بی برق هستند بسیاربه یکدیگر شبیه هستند ولی در عمل دوسیم مستقل از هم وعملکردی متفاوت از یکدیگر دارند؛و نمی توان از یکی بجای دیگری استفاده کرد.

سیستم ارتینگ امروزه کاربردی مانند خود برق را داراست و از اهمیت ویژه ای برخوردار است.چنانکه در مخابرات به سیستمهای ارتینگ بسیار حساس و دقیق برای جلوگیری نویز در شبکه نیاز است و نیز در شبکه های انتقال و توزیع برق کاربرد فراوان دارد؛شبکه های برق گیر بدون سیم ارت عملا بلا استفاده هستند.

در ۲۰۰سال پیش اساسا واژه ای  به نام سیستم ارتینگ وجود نداشت و هیچ جایی از تجهیزات الکتریکی ارت نمی شد و به همین دلیل در منازل و اماکن عمومی برق گرفتگی و صدمات بسیاری به بار می آمد.مهمترین هدف اجرای سیستم ارتینگ جلوگیری از برق گرفتگی و خطرات ناشی از آن است, از همین رو در سال ۱۹۲۴و برای اولین بار استفاده از سیستم ارت در انگلستان اجباری شد واکثر اماکن در انکلستان از سیستم ارت استفاده کردند.

بنابراین در بیشتر مکان های بزرگ و برج های تجاری در تمام دنیا برای جلوگیری از خطرات جبران ناپذیر برق گرفتگی از سیستم ارتینگ استفاده می کنند. سیستم ارتینگ یک سیستم حفاظتی می باشد که در اصطلاح به آن زمین کردن نیز می گویند و از نظر علمی به اتصال الکتریکی مناسب به زمین در صورتی که زمین عایق مناسبی برای انتقال جریان های خطا (صاعقه) باشد، سیستم ارتینگ گفته می شود.

اهداف کلی اجرای سیستم ارتینگ

• کارکرد درست تجهیزات حفاظتی

• مهار جریان های تولیدشده از القـائـات الکتـرو مغناطیسی و تخلیه الکتریسته ساکـن

• کم شدن ولتاژ گـام و تماس در مواقع پیشامد اختلاف پتانسیل های خطرناک

• حفاظت جان انسان ها و کاربـرد مناسب سیستم های الکتریکی ، الکترونیکی و دیجیتالی

روشهای اجرای ارت (زمین حفاظتی)

عموما جهت اجرای ارت و سیستم حفاظتی دو روش كلی وجود دارد.

1- زمین عمقی: در این روش كه یك روش معمول می باشد از چاه برای اجرای ارت استفاده می شود.

2- زمین سطحی: در این روش سیستم ارت در سطح زمین (برای مناطقی كه امكان حفاری عمیق در آنها وجود ندارد) و یا در عمق حدود 80 سانتی متر اجرا می گردد.

در چه شرایطی از روش سطحی برای اجرای ارت استفاده نمائیم

 در مكانهایی كه:

1. فضای لازم و امكان حفاری در اطراف سایت وجود داشته باشد.

2. ارتفاع از سطح دریا پائین باشد مانند شهرهای شمالی و جنوبی كشور.

3. پستی و بلندی محوطه سایت كم باشد.

4. فاصله بین دكل و سایت زیاد باشد.

5. با توجه به مزایای روش سطحی اجرای ارت به این روش ارجحیت دارد.

اجرای ارت به روش عمقی

انتخاب محل چاه ارت

چاه ارت را میبایست در جاهایی كه پایین‌ترین سطح را داشته و احتمال دسترسی به رطوبت حتی‌الامكان در عمق كمتری وجود داشته باشد و یا در نقاطی كه بیشتر در معرض رطوبت و آب قرار دارند مانند زمینهای چمن ، باغچه‌ها و فضاهای سبز حفر نمود.

عمق چاه

با توجه به مقاومت مخصوص زمین ، عمق چاه از حداقل ۴ متر تا ۸ متر و قطرآن حدودا ۸۰ سانتیمتر می تواند باشد. در زمین هایی كه با توجه به نوع خاك دارای مقاومت مخصوص كمتری هستند مانند خاكهای كشاورزی و رسی عمق مورد نیاز برای حفاری كمتر بوده و در زمینهای شنی و سنگلاخی كه دارای مقاومت مخصوص بالاتری هستند نیاز به حفر چاه با عمق بیشتر می باشد. برای اندازه گیری مقاومت مخصوص خاك از دستگاههای خاص استفاده می گردد. در صورتی كه تا عمق ۴ متر به رطوبت نرسیدیم و احتمال بدهیم در عمق بیشتر از ۶ متر به رطوبت نخواهیم رسید نیازی نیست چاه را بیشتر از ۶ متر حفر كنیم . بطور كلی عمق ۶ مترو قطر حدود ۸۰ سانتیمتر برای حفر چاه پیشنهاد می گردد.

محدوده مقاومت مخصوص چند نوع خاك در جدول زیر آمده است.

اتصال سیم به صفحه مسی

اتصال سیم به صفحه مسی بسیار مهم می باشد و هرگز و در هیچ شرایطی نباید این اتصال تنها با استفاده از بست ، دوختن سیم به صفحه و یا … برقرار گردد.بلكه حتما باید سیم به صفحه جوش داده شود و برای استحكام بیشتر با استفاده از ۲ عدد بست سیم به صفحه بسته شده و محكم گردد.برای جوش دادن قطعات مسی به یكدیگر از جوش برنج یا نقره استفاده شود و در صورت عدم دسترسی به این نوع جوش از جوش (Cadweld) استفاده گردد .

حفر چاه ارت

با توجه به شرایط جغرافیایی منطقه چاهی با عمق مناسب و در مكان مناسب (با توجه با راهنمای انتخاب محل چاه ارت ) حفر گردد. شیاری به عمق ۶۰سانتیمتر از چاه تا پای دكل برای مسیر سیم چاه ارت تا برقگیر روی دكل همچنین برای سیم ارت داخل ساختمان حفر نمائید. در صورتی كه مسیر ۲ سیم مشترك باشد بهتر است مسیر دو سیم ایزوله گردند. همینطور مسیر سیمها باید كوتاهترین مسیر بوده و سیم میله برقگیر و ارت حتی الامكان مستقیم و بدون پیچ و خم باشد و نبایستی خمهای تند داشته باشد و در صورت نیاز به خم زدن سیم در طول بیش از ۵۰ سانتیمتر انجام گردد.

پر نمودن چاه ارت

۱-۵-ابتدا حدود ۲۰ لیتر محلول آب و نمك تهیه و كف چاه میریزیم بطوریكه تمام كف چاه را در برگیرد بعد از ۲۴ ساعت مراحل زیر را انجام میدهیم .

۲-۵- به ارتفاع ۲۰ سانتیمتر از ته چاه را با خاك رس و یا خاك نرم پر مینمائیم.

۳-۵- به مقدار لازم (حدود ۴۵۰كیلو گرم معادل ۱۵ كیسه ۳۰ كیلو گرمی)بنتونیت را با آب مخلوط كرده و بصورت دوغاب در میاوریم و مخلوط حاصل را به ارتفاع ۲۰ سانتیمتر از كف چاه میریزیم هر چه مخلوط حاصل غلیظ تر باشد كیفیت كار بهتر خواهد بود.

۴-۵-صفحه مسی را به ۲ سیم مسی نمره ۵۰ جوش میدهیم این سیمها یكی به میله برقگیر روی دكل و دیگری به شینه داخل ساختمان خواهد رفت بنابراین طول سیم ها را متناسب با طول مسیر انتخاب می نمائیم.

۵-۵- صفحه مسی را بطور عمودی در مركز چاه قرار می دهیم

۶- ۵-اطراف صفحه مسی را با دوغاب تهیه شده تا بالای صفحه پر می نمائیم

۷-۵- لوله پلیكای سوراخ شده را بطور مورب در مركز چاه و در بالای صفحه مسی قرار می دهیم و داخل لوله پلیكا را شن میریزیم تا ۵۰ سانتیمتر از انتهای لوله پر شود این لوله برای تامین رطوبت ته چاه می باشد و در فصول گرم سال تزریق آب از این لوله بیشتر انجام گردد. لازم بذكر است در مواردی كه چاه ارت در باغچه حفر شده باشد و یا ته چاه به رطوبت رسیده باشد و یا كلا در جاهایی كه رطوبت ته چاه از بالای چاه یا از پایین چاه تامین گردد نیازی به قراردادن لوله نمی باشد .

۸- ۵-بعد از قراردادن لوله پلیكا به ارتفاع ۲۰ سانتیمتر از بالای صفحه مسی را با دوغاب آماد شده پر مینمائیم.

۹-۵-الباقی چاه را هم تا ۱۰ سانتیمتر بر سر چاه مانده ، با خاك معمولی همراه با ماسه یا خاك سرند شده كشاورزی پر می نمائیم و۱۰ سانتیمتر از چاه را برای نفوذ آب باران و آبهای سطحی به داخل چاه با شن و سنگریزه پر می نمائیم . روئ چاه مخصوصا در مواقعی كه از لوله پولیكا استفاده نمی گردد نباید آسفالت شده و یا با سیمان پر گردد.

۱۰-۵-داخل شیار های حفاری شده را با خاك سرند شده كشاورزی یا خاك نرم معمولی و یا خاك معمولی مخلوط با بنتونیت پر نمائید.

نصب شینه و میله برقگیر

شینه داخل ساختمان باید توسط مقره هایی از دیوار ساختمان ایزوله گردد.قطر و طول شینه بستگی به تعداد انشعابات داخل ساختمان دارد .(تمامی تجهیزات داخل ساختمان میبایست بطور جداگانه و موازی به این شینه متصل گردد.)در حالتیكه دكل روی ساختمان قرار داشته باشد سیم میله برقگیر نبایستی از داخل ساختمان برده شود بلكه باید خارج از ساختمان سیم كشیده شود و همینطور مسیر عبوری سیم ارت به داخل ساختمان تا شینه ورودی ساختمان باید عایق دار باشد.در پای دكل توسط بست ، سیم میله برقگیر به یكی از پایه های دكل خیلی محكم متصل شود و تا بالای دكل به میله برقگیر متصل گردد. لازم بذكر است مسیر میله برقگیر از كابلهایی كه به آنتنها می روند باید جدا باشد

اجرای ارت به روش سطحی

هفت روش برای اجرای زمین سطحی وجود دارد كه عبارتند از:

• ROD

• RING 

• پنجه ای (شعاعی)

• مختلط

• حلزونی

• الكتروشیمیایی

• شبكه ای

اجرای ارت به روش ROD كوبی

مصالح مورد نیاز:

مصالح مورد نیاز همانند روش عمقی می باشد با این تفاوت كه به جای صفحه مسی از میله های مغز فولادی 1.5 متری و با قطر 14 میلیمتر و با روكش مس استفاده می نمائیم.

روش اجرا

• كانالی به عمق 80 سانتیمتر و عرض 45 سانتیمتر و طول X حفر می نمائیم طول كانال را به دو روش میتوان تعیین نمود.

• اندازه گیری مقاومت مخصوص خاك و انجام محاسبات لازم

• به روش تجربی كه در ادامه شرح داده می شود.

• چنانچه سایت دارای دكل خود ایستا می باشد برای حفر كانال از فاصله بین اتاق تجهیزات و دكل و همچنین اطراف دكل استفاده شود .

• چنانچه دكل روی ساختمان قرارداشته حفاری با در نظر گرفتن اتاق دستگاه و دكل در مسیری كه زمین رطوبت بیشتری دارد انجام گیرد.

• پس از آماده شدن كانال ۲ میله به فاصله ۳متر از یكدیگر در زمین میكوبیم به گونه ای كه حدود ۱۵ سانتیمتر از میله ها بیرون بمانند سپس ۲میله را با كابل مسی یا كابل برق به هم وصل نموده و با دستگاه ارت سنج مقاومت زمین ایجاد شده را اندازه میگیریم ، چنانچه مقاومت نشان داده شده با دستگاه بالای  ۴ اهم بود میله دیگری به فاصله ۳ متر از میله دوم میكوبیم و با اتصال ۳ میله به هم مقاومت زمین ایجاد شده را اندازه گیری می نمائیم . اینكار را تا زمانی كه مقاومت اندازه گیری شده به زیر ۴ اهم برسد ادامه می دهیم بعد از آنكه به تعداد كافی میله كوبیده شد سیمی را كه به شینه مسی نصب شده در اتاق دستگاه متصل است به تك تك میله ها جوش داده و به سمت دكل میبریم.

• برای پر نمودن كانال ابتدا با بنتونیت روی سیم مسی را پوشانده (در زمینهایی كه رطوبت كافی ندارند) و سپس با خاك سرند شده كشاورزی یا خاك نرم كانال را پر می نمائیم.

• مقاومت زمین اجرا شده را اندازه گیری نموده و ثبت مینمائیم ( بعد ازپر كردن كانال مقاومت زمین اندازه گیری شده كاهش خواهد داشت و باید كمتر از ۳ اهم باشد.)

نكته: در مناطق سردسیر عمق كانال حفاری شده و بطور كلی مسیر عبور كابل مسی خیلی مهم می باشد و نباید در معرض یخبندان قرار گیرد. تاثیر كاهش درجه حرارت بر افزایش مقاومت سیستم زمین به شرح زیر می باشد.

سایر روش ها:

روش های دیگر در مناطق كوهستانی و سنگلاخی و مكانهای خاص كاربرد دارد كه بنا به مورد با بازدید از محل و اندازه گیری های لازم میتواند طرح مناسب تهیه گردد.

اجرای ارت در ارتفاعات

ارتفاعات كشور را با توجه به نوع زمین و خاك میتوان به سه دسته تقسیم كرد.

1. ارتفاعات خاكی كه امكان حفاری و كوبیدن میله مغز فولادی در آنها وجود دارد.

2. ارتفاعات سنگلاخی كه امكان حفاری عمیق در آنها وجود ندارد ولی میتوان شیار ایجاد كرد.

3. ارتفاعات صخره ای

حالت اول: به یكی از روش های حفر چاه یا كوبیدن ROD می توان سیستم ارت را اجرا نمود.

حالت دوم شیارهایی بصورت ستاره و پنجه ای ایجاد نموده و تسمه مسی را در داخل شیار ها خوابانده و برای كاهش مقاومت روی تسمه را با مخلوط خاك و بنتونیت می پوشانیم .

نكته: تمامی  اتصالات در زیر خاك باید به یكدیگر جوش داده شود.

روش اول:

در زمینهای صخره ای كه امكان حفاری وجود ندارد با مصالح ساختمانی كانال ساخته، تسمه مسی را در كف كانال خوابانده و كانال را با بنتونیت پر می نمائیم. طول كانال یا كانال ها باید به اندازه ای باشد كه مقاومت اندازه گیری شده زیر ۳ اهم گردد. برای گرفتن نتیجه مطلوب می بایست داخل كانال بصورت مصنوعی دائما مرطوب نگهداشته شود.

روش دوم:

روش شبكه ای است بدین صورت كه ابتدا شبكه شطرنجی با سیم مسی  بطوریكه نقاط اتصال به هم جوش داده شده درست كرده سپس با مصالح ساختمانی آنرا در زمین با بنتونیت به ارتفاع ۴۰cm بطوریكه ابتدا ۲۰cm بنتونیت ریخته سپس شبكه ساخته شده را قرار داده و روی آنرا هم تا 20cm با بنتونیت می پوشانیم و انشعابهای لازم جهت دكل و سایت ونقاط دیگر از آن گرفته میشود متغییر های x و y به میزان مقاومت خوانده شده بستگی دارد.

نكات عمومی و مهم در خصوص سیستمهای ارت

• تمامی اتصالات با مفتول برنج یا نقره جوشكاری گردد.سطح جوش باید CM 6 باشدو جهت اتصالات وجوشكاری رعایت گردد(در مواردی كدولد توصیه میشود

• ازهرپایه دكلهای خودایستا هم فونداسیون دكل توسط سیم مسی و بست مخصوص به سیستم ارت و هم پای دكل به سیستم ارت جوشكاری گردد.

• سیم میله برقگیر ازپایه ای كه آنتنهای كمتری نصب می شود و با كابلهای روی لدر حداكثرفاصله را داشته باشد،بدون خمش درمسیر ومستقیما به رینگ داخل كانال و از كوتاهترین مسیر توسط جوش متصل گردد.

• میله برقگیر روی دكل در بالاترین نقطه دكل(با رعایت مخروط حفاظتی با زاویه ۴۵ درجه ) بطوریكه تجهیزات راكاملا پوشش دهد،قرارگیرد و جنس آن تمام مس با آلیاژ استاندارد به قطرmm 16 و طول آن بستگی به ارتفاع نصب انتنهای روی دكل دارد.

• شعاع خم سیم مسی حداقل CM20 وزاویه قوس حداقل ۶۰ درجه رعایت گردد(رعایت زاویه خمش سیم مسی )

• پایه‌ها و نقاط ابتداوانتهای لدر افقی به سیستم گراند متصل گردد.

• تمامی كابلهای ورودی به سالن دستگاه توسط بست گراند به بدنه دكل و ابتدای لدر افقی(بعد از محل خم شدن كابل)گراند شوند.

• به هیچ عنوان در روی دكل،جوشكاری صورت نگیرد.

• اتصال از شبكه گراند سیستم اجرا شده به تانكر سوخت دیزل ژنراتور، تانكر آب هوایی ، اسكلت فلزی ساختمان و در و پنجره های اتاق دستگاه صورت گیرد.

• اگر سیستمی‌ازقبل‌اجرا شده باشد،سیستم قدیم به‌جدید در عمق‌خاك متصل گردند.

• سیم‌ارت‌ درروی زمین باید باروكش‌وسیم‌داخل‌كانالها‌ باید بدون روكش و مستقیم كشیده شود.

• پركردن كانال باید با خاك سرند شده كشاورزی  یا خاك نرم انجام شود.

• ارتفاع نصب شینه مسی CM 50 ازكف تمام شده باشد.

• شینه داخل اتاق حدالمقدور به چیدمان دستگاهها نزدیك باشد.

• از هر دستگاهی جداگانه سیم ارتی به شینه متصل گردد ( قطر و طول شینه گراند بستگی به تعداد انشعابات آن دارد.)

• در دكلهای مهاری پر ظرفیت ، مهارهای دكل بایستی توسط بست مخصوص به گراند اتصال یابد.

• جهت استفاده ترانس برق شهر در ایستگاههای مخابرات بایستی گراند جداگانه اجرا گردد.

• در سایتهای کامپوتری جهت اجرای سیستم زمین حتی المقدور بایستی از یك زمین با سطح یكنواخت ( بدون شیب ) استفاده نمود.

• در ایستگاهها بین نول و گراند نبایستی اختلاف ولتاژ وجود داشته باشد.

• در دكلهای پر ظرفیت كه ابعاد قسمت بالای دكل بیشتر از m 2 می‌باشد نیاز به نصب یك عدد برقگیر اضافی در سمت مقابل برقگیر اول می‌باشد.

• در سیم‌كشی داخل محوطه سایت های کامپوتری برای چراغهای روشنایی و سایر موارد باید از كابل زمینی استفاده گردد و در ایستگاههای بالای كوه و نقاط دور از شهر نباید از چراغهای  روشنایی خیابانی استفاده شود.

• استاندارد قابل قبول آزمایش و تحویل اتصال زمین برای سایتهای كوچك زیر ۱۰ اهم و برای سایت های  بزرگ و مهم زیر ۳ اهم می‌باشد.

 برای طراحی سیستم زمین مراحل كار بدین صورت است كه ابتدا باید بیشترین مساحت زمین در دسترس جهت احداث سیستم زمین پست، تعیین گردد، سپس بعد از آن باید یك مسیر بسته در محیط این زمین ایجادگردد و هادیهای موازی در داخل این حلقة محیطی كه موازی  هم و همردیف تجهیزات است، قرار داد. برای آنكه تجهیزات را به سیستم زمین متصل نماییم از میله هایی حلقوی شكل به نام ، پیك تیل (Pick tale) استفاده می گردد.