سیستم زمین چیست؟

سیستم زمین یا همان سیستم ارتینگ از مهم ترین سیستم هایی است که برای حفاظت از افراد و تجهیزات در هر سازه ای بکار می رود.

هر مهندس سازه ای باید با انواع سیستم های اتصال به زمین آشنا باشد تا نوع صحیح آن را برای سیستم خود انتخاب کند.

در مقاله جامع زیر قصد داریم تا تمام نکات مربوط به سیستم های زمین را بررسی کنیم، تا انتها همراه فرنام الکتریک باشید تا به تمامی سوال های شما در این حوزه پاسخ داده شود.

ارتینگ یا زمین کردن یعنی چه ؟

ارت یا زمین کردن شامل یک اتصال مصنوعی برق به زمین است که مقاومت بسیار کمی برای عبور جریان دارد. در حقیقت کلمه “زمین” در کارهای برقی به زمینِ دارای پتانسیل صفر اطلاق می شود. وقتی یک نقطه از شبکه، زمین شود آن را تک زمینی و وقتی در نقاط مختلفی زمین شده باشد، آن را چند زمینی می نامند.

زمین یا ارت کردن یک سیستم الکتریکی، فرآیند اتصال همه قطعات فلزی یا بدنه های فلزی دستگاه های الکتریکی (به غیر از هادی های اصلی مدار برق) به زمین است و هدف از آن انتقال هر نوع نشتی انرژی الکتریکی در بدنه فلزی دستگاه ها به زمین به منظور حفاظت جان کارکنان با تجهیزات است.

حفاظت توسط سیم زمین، نوعی از حفاظت است که در آن قسمت های هادی دستگاه که با شبکه تغذیه ارتباط الکتریکی ندارند، توسط سیم به زمین وصل می شوند. تا موقعی که اتصالی در بدنه دستگاه رخ ندهد، قسمت های حفاظت شده دستگاه، هم پتانسیل با زمین خواهند بود.

اگر قسمت های الکتریکی دستگاه به بدنه آن اتصالی پیدا کند، جریانی از بدنه دستگاه به نقطه صفر ترانسفورماتور شبکه از طریق سیم وصل شده به زمین جاری می شود.

مقدار این جریان باید به اندازه ای باشد تا جریان خطا باعث قطع سریع وسیله حفاظتی (مثلاً فیوز) شده و ولتاژ تماس قطع گردد. مقدار جریان قطع که باید باعث قطع فیوز شود بستگی به مقاومت سیم زمین و مقاومت محدوده محل تماس سیم با زمین دارد.

موارد استفاده این سیستم حفاظتی برای مصرف کننده با قدرت کم است زیرا در صورت بالا بودن جریان مصرف کننده باید مقدار مقاومت زمین خیلی کم باشد که مشکل است.

برای بدست آوردن مقاومت مناسب زمین می توان با قراردادن نوار و لوله یا صفحه با ضخامت و طول های مناسب در عمق مشخص از زمین، مقاومت مناسب را بدست آورده و بدنه سیستم هایی را که باید حفاظت شوند به آنها متصل کرد.

انواع سیستم اتصال به زمین

هر یک از انواع سیستم اتصال به زمین یا زمین الکتریکی، نقش مشخصی در حفظ ایمنی، جلوگیری از آسیب، و اطمینان از عملکرد کارآمد سیستم‌های الکتریکی در تنظیمات مختلف، ایفا می‌کند.

۱. سیستم اتصال به زمین حفاظتی

اتصال زمین حفاظتی، شامل اتصال قطعات فلزی وسایل برقی به زمین است. هدف اصلی، محافظت از افراد در برابر شوک الکتریکی، با ایجاد مسیری با مقاومت کم برای جریان‌های خطا است.

اجزاء و اجرا: برای ایجاد یک اتصال زمین حفاظتی، از عناصر رسانا مانند الکترودهای زمین، مصالح ساختمانی رسانا و هادی‌های زمین استفاده می‌شود. این اجزا، پشت سر هم، برای ایجاد یک مسیر قابل اعتماد برای جریان‌های گسل کار می‌کنند تا به صورتی بی‌ضرر در زمین پخش شوند.

مزایا: این اتصال، برای ایمنی کاربر بسیار مهم است. این نوع سیستم اتصال به زمین یا زمین کردن، با اطمینان از اینکه هرگونه نقص، منجر به اتلاف کنترل شده انرژی الکتریکی به زمین می‌شود، از شوک الکتریکی جلوگیری می‌کند. و از افراد و تجهیزات محافظت می‌کند.

۲. سیستم اتصال به زمین ایمنی

اتصال زمین ایمنی، اقدامات حفاظتی را گسترش می‌دهد تا کل سیستم الکتریکی را در بر گیرد. و برای اطمینان از عملکرد صحیح وسایل و جلوگیری از آتش سوزی الکتریکی طراحی شده است. در این سیستم، کل تأسیسات الکتریکی به زمین متصل شده و یک شبکه ایمنی جامع را ارائه می‌دهند.

اجزاء و اجرا: این نوع، شامل هادی‌های زمین، الکترودهای اتصال به زمین و هادی‌های اتصال به زمین است. این عناصر، شبکه‌ای را تشکیل می‌دهند که به طور مؤثر، کل سیستم الکتریکی را زمین می‌کند؛ خطر آتش‌سوزی را به حداقل می‌رساند؛ و از عملکرد مطمئن وسایل متصل، اطمینان می‌دهد.

مزایا: اتصال زمین ایمنی، به غیر از جلوگیری از آتش سوزی الکتریکی، به حفظ سطح ولتاژ پایدار نیز کمک می‌کند. و خطر آسیب دیدگی تجهیزات به دلیل نوسانات برق را کاهش می‌دهد. این یک جزء حیاتی در افزایش قابلیت اطمینان کلی و طول عمر سیستم‌های الکتریکی است.

۳. اتصال زمین صاعقه گیر

در مناطق مستعد رعد و برق، نوع خاصی از سیستم اتصال به زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد: اتصال زمین صاعقه گیر. این سیستم، از سازه‌ها و تجهیزات، در برابر اثرات مخرب امواج ناشی از رعد و برق، محافظت می‌کند.

اجزاء و اجرا: صاعقه گیرها، هادی‌های زمین و الکترودهای زمین، اجزایی جدایی ناپذیر هستند. صاعقه‌گیرها موج را قطع می‌کنند. و سیستم اتصال به زمین، مسیر امنی را برای عبور جریان ناشی از صاعقه در زمین ایجاد می‌کند.

مزایا: این نوع سیستم اتصال به زمین، با ارائه مسیری با مقاومت کم برای جریان‌های ناشی از صاعقه، از آسیب‌های الکتریکی و سازه‌ای جلوگیری می‌کند. این یک خط دفاعی حیاتی در برابر حملات غیرقابل پیش بینی صاعقه است؛ که انرژی را از تجهیزات حساس دور می‌کند.

۴. اتصال زمین عملیاتی

در حالی که سیستم‌های اتصال به زمین فوق، بر ایمنی تمرکز دارند؛ هدف اتصال زمین عملیاتی، عملکرد کارآمد سیستم‌های الکتریکی در فضاهای صنعتی است.

کاربردها: از اتصال زمین عملیاتی، معمولاً در محیط‌هایی استفاده می‌شود که تأمین برق بدون وقفه حیاتی است؛ مانند مراکز داده، کارخانه‌های تولیدی و تأسیسات زیرساختی مهم. هدف آن، حفظ سطوح ولتاژ پایدار و اطمینان از عملکرد مداوم تجهیزات حساس است.

اجزاء و اجرا: این نوع سیستم اتصال به زمین، شامل اتصال استراتژیک تجهیزات الکتریکی به زمین است. که اغلب دربرگیرنده هادی‌های زمین، الکترودهای زمین، و سیستم‌های نظارتی پیچیده، برای تضمین اثربخشی مداوم زمین کردن است.

مزایا: اتصال زمین عملیاتی، عملکرد کلی و قابلیت اطمینان سیستم‌های الکتریکی را افزایش می‌دهد. و با به حداقل رساندن نوسان‌ها و اختلالات ولتاژ، به عملکرد یکپارچه زیرساخت‌های حیاتی، کاهش زمان خرابی و بهبود بهره‌وری کمک می‌کند.

مزایای ارت یا زمین کردن

۱ – درست عمل کردن دستگاه های برق گیر.

۲- فراهم شدن سرعت کافی جهت کشف اتصالات و اشکالات توسط رله ها و برطرف شدن فوری عیب سیستم.

۳- ممانعت از افزایش ولتاژ سیستم در اثر بروز اتصالی، و افت ولتاژ بر اثر عدم تعادل بار.

۴- محافظتِ جان کارکنان، اعم از اپراتور، تعمیرکار و غیره در مقابل برق گرفتگی.

۵- حفاظت دستگاه های الکتریکی.

مزایای ارت یا زمین کردن

از جمله مزایای مهم ارت یا زمین کردن، که افراد و مجموعه‌ها را تشویق به استفاده از این سیستم‌ها می‌کند، عبارتند از:

۱. تقویت ایمنی

در خط مقدم مزایا، ایمنی افزایش یافته است. ارتینگ یک مسیر اختصاصی برای جریان‌های خطا فراهم می‌کند. خطر برق گرفتگی را کم کرده و احتمال آتش سوزی الکتریکی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

۲. حفظ تجهیزات حیاتی

علاوه بر ایمنی، زمین کردن، نقش مهمی در حفاظت از تجهیزات الکتریکی در برابر پیامدهای مخرب ناشی از صاعقه و عوامل خارجی دارد. این سیستم، نه‌تنها از آسیب جلوگیری می‌کند؛ بلکه عمر عملیاتی اجزای حیاتی را نیز افزایش می‌دهد.

اهمیت اتصال به زمین

سیستم اتصال به زمین یا زمین کردن چه اهمیتی دارد؟ در پاسخ به این سؤال، می‌توان به تأمین پایداری سیستم و رعایت مقررات ایمنی اشاره کرد.

۱. پایداری در میان پیچیدگی

زمین الکتریکی، به عنوان پایه‌ای برای پایداری سیستم ظاهر می‌شود. و با کاهش نوسانات ولتاژ، منبع تغذیه ثابت و مطمئن را تضمین می‌کند؛ که عاملی حیاتی برای عملکرد یکپارچه در کاربردهای مختلف الکتریکی است.

۲. استانداردها و مقررات ایمنی

فراتر از عملکرد، اتصال به زمین، برای انطباق با مقررات ضروری است. رعایت استانداردهای صنعت، محیط عملیاتی ایمن را تضمین می‌کند. و از شما در برابر عواقب قانونی ناشی از شیوه‌های نادرست، محافظت می‌کند.

تفاوت اتصال زمین حفاظتی و عملیاتی

درک تمایز بین اتصالات زمینی حفاظتی و عملیاتی برای طراحی و اجرای سیستم‌های زمین الکتریکی یا زمین کردن، حیاتی است. مهم‌ترین این تفاوت‌ها عبارتند از:

۱. اتصال زمین حفاظتی، تمرکز زیادی بر ایمنی انسان و جلوگیری از آسیب دیدن تجهیزات در هنگام خطا دارد. اتصال زمین عملیاتی، با اینکه ایمنی را در نظر می‌گیرد، تأکید بیشتری بر حفظ عملیات پایدار دارد.

۲. اتصال زمین حفاظتی، یک پیش نیاز در تمام سیستم‌های الکتریکی است که سطحی از ایمنی پایه را تأمین می‌کند. در حالی که اتصال زمین عملیاتی، به طور انتخابی، برای تأسیسات خاصی که در آن‌ها عملیات بدون توقف حیاتی است، اجرا می‌شود.

۳. اتصال زمین عملیاتی اغلب شامل سیستم‌های نظارتی پیشرفته، برای اطمینان از عملکرد بهینه است. این سیستم‌ها ممکن است شامل مکانیسم‌های واکنش سریع برای رسیدگی فوری به مسائل احتمالی باشند.