سیستم ارت چیست؟

 سیستم ارت (Earthing System) به سیستمی گفته می‌شود که مدار الکتریکی را به زمین متصل کند، ولتاژ پایداری ایجاد و ایمنی افراد و تجهیزات برقی را تضمین کند. سیستم ارتینگ با هدایت جریان الکتریکی (ولتاژ) به زمین، از آسیب به اتصالات و وقوع شوک الکتریکی جلوگیری می‌کند. هنگام تغییرات ناگهانی ولتاژ، سیستم ارت با انتقال اضافه ولتاژ به زمین، از تجهیزات الکتریکی محافظت می‌کند و خطرات ناشی از آن را کاهش می‌دهد.

 سیستم ارت، نامش از کلمه Earth به‌معنی زمین برگرفته شده است که سیستم اتصال به زمین نیز نام‌برده می‌شود. یکی از مهم‌ترین اصول که باید در راستای استفاده از انرژی الکتریکی رعایت شود، اجرای سیستم ارتینگ است.
در حین استفاده از برق در منازل، ساختمان‌های اداری و کارخانه‌ها خطراتی همواره ما را تهدید می‌کند. این خطرات می‌تواند شامل برق‌دارشدن بدنهٔ وسایل، اتصالی سیم‌ها در مدارات یا حتی یک حادثهٔ طبیعی مثل صاعقه باشد.

 سیستم ارتینگ به‌منظور جلوگیری از این اتفاقات طراحی و اجرا می‌شود و در هر جایی که از برق استفاده شود، به یک سیستم ارت نیاز است؛ همچنین در وسایلی که از برق استفاده نمی‌کنند؛ ولی بدنهٔ فلزی دارند، اجرای ارت حیاتی و مهم است.

تاریخچه‌ی سیستم ارتینگ

از اجرای اولین سیستم ارتینگ حدود ۱۰۰ سال می‌گذرد. قبل از آن مفاهیمی به‌نام سیستم ارت و حتی فاز و نول وجود نداشت. از آنجایی که برق‌رسانی بدون سیستم ارت صورت می‌گرفت؛ حوادث زیادی مانند آتش‌سوزی، سوختن وسایل و برق‌گرفتگی افراد به‌وفور رخ می‌داد که تبدیل به یک چالش برای شرکت‌های بیمه شده بود. در نهایت در سال ۱۹۲۴ اولین سیستم ارت در کشور انگلستان به اجرا رسید.
در نمونه‌ی اولیه، بدنه‌ی وسایل و دستگاه‌ها به زمین وصل می‌شد و هیچ قسمتی از منبع اتصالی با زمین نداشت. بعدها روش‌های جدیدی برای تاثیر بیشتر و ایمنی بالاتر روی کار آمدند.

قبل از مطالعه‌کردن این بخش کافیست به نکته زیر توجه داشته باشید!
در نام‌گذاری این سیستم ها، دو حرف اول به‌نحوه‌ی قرارگیری و ترکیب سیم نول و سیم ارت اشاره دارد.
حرف T در این علایم اختصاری به‌معنی TERRA است که در زبان فرانسوی به‌معنی زمین و خاک است.
این نام‌گذاری‌ها برای آسان‌ترشدنِ تشخیص توسط مصرف‌کننده به‌کار رفته‌اند.

در ادامه به بررسی انواع سیستم‌های ارت خواهیم پرداخت.

هم‌بندی در سیستم ارت

هم‌بندی در سیستم ارتینگ یعنی ایجاد یک اتصال الکتریکی بین دو بخش رسانا برای عبور جریان برق گفته می‌شود. از مزایای مهم آن می‌توان به کاهش شوک الکتریکی اشاره نمود.

انواع سیستم ارت

امروزه به‌طورکلی سه نوع سیستم ارت مورد استفاده قرار می‌گیرد که شامل سیستم ارت IT، TT، TN است.

سیستم ارت IT

در سال ۱۹۲۴ اولین سیستم‌های ارت اجرا‌شده از نوع IT بودند. این سیستم با اتصال زمین به بدنه‌ی فلزی وسایل مانع از آسیب‌رسیدن وسایل و جان افراد می‌شد.

ضعف این سیستم‌؛ عدم اتصال قسمتی از منبع برق به زمین (سیستم ارت) بود. یکی دیگر از نقاط ضعف این سیستم غیرقابل‌اطمینان‌بودن آن است؛ زیرا گاهی‌اوقات شخص از برق‌گرفتگی نجات پیدا می‌کرد یا دچار برق‌گرفتگی می‌شد. اما تا حد زیادی این حوادث را کنترل می‌کرد. جالب است بدانید! در همین سال (۱۹۲۴) توسط انجمن مهندسین برق و الکترونیک (IEEE)، اتصال بدنه‌ی تجهیزات به زمین اجباری شد.

 سیستم ارت TT

این سیستم برای رفع ایرادات نوع قبلی یعنی سیستم IT طراحی شد.
در این سیستم مانند نوع قبلی اتصال بدنه‌ی وسایل به زمین همچنان برقرار بود و اتصال بخش نول از منبع به زمین به این سیستم اضافه شد.

اتصال سیم نول به زمین به‌منظور یکسان‌شدن پتانسیل زمین و نول انجام می‌شود. همچنین این کار به ایمنی تجهیزات و افراد کمک می‌کند و مانع از آسیب‌های احتمالی به سیستم برق‌رسانی می‌شود.

سیستم ارت TN

امروزه از سیستم TN برای سیستم‌های برق‌رسانی فشار ضعیف استفاده می‌شود که در کشور ما نیز همین روش مورد استفاده است، تفاوت این سیستم با نوع قبلی، اضافه‌شدن سیم ارت به سیم‌های برق است. می‌توان گفت این سیستم پر استفاده‌ترین سیستم ارت در اکثر نقاط دنیا به‌حساب می‌آید.

این سیستم به سه نوع زیر تقسیم می‌شود:

• سیستم TN-C

حرف c در سیستم TN-C به‌معنی مشترک‌بودن سیم ارت و سیم نول است. در این سیستم نول و ارت با یکدیگر مشترک هستند؛ یعنی با اتصال شینه‌ی نول به سیستم ارت یک سیم مشترک، هم برای اتصال به تجهیزات داریم و هم یک سیم با انرژی خنثی که سیم مشترک یا PEN نام دارد. در این سیستم باید از چندین الکترود به‌صورت پراکنده برای اجرای ارت استفاده شود و به‌هیچ‌وجه نباید از یک الکترود استفاده نشود.

• سیستم TN-S

در سیستم‌های TN-S معمولا باید از غلاف‌های فلزی به‌عنوان هادی حفاظتی استفاده شود. در این سیستم سیم خنثی به چاه ارت متصل است؛ اما سیم‌های ارت و نول با یکدیگر جدا هستند. یعنی هم در قسمت تجهیزات و هم در قسمت منبع، از یکدیگر جداگانه هستند. ازاین‌رو حرف s در نام این سیستم به‌منظور جدابودن سیم نول و ارت نوشته می‌شود. سیمه برای مدارهای با سطح مقطع کمتر از ۱۰ میلی متر مربع و تجهیزات پرتابل الزامی است. باید توجه داشته باشید این سیستم ارت به‌صورت پنج سیمه است و در اتصال این سیم‌ها لازم است دقت داشته باشیم.

• سیستم TN-CS

در سیستم TN-C-S ابتدا دو سیم نول و زمین (سیم ارت) با یکدیگر مشترک هستند و سپس از جایی به بعد از یکدیگر جدا شده‌اند و به‌صورت دو سیم جداگانه در شبکه‌ی برق وجود دارد. یعنی در قسمت تغذیه، کارها و سیم‌های مربوط به نول و سیم ارت (هادی حفاظتی) در یک سیم انجام‌شده ولی در قسمت تاسیسات، اتصالِ آن‌ها توسط دو سیمِ جدا صورت گرفته است.

نحوه‌ی کار سیستم اِرت

تصور کنید! قصد مسافرت با اتومبیل شخصی به شهری دیگر دارید، ترجیح می‌دهید از مسیر خاکی کنار جاده حرکت کنید یا از آسفالت بزرگراه؟! به‌طورکلی نحوه‌ی حرکت برق نیز به این صورت است؛ همیشه تمایل به حرکت در مسیرهای صاف و راحت دارد. با کاهش مقاومت زمین در اجرای سیستم ارت این مسیر را برای برق هموار می‌کند و درنهایت موجب خنثی‌شدن آن در زمین می‌شویم.

جالب است بدانید! مقاومت بدن انسان از ۱۰۰۰ اهم تا ۳۰۰۰ اهم است؛ درصورتی‌که مقاومت یک سیستم ارت به کمتر از ۸ اهم می‌رسد. پس به‌دلیل کم‌بودن مقاومت سیستم ارت نسبت به بدن انسان در صورت نشتی جریان در یک وسیله با برخورد دست شما به آن، به این دلیل که قبل‌تر این جریان‌ها به سیستم ارت منتقل شده‌اند و دیگر خطری شما را تهدید نمی‌کند.

سیستم‌های ارتینگ علاوه‌براینکه از نظر ساختار متفاوت اند، یعنی سیستم‌های IT، TT، TN و… بلکه روش‌های مختلفی در اجرای الکترودِ ارت (جسم رسانا که از یک طرف به زمین و از طرف دیگه به سیم ارت متصل است)، دارد. الکترود در سیستم‌های ارتینگ موجب متصل‌شدن سیم ارت به زمین می‌شود. تجهیزات و شبکه‌های متصل به سیم ارت به‌همین‌طریق به زمین وصل می‌شوند.

انواع اجرای الکترود زمین

به‌طورکلی در اجرای الکترود زمین، دو روش سطحی و عمقی وجود دارد. عبارتند از:

• سیستم ارت عمقی (چاه ارت)‌

اجرای این روش، با کندن چاه ارت صورت می‌گیرد و باتوجه‌به رطوبت، آب‌وهوا، عمق این چاه متفاوت است. با کار گذاشتن صفحه‌ی مسی، سبد مسی، ریختن بنتونیت و خاک کاهنده امکان کاهش مقاومت فراهم می‌شود؛ انرژی‌های اضافی راحت‌تر تخلیه می‌شوند. به‌دلیل اینکه موضوع چاه ارت دارای مطالب گسترده‌ای است، تیم تولید محتوای باملو مطالبی جداگانه در رابطه با چاه ارت در اختیار شما قرار داده‌اند. می‌توانید مطلب چاه ارت چیست؟ را مطالعه کنید.

• سیستم ارت سطحی

سیستم ارتینگ سطحی در مناطقی که امکان حفاری محدود است، کاربرد زیادی دارد؛ زیرا نسبت‌به روشِ عمقی نیاز به حفاریِ کمتری دارد. می‌توان گفت حفاری در روش عمقی حداکثر به ۸۰ سانتی‌متر می‌رسد.

سیستم‌های ارت سطحی، خود به ۶ روش زیر تقسیم می‌شوند:

1. ارت به‌روش راد کوبی ROD

در اجرای این روش به ۵ الی ۸ عدد میله‌ی راد مسی (کاپر باند) با ارتفاع ۲ متر و سایر اتصالات نیاز داریم. روش اجرا به‌صورتی است که ابتدا محل مورد نظر را برای اجرا انتخاب می‌کنیم. انتخاب محل اجرا معمولا باغچه‌ها، فضای سبز و در کل قسمت‌های مرطوب خاک هستند که این موضوع هم برای روش‌های عمقی و هم تمام روش سطحی در نظر گرفته می‌شود.

پس از انتخاب محل، این میله‌ها به‌صورت عمودی در خاک قرار می‌گیرند و همه با یکدیگر از طریق سیم مسی و جوش کدولد (جوش احتراقی) اتصال پیدا می‌کنند. میله‌های مسی (راد مسی) به‌طوری در زمین کوبیده می‌شوند؛ تا تنها حدود ۲۰ سانتی‌متر از آن‌ها خارج از خاک باقی بماند. نوع چینش این میله‌ها در زمین نیز معمولا به‌صورت خطی و یا دایره‌ای شکل است.

2.  ارت حلقه‌ای RING (پنج حلقه)

روش ارت حلقه‌ای شباهت زیادی به سیستم ارت عمقی دارد؛ زیرا برای اجرای این روش باید چاهی مشابه چاه ارت حفر کنیم. در اجرای این روش، پنج حلقه سیم که به یکدیگر متصل‌اند را درون حفره (چاه) قرار می‌دهیم. این حلقه‌ها باید از طریق سیم مسی به بیرون از چاه اتصال پیدا کنند.

از طریق جوش کدولد و اتصالات مناسب راه را برای عبور جریان هموار و با ریختن بنتونیت مقاومت چاه و اتصال حلقه‌ها با خاک را تقویت می‌کنیم. در آخر چاه را پر و سیم ارت را به شینه مسی متصل می‌کنیم. باید توجه داشت که به‌دلیل به‌وجودآمدن بار سلفی در روش پنج حلقه، نباید از این روش به‌عنوان الکترود صاعقه‌گیر استفاده کرد.

3. ارت پنجه کلاغی (شعاعی)

در روش پنجه کلاغی نیاز به بنتونیت، کلمپ، تسمه‌ی مسی و سایر تجهیزات داریم. برای اجرای این روش ابتدا شیارهایی به‌صورت ستاره و پنجه‌ای ایجاد می‌کنیم و تسمه‌های مسی را در داخل شیارها قرار می‌دهیم و پس از آن، تسمه‌های مسی را به میله رادهای کوبیده‌شده در زمین، متصل می‌کنیم. سپس بنتونیت و مواد کاهنده‌ی مقاومت را روی تسمه‌ها و میله‌ها می‌ریزیم تا حداکثرِ تماس را بین آن‌ها و خاک برقرار کنیم. در اخر از طریق تسمه یا سیم ارت، الکترود را به شینه ارت و مکان مورد نظر اتصال می‌دهیم.

4.  ارت سبدی
در سیستم ارت سبدی در ابتدا سبدی از سیم مسی بافته می‌شود. در این روش نیز نیاز به حفاری عمیق‌تر داریم.
این سبد باید متناسب با عرض و عمق چاه بافته شود؛ تا بهترین عملکرد را ارائه دهد. پس از انتخاب محل چاه و بافت سبد مسی نوبت به ریختن مواد کاهنده و جایگذاری سبد ارت می‌رسد؛ پس از آن حفره را با بنتونیت و خاک پر می‌کنیم. پس از بررسی‌های افراد متخصص و تست، سیستم ارت قابل‌استفاده می‌شود.

5. ارت شبکه‌ای
در سیستم ارت شبکه‌ای ابتدا با استفاده از سیم مسی، یک شبکه‌ی شطرنجی شکل می‌سازیم و اتصال سیم‌های مسی را از طریق جوش برقرار می‌کنیم.
سپس چاله‌ای با ارتفاع ۴۰ تا ۵۰ سانتی‌متر حفر می‌کنیم تا ۲۰ سانتی‌متر از چاله را با بنتونیت پر و قبل از قراردادن شبکه، انشعابات لازم برای اتصال سیستم ارت به وسایل یا دکل را متصل می‌کنیم. پس از جای‌گذاری شبکه تا ۲۰ سانتی‌متر بالای شبکه را از بنتونیت پر می‌کنیم.

6. ارت ترکیبی گاهی‌اوقات به‌دلیل بزرگ‌بودن پروژه از روش ترکیبی استفاده می‌شود. به‌عنوان‌مثال یک کارخانه که تجهیزات زیادی تشکیل شده است طبیعتا نیاز به حفاظت و ایمنی بیشتری دارد. از این رو از سیستم‌های ارت مختلفی در آنجا بهره برده می‌شود. نصب صاعقه‌گیر نیز دلیلی دیگر برای اضافه‌شدن یک سیستم ارت جداگانه است. در روش ترکیبی می‌توان روش‌های مختلف را در کنار هم قرارداد و از آن جواب گرفت.

فواید سیستم ارت

• جلوگیری از بروز اختلال و نویز در شبکه‌های مخابراتی
• محافظت از جان افراد در برابر برق‌گرفتگی
• حذف‌شدن ولتاژهای ناگهانی و جلوگیری از به‌وجودآمدن ولتاژ اضافه
• در سیستم‌های مخابراتی و گیرنده‌های رادیویی کمک به کنترل و انحراف امواج مضر RF می‌کند.
• جلوگیری از خرابی و آسیب‌رسیدن به وسایل الکتریکی
• سیستم ارت مقدار ولتاژ را تثبیت می‌کند.

کاربری‌های سیستم ارتینگ

سیستم‌های ارت در مکان‌ها و تاسیسات متعددی حضور دارند و موجب حفاظت از جان و مال انسان می‌شود. موارد زیر از جمله مکان‌هایی هستند که امروزه سیستم ارتینگ در آن‌ها اجرا می‌شود و کاربرد دارد.

• • ساختمان‌ها (مسکونی و اداری)
  • صنعت دوربین مداربسته
  • دکل‌های مهاری
  • ایستگاه‌های مترو
  • دکل‌های مخابراتی
  • استادیوم‌های ورزشی و زمین فوتبال
  • برج‌های روشنایی
  • نیروگاه‌های خورشیدی
  • صنایع ساخت سوله
  • محل مخازن سوخت
  • محل مخازن نفت
  • تاور کرین‌ها
  • تجهیزات هوانوردی
  • تجهیزات هواشناسی
  • انبارهای نگهداری

انواع الکترود در سازه‌ها

به‌طورکلی دو نوع الکترود ارت وجود دارد؛ الکترود طبیعی و الکترود مصنوعی.

الکترودهای طبیعی الکترودهایی هستند که در حالت عادی در ساختمان‌ها و سازه‌ها وجود دارند مانند لوله‌های زیرزمینی آرماتوربندی و فلزاتی که با زمین در تماس هستند. الکترودهای مصنوعی الکترودهایی‌ هستند که در طی اجرای سیستم‌های ارت در سازه‌ها اضافه می‌شوند و اتصال را با زمین برقرار میکنند که شامل صفحه مسی، میله ارت، سبد مسی، حلقه‌ی سیم مسی و تسمه‌ها می‌شوند. راجع‌به الکترودهای طبیعی باید اضافه کرد که تا حد ممکن از این الکترودها استفاده نشود. زیرا موجب خطراتی از قبیل برق‌دارشدن لوله‌های ساختمان، می‌شود.

اندازه‌گیری و تست سیستم ارت

پس از اتمام مراحلِ اجرای سیستم ارت، نیاز داریم تا از کارکرد سیستم ارتینگ خود اطمینان حاصل کنیم. تست سیستم ارت دارای روش‌های مختلفی است ولی بهترین روش برای این کار استفاده از ارت تسترها است که امکان محاسبه‌ی مقاومت سیستم ارت نیز با این وسیله وجود دارد.
همان‌طورکه می‌دانیم رسیدن به کمترین مقاومت در سیستم ارت، اصلی‌ترین هدف ماست و مهم است که در آخر، مقاومت به‌دست‌آمده را اندازه‌گیری می‌کنیم.

سوالات متداول

• سیستم ارت باید توسط چه کسی اجرا شود؟ ازآنجایی‌که اجرای سیستم ارت موضوعی حساس است و نیاز به‌دقت بالایی دارد، باید توسط افراد ماهر و متخصص در این حوزه صورت گیرد.
• چه جاهایی سیستم ارت نیاز دارد؟ به‌طورکلی مکان‌هایی که از برق استفاده می‌شود، برای حفاظت از جان افراد نیاز به سیستم ارت دارد.
• سیستم ارت باید چند اهم باشد؟ یک سیستم ارتینگ استاندارد باید کمتر از ۱۰ اهم مقاومت داشته باشد و هرچه این مقدار کمتر شود باعث مطمئن‌تر و دقیق‌ترشدن سیستم ارت می‌شود.
• مقاومت بدن انسان چقدر است؟ مقاومت بدن انسان در حالت تَر و مرطوب تا ۱۰۰۰ اهم پایین می‌آید و در حالت خشک تا چند صد هزار اهم بالا می‌رود.
• لوازم ارت رو از کجا بخریم؟ لوازم سیستم ارت باید از کیفیت مناسبی برخوردار باشد؛ ازاین‌رو انتخاب یک فروشگاه معتبر برای خرید تجهیزات ارت یک موضوع مهم است. فروشگاه باملو امکان خرید تجهیزات چاه ارت را با بهترین قیمت و کیفیت مرغوب برای شما عزیزان فراهم کرده است.

جمع‌بندی آنچه مطالعه کردید…

باید در نظر داشت که اجرای یک سیستم ارت تنها به نصب آن منتهی نمی‌شود و نیاز به نگهداری دارد. سیستم ارتینگ با جذب و تخلیه جریان‌های ناشی از حوادث ناگهانی مانند صاعقه، از تخریب تجهیزات و ساختمان‌ها و دکل‌های مهاری یا دکل‌های مخابراتی و تجهیزات روی دکل‌ها جلوگیری می‌کند و ایمنی را افزایش می‌دهد.

نگهداری‌های مربوط به سیستم ارت شامل تجدید رطوبت محل اجرا و بازرسی‌های دوره‌ای می‌شود. در رابطه با موضوعاتی که با جان و مالِ انسان سروکار دارند نباید سهل‌انگاری صورت داد و با افراد متخصص و ماهر مشورت کرد؛ شما می‌توانید هرگونه سوال و یا مشاوره‌ای را از کارشناسان باملو دریافت کنید.