ارت یا زمین کردن چیست ؟

[علیرضا پورحبیب]

ارت یا زمین کردن چیست ؟
 

بسیاری از خطرات برای اشخاص و تأسیسات الکتریکی، بر اثر وجود سیستم اتصال زمین یا ارت ضعیف یا عدم وجود اتصال زمین تجهیزات الکتریکی به وجود می آید. یک سیستم فشار ضعیف زمین شده نسبت به یک سیستم زمین نشده حوادث کمتری برای کارکنان در بردارد. در یک سیستم زمین نشده با وجود متعادل بودن ولتاژ فازها، تماس عمدی یا اتفاقی با هر کدام از فازها ممکن است خطر شوک الکتریکی جدی در برداشته باشد.

 
 

هنگامی که یک اتصالی به زمین (ارت فالت) روی یک فاز سیستم زمین نشده یا سیستم زمین شده رخ می دهد، شخصی که با یکی از فازهای دیگر سیستم و زمین تماس میگیرد، تحت ولتاژی برابر ۷۳ برابر ولتاژ سیستم دارای نول زمین شده قرار می گیرد.

از دیگر خطرات عدم وجود سیستم اتصال زمین مناسب، خطر آتش سوزی و خسارت سنگین تجهیزات و تأسیسات است. پس یکی از راه های پیشگیری از حوادث جانی و تأسیساتی، داشتن اتصال زمین مناسب می باشد.

 
[list]

[*]ارت یا زمین کردن
[/list]

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 کردن یا ارت نمودن 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 می باشد 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. 

هر سیستم اتصال زمین یا ارت دارای دو قسمت جدا ولی مرتبط می باشد:

[list]

[*]یک هادی یا سیم کم مقاومت برای همبندی یا اتصال بدنه های فلزی دستگاه های الکتریکی

[*]یک الکترود یا دسته ای از الکترودهای قرار داده شده در زمین ۲ امین دستیابی به یک سیستم اتصال زمین خوب یا دارای مقاومت استاندارد ممکن است مشکل باشد ولی عوامل اصلی تعیین کننده شامل شکل و جنس الكترود و مقاومت مخصوص خاک است.
[/list]

در حقیقت زمین هادی الکتریسیته است و مقاومت آن بستگی به نوع ترکیبات خاک دارد مثلا در قسمتی که شن و ماسه خشک و قلوه سنگ باشد مقاومت زمین خیلی زیاد بوده ولی خاک مرطوب و رس دارای مقاومت کم است.

 
                                                                                                                  سیستم اتصال زمین
 
[list]

[*]استفاده از زمین به منزله یک سیم برای برگشت جریان
[/list]

در صورت ارت یا زمین کردن اگر چه مقاومت زمین به طور نسبی زیاد است، ولی هادی جریان بوده، آن را در جهات مختلف نقاط زمین عبور می دهد. همین امر باعث می شود که سطح مقطع مسیر عبور جریان افزایش یابد و مقدار شدت جریان کمتر شود. به این ترتیب افت ولتاژ نیز کمتر می شود. (V= IR)

از خاصیت هدایت زمین جهت برگشت جریان در سیستم های تولید و انتقال نیرو استفاده می شود و جریان بارهای نامساوی از طریق زمین به منبع تولید نیرو برگشت می کند برای مثال، در شکل زیر اگر جریان فاز A بیشتر از دو فاز دیگر باشد، جمع برداری جریان ها در نقطه N (نول) صفر نبوده جریان اضافی از طریق زمین به منبع نیرو برگشت می نماید.

 
                                                     برگشت جریان از طریق زمین
 

همچنین چنانچه در یکی از فازهای سیستم، اتصالی بروز کند (مثلاً مقره خط بشکند و با زمین تماس پیدا کند، با این تماس در اثر برخورد شاخه درخت و غیره باشد) جریان از طریق زمین برگشت می نماید. معمولاً برای رفع این اتصالی، با استفاده از دستگاه های حفاظتی رله، جریان های اضافی و جریانی که در نقطه خنثی عبور می کند، اندازه گیری می شود و قسمت معیوب از سیستم جدا می گردد. در ضمن هنگام اتصال زمین شدن هر یک از فازها، ولتاژ دو فاز دیگر افزایش می یابد. بنابراین زمین کردن نقطه خنثی سبب می شود که در افزایش این ولتاژ محدودیت حاصل شود و در نتیجه، سیستم در مقابل ازدیاد ولتاژ حفاظت گردد.

                                          برگشت جریان اتصالی از طریق سیستم اتصال زمین
 
[list]

[*]مزایای ارت یا زمین کردن
[/list]

۱ – درست عمل کردن دستگاه های برقگیر.

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 زدگی.

۵- حفاظت دستگاه های الکتریکی.

 
[list]

[*]انواع ارت یا زمین کردن
[/list]

در تأسیسات برقی دو نوع زمین کردن (ارت) وجود دارد: زمین کردن حفاظتی و زمین کردن الکتریکی.

 
[list]
[list]
[*] زمین کردن حفاظتی
[/list][/list]

عبارت است از زمین کردن کلیه قطعات فلزی تأسیسات الکتریکی که در ارتباط مستقیم با مدار الکتریکی نیستند. این روش به خصوص برای حفاظت اشخاص در مقابل ولتاژ تماسی به کار می رود.

در صورت اتصال یک سیم برقدار به بدنه هادی دستگاه الکتریکی، اختلاف پتانسیلی بین بدنه دستگاه و زمین به وجود می آید و اگر شخصی بدنه دستگاه را لمس کند، بین محل تماس بدن او به دستگاه و زمین ولتاژی به نام ولتاژ تماسی ایجاد می شود.

در صورت بیشتر بودن آن از ۵۰ ولت خطرناک خواهد بود. مثال اگر یک مقره اتکایی که روی دیوار مرطوبی نصب شده بشکند و هادی فشار قوی با دیوار تماس پیدا کند و جریان پیدا کند و جریان اتصال زمین در این حالت ۲۵ آمپر و مقاومت هر متر دیوار ۱۰ اهم باشد، بین دو نقطه از دیوار که انسان با آن تماس دارد (فاصله دست و پا تقریبا ۲ متر) اختلاف سطح الکتریکی برابر است با:

 ولت ۵۰۰ = ۱۰×۲×۲۵ =v= IR

برای جلوگیری از برق گرفتگی در اثر تماس با بدنه برق دار دستگاه های الکتریکی از محافظ جان استفاده می شود. محافظ جان جریان نشتی را تشخیص می دهد و مدار را قطع می کند. 

 

 

 

 

[list]
[list]
[*]زمین کردن الکتریکی
[/list][/list]

یعنی زمین کردن نقطه ای از دستگاه الکتریکی که جزیی از مدار الکتریکی است؛ مثل زمین کردن مركز ستاره سیم پیچی ترانسفورماتور یا ژنراتور.

این زمین کردن به خاطر کار صحیح دستگاه ها و جلوگیری از ازدیاد فشار الکتریکی فازهای سالم نسبت به زمین در موقع تماس یکی از فازها با زمین صورت می گیرد؛ مثال زمین کردن سیم نول شبکه و سی مرکز ستاره ترانسفورماتور سه فاز و ترمینال K ثانویه C.T و P.T (ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ).

 
[list]

[*]مقاومت اتصال زمین
[/list]

مقاومت زمین اثر بسیار مهمی بر تأسیسات الکتریکی دارد. اولا به دلایل ایمنی، بیشتر تأسیسات الکتریکی به زمین اتصال یا ارت شده اند ثانية بعضی از خطوط انتقال dc (جریان مستقیم) ولتاژ بالا، از زمین به عنوان هادی برگشتی استفاده میکنند تا جریانی حدود چند آمپر را حمل کنند دوماً چون زمین هادی نسبتا خوبی است یک مسیری برای جریان های نشتی مختلف ایجاد می نماید.

مقاومت مخصوص خاک بین ۵ اهم متر تا ۵۰۰۰ اهم متر بستگی به ترکیبات آن (خاک رس، شن، گرانیت و غیره) و درجه رطوبت دارد. مثلاً در بهار، مقاومت مخصوص خاک مرطوب ممکن است ۵۰ اهم متر و در طول تابستان که خاک خشک می شود به ۳۰۰ اهم متر برسد. مقاومت مخصوص خاک با درجه حرارت نیز تغییر می کند.

هر چه درجه حرارت به نقطه انجماد نزدیک می شود، مقاومت مخصوص خاک به آهستگی افزایش یافته و سپس همین که درجه حرارت بیش تر کاهش می یابد، مقاومت مخصوص به سرعت افزایش پیدا می کند.

 
[list]
[list]
[*]مقاومت بین دو الکترود یا میل زمین
[/list][/list]

زمین علی رغم مقاومت مخصوص بالایش، به دلیل سطح مقطع عظیمی که برای عبور جریان ایجاد می کند هادی بسیار خوبی است. برای مثال اگر یک ولتاژ (E) بین دو الکترود که در زمین قرار داده شده اعمال گردد، ملاحظه می شود که مانند مسیری که در شکل زیر نشان داده شده جریان در تمام حجم زمین عبور می کند.

 

 

حتی اگر دو الکترود چندین کیلومتر از هم دور باشند، مقاومت بین آنها نسبتاً پایین باقی می ماند. چهار مقاومت در مدار شکل فوق قابل تشخیص می باشد.

١- مقاومت الکترودهای فلزی: قابل اغماض

۲- مقاومت اتصال بين الكترودها و خاک: قابل اغماض

٣- مقاومت خاک اطراف هر الکترود: مهم می باشد (این مقاومت اساسا بستگی به طبیعت خاک و عمق الكترودها دارد).

۴- مقاومت زمين بين الكترودها: قابل اغماض

تجربه نشان داده است که مقاومت اساسا در شعاع ۱۰ متری اطراف هر الکترود متمرکز شده و خارج از این محدوده دایره ای شکل، قابل اغماض می باشد؛ در نتیجه فاصله بین الکترودها. مقاومت بین آن ها را تغییر نمی دهد مگر این که الکترودها خیلی نزدیک یکدیگر باشند.

 
[list]
[list]
[*]مقاومت مخصوص زمین
[/list][/list]

عبارت است از مقاومت یک متر مکعب از زمین به ابعاد ۱×۱ متر که بین دو الکترود صفحه ای سنجیده شده باشد. البته این مقاومت به نوع مواد تشکیل دهنده زمین بستگی دارد.

 
[list]

[*]نقاطی که معمولاً در سیستم های توزیع باید زمین شوند
[/list]

۱- یکی از دو سیم ثانویه ترانسفورماتور تک فاز دو سیمه

۲ – سیم نول یک سیستم تک فاز سه سیمه فشار ضعیف

۳- سیم نول یک سیستم سه فاز چهار سیمه فشار ضعیف

۴- مرکز ستاره ترانسفورماتور سه فاز

۵- ترمینال زمین هر برقگیر

۶- بدنه یا محفظه کلیه دستگاه های برقی و ترانسفورماتورهای هوایی و زمینی

۷- یک سیم ثانویه، هر کدام از ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ

۸- سیم نول کلیه مشترکان در محل ورود برق به مکان آن ها در محل کنتور)

 
 
[list]

[*]دلیل زمین کردن شبکه فشار ضعیف و ثانویه ترانسفورماتور
[/list]

دلیل زمین کردن مدار ثانویه با فشار ضعیف ترانسفورماتور این است که در مقابل ولتاژهای اضافی به وجود آمده بر اثر عوامل خارجی حفاظت شود. برای مثال، ممکن است سیم طرف اولیه (فشار قوی) بریده شده بر روی شبکه فشار ضعیف بیفتد و یا این که عایق داخل ترانس بشکند و سیم پیچ اولیه (فشار قوی) به سیم پیچ ثانویه (فشار ضعیف) اتصالی کند.

اگر در این موقع شخص نقطه ای از شبکه فشار ضعیف یا نقطه های از ترانسفورماتور مثل رادیاتور با مخزن آن را لمس کند دچار شوک بسیار شدیدی خواهد شد، همچنین صدمات زیادی به متعلقات روی سیستم فشار ضعیف وارد خواهد شد. اما اگر ثانویه (فشار ضعیف) زمین شده باشد، شکست عایق ترانسفورماتور با قسمت های دیگر فشار قوی باعث می  شود که فیوزهای طرف اولیه (فشار قوی) بسوزد و در نتیجه، قسمت معیوب مدار از منبع تغذیه جدا شود.

همچنین ممکن است ترانسفورماتورها طوری نصب شده باشند که شخص در حالی که با زمین اتصال دارد بدنه آن را لمس کند. بنابراین برای حفاظت جان افراد باید ثانویه های ترانسفورماتورها و ترانسفورماتورهای اندازه گیری زمین شوند.