سیستم ارت زمین
سیستم زمین چیست؟
سیستم زمین یا Grounding System به مجموعهای از هادیها، الکترودها و اتصالات گفته میشود که با ایجاد ارتباط الکتریکی کنترلشده بین تجهیزات، مدارها و زمین، وظیفه دارد ولتاژها و جریانهای ناخواسته را به زمین منتقل کرده و یک مرجع پتانسیل پایدار برای سیستم الکتریکی ایجاد کند.
برخلاف تصور عمومی، سیستم زمین فقط برای جلوگیری از برقگرفتگی نیست؛ بلکه نقش اساسی در:
1- پایداری ولتاژ
2- عملکرد صحیح تجهیزات الکترونیکی
3- کاهش نویز و اختلال
4- حفاظت در برابر اضافهولتاژ و صاعقه
ایفا میکند
تفاوت مفهومی سیستم زمین و سیستم ارت
سیستم زمین مفهوم کلیتری دارد و شامل تمام انواع اتصال به زمین در یک مجموعه میشود.
سیستم ارت معمولاً به بخش حفاظتی سیستم زمین اشاره دارد که هدف اصلی آن حفاظت از جان انسانهاست.
- به بیان ساده:
سیستم ارت ⟵ زیرمجموعهای از سیستم زمین است.
اهداف اصلی اجرای سیستم زمین
اجرای اصولی سیستم زمین با اهداف زیر انجام میشود:
1- ایجاد مرجع ولتاژ پایدار برای سیستم
2- حفاظت از افراد در برابر برقگرفتگی
3- حفاظت از تجهیزات در برابر اضافهولتاژ
4- تخلیه جریانهای نشتی و خطا
5- کاهش نویز الکتریکی
6- افزایش قابلیت اطمینان سیستمهای کنترلی
انواع سیستم زمین و روش های اجرایی آن
انتخاب روش اجرای سیستم زمین به عواملی مانند نوع کاربری مجموعه، شرایط خاک، سطح ایمنی مورد نیاز، نوع تجهیزات الکتریکی و استانداردهای پروژه بستگی دارد. در بسیاری از پروژهها، ترکیبی از چند روش برای رسیدن به بهترین عملکرد استفاده میشود.
1. اجرای سیستم زمین به روش عمقی (Deep Grounding System)
شرح کامل روش اجرا:
در این روش، اتصال زمین از طریق الکترودهایی که در عمق زمین نصب میشوند برقرار میگردد. هدف اصلی رسیدن به لایههایی از خاک است که رطوبت بالاتر و مقاومت الکتریکی کمتری دارند.
الکترودها میتوانند به شکل:
1- میلههای مسی یا فولادی با روکش مس
2- صفحات مسی
3- لولههای فلزی
باشند و معمولاً در عمق ۳ تا ۱۰ متر (و در برخی پروژهها بیشتر) نصب میشوند.
پس از نصب الکترود، فضای اطراف آن با مواد کاهنده مقاومت زمین مانند بنتونیت یا ژلهای رسانا پر میشود تا تماس الکترود با خاک افزایش یابد.
جزئیات اجرایی مهم:
1- اندازهگیری مقاومت ویژه خاک قبل از اجرا
2- انتخاب عمق مناسب بر اساس نوع خاک
3- استفاده از اتصالات جوشی یا کلمپهای استاندارد
4- هدایت هادی زمین تا شینه اصلی زمین
مزایا:
1- مقاومت زمین پایین و پایدار
2- مناسب برای فضاهای محدود
3- قابلیت توسعه در آینده
معایب:
1- هزینه بالاتر نسبت به روشهای ساده
2- نیاز به حفاری تخصصی
کاربردها:
ساختمانها، مراکز اداری، اتاق سرور، تابلوهای برق اصلی
2. اجرای سیستم زمین به روش سطحی یا مش زمین (Ground Grid System)
شرح کامل روش اجرا:
در روش زمین سطحی، شبکهای از سیمها یا تسمههای مسی بهصورت افقی و در عمق کم زمین (معمولاً ۳۰ تا ۷۰ سانتیمتر) اجرا میشود.
این شبکه به شکل مربع یا مستطیل طراحی شده و تمام تجهیزات، سازهها و شینههای زمین به آن متصل میشوند.
هدف این روش، توزیع یکنواخت جریان الکتریکی در سطح زمین و کاهش اختلاف پتانسیل در نقاط مختلف است.
جزئیات اجرایی مهم:
1- طراحی شبکه بر اساس محاسبات مهندسی
2- رعایت فاصله استاندارد بین هادیها
3- استفاده از تسمه مسی با سطح مقطع مناسب
4- اجرای اتصالات با جوش احتراقی
5- همبندی کامل اجزای فلزی
مزایا:
1- ایمنی بسیار بالا
2 کاهش ولتاژ گام و تماس
3- مناسب برای جریانهای بالا
معایب
1- نیاز به فضای زیاد
2- هزینه بیشتر در پروژههای کوچک
کاربردها
پستهای برق، پالایشگاهها، نیروگاهها، سایتهای صنعتی بزرگ
3. اجرای سیستم زمین به روش میلهای (Rod Grounding System)
شرح کامل روش اجرا:
در این روش، از میلههای ارت که معمولاً از جنس فولاد با روکش مس یا مس خالص هستند استفاده میشود. این میلهها بهصورت عمودی در زمین کوبیده میشوند.
طول میلهها معمولاً بین ۱.۵ تا ۳ متر است و در صورت نیاز، چند میله بهصورت موازی یا سری به یکدیگر متصل میشوند تا مقاومت زمین کاهش یابد.
جزئیات اجرایی مهم:
1- انتخاب محل مناسب برای کوبش میله
2- رعایت فاصله مناسب بین میلهها
3- اتصال مطمئن به هادی زمین
4- استفاده از مواد کاهنده مقاومت در خاکهای خشک
مزایا:
1- اجرای سریع و کمهزینه
2- مناسب برای پروژههای کوچک
3- اشغال فضای کم
معایب:
1- محدودیت در کاهش مقاومت زمین
2- وابستگی زیاد به نوع خاک
کاربردها:
دکلها، سیستمهای روشنایی، تابلوهای فرعی، پروژههای موقت
4. اجرای سیستم زمین به روش ترکیبی (Hybrid Grounding System)
شرح کامل روش اجرا:
روش ترکیبی، تلفیقی از روشهای عمقی و سطحی است. در این روش، ابتدا یک مش زمین اجرا شده و سپس چند الکترود عمقی در نقاط کلیدی شبکه نصب میشود.
این ترکیب باعث میشود:
1- جریانها در سطح زمین پخش شوند
2- اضافه جریانها به عمق زمین منتقل گردند
جزئیات اجرایی مهم:
1- اتصال کامل الکترودها به مش زمین
2- همبندی یکپارچه کل سیستم
3- تست مقاومت نهایی پس از اجرا
4- طراحی بر اساس استانداردهای بینالمللی
مزایا:
1- بهترین عملکرد الکتریکی
2- کمترین مقاومت زمین
3- بالاترین سطح ایمنی
معایب:
1- هزینه و زمان اجرای بیشتر
2- نیاز به طراحی تخصصی
کاربردها:
پروژههای حساس، مراکز داده، صنایع نفت و گاز، بیمارستانها
همبندی (Equipotential Bonding) در سیستم زمین
الزامات فنی سیستم زمین
همبندی یعنی اتصال کلیه اجزای فلزی، سازهها، لولهها و سیستمهای مختلف زمین به یکدیگر برای ایجاد پتانسیل یکسان.
مزایای همبندی:
1- جلوگیری از جرقه داخلی
2- کاهش ولتاژ تماس
3- افزایش ایمنی و پایداری سیستم
یک سیستم زمین استاندارد باید:
1- مقاومت زمین مناسب داشته باشد
2- پیوستگی الکتریکی کامل داشته باشد
3- در برابر خوردگی مقاوم باشد
4- مطابق استانداردهای معتبر اجرا شود
استانداردهای مرتبط با سیستم زمین
کاربردهای سیستم زمین
1- IEC 60364
2- IEEE 80
3- IEC 62305
4- استاندارد ملی برق ایران
1- ساختمانهای مسکونی و تجاری
2- کارخانهها و صنایع
3- مراکز داده و اتاق سرور
4- بیمارستانها
5- پستهای برق و نیروگاهها
6- سیستمهای مخابراتی
جهت مشاوره رایگان با کارشناسان ما در ارتباط باشین