مراحل اجرای سیستم ارت به روش های مختلف

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: ارت (earth) به معناي زمين مي باشد که در صنعت برق به آن سيستم اتصال زمين ميگويند.

وظيفه اصلي سيستم ارتينگ اين است که هر جريان الکتريکي که وارد اين سيستم شد را به طور کامل به زمين منتقل کند. سيستم ارتينگ متشکل از چاه ارت و سيم متصل به چاه ميباشد.

اگر ما بدنه تمام دستگاههاي برقي اعم از صنعتي و مخابراتي و خانگي و…و يا به طور کلي هرنوع مصرف کننده برق را توسط يک رشته سيم به سيم اتصال به زمين متصل کنيم، يک سيستم ارتينگ ايجاد کرده ايم.

هدف از ايجاد اين سيستم اين است که اگر هريک از سيم هاي فاز و يا سيم نول به هر طريقي به بدنه دستگاه اتصال يابد و مدار الکتريکي مورد نظر دچار نشتي جريان شود؛اين نشتي جريان توسط سيم ارت به زمين منتقل شده و از برق گرفتگي و يا در مواردي اتصالي دستگاه جلوگيري مي شود.

در مواردي به اشتباه بدنه مصرف کننده هاي خانگي را به لوله هاي آهني آب و يا گاز و يا حتي به اسکلت ساختمان اتصال مي دهند که اين کار بسيارخطرناکي است که منجر به برق گرفتگي هاي کشنده ميشود.

درهنگام اتصال کامل سيم هاي فاز به سيم ارت فيوز مربوط به آن فاز عمل کرده و جريان را قطع مي کند و در هنگام اتصال کامل سيم نول به سيم ارت اگر مدار ارتينگ داراي فيوز محافظ جان(FI )باشد،اين فيوز از ۳۰ ميلي آمپر نشتي جريان به بالا را قطع مي کند و باعث قطع کامل جريان فاز و نول ميشود.

لازم به ذکر است که سيم ارت و سيم نول به ظاهر از نظراينکه بي برق هستند بسياربه يکديگر شبيه هستند ولي در عمل دوسيم مستقل از هم وعملکردي متفاوت از يکديگر دارند؛و هيچگاه نمي توان از يکي بجاي ديگري استفاده کرد.

سيستم ارتينگ امروزه کاربردي همانند خود برق را داراست و از اهميت بسيار ويژه اي برخوردار است.چنانکه در مخابرات به سيستمهاي ارتينگ بسيار حساس و دقيق براي جلوگيري نويز در شبکه نياز است و نيز در شبکه هاي انتقال و توزيع برق کاربرد فراوان دارد؛شبکه هاي برق گير بدون سيم ارت عملا بلا استفاده هستند.

در سال های دور ,حدودا در ۲۰۰سال پیش اساسا مفهومی 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.

در حال حاضر در اکثر 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 می گویند.

اهداف کلی اجرای سیستم ارتینگ

۱-کارکرد صحیح تجهیزات حفاظتی

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

۳-کاهش ولتاژ گـام و تماس در مواقع بروز اختلاف پتانسیل های خطرناک

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

روشهای اجرای ارت (زمین حفاظتی)

بطور كلي جهت اجراي ارت و سيستم حفاظتي دو روش كلي وجود دارد كه ذيلاً ضمن بيان آنها ، موارد استفاده و تجهيزات مورد نياز هر روش و نحوه اجراي هر يك بيان مي‌گردد .

۱ـ زمين عمقي :

در اين روش كه يك روش معمول مي باشد از چاه براي اجراي ارت استفاده مي شود.

۲- زمين سطحي:

در اين روش سيستم ارت در سطح زمين (براي مناطقي كه امكان حفاري عميق در آنها وجود ندارد) و يا در عمق حدود ۸۰ سانتيمتر اجرا مي گردد.

در چه شرايطي از روش سطحي براي اجراي ارت استفاده نمائيم ؟

 در مكانهايي كه :

ـ فضاي لازم و امكان حفاري در اطراف سايت وجود داشته باشد .

ـ ارتفاع از سطح دريا پائين باشد مانند شهرهاي شمالي و جنوبي كشور .

ـ پستي و بلندي محوطه سايت كم باشد .

ـ فاصله بين دكل و سايت زياد باشد .

با توجه به مزاياي روش سطحي اجراي ارت به اين روش ارجحيت دارد.

اجرای ارت به روش عمقی

۱-انتخاب محل چاه ارت :

چاه ارت را بايد در جاهايي كه پايين‌ترين سطح را داشته و احتمال دسترسي به رطوبت حتي‌الامكان در عمق كمتري وجود داشته باشد و يا در نقاطي كه بيشتر در معرض رطوبت و آب قرار دارند مانند زمينهاي چمن ، باغچه‌ها و فضاهاي سبز حفر نمود.

۲- عمق چاه
با توجه به مقاومت مخصوص زمين ، عمق چاه از حداقل ۴ متر تا ۸ متر و قطرآن حدودا ۸۰ سانتيمتر مي تواند باشد. در زمين هايي كه با توجه به نوع خاك داراي مقاومت مخصوص كمتري هستند مانند خاكهاي كشاورزي و رسي عمق مورد نياز براي حفاري كمتر بوده و در زمينهاي شني و سنگلاخي كه داراي مقاومت مخصوص بالاتري هستند نياز به حفر چاه با عمق بيشتر مي باشد. براي اندازه گيري مقاومت مخصوص خاك از دستگاههاي خاص استفاده مي گردد. در صورتي كه تا عمق ۴ متر به رطوبت نرسيديم و احتمال بدهيم در عمق بيشتر از ۶ متر به رطوبت نخواهيم رسيد نيازي نيست چاه را بيشتر از ۶ متر حفر كنيم . بطور كلي عمق ۶ مترو قطر حدود ۸۰ سانتيمتر براي حفر چاه پيشنهاد مي گردد.

محدوده مقاومت مخصوص چند نوع خاك در جدول زير آمده است.
نوع خاك                           مقاومت مخصوص زمين ( اهم متر )
باغچه‌اي                                             ۵ الي ۵۰
رسي                                                 ۸ الي ۵۰
مخلوط رسي ، ماسه‌اي و شني             ۲۵ الي ۴۰
شن و ماسه                                      ۶۰ الي ۱۰۰
سنگلاخي و سنگي                          ۲۰۰ الي ۱۰۰۰۰

۳- اتصال سيم به صفحه مسي

اتصال سيم به صفحه مسي بسيار مهم مي باشد و هرگز و در هيچ شرايطي نبايد اين اتصال تنها با استفاده از بست ، دوختن سيم به صفحه و يا … برقرار گردد.بلكه حتما بايد سيم به صفحه جوش داده شود و براي استحكام بيشتر با استفاده از ۲ عدد بست سيم به صفحه ( رديف ۱۵ جدول مصالح مورد نياز )بسته شده و محكم گردد.براي جوش دادن قطعات مسي به يكديگر از جوش برنج يا نقره استفاده شود و در صورت عدم دسترسي به اين نوع جوش از جوش (Cadweld) استفاده گردد .

۴- حفر چاه ارت
با توجه به شرايط جغرافيايي منطقه چاهي با عمق مناسب و در مكان مناسب (با توجه با راهنماي انتخاب محل چاه ارت ) حفر گردد. شياري به عمق ۶۰سانتيمتر از چاه تا پاي دكل براي مسير سيم چاه ارت تا برقگير روي دكل همچنين براي سيم ارت داخل ساختمان حفر نمائيد. در صورتي كه مسير ۲ سيم مشترك باشد بهتر است مسير دو سيم ايزوله گردند. همينطور مسير سيمها بايد كوتاهترين مسير بوده و سيم ميله برقگير و ارت حتي الامكان مستقيم و بدون پيچ و خم باشد و نبايستي خمهاي تند داشته باشد و در صورت نياز به خم زدن سيم در طول بيش از ۵۰ سانتيمتر انجام گردد.

۵- پر نمودن چاه ارت

۱-۵-ابتدا حدود ۲۰ ليتر محلول آب و نمك تهيه و كف چاه ميريزيم بطوريكه تمام كف چاه را در برگيرد بعد از ۲۴ ساعت مراحل زير را انجام مي دهيم .
۲-۵- به ارتفاع ۲۰ سانتيمتر از ته چاه را با خاك رس و يا خاك نرم پر مينمائيم.
۳-۵- به مقدار لازم (حدود ۴۵۰كيلو گرم معادل ۱۵ كيسه ۳۰ كيلو گرمي)بنتونيت را با آب مخلوط كرده و بصورت دوغاب در مياوريم و مخلوط حاصل را به ارتفاع ۲۰ سانتيمتر از كف چاه ميريزيم هر چه مخلوط حاصل غليظ تر باشد كيفيت كار بهتر خواهد بود.
۴-۵-صفحه مسي را به ۲ سيم مسي نمره ۵۰ جوش ميدهيم اين سيمها يكي به ميله برقگير روي دكل و ديگري به شينه داخل ساختمان خواهد رفت بنابراين طول سيم ها را متناسب با طول مسير انتخاب مي نمائيم.
۵-۵- صفحه مسي را بطور عمودي در مركز چاه قرار مي دهيم
۶- ۵-اطراف صفحه مسي را با دوغاب تهيه شده تا بالاي صفحه پر مي نمائيم
۷-۵- لوله پليكاي سوراخ شده را بطور مورب در مركز چاه و در بالاي صفحه مسي قرار مي دهيم و داخل لوله پليكا را شن ميريزيم تا ۵۰ سانتيمتر از انتهاي لوله پر شود اين لوله براي تامين رطوبت ته چاه مي باشد و در فصول گرم سال تزريق آب از اين لوله بيشتر انجام گردد. لازم بذكر است در مواردي كه چاه ارت در باغچه حفر شده باشد و يا ته چاه به رطوبت رسيده باشد و يا كلا در جاهايي كه رطوبت ته چاه از بالاي چاه يا از پايين چاه تامين گردد نيازي به قراردادن لوله نمي باشد .
۸- ۵-بعد از قراردادن لوله پليكا به ارتفاع ۲۰ سانتيمتر از بالاي صفحه مسي را با دوغاب آماد شده پر مينمائيم.
۹-۵-الباقي چاه را هم تا ۱۰ سانتيمتر بر سر چاه مانده ، با خاك معمولي همراه با ماسه يا خاك سرند شده كشاورزي پر مي نمائيم و ۱۰ سانتيمتر از چاه را براي نفوذ آب باران و آبهاي سطحي به داخل چاه با شن و سنگريزه پر مي نمائيم . روئ چاه مخصوصا در مواقعي كه از لوله پوليكا استفاده نمي گردد نبايد آسفالت شده و يا با سيمان پر گردد.
۱۰-۵-داخل شيار هاي حفاري شده را با خاك سرند شده كشاورزي يا خاك نرم معمولي و يا خاك معمولي مخلوط با بنتونيت پر نمائيد

۶-نصب شينه و ميله برقگير

شينه داخل ساختمان بايد توسط مقره هايي از ديوار ساختمان ايزوله گردد.قطر و طول شينه بستگي به تعداد انشعابات داخل ساختمان دارد .(تمامي تجهيزات داخل ساختمان بايستي بطور جداگانه و موازي به اين شينه متصل گردد.)در حالتيكه دكل روي ساختمان قرار داشته باشد سيم ميله برقگير نبايستي از داخل ساختمان برده شود بلكه بايد خارج از ساختمان سيم كشيده شود و همينطور مسير عبوري سيم ارت به داخل ساختمان تا شينه ورودي ساختمان بايد عايق دار باشد.در پاي دكل توسط بست ، سيم ميله برقگير به يكي از پايه هاي دكل خيلي محكم متصل شود و تا بالاي دكل به ميله برقگير متصل گردد. لازم بذكر است مسير ميله برقگير از كابلهايي كه به آنتنها مي روند بايد جدا باشد .

 

اجرای ارت به روش سطحی

هفت روش براي اجراي زمين سطحي وجود دارد كه عبارتند از :

۱- ROD      

۲- RING  

۳-  پنجه اي (شعاعي)

۴-مختلط

۵-  حلزوني

۶- الكتروشيميايي

۷- شبكه اي

اجراي ارت به روش ROD كوبي

مصالح مورد نياز
مصالح مورد نياز همانند روش عمقي مي باشد با اين تفاوت كه به جاي صفحه مسي از ميله هاي مغز فولادي 1.5 متري و با قطر 14 ميليمتر و با روكش مس استفاده مي نمائيم.
روش اجرا
كانالي به عمق 80 سانتيمتر و عرض 45 سانتيمتر و طول X حفر مي نمائيم طول كانال را به دو روش ميتوان تعيين نمود.

الف – اندازه گيري مقاومت مخصوص خاك و انجام محاسبات لازم

ب – به روش تجربي كه در ادامه شرح داده مي شود.

ج- چنانچه سايت داراي دكل خود ايستا مي باشد براي حفر كانال از فاصله بين اتاق تجهيزات و دكل و همچنين اطراف دكل استفاده شود .

د- چنانچه دكل روي ساختمان قرارداشته حفاري با در نظر گرفتن اتاق دستگاه و دكل در مسيري كه زمين رطوبت بيشتري دارد انجام گيرد.

ه – پس از آماده شدن كانال ۲ ميله به فاصله ۳متر از يكديگر در زمين ميكوبيم به گونه اي كه حدود ۱۵ سانتيمتر از ميله ها بيرون بمانند سپس ۲ميله را با كابل مسي يا كابل برق به هم وصل نموده و با دستگاه ارت سنج مقاومت زمين ايجاد شده را اندازه ميگيريم ، چنانچه مقاومت نشان داده شده با دستگاه بالاي ۴ اهم بود ميله ديگري به فاصله ۳ متر از ميله دوم ميكوبيم و با اتصال ۳ ميله به هم مقاومت زمين ايجاد شده را اندازه گيري مي نمائيم . اينكار را تا زماني كه مقاومت اندازه گيري شده به زير ۴ اهم برسد ادامه مي دهيم بعد از آنكه به تعداد كافي ميله كوبيده شد سيمي را كه به شينه مسي نصب شده در اتاق دستگاه متصل است به تك تك ميله ها جوش داده و به سمت دكل ميبريم.

و – براي پر نمودن كانال ابتدا با بنتونيت روي سيم مسي را پوشانده (در زمينهايي كه رطوبت كافي ندارند) و سپس با خاك سرند شده كشاورزي يا خاك نرم كانال را پر مي نمائيم.

ز – مقاومت زمين اجرا شده را اندازه گيري نموده و ثبت مينمائيم ( بعد ازپر كردن كانال مقاومت زمين اندازه گيري شده كاهش خواهد داشت و بايد كمتر از ۳ اهم باشد.)

نكته : در مناطق سردسير عمق كانال حفاري شده و بطور كلي مسير عبور كابل مسي خيلي مهم مي باشد و نبايد در معرض يخبندان قرار گيرد . تاثير كاهش درجه حرارت بر افزايش مقاومت سيستم زمين به شرح زير مي باشد .

ساير روش ها:
روش هاي ديگر در مناطق كوهستاني و سنگلاخي و مكانهاي خاص كاربرد دارد كه بنا به مورد با بازديد از محل و اندازه گيريهاي لازم ميتواند طرح مناسب تهيه گردد

اجراي ارت در ارتفاعات

ارتفاعات كشور را با توجه به نوع زمين و خاك ميتوان به سه دسته تقسيم كرد.
۱-ارتفاعات خاكي كه امكان حفاري و كوبيدن ميله مغز فولادي در آنها وجود دارد.
۲-ارتفاعات سنگلاخي كه امكان حفاري عميق در آنها وجود ندارد ولي ميتوان شيار ايجاد كرد.
۳-ارتفاعات صخره اي

براي حالت اول : به يكي از روش هاي حفر چاه يا كوبيدن ROD ميتوان سيستم ارت را اجرا نمود

در حالت دوم شيارهايي بصورت ستاره و پنجه اي ايجاد نموده و تسمه مسي را در داخل شيار ها خوابانده و براي كاهش مقاومت روي تسمه را با مخلوط خاك و بنتونيت مي پوشانيم .

نكته : كليه اتصالات در زير خاك بايد به يكديگر جوش داده شود .

روش اول :
در زمينهاي صخره اي كه امكان حفاري وجود ندارد با مصالح ساختماني كانال ساخته، تسمه مسي را در كف كانال خوابانده و كانال را با بنتونيت پر مي نمائيم . طول كانال يا كانالها بايد به اندازه اي باشد كه مقاومت اندازه گيري شده زير ۳ اهم گردد. براي گرفتن نتيجه مطلوب ميبايستي داخل كانال بصورت مصنوعي دائما مرطوب نگهداشته شود.

روش دوم:

روش شبكه اي است بدين صورت كه ابتدا شبكه شطرنجي با سيم مسي  بطوريكه نقاط اتصال به هم جوش داده شده درست كرده سپس با مصالح ساختماني آنرا در زمين با بنتونيت به ارتفاع ۴۰cm بطوريكه ابتدا ۲۰cm بنتونيت ريخته سپس شبكه ساخته شده را قرار داده و روي آنرا هم تا ۲۰cm با بنتونيت مي پوشانيم و انشعابهاي لازم جهت دكل و سايت ونقاط ديگر از آن گرفته ميشود متغيير هاي x و y به ميزان مقاومت خوانده شده بستگي دارد .

نكات عمومي و مهم در خصوص سيستمهاي ارت

۱-كليه اتصالات با مفتول برنج يا نقره جوشكاري گردد.سطح جوش بايد CM 6 باشدو جهت اتصالات وجوشكاري رعايت گردد(در مواردي كدولد توصيه ميشود).

۲-ازهرپايه دكلهاي خودايستا هم فونداسيون دكل توسط سيم مسي و بست مخصوص به سيستم ارت و هم پاي دكل به سيستم ارت جوشكاري گردد.

۳-سيم ميله برقگير ازپايه اي كه آنتنهاي كمتري نصب مي شود و با كابلهاي روي لدر حداكثرفاصله را داشته باشد،بدون خمش درمسير ومستقيما به رينگ داخل كانال و از كوتاهترين مسير توسط جوش متصل گردد.

۴-ميله برقگير روي دكل در بالاترين نقطه دكل(با رعايت مخروط حفاظتي با زاويه ۴۵ درجه ) بطوريكه تجهيزات راكاملا پوشش دهد،قرارگيرد و جنس آن تمام مس با آلياژ استاندارد به قطرmm 16 و طول آن بستگي به ارتفاع نصب انتنهاي روي دكل دارد.

۵-شعاع خم سيم مسي حداقل CM20 وزاويه قوس حداقل ۶۰ درجه رعايت گردد(رعايت زاويه خمش سيم مسي )

۶- پايه‌ها و نقاط ابتداوانتهاي لدر افقي به سيستم گراند متصل گردد.

۷-كليه كابلهاي ورودي به سالن دستگاه توسط بست گراند به بدنه دكل و ابتداي لدر افقي(بعد از محل خم شدن كابل)گراند شوند.

۸-به هيچ عنوان در روي دكل،جوشكاري صورت نگيرد.

۹-اتصال از شبكه گراند سيستم اجرا شده به تانكر سوخت ديزل ژنراتور، تانكر آب هوايي ، اسكلت فلزي ساختمان و در و پنجره هاي اتاق دستگاه صورت گيرد.

۱۰-اگر سيستمي‌ازقبل‌اجرا شده باشد،سيستم قديم به‌جديد در عمق‌خاك متصل گردند.

۱۱-سيم‌ارت‌ درروي زمين بايد باروكش‌وسيم‌داخل‌كانالها‌ بايد بدون روكش و مستقيم كشيده شود.

۱۲-پركردن كانال بايد با خاك سرند شده كشاورزي يا خاك نرم انجام گردد.

۱۳-ارتفاع نصب شينه مسي CM 50 ازكف تمام شده باشد.

۱۴-شينه داخل اتاق حدالمقدور به چيدمان دستگاهها نزديك باشد.

۱۵-از هر دستگاهي جداگانه سيم ارتي به شينه متصل گردد ( قطر و طول شينه گراند بستگي به تعداد انشعابات آن دارد).

۱۶- در دكلهاي مهاري پر ظرفيت ، مهارهاي دكل بايستي توسط بست مخصوص به گراند اتصال يابد.

۱۷- جهت استفاده ترانس برق شهر در ايستگاههاي مخابرات بايستي گراند جداگانه اجرا گردد.

۱۸- در سايتهاي کامپوتری جهت اجراي سيستم زمين حتي المقدور بايستي از يك زمين با سطح يكنواخت ( بدون شيب ) استفاده نمود.

۱۹- در ايستگاهها بين نول و گراند نبايستي اختلاف ولتاژ وجود داشته باشد.

۲۰- در دكلهاي پر ظرفيت كه ابعاد قسمت بالاي دكل بيشتر از m 2 مي‌باشد نياز به نصب يك عدد برقگير اضافي در سمت مقابل برقگير اول مي‌باشد.

۲۱- در سيم‌كشي داخل محوطه سايت هاي کامپوتری براي چراغهاي روشنايي و ساير موارد بايد از كابل زميني استفاده گردد و در ايستگاههاي بالاي كوه و نقاط دور از شهر نبايد از چراغهاي روشنايي خياباني استفاده شود.

۲۲- استاندارد قابل قبول آزمايش و تحويل اتصال زمين براي سايتهاي كوچك زير ۱۰ اهم و براي سايت هاي بزرگ و مهم زير ۳ اهم مي‌باشد.

 براي طراحي سيستم زمين مراحل كار بدين صورت است كه ابتدا بايد بيشترين مساحت زمين در دسترس جهت احداث سيستم زمين پست، تعيين گردد، سپس بعد از آن بايد يك مسیر بسته در محيط اين زمين ايجادگردد و هاديهاي موازي در داخل اين حلقة محيطي كه موازي هم و همرديف تجهيزات است، قرار داد. براي آنكه تجهيزات را به سيستم زمين متصل نماييم از ميله هايي حلقوي شكل به نام ، پيك تيل (Pick tale) استفاده مي گردد.