سیستم های ارتینگ

ارتینگ یا ارتینگ الکتریکی چیست؟

 برق موجود در سیستم سیم‌کشی خانه شامل الکترون‌هایی است که از سیم‌های هادی جریان جاری می‌شوند و این برق همیشه در جستجوی کوتاه‌ترین راه ممکن برای بازگشت به زمین است. به همین دلیل است که اگر سیم ارت داشته باشد، اتصال به زمین به سیستم برق شما مسیر مستقیمی به زمین می‌دهد و از جریان‌یافتن برق در مسیر دیگر و شوک الکتریکی احتمالی آن جلوگیری می‌کند.
اتصال قطعات فلزی (رسانا) دستگاه یا تأسیسات الکتریکی به زمین (زمین) را ارتینگ یا اتصال به زمین یا سیستم ارت می‌نامند. به‌عبارت‌دیگر، اتصال قطعات فلزی ماشین‌آلات و دستگاه‌های الکتریکی که بدنه فلزی قابل‌لمس دارند به صفحه ارت یا الکترود ارت (که در زمین مرطوب مدفون است) از طریق یک سیم هادی ضخیم (که مقاومت بسیار کمی دارد) به‌منظور ایمنی به‌عنوان ارتینگ یا اتصال به زمین شناخته می‌شود.
در واقع سیستم ارت را می‌توان به‌عنوان اتصال نقطه خنثی یک منبع تغذیه به زمین به‌منظور جلوگیری یا به‌حداقل‌رساندن خطر در هنگام تخلیه انرژی الکتریکی نامید.

***انواع سیستم های ارتینگ یا هر یک از طرح‌های استاندارد عبارتند از IT ،TN-C ،TN-S ،TN-C-S که در ادامه هر یک را به طور مفصل توضیح خواهیم داد:

T برگرفته از کلمه لاتین TERRA به معنی زمین: وجود این حرف به معنی اتصال مستقیم به زمین است.
I برگرفته از کلمه INSULATUM به معنی ایزوله و جدا. به معنی عدم اتصال و یا عدم اتصال به زمین است.
N به معنی اتصال به زمین توسط شبکه الکتریکی است. که در برخی از شبکه‌های الکتریکی به صورت جدا TN-S و برخی به صورت مشترک TN-C است. و در برخی تاسیسات به صورت ترکیبی که به آن سیستم TN-C-S است.
C برگرفته از کلمه COMBINED این عبارت زمانی بکار می‌رود که نول و ارت بایکدیگر متصل شده باشند.
S برگرفته از کلمه SEPERATE زمانی استفاده می‌شود که نول و ارت از یکدیگر جدا و مجزا باشند.

1-سیستم IT:
در سیستم IT بخش تغذیه از زمین ایزوله شده و یا از طریق یک امپدانس به زمین متصل شده است. بخش هادی‌ها در دسترس تاسیسات الکتریکی مستقلا زمین شده‌اند. عموما این سیستم در مکان‌هایی مانند مراکز پزشکی و معادن، در جایی که منابع تغذیه بایستی حتی با وجود خطا در مدار باقی بمانند. همچنین در مکان‌هایی که اتصال به زمین مشکل باشد مانند ژنراتور متحرک.

2- سیستم TN-C:
در این سیستم هادی نول و حفاظتی یکی شده و تنها یک هادی به نام PEN در کل سیستم وجود دارد. چندین اتصال به زمین در طول سیستم وجود دارد. در این سیستم چندین اتصال زمین مورد نیاز است زیرا اگر نول به هر دلیلی قطع شود، در قسمت‌های هادی در دسترس در اتصالات تک فاز، ولتاژ بین فاز و ارت افزایش می‌یابد و در اتصالات سه فاز، بر اساس مقدار بار نامتعادل این ولتاژ تغیر می‌کند.

3-سیستم TN-S:
در این سیستم هادی‌های نول و حفاظتی در کل سیستم از یکدیگر جدا هستند. از معایب این سیستم این است که در زمانیکه هادی حفاظتی مدار باز شود هیچ اشکاری سازی وجود ندارد تا بتواند خطای ایجاد شده را مشخص نماید و تاسیسات بدون سیستم ارت خواهند ماند. در زمانی که خطای زمین بوجود آید در همه قسمت‌های هادی تاسیسات در دسترس، ممکن است ولتاژ به صورت خطرناکی افزایش یابد و در نتیجه تجهیزات حفاظتی خطای زمین به مانند حالتی که هیچ جریانی به زمین انتقال داده نمی‌شود عمل نکنند.

4- سیستم TN-C-S:
در این سیستم در بخش تغذیه هادی‌های نول و حفاظتی با هم یکی شده و تنها یک هادی به نام PEN وجود دارد ولی در بخش تاسیسات مصرف کننده، هادی‌های نول و حفاظتی از یکدیگر جدا می‌شوند. چندین اتصال زمین در طول این سیستم توصیه شده است.

این سیستم همچنین به سیستم حفاظتی ارت شده چندگانه معروف است. هادی PEN به عنوان هادی مشترک نول و ارت در بخش تغذیه ارت شده است. ارت چندگانه تضمین می‌کند که اگر هادی، به هر دلیلی مدار باز شود بخش‌های هادی در دسترس، همچنان ارت شده باقی می‌مانند. تحت چنین شرایطی، ولتاژ منبع تغذیه بین فاز تاسیسات و هادی نول به صورت اساسی کاهش می‌یابد و مصرف کننده‌ها تغییرات ولتاژ غیر قابل قبولی را تجربه می‌کنند.

چرا ارتینگ مهم است؟

هدف اصلی سیستم ارتینگ کاهش احتمال خطرات برق‌گرفتگی و حوادث احتمالی همچون آتش‌سوزی در ساختمان‌ها است. عوامل متعددی می‌توانند سبب ایجاد حوادثی ازاین‌دست شوند. بدنه بسیاری از وسایل برقی فلزی بوده و خرابی و اتصال کوتاه‌، مسیر برق روی بدنه وسیله برقی می‌تواند منجر به برق‌گرفتگی جدی شود. همچنین ایجاد بار الکتریکی ساکن روی وسیله برقی و تخلیه یک‌باره آن به بدن شخص در اثر تماس با قسمت فلزی وسیله برقی مورد دیگری است که می‌تواند منجر به شوک الکتریکی در فرد شود. در موارد دیگر و ایجاد یک اتصال کوتاه، حادثه جدی‌تری همچون آتش‌سوزی در محل را ممکن است به دنبال داشته باشد. حضور ارتینگ و اجرای صحیح آن در ساختمان‌ها سبب می‌شود بار اضافی جریان از مسیر مناسب به زمین تخلیه شود و از حوادث احتمالی آن جلوگیری شود.

ضرورت‌های فنی ایجاد سیستم ارتینگ در ساختمان چیست؟

در قسمت قبل در مورد اینکه سیستم ارتینگ چیست و چه کاربردی دارد صحبت کردیم. اکنون قصد داریم تعدادی از مهم‌ترین اهدافی را که سیستم اتصال به زمین برای آن‌ها انجام‌ می‌شود فهرست کنیم:

•  محافظت در برابر بار اضافی الکتریکی

اغلب ما ممکن است در فصل بارندگی در معرض رعدوبرق قرار بگیریم. چنین رویدادهایی می‌توانند جریان برق بسیار خطرناکی تولید کنند که به وسایل خانه ما مانند تلویزیون، ماشین لباسشویی، یخچال و غیره آسیب می‌رساند. اگر در چنین مواقعی از سیستم ارت به‌درستی استفاده کنیم، برق اضافی بدون اینکه آسیبی به دستگاه وارد شود، مستقیماً به زمین می‌رود و دستگاه ما سالم می‌ماند.

• سطوح ولتاژ را تثبیت می‌کند

هنگامی که در خانه، سیستم الکتریکی به‌صورت صحیح راه‌اندازی شود، توزیع برق مناسب در مکان‌های مختلف را برای شما آسان می‌کند. این موضوع باعث می‌شود که سیستم سیم‌کشی برق خانه در هر زمان اضافه‌بار نداشته باشد. سیستم ارت را می‌توان به‌عنوان یک نقطه مرجع مشترک برای منبع ولتاژ به‌منظور ایجادی سطح ولتاژ پایدار در سراسر سیستم الکتریکی در نظر گرفت.

• زمین با کمترین مقاومت رفتار می‌کند

اهمیت و دلیل اصلی اینکه چرا باید یک وسیله برقی را در خانه یا محل کار خود به ارت وصل کنیم این است که زمین رسانایی عالی است که هر نوع برق اضافی را با حداقل مقاومت عبور می‌دهد.

• از آسیب‌های جدی و مرگ جلوگیری می‌کند

هنگامی که سیستم ارتینگ الکتریکی را در خانه یا محل کار خود پیاده نمی‌کنید، دستگاه و جان خود را به خطر می‌اندازید. وقتی برق زیاد از هر وسیله‌ای عبور می‌کند، یا می‌سوزد یا آسیب جدی و غیرقابل‌تعمیر می‌بیند. از طرفی عبور بیش از حد جریان می‌تواند منجر به آتش‌سوزی شود و منجر به آسیب به اموال و زندگی شود.

سیستمTT

حرف اولT=نقطه خنثی منبع تغدیه مرکز ستاره ثانویه ترانسفورماتور یا ژنراتور مستقیما به زمین وصل می شود

حرف دوم T=بدنه مصرف کننده مستقل از منبع تغدیه به زمین وصل شده (زمین مصرف کننده هیچ ارتباطی با منبع تغذیه ندارد)

 

 

 

1- سیستم TT) earthed neutral)

سیستم TT یک سیستم اتصال به زمین است.

در این سیستم، کلیه قطعات در معرض رسانا و قسمت های خارج از رسانا باید به یک الکترود مشترک متصل به زمین وصل شوند.

در سیستم TT عموما دو الکترود استفاده می شود که
یکی از آن ها از نقطه خنثی سیستم و دیگری از بدنه هادی به صورت سری به زمین متصل می شوند.

در صورت ایجاد اتصال در هادی فاز و بدنه های هادی برای پیشگیری از برق گرفتگی،
مدار قطع شده و جریان برق به زمین انتقال می یابد.

البته این سیستم ها تنها برای حفاظت از انسان مورد استفاده قرار نمی گیرند و کاربردهای دیگری نیز دارند.

در بیشتر اوقات این سیستم ها جریان را به عنوان بخشی از عملکرد عادی انتقال می دهند.

به عنوان مثال،
در یک سیستم توزیع نیروی تک سیم، زمین هادی مدار را تشکیل می دهد و تمام جریان بار را حمل می کند.

نمونه های دیگر دستگاه هایی که سیستم های اتصال به زمین استفاده می کنند شامل
سرکوب کننده های افزایش فشار و فیلترهای تداخل الکترومغناطیسی هستند.

2- دلیل نام گذاری سیستم TT

سیستم های اتصال به زمین معمولا از دو حرف تشکیل می شوند که
هر کدام از آن ها نماد یک مشخصه در آن سیستم است.

به عنوان مثال،
در سیستم TT حرف سمت چپ T است که یعنی یک نقطه از سیستم الکتریکی به زمین متصل شده است،
که معمولا نقطه خنثی است.

حرف دوم نیز نشان دهنده نحوه ارتباط بدنه های هادی با زمین است.

در سیستم TT حرف T است، یعنی بدنه های هادی مستقیما به زمین متصل شده اند.

3- هدف از ایجاد سیستم های اتصال به زمین

سیستم های اتصال به زمین با نصب الکتریکی مقاومت در برابر خطاهای شبکه برق، عملکردهای ایمنی را ارائه می دهند.

هم چنین خاک به عنوان یک مرجع برای کارکرد صحیح منبع الکتریکی و وسایل ایمنی عمل می کند.

فعال سازی سیستم اتصال به زمین به طور معمول با قرار دادن الکترود در خاک و
اتصال این الکترود به تجهیزات با استفاده از یک هادی انجام می شود.

دو فرض وجود دارد که می تواند در مورد هر سیستم اتصال به زمین صدق کند:

• پتانسیل های زمین به عنوان یک مرجع ایستا (یعنی صفر ولت) برای سیستم های متصل عمل می کنند.
  به این ترتیب، هر هادی که به الکترود خاک متصل شده باشد، دارای این پتانسیل مرجع نیز خواهد بود.

• هادی های سیستم و الکترود داخل زمین مسیری با مقاومت کم به زمین را برای سیستم فراهم می کنند.

 

4- تاریخچه سیستم های اتصال به زمین 

در واقع در سال 1900 از برق استفاده شد.

امروزه استانداردهای نصب تجهیزات و اتصالات برق بسیار توسعه یافته است و
کلیه جنبه های اصلی را برای نصب ایمن پوشش می دهد.

در LV، استاندارد مرجع IEC 364 است.

سازندگان استاندارد توجه خاصی به اقدامات انجام شده برای تضمین حفاظت از پرسنل و دارایی ها دارند.

این نگرانی منجر به استانداردسازی سه سیستم اتصال به زمین TT، TN و IT شده است.

سیستم اتصال به زمین TT قبل از سال 1980 در استرالیا رایج بود و
هنوز هم در بعضی از مناطق این کشور استفاده می شود.

 

5- ویژگی های اصلی سیستم های TT

• ساده ترین روش طراحی و نصب را دارد.
• مورد استفاده در تاسیساتی است که مستقیما توسط شبکه توزیع LV عمومی تامین می شود.
• در طول عملکرد خود به نظارت مستمر احتیاج ندارد، اما بررسی دوره ای روی RCD ممکن است لازم باشد.
• محافظت توسط دستگاه های ویژه مانند دستگاه های جریان پسماند یا همان RCD تضمین می شود و
  هم چنین از خطر آتش سوزی در جریان بیشتر یا مساوی ۵۰۰ میلی آمپر جلوگیری می کند.
• هر عیب عایق منجر به ایجاد تأثیر در برق می شود؛
  اما قطع مدار معیوب با نصب کلیدهای RCD سری (کلیدهای RCD انتخابی) یا به صورت موازی (انتخاب مدار) امکان پذیر شده است.
• بارها یا قسمت هایی از نصب که در حین کار عادی باعث ایجاد جریان زیاد نشتی می شوند،
  نیاز به اقدامات ویژه ای برای جلوگیری از این مشکلات دارند.
  یعنی تامین بارها باترانسفورمر جداسازی یا استفاده از RCD های خاص انجام می شود.

6- حداکثر زمان قطع ارتباط مشخص شده در سیستم TT

زمان پرش یا قطع کلیدهای RCDs معمولاً پایین تر از زمان مورد نیاز در اکثر استانداردهای ملی است.

این ویژگی استفاده از آن ها را تسهیل می کند و امکان محافظتی موثر را فراهم می کند.

استاندارد IEC 60364-4-41 حداکثر زمان کار دستگاه های محافظتی را که
در سیستم TT برای محافظت در برابر تماس غیرمستقیم استفاده می شود،
مشخص می کند:

برای تمام مدارهای نهایی با جریان نامی بیش از 63 آمپر با یک یا چند پریز برق نیست و
32 آمپر فقط تجهیزات با استفاده از جریان ثابت را تأمین می کند.

حداکثر زمان قطع اتصال از مقادیر نشان داده شده در جدول بالا تجاوز نمی کند.

برای سایر مدارهای دیگر، حداکثر زمان قطع اتصال در 1 ثانیه ثابت است.

این حد امکان انتخاب بین کلیدهای RCD ها را هنگام نصب بر روی مدارهای توزیع فراهم می کند.

سیستم IT

 اتصال زمین چیست؟

در تمامی مفاهیم مهندسی برق و الکترونیک (بر اساس یک قرارداد از پیش تعیین شده) همواره یک نقطه در یک مدار را به عنوان نقطه مرجع مشخص می کنیم.

این نقطه مرجع به عنوان زمین یا (GND) شناخته شده است و دارای  ولتاژ صفر ولت است.

البته اندازه گیری ولتاژ، اندازه گیری نسبی است.

یعنی یک ولتاژ اندازه گیری باید با نقطه دیگری در مدار مقایسه شود.

اگر این گونه نباشد، اندازه گیری بی معنی است.

به طور معمول، این نقطه مرجع، برای اندازه گیری ولتاژ قسمت های دیگر در مدار استفاده می شود.

زمین، نقطه مشترک بازگشت جریان الکتریکی است.

به عبارت ساده، “زمین” به این معنی است که مسیری با مقاومت کم ایجاد می شود تا
جریان برق به داخل زمین هدایت شود.

اتصال زمین، شامل اتصال بین تجهیزات الکتریکی و زمین از طریق سیم است.

سیستم زمین در واقع یک مسیر پشتیبان است که
مسیری متناوب دارد تا جریان الکتریکی به دلیل خطر در سیستم الکتریکی قبل از آتش سوزی و یا شوک الکتریکی، در آن جریان یابد و به زمین فرستاده شود.

 

2 تعریف سیستم IT

یکی از آرایش های سیستم اتصال به زمین، روش IT است.

در این سیستم حرف اول به معنای جدا شده است = هیچ ارتباطی با زمین وجود ندارد (حتی اگر امپدانس بالا هم باشد).

Terre حرف دوم از زبان فرانسوی سرچشمه گرفته و به معنای زمین است.

در سیستم های IT، همه هادی های موجود از زمین جدا شده اند یا یک نقطه از طریق یک امپدانس به زمین وصل می شوند.

به زبان ساده تر در آرایش سیستم IT، سیم ارت وجود ندارد.

بنابراین در صورت بروز یک عیب عایق، فقط یک جریان نشتی کوچک که اساساً ناشی از نشت خازن سیستم است می تواند جریان یابد.

منبع ولتاژ نیز در صورت وجود خطای مستقیم قطبی در زمین، حفظ می شود.

3 مزایای سیستم IT

مزایای سیستم IT بدین شرح اند:

1. از مهم ترین مزایا و شاخصه های این نوع شبکه زمین که آن را از دو مدل دیگر متمایز می کند پایداری آن است.
   یعنی خطای سیستم بسیار پایین و نزدیک به صفر است و بدون بروز هیچ خطا و مشکلی به کار خود ادامه می دهد.
   به همین دلیل می تواند بهترین انتخاب در تجهیزات حساس بخش صنعتی و بیمارستان ها باشد.
2. این سیستم ها قابلیت مانیتور شدن دارند.
   یعنی در صورت بروز خرابی و خطا، گزارش داده می شود و
   می توان با کمک مانتیتورینگ IMD و با استفاده از امپدانس حلقه نقطه شکستگی یا خوردگی را پیدا کرد.
3. یکی دیگر از مشخصه های مهم سیستم IT افزایش محافظت اشخاص در برابر خطرات احتمالی مانند برق گرفتگی هست.
   در این نوع سیستم به دلیل جریان کم خطا، هیچ گونه خطر ابتلا به شوک الکتریکی وجود ندارد.
4. سطح بالای عایق و کیفیت بالا نیز یکی دیگر از مزایای سیستم IT می باشد که
   همین ویژگی سبب می شود تا محافظت بیشتری در برابر حوادثی از قبیل آتش سوزی داشته باشد.
5. به دلیل عدم خطا خاموشی ندارد. در نتیجه هزینه تست، آزمایش و تعمیرات و نگهداری سیستم IT نسبت به دو روش دیگر بسیار کمتر است.

4 معایب سیستم IT

سیستم IT در کنار مزایای فوق العاده ای که در اختیارتان قرار می دهد بالطبع مانند هر سیستم ارتینگ دیگری دارای معایبی نیز هست.

از جمله معایب سیستم IT می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. برای ولتاژ بین رساناهای خارجی، تجهیزات باید به طور همگانی عایق بندی شوند.
2. چون هم پتانسیلی ضعیفی با زمین دارد نسبت به سایر سیستم ها نسبت به اختلال حساس تر است.
3. در صورت بروز خطای دوم، سیستم آفلاین شده و
   اگر سریعا عیب برطرف نشود ممکن است مشکلات و خرابی زیادی را به بار آورد.
4. به دلیل دارا بودن سیم نول حفاظت شده، هزینه نصب آن کمی بالاتر می باشد و
   هزینه عملکرد آن با توجه به این که به دلیل حساسیت نیاز هست تا کارکنان متخصص و
   واجد شرایط با آن کار کنند کمی بیش از سایر سیستم ها می باشد.
5. در صورت بروز خطای دوم ممکن است اضافه بارها سبب ایجاد اتصال کوتاه در مدار شوند.

 

5 کاربرد ارتینگ IT

با توجه به مزایای سیستم IT که در قسمت قبل به آن اشاره شد این سیستم در صنعت کاربردهای فراوانی دارد که عبارتند از:

• در بیمارستان ها و مراکز پزشکی و اتاق های جراحی
• سیستم و تجهیزات روشنایی ایمنی در تالار های همایش و مکان های مشابه آن
• در تونل های حفاری شده، معادن رو باز و زیر زمینی
• در کارخانجات تولیدی که قطعی برق در آن ها ممکن است خسارت زیادی تولید کند،
  مانند کارخانجات تولید شیشه، کوره ها، کوره های ذوب فلزات، نیروگاه ها، صنایع شیمیایی، صنایع مهمات سازی، تجهیزات آزمایشگاهی و
  فرآیند انجام آزمایش، منابع تغذیه کامپیوترها، مدارهای کنترل و عملیات صنعتی زنجیره ای.