ارت

زمین الکتریکی

در مهندسی برق، واژه زمین یا ارت با توجه به کاربردهای آن دارای معانی متفاوتی است. زمین در یک مدار الکتریکی می‌تواند نقش یک نقطه مبدأ را داشته باشد که بر طبق آن بقیه ولتاژهای الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کنند. واژه زمین همچنین به مسیری کلی برای بازگشت جریان به منبع نیز اطلاق می‌شود. این واژه در مورد یک اتصال مستقیم به زمین نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.یک مدار الکتریکی ممکن است به دلایل مختلفی به زمین متصل شده باشد. در مدارهای قدرت این اتصال‌ها معمولاً برای بالا بردن ایمنی و محافظت افراد یا دستگاه‌ها از تأثیرات معیوب بودن عایقکاری هادی‌ها ایجاد می‌شود (چاه ارت). اتصال به زمین در مدارهای قدرت از آسیب دیدن عایق‌های مدار در اثر افزایش ولتاژ بین زمین و مدار جلوگیری کرده و این ولتاژ را در یک حد معین محدود می‌کند. از اتصال زمین برای جلوگیری از افزایش الکتریسیته ساکن در هنگام حمل مواد قابل اشتعال یا تعمیر تجهیزات الکترونیکی نیز استفاده می‌کنند. در برخی از انواع تلگراف‌ها و شبکه‌های انتقال زمین به تنهایی نقش یکی از هادی‌ها را ایفا می‌کند و به عنوان مسیر بازگشت جریان به منبع مورد استفاده قرار می‌گیرد با این کار در هزینه ایجاد یک خط جداگانه برای بازگشت جریان صرفه‌جویی می‌شود. در اندازه‌گیری از زمین به عنوان یک پتانسیل الکتریکی ثابت استفاده می‌کنند که با توجه به اختلاف پتانسیل هر قسمت از مدار از زمین میزان پتانسیل آن قسمت را مشخص می‌کنند. یک زمین الکتریکی باید از ظرفیت انتقال جریان مناسبی برخوردار باشد تا بتوان از آن به عنوان مبدأ صفر ولتاژ استفاده کرد.

معنی واژه زمین یا ارت در برق و الکترونیک بسیار گسترده‌است و حتی ممکن است در وسایل نقلیه‌ای مانند کشتی، هواپیما یا فضاپیما که عملاً اتصال مشترکی با زمین ندارند نیز از این واژه به عنوان پتانسیل صفر استفاده شود.

علل اجرا و ایجاد سیستم ارتینگ

الف – اتصال زمین (ارت) حفاظتی : در اتصال زمین (ارت) حفاظتی هدف ایمنی افراد که در حال کار کردن با دستگاه الکتریکی و ایمنی خود تجهیز الکتریکی می باشد. به عنوان مثال بارها شده است در آشپزخانه منازل به بدنه فلزی یخچال و ماشین لباسشویی دست زده اید و دچار الکتریسیته و برق گرفتگی ناچیز شده اید.علت این امر نشتی جریان و خاصیت میدان مغناطیسی دستگاه می باشد که بدنه فلزی دستگاه را اصطلاحا بار دار کرده است و در زمانی که شما به بدنه فلزی دستگاه در تماس قرار میگیرد جریان نشتی از طریق محل تماس وارد بدن و از طریق معمولا پا خارج می گردد، در این فرایند فرد دچار برقگرفتگی می شود.
این نشتی جریان خاصیت عایقی و الکتریکی دستگاه را نیز در طولانی مدت دچار عیب و نقص می نماید .

ب – اتصال زمین (ارت) الکتریکی : در اتصال زمین (ارت) الکتریکی هدف صحیح و درست کار کردن دستگاه الکتریکی است. به عنوان مثال مرکز ستاره ترانسفورماتور و ژنراتور در پست و نیروگاه باید اتصال به زمین شود. در غیر اینصورت هیچ وقت از سیم ارت به عنوان هادی برگشت نمی توان استفاده کرد.
به همین منظور جهت ایمنی افراد و ایمنی دستگاههای الکتریکی نیاز به اتصال زمین ( ارت ) داریم.

چاه ارت چیست؟
چاه ارت چاله ای است که بصورت عمقی در زمین حفر کرده تا جایی که به رطوبت نسبی خاک رسیده و در داخل آن از صفحه مسی که توسط سیم مسی به صفحه جوش خورده استفاده کرده و صفحه را بصورت عمودی ( به جهت بیشترین سطح تماس با خاک ) در چاه ارت قرار داده و اطراف صفحه از مواد بنتونیت پوشانده و سیم مسی را به بیرون چاه ارت کشیده و به تابلوی تست باکس برده و از آن جا به کلیه دستگاههای الکتریکی متصل می نمائیم.

چاه ارت چگونه کار می کند؟
برای پاسخ به این سوال باید اولا بدانیم مقاومت بدن انسان چند اهم است؟ ثانیا مقاومت چاه ارت باید چند اهم باشد ؟ ثالثا مدار الکتریکی در زمان ایجاد چاه ارت چگونه خواهد بود؟
مقاومت الکتریکی بدن انسان با توجه به ویژگیهای فردی و شرایط فیزیکی و بیولوژیکی ، مرد یا زن بودن، بزرگ یا کوچک بودن ، در افراد مختلف گوناگون است.اما بطور معمول این مقاومت چیزی در حدود 2500 الی 5000 اهم می باشد. البته توقع ما از ایجاد چاه ارت بدست آوردن مقاومت پائین در حد زیر دو اهم می باشد. (مطابق مبحث 13 نظام مهندسی و دستورالعملهای وزارت کار) ، زمانی که دستگاه الکتریکی به چاه ارت متصل باشد و فرد بصورت اتفاقی با بدنه دستگاه در تماس قرار گیرد در هنگام نشتی جریان بوجود آمده در سطح دستگاه الکتریکی جریان می تواند از بدن فرد و یا از طریق چاه ارت مسیر خود را پیموده و به محل تولید (مسیر برگشت) خود بازگردد. از آنجا که جریان الکتریکی تمایل دارد مسیری را بپیماید که مقاومت پائینی داشته باشد ترجیح می دهد به جای عبور از بدن فرد که دارای مقاومت 2500 الی 5000 اهم می باشد مسیر خود را عوض کرده و از چاه ارت که مقاومتی در حدود زیر دو اهم دارد عبور نماید.و فرد در برابر خطر برق گرفتگی حفاظت می شود.

روشهای اجرای سیستم ارت :

بطور کلی جهت اجرای ارت و سیستم حفاظتی دو روش کلی وجود دار

1ـ زمین عمقی : در این روش که یک روش معمول می باشد از چاه برای اجرای ارت استفاده می شود.

2-زمین سطحی: در این روش سیستم ارت در سطح زمین (برای مناطقی که امکان حفاری عمیق در آنها وجود ندارد) و در عمق حدود 80 سانتیمتر اجرا می گردد.

در چه شرایطی از روش سطحی برای اجرای ارت استفاده نمائیم؟

در مکانهایی که:

ـ فضای لازم و امکان حفاری در اطراف سایت وجود داشته باشد

ـ ارتفاع از سطح دریا پائین باشد مانند شهرهای شمالی و جنوبی کشور

ـ پستی و بلندی محوطه سایت کم باش

ـ فاصله بین دکل و سایت زیاد باشد.

با توجه به مزایای روش سطحی اجرای ارت به این روش ارجحیت دارد.

روش سطحی ارت

در این روش سیستم ارت در سطح زمین ( برای مناطقی که امکان حفاری وجود ندارد) و یا در عمق حدود 80 سانتیمتر اجرا می گردد .
در چه شرایطی از روش سطحی برای اجرای ارت استفاده نمائیم ؟

در مکانهایی که :

ـ فضای لازم و امکان حفاری در اطراف سایت وجود داشته باشد .

ـ ارتفاع از سطح دریا پائین باشد مانند شهرهای شمالی و جنوبی کشور .

ـ پستی و بلندی محوطه سایت کم باشد .ـ فاصله بین دکل و سایت زیاد باشد .

با توجه به مزایای روش سطحی اجرای ارت به این روش ارجحیت دارد .
هفت روش برای اجرای زمین سطحی وجود دارد که عبارتند از :

1- ROD

2- RING

3- پنجه ای (شعاعی)

4- مختلط

5- حلزونی

6- الکتروشیمیایی

7- شبکه ای

اجرای ارت به روش ROD کوبی

مصالح مورد نیاز :مصالح مورد نیاز همانند روش عمقی می باشد با این تفاوت که به جای صفحه مسی از میله های مغز فولادی 5/1 متری و با قطر 14 میلیمتر و با روکش مس استفاده می نمائیم.

روش اجرا:

کانالی به عمق 80 سانتیمتر و عرض 45 سانتیمتر و طول X حفر می نمائیم .
طول کانال را به دو روش میتوان تعیین نمود.
الف – اندازه گیری مقاومت مخصوص خاک و انجام محاسبات لازم
ب – به روش تجربی که در ادامه شرح داده می شود.

– چنانچه سایت دارای دکل خود ایستا می باشد برای حفر کانال از فاصله بین اتاق تجهیزات و دکل و همچنین اطراف دکل استفاده شود .

– چنانچه دکل روی ساختمان قرارداشته حفاری با در نظر گرفتن اتاق دستگاه و دکل در مسیری که زمین رطوبت بیشتری دارد انجام گیرد.

– پس از آماده شدن کانال 2 میله به فاصله 3متر از یکدیگر در زمین میکوبیم به گونه ای که حدود 15 سانتیمتر از میله ها بیرون بمانند سپس 2میله را با کابل مسی یا کابل برق به هم وصل نموده و با دستگاه ارت سنج مقاومت زمین ایجاد شده را اندازه میگیریم ، چنانچه مقاومت نشان داده شده با دستگاه بالای 4 اهم بود میله دیگری به فاصله 3 متر از میله دوم میکوبیم و با اتصال 3 میله به هم مقاومت زمین ایجاد شده را اندازه گیری می نمائیم . اینکار را تا زمانی که مقاومت اندازه گیری شده به زیر 4 اهم برسد ادامه می دهیم بعد از آنکه به تعداد کافی میله کوبیده شد سیمی را که به شینه مسی نصب شده در اتاق دستگاه متصل است به تک تک میله ها جوش داده و به سمت دکل میبریم.

– برای پر نمودن کانال ابتدا با بنتونیت روی سیم مسی را پوشانده (در زمینهایی که رطوبت کافی ندارند) و سپس با خاک سرند شده کشاورزی یا خاک نرم کانال را پر می نمائیم.
– مقاومت زمین اجرا شده را اندازه گیری نموده و ثبت مینمائیم ( بعد ازپر کردن کانال مقاومت زمین اندازه گیری شده کاهش خواهد داشت و باید کمتر از 3 اهم باشد.
نکته : در مناطق سردسیر عمق کانال حفاری شده و بطور کلی مسیر عبور کابل مسی خیلی مهم می باشد و نباید در معرض یخبندان قرار گیرد . تاثیر کاهش درجه حرارت بر افزایش مقاومت سیستم زمین به شرح زیر می باشد .

روش عمقی(چاه ارت)

الف ـ انتخاب محل چاه ارت

چاه ارت را باید در جاهایی که پایین‌ترین سطح را داشته و احتمال دسترسی به رطوبت حتی‌الامکان در عمق کمتری وجود داشته باشد و یا در نقاطی که بیشتر در معرض رطوبت و آب قرار دارند مانند زمینهای چمن ، باغچه‌ها و فضاهای سبز حفر نمود.

ب- عمق چاه

با توجه به مقاومت مخصوص زمین ، عمق چاه از حداقل 4 متر تا 8 متر و قطرآن حدودا 80 سانتیمتر می تواند باشد. در زمین هایی که با توجه به نوع خاک دارای مقاومت مخصوص کمتری هستند مانند خاکهای کشاورزی و رسی عمق مورد نیاز برای حفاری کمتر بوده و در زمینهای شنی و سنگلاخی که دارای مقاومت مخصوص بالاتری هستند نیاز به حفر چاه با عمق بیشتر می باشد. برای اندازه گیری مقاومت مخصوص خاک از دستگاههای خاص استفاده می گردد. در صورتی که تا عمق 4 متر به رطوبت نرسیدیم و احتمال بدهیم در عمق بیشتر از 6 متر به رطوبت نخواهیم رسید نیازی نیست چاه را بیشتر از 6 متر حفر کنیم . بطور کلی عمق 6 مترو قطر حدود 80 سانتیمتر برای حفر چاه پیشنهاد می گردد.

محدوده مقاومت مخصوص چند نوع خاک در جدول زیر آمده است.

ج ـ مصالح مورد نیاز

مصالح مورد نیاز و مشخصات آن برای اجرای چاه ارت ( روش عمقی )  در جدول زیر آمده است.

*** : صفحه مسی به ابعاد 5/.*40*40 سانتیمتر برای مناطق شمالی کشور و 5/0*50*50 سانتیمتر برای مناطق نیمه خشک مانند تهران و 5/0*70*70 سانتیمتر برای مناطق کویری استفاده شده و محصول کارخانه مس شهید باهنر باشد . از صفحه مسی با ضخامت 3 یا 4 میلیمتر نیز می توان استفاده نمود.

د – اتصال سیم به صفحه مسی

اتصال سیم به صفحه مسی بسیار مهم می باشد و هرگز و در هیچ شرایطی نباید این اتصال تنها با استفاده از بست ، دوختن سیم به صفحه و یا … برقرار گردد.بلکه حتما باید سیم به صفحه جوش داده شود و برای استحکام بیشتر با استفاده از 2 عدد بست سیم به صفحه ( ردیف 15 جدول مصالح مورد نیاز )بسته شده و محکم گردد.برای جوش دادن قطعات مسی به یکدیگر از جوش برنج یا نقره استفاده شود و در صورت عدم دسترسی به این نوع جوش از جوش (Cadweld) استفاده گردد .

ه – حفر چاه ارت

با توجه به شرایط جغرافیایی منطقه چاهی با عمق مناسب و در مکان مناسب (با توجه با راهنمای انتخاب محل چاه ارت ) حفر گردد. شیاری به عمق 60سانتیمتر از چاه تا پای دکل برای مسیر سیم چاه ارت تا برقگیر روی دکل همچنین برای سیم ارت داخل ساختمان حفر نمائید. در صورتی که مسیر 2 سیم مشترک باشد بهتر است مسیر دو سیم ایزوله گردند. همینطور مسیر سیمها باید کوتاهترین مسیر بوده و سیم میله برقگیر و ارت حتی الامکان مستقیم و بدون پیچ و خم باشد و نبایستی خمهای تند داشته باشد و در صورت نیاز به خم زدن سیم در طول بیش از 50 سانتیمتر انجام گردد.

و – پر نمودن چاه ارت

1- ابتدا حدود 20 لیتر محلول آب و نمک تهیه و کف چاه میریزیم بطوریکه تمام کف چاه را در برگیرد بعد از 24 ساعت مراحل زیر را انجام می دهیم .

2- به ارتفاع 20 سانتیمتر از ته چاه را با خاک رس و یا خاک نرم پر مینمائیم.

3- به مقدار لازم (حدود 450کیلو گرم معادل 15 کیسه 30 کیلو گرمی)بنتونیت را با آب مخلوط کرده و بصورت دوغاب در میاوریم و مخلوط حاصل را به ارتفاع 20 سانتیمتر از کف چاه میریزیم هر چه مخلوط حاصل غلیظ تر باشد کیفیت کار بهتر خواهد بود.

4- صفحه مسی را به 2 سیم مسی نمره 50 جوش میدهیم این سیمها یکی به میله برقگیر روی دکل و دیگری به شینه داخل ساختمان خواهد رفت بنابراین طول سیم ها را متناسب با طول مسیر انتخاب می نمائیم.

5- صفحه مسی را بطور عمودی در مرکز چاه قرار می دهیم

6- اطراف صفحه مسی را با دوغاب تهیه شده تا بالای صفحه پر می نمائیم

7- لوله پلیکای سوراخ شده را بطور مورب در مرکز چاه و در بالای صفحه مسی قرار می دهیم و داخل لوله پلیکا را شن میریزیم تا 50 سانتیمتر از انتهای لوله پر شود این لوله برای تامین رطوبت ته چاه می باشد و در فصول گرم سال تزریق آب از این لوله بیشتر انجام گردد. لازم بذکر است در مواردی که چاه ارت در باغچه حفر شده باشد و یا ته چاه به رطوبت رسیده باشد و یا کلا در جاهایی که رطوبت ته چاه از بالای چاه یا از پایین چاه تامین گردد نیازی به قراردادن لوله نمی باشد .

8- بعد از قراردادن لوله پلیکا به ارتفاع 20 سانتیمتر از بالای صفحه مسی را با دوغاب آماد شده پر مینمائیم.

9- الباقی چاه را هم تا 10 سانتیمتر بر سر چاه مانده ، با خاک معمولی همراه با ماسه یا خاک سرند شده کشاورزی پر می نمائیم و 10 سانتیمتر از چاه را برای نفوذ آب باران و آبهای سطحی به داخل چاه با شن و سنگریزه پر می نمائیم . روئ چاه مخصوصا در مواقعی که از لوله پولیکا استفاده نمی گردد نبایدآسفالت شده و یا با سیمان پر گردد.

10-داخل شیار های حفاری شده را با خاک سرند شده کشاورزی یا خاک نرم معمولی و یا خاک معمولی مخلوط با بنتونیت پر نمائید

ز- نصب شینه و میله برقگیر

شینه داخل ساختمان باید توسط مقره هایی از دیوار ساختمان ایزوله گردد.قطر و طول شینه بستگی به تعداد انشعابات داخل ساختمان دارد .(تمامی تجهیزات داخل ساختمان بایستی بطور جداگانه و موازی به این شینه متصل گردد.) در حالتیکه دکل روی ساختمان قرار داشته باشد سیم میله برقگیر نبایستی از داخل ساختمان برده شود بلکه باید خارج از ساختمان سیم کشیده شود و همینطور مسیر عبوری سیم ارت به داخل ساختمان تا شینه ورودی ساختمان باید عایق دار باشد.

در پای دکل توسط بست ، سیم میله برقگیر به یکی از پایه های دکل خیلی محکم متصل شود و تا بالای دکل به میله برقگیر متصل گردد. لازم بذکر است مسیر میله برقگیر از کابلهایی که به آنتنها می روند باید جدا باشد .

تست چاه ارت به چه صورت است؟

تست چاه ارت

روش تست چاه ارت با ارت تستر یا تست چاه ارت با میگر به این شکل است که 3 میله دارد یکی رو به سیم مسی که بالا آوردیم وصل میکنیم و 2تای دیگر را در 10 و20 متر  بعد از چاه ارت به زمین میکوبیم و بعد مقاومت زمین را میگیریم . اما اگر ارت تستر موجود نبود میتوانیم با یک فیوز مینیاتوری 10 آمپر چاه را مورد تست قرار دهیم به این صورت که یک سر فیوز را به برق و بعد فیوز را متصل میکنیم ویک سیم هم به چاه ارت وصل کرده و در همان موقع به فیوز میزنید اگر فیوز قطع شد چاه ارت مقاومت قابل قبولی دارد. تست چاه ارت یا میله ارتر نباید با روش های قدیمی و مرسوم قدیمی چک کرد و سعی برآن باشد که با روش های جدیدتر ایت تست چاه ارت انجام شود. از جمله روش های خوبی که میتوان برای تست چاه ارت مورد استفاده قرار داد و میتوان به روش افت ولتاژ(fall of  potential )اشاره کرد.

اگر سیستم مورد نظر یا همان X یک میله ارت یا صفحه ارت ساده و یکی باشد الکترود Y را 30 تا 50 متر دورتر از میله چاه ارت می کوبیم و Z را هم وسط یعنی C ½ قرار داده و عدد را می خوانیم, اگر 5 متر الکترود Z را به سمت X نزدیک کرده و عدد دوم را بخوانیم ودر مرحله سوم 5متر به سمت Y رفته و عدد سوم را بخوانیم یعنی الکترود Y روی 30 تا 50 هر عددی که امکان کوبیدن هست مانده و تغییری نکند ولی الکترود وسط در 3 نقطه حرکت کرده و 3 عدد بدست آید و اعداد خوانده شده نزدیک هم باشند و اختلاف آنها بیش از 5% نباشد میانگین 3 عدد خوانده شده همان R شبکه یا صفحه ارت است , اگر اعداد با هم اختلاف زیادی داشتند بایستی C را بیشتر کنیم و آزمایش را تکرار کنیم.

از جمله ابزار تست چاه ارت توسط یک عدد ترانسفورماتور ایزوله ، یک عدد ولتمتر و یک عدد آمپرمتر
در این حالت  سوند ها را در زمین قراردهید سپس آمپر متر را با ثانویه ترانس سری نمایید و یک سر آزاد ترانس را به سیم چاه ارت وصل نموده ویک سر آمپر متر را به سوند آخر وصل نمایید . یکسر ولتمتر را به سیم چاه ارت و سر دیگرآن را به سوند اول وصل نمایید سپس اولیه ترانس ایزوله را به برق 220 ولت وصل نموده و مقدار ولت قرائت شده را بر مقدار عدد آمپر متر تقسیم نمایید.مقدار بدست آمده مقاومت تقریبی چاه ارت شما می باشد.

اینکه چطوری میتوان تست چاه ارت را انجام داد  :
1 – آشنایی شما با دستگاه ارت سنج و یا روشهای تست مقاومت چاه ارت
آزمایش مقاومت اجرای چاه ارت با هر دستگاهی میبایست طبق شرایط مذکور در راهنمای آن دستگاه صورت گیرد
نتیجه عددی با توجه به شرایط فیزیکی و زمانی بدست می آید
برای حصول پاسخ صحیح میبایست طبق شرایط یا مفروضات خاص اقدام کرد
در کل نمونه ای از تست چاه ارت به صورت زیر است .
1 – میل آزمایش به فواصل تقریبی 10 و 5 متر از چاه ارت در سطح زمین دست نخورده  قرار میدهند.
2 – سلامت دستگاه جهت تست چاه ارت را بررسی میکنند ( وجود باطری و ولتاژ و جریان تست )
3 – به کمک سلکتور و رئوستا عقربه را به حالت تعادل میرسانند و مقاومت چاه ارت را می خوانند
از آنجا که میبایست حوزه مغناطیسی چاه ارت رعایت گردد تا خنثی سازی خطای اتصالی به صورت صحیح صورت گیرد لذا مقدار مقاومت با رعایت شرایط استاندارد ملاک خواهد بود
برای اینکه معلوم شود مطلب را گرفته اید حال بفرمایید مقاومت چاه ارت مورد نظرتان چقدر است ( صرفا دنبال پاسخ موردی نباشید بلکه مطلب را دریابید !! )
مطالعه مفصل چاه ارت را توصیه میکنیم زیرا موضوع حائز اهمیتی است که کمتر مورد توجه قرار میگیرد ،شما میتونید با دستگاه ارت تستر میزان اهم چاه ارت را اندازه بگیرید

دردو حالت میبایستی اندازه گیری کرد:1-در حالت بسته (رینگ)2-در حالت باز

در حالت بسته باید زیر 2 اهم باشد ودر حالت باز زیر 5 باشد.در غیر این صورت باید چاه ارت را احیاء کنید.
دو میخ مربوط به دستگاه را در طرفین چاه ارت یکی را در فاصله 5تا10متری برای سیم زرد ودیگری10تا20 متری برای سیم قرمز در زمین گلی یا هر زمین غیر سخت فرو میکنیم .

روش احیاء چاه ارت

مخلوط نمک،ذغال یا خاک آن را اضافه نمایید. در ضمن حالت باز یعنی یک بار تسمه یا سیمی را که از تست چاه ارت به بدنه هر دستگاهی که متصل شده باز کنیم واندازه بگیریم ودر حالت بسته هم بدون باز نمودن اتصال اندازه بگیریم.