طراحی سیستم های سیم كشی مناسب با توجه به لزوم حفاظت جانی افراد در برابر خطر برق گرفتگی در اماكن مسكونی، مراكز صنعتی، بیمارستان ها و... مسئله ای است كه همواره مورد توجه مهندسان و طراحان سیستم های برقی قرار می گیرد. در این مقاله به معرفی سیستم ارت حفاظتی ، لزوم استفاده از آن و روش های تست میزان مقاومت زمین پس از نصب این سیستم می پردازیم. خطرات برق انرژی الكتریكی درحدود یكصد سال پیش از طریق شبكه های كوچك توزیع مورد استفاده قرار گرفت و به سرعت توسعه یافت. در مقایسه با دیگر انواع انرژی، انرژی الكتریكی پاكیزه است، به سهولت قابل كنترل و انتقال بوده و به آسانی به دیگر انواع انرژی قابل تبدیل است. علی رغم همه این محاسن انرژی برقی دارای دو عیب است. یكی اینكه به میزان قابل ملاحظه ذخیره نمی شود و دیگر اینكه درصورتی كه تحت كنترل صحیح نباشد خطرات و خرابی های زیادی به بار می آورد. خطرات ایجاد حریق جریان برق در عبور از سیم ها و كلیدها و دیگر وسایل برقی تولید حرارت می كند كه در شرایط عادی این حرارت به محیط اطراف داده می شود و درجه حرارت وسایل از حد مجاز بیشتر نمی شود. در صورت انتخاب نامناسب وسایل ممكن است این حرارت از حد مجاز افزایش یابد كه سبب فرسوده شدن و از بین رفتن عایق های آن می شود. از بین رفتن عایق ها باعث اتصال سیم ها و ایجاد جرقه الكتریكی شده كه در شرایط مساعد به سهولت سبب بروز حریق می شود. حفاظت در برابر خطر ایجاد حریق از طریق انتخاب صحیح سیم ها و وسایل و حفاظت مدارها توسط فیوزهای مناسب ممكن است. خطر برق گرفتگی برق گرفتگی اثر سوء برق روی سیستم بدن انسان است. در حالات عادی برق گرفتگی در اثر اتصال قسمتی از بدن به سیم فاز یا سیم گرم صورت می گیرد ، لذا برای جلوگیری از برق گرفتگی، سیم ها و دیگر اجزاء فلزی را كه در شرایط عادی حامل الكتریسیته هستند عایق بندی می كنیم و قسمت های برق دار وسایل را طوری تعبیه می كنیم كه تماس با آن به طور سهوی امكان پذیر نباشد. جهت حذف خطر ناشی از عایق به دو طریق عمل می شود: 1- عایق بندی دوبل كه عبارت است از پوشاندن كامل بدنه فلزی با پوشش پلاستیكی عایق یا در مواردی كه بدنه فلزی ضرورت نداشته باشد ساخت آن از پلاستیك عایق. 2- اتصال بدنه فلزی دستگاه ها به زمین (زمین كردن حفاظتی.) نظر به اینكه سیم نوترال هم در پست توزیع به زمین متصل است در صورت خرابی و اتصال فاز به بدنه، جریان زیادی در مدار شامل سیم فاز و زمین برقرار می شود كه منجر به ذوب فیوز و رفع خطر می شود. این روش در شكل 1 نشان داده شده است. زمین كردن نوترال زمین از موادی تشكیل یافته كه غالبا هادی الكتریسیته هستند به خصوص در حالتی كه مرطوب باشند. بنابراین اگر شخصی كه روی زمین قرار دارد با جسمی كه نسبت به زمین دارای پتانسیل است تماس حاصل كند به علت برقرار شدن جریان دچار برق گرفتگی می شود. در ابتدای پیدایش صنعت برق، برای شبكه های كوچك آن دوران كه دارای طول كم و ولتاژ پایین بودند نیاز به زمین كردن نوترال (خنثی) احساس نمی شد. این شبكه ها به شبكه های "نوترال مجزا" یا "غیر متصل به زمین" یا "زمین نشده" معروف بودند. با توسعه شبكه ها و افزایش ولتاژ آن ها، درحالت اتصال یك فاز به زمین ملاحظه شد كه جریان به طور متناوب با خود به خود قطع و وصل می شد و درمحل اتصالی جرقه ای ایجاد می‌كرد. این پدیده سبب افزایش ولتاژ فازهای سالم نسبت به زمین و موجب اختلالات شبكه می شد و به وسایل متصل صدمات و خساراتی وارد می آورد. در این حالت جهت جلوگیری از بروز صدمات مالی و جانی با استفاده از اتصال نوترال شبكه به زمین باید مانع از این افزایش ولتاژها شد. شکل شماره 2 : نحوه کوبیدن الکترودها در روش افت ولتاژ یا fall of potential شکل شماره 3 : دستگاه اندازه گیرنده ارت شکل شماره 4 : روش ۶۲٪ شکل شماره 5 : اندازه گیری مقاومت شبکه زمین به روش دو الكترودی (ارت مرده) شکل شماره 6 : اندازه گیری بدون کوبیدن میله stake less measurement زمین كردن حفاظتی اتصال بدنه فلزی دستگاه های برقی به زمین را كه درحالت عادی جریان برقی حمل نمی كنند زمین كردن حفاظتی می نامیم. بنا بر این در هادی های زمین حفاظتی در شرایط نرمال جریان برق جاری نیست و در صورت وجود، صرفا جریان های نشتی عایق های تجهیزات است. زمین كردن الكتریكی زمین كردن یك نقطه از مدار الكتریكی به معنی اتصال آن به هادی حفاظتی است بین نقطه ای كه بوسیله زمین كردن الكتریكی به زمین حفاظتی وصل شده است و الكترود زمین معمولا جریان برق جاری است. الكترود زمین عبارت است از یك قطعه جسم هادی كه در زمین قرار داده می شود و سیم زمین به آن متصل است كه مهم‌ترین انواع آن به قرار زیر است: *میله های مسی كه معمولا 16 میلی متر قطر دارند و با چكش در زمین كوبیده می شوند. این میله ها دارای نوك تیز فولادی هستند كه فرو رفتن در زمین را آسان می كند. پس از كوبیدن یك میله می توان میله دیگری به آن پیچ كرد و كوبیدن را ادامه داد تا میله ای با طول مورد نظر(حدود 3متر) به دست آید. *صفحه های مسی كه در عمق cm60 یا بیشتر به صورت افقی خوابانده می شوند و زمین مناسبی را ایجاد می كنند. *استفاده از لوله های آب شهری درگذشته بسیار معمول بوده است ولی امروزه كه بیشتر از لوله های پلاستیكی استفاده می شود این روش امكان پذیر نیست. *غلاف یا زره فلزی كابل های زیرزمینی كه در پست به نوترال متصل هستند. در این سیستم ها درصورت اتصالی، جریان از غلاف یا زره عبور می كند و به زمین نفوذ نمی كند. *سیم زمین كه در برخی مواقع در سیستم های توزیع هوایی مورد استفاده قرار می گیرد. دراین روش در توزیع هوایی علاوه بر سیم های سه فاز و نوترال، سیم پنجمی كشیده می شود كه در پست به نوترال متصل می شود و در طی مسیر نیز در نقاطی به زمین متصل می شود و در نقاط مصرف به عنوان الكترود زمین مورد استفاده قرار می گیرد. *زمین كردن نوترال در نقاط متعدد درمكان هایی مورد استفاده قرار می گیرد كه مقاومت ویژه زمین زیاد بوده یا در فصول مختلف به علت تغییرات میزان رطوبت، تغییرات فاحش دارد. دراین روش كه در ایران نیز مرسوم است درسیستم های توزیع، سیم نوترال را در طی مسیر در فواصل معین (سه تیر در میان) به الكترودی در زمین متصل می كنند. در این روش درصورت بروز اتصالی، جریان دارای دو مسیر یكی از طریق سیم نوترال و دیگری از طریق زمین است كه مقاومت را كاهش می دهد. *در بسیاری موارد برای كاهش دادن مقاومت زمین از مجموعه ای از میله ها استفاده می كنند و با اتصال الكتریكی آن ها به یكدیگر، مجموعه ایجاد شده را به صورت یك الكترود واحد مورد استفاده قرار می دهند. شرایط استفاده ازیك الكترود برای حفاظت سیستم و ایمنی چنانچه در یك پست ترانسفورماتور، تمامی خطوط ورودی و خروجی فشار متوسط از نوع كابلی باشند و طول هر یك از خطوط قبل از پست كمتر از 3كیلومتر نباشد، می توان برای هر دو منظور حفاظت سیستم و ایمنی آن از یك الكترود زمین استفاده كرد. نكته: زمانی تاسیسات زمین الكتریكی و زمین حفاظتی می توانند یكی باشند كه: *تاسیسات فشار ضعیف (ولتاژ كمتر از یك كیلو ولت) فقط مصرف داخلی را تامین كند. *ولتاژ الكترود زمین در موقع اتصال زمین شبكه و عبور جریان از نقطه ستاره ترانس به الكترود زمین از 125ولت و ولتاژ تماس از 50 ولت تجاوز نكند. *در پست های توزیع برق كه به صورت بتن آرمه ساخته شده اند. شرایط استفاده از دو الكترود برای حفاظت سیستم و ایمنی در مواردی كه امكان انتقال فشار كلی، به خصوص صاعقه به تجهیزات فشار ضعیف وجود دارد لازم است از دو الكترود زمین مجزا استفاده شود. در این صورت فاصله دو الكترود از یكدیگر در نزدیك ترین نقطه نباید از 20 متر كمتر باشد و در مورد الكترودهای قائم این فاصله نباید از بیست متر یا دو برابر عمق الكترود (هر كدام بیشتر باشد) نزدیك تر باشد. چرا نباید از فونداسیون ها به جای چاه ارت استفاده كرد؟ به علت اینكه فوندانسیون ها از جنس ماسه هستند و ماسه در واقع یك نوع سرامیك است. بنابراین نیمه هادی بوده و مانند تمام نیمه هادی ها دارای الكترون های آزاد محدود است. بنابراین فوندانسیون ها فقط تا حدی می تواند دارای مقاومت پایین باشد و از ولتاژ 70 به بالا شدیدا مقاومتشان بالا رفته و دیگر جریانی را به زمین عبور نمی دهند. مقاومت ویژه زمین مقاومت بین الكترود و زمین بستگی به مقاومت ویژه زمین دارد كه خود بسته به جنس زمین و میزان رطوبت آن تغییر می كند. خاك های سطحی به علت داشتن رطوبت كمتر دارای مقاومت ویژه بالاتر هستند. برای كاهش مقاومت الكترود در این موارد از الكترودهای بلندتر استفاده می كنیم یا با اضافه كردن املاح هادی (تركیب نمك و زغال) در اطراف الكترود مقاومت ویژه زمین را كاهش می دهیم. نیز با توجه به اینكه بنتونیت سبب حفظ بیشتر رطوبت طبیعی زمین می شود، درحال حاضر استفاده از آن در چاه های ارت كنده شده درزمین های خشك بسیار متداول شده است. مقاومت ویژه انواع معمول زمین به صورت جدول 1 است. روش های تست میزان مقاومت زمین پس از نصب سیستم ارت حفاظتی اولین نكته این است كه اندازه گیری مقاومت شبكه زمین اعم از یك چاه یا میله ارت تا یك شبكه ارت بزرگ تر را نباید ساده انگاشت و روی روش های مرسوم قدیمی و اكثرا توام با اشتباه پافشاری كرد. روش افت ولتاژ(fall of potential) اصول كار این است كه یك جریان با فركانس تقریبی 100 هرتز به شكل مربعی از طریق دستگاه و الكترود Cبه زمین وارد می شود و این جریان از زمین عبور كرده و از طریق صفحه ارت به دستگاه بر می گردد. این جریان در زمین افت ولتاژی ایجاد می كند كه افت ولتاژ نسبت به چاه ارت است و این افت توسط الكترود P اندازه گیری می‌شود. میزان این افت ولتاژ تقسیم بر جریان ارسالی همان مقاومت چاه ارت است كه دستگاه آن را بر حسب نشان می دهد. مهم ترین نكته در این روش فواصل میخ های C و P از چاه یا شبكه مورد اندازه گیری است كه در اندازه گیری ها نقش به سزایی دارد. اگر سیستم مورد نظر یا همان X یك میله ارت یا صفحه ارت ساده و تك باشد الكترود Y را 30 تا 50 متر دورتر از میله ارت می كوبیم و Z را هم وسط یعنی C قرار داده و عدد را می خوانیم، اگر 5 متر الكترود Z را به سمت X نزدیك كرده و عدد دوم را بخوانیم ودر مرحله سوم 5 متر به سمت Y رفته و عدد سوم را بخوانیم و الكترود Y در جایی كه از ابتدا كوبیده شده بماند و تغییری نكند. 3 عدد به دست می آید. حال اگراعداد خوانده شده نزدیك هم باشند و اختلاف آن ها بیش از 5% نباشد میانگین 3 عدد خوانده شده همان R شبكه یا صفحه ارت است، اگر اعداد با هم اختلاف زیادی داشتند باید C را بیشتر كنیم و آزمایش را تكرار كنیم. روش 62% اساس این روش دقیقا مانند روش بالا است با این تفاوت كه فاصله الكترود ولتاژ تا سیستم ارت اندازه گیری شده كه در شكل زیر با ES نشان داده شده باید 62 درصد فاصله الكترود جریان تا سیستم ارت یعنی EH باشد. این روش مورد تایید و توصیه اكثر استانداردها از جمله استانداردهای BS و IEEE است و اخیرا در تمامی پروژه ها از این روش جهت اندازه گیری مقاومت شبكه های ارت استفاده می شود. این روش برای سیستم های با تعداد چاه بیشتر با افزایش فاصله EH حتی تا چند صد متر نیز قابل انجام است. به طور كلی در صورتی كه بتوان منحنی R بر حسبP را ترسیم كرد و در اطراف %C62P= تغییرات R كم باشد یا به اصطلاح به قسمت تخت منحنی برسیم عدد به دست آمده درست است، در غیر اینصورت بایستی C را افزایش داده و دوباره منحنی رسم شود. توجه شود كه میزان عمقی كه الكترود های تست در زمین كوبیده می شوند چندان به صحت و دقت آزمایش كمك نمی كند و بر عكس بایستی میله ها را بیش از 20 سانت درون خاك نكوبیم، ولی در عوض ریختن آب پای الكترودها دقت آزمایش را بالا می برد و عدد واقعی تری را اندازه گیری می كنیم. این روش برای شبكه های زمین گسترده شامل چندین میله یا چاه ارت كه در فواصل مختلف نصب شده و به هم متصل شده اند و همچنین شبكه توری زمین پست های توزیع برق نیز قابل انجام است به شرطی كه بتوان به قسمت تخت منحنی رسید كه لازمه این كار سیم كشی در طول های زیاد است. اندازه گیری مقاومت شبكه زمین به روش دو الكترودی (ارت مرده) در بعضی مواقع كه كوبیدن الكترود امكان پذیر نیست یا فضای لازم جهت سیم كشی و كوبیدن میله ها وجود ندارد در صورتی كه نزدیك میله ارت مزبور یك سیستم لوله كشی گسترده آب مدفون، فونداسیون گسترده یا سیم نول وجود داشته باشد به راحتی و بدون كوبیدن الكترود می توان مقاومت شبكه ارت را با تقریب بالایی به دست آورد. روش كار به این صورت است كه یك سیم از چاه ارت به دستگاه ارت تستر وصل می كنیم و یك سیم هم از سیم نول یا ارت گسترده به دستگاه می آوریم و دستگاه را در حالت 2 پین قرار می‌دهیم و تست را انجام می دهیم (حالت 2 پین دستگاه یعنی حالت اهم در دستگاه اهم متر) دقت این آزمایش به اندازه روش 3 پین نیست ولی روش بسیار ساده ای است و معمولا جواب قابل قبولی خواهد داد. البته مقدار به دست آمده كمی بیشتر از مقدار واقعی است. اندازه گیری بدون كوبیدن میله stake less measurement این روش بسیار عملی و مفید است و نیازی به كوبیدن الكترود ندارد.در این روش نیاز به دستگاه مخصوصی با دو انبرك یا كلمپ است. توسط یكی از انبرك ها كه دور سیم زمین حلقه می‌زند ولتاژی به سیم زمین القا می شود و توسط حلقه دوم كه درهمان محل چفت می شود جریان عبوری از حلقه زمین ناشی از این ولتاژ اندازه گیری می شود و صفحه دستگاه حاصل تقسیم این دو یعنی مقاومت شبكه زمین را نشان خواهد داد. این روش به طور مشخص برای مواقعی كه چند میله یا چاه ارت با هم موازی شده و تشكیل یك شبكه ارت گسترده و موازی را داده اند بسیار كاربردی است. این روش بسیار عالی بوده و در زمان كمتری می توان سیستم را تست كرد. تنها ایراد این روش گران بودن قیمت دستگاه است به طوری كه قیمت كلمپ های آن به اندازه یك دستگاه 3 پین است. نكته جالب در مورد اكثر دستگاه های كلمپی این است كه امكان تست به روش 2 پین در آن ها وجود ندارد. مهندس نظارتی توجه: مطالب این صفحه جهت اطلاع درج گردیده و این شرکت فروشنده تجهیزات مرتبط با تست ارت نمی باشد.