چگونه یک سیستم اتصال به زمین (ارتینگ) طراحی کنیم؟

سیستم اتصال به زمین و یا ارتینگ یکی از مهم ترین بخش های تاسیسات برق ساختمان می باشد. با توجه به اهمیت اجرای صحیح ارتینگ در ساختمان های مسکونی و تجاری، تصمیم گرفتیم در یک مقاله به بررسی این موضوع بپردازیم.

پارامتر های مهم یک سیستم اتصال به زمین 

عملکرد سیستم اتصال به زمین با کیفیت پنج مولفه زیر تعیین می شود که همه آن ها از اهمیت یکسانی برخوردارند:

۱. رسانای الکترود اتصال به زمین

۲. اتصالات مربوط به سیستم اتصال به زمین

۳. الکترود اتصال به زمین

۴. مقاومت الکترود به خاک

۵. خاک

۱. رسانای الکترود  سیستم اتصال به زمین

رسانای الکترود اتصال به زمین که معمولا از مس یا فولاد با روکش مسی ساخته شده است، باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا حداکثر جریان خطای موجود را در طول حداکثر زمان تسویه تحمل کند.

۲. اتصالات مربوط به سیستم اتصال به زمین

اتصالات مربوط به سیستم اتصال به زمین که اغلب نادیده گرفته می شوند، برای بستن عناصر سیستم الکترود به یکدیگر به کار می روند. اتصالات جوش خورده با حرارت یک پیوند مولکولی به وجود می آورند که هرگز شل یا فرسوده نخواهد شد.

اتصالات مکانیکی مانند پرسی، پیچی و گوه ای، روی تماس سطحی فیزیکی نقطه به نقطه اتکا دارند تا یکپارچگی اتصال الکتریکی را حفظ کنند.

IEEE® Standard 837 (استانداردی برای تایید صلاحیت اتصالات زمین) اطلاعات دقیق در مورد کاربرد و تست اتصالات زمین دایمی ارایه می دهد.

۳. الکترود اتصال به زمین

الکترود اتصال به زمین، اتصال فیزیکی را به زمین فراهم می کند و ابزاری است که برای پخش جریان در آن استفاده می شود. دو نوع اصلی الکترود وجود دارد:

• الکترودهای “طبیعی” به طور ذاتی در تاسیسات وجود دارند و شامل لوله های آب زیرزمینی فلزی، چارچوب فلزی ساختمان، و میله تقویت در پایه های بتونی می شود.

• الکترودهای مصنوعی، به طور خاص برای بهبود عملکرد سیستم اتصال زمین نصب می شوند و شامل گره های سیمی، صفحات فلزی، رسانای مس مدفون و میله ها و یا لوله هایی است که به داخل زمین رانده شده اند. میله متصل به زمین رایج ترین الکترود مورد استفاده است.

  

  ۴. مقاومت الکترود به خاک

   

  مقدار سطح میله و جایگذاری میله، عوامل کنترل کننده هستند. دو برابر کردن قطر مقاومت را تنها  ۱۰ درصد کاهش می دهد و مقرون به صرفه نیست.

  نکته: دو برابر کردن طول میله از لحاظ نظری مقاومت را تا ۴۰ درصد کاهش می دهد. رایج ترین راه حل، قرارگیری مناسب چندین میله است که به عمق مورد نیاز هدایت می شوند.

   

  ۵. خاک

   

  مقاومت خاک که به اهم سانتی متر یا اهم متر اندازه گیری می شود نقش مهمی در تعیین عملکرد کلی سیستم اتصال به زمین ایفا می کند و باید قبل از طراحی یک سیستم اتصال به زمین مناسب مشخص شود.

  اندازه گیری مقاومت خاک به مهندس طراح اجازه می دهد تا یک ناحیه با رسانایی خاک بالا را مشخص کند و عمق خاک رسانا را تعیین کند تا الکترودها روی آن قرار داده شوند.

  سیستم اتصال به زمین برای دوره های زمانی طولانی جریان کم یا صفر خواهد داشت تا اینکه یک جریان خطا برقرار شود و یا صاعقه یا جریان گذرای دیگری نیاز به آزادسازی داشته باشد. در این زمان، انتظار می رود که اجزای سیستم اتصال به زمین مانند قطعات نو عمل کنند و مقادیر زیاد جریان را منتقل کنند.

  قسمت بیشتر سیستم اتصال به زمین در زیر خاک قرار دارد که بازرسی اجزا را دشوار یا غیر ممکن می سازد. محیط زیر زمینی، یک محیط خشن است. انتخاب اولیه اجزای مورد استفاده در سیستم اتصال به زمین برای کارایی بلند مدت آن از اهمیت حیاتی برخوردار است.

  تفاوت بین الکترودهای طبیعی و مصنوعی

   

  الکترود زمین بخشی مهم از سیستم اتصال به زمین است. انواع مختلفی از الکترودها در دسترس هستند، برخی “طبیعی” و برخی مصنوعی. انواع طبیعی شامل لوله های آب زیرزمینی فلزی، قاب فلزی یک ساختمان (اگر به طور موثر به زمین متصل شده باشد)، سیم مسی یا میله تقویت کننده در پایه بتونی یا سازه ها و سیستم های زیرزمینی است.

  باید ملاحظات لازم به اتصالات طبیعی زمین در نظر گرفته شود تا تداوم الکتریکی با دیگر اتصالات زمین در یک تاسیسات تضمین گردد.

  الکترودهای مصنوعی، به طور خاص نصب می شوند تا اتصال به زمین سیستم را بهبود بخشند. این الکترودهای زمین باید به طور ایده آل به سطح رطوبت زیر سطح زمین نفوذ کنند تا مقاومت را کاهش دهند. آن ها همچنین باید شامل رساناهای فلزی (یا ترکیبی از انواع رسانای فلزی) باشند، تا در مدت زمانی که به کار گرفته می شوند فرسوده نشوند.

  الکترودهای مصنوعی شامل میله ها و لوله های رانده شده در زمین، صفحات فلزی دفن شده در زمین یا حلقه سیمی مسی که سازه را احاطه می کند است.

  استفاده از لوله های گاز یا الکترودهای آلومینیومی زیرزمینی برای استفاده به عنوان الکترودهای زمین مجاز نیست.

   

  نتیجه گیری

   

  سیستم های اتصال به زمین بسیار مهم هستند. ساخت یک سیستم اتصال زمین مناسب در طول ساخت اولیه یک ساختمان هزینه بر نیست، اما اضافه کردن به آن، ارتقا آن، یا جایگزین کردن آن پس از تکمیل عملیات ساخت می تواند بسیار پرهزینه باشد.

  باید دقت کرد تا سیستمی طراحی شود که هم برای تسویه جریان های خطای زمینی و هم برای آزاد کردن انرژی رعد و برق مناسب باشد.