ارتینگ سیستم و صاعقه گیر

«ارتینگ سیستم و صاعقه گیر»

مقدمه

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 مبدا 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 تاثیرات 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 مبدا صفر ولتاژ استفاده کرد.

تاریخچه

سیستم الکترومغناطیسی تلگراف راه دور که از سال ۱۸۲۰ مورد استفاده قرار می‌گرفت از دو یا چند سیم برای انتقال پیام‌ها به صورت پالس‌های الکتریکی استفاده می‌کرد. سپس این موضوع روشن شد (احتمالاً به وسیله دانشمند آلمانی استین‌هیل) که از زمین می‌توان به عنوان مسیر برگشت برای کامل کردن مدار پیام‌ها استفاده کرد؛ به این ترتیب نیازی به سیم بازگشت نخواهد بود اما این روش در طول مسیرهای درون‌قاره‌ای که در سال ۱۸۶۱ بین سنت ژوزف، میسوری و ساکرامنتو کالیفرنیا ایجاد شده بود یک مشکل داشت. در طول فصل‌های خشک سال به علت خشک بودن زمین مقاومت آن به شدت افزایش می‌یافت که باعث اختلال در کارکرد تلگراف می‌شد.

ارتباطات رادیویی

اتصال الکتریکی به زمین می‌تواند به عنوان یک مبدا پتانسیل الکتریکی برای سیگنال‌های بسامد رادیویی در نوع خاصی از آنتن مورد استفاده قرار گیرد. قسمتی که مستقیماً با زمین در ارتباط است می‌تواند از یک جسم ساده مانند یک میله هادی که در زمین فرورفته تشکیل شده باشد و یا از اتصال با لوله‌های فلزی آب ایجاد شده باشد (در این موارد این خطر وجود دارد که بعدها لوله‌ها با لوله‌های پلاستیکی تعویض شوند). یک الکترود زمین ایده‌آل باید صرف نظر از میزان جریانی که به زمین وارد می‌شود یا از آن خارج می‌شود هنواره ولتاژی برابر صفر داشته باشد. در واقع میزان مقاومت یک سیستم زمین است که می‌تواند کیفیت آن را مشخص می‌کند و این کیفیت را می‌توان به راه‌های مختلفی افزایش داد برای مثال با افزایش سطح در تماس الکترود با زمین، افزایش عمق دفن الکترود، استفاده از میله‌های الکترود متعدد، افزایش رطوبت زمین، افزایش میزان مواد معدنی رسانا در خاک و یا افزایش سطح پوشیده شده به وسیله سیستم زمین می‌توان مقاومت زمین را کاهش داد.

تاسیسات سیم ‌کشی قدرت

با وصل بدنه تجهیزات الکتریکی بروز خطا در هر یک از تجهیزات موجب جاری شدن جریان در سیم زمین شده و از برق دار شدن بدنه جلوگیری می‌کند. یک اتصال مناسب به زمین باید مقاومت پایینی داشته باشد تا در صورت بروز خطا، جریان جاری در زمین موجب عمل کردن سیستم حفاظت در شبکه شود. با وصل تمامی اجسام هادی در خطر برقدار شدن می‌توان از بروز شوک الکتریکی در اثر تماس با این اجسام جلوگیری کرد.

انتقال انرژی الکتریکی

برخی از سیستم‌های انتقال HVDC از زمین به عنوان سیم برگشت استفاده می‌کنند. این کار به ویژه در مورد خطوط کابلی زیر آبی مورد استفاده قرار می‌گیرد چرا که آب دریا یک هادی مناسب است. در این حالت برای ایجاد اتصال با زمین از الکترودهای دفن شده در زمین استفاده می‌شود. محل قرار گرفتن این الکترودها باید با دقت انتخاب شود تا از خوردگی شیمیایی الکترودها و تاسیسات زیر زمینی تا جای ممکن کاسته شود.

چاه ارت

برای حفاظت از برخورد آذرخش و اتصال الکتریسیته به بدنه یخچال و هر وسیله موجود در منزل و کارگاه که به برق وصل می‌شود و در اثر تماس انسان برای وی خطر ایجاد می‌کند معمولاً بهترین راه احداث چاه ارت (چاه زمین‌کاری) است. برای ساختمان مسکونی از چاه ارت زیر 5 اهم استفاده می شود و برای شرکتها و کارخانه ها از چاه ارت زیر 2 اهم استفاده می گردد.

نحوه احداث چاه ارت

سالهای قبل از زغال و نمک برای چاه ارت استفاده می‌شد ولی پس از مدتی در اثر تماس نمک با مس صفحه مسی سولفاته می‌شد و عملاً چاه ارت از کار می‌افتاد ولی در حال حاضر یک حلقه چاه به عمق بین 5 ال 10 متر حفر می‌گردد که بستگی به جنس خاک و رطوبت زمین داردو یک صفحه مسی به ابعاد ۷۰*۷۰ سانتیمتر و با ضخامت ۵ میلیمتر که به یک سیم مسی معمولاً نمره 70 از طریق جوش و بست اتصال می‌یابد و از ماده‌ای بنام بنتونیت یا سوپر اکتیو بنتونیت استفاده می‌گردد این ماده را بهمراه ۱۰۰۰ لیتر آب بصورت دوغاب در آورده و درون چاه می‌ریزیم در بین کار صفحه مسی را بصورت عمودی و در وسط چاه قرار می‌دهیم و الباقی دوغاب را می‌ریزیم سپس خاک را سرند کرده داخل چاه می‌ریزیم. یک تابلو تست برای ارت بالای چاه ارت قرار می دهیم و سیم ارت به شین ارت داخل تابلو وصل می گردد و از طریق سیم کلیه بدنه دستگاهها شامل الکتروموتور بدنه لوازم آشپزخانه هر آنچه را که به برق وصل شده و قابلیت تماس با انسان را دارد به این شمش مسی وصل می‌کنیم. برای چاه صاعقه گیر نیز می توان یک چاه مشابه همین چاه ولی مجزا از این چاه با فاصله 2 برابر عمق چاه اجرا نمود و در بلندترین نقطه ساختمان یک میله برقگیر نصب می‌کنیم و آنرا نیز به تابلو چاه ارت وصل می‌کنیم.

سیستم صاعقه گیر (Lightning Protection )

هدف از نصب صاعقه گیر حفاظت از سیستمها و افراد در برابر صاعقه و ایجاد مسیری مطمئن جهت انتقال جریان عظیم صاعقه به زمین می باشد، در سیسنم صاعقه گیر رادهای هوائی وظیفه جذب صاعقه و هادیهای نزولی وظیفه انتقال  جریان را به شبکه ارتینگ به عهده دارند. اگرسیستم صاعقه گیر به درستی طراحی و نصب شده باشد امنیت جانی افراد و ایمنی تجهیزات را بدنبال خواهد داشت.

مشخصات سيستم صاعقه گیر

لوازم و تجهيزات مورد استفاده سيستم صاعقه گیر برابر با استانداردهاي بين المللي و معتبر جهاني همچون NFC17-102, BS 6651, NFPA 780, IEC 61024 میباشد.

– روش نصب سيستم صاعقه گیرنيز با ضوابط و معيارهاي مندرج در استاندارهاي نامبرده مطابقت مینمايد.

– پايه هاي هوائي برقگير یا سيستم صاعقه گیر شامل يك ميله نوك تيز و يك پايه مجهز به سيستم اتصال هادي نزولي باشد.

– لوازم و تجهيزات انتقال جریان سيستم صاعقه گیر از جنس مس، آلياژ مس يا فولاد ضد زنگ میباشد.

– جنس فوقاني برقگيرها مقاوم دربرابرگازهاي خورنده صنایع بوده و مناسب براي حرارتهاي˚c50 میباشد.

چگونگی عملکرد یک صاعقه گیر الکترونیکی (ESE)

این صاعقه گیر انرژی مورد نیاز خود را بطور طبیعی از میدان الکتریکی اتمسفر دریافت می کنند و شدت این میدان در هنگام طوفان چندین کیلو ولت بر متر است.

میله های پایینی این صاعقه گیر، با جذب این بارها باعث ذخیره انرژی مورد نیاز در واحد جرقه زن (Triggering Unit) می شوند.

درست قبل از وقوع صاعقه، شدت میدان الکتریکی سریعا افزایش می یابد و این تغییرات به سرعت توسط صاعقه گیر کشف و به واحد صاعقه گیر ارسال می شود. در این زمان انرژی ذخیره شده با کمک جرقه به نوک میانی تخلیه و منجر به یونیزاسیون محیط اطراف می شوند.

چگونگی عملیات یونیزاسیون در نوک صاعقه گیر

آزاد سازی کنترل شده یون: واحد جرقه زن(TRIGGERING) شرایطی را ایجاد می کند تا چشمه جوشانی از یون(کرونا) در اطراف میله نوک تیز صاعقه گیر فراهم شود. دقت عمل این واحد باید به گونه ای کنترل شده باشد که آزاد سازی یونها را درست چند میکرو ثانیه قبل از وقوع تخلیه صاعقه صورت دهد.

چاه ارت چیست؟

چاه ارت(earth) در مفهوم به معنی زمین است که نام دیگر آن سیستم اتصال زمین است.

سیستم اتصال به زمیندارای چاه ارت و سیم اتصال است. وظیفه چاه ارت وصل کردن هرگونه جریان الکتریکی به زمین است که این عملکرد بیشتر برای جلوگیری از برق گرفتگی صورت میگیرد.

به عبارتی بهتر با وصل کردن تمام دستگاه های برقی صنعتی , مخابراتی و خانگی  با سیم اتصال به چاه ارت یک سیستم ارتینگ را به وجود آورده ایم.

هدف از اجرای سیستم ارتینگ جلوگیری از نشتی جریان الکتریکی و مدارات الکتریکی و جلوگیری از برق گرفتگی است که این مسئله در صنعت برق امر مهم و ضروری به حساب می آید.

در وصل کردن چاه ارت جریان الکتریکی باید دقت قابل توجهی انجام شود گاها شده است که در مواردی این سیم اتصال را به جای نادرستی متصل کرده اند که کار بسیار پر خطر و کشنده ایی است.

درهنگام اتصال كامل سيم هاي فاز به سيم ارت فيوز مربوط به آن فاز عمل كرده و جريان را قطع مي كند ودر هنگام اتصال كامل سيم نول به سيم ارت اگر مدار ارتينگ داراي فيوز محافظ جان(FI) باشد، اين فيوز از 30 ميلي آمپر نشتي جريان به بالا را قطع مي كند وباعث قطع كامل جريان فاز و نول ميشود.

انواع چاه ارت

1- چاه ارت عمقی 2- چاه ارت سطحی

چاه ارت عمقی

در چاه ارت عمقی به طور معمول یک چاه با عمق زیاد حفاری میشود و سیستم ارتینگ پیاده سازی میشود. البته در این روش باید بتوان در اطراف سایت امکان حفاری چاه با اعماق زیاد را داشته باشیم.

چاه ارت سطحي

در چاه ارت سطحی زمانی که ما نمیتوانیم چاه با اعماق وسیع حفاری کنیم کاربرد دارد و معمولا تا عمق 80 سانتیمتر قابل انجام است.

شرایط استفاده از چاه ارت سطحی و روش راه اندازی آن

ارت سنج چیست و لزوم استفاده از سیستم ارت چیست؟

ارت سنج یا همان دستگاه تست مقاومت زمين شبيه ميگر براي اندازه گيري مقاومت طراحي گرديده با اين تفاوت که مقاومت زمين بسيار کمتر از عايقهاي معمول ميباشد.در حقيقت رنج ميگر در بازه مگا اهم و تستر مقاومت زمين در حدود اهم مبياشد.از دستگاه تست مقاومت زمين معولا براي اندازه گيري مقاومت بين دو نقطه زمين در حدود 5 يا 10 اهم است استفاده ميکنند.اين تجهيزات معولا داراي سه عدد کانکشن هستند که به کمک ميله اي فلزي امکان اتصال به زمين داشته و به الکترودهاي جريان، زمين، و پتانسيل شناخته ميشوند.

ارت
در سايتهاي کامپیوتری زمين مناسب از دو بابت حائز اهميت مي‌باشد:

الف ـ حفاظت در مقابل صاعقه و اضافه ولتاژها

ب ـ هم پتانسيل بودن تجهيزات نصب‌شده در سايت و كاركرد صحيح آنها بخصوص تجهيزات ديجيتال و انتقال ديتابا توجه به بكارگيري تجهيزات کامپیوتری جديد  لازم است به موضوع ارت و روش اجراي اصولي آن اهميت بيشتري داده شود تا در آينده از آسيب رسيدن به نيروي انساني و تجهيزات کامپیوتری پيشگيري شده و از عملكرد صحيح تجهيزات اطمينان داشته باشيم.
لزوم استفاده از سيستم ارت

به منظور حفاظت افراد و دستگاهها، اضافه ولتاژهاي توليد شده در بدنه كه باعث صدمه ديدن دستگاهها و افراد مي‌شود، همچنين ولتاژهاي بسيار زياد و خطرناك ناشي از برخورد صاعقه با دكلهاي کامپیوتری را بايد در جايي خنثي نمائيم. به همين منظور استفاده از سيستم ارت و حفاظت از تجهيزات بسيار لازم و ضروري است بعلاوه با افزايش استفاده از سيستمهاي ديجيتالي و حساس، لزوم بازنگري در طراحي، نصب و نگهداري سيستمهاي حفاظتي گراندينگ وجود دارد
. به طور خلاصه اهداف بكارگيري سيستم ارتينگ يا گراندينگ عبارتند از:

روشهاي اجراي ارت يا زمين حفاظتي

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.

1ـ زمين عمقي:

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

2-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 80 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.
اجراي ارت به روش عمقي:
الف ـ 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.

اجراي ارت به روش سطحي

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

1- ROD  2-RING  3- پنجه اي (شعاعي) 4- مختلط 5- حلزوني 6- الكتروشيميايي 7- 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 5/1 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 2 ميله به فاصله 3متر از يكديگر در زمين ميكوبيم به گونه اي كه حدود 15 سانتيمتر از ميله ها بيرون بمانند سپس 2ميله 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 4 اهم بود ميله ديگري به فاصله 3 متر از ميله دوم ميكوبيم و با اتصال 3 ميله به هم مقاومت زمين ايجاد شده را اندازه گيري مي نمائيم. اينكار را تا زماني كه مقاومت اندازه گيري شده به زير 4 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.

اجراي ارت در ارتفاعات

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

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.

تهیه شده از اینترنت

فهرست مطالب

مقدمه 1
تاریخچه 2
ارتباطات رادیویی 3
تاسیسات سیم ‌کشی قدرت 3
انتقال انرژی الکتریکی 4
چاه ارت 5
نحوه احداث چاه ارت 5
سیستم صاعقه گیر (Lightning Protection ) 6
مشخصات سيستم صاعقه گیر 8
چگونگی عملکرد یک صاعقه گیر الکترونیکی (ESE) 9
چگونگی عملیات یونیزاسیون در نوک صاعقه گیر 9
قطعات مورد نیاز در سیستم صاعقه گیر SK3 10
چاه ارت چیست؟ 10
انواع چاه ارت 11
چاه ارت عمقی 12
چاه ارت سطحي 12
ارت سنج چیست و لزوم استفاده از سیستم ارت چیست؟ 12
ارت 13
روشهاي اجراي ارت يا زمين حفاظتي 14
اجراي ارت به روش سطحي 18
اجراي ارت در ارتفاعات 20
ارتفاعات صخره اي 20
نكات عمومي و مهم در خصوص سيستمهاي ارتپ 21
انتخاب و نصب هادی زمین 23
دمای بالا در اثر جریانهای نشتی 23
اتصالات و بستها 24
پیش بینی نقطه ای برای جداسازی با هدف اندازه گیری مقاومت الکترود زمین 24
اندازه گیری مقاومت الکترود زمین و مقاومت مخصوص خاک 25
روش های اتصال زمین 25
انواع روشهاي زمين كردن 30
منابع 31

مقاله فوق دارای صفحه مشخصات، تصویر، فهرست مطالب و 31 صفحه متن (در قالب word و ) با رعایت کامل صفحه بندی می باشد. همچنین فونت های کار شده برای متن مقاله  B Yagut(13) و برای تیترهای داخل مقاله B Jadid می باشند.

قیمت این مقاله 4900 تومان می باشد، جهت دریافت کامل متن مقاله (قابل ویرایش) بالای صفحه روی پرداخت و دریافت کلیک کنید

مشاهده فهرست مقالات الکترونیک

نوشته شده در 14 آذر ۱۴۰۰

لطفا پس از بهره مندی از مطالب فوق با نظر گرمت به من انرژی مثبت تزریق کن 🙂