سیستم ارتینگ چیست ؟ | راهنمای جامع کاربرد، انواع و نحوه اجرای ارت

مقدمه | چرا ارتینگ در ایمنی سیستم‌های الکتریکی حیاتی است؟

در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی و صنعتی، نخستین پرسش مهندسان برق این است: سیستم ارتینگ چیست و چرا نقشی حیاتی در ایمنی تأسیسات الکتریکی دارد؟ در واقع، بدون وجود یک سیستم ارتینگ استاندارد، خطر برق‌گرفتگی برای افراد و آسیب جدی به تجهیزات الکتریکی بسیار بالا خواهد بود. از آن‌سو، طراحی سیستم ارتینگ به شکل اصولی، نه تنها ایمنی تجهیزات برق را تضمین می‌کند، بلکه باعث افزایش کارایی و طول عمر تجهیزات مختلف نیز می‌شود. یکی از الزامات جدی در ارتینگ در برق ساختمان همین رعایت اصول اجرایی و استانداردهای مربوطه است که در صورت بی‌توجهی، خسارات و خطرات جبران‌ناپذیری را به دنبال دارد.

در ایران نیز آمار نشان می‌دهد که درصد قابل توجهی از حوادث الکتریکی مرتبط با برق‌گرفتگی و سوختن تجهیزات، ناشی از عدم استفاده صحیح و اصولی از کاربرد سیستم ارتینگ است. اگر هنوز برایتان سؤال است که سیستم ارتینگ چیست و چه تأثیری بر جلوگیری از برق‌گرفتگی افراد حاضر در یک پروژه دارد، باید گفت که نحوه اجرای سیستم ارت منجر به برقراری مسیری با کمترین امپدانس به زمین شده و جریان‌های اضافه را در زمین تخلیه می‌کند.

انتظار می‌رود با مطالعه این مقاله‌ی مفصل در «مجله آواجنرال»، به درک جامعی از ارتینگ در تأسیسات صنعتی، ارتینگ در برق ساختمان و حتی پروژه‌های حساس‌تری مانند مراکز داده و بیمارستان‌ها برسید. مطالبی که در اینجا ارائه می‌شود، حاصل تجربه‌ی حرفه‌ای و مطالعات مستند در حوزه طراحی سیستم ارتینگ است؛ از توضیحات مقدماتی گرفته تا بررسی عمیق انواع سیستم ارتینگ، تجهیزات، استانداردها و حتی روش‌های نگهداری و تست دوره‌ای.

در این مقاله جامع:

• با تعریف سیستم ارتینگ چیست از منظر فنی و ایمنی آشنا می‌شوید.
• کاربرد سیستم ارتینگ در صنایع مختلف و ساختمان‌ها را بررسی می‌کنید.
• با انواع سیستم ارتینگ و ویژگی‌های هر یک آشنا می‌شوید.
• نحوه اجرای سیستم ارت طبق استانداردهای جهانی نظیر IEC، NEC و IEEE را می‌آموزید.
• می‌توانید به صورت دقیق با تجهیزات ارتینگ نظیر الکترود ارت، سیم ارت، کلمپ‌ها و مواد پرکننده چاه آشنا شوید.
• یاد می‌گیرید که چگونه تست ارت / مقاومت زمین را انجام دهید و چه فاصله زمانی برای تست‌های دوره‌ای مناسب است.
• در نهایت، توصیه‌های کاربردی و یک چک‌لیست اجرایی برای ارتینگ در پروژه‌های مختلف به دست خواهید آورد.

با دانستن این نکات، درخواهید یافت که سیستم ارتینگ چیست و چرا در تحقق ایمنی تجهیزات برق نقشی کلیدی دارد. در ادامه گام به گام به تمامی موضوعات مرتبط می‌پردازیم تا بتوانید با دانش کامل در پروژه خود، به طراحی سیستم ارتینگ مناسب بپردازید.

(برای آشنایی با دیگر مفاهیم و روش‌های کاهش خطرات برق و افزایش سطح ایمنی الکتریکی در پروژه‌ها، می‌توانید مقاله بررسی تجهیزات حفاظتی برق | از کلیدهای مینیاتوری تا سیستم‌های ارتینگ پیشرفته را نیز در همین وبسایت مطالعه کنید.)

تعریف سیستم ارتینگ و نقش آن در حفاظت الکتریکی

یکی از ساده‌ترین تعاریفی که می‌توان ارائه داد این است که سیستم ارتینگ، سیستمی است که برای ایجاد مسیر هدایت جریان الکتریکی ناخواسته یا اضافه به زمین طراحی می‌شود. در پاسخ به پرسش «سیستم ارتینگ چیست»، باید بگوییم: این سیستم از الکترودها، سیم‌ها و اتصالاتی تشکیل شده است که ولتاژ الکتریکی را به صورت کنترل‌شده و امن به زمین منتقل می‌کنند.

همواره جریان الکتریکی تمایل دارد از مسیری با کمترین مقاومت عبور کند. در حالت عادی، اگر مدار الکتریکی سالم باشد، این جریان صرفاً در سیم فاز و نول جریان می‌یابد؛ اما وقتی عایق‌بندی تجهیزات دچار مشکل می‌شود یا نقصی در مدار به وجود می‌آید، جریان برق به بدنه فلزی تجهیزات منتقل می‌شود. در چنین مواقعی طراحی سیستم ارتینگ به‌منظور حفاظت از افراد و تجهیزات وارد عمل می‌شود و مانع از انتقال این جریان به انسان یا دستگاه‌های حساس می‌گردد.

تاثیر ارتینگ در جلوگیری از برق‌گرفتگی و آسیب به تجهیزات

اگر بخواهیم به طور مشخص درباره تأثیر این سیستم بر پیشگیری از برق‌گرفتگی صحبت کنیم، می‌توانیم بگوییم در صورت اتصال بدنه فلزی تجهیزات به هادی ارت، به محض بروز اتصال کوتاه یا نشتی جریان، مسیر تخلیه‌ای مطمئن فراهم می‌شود. در چنین شرایطی، فیوز یا تجهیزات حفاظتی مدار را قطع کرده و از ادامه جریان خطرناک جلوگیری می‌کنند. گذشته از ایمنی جانی، کاربرد سیستم ارتینگ برای محافظت از دستگاه‌های پیشرفته الکترونیکی نیز بسیار مهم است.

برای مثال، در یک کارگاه صنعتی با تجهیزات CNC یا در یک بیمارستان که دستگاه‌های حساس تصویربرداری وجود دارد، اگر ارتینگ در تأسیسات صنعتی یا بیمارستانی به‌درستی انجام نشده باشد، افزایش ولتاژهای ناگهانی می‌تواند به سادگی باعث خرابی تجهیزات یا اختلال در عملکرد آنها شود. اینجا است که نقش سیستم ارتینگ چیست به‌وضوح مشخص می‌شود: ارتینگ به عنوان شبکه‌ای از اتصالات، جریان‌های اضافه، الکتریسیته ساکن یا اضافه ولتاژهای ناگهانی (ناشی از صاعقه یا کلیدزنی) را به زمین منتقل می‌کند.

ارتینگ به عنوان بخش جدایی‌ناپذیر از طراحی تأسیسات الکتریکی

در هر پروژه ساختمانی، صنعتی یا تجاری، ارتینگ در برق ساختمان جزئی جدایی‌ناپذیر از طراحی تأسیسات الکتریکی محسوب می‌شود. رعایت ضوابط مرتبط با طراحی سیستم ارتینگ در نقشه‌ها و در مرحله اجرای پروژه، نقش اساسی در جلوگیری از خسارات مالی و جانی دارد. امروزه در بسیاری از کشورها – از جمله ایران – مقررات ملی ساختمان و دستورالعمل‌های برق صنعتی، مهندسان را موظف به اجرای سیستم ارت استاندارد در تمامی پروژه‌های الکتریکی کرده‌اند.

همچنین باید توجه داشت که نحوه اجرای سیستم ارت در مرحله نصب به همان اندازه مهم است که انتخاب نوع سیستم ارتینگ. ترکیب درست الکترودها، فاصله مناسب میان آن‌ها، انتخاب متریال مناسب برای پر کردن چاه ارت و در نهایت رعایت استانداردهای تست و نگهداری، همگی به ایمن ماندن و عملکرد صحیح سیستم کمک می‌کنند. در ادامه، به صورت دقیق‌تری به کاربرد سیستم ارتینگ در حوزه‌های مختلف و سپس به انواع سیستم ارتینگ خواهیم پرداخت تا شما بتوانید با دیدگاه جامع‌تری نسبت به این موضوع اقدام به طراحی یا بازرسی پروژه‌های خود نمایید.

کاربرد سیستم ارتینگ در پروژه‌های صنعتی و ساختمانی

یکی از مسائلی که همیشه مورد سؤال قرار می‌گیرد این است که واقعاً کاربرد سیستم ارتینگ در صنایع و ساختمان‌ها چیست و در چه سطحی باید انجام شود. با اینکه اصول اولیه ارتینگ در همه جا یکسان است، اما دامنه استفاده از آن با توجه به ماهیت پروژه می‌تواند گسترده و متنوع باشد.

نقش ارتینگ در حفاظت تجهیزات صنعتی، تابلوهای برق و ماشین‌آلات

در کارخانه‌ها و واحدهای تولیدی، هر دستگاه برقی و تابلو کنترل نیازمند اتصال به ارت است. چرا؟ زیرا ارتینگ در تأسیسات صنعتی جلوی خطراتی نظیر جریان‌های نشتی، ولتاژهای سرگردان و اضافه ولتاژ ناگهانی را می‌گیرد. اگر شما یک خط تولید پیشرفته دارید که از ربات‌ها و ماشین‌آلات CNC استفاده می‌کند، حتی یک ولتاژ ناچیز اضافی می‌تواند به سیستم کنترل آن خسارت زده و خط تولید را متوقف کند. همچنین، تابلوهای برق صنعتی که قلب توزیع توان در یک واحد تولیدی هستند، برای حفظ ایمنی و عملکرد صحیح تجهیزات حفاظتی نیاز مبرم به تجهیزات ارتینگ دارند.

متخصصان برق صنعتی تأکید می‌کنند که در صورت نبود یک طراحی سیستم ارتینگ کارآمد، ریسک آتش‌سوزی در تابلوهای برق بر اثر اتصال کوتاه افزایش می‌یابد. بخشی از جریان اتصال کوتاه ممکن است به تجهیزاتی چون سوییچ‌ها، رله‌ها یا PLCها نفوذ کند و از آنجا خطرات جدی‌تری را به وجود آورد. به همین علت است که در استانداردهای برق صنعتی، مانند IEEE Std 80 و IEEE Std 142، الزام اجرای یک ارت قوی و با مقاومت بسیار کم به صراحت عنوان شده است.

(اگر مایلید در مورد راهکارهای کاهش مصرف انرژی در واحدهای صنعتی نیز بیشتر بدانید، می‌توانید به مقاله کاهش مصرف انرژی در تأسیسات صنعتی | ۱۰ راهکار کاربردی مراجعه کنید.)

ارتینگ در ساختمان‌های مسکونی، تجاری و بیمارستان‌ها

ارتینگ در برق ساختمان مسکونی به رغم ساده‌تر بودن نسبت به صنایع، همچنان حیاتی است. فرض کنید در یک واحد آپارتمانی، بدنه فلزی لباسشویی یا یخچال دچار نشتی جریان شود. اگر این بدنه به الکترود ارت وصل نباشد، احتمال برق‌گرفتگی ساکنین بسیار زیاد می‌شود. در ساختمان‌های تجاری مانند مجتمع‌های خرید، ادارات و فروشگاه‌های بزرگ نیز علاوه بر حفاظت افراد، ارتینگ در برق ساختمان مانع آسیب‌دیدگی تجهیزات الکترونیکی مانند آسانسورها، پله‌های برقی و سیستم‌های تهویه مطبوع می‌شود.

در بیمارستان‌ها و مراکز درمانی، وجود سیستم ارتینگ مناسب یک امر واجب است؛ زیرا تجهیزات حیاتی مانند دستگاه‌های تنفس مصنوعی، دیالیز یا مونیتور علائم حیاتی به صورت مداوم کار می‌کنند و هر اختلال یا اضافه ولتاژ می‌تواند حتی خطر جانی را برای بیماران در پی داشته باشد.

ارتینگ در سیستم‌های مخابراتی و الکترونیکی حساس

در بحث ارتباطات و مخابرات، کاربرد سیستم ارتینگ در دکل‌های مخابراتی و مراکز دیتا سنتر، برای حفاظت از صاعقه، اضافه ولتاژ صاعقه و تخلیه الکتریسیته ساکن اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. در پروژه‌های مخابراتی، ارت مناسب از ایجاد نویز اضافی روی خطوط انتقال داده جلوگیری می‌کند و سبب افزایش پایداری شبکه می‌شود. همچنین، برای مراکز حساس مانند مراکز داده یا اتاق‌های سرور، به کارگیری نحوه اجرای سیستم ارت اختصاصی با الکترودهای بیشتر و رعایت فاصله مناسب بین الکترودهای چاه ارت امری ضروری است تا مقاومت زمین در حد مطلوب بماند و ریسک اختلال کاهش یابد.

در ادامه مقاله، انواع مختلف سیستم‌های ارت را بررسی خواهیم کرد و سپس به تشریح تجهیزات ارتینگ، استانداردها و گام‌های اجرایی در طراحی سیستم ارتینگ می‌پردازیم.

انواع سیستم‌های ارتینگ | مزایا، محدودیت‌ها و محل کاربرد

هر چند اصطلاح «ارتینگ» یک مفهوم کلی است، اما در عمل، روش‌های متنوعی برای پیاده‌سازی آن وجود دارد که هر کدام دارای مزایا، معایب و کاربردهای خاصی هستند. در این بخش، انواع سیستم ارتینگ را از نظر نحوه اتصال و هدف طراحی بررسی می‌کنیم.

ارتینگ مستقیم (Direct Earthing)

در روش ارتینگ مستقیم، نقطه خنثی منبع تغذیه (مثلاً ترانسفورماتور توزیع) مستقیماً به زمین وصل می‌شود. این روش یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین شیوه‌های ارتینگ در شبکه‌های قدرت است. مزیت اصلی آن، تأمین یک مسیر سریع و کم‌مقاومت برای جریان‌های اضافه است که باعث عملکرد سریع فیوزها و رله‌های حفاظتی می‌شود. البته در ارت مستقیم، زمانی که اتصال کوتاه رخ می‌دهد، جریان خطای بسیار بالایی ایجاد می‌شود و می‌تواند فشار زیادی بر تجهیزات تحمل جریان وارد کند. با این حال، در بسیاری از ارتینگ در تأسیسات صنعتی که جریان‌های بالا را تحمل می‌کنند، از همین روش استفاده می‌شود.

ارتینگ با مقاومت محدود (Resistance Earthing)

در این سیستم، بین نقطه خنثی ترانس یا ژنراتور و زمین، یک مقاومت قرار داده می‌شود تا در زمان وقوع اتصال خط به زمین، جریان خطا محدود شود. این روش مخصوصاً در شبکه‌هایی کاربرد دارد که می‌خواهند آسیب‌پذیری تجهیزات در برابر جریان‌های بالا را کاهش دهند و از طرفی سرعت عملکرد تجهیزات حفاظتی را در سطح قابل قبولی نگه دارند. مزیت دیگر این سیستم در کاهش خطرات ناشی از اضافه ولتاژ سوئیچینگ یا صاعقه است. در نتیجه، بسیاری از صنایع بزرگ و واحدهای پتروشیمی، از ارت مقاومتی بهره می‌گیرند و آن را جزئی از نحوه اجرای سیستم ارت خود قلمداد می‌کنند.

ارتینگ مجزا یا مستقل (Isolated Earthing)

در پروژه‌هایی که نیاز است نویز الکتریکی و الکترومغناطیسی به حداقل برسد، از ارتینگ مجزا استفاده می‌شود. این سیستم عموماً در مخابرات، تجهیزات رادیویی و مراکز داده حساس به کار می‌رود. در این روش، یک الکترود زمین یا گروهی از الکترودها به صورت جداگانه برای تجهیزات حساس در نظر گرفته می‌شود و این الکترود با الکترودهای دیگر (مثلاً الکترودهایی که برای سیستم‌های قدرت به کار می‌روند) مشترک نیست. در این حالت، مسیر نویز یا هارمونیک‌های ناخواسته به شدت محدود می‌شود و امنیت کاری دستگاه‌های حساس بهبود می‌یابد.

ارتینگ با ترانسفورماتور ایزوله (Isolated Transformer Earthing)

این روش شباهت زیادی به ارتینگ مجزا دارد، با این تفاوت که از یک ترانسفورماتور ایزوله برای جداسازی الکتریکی سیستم قدرت با سیستم بار استفاده می‌شود. در برخی آزمایشگاه‌ها یا مراکز فوق حساس، برای جلوگیری از هر گونه تداخل و ولتاژ القایی، از این مدل ارتینگ استفاده می‌کنند. در این شرایط، هسته ترانسفورماتور یا بدنه آن به یک الکترود ارت مجزا وصل می‌شود و بخش ثانویه نیز می‌تواند ارت اختصاصی خودش را داشته باشد. اگرچه این کار هزینه‌بر و پیچیده است، اما در سیستم‌هایی که امنیت داده یا حفاظت فوق‌العاده بالا مدنظر است، اجرای این روش اجتناب‌ناپذیر می‌شود.

مقایسه انواع سیستم‌های ارتینگ از نظر ایمنی و کاربرد صنعتی

برای درک بهتر این موضوع، در جدول زیر مزایا، محدودیت‌ها و محل کاربرد هر یک از انواع سیستم ارتینگ را می‌توانید مشاهده کنید:

شناخت دقیق انواع سیستم ارتینگ و بررسی نیاز پروژه، نخستین گام برای یک طراحی سیستم ارتینگ موفق است. هر یک از این روش‌ها بسته به ساختار شبکه قدرت، نوع بار مصرفی، حساسیت دستگاه‌ها و استانداردهای لازم‌الاجرا، می‌تواند انتخاب مناسبی باشد.

اجزای اصلی سیستم ارتینگ | تجهیزات مورد استفاده در اجرای ارت

حالا که با کاربرد سیستم ارتینگ و انواع سیستم ارتینگ آشنا شدیم، مهم است بدانیم برای پیاده‌سازی و نحوه اجرای سیستم ارت به چه اجزایی نیاز داریم و تجهیزات ارتینگ شامل چه مواردی می‌شود. کیفیت و استاندارد بودن این اجزا، تضمین‌کننده طول عمر سیستم و کارایی مناسب آن است.

انواع الکترود ارت (Rod، Plate، Mesh)

الکترود ارت قلب هر سیستم ارتینگ محسوب می‌شود. این الکترودها می‌توانند به شکل میله (Rod)، صفحه (Plate) یا مش (Mesh) باشند. در ایران بیشتر از نوع میله‌ای (Rod) به دلیل سهولت در نصب و هزینه کمتر استفاده می‌شود. در خاک‌های مرطوب یا پروژه‌هایی که نیاز به مقاومت بسیار پایین زمین دارند، استفاده از الکترودهای مش یا صفحه‌ای نیز متداول است. قطر، طول و جنس این الکترودها (معمولاً مس، فولاد مس‌اندود یا گالوانیزه) متناسب با نوع خاک و میزان رطوبت آن انتخاب می‌شود.

مشخصات سیم و کابل ارت استاندارد

سیم ارت معمولاً از جنس مس، آلومینیم یا فولاد گالوانیزه است. در سیستم‌های ساختمانی، استفاده از سیم مسی به دلیل هدایت الکتریکی بالا رواج بیشتری دارد. سطح مقطع سیم ارت نباید کمتر از حد استاندارد باشد. بر اساس مقررات، معمولاً سطح مقطع سیم ارت باید با توجه به شدت جریان اتصال کوتاه و طول مسیر در نظر گرفته شود. در ارتینگ در برق ساختمان اغلب از سیم ارت با سطح مقطع ۱۰ تا ۱۶ میلی‌متر مربع استفاده می‌شود؛ اما در ارتینگ در تأسیسات صنعتی ممکن است مقاطع بزرگ‌تری تا ده‌ها یا حتی صدها میلی‌متر مربع نیز به کار برود.

مواد پرکننده چاه ارت (بنتونیت، ذغال، نمک، ژل رسانا)

در نحوه اجرای سیستم ارت یکی از مراحل کلیدی، پر کردن چاه ارت با موادی است که مقاومت خاک را کاهش داده و رطوبت را حفظ کنند. از مهم‌ترین مواد پرکننده می‌توان به بنتونیت (نوعی رس با قابلیت جذب رطوبت بالا)، ذغال چوب، نمک و همچنین ژل‌های رسانا اشاره کرد.

• بنتونیت به دلیل توانایی نگهداری آب، موجب کاهش مقاومت الکتریکی خاک می‌شود و عمر مفید بالایی دارد.
• ذغال و نمک نیز به صورت ترکیبی برای بالا بردن رسانایی خاک استفاده می‌شوند؛ اما به مرور زمان نمک ممکن است باعث خوردگی تجهیزات شود و نیاز به بازرسی و نگهداری دقیق دارد.
• ژل رسانا که جدیدتر است، در پروژه‌های حساس برای پایین آوردن مقاومت زمین و ماندگار نگه داشتن رطوبت کاربرد دارد.

کلمپ، کانکتور و ترمینال‌های ارت

تمامی اتصالات میان سیم ارت، بدنه تجهیزات، الکترود ارت و سایر بخش‌های شبکه باید توسط کلمپ‌ها و کانکتورهای استاندارد انجام شود. استفاده از ابزار و متریال نامرغوب در اتصالات، موجب افزایش مقاومت اتصال و حتی جدا شدن سیم‌ها در طول زمان می‌شود. در تجهیزات ارتینگ با کیفیت بالا، بدنه کلمپ‌ها از جنس برنج، برنز یا فولاد ضدزنگ است تا خوردگی در شرایط آب‌وهوایی مختلف به حداقل برسد. همچنین، ترمینال‌های ارت در تابلو برق باید بر اساس استاندارد IEC یا NEC انتخاب شوند تا انتقال جریان‌های خطا با کمترین افت ممکن صورت گیرد.

تابلو ارتینگ و نقش آن در سیستم‌های پیشرفته

در سیستم‌های صنعتی یا ساختمان‌های بزرگ، گاهی برای مدیریت بهتر شبکه‌های مختلف ارت، یک تابلو ارتینگ مجزا در نظر می‌گیرند که شامل شینه‌های مسی یا آلومینیمی، کانکتورهای ارت و حتی تجهیزات حفاظتی دیگر است. این تابلو نقش هاب مرکزی را در توزیع اتصالات ارت ایفا می‌کند و کنترل، نگهداری و تست را تسهیل می‌نماید. در برخی پروژه‌های فوق حساس، به دلیل حجم بالای کاربرد سیستم ارتینگ، وجود یک تابلو ارتینگ مجزا نه‌تنها پیشنهاد، بلکه الزام‌آور است.

مراحل طراحی و اجرای سیستم ارتینگ استاندارد

حال که با اجزای اصلی آشنا شدیم، بهتر است به صورت گام به گام ببینیم نحوه اجرای سیستم ارت چگونه است و چه مراحلی را باید طی کرد تا به یک ارتینگ استاندارد برسیم.

تعیین موقعیت چاه ارت یا شبکه ارت

در قدم نخست، محل حفر چاه ارت یا نصب شبکه ارت (در صورت استفاده از الکترود صفحه‌ای یا مش) باید مشخص شود. انتخاب محل مناسب به عواملی مانند دسترسی به خاک با مقاومت پایین، فاصله از سازه‌های فلزی عمده (مثل فونداسیون و اسکلت ساختمان) و دسترسی به آب‌های زیرزمینی بستگی دارد. در ارتینگ در برق ساختمان معمولاً چاه ارت در فضایی از حیاط یا محوطه جانبی حفر می‌شود که امکان نفوذ رطوبت را داشته باشد. در صنایع نیز این موضوع تابع شرایط محیطی و طراحی کلی کارخانه است.

محاسبه مقاومت زمین و انتخاب تعداد الکترودها

گام دوم، محاسبه مقاومت زمین است. معمولاً مهندسان برق با تست خاک (Soil Resistivity Test) یا با استفاده از داده‌های ژئوتکنیک، مقاومت ویژه خاک را اندازه می‌گیرند. سپس بر اساس سطح ولتاژ سیستم، استانداردها و حساسیت پروژه، حداکثر مقدار مجاز مقاومت ارت تعیین می‌شود (به عنوان مثال در برخی استانداردها ≤ ۵ اهم یا حتی ≤ ۱ اهم). اگر خاک از مقاومت الکتریکی بالایی برخوردار باشد، باید تعداد الکترودهای بیشتری به‌صورت موازی نصب کرد یا از مواد کاهنده مقاومت نظیر بنتونیت استفاده نمود. در این مرحله از طراحی سیستم ارتینگ، تأمین اطمینان از دستیابی به مقاومت مطلوب کلید موفقیت است.

اجرای فیزیکی سیستم ارتینگ و اتصال به تجهیزات

پس از طراحی، مرحله اجرای فیزیکی آغاز می‌شود. این بخش شامل حفر چاه ارت تا عمق مشخص، قراردادن الکترود ارت (Rod یا Plate یا Mesh) در داخل آن، پر کردن چاه با ترکیب بنتونیت/ذغال/نمک یا ژل رسانا و اتصال سیم ارت به الکترود است. سپس سیم ارت از طریق کاندوییت یا داکت‌های مخصوص، به بخش‌های مختلف پروژه و به بدنه تجهیزات رسانده می‌شود.

در برخی پروژه‌های بزرگ یا خاص، ممکن است شبکه ارت به‌صورت گسترده در فونداسیون ساختمان تعبیه شود. این کار که با عنوان «ارتینگ الکتروشیمیایی در فونداسیون» شناخته می‌شود، به کمک صفحات و مش‌های مسی انجام می‌گیرد و مانع از نیاز به چاه ارت عمیق می‌شود. البته در ایران این روش هنوز به‌صورت کامل جا نیفتاده است؛ اما در پروژه‌های مدرن و برج‌های بلندمرتبه از آن بهره می‌گیرند.

تست اولیه و تایید استانداردهای مقاومت

بعد از نصب، باید مقاومت سیستم ارتینگ اندازه‌گیری شود. در این مرحله، تست ارت / مقاومت زمین با استفاده از دستگاه‌هایی نظیر Earth Resistance Tester صورت می‌گیرد. نتیجه تست باید کمتر یا مساوی مقدار مجاز تعیین‌شده در طراحی باشد. در صورتی که مقدار به دست آمده بالاتر از حد مجاز باشد، باید با افزودن الکترودهای بیشتر یا تغییر مواد پرکننده به هدف مطلوب رسید. تنها پس از تایید این مرحله است که می‌توان گفت نحوه اجرای سیستم ارت به شکل استاندارد پایان یافته است.

استانداردها و الزامات فنی در طراحی سیستم ارتینگ

رعایت استانداردهای بین‌المللی و ملی در طراحی سیستم ارتینگ بسیار مهم است. این استانداردها چارچوبی برای اطمینان از ایمنی و عملکرد صحیح شبکه ارت فراهم می‌کنند.

الزامات استاندارد IEC 60364 در سیستم‌های زمین

استاندارد IEC 60364 مربوط به تاسیسات الکتریکی ساختمان است که بخش مهمی از آن به سیستم‌های زمین و حفاظت در برابر برق‌گرفتگی اختصاص دارد. این استاندارد حداقل شرایط فنی برای ارتینگ در برق ساختمان را بیان می‌کند و می‌گوید سیستم ارتینگ چیست و چگونه باید طراحی، نصب و تست شود. طبق IEC 60364، حداکثر مقاومت مجاز برای سیستم ارت با توجه به نوع شبکه (TN، TT و IT) می‌تواند متفاوت باشد.

استاندارد NEC و نکات طراحی ارتینگ در پروژه‌های ساختمانی

NEC یا National Electrical Code ایالات متحده، یکی از مراجع معتبر جهانی برای طراحی تاسیسات الکتریکی محسوب می‌شود. در NEC نیز به صورت مشروح درباره انواع سیستم ارتینگ و سطوح مجاز مقاومت زمین توضیح داده شده است. به طور کلی در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی بین‌المللی، سازگاری با NEC الزامی است؛ به ویژه در پروژه‌های مربوط به شرکت‌های خارجی یا فاینانس شده توسط بانک‌های بین‌المللی.

نکات طراحی بر اساس IEEE Std 80 و IEEE Std 142

در ارتینگ در تأسیسات صنعتی و خصوصاً در پست‌های برق، توصیه می‌شود از استاندارد IEEE Std 80 استفاده شود. این استاندارد دستورالعمل‌های جامعی برای تحلیل جریان خطای زمین، تست ارت / مقاومت زمین، محاسبات چگالی جریان قابل تحمل توسط الکترودها و طراحی شبکه ارت در پست‌ها ارائه می‌دهد. از سوی دیگر، IEEE Std 142 یا همان “Green Book” یک راهنمای جامع برای کاربرد سیستم ارتینگ در صنایع و شناخت دقیق نحوه اجرای سیستم ارت است. این دو استاندارد مکمل یکدیگر بوده و مرجع اصلی طراحان حرفه‌ای در دنیا به شمار می‌روند.

تست و نگهداری سیستم ارتینگ | چگونه از عملکرد صحیح ارتینگ مطمئن شویم؟

با اجرای یک ارتینگ استاندارد، کار تمام نمی‌شود. طراحی سیستم ارتینگ هرچقدر هم دقیق باشد، در طول زمان دچار تغییرات مقاومت به دلیل شرایط محیطی، خوردگی الکترودها و تغییر رطوبت خاک می‌شود. بنابراین نگهداری و تست دوره‌ای، بخش جدایی‌ناپذیر این سیستم به‌شمار می‌رود.

روش‌های اندازه‌گیری مقاومت زمین (Earth Resistance Tester)

برای اطمینان از عملکرد مناسب، باید به صورت دوره‌ای تست ارت / مقاومت زمین انجام شود. متداول‌ترین روش‌های اندازه‌گیری عبارتند از:

• روش سه سیمه و چهار سیمه (Fall-of-Potential): در این روش از دو الکترود کمکی برای تزریق جریان و اندازه‌گیری ولتاژ در فاصله‌های معین استفاده می‌شود.
• روش کلمپی (Clamp-on Tester): در این روش بدون قطع کردن اتصال ارت، با استفاده از یک کلمپ خاص مقاومت زمین سنجیده می‌شود. این روش برای شبکه‌های ارت گسترده که خاموش کردن بخش‌های مختلف آن مشکل است، کاربرد دارد.

فاصله زمانی مناسب برای تست دوره‌ای ارتینگ

بسیاری از استانداردها پیشنهاد می‌کنند که حداقل سالی یک بار تست ارت / مقاومت زمین انجام گیرد. در محیط‌های صنعتی با شرایط سخت (مانند رطوبت یا خورندگی بالا)، فواصل زمانی کوتاه‌تری مدنظر قرار می‌گیرد، مثلاً هر شش ماه یک بار. برخی صنایع حساس مانند پتروشیمی یا بیمارستان‌ها حتی تست‌های فصلی انجام می‌دهند تا از عملکرد مداوم سیستم اطمینان حاصل شود.

مشکلات رایج در سیستم‌های ارت و نحوه رفع آن‌ها

در فرایند نگهداری، گاهی با مشکلاتی مواجه می‌شویم که نیازمند اقدامات اصلاحی هستند، از جمله:

• افزایش مقاومت زمین به دلیل خشکی خاک: در این حالت، افزودن رطوبت مصنوعی یا افزایش تعداد الکترود ارت می‌تواند مقاومت را کاهش دهد.
• خوردگی الکترودها: استفاده از پوشش مناسب یا انتخاب جنس مقاوم در برابر خوردگی.
• جدا شدن اتصالات: بررسی و محکم کردن اتصالات با کلمپ‌های استاندارد.

(برای آشنایی بیشتر با روش‌های جلوگیری از خوردگی در اتصالات مختلف، مطالعه مقاله جلوگیری از خوردگی اتصالات صنعتی | راهکارهای مؤثر برای افزایش دوام و ایمنی مفید خواهد بود.)

مشکلات رایج در طراحی و اجرای سیستم ارتینگ

علاوه بر مشکلات نگهداری، در مرحله طراحی و اجرا نیز چالش‌هایی وجود دارد که باید از آن‌ها آگاه باشیم.

انتخاب نامناسب محل یا نوع الکترود

اگر در یک پروژه ساختمانی، محل چاه ارت در زمینی با مقاومت خاک بسیار بالا حفر شود، حتی استفاده از مواد کاهنده مقاومت زمین نیز ممکن است پاسخگو نباشد. گاهی نیز انتخاب غلط میان الکترود میله‌ای، صفحه‌ای یا مش می‌تواند منجر به مقاومت بیش از حد شود. در نتیجه، برای ارتینگ در برق ساختمان بهتر است متخصصان از همان ابتدا با مطالعه گزارش ژئوتکنیک، بهترین گزینه را انتخاب کنند.

نصب نادرست تجهیزات یا اتصالات ضعیف

اگرچه سیم ارت ممکن است کاملاً استاندارد باشد، اما اتصال آن با بدنه تجهیزات توسط کلمپ‌های غیراستاندارد صورت گیرد، نتیجه نهایی مناسب نخواهد بود. یکی از رایج‌ترین موارد، شل شدن اتصالات در داخل تابلو یا در محل اتصال به الکترود ارت است. به‌ویژه در ارتینگ در تأسیسات صنعتی که لرزش دستگاه‌ها بیشتر است، توجه به استحکام و کیفیت اتصالات اهمیت دوچندان پیدا می‌کند.

استفاده از متریال غیراستاندارد یا زنگ‌زننده

گاهی کارفرما یا پیمانکار به دلیل صرفه‌جویی در هزینه، از فولاد گالوانیزه بی‌کیفیت یا سیم‌های آلومینیومی نامرغوب استفاده می‌کند. این امر در درازمدت باعث پوسیدگی، افزایش مقاومت و ناکارآمدی سیستم خواهد شد. یا اگر در مرحله پر کردن چاه ارت، از نسبت‌های صحیح بنتونیت، نمک و ذغال استفاده نشود، عمر مفید چاه کاهش می‌یابد.

عدم تست‌گیری صحیح و تایید مقاومت زمین

حتی اگر نحوه اجرای سیستم ارت به ظاهر بی‌نقص باشد، بدون انجام تست‌های معتبر و گرفتن تأییدیه مقاومت، امکان اطمینان از عملکرد درست وجود ندارد. متأسفانه مشاهده شده در برخی پروژه‌ها، تست ارت به شکل اصولی انجام نمی‌گیرد و عدد گزارش شده واقعی نیست. در نتیجه، هنگام بروز خطا، سیستم ارت پاسخ مناسب نمی‌دهد.

نکات تکمیلی برای طراحی سیستم ارتینگ در پروژه‌های خاص

هر پروژه ویژگی‌های منحصر به فرد خود را دارد. در برخی مواقع، شرایط محیطی یا نوع تجهیزات، اقتضائات خاصی را به طراحی تحمیل می‌کند که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.

ارتینگ در مراکز داده و سیستم‌های الکترونیکی حساس

در مراکز داده، وجود حتی کوچکترین اختلال در شبکه برق می‌تواند باعث از کار افتادن سرورها و ایجاد خسارات مالی هنگفت شود. بنابراین، در اینگونه پروژه‌ها، علاوه بر ارت اصلی، یک ارت مجزا برای اتاق سرور و رک‌های تجهیزات الکترونیکی در نظر گرفته می‌شود. همچنین برای جلوگیری از نویز، تمامی اتصالات ارت باید کوتاه‌ترین مسیر را داشته باشند و از موازات طولانی با کابل‌های فشارقوی خودداری شود. استفاده از الکترودهای چندگانه با آرایش ویژه نیز متداول است.

نکات ویژه ارتینگ در محیط‌های مرطوب، شیمیایی یا خورنده

در صنایعی مانند پتروشیمی، فولاد، سیمان یا محیط‌هایی با رطوبت بالا، خوردگی الکترودها به شدت رایج است. لذا در این شرایط باید از الکترودهای مسی با روکش ضخیم یا فولاد زنگ‌نزن استفاده کرد و مواد پرکننده چاه را نیز ضدخورنده انتخاب نمود. علاوه بر این، بازدیدهای دوره‌ای کوتاه‌مدت و تست ارت مکرر، برای پایش تغییرات مقاومت ضروری است.

طراحی ارتینگ برای پست برق، ایستگاه مخابراتی و مراکز صنعتی

طراحی شبکه ارت برای پست‌های برق فشار قوی نیازمند محاسبات پیچیده و استفاده از نرم‌افزارهای تخصصی است. باید تمامی جریان خطای زمین، جریانات توزیع‌شده در دکل‌های انتقال و الگوهای برخورد صاعقه لحاظ شود. در ایستگاه‌های مخابراتی، به‌ویژه دکل‌های مرتفع، علاوه بر سیستم ارت دکل، اتصال برق‌گیر (Lightning Arrester) به الکترود زمین نیز یک الزام است. در مراکز صنعتی بزرگ، معمولاً شبکه ارت گسترده‌ای طراحی می‌شود که تمامی تجهیزات، سازه‌ها و تابلوهای برق را پوشش می‌دهد و امکان تست مقطعی بخش‌های مختلف را فراهم می‌کند.

جمع‌بندی و توصیه‌های نهایی

در این مقاله از مجله آواجنرال تلاش کردیم به صورت جامع و تفصیلی پاسخ پرسش «سیستم ارتینگ چیست» را بدهیم و به بررسی تمامی ابعاد کاربرد سیستم ارتینگ در پروژه‌های مختلف بپردازیم. همچنین با مرور انواع سیستم ارتینگ و معرفی اجزای آن، کوشیدیم چارچوبی عملیاتی برای طراحی سیستم ارتینگ و نحوه اجرای سیستم ارت ارائه دهیم.

چک‌لیست اجرای یک سیستم ارت استاندارد

برای اینکه مطمئن شوید تمام مراحل را درست انجام داده‌اید، می‌توانید از چک‌لیست زیر استفاده کنید. فراموش نکنید که هر پروژه ممکن است نیازهای خاص خودش را داشته باشد، اما رعایت موارد زیر در اغلب پروژه‌ها ضروری است:

• تحقیق درباره مشخصات خاک و اندازه‌گیری مقاومت ویژه
• انتخاب نوع الکترود ارت (Rod یا Plate یا Mesh) بر اساس شرایط پروژه
• استفاده از سیم ارت با سطح مقطع مناسب و جنس استاندارد
• پر کردن چاه با مواد کاهنده مقاومت زمین نظیر بنتونیت یا ژل
• بررسی و اطمینان از استحکام اتصالات با کلمپ‌های استاندارد
• انجام تست ارت و اطمینان از رسیدن به مقاومت مجاز
• ثبت نتایج تست ارت در مستندات پروژه
• برنامه‌ریزی برای تست‌های دوره‌ای و نگهداری

خلاصه مزایا و کاربردهای ارتینگ در صنعت

• افزایش سطح ایمنی: حفاظت در برابر برق‌گرفتگی و جلوگیری از آسیب‌های جانی
• حفاظت از تجهیزات الکترونیکی: کاهش خطر سوختن بردها، رله‌ها و قطعات حساس
• ثبات عملکرد سیستم‌های مخابراتی و دیتا: جلوگیری از نویز و خرابی سیستم
• جلوگیری از خسارات مالی: قطع سریع جریان خطا و پیشگیری از آتش‌سوزی در تابلوها
• ضرورت قانونی و استانداردی: رعایت الزامات ملی و بین‌المللی

توصیه‌های نهایی برای مهندسان برق و طراحان پروژه

1. همکاری با متخصصان ژئوتکنیک: برای رسیدن به مقاومت مطلوب، شناخت خصوصیات خاک ضروری است.
2. به‌روز بودن با استانداردها: دستورالعمل‌ها و استانداردهای IEC، NEC و IEEE به طور منظم به‌روزرسانی می‌شوند.
3. نگهداری مداوم: حتی بهترین سیستم‌های ارت در طول زمان تغییر وضعیت می‌دهند؛ با تست‌های دوره‌ای پیشگیرانه، از بروز حوادث جدی جلوگیری کنید.
4. دقت در متریال: هرگز از متریال غیراستاندارد یا ارزان قیمت برای الکترود، سیم یا کلمپ استفاده نکنید.
5. مستندسازی دقیق: از مرحله طراحی تا اجرا و نگهداری، تمام تست‌ها و داده‌ها را ثبت کنید تا در پروژه‌های بعدی هم ملاک قرار گیرد.

در نهایت، با اجرای صحیح و اصولی سیستم ارتینگ، نه‌تنها ایمنی تجهیزات برق بلکه ایمنی جان کاربران و کارکنان نیز تضمین می‌شود. اگر در مجتمع تجاری آواجنرال به دنبال خرید تجهیزات تخصصی برق و ارتینگ هستید، کافی است به بخش واحدهای برق و الکتریکی مجتمع تجاری آواجنرال در وبسایت مراجعه کرده و اطلاعات لازم را به دست آورید. با یک کلیک به صفحه واحدهای برق و الکتریکی آواجنرال هدایت شوید!

سوالات متداول (FAQ)

1. آیا اجرای سیستم ارتینگ برای همه ساختمان‌ها اجباری است؟
   بله، بر اساس مقررات ملی ساختمان ایران و استانداردهای بین‌المللی، اجرای ارتینگ در ساختمان‌های مسکونی، تجاری و صنعتی لازم است تا امنیت جانی ساکنان و ایمنی تجهیزات برق تضمین شود.
2. بهترین روش برای تست ارت / مقاومت زمین کدام است؟
   روش‌های مختلفی وجود دارد، اما روش سه سیمه و چهار سیمه (Fall-of-Potential) دقیق‌ترین داده‌ها را ارائه می‌دهد. در پروژه‌های بزرگ نیز روش کلمپی برای تست بدون قطع جریان به کار می‌رود.
3. چه موادی برای پر کردن چاه ارت مناسب هستند؟
   بنتونیت، ذغال چوب و نمک به‌صورت سنتی استفاده می‌شوند. با این حال، ژل‌های رسانا نیز گزینه‌های مدرن و کارآمدی برای حفظ رطوبت و کاهش مقاومت خاک محسوب می‌شوند.
4. آیا می‌توان از یک سیستم ارتینگ مشترک برای تجهیزات مختلف استفاده کرد؟
   عموماً بله، ولی در برخی موارد تجهیزات حساس مثل مراکز داده یا آزمایشگاه‌های مخابراتی نیاز به ارتینگ مجزا و ایزوله دارند تا از تداخل نویز و اضافه ولتاژ جلوگیری شود.
5. هر چند وقت یک‌بار باید سیستم ارتینگ را تست و بازرسی کرد؟
   پیشنهاد می‌شود حداقل سالی یک‌بار این کار انجام شود. در محیط‌های مرطوب یا خورنده، فواصل زمانی کوتاه‌تر (۶ ماه یا ۳ ماه) توصیه می‌گردد.