برق, ارتینگ, ارتینگ و شیلدینگ

مروری بر دو مفهوم مبهم زمین تمیز و زمین کثیف

مروری بر دو مفهوم مبهم زمین تمیز و زمین کثیف

براساس آمار غیر‌رسمی بین‌المللی، علت بیش از چهل درصد از خساراتی به مشترکین دارای سیستم‌های مخابراتی و اتوماسیون صنعتی وارد می‌شود، زمین کردن غلط است. از آنجا که معمولاً این اشکالات در شرایط گذرای سیستم‌های الکتریکی پیش می‌آیند، امکان بررسی آن‌ها مشکل‌تر و تحلیل‌شان پیچیده‌تر است. با این وجود، مهندسان طراح و ناظر و شرکت‌های مشاور می‌توانند با ابلاغ و آموزش استانداردهای مرتبط با ارتینگ سیستمهای اتوماسیون و ابزار دقیق (مانند IEEE1100 و IEEE142 و…) به مجریان، از مشکلات بعدی جلوگیری کنند.

برای شرکت در دوره آموزشی ارتینگ روی لینک زیر کلیک کنید

زمین کردن جزو آن بخش‌های دانش مهندسی برق است که ‏هنوز هم اهمیت و جزئیات علمی آن به درستی درک نشده ‏است. در تأسیسات صنعتی سنتی به دلیل حساسیت نه‌‏چندان زیاد، تبعات این نقیصه، چندان خسارت‌بار نیست ‏که استانداردهای سختگیرانه‌ای در کشور برای آن‌ها رعایت شود. در مقابل، در تأسیسات صنعتی مدرن‌تر (که دارای سیستم‌های اتوماسیون و ابزار‌دقیق هستند) اهمیت این مسئله ‏بسیار زیاد بوده و سختگیری بسیار بیشتری را طلب می‌کند. ‏کلیۀ مدارهای الکترونیک دیجیتال مدرن، از زمین به عنوان ‏یک رسانا و به عنوان مرجع منطقی صفر استفاده می‌کنند. در عین حال، اتصال بدنه‌های هادی به زمین، به‌عنوان راهی برای تأمین ایمنی در برابر ‏برق‌گرفتگی نیز به شمار می‌رود؛ از این رو، اشتباهاً این تصور برای بسیاری پیش می‌آید که شرایط زمین کردن برای این دو، تفاوتی ندارد. ‏امر دیگری که به پیچیده‌تر شدن این موضوع کمک می‌کند، آن است که طبق مقررات برای یک تأسیسات واحد، حتی اگر الکترودهای زمین متعدد اجرا شود، نهایتاً همه آن‌ها باید با هم همبند شوند. این الزام مقررات، گاهی به اشتباه این‌گونه تعبیر می‌شود که می‌توان یک سیم یا کابل از الکترود زمین آورد و هم به ترمینال زمین حفاظتی (بدنه) دستگاه‌ها متصلش کرد و هم به ترمینال زمین عملیاتی. برداشتی که کاملاً غلط و خسارت‌بار است. در این مقاله، به استناد ‏بخش‌هایی از فصل ۲۵۰ از مقررات ملی برق ایالات متحده ‏‏(‏NEC‏)، شیوهٔ صحیح زمین کردن این دسته از مدارهای ‏الکتریکی بررسی می‌شود. ‏

بیشتر بخوانید: در مقاله زیر نیز برخی اشتباهات رایجی که در اجرای سیستم ارتینگ انجام می‌شود را شرح داده‌ایم.

زمین تمیز و زمین کثیف

در نظر بسیاری از افراد، اصطلاح زمین تمیز (Clean Ground) (یا زمین آرام (Quiet Ground) ) و زمین کثیف (Dirty Ground)، عباراتی بسیار معقول و مشروع و دارای معنای روشنی هستند! ولی در استاندارد IEEE Std. 1100 استفاده از این واژه‌ها نهی شده است. این استاندارد معتقد است که باید از کاربرد این نوع کلمات که معانی چندگانه و مبهمی دارند (گرچه که رایج هم شده باشند)، اجتناب شود. به خصوص در این استاندارد، به دو اصطلاح مبهم Clean Ground و Dirty Ground اشاره شده است.

دو عبارت زمین تمیز و زمین آرام را شاید بتوان «واژه‌هایی در حسرت معنا‌شدن» دانست. براساس آن‌چه از استانداردها و مدارک معتبر و تجارب عملی دریافته‌ می‌شود، گرچه بسیاری از این دست کلمات، عباراتی پر‌رنگ‌ولعاب و دهان‌پرکن هستند، ولی بهتر است با تبعیّت از استانداردها، از اصرار بر تعریف و توضیح و ذکر مصادیق‌ آن‌ها خودداری کرده و بر همان دو اصطلاح دقیق‌تر «زمین مستقل» و «زمین وابسته» تاکید کرد.

به این ترتیب، اگر قرار باشد برای یک اتاق ذخیره و تبادل اطلاعات و داده‌ها (Data Center)، سیستم زمینی اجرا شود که در صورت اصابت صاعقه به ساختمان اصلی یا  همسایه، از صدمه دیدن تجهیزات گران‌قیمت و حساس جلوگیری کند، بهتر است صحبت از لزوم اجرای یک «سیستم زمین مستقل» کنیم نه سماجت بر ایجاد یک «سیستم زمین تمیز»!

نکتۀ جدی، البته با بیان شوخی، این است که احتمال توفیق در اجرای یک زمین مستقل برای تجهیزات ابزاردقیق در یک ساختمان که سیستم زمین صاعقه‌گیر و قدرت هم در آن اجرا شده، از احتمال یافتن مروارید درون دریای خزر، یا خاویار درون خلیج فارس کم‌تر است! در ادامه خواهیم گفت که طراحی و اجرا و عملکرد مطلوب یک زمین مستقل در عمل، درون زمینی پر از فونداسیون و لوله و فلزات مختلف (یا به اصطلاح زمینی با ترافیک بالا) تقریباً غیرممکن است. لذا معمولاً به تبعیّت از آن شاه‌بیت مولانا، این استراتژی در پیش گرفته خواهد شد که تمامی سیستم‌های زمین با یکدیگر همبند و متصل شوند.

زمین تمیز

معیار دقیقی برای «تعیین مقدار مقاومت زمین» مستقل در دست نیست و شاید این پارامتر، اصولاً ترازوی چندان دقیقی هم برای سنجش کیفیت الکترود مذکور نباشد. الکترود زمینی که ولتاژهای ناخواسته ناشی از جریان‌های داخل زمین را به تجهیزات ابزاردقیق و کامپیوترها منتقل نکند، خواه یک الکترود ساده باشد، خواه یک شبکۀ وسیع ایزوله، الکترودِ زمینِ مستقلِ خوبی تلقی می‌شود.

برخلاف زمین آرام، آن‌چه اغلب زمین کثیف یا نویزی خوانده می‌شود، معنای ملموس‌تری دارد و اغلب به یک شبکۀ زمین الکتریکی گفته می‌شود که استعداد القاء یا تزریق ولتاژهای ناخواسته و مزاحم به سیستم‌های الکترونیکی حساس را دارد. علامت زمین مستقل (یا به روایتی، آرام)، و زمین معمولی (یا نویزی) به صورت شکل ۱ است.

(الف): زمین معمولی، نویزی، (ب): زمین مستقل و آرام
شکل ۱: (الف): زمین معمولی، نویزی، (ب): زمین مستقل و آرام

بند 5.5.3.1 استاندارد IEEE Std. 142 با انتخاب هوشمندانۀ عنوان «زمین ایزوله/مستقل» (Separate/Isolated Grounds) و جدا كردن این دو مفهوم با علامت ممیّز، ابتدا اشاره كرده كه درک درستی از سیستم زمین قدرت و هادی نول در نزد سازندگان تجهیزات الكترونیكی و ابزار‌دقیق نیست و به همین دلیل دائماً تأكید بر ایزوله بودن و دوربودن هادی‌ها و شینه‌ها و حتی الكترودهای زمین ابزاردقیق از الكترودهای زمین قدرت کرده و این را لازمۀ عملكرد صحیح تجهیزات الكترونیكی و عدم آسیب‌پذیری‌ آن‌ها در لحظات گذرای صاعقه و اتصالی می‌دانند.

شكل ۲ كه از همین استاندارد نقل شده، حالتی را نشان می‌دهد كه سیستم زمین ابزاردقیق به غلط، به صورت ایزوله، چند‌متر دورتر از ساختمان اجرا شده و در مسیر خود به سازۀ ساختمان و یا سیم و شینۀ زمین سیستم قدرت وصل نشده است. این جداسازی مورد تأیید و توصیۀ استانداردهای NEC و IEEE نیست و استاندارد اخیر، با یك مثال عملیِ ساده، توضیح داده است كه اگر یک صاعقه با جریان ۱۰ كیلوآمپر به بالای ساختمانی دارای دو سیستم زمین قدرت و ابزاردقیق ایزوله اصابت كند، ولتاژی حدود ۱۰ كیلوولت بین این دو زمین می‌افتد!! این اختلاف پتانسیل به علت وجود خازن مجازی بین تجهیزات حساس و بدنۀ تابلوهایی است كه ضرورتاً به سیستم زمین قدرت وصل شده‌اند (خازن مجازی نیز در شكل نشان داده شده است). ولتاژی در حد ۱۰ كیلوولت بین تجهیزات الكترونیكی و بدنۀ فلزی، می‌تواند به‌سادگی موجب خرابی و سوختن تجهیزات حساس الكترونیكی شود. طبق توضیحات استاندارد، ولتاژ قابل‌تحمل بعضی قطعات نیمه‌هادی داخل تجهیزات و بردهای الكترونیكی در حد ۲۰ ولت به ازای ۱ میكرو‌ثانیه است، چه رسد به مقادیر چند كیلو‌ولت!

مثالی از نتیجۀ همبند نکردن زمین قدرت و زمین ابزاردقیق
شکل ۲: مثالی از نتیجۀ همبند نکردن زمین قدرت و زمین ابزاردقیق

باید دانست، مشكل بروز اختلاف پتانسیل بین دو سیستم زمین ایزوله، حتی در شرایطی كه یک ابرِ باردار بالای ساختمان عبور کند (ولو صاعقه‌ای هم زده نشود) نیز پیش خواهد آمد. این پدیده در شكل ۵-۶  از استاندارد IEEE Std. 142 آمده است. 

    با توجه به مشكلات فوق، استاندارد IEEE Std. 1100 در انتهای فصل پنجم خود تصریح می‌کند چنین سیستم زمینی که ایزوله کردنش لزوماً بتواند از سوار شدن نویز در حالت‌ دائمی یا آسیب جدی به قطعات حساس الكترونیكی در لحظات گذرا ممانعت کند، در عالمِ واقع، چندان قابل حصول نیست. لذا استاندارد، به‌جای عبارت زمین نویزی یا زمین کثیف، عبارت «زمین ایزولۀ نامطمئن» را به کار برده است.

بیشتر بخوانید: زمین نامناسب یکی از چالش‌های مهم در اجرای سیستم ارتینگ است. در مقاله زیر نحوه اجرای الکترود زمین در زمین‌های با شرایط نامطلوب را شرح داده‌ایم.

روش‌های زمین کردن براساس NEC‏

مقررات ملی برق ایالات متحده (‏NEC‏)، انواع روش‌های ‏صحیح نصب یک سیستم زمین نقطه‌ای ‏را معین کرده است. اگر این سیستم به‌درستی اجرا نشود، ‏تأسیسات مربوطه می‌توانند دچار مشکلات ایمنی و ‏خسارات به تجهیزات شوند. ‏متأسفانه، در ایران بدون توجه به ملاحظات اقتصادی و به دلیل ‏ضعف در دانش طراحان، نصّابان و بهره‌برداران، ‏این‌گونه در اذهان جا افتاده است که الکترود زمین برتر، الکترود ‏صفحه‌ای است. در مقابل حدود ۹۰ درصد از الکترودهای زمینی ‏که در کشورهای دیگر به کار می‌روند، انواع الکترودهای ‏میله‌ای هستند. یکی از دلایل بی‌اعتمادی به ‏الکترودهای میله‌ای در کشور ما آن است که آن‌چه در بازار ‏یافت می‌شود میله‌ای با طول نامناسب (۱/۵ متر) است که ‏طبیعتاً نمی‌تواند انتظار مورد نیاز را برآورده کند. درحالی‌که، میلۀ استاندارد دارای طولی به اندازۀ ۸ تا ۱۰ فوت ‏‏(۲/۵ تا ۳ متر) است که با حداقل هزینه، از سطح زمین ‏کوبیده شده و در صورت نیاز، برای رسیدن به مقاومت لازم ‏تعدادی از آن به‌صورت موازی درمی‌آیند. اثبات اقتصادی‌‏تر بوده و مطمئن‌تر بودن این شیوه از حوصلۀ این مقاله ‏خارج است، ولی در دفاع از آن همین بس که بسیاری از ‏استانداردهای بین المللی بر درستی و ترجیح آن، صحّه ‏می‌گذارند.‏

یکی از مشکلات مربوط به این نوع سیستم آن است که ‏معمولاً طراحان تأسیسات الکتریک برای دستیابی به ‏مقاومت استاندارد، از چندین میلۀ موازی استفاده می‌کنند. ‏NEC‏ هم مانند مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان لازم می‌داند که همۀ سیستم‌های اتصال زمین موجود ‏در یک محل، مستقیماً در ورودی آن محل (نقطه تحویل) به ‏هادی اصلی نول-زمین متصل شوند. در غیر این‌صورت، ‏اگر کسی به‌طور همزمان بدنۀ دو تابلو را لمس که هر کدام ‏به یکی از سیستم‌های مستقل زمین متصل‌اند، اختلاف ولتاژ ‏زیادی که (به‌ویژه در حین صاعقه یا بروز اتصالی) بین زمین‌ها ‏بوجود می‌آید، می‌تواند برایش بسیار خطرناک باشد. در کل، ‏از دید ‏NEC، اصلی‌ترین دلیل اتصال یک سیستم توزیع ‏الکتریکی به زمین، ایجاد امنیت در تماس با بدنه‌های هادی ‏است. ‏

جدای از این، اصولاً پیش‌بینی چندین زمین مستقل، از دید ‏ایجاد جریان‌های حلقوی در زمین هم می‌تواند اقدام نامطلوبی ‏تلقی شود. این جریان‌ها می‌توانند به‌طور دائمی، در مسیر بین ‏همۀ تابلوها و بدنه‌های هادی دیگر و زمین‌های مختلف ‏گردش کنند. ‏به‌جای استفاده از زمین‌های متعدد، باید برای هر بدنه یک ‏زمین اصطلاحاً «پاک» ایجاد کرد. برای این منظور، سیم ‏زمین هر تابلو یا بدنۀ هادی را حتی‌الامکان به شینۀ اصلی ‏نول-زمین در ورودی تأسیسات یا نزدیکترین همبندی‌ای ‏که به شینۀ مذکور متصل است، بسته می‌شود. افزودن یک ‏الکترود زمین دیگر (با رعایت حداقل فاصلۀ لازم) و ‏اتصال آن به شینۀ اصلی نول-زمین در ورودی تأسیسات ‏نیز امری مجاز به شمار می‌رود؛ اما اتصال تابلوها و بدنه‌های ‏هادی تجهیزات به سیستم‌های زمین جداگانه، از دید ‏NEC‏ ‏ممنوع است.‏ الکترودهای زمینی که ‏NEC‏ به رسمیت می‌شناسد، به ‏شرح زیرند: ‏

آرماتورهای داخل بتون

میلگردهای فولادی که درون ‏بتون، در زمین دفن می‌شوند (مثل فونداسیون ‏ساختمان‌ها).

اسکلت فلزی ساختمان‌ها

شرطی قابل قبول است  که بخشی کافی از آن‌ها ‏درون و در تماس با زمین باشد.‏

الکترود‌های صفحه‌ای

صفحه‌های فلزی مدفون از قدیمی‎‌ترین و کم‌اثرترین روش‌های ایجاد الکترود زمین هستند.

بیشتر بخوانید:

الکترود مدفون شده در زمین (یوفر) یکی از روش‌های رایج ارتینگ است در مقاله زیر نحوه استاندارد اجرای الکترود یوفر را بیاموزید.

سیستم زمین حلقوی

از دید ‏NEC‏ این سیستم شامل یک سیم لخت ‏‎2AWG‏# ‏در سیستم آمریکایی (تقریباً معادل سیم نمره 35 در سیستم ‏اروپایی)‏‎ است که حداقل ۳۰ اینچ (تقریباً معادل ‏‏۷۴ سانتی‌متر) در خاک اطراف ساختمان فرو رفته ‏باشد (شکل ۳).‏ سیستم زمین حلقوی فوق، چیزی بیش از یک خط هم‌پتانسیل را در اطراف تأسیسات فراهم می‌کند. این سیستم ‏زمین، معمولاً همیشه ‏متضمن کوبیدن تعدادی میله است. ‏تنها مشکل در سیستم زمین حلقوی این است که نصّابان ‏کم‌اطلاع، هادی‌های متعددی را از حلقۀ آن به ‏تابلوهای ‏مختلف تجهیزات متصل می‌کنند. صرفنظر از مقطعی که ‏برای این هادی‌ها در نظر گرفته شود، به دلیل اندوکتانس ‏سیم و اثر ‏پوستی، ممکن است در صورت اصابت صاعقه ‏به تأسیسات، ولتاژهای فرکانس‌بالای بزرگی در آن به وجود ‏آیند. در چنین شرایطی، جریان ‏تنها در محیط خارجی سیم ‏جریان یافته و مقاومت آن به‌طور مشخصی با رابطۀ زیر ‏افزایش می‌یابد:‏

زمین تمیز

در اینجا:

زمین تمیز = مقاومت AC، اهم              

K = عدد ثابتی که به نوع سیم حلقه بستگی دارد و مقدار آن در جدول ۱ داده شده است.

f = فرکانس، هرتز

زمین تمیز= مقاومت DC اولیه، اهم

سیستم زمین حلقوی
شکل ۳: سیستم زمین حلقوی

زمین تمیز برای هر۱۰۰۰ فوت (۳۰۰ متر)

k

نمرۀ سیم (استاندارد آمریکایی) 

۱۶/۲

۶/۳۹

۲/۵۲

۰/۹۹۸۸

۰/۶۲۸۱

۰/۳۹۲۵

۰/۲۴۸۵

۰/۱۵۶۳

۰/۰۹۸۳۵

۰/۰۷۷۹۳

۰/۰۴۹۰۱

۶/۸۶

۱۰/۹

۱۷/۶

۲۷/۶

۳۴/۸

۴۷/۹

۵۵/۵

۶۹/۸

۸۸/۰

۹۹/۰

۱۲۴/۵

۲۲

۱۸

۱۴

۱۰

۸

۶

۱

۲

۰

۰۰

۰۰۰۰

این امر منجر به اختلاف پتانسیل بزرگی بین تابلوهای متصل‌شده که ‏به نقاط مختلف حلقه می‌شود. لذا روش ‏صحیح آن است که فقط یک سیم رابط از حلقه مدفون بیرون ‏آمده و همۀ تابلوهای تجهیزات به آن متصل شوند.‏

بیشتر بخوانید:

برای اجرای استاندارد یک سیستم زمین باید محاسبات علمی دقیق با توجه به شرایط و نوع اجرا انجام شوند. در مقاله زیر فرمول‌های محاسباتی لازم برای طراحی الکترود زمین ارائه شده است.

سیستم شیلد قفسی

اشتباه شایعی که اکثر طراحان تأسیسات اتوماسیون و ‏مخابراتی دچار آن می‌شوند، استفاده از یک سیستم شیلد ‏قفسی به‌منظور تأمین ایمنی است. در این مورد، قفسی از ‏سیم روکش‌دار از چهار گوشۀ سقف یک اتاق تجهیزاتی عبور ‏کرده و در پایین بنا، در چندین محل، به سیستم زمین ‏حلقوی که در زیر زمین مدفون شده است، متصل می‌شود. ‏مجدداً در این‌جا هم اگر تابلوهای متعدد به نقاط مختلف ‏در اطراف این سیستم زمین قفسی متصل شوند، می‌توانند ‏در معرض همان جریان‌های صاعقه و اختلاف ولتاژ‌ها قرار ‏گیرند. در نتیجه، ممکن است خطوط انتقال اطلاعات بین ‏تابلوها و تجهیزات حتی ذوب شوند! لذا، هر‌چند سیستم ‏زمین قفسی در برخی مراجع، مفید دانسته شده است، ولی ‏در استفاده از آن باید به خاطر داشت که همچنان به یک ‏میله زمینی اصلی یا اتصال مشترک نول-زمین نیاز ‏داریم. زمین همۀ تجهیزات تنها می‌توانند در یک نقطه به ‏حلقۀ سیستم زمین متصل شود و اتصال آن‌ها به قفس ‏ممنوع است (شکل۴). در گوشه‌های قفس توصیه می‌شود ‏شعاع خمش هادی از ۲۰ سانتی‌متر کمتر نبوده و هادی ‏مورد استفاده از نوع رشته‌ای و به مقطع حداقل ‏‎2AWG‎‏# در سیستم آمریکایی (تقریباً معادل سیم نمره ‏‏35 در سیستم اروپایی)‏‎ ‎باشد‎.‎‏ ‏

سیستم زمین قفسی
شکل ۴: سیستم زمین قفسی

سیستم زمین ایزوله

علاوه بر اتصال و نصب یک سیستم زمینی تک‌نقطه‌‏ای، ‏NEC‏ استفاده از یک سیستم زمین ایزوله را نیز ‏برای تأسیسات اتوماسیون و مخابرات مجاز می‌شمارد. ‏اصطلاح «سیستم زمین ایزوله» هم اغلب به صورت ‏غلطی سوء تعبیر شده است. طی چندین دهه، طراحان ‏سایت‌های کامپیوتری به تجربه دانسته‌اند که لوله‌های ‏فلزی حامل سیم‌ها که با مجوز NEC‏ می‌توانند به‌عنوان ‏بخشی از سیستم زمین، به بدنۀ تابلو‌ها متصل باشند، ‏منشاء ظهور جریان‌های نشتی، نفوذ نویز از طریق برگشت ‏نول و… هستند. ‏

همهٔ سیستم‌های کنترلی که از ‏PLC‏ و میکروکنترلر ‏استفاده می‌کنند، از هادی حفاظتی زمین، هم به‌عنوان ‏یک مرجع برای زمینِ مدارهای منطقی خود و هم به‌عنوان مبنایی برای قطع جریان مدار در صورت بروز ‏اتصالی استفاده می‌کنند. روش سیستم زمین ایزوله سال‌ها ‏پیش به‌عنوان راهی برای ایجاد یک «زمین مطلق» ابداع ‏شد.‏

به بیان ساده، سیستم زمین ایزوله، یک هادی روکش‌دار با ‏سایز مناسب است که از لوله‌های حامل کابل‌ها و ‏چهارچوبۀ حامل تابلوها (که زمین می‌شوند) ایزوله شده ‏است. سیستم زمین ایزوله تنها در محل ورودی تأسیسات ‏به شینۀ اصلی نول-زمین متصل می‌شود. در محل‌هایی که ‏دارای پست‌های اختصاصی هستند، شینۀ اصلی نول-زمین ‏بعد از ترانسفورماتور توزیع و در سمت فشار ضعیف آن ‏قرار می‌گیرد (شکل ۵). ‏

سیستم زمین ایزوله
شکل ۵: سیستم زمین ایزوله

زمین کردن تک‌نقطه‌ای

بدترین روشی که از دید سلامت تجهیزات و ایمنی ‏اشخاص می‌توان برای زمین کردن انتخاب کرد، این است ‏که هر تابلو را در چندین نقطه به زمین متصل کنیم! چون ‏زمین یک رسانای بسیار ضعیف است، در صورت اصابت ‏صاعقه، اختلاف ولتاژ لحظه‌ای شدیدی بین این نقاط ‏داریم. حتی در حالت، نرمال نیز به دلیل وجود حلقه در ‏سیستم زمین و جریان‌های گردشی، اختلاف ولتاژی وجود ‏دارد. اگر تابلوهایی در سیستم‌های اتوماسیون و مخابرات ‏که خطوط ارتباطی حامل اطلاعات با سرعت تبادل بسیار ‏بالا آن‌ها را به هم متصل کرده‌اند را در نقاط متعدد به زمین ‏متصل کنیم، این اختلاف ولتاژها هم می‌توانند باعث بروز ‏وقفه‌های ناخواسته در سیستم تبادل اطلاعات شوند و هم ‏تهدیدی برای سلامت افراد به شمار می‌روند. بنابراین در ‏کارخانه‌های صنعتی که به سیستم‌های اتوماسیون مجهزند، ‏لازم است از یک سیستم زمین چند‌نقطه‌ای استفاده شود. ‏به‌طوری‌که همۀ انشعابات رابطی که از سیستم زمین بیرون ‏می‌آیند، قبل از بازگشت به زمین به یک نقطه برسند. در ‏سایت‌های مخابرات که دارای تاسیسات ‏DC‏ توان‌بالا ‏هستند، این کار با پیش‌بینی یک الکترود زمین اصلی ‏تکمیل می‌شود. در سایر تأسیسات قدرت ‏AC‏، بهتر است ‏از همان روش قبلی که مشتمل بر یک شینۀ نول-زمین در ‏ورودی تأسیسات و در سمت فشار ضعیف ترانسفورماتور ‏توزیع است، استفاده کنیم. در این حالت، همان‌طور که در ‏شکل ۶ هم می‌توان دید، هادی‌های زمین ایزوله، زمین ‏حفاظتی و نول به یک نقطه در پانل توزیع اصلی رسیده و ‏سپس به الکترود زمین مرجع، متصل می‌شوند. ‏

سیستم زمین تک‌نقطه‌ای
شکل ۶: سیستم زمین تک‌نقطه‌ای

هم مقررات ملی برق و هم استاندارد حفاظت در برابر ‏صاعقۀ ایالات متحده (‏NFPA‏)، وجود یک الکترود ‏زمین مجزا را برای صاعقه‌گیر ضروری می‌دانند. این ‏الکترود در شینۀ ارتباطی به الکترود زمین تأسیسات ‏متصل می‌شود. هدف از این الکترود زمین جداگانه این ‏است که قسمت عمدۀ جریان تخلیۀ صاعقه را، به دور از ‏ورودی برق تأسیسات، وارد زمین کرده و آثار جریان ‏صاعقه را بر تأسیسات کم کند. اتصال این دو زمین باعث ‏می‌شود در صورت اصابت صاعقه، ایمنی بیشتری بین ‏دو الکترود زمین به وجود آید.‏

اتصال تابلوها و بدنه‌های هادی به زمین از طریق یک ‏هادی اضافی دیگر، اشتباه بزرگی است که می‌تواند باعث ‏عبور چندین آمپر جریان، به دلیل اختلاف پتانسیل زمین ‏بین بدنه‌های مذکور شود. این حالت در شکل ۷ نشان ‏داده شده است. ‏

نتیجۀ استفاده از سیستم زمین چند‌نقطه‌ای
شکل ۷: نتیجۀ استفاده از سیستم زمین چند‌نقطه‌ای

زمانی که جریانی متغیر در این سیم به وجود می‌آید، یک ‏ضربه ولتاژ لحظه‌ای در بدنۀ تابلو ایجاد می‌شود. مقدار این ‏ضربه ولتاژ از رابطۀ فارادی محاسبه می‌شود:‏

زمین تمیز

در اینجا :

e: ولتاژ گذرا، ولت

L: اندوکتانس، هانری

dI: تغییر جریان، آمپر

dt: تغییر زمان، ثانیه   

جمع‌بندی

وجود چندین سیستم زمین مستقل در تأسیسات مخابرات و ‏اتوماسیون، در حالت دائم، باعث عبور جریان‌های گردشی، ‏القاء ولتاژ در بدنه‌های هادی و ایجاد نویز می‌شود. در ‏خلال حالات گذرای شبکه نیز این کار آسیب‌پذیری ‏تأسیسات را بالا می‌برد. در این مقاله، نشان داده شد که ‏بهترین راه برای طراحی سیستم زمین این نوع مشترکین ‏استفاده از سیستم زمین تک‌نقطه‌ای و در صورت لزوم ‏استفاده از زمین ایزوله است که در عین حال موجبات ‏تأمین ایمنی اشخاصِ در تماس با بدنه‌های تجهیزات و ‏تثبیت مرجع صفر مدارهای منطقی را هم فراهم می‌‏آورد. ‏

سوالات متداول

۱- زمین تمیز و زمین کثیف یعنی چه؟

کلاً استفاده از این دو اصطلاح برخلاف مذاق استاندارد است ولی کسانی که آن‌ها را به کار می‌برند منظورشان به ترتیب زمین عاری از اختلالات و زمین آلوده به نویز است.

۲- آیا داشتن دو زمین مستقل یکی برای قدرت و یکی برای تجهیزات حساس کار صحیحی است؟

متاسفانه، هرچند این کار در کشور ما به کرّات انجام شده و می‌شود، اما طبق نصّ صریح استاندارد، کاری اساساً غلط و خسارت‌بار است.

۳- اگر جایی زمین مستقل برای قدرت و اتوماسیون داشته باشیم، برای اصلاح آن چه باید کرد؟

باید زمین‌ها به یکدیگر همبند شوند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *