در حوزه مهندسی برق که ایمنی و قابلیت اطمینان از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است، ارتینگ یکی از مباحث اساسی به شمار می‌آید. در واقع ارتینگ به عنوان یک حفاظت حیاتی عمل کرده و از افراد و تجهیزات در برابر پیامدهای فاجعه بار خطاهای الکتریکی محافظت می‌کند. بر طبق تعریف ارتینگ فرآیند اتصال سیستم‌های الکتریکی، تجهیزات و دستگاهها به زمین برای اطمینان از ایمنی و عملکرد مناسب در تاسیسات الکتریکی است. ارت شامل ایجاد یک مسیر رسانا از سیستم الکتریکی به سطح رسانای زمین از طریق الکترودهای زمین، سیم‌های رسانا و هادی‌های زمین خواهد بود. در ادامه این مقاله به بررسی و مطالعه انواع آرایش‌های ارتینگ در سیستم‌های الکتریکی پرداخته می‌شود.
در دوره ارتینگ ماهر به طور عملی و پروژه‌محور تمامی مباحث مربوط به طراحی و اجرای انواع سیستم زمین حفاظتی (ارتینگ)آموزش داده شده است. برای یادگیری این مهارت ارزشمند در این دوره ثبت نام کنید
انواع سیستم زمین حفاظتی
زمين كردن كه در اروپا آن را Earthing و در آمريكا Grounding می‌نامند، می‌تواند به روش‌های متفاوتی انجام شود. اين روش‌ها را معمولاً به کمک دو حرف نامگذاری می‌كنند.
| حرف دوم نحوه اتصال بدنه‌های هادی تجهيزات در سمت مصرف‌كننده را به زمين نشان می‌دهد. | حرف اول نحوه اتصال ثانويه ترانسفورماتور تغذيه‌كننده تاسيسات به زمين (اغلب نقطه نول) را نشان می‌دهد. | ||
| زمين شده است | T | T | زمين شده است |
| زمين شده است | T | I | زمين نشده است |
| به نول منبع متصل شده است | N | T | زمين شده است |
شیوه زمين‌كردن اثر مستقيمی روی نحوه توزيع برق فشار ضعيف و انتخاب روش حفاظت در برابر تماس غير‌مستقيم دارد. در ادامه، به شکل مختصر، روش‌های فوق و نمايش شماتيک آنها شرح داده می‌شود.
روش TT
روش TT بيشتر توسط شركت‌های توزيع برق مورد استفاده قرار می‌گيرد. هدف اساسی در اين روش، آن است كه هرگاه اشکالی در عايق‌بندی تجهيزات این شركت‌ها پيش آيد، يا اتصال كوتاهی در سيستم رخ دهد، همان قسمت سريعاً جدا شود. هدف طراحی آن است كه عمل جداسازی در نقطه‌ای هر چه نزديک‌تر به محل اتصالی يا عيب انجام شود. اگر بخواهيم اين روش خوب كار كند، ترجيحاً بايد حفاظت‌های ديفرانسيل با عملكرد لحظه‌ای (Instantaneous) به کار گرفته شوند. حفاظت ديفرانسيل می‌تواند «كل» يک بخش از تاسيسات را حفاظت كند و يا بسته به مورد، برای هر بخش، جداگانه و با پله‌‌بندی مناسبی طراحی شود.
در روش TT، نول در محل منبع و در نقاط دیگری در طول مسير زمین شده است و هر يک از بدنه‌های هادی در محل استقرار دستگاه يا تجهيزات مربوطه، زمين می‌شوند. این دو اتصال زمین از یکدیگر مستقل هستند. در صورتی كه در يک سيستم TT اتصال كوتاهی در يكی از تجهيزات رخ دهد، جريان وارد بدنه هادی تجهیز شده، به وسیله سيم زمين، وارد زمين می‌شود و از طریق زمین به سمت منبع حركت می‌كند.
از روش TT می‌توان در جاهایی مانند مناطق مسکونی، Minor tertiary، کارگاه‌ها و موسسات تحصیلی که کارگاه عملی دارند، استفاده کرد.
روش TN
اين سيستم بيشتر برای مواردی مناسب است كه باید كل يک بخش از سيستم، توسط حفاظت نصب‌شده در محل منبع يا تابلوی توزيع اصلی يا تابلوی توزيع فرعی محافظت شود. نصب و بهره‌برداری از سيستم‌هایی كه به روش TN طراحی شده‌اند آسان و مقرون به‌صرفه است، ولی حفاظت‌های آن بايد به‌دقت طراحی و تنظيم شوند.
سيستم TN خود به دو صورت ممكن است اجرا شود: در سيستم TN-S، هادی‌های نول و زمين حفاظتی (PE) از يكديگر مجزا هستند و فقط در منبع به يكديگر و به سيستم زمين متصل می‌شوند. حال آن‌كه در سيستم TN-C اين دو، يك هادی هستند. لازم به ذكر است كه در استاندارد ۱۹۳۷ ملی ايران و در مقررات ملی ساختمان، مبحث سيزدهم، سيستمی كه برای كار در اماكن مسكونی و تجاری عمومی به رسميت شناخته شده، سيستم TN-S است.
روش TN-C
حرف C برگرفته از واژه‌ی Common به‌معنی «مشترک» بوده و بر یکی بودن هادی نول و زمين حفاظتی دلالت دارد. جدا كردن اين دو، در ساير قسمت‌های سيستم توصيه نمی‌شود. مقطع سيم مشترک نول- زمين حداقل بايد برای هادی مسی و برای هادی آلومینیومی باشد. استفاده از اين شيوه، برای دستگاه‌های سیار (حتی اگر با كابل‌های قابل انعطاف تغذیه شده باشند) توصيه نمی‌گردد.
لازم به ذكر است كه برای پيشگيری از ايجاد جريان‌های گردشی در بدنه‌های هادی، بايد هر بدنه‌ی هادی مستقيماً به ترمينال PEN متصل شده و سپس بدنه‌ی هادی به نول وصل شود (عكس اين حالت غلط است). برای درک بهتر اين مسئله می‌توان به شكل ۳ رجوع کرد.
روش TN-S
سيستم TN-S لزوماً بايد در بالادست سيستم TN-C قرار گيرد. قرار گرفتن يک سيستم TN-C در بالادست يك سيستم TN-S مجاز نیست. انشعاباتی كه از نول گرفته می‌شوند، بايد همگی هم‌مقطع با فازشان بوده و هرگز روی آنها حفاظت يا جدا‌كننده‌ای نصب نشود.
روش TN-C-S
آرایش TN-C-S ترکیبی از دو روش TN-C و TN-S است. در این روش، هادی نول و هادی حفاظتی در بخشی از سیستم زمین با هم ترکیب می‌شوند و در بخش‌های دیگر از هم جدا هستند.
روش IT
در اين روش، وقوع اولين اتصالی در سيستم، منجر به عملكرد جدا‌كننده‌ها نمی‌شود؛ زيرا جدا شدن آنها می‌تواند مضرات بیشتری برای مصرف‌كننده داشته باشد. برای نمونه، در يك اتاق عمل يا در سيستم‌های بسيار حساس تولیدی (مثلاً توليد نيمه‌هادی‌ها)، هرگونه قطع عمومی برق می‌تواند خسارات جانی و مالی قابل توجهی به‌همراه داشته باشد. در اين شرايط وقوع اولين اتصالی، شناسایی و هشدار داده می‌شود؛ اما بلافاصله توسط سيستم‌های حفاظتی قطع نمی‌شود.
اجرای سيستم IT ساده است؛ اما پرسنلی كه برای بهره‌برداری و نگهداری از آن انتخاب می‌شوند بايد بسيار ماهر و آموزش‌ديده باشند و نحوه اقدام صحيح پس از مواجهه با اولين اتصالی را بدانند.
معمولاً در سيستم‌های IT استفاده از يک محدود‌كننده اضافه‌ولتاژ، اجباری است. هدف از نصب آن، هدايت اضافه‌ولتاژهای احتمالی است كه می‌توانند در تاسيسات واقع در سمت فشار متوسط ايجاد شوند و به سمت فشار ضعيف هم راه يابند (مثلاً به‌دنبال عيب عايقی در ترانسفورماتورها، اصابت صاعقه و…) برای اطمينان از ايمنی سيستم IT بايد به موارد زير توجه داشت:
- زمين كردن و همبندی صحيح بدنه‌های هادی
- آشكارسازی اولين اتصالی توسط (Insulation Monitoring Device) یا IMD
- قطع مدار در صورت وقوع اتصال كوتاه دوم، توسط حفاظت‌های اضافه‌جريان يا ديفرانسيل
چنان‌که بیان شد، روش IT در بيمارستان‌ها يا صنايعی كه استمرار تغذيه الكتريكی در آنها نقش حیاتی دارد، به كار می‌رود. طبيعتاً به دلیل جدا بودن نول منبع از زمين، جريان‌های اتصالی در چنين سيستمی آن‌قدر كم هستند كه تا زمان رفع عيب، احتمال وقوع خطرات جانی يا انفجار و همانند آن پيش نيايد.
جمع‌بندی
یکی از موضوعات بسیار مهم در حفاظت سیستم‌های الکتریکی مبحث ارتینگ به شمار می‌آید که عبارت است از اتصال بدنه‌ی تجهیزات الکتریکی به زمین برای اطمینان از ایمنی و عملکرد مناسب در تاسیسات الکتریکی. ارتینگ در آرایش‌های مختلفی انجام می‌شود که هریک از این ساختارها دارای ویژگی‌های منحصر به فرد خود است. برای انتخاب ارتینگ با آرایش مناسب باید به هدف و محل کاربرد ارتینگ در تاسیسات الکتریکی مورد نظر دقت کرد. در این مقاله انواع سیستم زمین حفاظتی مورد بررسی قرار گرفت.
در دوره ارتینگ ماهر مفاهیم پایه، طراحی، اجرا، بررسی، مواد و مصالح مورد استفاده در ارتینگ را به ساده‌ترین و عملی‌ترین صورت می‌آموزید.
سوالات متداول
استفاده از این روش در ایران، طبق مقررات ملی ساختمان مجاز نیست. اما در دنیا کشورهایی هستند که مقررات آنها اجازه استفاده از این روش را می‌دهد.
اين سيستم بيشتر برای مواردی مناسب است كه باید كل يک بخش از سيستم، توسط حفاظت نصب‌شده در محل منبع يا تابلوی توزيع اصلی يا تابلوی توزيع فرعی محافظت شود. نصب و بهره‌برداری از سيستم‌هایی كه به روش TN طراحی شده‌اند آسان و مقرون به‌صرفه است، ولی حفاظت‌های آن بايد به‌دقت طراحی و تنظيم شوند.
سيستم TN-S لزوماً بايد در بالادست سيستم TN-C قرار گيرد. قرار گرفتن يک سيستم TN-C در بالادست يك سيستم TN-S مجاز نیست. انشعاباتی كه از نول گرفته می‌شوند، بايد همگی هم‌مقطع با فازشان بوده و هرگز روی آنها حفاظت يا جدا‌كننده‌ای نصب نشود.
