یکی از گیج‌کننده‌ترین مفاهیم در سیستمهای الکتریکی، تفاوت بین همبندی (Bonding)، ارتینگ (Earthing) و گراندینگ (Grounding) است. همبندی در مقایسه با ارتینگ و گراندینگ کلمه واضح‌تری به نظر می‌آید، اما تفاوت بسیار کوچکی بین ارتینگ و گراندینگ وجود دارد. در واقع ارتینگ و گراندینگ اصطلاحات متفاوتی برای بیان یک مفهوم هستند. در حالی که هر یک از این مفاهیم برای تضمین ایمنی و عملکرد تاسیسات و شبکه‌های الکتریکی اساسی هستند، اما هر کدام اهداف متفاوتی را دنبال می‌کنند که در ادامه این مقاله به آنها اشاره خواهد شد.
در دوره ارتینگ ماهر دانش و مهارت لازم برای محاسبه، طراحی و اجرای انواع سیستمهای ارتینگ به صورت کاملاً عملی آموزش داده شده است. برای یادگیری این مهارت کاربردی و ارزشمند در این دوره ثبت نام کنید.
تفاوت بین گراندینگ، ارتینگ و همبندی
درک مفهوم اساسی و تفاوت اصلی بین گراندینگ، ارتینگ و همبندی در سیستمهای الکتریکی همواره یک چالش بزرگ بوده است. حتی برخی از متخصصان نیز به اشتباه، اصطلاحات گراندینگ، ارتینگ و همبندی را به جای یکدیگر به کار می‌برند. لازم به ذکر است که گراندینگ و ارتینگ، در واقع دو اصطلاح متفاوت برای بیان یک مفهوم مشترک به شمار می‌آیند. اما، تفاوت کوچکی بین گراندینگ و ارتینگ وجود دارد که در ادامه به طور مفصل به آن پرداخته می‌شود. اکنون توجه به نکات زیر الزامی است:
- اصطلاح گراندینگ در واقع همان چیزی است که برای لفظ ارتینگ، در ایالات متحده آمریکا و کانادا بر اساس استانداردهای NEC، CEC، IEEE، UL و ANSI استفاده می‌شود.
- اصطلاح ارتینگ در اتحادیه اروپا، انگلستان و سایر کشورهایی که از استانداردهای IEC و BS پیروی می‌کنند استفاده می‌شود.
- واژه همبندی یا باندینگ در ایالات متحده، بریتانیا و اتحادیه اروپا (NEC & IEC) هنگام اتصال دو هادی (سیم، پمپ، ماشین آلات، لوله‌ها و غیره) برای از بین بردن اختلاف پتانسیل بین آنها (و به طور کلی هر دو بدنه فلزی فاقد جریان) استفاده می‌شود.
اگر با مبحث ارتینگ و انواع روش‌های پیاده‌سازی آن آشنا نیستید، مقاله زیر را بخوانید.
به طور خلاصه، گراندینگ و ارتینگ به ترتیب اصطلاحات رایج در ایالات متحده و بریتانیا هستند. به عنوان مثال، زمین محافظ با نماد «PG» در ایالات متحده استفاده می‌شود در حالی که زمین محافظ با نماد «PE» در بریتانیا و EC به کار می‌رود. به طور مشابه، «Ground Potential Rise» یا «GPR» و «Earth Potential Rise» یا «EPR» به ترتیب در ایالات متحده و بریتانیا استفاده می‌شوند.
گراندینگ چیست؟
گراندینگ در واقع اتصال قطعات برق دار یک تجهیز الکتریکی (که جریان را در حالت عادی حمل می‌کنند) به زمین است. همانند، وصل کردن نقطه خنثی یک ژنراتور یا ترانسفورماتور برق به زمین. گراندینگ، یک مسیر موثر برای جریان‌های اتصالی از تجهیزات به منبع برق فراهم می‌کند که منجر به محافظت از تاسیسات و دستگاه‌های سیستم قدرت می‌شود.
همچنین از گراندینگ برای متعادل کردن سیستمهای الکتریکی نامتعادل استفاده می‌شود. به عنوان مثال، با بروز خطا در سیستم هر سه فاز نامتعادل می‌شوند. سپس، گراندینگ جریان معیوب را به زمین تخلیه می‌کند و سیستم را دوباره به حالت تعادل باز می‌گرداند. در نتیجه، جریان کل نول برابر با صفر می‌شود (باید توجه داشت که در اکثر موارد دست‌یابی به این مقدار غیر ممکن است و مقادیر نزدیک به آن قابل قبول خواهد بود).
علاوه بر این، گراندینگ سیستم الکتریکی مورد نظر را در برابر افزایش ولتاژ ناشی از رعد و برق، خطاها و نوسانات دیگر محافظت و ولتاژ اضافی را به زمین تخلیه می‌کند. بنابراین، پایداری و قابل اطمینان سیستم هم افزایش می‌یابد.
با مطالعه مقاله زیر می‌توانید اشتباهات رایج در سیستمهای ارتینگ را بشناسید.
لازم به ذکر است که:
- هر دو نوع مدار AC و DC در مهندسی برق و الکترونیک به یک نقطه به نام مرجع پتانسیل نیاز دارند که فلوی جریان را از منبع به سمت بار ممکن می‌کند.
- گراندینگ وسایل نقلیه و خودروهایی که زمین به بدنه و شاسی فلزی متصل است، الزامی نیست. انتهای فیدرها یا خطوط توزیع برق در یک سیستم توزیع الکتریکی نیز معمولاً به زمین متصل می‌شود.
- وصل کردن سیم PEN به زمین در سیستمهای TN-C-S به تناوب تکرار می‌شود تا ولتاژ این هادی نسبت به زمین در حد ناچیزی باقی بماند.
- در سیستمهای TN-S پس از نقطه تفکیک PEN به N و PE هرگز نباید سیم نول را دوباره زمین کرد (زیرا منجر به عملکرد ناخواسته حفاظتهای جریان باقیمانده می‌شود).
سیستمهای ارتینگ با آرایش‌های بسیار متنوعی اجرا می‌شوند. در مقاله زیر می‌توانید با برخی از رایج‌ترین آنها آشنا شوید.
ارتینگ چیست؟
ارتینگ، اتصال بین قطعات فلزی یک دستگاه یا تاسیسات الکتریکی (مانند قاب بدنه، محفظه فلزی که در حین کار عادی جریان ندارند) به زمین است. ارتینگ الکتریکی در ایالات متحده به عنوان گراندینگ نیز شناخته می‌شود.
اگر فاز به بدنۀ فلزی دستگاه یا بدنۀ تابلو برخورد کند و شخصی با آن بدنه در تماس باشد، دچار برق گرفتگی شدید می‌شود، زیرا اختلاف پتانسیل بزرگی بین دست او (=پتانسیل فاز) و پای او (=پتانسیل زمین) وجود دارد.
به همین دلیل، در سیستم TN-S یک هادی سبز/زرد که هادی حفاظتی (PE) نامیده می‌شود، بین بدنه فلزی و الکترودهای زمین کشیده می‌شود. به این ترتیب، جریان خطا از طریق این هادی و فاز مسیر خود را بسته و با عملکرد به موقع حفاظتهای سیستم (مانند کلید و فیوز) شخص در برابر برق‌گرفتگی محافظت می‌کند.
برای حفاظت بیشتر و کامل، علاوه بر اجرای ارتینگ، اجرای همبندی هم بین بدنه های هادی تجهیزات و ماشین آلات با زمین توصیه می‌شود. همچنین تجهیزات فشار‌قوی مانند موتورهای MV، ترانسفورماتورها و ژنراتورها باید دو بار یعنی از دو نقطۀ متفاوت و مجزا (با استفاده از هادی‌های زمین جداگانه) زمین شوند.
ارتینگ همچنین یک مسیر تخلیه ایمن را برای امواج صاعقه از طریق صاعقه‌گیر فراهم می‌کند، از این رو قابلیت اطمینان سیستم را هم بالا می‌برد.
همبندی چیست؟
همبندی هم‌پتانسیل کننده به فرآیند اتصال دو بدنۀ هادی، پایه‌های ماشین آلات، لوله‌ها، دستگاه‌ها و کلیه هادی‌های بیگانه در تاسیسات الکتریکی گفته می‌شود. در این فرآیند تمام قطعات فلزی تاسیسات برقی (بدون جریان در شرایط عادی) از طریق هادی همبندی به هم متصل می‌شوند تا اختلاف پتانسیل بین آنها از بین برود.
به این ترتیب یک شخص حتی اگر بدنۀ دو دستگاه همبند شده که همزمان به منابع مختلف متصل هستند را لمس کند، در برابر شوک الکتریکی محافظت می‌شود. به عبارت دیگر، با کمک همبندی می‌توان اطمینان کسب کرد که پتانسیل الکتریکی یکسانی روی هر دو بدنه وجود دارد. به این ترتیب، احتمال جاری شدن جریان بین آنها از طریق بدن انسان وجود ندارد، بنابراین سیستم و پرسنل به خوبی محافظت می‌شوند.
به دلیل ذکر شده در بالا، یک سیستم همبندی متصل به زمین برای محافظت از افراد، دستگاه‌ها، تجهیزات و سایر تاسیسات استفاده می‌شود، زیرا سیستم همبندی هم‌پتانسیل کننده اطمینان می‌دهد که تمام دستگاه‌های متصل به هم از سطح ولتاژ یکسانی برخوردار باشند، بنابراین هیچ شانسی برای تخلیه و جاری شدن جریان وجود ندارد. اتصال سیستم همبندی به زمین الکتریکی برای اطمینان از این که همه هادی‌ها (فرد، سطح و تجهیز الکتریکی) در یک پتانسیل الکتریکی قرار دارند، به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. وقتی همه هادی‌ها در پتانسیل یکسانی باشند هیچ تخلیه الکتریکی نمی‌تواند رخ دهد.
اگر بدنۀ یک دستگاه یا تابلو به درستی زمین شده و با بدنه‌های هادی مجاور همبند شود، به دلیل وجود پتانسیل صفر (زمین شده) بین جعبه‌ها یا ماشین‌های متصل شده، هیچ شانسی برای عبور جریان در بدن فردی که به طور همزمان با هر دو در تماس قرار گیرد وجود نخواهد داشت.
همبندی به خودی خود باعث حفاظت نمی‌شود، اما یک مسیر بازگشت با امپدانس کم را به سوی منبع برق فراهم می‌کند. به این ترتیب، جریان بالایی جاری می‌شود که منجر به قطع کردن مدار محافظ و رفع خطا می‌شود.
تفاوت اصلی بین گراندینگ و ارتینگ
دو اصطلاح گراندینگ و ارتینگ تقریباً یکسان به حساب می‌آیند و به مفهوم اتصال یک دستگاه الکتریکی به زمین (از طریق الکترود زمین) هستند. برای ساکنان خارج ایالات متحده، یک تفاوت کوچک (تقریبا ناچیز) بین گراندینگ و ارتینگ به شرح زیر وجود دارد:
- دو اصطلاح برای یک مفهوم مشترک استفاده می‌شوند، یعنی گراندینگ در ایالات متحده آمریکا (NEC) و ارتینگ در اروپا (IEC). این امر همانند کاربرد عبارت «کلید سه طرفه» در ایالات متحده است که در انگلستان از آن به عنوان «کلید دو طرفه» یاد می‌شود.
- هنگامی که یک نول در یک سیستم سه‌فاز نامتعادل به زمین متصل می‌شود (برای جلوگیری از شناور شدن مرکز ستاره)، این کار به عنوان «گراندیگ» شناخته می‌شود. از طرف دیگر،«ارتینگ» اتصال بین دستگاه‌ها یا تاسیسات الکتریکی و زمین برای محافظت آنها در برابر آسیب‌‌دیدگی و همچنین کاهش خطر برق گرفتگی انجام می‌گردد.
- گراندیگ به عنوان نقطه مرجع در یک مدار الکتریکی به شمار می‌آید و از آن برای حفظ سطوح ولتاژ و تعادل فازهای نامتعادل استفاده می‌شود. در حالی که ارتینگ سیستم را در برابر نوسانات ولتاژ محافظت می‌کند.
در مقاله زیر می‌توانید با برخی چالش‌های عمده در اجرای سیستم ارتینگ آشنا شوید.
مقایسه بین گراندینگ، ارتینگ و همبندی
جدول زیر مقایسه و تفاوت بین گراندینگ، ارتینگ و همبندی را نشان می دهد.
|
همبندی |
ارتینگ |
گراندینگ |
مشخصات |
|---|---|---|---|
|
همبندی الکتریکی در NEC و IEC (ایالات متحده و بریتانیا) به صورت مشابهی استفاده می‌شود، اما کاملاً متفاوت از گراندینگ و ارتینگ است. |
ارتینگ در استانداردهای اروپایی، و بریتانیا مانند BS و IEC و غیره استفاده می‌شود در حالی که با گراندینگ کمی متفاوت است. |
در استانداردهای آمریکای شمالی (ایالات متحده آمریکا) و کانادا مانند، NEC، CEC، IEEE، ANSI و UL، معمولاً از این عبارت استفاده می‌شود. |
اصطلاح |
|
|
|
|
نماد |
|
برای اتصال دو سیستم الکتریکی (مانند بدنۀ تجهیزات و لوله‌ها و غیره) به یکدیگر استفاده شده و پتانسیل آنها را با هم یکی می‌کند. |
اتصال قطعات فلزی (مانند بدنه، چارچوب و.. که در حین کار عادی بدون جریان هستند) در یک دستگاه یا تاسیسات برقی به زمین ارتینگ نامیده می‌شود. |
برای اتصال بخش حامل جریان از سیستم الکتریکی به الکترود مدفون در زمین از طریق «هادی اتصال زمین». |
تعریف |
|
اتصال بین دو تجهیز، سیم، لوله و غیره (که در حین کار عادی از طریق هادی جریان ندارند). |
اتصال بین چارچوب یا بدنه فلزی و الکترود زمین از طریق هادی اتصال زمین. |
اتصال بین قطعات حامل جریان سیستم (مانند نول به عنوان مسیر برگشت جریان) به زمین. |
محل نصب |
|
همبندی اصلی و همبندی تکمیلی (اضافی) |
الکترود میله‌ای، الکترود لوله‌ای، الکترود صفحه‌ای و…. |
زمین‌کردن مستقیم، زمین‌کردن مقاومتی، زمین‌کردن راکتانسی. |
انواع |
|
سبز/زرد. |
سبز یا سبز/زرد یا سیم بدون روکش. |
سبز/زرد یا سیم بدون روکش. |
کد رنگ سیم |
|
مسیری را برای هم‌پتانسیل سازی ایجاد می‌کند. |
ارتباطی را با یک سطح بزرگ دارای پتانسیل صفر ولت فراهم می‌کند. |
در صورت وجود شرایط غیرعادی (اتصالی)، مسیر بازگشتی را برای جریان فراهم می‌کند. |
مسیر |
|
پتانسیل الکتریکی یکسان در دو دستگاه همبند شده |
پتانسیل صفر به دلیل ارتباط فیزیکی بین تجهیزات و زمین. |
اتصال نقطه نول به زمین ممکن است که مقداری پتانسیل به همراه داشته باشد (پتانسیل صفر که در آن جریان جبری صفر است به عنوان «زمین مجازی» شناخته می‌شود). |
پتانسیل صفر |
|
این نوع اتصال، با کاهش جریان بین دو بدنۀ دارای پتانسیل متفاوت، از تجهیزات و پرسنل محافظت می‌کند. |
این نوع اتصال، از شخص در برابر شوک الکتریکی خطرناک محافظت می‌کند زیرا یک اقدام پیشگیرانه برای تخلیه انرژی الکتریکی ناخواسته به زمین به شمار می‌آید. |
این نوع اتصال، سیستم های الکتریکی و تجهیزات قدرت را در شرایط اتصالی محافظت می‌کند زیرا مسیر برگشتی را برای جریان‌های فاز فراهم می‌کند. |
حفاظت |
|
هر سیمی که بین دو بدنه فلزی ماشین‌ها و دستگاه‌های الکتریکی متصل می‌شود تا اختلاف پتانسیل روی آنها را برابر کند. |
بدنه فلزی و محفظه ماشین‌های الکتریکی (ترانسفورماتور، موتورها و ژنراتورها و غیره) متصل به الکترود زمین. |
مرکز ستارۀ ترانسفورماتور یا ژنراتور که به زمین متصل شده است. |
نمونه ها |
|
هنگامی که جریان زیاد در مدار جریان دارد، برای قطع کلید قدرت از آن استفاده می‌شود. |
برای محافظت در برابر شوک الکتریکی و خطا در سیستم استفاده می‌شود. |
برای متعادل کردن بار نامتعادل و محافظت از سیستم استفاده می‌شود. |
استفاده |
|
همبندی، دو دستگاه متصل را در یک سطح ولتاژ نگه می‌دارد و یک مسیر امپدانس کم برای بازگشت به منبع فراهم می‌کند تا کلید قدرت را در صورت وجود جریان های خطا قطع کند. |
ارتینگ انرژی الکتریکی ناخواسته را به درون زمین تخلیه می‌کند تا از شخصی که در هنگام خطا با بدنه فلزی دستگاه تماس می‌يابد محافظت کند. |
زمین یک مسیر بازگشت موثر برای جریان بین تجهیزات الکتریکی و سیستم قدرت را فراهم می‌کند. |
کاربرد |
جمع‌بندی
در این مقاله سه روش مهم حفاظت، یعنی گراندینگ، ارتینگ و همبندی مرور شدند. به علاوه، تفاوت‌ها و شباهت‌های آنها با یکدیگر نیز مورد بررسی قرار گرفت. به طور کلی، گراندینگ و ارتینگ دو اصطلاح متفاوت برای بیان یک مفهوم مشترک هستند، در حالی که اصطلاح همبندی بیانگر یک مفهوم متفاوت است. گراندینگ اصطلاح رایج در ایالات متحده و ارتینگ اصطلاح معمول در بریتانیا و اروپا است. در گراندینگ، نول یک سیستم الکتریکی به زمین متصل می‌شود در حالی که در ارتینگ بدنه فلزی یک تجهیز الکتریکی زمین می‌شود. در همبندی بدنه تجهیزات الکتریکی برای هم‌پتانسیل شدن به هم اتصال میابند.
سوالات متداول
گراندینگ اصطلاح رایج در ایالات متحده و ارتینگ اصطلاح معمول در بریتانیا و اروپا است. در گراندینگ، نول یک سیستم الکتریکی به زمین متصل می‌شود در حالی که در ارتینگ بدنه فلزی یک تجهیز الکتریکی زمین می‌شود.
همبندی به خودی خود باعث حفاظت سیستم نمی‌شود، اما یک مسیر بازگشت با امپدانس کم را بین دو بدنه‌ای مه آنها را به یکدیگر متصل کرده فراهم می‌کند. به این ترتیب، فردی که به طور همزمان آن دو را لمس کرده دچار برق‌گرفتگی نمی‌شود.
برای حفاظت بیشتر و کامل، هم ارتینگ (گراندینگ در ایالات متحده) و هم همبندی بین سطوح خارجی و قطعات فلزی ماشین آلات و زمین توصیه می‌شود.
