آموزش سیستم ارتینگ یا ارت ساختمان، بهمراه اطلاعات، نقشه سیم کشی، سیم و کابل ارت، ارت میله ای و صفحه ای، عمقی و حلقه ای و...
آموزش سیستم ارتینگ یا ارت ساختمان، بهمراه اطلاعات، نقشه سیم کشی، سیم و کابل ارت، ارت میله ای و صفحه ای، عمقی و حلقه ای و...
مقدمه: سیستم ارت (زمین ) ، که گاه به سادگی با عنوان "ارتینگ" خوانده می شود، مجموعه ای از اقدامات مورد استفاده برای اتصال بخش رسانا به زمین است. سیستم ارت بخشی اساسی در شبکه های برق در سطح بالا و ولتاژ پایین است. یک سیستم خوب ارت برای موارد زیر لازم است:
تمام این کارکردها توسط یک سیستم واحد ارت ارائه شده است که باید برای تحقق کلیه الزامات طراحی شود. ممکن است برخی از عناصر سیستم ارت برای تحقق یک هدف خاص فراهم شود، اما با این وجود بخشی از یک سیستم واحد ارت هستند. در استانداردها لازم است كه تمام اقدامات ارت در يك سیستم به يكديگر متصل و يك سيستم واحد را تشكيل دهند.
تعاریف اساسی
سیستم ارت یا ارت شامل کلیه ابزارها و اقداماتی است که توسط آن بخشی از یک مدار الکتریکی ، قطعات رسانا در دسترس تجهیزات الکتریکی (قطعات رسانا در معرض) یا قطعات رسانا در مجاورت یک نصب الکتریکی (قطعات رسانا خارجی) به زمین وصل می شوند.
الکترود ارت یک هادی فلزی یا سیستمی از هادی های فلزی بهم پیوسته یا سایر قطعات فلزی است که به همین شیوه عمل می کنند و در زمین (تعبیه یا به آن) وصل شده اند و یا در بتن جاسازی شده اند، که روی یک مساحت بزرگ (به عنوان مثال پایه یک ساختمان) در تماس با زمین هستند.
هادی ارت یک رسانا است که قسمتی از یک نصب الکتریکی، قطعات رسانای مشخص یا قطعات رسانای خارجی را به یک الکترود ارت متصل یا الکترودهای ارت متصل می کند. رسانای زمینی در بالای خاک قرار داده شده است و یا اگر در خاک مدفون باشد از آن عایق بندی شده است.
زمین/ارت مبنا عبارت است از آن قسمت از زمین ، به ویژه در سطح زمین ، که در خارج از کره نفوذ الکترود ارت در نظر گرفته شده است، یعنی بین دو نقطه تصادفی که در آن هیچ ولتاژ قابل دریافت حاصل از جریان زمین از طریق این الکترود وجود ندارد. پتانسیل ارت مبنا همیشه صفر فرض می شود.
ولتاژ ارت (پتانسیل ارت) VE ولتاژی است که بین سیستم ارت و ارت مبنا در یک مقدار معین از جریان ارت که از طریق این سیستم ارت جریان می یابد رخ می دهد..
مقاومت ارت ρ (مقاومت ویژه زمین) مقاومت اندازه گیری شده بین دو وجه مخالف از یک مکعب یک متری زمین است (شکل 1). مقاومت زمین در Ωm بیان شده است.
شکل 1. نمودار نشانگر حالت فیزیکی مقاومت زمین ρ
پتانسیل سطح زمین Vx ولتاژ بین نقطه x در سطح زمین و ارت مبنا است.
خصوصیات الکتریکی زمین
خصوصیات الکتریکی زمین با مقاومت زمین ρ مشخص می شود. علیرغم تعریف نسبتاً ساده ای که در بالا ارائه شد، تعیین مقدار آن معمولاً به دو دلیل اصلی یک کار پیچیده است:.
محاسبه مقاومت زمین به دانش خوبی در مورد خصوصیات خاک به ویژه مقاومت آن ρ نیاز دارد. بنابراین، تغییر بزرگ در مقدار ρ یک مشکل است. در بسیاری از موقعیت های عملی، یک ساختار همگن زمین با مقدار متوسط ρ فرض می شود که باید بر اساس آنالیز خاک یا با اندازه گیری ارزیابی شود. روش هایی برای اندازه گیری مقاومت زمین وجود دارد. نکته مهم این است که توزیع فعلی در لایه های خاک مورد استفاده در طول اندازه گیری باید مشابه مرحله نصب نهایی باشد. در نتیجه ، اندازه گیری ها همیشه باید با دقت تحلیل شوند. در صورت عدم اطلاع در مورد مقدار ρ، معمولا ρ = 100 Ωm فرض می شود. با این حال ، همانطور که جدول 1 نشان می دهد، مقدار واقعی می تواند بسیار متفاوت باشد، بنابراین آزمایش پذیرش نصب نهایی ، همراه با ارزیابی تغییرات احتمالی به دلیل شرایط آب و هوایی و در طول عمر ، باید انجام شود.
|
نوع زمین |
مقاومت زمینیρ (Ωm) |
|
|
دامنه مقادیر |
مقدار متوسط |
|
|
Boggy ground زمین گلی |
2-50 |
30 |
|
Adobe clay زمین خشتی |
2-200 |
40 |
|
Silt and sand-clay ground, humus خاک و ماسه رس، خاک گیاه دار |
20-260 |
100 |
|
Sand and sandy ground زمین شنی |
50-3000 |
200 |
|
Peat خاکی که به واسطه کود های مانده ایجاد شده باشد، چه گیاهی چه حیوانی |
1200< |
200 |
|
Gravel (moist) سنگ ریزه مرطوب |
50-3000 |
1000 |
|
Stony and rocky ground زمین سنگلاخ |
100-8000 |
2000 |
|
Concrete: 1 part cement + 3 parts sand بتن: با نسبت سیمان به شن 1/3 |
50-300 |
150 |
|
|
100-8000 |
400 |
جدول 1 - مقاومت زمینی ρ برای انواع مختلف خاک و بتن [2 ، 3].
مشکل دیگر در تعیین مقاومت زمین ، میزان رطوبت است که بسته به موقعیت جغرافیایی و شرایط آب و هوایی، از یک درصد کم برای مناطق بیابانی تا حدود 80٪ برای مناطق باتلاقی می تواند در دامنه گسترده ای تغییر کند. مقاومت زمین به این پارامتر تا میزان قابل توجهی بستگی دارد. شکل 2 رابطه مقاومت و رطوبت خاک رس را نشان می دهد. در اینجا می توان دریافت که برای مقادیر رطوبت بالاتر از 30٪ ، تغییرات ρ بسیار کند و قابل توجه نیست. با این حال، هنگامی که زمین خشک است یعنی مقادیر h کمتر از 20٪، مقاومت بسیار سریع افزایش می یابد.
شکل 2 - مقاومت زمین ρ خاک رس به عنوان تابعی از رطوبت خاک h
در مناطقی که دارای آب و هوای معتدل است ، به عنوان مثال در کشورهای اروپایی ، مقاومت زمینی مطابق با فصل سال تغییر می کند و این به دلیل مقاومت زمین به رطوبت خاک وابسته است. برای اروپا ، این وابستگی دارای یک شکل تقریباً سینوسی است ، جایی که حداکثر مقدار مقاومت در برابر خاک در فوریه و حداقل مقدار در ماه آگوست رخ می دهد. مقدار متوسط در ماه می و نوامبر اتفاق می افتد.
به همین دلایل می توان محاسبات مقاومت در برابر زمین و برنامه ریزی الکترودها را تا حد محدودی از دقت انجام داد.
خواص الکتریکی سیستم ارت
خصوصیات الکتریکی حاصل از اتصال زمین به دو پارامتر بستگی دارد:
مقاومت ارت، رابطه بین ولتاژ زمین VE و مقدار جریان زمین را تعیین می کند. پیکربندی الکترود زمین توزیع پتانسیل را در سطح زمین تعیین می کند، که در نتیجه شار جریان در زمین رخ می دهد. توزیع بالقوه در سطح زمین یک نکته مهم در ارزیابی میزان محافظت در برابر شوک الکتریکی است زیرا پتانسیل های تماس و پله را تعیین می کند. این سؤالات مختصراً در زیر بحث شده است. مقاومت در برابر زمین دارای دو مؤلفه است:
مقاومت RL معمولاً بسیار کمتر از مقاومت RD است. بنابراین ، معمولاً مقاومت زمینی برابر مقاومت RD در برابر اتلاف تخمین زده می شود. در ادبیات ، "مقاومت زمین" معمولاً به مقاومت اتلاف اشاره می کند.
هر اتصال زمینی که از طریق تأمین کننده در دسترس باشد به موازات زمین تأمین شده محلی ظاهر می شود و همچنین انتظار می رود در فرکانس های اساسی و هارمونیک مقاومت کمتری داشته باشد. با این حال، در دسترس بودن و ویژگی های این مسیر فراتر از کنترل طراح است و از این رو نباید در طراحی سیستم ارت در نظر گرفته شود.
مقاومت زمین و توزیع پتانسیل
در مدارهای AC اساساً باید امپدانس ZE زمین ر ا در نظر بگیرید، این امپدانس بین سیستم ارت و زمین مبنا در یک فرکانس کاری معین است. راکتانس سیستم ارت، راکتانس هادی زمین و قطعات فلزی الکترود زمین است. در فرکانسهای پایین - فرکانس تأمین و هارمونیک های مرتبط - راکتانس در مقایسه با مقاومت در برابر زمین، معمولاً ناچیز است، اما باید در فرکانس های بالا مانند گذر از رعد و برق در نظر گرفته شود. بنابراین ، برای فرکانسهای پایین، فرض بر این است که امپدانس زمین برابر با مقاومت اتلاف RD است، که به نوبه خود فرض می شود تقریبا برابر با مقاومت ارت است ، R:
الکترود ارت
الکترود ارت یک صفحه فلزی ، لوله فلزی یا رسانای فلزی است که به صورت الکتریکی به زمین وصل می شوند. موادی که بطور کلی برای الکترودهای زمین مورد استفاده قرار می گیرند به ترتیب اولویت از مس، آلومینیوم، فولاد خفیف و آهن گالوانیزه ساخته شده اند. عواملی که در مقاومت در برابر خاک یک الکترود یا گروه الکترود تأثیر می گذارد شامل ترکیب خاک، دمای خاک، رطوبت خاک و عمق الکترود است. الكترود زمين يا به شكل الكترود لوله يا الكترود صفحه بايد براي تهيه يك سيستم ارت در تمام محوطه فراهم شود. در شرایط عادی خاک، استفاده از الکترودهای مس، آهن یا فولاد خفیف توصیه می شود. برای به دست آوردن مقاومت کلی پایین، چگالی جریان باید تا حد ممکن در محیط مجاور الکترودها کم باشد.
انواع الکترودهای ارت
الکترودهای ارت توسط تعدادی مواد ساخته شده اند که شامل چدن ، فولاد ، مس و فولاد ضدزنگ است. آنها ممکن است به شکل صفحه ، لوله ، میله یا نوار باشند. متداول ترین ماده آن مس است. این ماده از رسانایی خوبی برخوردار است ، در برابر بیشتر مواد شیمیایی موجود در خاک در برابر خوردگی مقاوم است و ماده ای است که به راحتی کار می شود. متنوع ترین نوع الکترود زمین میله رانده شده در زمین است. این ممکن است از مس ، فولاد پوشیده از مس ، فولاد گالوانیزه یا آهن آستنیتی باشد. اندازه های استاندارد 1.0-2.5 متر طول و 16 میلی متر قطر دارند. این میله ها قابل کشش هستند و توسط گل میخ داخلی یا آستین خارجی به یکدیگر وصل می شوند. میله های فولادی با روکش مس برای نفوذ مناسب تر هستند و در بیشتر انواع خاک تا عمق 10-15 متر نفوذ می کنند. هنگام استفاده از میله های فولادی با روکش فلزی برای اطمینان از اتصال پیوند مس به فولاد ، اطمینان حاصل شود.
مقاومت خاک
مقاومت زمین و سیستم ارت نقش مهمی در تولید، انتقال و توزیع برای بهره برداری ایمن و مناسب از هر سیستم برقی دارد. مقاومت خاک به طور مستقیم بر طراحی سیستم ارت سازی تأثیر می گذارد. توصیه می شود در هنگام طراحی سیستم ارت گسترده، سطح کمترین مقاومت خاک را پیدا کنید تا به ارت اقتصادی دسترسی پیدا کنید.
ρ = مقاومت مواد رسانا (Ω-m)
L = طول رسانا (m)
A = سطح مقطع (متر مربع)
در هنگام طراحی سیستم ارت برای رعایت معیارهای ایمنی و قابلیت اطمینان، یک مدل مقاومتی دقیق برای ارت لازم است.
مقاومت زمین یک الکترود
زمین در برابر جریان جریان الکتریکی مقاومت نشان می دهد و یک هادی "ایده آل" نیست. همیشه بین الکترود ارت و "ارت واقعی" مقاومت وجود خواهد داشت (هرگز نمی تواند صفر شود). مقاومت بین الکترود ارت و "ارت واقعی" به عنوان مقاومت الکترود زمین شناخته شده است و بستگی به مقاومت خاک، نوع و اندازه الکترود و عمق دفن آن دارد.
میله هایی که به صورت عمودی به زمین رانده می شوند
مقاومت ارت (Rg) یک میله منفرد با قطر (d) و طول (L) که به صورت عمودی در خاک با مقاومت (ρ) رانده می شود، به شرح زیر محاسبه می شود:
جایی که،
ρ = مقاومت ارت در Ωm
L = طول الکترود دفن شده در متر
d = قطر الكترود در متر
مواد دارای مقاومت کم
افزودن مواد دارای مقاومت پایین در خاک در مجاورت سیستم ارت یا میله تأثیر چشمگیری در کاهش مقاومت آن خواهد داشت. گرچه معمولاً درست نیست. همیشه بین الکترود و ارت مقاومت تماسی وجود دارد. فاصله بین طرفین میله و خاک فشرده شده اطراف منجر به مقاومت تماسی بزرگی میشود که هنگام آزمایش مقاومت میله مشهود خواهد بود.
این مقاومت با گذشت زمان به دلیل بارندگی در اطراف میله و تماس بیشتر با زمین پایین تر می آید. این موضوع برای افزودن ماده ای با مقاومت کم ، مانند بنتونیت حین وارد کردن میله می است. بنتونیت پودر خاک رس ریز طبیعی است. برای تشکیل دوغاب با آب مخلوط می شود. با انتقال الکترود زمین به داخل خاک ، بنتونیت توسط میله پایین کشیده می شود. با ریختن مداوم مخلوط به داخل سوراخ در هنگام نفوذ میله، مقدار مناسبی به سمت پایین پر می شود تا بیشتر قسمت های خالی اطراف میله پر شود و مقاومت آن پایین بیاید. این ماده مقاومت کمی دارد و در شرایط عادی خشک نمی شود. نصب میله ها در عمق بیشتر می تواند نتیجه بهتری در مقایسه با استفاده از مواد با مقاومت کم داشته باشد
بهبود مقاومت به شکل شیمیایی
بهبود مقاومت خاک اطراف الکترود زمین با مواد شیمیایی معمولاً فقط باعث بهبود موقت می شود زیرا مواد شیمیایی معمولاً با گذشت زمان توسط آب باران پراکنده می شوند. باید اطمینان حاصل کرد که مواد شیمیایی مورد استفاده هیچ گونه اثر فساد بر روی ماده الکترود ندارند. سپس مواد مقاومت کم در حفره و شکاف و الکترود زمینی که درون آن نصب شده است وارد می شود. این یک الکترود نسبتاً بزرگ با هزینه کمتر از حفاری را تشکیل می دهد.
ماركونیت ، بتون یا مواد مشابه نیز امروزه به طور فزاینده ای در اطراف سازه ها مورد استفاده قرار می گیرند كه قرار است این قسمت ها به عنوان بخشی از سیستم ارت مورد استفاده قرار گیرند.
مقاله اصلی ما را مطالعه نمایید: سیستم ارت
ممنون از مطالعه شما؛ شرکت آسان ژنراتور در زمینه دیزل ژنراتور و برق صنعتی فعال می باشد. نوشته 1400/3/16