یا تا به حال به این موضوع فکر کرده‌اید که چرا برخی وسایل الکتریکی به جای دوشاخه سه‌شاخه دارند؟ برای مثال، یخچال و فریزر از جنس فلز هستند، یعنی اجزای فلزی و همچنین یک قاب فلزی دارند. از نظر منطقی، انتظار می‌رود لحظه‌ای تماس با یخچال و فریزر سبب برق‌گرفتگی شود، زیرا فلزات رساناهای بسیار خوبی هستند. با این حال، بدیهی است که این اتفاق نمی‌افتد، زیرا اجزای این وسایل عایق‌بندی شده‌اند. اما وقتی عایق مستهلک شود و از بین برود، چرا باز هم با لمس این وسایل اتفاقی نمی‌افتد؟
پاسخ این پرسش در اصطلاح «زمین کردن» یا «ارتینگ» (به انگلیسی: Grounding یا Earthing) نهفته است.
زمین کردن چیست؟
اقدامات ایمنی برای جلوگیری از برق‌گرفتگی افراد در صورت خرابی عایق لوازم برقی، «زمین کردن» یا «ارتینگ» نامیده می‌شود. شاخه سوم سه‌شاخه که در ابتدای متن به آن اشاره کردیم، در واقع همان اتصال «زمین» یا «ارت» وسیله برقی است.
زمین به عنوان هادی خوب برق، مسیر مناسبی برای جریان الکترون‌های فراری از عایق ایجاد می‌کند. از سوی دیگر، اندازه غول‌پیکر زمین مسیری برای تخلیه ایمن بار الکتریکی مهیا خواهد کرد.
از نظر فنی، زمین کردن الکتریکی را می‌توان فرایند انتقال مستقیم تخلیه فوری انرژی الکتریکی به زمین با کمک یک سیم کم‌مقاومت تعریف کرد. ارتینگ با اتصال قسمت غیرالکتریکی تجهیزات یا سیم نول سیستم تأمین برق به زمین انجام می‌شود.
همان‌طور که قبلاً ذکر شد، زمین کردن مسیر ساده‌ای را برای عبور جریان نشتی فراهم می‌کند؛ به عنوان مثال، جریانی که در صورت وجود هرگونه عیب در عایق، از یک وسیله عبور می‌کند. همچنین با انجام ارتینگ، جریان اتصال کوتاه (جریان که از مسیری با حداقل مقاومت عبور می‌کند) تجهیزات به زمین با پتانسیل صفر می‌رسد، بنابراین سیستم و تجهیزات در برابر آسیب حافظت می‌شوند.
بیشتر بخوانید : تجهیزات ارتینگ
چرا زمین کردن مهم است؟
سه دلیل اصلی برای اتصال دستگاه‌های برقی به زمین وجود دارد.
ایمنی افراد
دستگاهی که به طور صحیح زمین شده باشد، هیچ جریانی را نشت نمی‌دهد و در صورت بروز هرگونه خطای داخلی در دستگاه، شخصی که با آن تماس بگیرد دچار برق‌گرفتگی نمی‌شود.
همان‌گونه که در شکل بالا می‌بینیم، در سیستمی که زمین نشده است، جریان خطا از بدن شخص عبور می‌کند. شکل زیر نیز تأثیر ارتینگ را بر محافظت از افراد در مقابل برق‌گرفتگی نشان می‌دهد.
ایمنی تجهیزات برقی
ارتینگ با جلوگیری از اضافه‌جریان یا اضافه‌ولتاژ موجب عملکرد پایدار تجهیزات الکترونیکی می‌شود. اضافه‌ولتاژ می‌تواند باعث شود که دستگاه به دلیل گرمای بیش از حد دچار آتش‌سوزی شود. بنابراین، از نظر فنی، زمین کردن یک اقدام پیشگیرانه برای جلوگیری از آتش‌سوزی محسوب می‌شود.
محافظت از ساختمان‌ها در برابر صاعقه
جالب است بدانید که به غیر از وسایل برقی، سازه‌های بزرگی مانند آسمان‌خراش‌ها نیز زمین می‌شوند. دستگاه زمین به شکل برقگیر (صاعقه‌گیر) است که در بالاترین نقطه ساختمان قرار می‌گیرد و از طریق سیم یا صفحه رسانا به زمین متصل می‌شود. وقتی صاعقه به ساختمان برخورد می‌کند، صاعقه‌گیر برق را جذب کرده و آن میزان انرژی عظیم را به زمین منتقل خواهد کرد و از آسیب دیدن ساختمان و یا صدمه دیدن ساکنان آن جلوگیری می‌کند.
بیشتر بخوانید : خرید آنلاین سیم و کابل
انواع ارتینگ
تجهیزات برقی عمدتاً از دو بخش حامل جریان و غیرحامل جریان تشکیل می‌شوند. این بخش‌ها قسمت نول سیستم یا قاب تجهیزات الکتریکی هستند. با توجه به این موضوع، دو نوع ارتینگ وجود دارد:
- ارتینگ نول
- ارتینگ تجهیزات
ارتینگ نول
در ارتینگ نول، نول سیستم به کمک سیم مستقیماً به زمین وصل می‌شود. ارتینگ نول، ارتینگ سیستم یا زمین کردن سیستم نیز نامیده می‌شود. این نوع زمین کردن اغلب برای سیستم‌هایی با سیم‌پیچ ستاره به کار می‌رود. به عنوان مثال، ارتینگ نول در ژنراتور، ترانسفورماتور، موتور و غیره تأمین می‌شود.
ارتینگ تجهیزات
این نوع زمین کردن برای تجهیزات برقی اجرا می‌شود. بدین ترتیب که قسمت غیرحامل جریان تجهیزات مانند قاب فلزی آن‌ها به کمک سیم رسانا به زمین وصل می‌شود. در صورت بروز هرگونه خطایی در دستگاه، جریان اتصال کوتاه سیم در زمین تخلیه می‌شود و بدین ترتیب، سیستم از آسیب‌دیدگی در امان خواهد ماند.
روش‌های ارتینگ
برای اتصال سیستم‌های الکتریکی از سیستم‌های ارتینگ مختلفی استفاده می‌شود که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم.
ارتینگ صفحه‌ای
زمین کردن صفحه‌ای با استفاده از یک صفحه مسی یا آهن گالوانیزه انجام می‌شود که به صورت عمودی در چاهی با عمق بیش از ۱۰ فوت (۳ متر) قرار می‌گیرد. این چاه که به چاه ارت معروف است، با لایه‌های زغال‌سنگ و نمک پر می‌شود.
ارتینگ لوله‌ای
در زمین کردن لوله‌ای یک لوله فولادی گالوانیزه در خاک قرار می‌گیرد. در لوله سوراخ‌هایی برای اتصال سیم‌های زمین تعبیه شده است. طول و قطر لوله به نوع خاک و تأسیسات الکتریکی بستگی دارد.
مشابه ارتینگ صفحه‌ای، در ارتینگ لوله‌ای نیز مخلوطی از نمک و زغال به کار می‌رود. این روش متداول‌ترین روش زمین کردن است.
ارتینگ میله‌ای
ارتینگ میله‌ای تقریباً شبیه به ارتینگ لوله‌ای است، زیرا در این روش، یک میله از جنس مس یا آهن گالوانیزه در زمین قرار داده می‌شود. میله‌ها به شکل الکترود هستند که در خاک تعبیه شده‌اند، بنابراین مقاومت زمین را در صورت لزوم کاهش می‌دهند.
روش لوله آب
در این روش از لوله‌های انتقال آب، یعنی لوله‌های آهن گالوانیزه استفاده می‌شود. این لوله‌ها در زمین دفن شده و با استفاده از گیره‌های مخصوص اتصال به زمین، بسته می‌شوند و مقاومت اتصال الکتریکی را به حداقل می‌رساند.
عوامل مؤثر بر زمین کردن
چند مورد قبل از نصب تأسیسات ارتینگ باید مورد توجه قرار گیرد. اول اینکه نوع خاک بسیار مهم است. مقاومت زمین، سطح رطوبت در خاک، نمک موجود در خاک و... نیز در تعیین روش زمین کردن نقش بسزایی خواهند داشت. عامل مهم دیگر ترکیب خاک است. به عنوان مثال، خاک سنگ رفتار بسیار متفاوتی نسبت به خاک مرطوب دارد. علاوه بر خاک، موقعیت چاه ارت برای تعیین چگونگی نصب تأسیسات نیز مهم است. اگر انسدادهای زیرزمینی به شکل بسترهای سنگی وجود داشته باشد، بر نصب تأسیسات تأثیرگذار خواهد بود.
یا تا به حال به این موضوع فکر کرده‌اید که چرا برخی وسایل الکتریکی به جای دوشاخه سه‌شاخه دارند؟ برای مثال، یخچال و فریزر از جنس فلز هستند، یعنی اجزای فلزی و همچنین یک قاب فلزی دارند. از نظر منطقی، انتظار می‌رود لحظه‌ای تماس با یخچال و فریزر سبب برق‌گرفتگی شود، زیرا فلزات رساناهای بسیار خوبی هستند. با این حال، بدیهی است که این اتفاق نمی‌افتد، زیرا اجزای این وسایل عایق‌بندی شده‌اند. اما وقتی عایق مستهلک شود و از بین برود، چرا باز هم با لمس این وسایل اتفاقی نمی‌افتد؟
پاسخ این پرسش در اصطلاح «زمین کردن» یا «ارتینگ» (به انگلیسی: Grounding یا Earthing) نهفته است.
زمین کردن چیست؟
اقدامات ایمنی برای جلوگیری از برق‌گرفتگی افراد در صورت خرابی عایق لوازم برقی، «زمین کردن» یا «ارتینگ» نامیده می‌شود. شاخه سوم سه‌شاخه که در ابتدای متن به آن اشاره کردیم، در واقع همان اتصال «زمین» یا «ارت» وسیله برقی است.
زمین به عنوان هادی خوب برق، مسیر مناسبی برای جریان الکترون‌های فراری از عایق ایجاد می‌کند. از سوی دیگر، اندازه غول‌پیکر زمین مسیری برای تخلیه ایمن بار الکتریکی مهیا خواهد کرد.
از نظر فنی، زمین کردن الکتریکی را می‌توان فرایند انتقال مستقیم تخلیه فوری انرژی الکتریکی به زمین با کمک یک سیم کم‌مقاومت تعریف کرد. ارتینگ با اتصال قسمت غیرالکتریکی تجهیزات یا سیم نول سیستم تأمین برق به زمین انجام می‌شود.
همان‌طور که قبلاً ذکر شد، زمین کردن مسیر ساده‌ای را برای عبور جریان نشتی فراهم می‌کند؛ به عنوان مثال، جریانی که در صورت وجود هرگونه عیب در عایق، از یک وسیله عبور می‌کند. همچنین با انجام ارتینگ، جریان اتصال کوتاه (جریان که از مسیری با حداقل مقاومت عبور می‌کند) تجهیزات به زمین با پتانسیل صفر می‌رسد، بنابراین سیستم و تجهیزات در برابر آسیب حافظت می‌شوند.
بیشتر بخوانید : تجهیزات ارتینگ
چرا زمین کردن مهم است؟
سه دلیل اصلی برای اتصال دستگاه‌های برقی به زمین وجود دارد.
ایمنی افراد
دستگاهی که به طور صحیح زمین شده باشد، هیچ جریانی را نشت نمی‌دهد و در صورت بروز هرگونه خطای داخلی در دستگاه، شخصی که با آن تماس بگیرد دچار برق‌گرفتگی نمی‌شود.
همان‌گونه که در شکل بالا می‌بینیم، در سیستمی که زمین نشده است، جریان خطا از بدن شخص عبور می‌کند. شکل زیر نیز تأثیر ارتینگ را بر محافظت از افراد در مقابل برق‌گرفتگی نشان می‌دهد.
ایمنی تجهیزات برقی
ارتینگ با جلوگیری از اضافه‌جریان یا اضافه‌ولتاژ موجب عملکرد پایدار تجهیزات الکترونیکی می‌شود. اضافه‌ولتاژ می‌تواند باعث شود که دستگاه به دلیل گرمای بیش از حد دچار آتش‌سوزی شود. بنابراین، از نظر فنی، زمین کردن یک اقدام پیشگیرانه برای جلوگیری از آتش‌سوزی محسوب می‌شود.
محافظت از ساختمان‌ها در برابر صاعقه
جالب است بدانید که به غیر از وسایل برقی، سازه‌های بزرگی مانند آسمان‌خراش‌ها نیز زمین می‌شوند. دستگاه زمین به شکل برقگیر (صاعقه‌گیر) است که در بالاترین نقطه ساختمان قرار می‌گیرد و از طریق سیم یا صفحه رسانا به زمین متصل می‌شود. وقتی صاعقه به ساختمان برخورد می‌کند، صاعقه‌گیر برق را جذب کرده و آن میزان انرژی عظیم را به زمین منتقل خواهد کرد و از آسیب دیدن ساختمان و یا صدمه دیدن ساکنان آن جلوگیری می‌کند.
بیشتر بخوانید : خرید آنلاین سیم و کابل
انواع ارتینگ
تجهیزات برقی عمدتاً از دو بخش حامل جریان و غیرحامل جریان تشکیل می‌شوند. این بخش‌ها قسمت نول سیستم یا قاب تجهیزات الکتریکی هستند. با توجه به این موضوع، دو نوع ارتینگ وجود دارد:
- ارتینگ نول
- ارتینگ تجهیزات
ارتینگ نول
در ارتینگ نول، نول سیستم به کمک سیم مستقیماً به زمین وصل می‌شود. ارتینگ نول، ارتینگ سیستم یا زمین کردن سیستم نیز نامیده می‌شود. این نوع زمین کردن اغلب برای سیستم‌هایی با سیم‌پیچ ستاره به کار می‌رود. به عنوان مثال، ارتینگ نول در ژنراتور، ترانسفورماتور، موتور و غیره تأمین می‌شود.
ارتینگ تجهیزات
این نوع زمین کردن برای تجهیزات برقی اجرا می‌شود. بدین ترتیب که قسمت غیرحامل جریان تجهیزات مانند قاب فلزی آن‌ها به کمک سیم رسانا به زمین وصل می‌شود. در صورت بروز هرگونه خطایی در دستگاه، جریان اتصال کوتاه سیم در زمین تخلیه می‌شود و بدین ترتیب، سیستم از آسیب‌دیدگی در امان خواهد ماند.
روش‌های ارتینگ
برای اتصال سیستم‌های الکتریکی از سیستم‌های ارتینگ مختلفی استفاده می‌شود که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم.
ارتینگ صفحه‌ای
زمین کردن صفحه‌ای با استفاده از یک صفحه مسی یا آهن گالوانیزه انجام می‌شود که به صورت عمودی در چاهی با عمق بیش از ۱۰ فوت (۳ متر) قرار می‌گیرد. این چاه که به چاه ارت معروف است، با لایه‌های زغال‌سنگ و نمک پر می‌شود.
ارتینگ لوله‌ای
در زمین کردن لوله‌ای یک لوله فولادی گالوانیزه در خاک قرار می‌گیرد. در لوله سوراخ‌هایی برای اتصال سیم‌های زمین تعبیه شده است. طول و قطر لوله به نوع خاک و تأسیسات الکتریکی بستگی دارد.
مشابه ارتینگ صفحه‌ای، در ارتینگ لوله‌ای نیز مخلوطی از نمک و زغال به کار می‌رود. این روش متداول‌ترین روش زمین کردن است.
ارتینگ میله‌ای
ارتینگ میله‌ای تقریباً شبیه به ارتینگ لوله‌ای است، زیرا در این روش، یک میله از جنس مس یا آهن گالوانیزه در زمین قرار داده می‌شود. میله‌ها به شکل الکترود هستند که در خاک تعبیه شده‌اند، بنابراین مقاومت زمین را در صورت لزوم کاهش می‌دهند.
روش لوله آب
در این روش از لوله‌های انتقال آب، یعنی لوله‌های آهن گالوانیزه استفاده می‌شود. این لوله‌ها در زمین دفن شده و با استفاده از گیره‌های مخصوص اتصال به زمین، بسته می‌شوند و مقاومت اتصال الکتریکی را به حداقل می‌رساند.
عوامل مؤثر بر زمین کردن
چند مورد قبل از نصب تأسیسات ارتینگ باید مورد توجه قرار گیرد. اول اینکه نوع خاک بسیار مهم است. مقاومت زمین، سطح رطوبت در خاک، نمک موجود در خاک و... نیز در تعیین روش زمین کردن نقش بسزایی خواهند داشت. عامل مهم دیگر ترکیب خاک است. به عنوان مثال، خاک سنگ رفتار بسیار متفاوتی نسبت به خاک مرطوب دارد. علاوه بر خاک، موقعیت چاه ارت برای تعیین چگونگی نصب تأسیسات نیز مهم است. اگر انسدادهای زیرزمینی به شکل بسترهای سنگی وجود داشته باشد، بر نصب تأسیسات تأثیرگذار خواهد بود.