ارتینگ و انواع آن
مقدمه
به طور خلاصه ارتینگ یک سیستم حفاظتی است که جریانهای ناخواسته (مانند جریان خطا) را به زمین منتقل میکند و از آسیب به افراد و تجهیزات جلوگیری میکند. بدون ارتینگ، سیستمهای الکتریکی بسیار خطرناکتر خواهند بود و احتمال آسیب جدی یا مرگ به دلیل شوک الکتریکی وجود دارد.
تشبیه: تصور کنید یک خانه دارید. سیستم ارتینگ برای تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی، عملکردی مانند یک سیستم تخلیه آب و فاضلاب است که از جمع شدن آب وآسیب جلوگیری میکند.
چرا ارتینگ مهم است؟
در واقع، ارتینگ یک لایه امنیتی حیاتی در سیستمهای الکتریکی است که دلایل متعددی برای اجرا و الزام آن وجود دارد:
- حفاظت از انسان در برابر شوک الکتریکی:
- مسیر تخلیه: وقتی یک نقص در یک دستگاه الکتریکی (مانند قطع شدن عایق سیمها) رخ میدهد و جریان الکتریکی به بدنه دستگاه میرسد، ارتینگ یک مسیر تخلیه امن برای این جریان فراهم میکند. این کار باعث میشود جریان به جای عبور از بدن انسان، به زمین منتقل شود و خطر شوک الکتریکی را به شدت کاهش میدهد.
- کاهش ولتاژ: ارتینگ با ایجاد یک مسیر با مقاومت پایین، ولتاژ خطرناک را در محل تماس با دستگاه کاهش میدهد.
- محافظت از تجهیزات الکتریکی:
- تخلیه جریان خطا: در صورت بروز جریان خطا (Fault Current)، ارتینگ جریان را به زمین منتقل میکند و از آسیب جدی به تجهیزات الکتریکی جلوگیری میکند. جریان خطا میتواند باعث گرم شدن، سوختن و تخریب قطعات دستگاه شود.
- کاهش تداخل الکترومغناطیسی: ارتینگ با کاهش نوسانات پتانسیل الکتریکی، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را کاهش میدهد که میتواند باعث اختلال در عملکرد تجهیزات حساس شود.
- عملکرد صحیح سیستم الکتریکی:
- توازن پتانسیل: ارتینگ به توازن پتانسیل بین قسمتهای مختلف یک سیستم الکتریکی کمک میکند و از ایجاد اختلاف پتانسیل ناخواسته جلوگیری میکند.
- تخلیه بار الکتریکی: در سیستمهای قدرت، ارتینگ به تخلیه بار الکتریکی اضافی کمک میکند و از ایجاد ولتاژهای ناگهانی و آسیب به تجهیزات جلوگیری میکند.
انتخاب نوع سیستم ارتینگ:
- اصول اولیه:
- هر سیستم ارتینگ TT، IT، EO، PE، ZS یک هدف اصلی دارد که باید در نظر گرفته شود:
- ایمنی (TT): کاهش خطر شوک الکتریکی.
- کاهش نویز (IT): جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی و نویز.
- حفاظت (PE): جلوگیری از آسیب به تجهیزات در اثر جریان خطا.
- کاهش نوسانات (ZS): مقابله با پدیده صفر پدیده در سیستمهای قدرت.
- مقاومت ارت: مقاومت ارت (Resistance) یکی از مهمترین پارامترهاست. مقاومت کمتر، عملکرد بهتری در تخلیه جریان خطا و کاهش زمان واکنش (Arc Fault) دارد.
- جریان خطا: سیستم باید بتواند جریان خطا (Fault Current) را به طور موثر به زمین منتقل کند تا در کوتاهترین زمان ممکن مدار را قطع کند.
- انتخاب نوع سیستم ارتینگ:
- نوع تجهیزات:
- تجهیزات حساس: برای تجهیزاتی مانند آزمایشگاهها، تجهیزات پزشکی و سیستمهای کنترل، سیستم IT (به دلیل کاهش نویز) معمولاً مناسبتر است.
- تجهیزات با توان بالا: برای دستگاههای بزرگ و توانمند، سیستم TT (به دلیل تحمل جریان خطا) ایدهآل است.
- تجهیزات با ولتاژ بالا: برای سیستمهای قدرت و ماشینآلات صنعتی، سیستم PE (به عنوان عنصر حفاظتی) ضروری است.
- نوع ساختمان/موقعیت:
- ساختمانهای مسکونی: معمولاً سیستم TT بهترین گزینه است.
- مراکز داده و آزمایشگاههای تحقیقاتی: به دلیل حساسیت به نویز، سیستم IT یا ترکیبی از IT و EO میتواند مناسب باشد.
- موقعیتهای صنعتی: بسته به نوع فرآیند و تجهیزات، ممکن است نیاز به سیستمهای TT، IT، PE یا ZS باشد.
- استانداردها و مقررات:
- در هر کشور، استانداردهای خاصی برای طراحی و نصب سیستمهای ارتینگ وجود دارد. رعایت این استانداردها الزامی است.
- به عنوان مثال، در ایران، استانداردهای IEC 60364 برای طراحی و نصب سیستمهای الکتریکی مورد استفاده قرار میگیرند.
- بودجه:
- هزینه نصب و نگهداری سیستمهای ارتینگ میتواند متفاوت باشد. انتخاب سیستم مناسب باید با در نظر گرفتن بودجه نیز انجام شود.
- نکات مهم در انتخاب:
- مشورت با متخصص: همیشه بهتر است با یک متخصص برق مشورت کنید تا بهترین سیستم ارتینگ را برای شرایط خاص خود انتخاب کنید.
- نصب صحیح: نصب صحیح سیستم ارتینگ بسیار مهم است. اطمینان حاصل کنید که کار نصب توسط افراد متخصص و ماهر انجام میشود.
خلاصه:
انتخاب نوع سیستم ارتینگ یک تصمیم مهم است که باید بر اساس نیازها و شرایط خاص شما انجام شود. با در نظر گرفتن اصول اولیه و کلیدی که در بالا ذکر شد، میتوانید بهترین سیستم ارتینگ را برای ساختمان یا سیستم خود انتخاب کنید و از ایمنی و عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل کنید.
خلاصه جامع سیستمهای ارتینگ:
A. سیستمهای اصلی:
۱. TT (Touch Potential):
- رایجترین سیستم، برای محافظت از انسان در برابر شوک الکتریکی طراحی شده است. تمام قسمتهای فلزی دستگاه به یک نقطه ارت واحد متصل میشوند.
- شرح:این سیستم رایجترین نوع ارتینگ است و هدف آن کاهش خطر شوک الکتریکی است.
- نحوه عملکرد:تمام قسمتهای فلزی دستگاهها (مانند قابها، ترمینالها) به یک نقطه ارت (زمین) واحد متصل میشوند. این نقطه ارت با زمین اصلی به صورت مستقیم در ارتباط است.
- مزایا:ایمنی بالا، مقاومت کم در برابر جریان خطا، و قابلیت تحمل جریان خطا.
- معایب:در صورت بروز جریان خطا، زمان واکنش (Arc Fault) میتواند طولانی باشد که خطر شوک را افزایش میدهد.
- کاربرد:ساختمانهای مسکونی و تجاری مدرن، دستگاههای بزرگ و توانمند.
- رایجترین سیستم، برای محافظت از انسان در برابر شوک الکتریکی طراحی شده است. تمام قسمتهای فلزی دستگاه به یک نقطه ارت واحد متصل میشوند.
۲. IT (Isolated Earth):
برای کاهش نویز و تداخل الکترومغناطیسی استفاده میشود و هیچ جریان DC در سیمکشی اصلی وجود ندارد.
- شرح:در این سیستم، منبع تغذیه از مدار اصلی جدا شده است و هیچ جریان DC در سیمکشی اصلی وجود ندارد. فقط یک اتصال ارت برای تجهیزات مختلف وجود دارد.
- نحوه عملکرد:این سیستم نویز و تداخل الکترومغناطیسی را به خوبی کاهش میدهد.
- مزایا:کاهش نویز و تداخل الکترومغناطیسی، مناسب برای تجهیزات حساس.
- معایب:خطر شوک الکتریکی در صورت بروز جریان خطا بیشتر است، زیرا جریان خطا به سرعت به زمین منتقل نمیشود.
۳. TN (Thevenin Network):
- TN-S:اتصال PE به سیم N در یک نقطه اتصال.
- TN-C:اتصال PE و N به یک سیم مشترک.
- TN-C-S:ترکیبی از TN-C و TN-S.
سیستم TN (Thevenin Network) یک روش رایج برای اتصال ارت در سیستمهای برق است که بر اساس اصول شبکه Thevenin طراحی شده است. این سیستم به دو صورت اصلی (TN-S و TN-C) و یک ترکیب (TN-C-S) موجود است.
TN-S (Thevenin Negative Sequence):
- شرح: این مدل رایجترین نوع سیستم TN است و در بسیاری از ساختمانها و تاسیسات الکتریکی استفاده میشود.
- نحوه عملکرد:
- در این سیستم، سیم نول (N) و اتصال ارت (PE) در یک نقطه اتصال به نام "جعبه اتصال" (Connection Box) به هم متصل میشوند.
- جعبه اتصال، یک نقطه یکپارچهسازی برای تمام اتصالات ارت است و به زمین اصلی (Ground) از طریق یک سیم اتصال (Earthing Conductor) متصل میشود.
- در این حالت، جریان خطا (Fault Current) مستقیماً از طریق سیم نول به جعبه اتصال و سپس به زمین جریان مییابد.
- ویژگیها:
- مقاومت کم: مقاومت کل مسیر ارت (جعبه اتصال - زمین) معمولاً پایین است که باعث میشود جریان خطا به سرعت تخلیه شود.
- حساسیت به نامتقارن بودن: این سیستم به شدت به نامتقارن بودن بارها (Loads) حساس است. اگر بارها نامتقارن باشند، میتواند باعث افزایش جریان خطا و خطر شوک الکتریکی شود.
- کاربرد: معمولاً در ساختمانهای مسکونی، تجاری و صنعتی کوچک و متوسط استفاده میشود، بهویژه در مواردی که بارها نسبتاً متقارن هستند.
TN-C (Thevenin Common):
- شرح: در این سیستم، سیم نول (N) و اتصال ارت (PE) به یک سیم مشترک به نام "سیم فاز" (Live Wire) متصل میشوند.
- نحوه عملکرد: این سیستم به دلیل اتصال سیم نول و فاز به یکدیگر، خطر الکتریسیتهدرد (تماس ناخواه با سیم فاز) را به شدت افزایش میدهد. این سیستم به دلیل خطرات ایمنی، کمتر استفاده میشود و بیشتر در سیستمهای قدیمیتر یافت میشود.
- ویژگیها:
- مقاومت بالا: مقاومت کل مسیر ارت (سیم فاز - زمین) معمولاً بالا است که باعث میشود جریان خطا به کندی تخلیه شود.
- خطر الکتریسیتهدرد: این سیستم به دلیل اتصال سیم نول و فاز، خطر الکتریسیتهدرد را به شدت افزایش میدهد.
- کاربرد: به دلیل خطرات ایمنی، این سیستم بیشتر در سیستمهای قدیمی و فرسوده استفاده میشود و توصیه نمیشود که در سیستمهای جدید استفاده شود.
TN-C-S (Thevenin Common-Neutral-Screen):
- شرح: این سیستم ترکیبی از TN-C و TN-S است و در برخی از کشورها (مانند آلمان) استفاده میشود.
- نحوه عملکرد:
- سیم نول (N) و اتصال ارت (PE) به یک سیم مشترک (مشابه TN-C) متصل میشوند.
- سیم نول (N) نیز به زمین اصلی (Ground) از طریق یک صفحه فلزی (Screen) متصل میشود.
- این صفحه فلزی معمولاً یک حلقه فلزی است که دور موتور و سایر تجهیزات بزرگ قرار میگیرد.
- ویژگیها:
- کاهش نویز: صفحه فلزی به کاهش نویز و تداخل الکترومغناطیسی کمک میکند.
- ایمنی نسبتاً بالا: با وجود برخی از خطرات، این سیستم نسبت به TN-C ایمنتر است.
- کاربرد: این سیستم معمولاً در ساختمانهای تجاری و صنعتی بزرگ و در مواردی استفاده میشود که نیاز به کاهش نویز و تداخل الکترومغناطیسی وجود دارد.
B. سیستمهای حفاظتی:
۱) PE (Protection Earth):
یک عنصر حفاظتی که در صورت بروز جریان خطا، جریان را به زمین هدایت میکند.
- شرح:این سیستم به عنوان یک عنصر حفاظتی در سیستمهای الکتریکی استفاده میشود. در این سیستم، قسمتهایی از تجهیزات که ممکن است تحت ولتاژ قرار گیرند، به یک اتصال ارت (PE) متصل میشوند.
- نحوه عملکرد:این اتصال ارت در صورت بروز جریان خطا، جریان را به زمین هدایت میکند و خطر شوک الکتریکی را کاهش میدهد.
- مزایا:محافظت از افراد در برابر جریان خطا، مناسب برای سیستمهای با ولتاژ بالا.
- معایب:محافظت کامل از افراد در برابر جریان خطا را فراهم نمیکند.
- کاربرد:سیستمهای با ولتاژ بالا، ماشینآلات صنعتی، و تجهیزات الکتریکی.
۲) ZS (Zero Sequence):
- برای مقابله با پدیده صفر پدیده در سیستمهای قدرت طراحی شده است.
- شرح:این سیستم برای مقابله با پدیده صفر پدیده (Zero Sequence) طراحی شده است. پدیده صفر پدیده زمانی رخ میدهد که جریانهای خطا به صورت نامتقارن در مدار جریان یابند.
- نحوه عملکرد:این سیستم با ایجاد یک مسیر با مقاومت پایین برای جریانهای صفر پدیده، جریان را به زمین هدایت میکند و از آسیب به تجهیزات جلوگیری میکند.
- مزایا:محافظت از تجهیزات در برابر آسیبهای ناشی از جریانهای صفر پدیده.
- معایب:پیچیدگی بیشتر در طراحی و نصب.
- کاربرد:سیستمهای قدرت، تجهیزات الکتریکی بزرگ، و سیستمهای با جریانهای نامتقارن.
۳) AE (Earth Fault Protection):
AE (Earth Fault Protection) به طور خاص برای تشخیص و قطع سریع جریان زمین طراحی شده است.
۴) RCBO (Residual Current Circuit Breaker):
- جریان باقیمانده: وقتی یک جریان خیلی کوچک (که ناشی از یک مشکل در مدار الکتریکی است) وجود دارد، آن را جریان باقیمانده مینامند. این جریان معمولاً خیلی کوچک تر از آن است که ما بتوانیم آن را حس کنیم، اما میتواند خطرناک باشد.
C. سیستمهای خاص:
UT (Ungrounded Transmitter):
برای ابزارهای اندازهگیری، اتصال خروجی دستگاه به زمین را حذف میکند.
نکات کلیدی و خلاصهسازی:
- هدف اصلی: هر سیستم ارتینگ یک هدف خاص دارد: ایمنی، کاهش نویز، حفاظت از تجهیزات یا مقابله با پدیده صفر پدیده. انتخاب نوع ارتینگ به عوامل مختلفی از جمله ولتاژ سیستم، نوع تجهیزات، و شرایط محیطی بستگی دارد.
- مقاومت ارت: مقاومت ارت (Resistance) یک پارامتر مهم است که بر عملکرد سیستم ارتینگ تأثیر میگذارد.
- ترکیب سیستمها: در عمل، اغلب از ترکیب چند سیستم ارتینگ برای حداکثر حفاظت استفاده میشود.
- استانداردها: طراحی و نصب سیستمهای ارتینگ باید مطابق با استانداردهای ملی و بینالمللی انجام شود
برای آگاهی بیشتر از خدمات ما به بخش خدمات مراجعه کنید و برای درخواست ارسال تجهیز خود کافی است در بخش تماس با ما فرم مربوطه را پر کرده یا با ما تماس بگیرید!