در دنیای برق و تأسیسات الکتریکی، یکی از پایه‌ای‌ترین و مهم‌ترین مفاهیم ایمنی و حفاظت در برابر برق‌گرفتگی، نوسان ولتاژ و خسارات ناشی از خطاهای الکتریکی، وجود یک سیستم زمین حفاظتی (Protective Earthing or Grounding System) است. این سیستم نه فقط برای حفاظت تجهیزات الکتریکی، بلکه برای ایمنی جان انسان‌ها ضروری است و به‌عنوان یکی از استانداردهای اجتناب‌ناپذیر در طراحی و اجرای تأسیسات برقی شناخته می‌شود.

در این مقاله قصد داریم به‌صورت ساده و کاربردی مواردی همچون «سیستم زمین حفاظتی چیست»، «چگونگی نصب و اجرای ارتینگ»، «استانداردهای فنی مرتبط با این سیستم چیست» و نمونه‌های واقعی از کاربردهای آن را توضیح دهیم.

سیستم زمین حفاظتی چیست؟

سیستم زمین حفاظتی، ساختاری مهندسی است که اتصال تجهیزات و بخش‌های فلزی سیستم‌های الکتریکی به زمین واقعی را ایجاد می‌کند تا در صورت بروز خطا یا نشت جریان، جریان ناخواسته به زمین منتقل شده و خطر برق‌گرفتگی یا آسیب به تجهیزات کاهش یابد. و به‌عبارتی دیگر، هدف اصلی آن محافظت افراد و قطعات در برابر شوک الکتریکی و رویدادهای خطرناک است.

این سیستم اغلب شامل چند جزء کلیدی است.

• الکترودهای زمینی
• هادی‌های اتصال
• شینه‌های پیوند پتانسیل و کابل‌های حفاظتی
• تجهیزات حفاظتی جانبی مثل محافظ ولتاژ و GFCI

که در مجموع مسیر کم‌مقاوم برای جریان خطا به زمین فراهم می‌کنند.

چرا سیستم زمین حفاظتی اهمیت دارد؟

بدون داشتن یک سیستم زمین حفاظتی مناسب

• تجهیزات برقی ممکن است در صورت خطا یا نوسان ولتاژ آسیب ببینند
• خطر برق‌گرفتگی برای افراد افزایش می‌یابد
• امکان آتش‌سوزی و خرابی در شبکه برق وجود دارد
• حفاظت در برابر حملات الکتریکی یا اضافه‌ولتاژهای ناشی از صاعقه فراهم نیست

در واقع یکی از اصلی‌ترین دلایل اجرای سیستم زمین حفاظتی، ایمن‌سازی تاسیسات در برابر خطاها و خطرات احتمالی برق است که در تمام پروژه‌های برقی صنعتی، تجاری و ساختمان‌های بزرگ باید رعایت شود.

اجزای سیستم زمین حفاظتی

برای طراحی و اجرای درست سیستم زمین حفاظتی باید با اجزای مختلف آن آشنا باشیم.

۱. الکترودهای زمین

الکترودها قطعاتی فلزی هستند که در زمین دفن می‌شوند و ارتباط مستقیم با خاک برای هدایت جریان خطا به زمین ایجاد می‌کنند. اینها می‌توانند میله‌های مسی، صفحات یا لوله‌های فلزی باشند که به عمق خاک فرو رفته‌اند.

۲. هادی‌های اتصال

هادی‌های اتصال (معمولاً سیم‌های مسی با عایق مناسب) تجهیزات برقی و بدنه‌های فلزی را به الکترودهای زمین متصل می‌کنند تا مسیر مخرب جریان به زمین هدایت شود.

شینه‌های اتصال (Equipotential Bonding Bars) به ایجاد هم‌پتانسیل بودن تمام تجهیزات بزرگ و کوچک کمک می‌کنند تا در صورت خطا تفاوت پتانسیل باعث شوک‌های اضافی نشود.

۴. دستگاه‌های حفاظتی

برای اطمینان بیشتر از کارکرد صحیح سیستم زمین حفاظتی، از تجهیزات جانبی مانند محافظ‌های ولتاژ گذرا (Surge Protective Devices) و قطع‌کننده‌های جریان خطا (GFCI/RCCB) نیز استفاده می‌شود.

سیستم زمین حفاظتی اجرای ارتینگ چیست؟

اصطلاح «نصب سیستم زمین حفاظتی اجرای ارتینگ» اشاره دارد به فرآیند طراحی، نصب و راه‌اندازی اجزای ارت (Earthing) و اتصال به زمین حفاظتی به‌گونه‌ای که عملکرد ایمن و استاندارد آن تضمین شود.

اجرای درست این سیستم، فراتر از کوبیدن چند میله در زمین است. این عملیات شامل موارد زیر است.

• تحلیل خاک و وضعیت محل نصب
• انتخاب نوع الکترود مناسب و عمق آن
• سیم‌کشی استاندارد بین تجهیزات و الکترودها
• اجرای تست و اندازه‌گیری مقاومت زمین پس از نصب
• ایمن‌سازی اتصال‌ها و پایش دوره‌ای

اجرای صحیح این سیستم باعث می‌شود جریان‌های خطا، شوک و اضافه‌ولتاژها به‌سرعت و ایمن به زمین منتقل شوند و خطرات احتمالی برای افراد و تجهیزات برق کاهش یابد.

استانداردهای فنی سیستم های حفاظتی و ارتینگ

برای اینکه یک سیستم زمین حفاظتی کاربردی باشد، باید طبق استانداردهای فنی پذیرفته‌شده طراحی و اجرا شود. در سطح جهانی دو استاندارد مهم وجود دارد که اغلب هنگام طراحی رعایت می‌شوند.

استاندارد NEC و NFPA

در استانداردهای آمریکایی NEC (کد الکتریکی ملی) و NFPA 70، تاکید بر ایجاد مسیر کم‌مقاومت برای جریان خطا است تا در صورت بروز مشکل، جریان خطا به زمین هدایت شود و دستگاه‌های حفاظتی بتوانند خیلی سریع مدار را قطع کنند.

استاندارد IEC (بین‌المللی)

استاندارد IEC روش Earthing را تشویق می‌کند که تمرکز آن بر حفاظت در برابر اختلاف پتانسیل تماس و ایمنی بیشتر انسانی است. در این استاندارد از عبارت Protective Earth (PE) استفاده می‌شود و طراحی‌ها براساس ایجاد مسیر قابل‌اعتماد به زمین انجام می‌شود.

نکته مهم: در پروژه‌های بین‌المللی و مدرن، معمولاً ترکیبی از الزامات NEC و IEC برای حصول بهترین نتیجه ایمنی و عملکرد به‌کار می‌رود، مخصوصاً در پروژه‌های خورشیدی، صنعتی و شبکه‌های توزیع.

نصب سیستم زمین حفاظتی چگونه انجام می‌شود؟

برای نصب یک سیستم زمین حفاظتی استاندارد و مؤثر، باید مراحل زیر را طی کرد.

تحلیل اولیه محل

قبل از هر کاری باید شرایط خاک، رطوبت و مقاومت الکتریکی آن اندازه‌گیری شود. چون این عوامل تعیین می‌کنند که چه نوع الکترود و عمقی برای نصب مناسب است.

انتخاب نوع الکترود مناسب

بسته به شرایط زمین، از میله‌های مسی، صفحات یا لوله‌های فلزی استفاده می‌شود تا اتصال مستقیم به زمین فراهم شود.

اجرای حدود سطحی یا عمقی

در زمین‌هایی با شرایط سخت، از روش‌های عمقی استفاده می‌شود که نیازمند حفر چاه عمیق و نصب الکترودها در لایه‌های زیرین خاک است. در زمین‌های نرم، روش سطحی می‌تواند موثر باشد.

اتصال تجهیزات و شینه‌ها

تمام تجهیزات، بدنه‌ها و هادی‌ها باید به میله‌های زمین و شینه‌های اتصال وصل شوند تا مسیر خطا به‌صورت کم‌مقاومت فراهم شود.

تست و اندازه‌گیری نهایی

پس از نصب، باید مقاومت سیستم زمین اندازه‌گیری شود تا مطمئن شویم ارتباط با زمین به‌درستی انجام شده است. این تست معمولاً با روش «Fall-of-Potential» انجام می‌شود.

کاربردهای عملی سیستم زمین حفاظتی

سیستم زمین حفاظتی در بسیاری از پروژه‌های برقی کاربردهای فراوانی دارد.

ساختمان‌ها و دفاتر

برای حفاظت از تابلوهای برق، پریزها، لوازم الکتریکی و جلوگیری از برق‌گرفتگی ساکنین.

پروژه‌های صنعتی و کارخانه‌ها

برای جلوگیری از خسارات ناشی از نوسانات ولتاژ، خطا در تجهیزات و حفاظت موتورهای صنعتی.

نیروگاه‌ها و تأسیسات بزرگ

در نیروگاه‌های خورشیدی، بادی و صنعتی، سیستم زمین حفاظتی نقش بسیار مهمی در ایمنی و پایداری شبکه برق دارد.

اتاق‌های سرور و مراکز داده

برای جلوگیری از نویز، تخلیه الکتریکی و افزایش عملکرد تجهیزات حساس ارتباطی و شبکه‌ای.

سخن پایانی

سیستم زمین حفاظتی یک بخش اساسی در هر شبکه برق است که امنیت، ایمنی و پایداری تجهیزات و انسان‌ها را تضمین می‌کند. اجرای صحیح سیستم ارتینگ نه‌تنها کمک می‌کند جریان خطا در صورت بروز حادثه به‌درستی به زمین هدایت شود، بلکه باعث کاهش خطر برق‌گرفتگی، نوسانات ولتاژ، هزینه‌های تعمیر و خرابی تجهیزات می‌شود.

در انتخاب، طراحی و نصب این سیستم باید از استانداردهای فنی معتبر تبعیت شود تا عملکرد و ایمنی آن تضمین شود. همچنین اندازه‌گیری صحیح مقاومت زمین و پیوستگی سیستم در طول زمان باید به‌صورت دوره‌ای انجام شود تا کارآیی و ایمنی آن حفظ شود.

منابع

1. Grounding/Earthing Standards Differences – Anern Store Guide – بررسی استانداردها و روش‌های زمین‌کردن و حفاظت از سیستم‌های برقی.

2. Understanding the Differences Between Protective Earthing and Protective Neutral – تعریف و نقش Protective Earthing در سیستم‌های برقی.

3. The basic understanding of an earthing protection system – بررسی اجزای یک سیستم Earthing و نحوه عمل‌کرد آن.