شبکه زمین یکی از حیاتی‌ترین اجزای زیرساختی در سیستم‌های الکتریکی است که نقش آن تأمین ایمنی برای افراد و تجهیزات در برابر جریان‌های نشتی و ولتاژهای غیرعادی است. در شرایطی که تجهیزات الکتریکی بدون سیستم زمین مناسب مورد بهره‌برداری قرار گیرند، خطرات جانی و خسارات مالی سنگین اجتناب‌ناپذیر خواهند بود.
تعریف شبکه زمین و نقش آن در ایمنی الکتریکی
شبکه زمین به مجموعه‌ای از الکترودها، هادی‌ها و شینه‌ها گفته می‌شود که هدف آن‌ها ایجاد مسیری با مقاومت پایین به زمین برای هدایت جریان‌های نشتی یا جریان‌های خطا است. این مسیر باعث کاهش خطر برق‌گرفتگی، جلوگیری از آسیب به تجهیزات، و پایداری سیستم می‌شود.
مقایسه با ارتینگ موضعی
در حالی که ارت موضعی تنها برای یک دستگاه یا تابلو خاص طراحی می‌شود، شبکه زمین گسترده‌تری است که معمولاً تمامی تجهیزات در یک ساختمان را پوشش می‌دهد و به یک نقطه مرجع پتانسیل (زمین) متصل می‌کند.
مقایسه نیازهای ارت در ساختمان‌های مسکونی و صنعتی
ساختمان‌های صنعتی، به دلیل وجود ماشین‌آلات سنگین، سیستم‌های قدرت بالا و نیاز به پایداری عملکرد سیستم‌های حساس، به طراحی شبکه زمین پیچیده‌تر و مقاومتر نیاز دارند. در مقابل، ساختمان‌های مسکونی بیشتر با هدف ایمنی انسان و وسایل خانگی ساده طراحی می‌شوند.
| ویژگی | ساختمان مسکونی | ساختمان صنعتی |
| مقاومت هدف | < 5 اهم | < 1 اهم |
| نوع شبکه | میله‌ای، حلقه‌ای | مش‌بندی، میله موازی |
| تجهیزات ارت شونده | کنتور، تابلو داخلی | تابلو اصلی، تجهیزات قدرت |
| نیاز به نرم‌افزار طراحی | عموماً خیر | ضروری |
استانداردهای بین‌المللی و ملی در طراحی ارت
استانداردهای مرجع عبارتند از:
- IEC 60364: سیستم‌های برقی ساختمان
- IEEE 80: طراحی سیستم زمین در پست‌های برق
- مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان ایران: ایمنی تأسیسات برقی
- NFPA 70 (NEC): استاندارد آمریکایی نصب برق
این استانداردها، حداقل مقاومت مجاز، انتخاب مواد و نحوه تست را تعیین می‌کنند.
اجزای اصلی شبکه زمین در هر نوع ساختمان
اجزای رایج در طراحی سیستم زمین عبارتند از:
- الکترود زمین: میله‌ای، صفحه‌ای، نواری
- هادی مسی یا گالوانیزه: برای اتصال به تجهیزات
- جعبه تست یا جعبه ارت: جهت تست و بازرسی دوره‌ای
- شینه ارت: نقطه مرکزی اتصال تجهیزات به سیستم زمین
تحلیل نوع خاک و شرایط محیطی در طراحی ارت
مقاومت ویژه خاک مهم‌ترین عامل تعیین‌کننده عملکرد سیستم زمین است. خاک‌های رسی مرطوب عملکرد بهتری نسبت به خاک‌های شنی خشک دارند. همچنین عوامل دما، شوری، PH و میزان رطوبت نیز تأثیر بسزایی در طراحی دارند.
روش‌های متداول طراحی شبکه زمین در ساختمان‌های صنعتی
طراحی شبکه زمین برای واحدهای صنعتی باید به گونه‌ای انجام شود که قادر به تخلیه سریع جریان‌های خطا و محافظت از تجهیزات حساس در برابر ولتاژهای گذرا باشد. بر اساس ویژگی‌های سایت، سه روش متداول در طراحی سیستم زمین صنعتی عبارت‌اند از:
شبکه مش‌بندی (Mesh Grounding System)
در این روش، شبکه‌ای متشکل از هادی‌های افقی در زیر سطح زمین به‌صورت مش (شبکه مربع یا مستطیل) اجرا می‌شود. این روش برای تأسیسات بزرگ مانند پست‌های برق یا کارخانه‌های با بار بالا کاربرد دارد.
ویژگی‌ها:
- پوشش کامل منطقه صنعتی
- کاهش ولتاژ تماس و گام
- مناسب برای مناطق با مقاومت خاک بالا
سیستم حلقه‌ای (Ring Grounding System)
در این حالت، یک حلقه زمین دور ساختمان یا تأسیسات نصب می‌شود. هادی حلقه‌ای به شینه ارت و تجهیزات داخلی متصل می‌شود. این روش معمولاً در تأسیسات کوچک‌تر یا نیمه‌صنعتی به‌کار می‌رود.
مزایا:
- ساده در اجرا
- مناسب برای محیط‌های صنعتی با فضای محدود
ارت مرکزی با میله‌های عمودی (Rod Grounding)
چند میله زمین با فواصل استاندارد به‌صورت شعاعی یا خوشه‌ای نصب شده و به شینه ارت مرکزی متصل می‌شوند. استفاده از مواد کاهنده مقاومت در این روش مرسوم است.
روش‌های متداول طراحی ارت برای ساختمان‌های مسکونی
در ساختمان‌های مسکونی، هدف اصلی طراحی سیستم زمین، جلوگیری از برق‌گرفتگی ساکنین و حفاظت از وسایل الکتریکی است. دو روش رایج برای این منظور عبارت‌اند از:
ارت تک‌میله‌ای (Single Rod System)
در این روش، یک میله مسی یا گالوانیزه در زمین کوبیده شده و با هادی به شینه ارت متصل می‌شود. برای آپارتمان‌های کوچک یا واحدهای مستقل مناسب است.
ویژگی‌ها:
- اقتصادی و آسان در اجرا
- مناسب برای خاک‌های مرطوب با مقاومت پایین
سیستم حلقه‌ای محیطی (Ring Earth)
یک سیم مسی بدون پوشش در محیط ساختمان در عمق مشخص دفن شده و نقاط مختلف ساختمان را به آن متصل می‌کنند. این روش برای ساختمان‌های چند طبقه یا برج‌ها توصیه می‌شود.
برآورد مقاومت هدف سیستم زمین بر اساس کاربرد
مقاومت کل سیستم زمین باید به حدی باشد که جریان خطا به‌سرعت تخلیه شده و از بروز خطر جلوگیری شود. استانداردها مقدار حداکثر مقاومت مجاز را به‌صورت زیر تعیین می‌کنند:
| نوع ساختمان | مقاومت مجاز (Ω) | هدف طراحی |
| مسکونی کوچک | ≤ 5 | حفاظت جان انسان‌ها |
| آپارتمان/برج | ≤ 3 | ایمنی تجهیزات + حفاظت جانی |
| صنعتی عمومی | ≤ 1 | جلوگیری از آسیب تجهیزات |
| مراکز داده | ≤ 0.5 | حفاظت سیستم‌های حساس |
نقشه‌کشی و مدلسازی شبکه زمین با نرم‌افزارهای تخصصی
امروزه طراحی علمی و دقیق شبکه زمین نیازمند استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی برق است. برخی از نرم‌افزارهای کاربردی شامل موارد زیر می‌شوند:
- ETAP: مدلسازی دقیق شبکه زمین، محاسبه ولتاژ گام و تماس
- CYME: شبیه‌سازی رفتار دینامیکی ارت در شرایط خطا
- MATLAB: انجام محاسبات عددی برای تحلیل جریان ارت
- SAGS: طراحی سیستم زمین در سایت‌های خاص (مانند پست‌ها)
نقشه نهایی شبکه زمین باید شامل مسیرهای هادی‌ها، محل الکترودها، نقاط اتصال، و برآورد مقاومت کل باشد.
اتصال الکترودها به شینه ارت و تابلو برق
اتصال صحیح بین اجزای سیستم زمین، تضمین‌کننده عملکرد ایمن آن است. الزامات کلیدی شامل موارد زیر است:
- استفاده از هادی‌های مسی با سطح مقطع کافی
- نصب شینه ارت در نزدیکی تابلو برق
- اتصال کلیه بدنه‌های فلزی و اسکلت ساختمان به شینه ارت
- لحیم یا پیچ‌کردن اتصالات به‌جای اتصال موقتی
اتصالات باید از خوردگی محافظت شوند؛ پوشش با رنگ ضدزنگ یا استفاده از ترمینال‌های مسی استاندارد رایج است.
ایمنی در اجرای سیستم زمین در محل پروژه
در پروژه‌های ساختمانی، اجرای سیستم زمین باید طبق مقررات ایمنی انجام شود:
- رعایت فاصله بین کابل‌های قدرت و سیم ارت
- استفاده از ابزار دقیق در تست اولیه
- عدم اختلاط سیستم ارت با سیستم نول شبکه (TN-C ممنوع)
- حفاظت سیستم در برابر نفوذ آب، مواد خورنده و صدمات مکانیکی
نکات اجرایی نصب ارت در پروژه‌های ساختمانی
- دفن میله یا نوار ارت در عمق حداقل ۰.۸ متر (در مناطق سردسیر، عمق بیشتر)
- رعایت فاصله ۲ الی ۳ متری از دیوار ساختمان برای نصب الکترود
- استفاده از خاک مرطوب، شن و بنتونیت در اطراف میله برای کاهش مقاومت
- ثبت محل دقیق میله ارت برای تست و نگهداری آتی
خلاصه
طراحی و اجرای شبکه زمین در ساختمان‌های مسکونی و صنعتی، یک فرآیند تخصصی با ابعاد فنی، ایمنی و اجرایی است. برای تحقق عملکرد مناسب، رعایت استانداردها، استفاده از تجهیزات باکیفیت، و نگهداری مستمر ضروری است. توصیه می‌شود در پروژه‌های جدید از مشاوره مهندسان برق خبره بهره گرفته و در ساختمان‌های موجود، شبکه ارت را به‌صورت علمی بازبینی و ارتقاء دهید.
بدون دیدگاه