آموزش روش محاسبه صاعقه گیر و برقگیر هادی حفاظتی میله فرانکلین قف

وجود بخار آب، حرارت و هوای گرم باعث ایجاد ابرهای کلمونیموس می گردد. این مدل ابر بسیار گسترده و طول آن بالغ بر 15 کیلومتر و حداقل دارای ضخامت 10 کیلومتر است. گاهی از اوقات وجود ضخامت بالا در وضعیت جوی متلاطم موجب ایجاد دمای تا 65- درجه ی سانتی گراد می شود. همچنین سرعت حرکت بالای ابر و دمای یاد شده باعث ایجاد کریستال های یخ در لایه بالایی ابر و ذرات ریز آب در لایه های پایین گشته و در اثر سرعت ابر، این دو لایه باردار می گردند، به نحوی که کریستال های یخ بار مثبت و ذرات آب، بار منفی به خود می گیرند. در این میانه لایه ی نسبتاً خنثی (از جنس هوای خشک یا مرطوب) با قطر یک تا 2 کیلومتر، نقش یک جداکننده را در این سیستم اجرا می کند (مانند خازن با دو صفحه ی باردار و عایق در میان که هر چقدر نقش این جداکننده پر رنگ تر باشد، ظرفیت خازن افزایش می یابد).
در وضعیت عادی اتمسفر زمین بار (الکتریسته ساکن) حدود 100 ولت بر متر (ارتفاع) را دارا است. در هنگامی که این سیستم ابر به وجود آمد، بار ساکن اتمسفر زمین افزایش می یابد و به 15 تا 20 کیلوولت بر متر می رسد. همچنین حرکت ابر باردار باعث حرکت بار مثبت زمین می گردد. این انتقال بار تا آن جا ادامه پیدا می کند که شدت بار در اتمسفر بین 15 تا 20 کیلو ولت بر متر برسد. در این حالت به شدت احتمال تخلیه بین دو بار مثبت ابر و منفی زمین افزایش می یابد. تا این که در محلی با شرایط بهتر (فاصله ی کم تر یا شدت بار بیش تر) تخلیه ی الکتریکی انجام می پذیرد.
در این حالت بار منفی ابر به سمت بار مثبت زمین انتقال یافته در سطح زمینه یا هادی که به زمین متنصل است، تخلیه انجام می پذیرد. بر طبق برآوردها حدود 96% از صاعقه ها بین ابر و زمین انجام می پذیرد و 4% مابقی بین ابر با ابر و یا در داخل خود ابر انجام می پذیرد.

محل صاعقه

با چشم غیر مسلح نمی توان محل دقیق صاعقه را متوجه شد، اما با دوربین مخصوص فیلمبرداری این پدیده ی قابل ثبت است. در این حالت صاعقه با سرعت 000/50 کیلومتر بر ثانیه به طرف هدف حرکت و با آن برخورد می کند. در سیستم های معمول برق گیر (صاعقه گیر) حرکت بار از ابر به سمت زمین و محل اصابت آن روی زمین است. اما به تازگی سیستم های تولید شده اند که در هنگام صاعقه، بار مثبت زمین به طرف صاعقه فرستاده می شود. در این سیستم ها، مقداری بار تا ارتفاع محدود فرستاده می شود و محل صاعقه روی زمین نمی باشد، بلکه مقداری بالاتر از زمین است و پس از برخورد صاعقه به بار انتقالی، نقطه ی تلاقی به زمین کشیده می شود.

آثار صاعقه

در اندازه گیری های انجام شده، جریان گذاری صاعقه تا حدود 35 کیلوآمپر برآورد شده است. حال با توجه به این جریان شدید، صاعقه آثار زیان باری بر محیط وارد می نماید. در هنگام برخورد صاعقه، در محل برخورد به شدت گاز ازن تولید می شود؛ همچنین، عبور این جریان باعث تخریب بافت خاک می گردد، زیرا حرارت تولیدی در اثر عبور جریان بسیار زیاد است.
از جمله آثار صاعقه می توان موارد زیر را نام برد:
1- نور شدید در هنگام تخلیه
2- صدای شدید به علت تخلیه بارها و ایجاد فشار هوای بسیار زیاد که اثرات آن تا 10 کیلومتر قابل شنیدن است.
3-اثر حرارتی به علت وجود جریان بالا و یونیزاسیون اتمسفر که در بعضی موارد باعث ایجاد حریق می گردد.
4- اثر الکترودینامیک: عبور جریان بالا از هادی های مجاور باعث ایجاد نیروی شدید بین آن ها می شود که احتمال تخریب هادی ها یا مواد نگهدارنده ی بین آن ها را باعث می گردد.
5- اثر الکتروشیمیایی: در اثر عبور جریان از هوا و زمین به وجود می آید.
6- اثر القائی: در اثر عبور جریان اثر هادی ها به وجود می آید.
7- اثر برق گرفتگی: در اثر عبور جریان از بدن اشخاص با حیوانات به صورت مستقیم یا غیر مستقیم (ولتاژ قدم) به وجود می آید.

آثار مستقیم و غیر مستقیم صاعقه بر ساختمان ها

از اثرات مستقیم صاعقه بر ساختمان، ایجاد جریان و ولتاژ بالای لحظه ای و ایجاد خسارات بر خود ساختمان از جمله حریق و شکستن شیشه ها را می توان نام برد. از اثرات غیر مستقیم ایجاد پالس های گذرا بر شبکه ی برق، مخابرات و رایانه و ایجاد خسارات بر تمامی تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی را می توان نام برد.

حفاظت ساختمان در مقابل برخورد صاعقه (اثر مستقیم)

در این نوع حفاظت با ایجاد برق گیر با امپدانس پایین سعی در جذب کامل صاعقه و ارسال آن به زمین می شود. بر طبق استاندارد فرانسه چهار نوع برق گیر (صاعقه گیر) پیشنهاد می گردد (جدول 1).

الف – برق گیر ساده میله ای SIMPLE ROD LIGHTNING CONDUCTORS (SRL):

این نوع برق گیر دارای یک میله ی بلند است که بر سقف بلندترین محل ساختمان نصب و به زمین متصل می شودو در هنگام صاعقه، با جذب ولتاژ، جریان تولیدی را به زمین منتقل می کند. این صاعقه گیر به واسطه ی سادگی نصب در ایستگاه های رادیو، محل آنتن های بشقابی، و ساختمان هایی که سطح حفاظتی کوچک دارند توصیه می شود. سیستم صاعقه گیر میله ای از قسمت های زیر تشکیل شده است:
1- میله ی اصلی ودنباله ی آن
2- یک یا چند هادی پایین رونده
3- کلمپ تست که به انتهای هادی پایین رونده وصل است و ادامه ی آن به سیستم زمین واردمی شود.
4- نوار حفاظتی که به کلمپ تست وصل، حداقل 2 متر روی زمین کشیده و به زمین وارد می شود.
5- وسایل هم پتانسیل کننده (یا هم بندی) بین سیستم برق گیر و سیستم ارت اصلی ساختمان.

ب: سیستم برق گیر ESE (گسیل دهنده ی بار به طرف صاعقه)

این نوع برق گیر که به وسیله ی کارخانه هلیتا و موسسه ی مطالعاتی فرانسه (CNRS) ساخته شده است به عنوان PULSAR شناخته می شود. وجود فناوری بالا باعث برکارآمدی 100% این برق گیر در جذب صاعقه شده است. در تکنولوژی ساخت این برق گیر، تولید ولتاژ بالا و تنظیم فرکانس در هنگام صاعقه ایجاد یک بار خزنده ی پیشرو (بالا رونده) می نماید که همزمان با حرکت صاعقه به سمت بار منفی حرکت می کند و به فاصله ی کمی از زمین (نسبت به فاصله ی زمین تا ابر) این دو بار به یکدیگر برخورد و بلافاصله محل برخورد به سمت نوک برق گیر حرکت و ادامه ی صاعقه از طریق این میله به سمت زمین حرکت می کند. سرعت حرکت این بار، از برق گیر به سمت بالا حدود (یک متر بر میکروثانیه) است.
زمان برخورد به وسیله ی رابطه ی زیر تعریف می شود. این رابطه بر اساس فاصله ی بین بارها (محل برخورد و نوک برق گیر) و سرعت حرکت بار پیشروی استاتیکی تعریف شده است. در عمل مقدار در آزمایشگاه ر اساس استاندارد NFC17-102 اندازه گیری می شود.

زمان اصابت یا برخورد صاعقه با بار پیشرو است که معمولاً درآزمایشگاه اندازه گیری می شود.
مسافتی که بار پیشرو به سمت بالا حرکت می کند.
V سرعت حرکت بار پیشرو به طرف بالا که معمولاً یک متر بر میکروثانیه است.
از فرمول بالا می توان نتیجه گرفت که فاصله ی برخورد صاعقه تا برق گیر بستگی به دو عامل سرعت حرکت بار و زمان برخورد دارد. در عمل هر چقدر L بزرگ تر باشد، محل برخورد از محل مورد حفاظت دورتر و حفاظت کامل تر است (یعنی محل مورد حفاظت از اثرات صاعقه درامان است).
صاعقه گیرPULSAR مخصوص نصب در ساختمان های مرکزی، سایت ها، مراکز صنعتی، تاریخی و زمین های بازی روباز است. معمولاً با نصب این سیستم برق گیر اطمینان و قدرت عملکرد بسیار زیاد می شود.

قسمت های مختلف صاعقه گیر ESE

الف: قسمت میله و سیستم تولید ولتاژ (الکترونیک)
ب: یک یا چند هادی پایین رونده
ج: کلمپ تست که به ازای هر هادی پایین رونده یک عدد جداگانه نصب می شود.
د: قسمت های محافظ هادی که حداقل 2 متر بر روی زمین نصب می شود.
ر: الکترودهای زمین که مخصوص پخش جریان صاعقه بر روی زمین هستند.
ز: اتصالات هم پتانسیل کننده با هم بندی های اصلی زمین که به صورت قابل نصب و جدا شونده هستند.
ج) شبکه بندی قفسه ای MESH CAGES
یکی از ساده ترین و کامل ترین راه های حفاظت ساختمان در مقابل صاعقه، شبکه بندی قفسه ای است. در این سیستم پشت بام و بلندترین قسمت هر ساختمان تحت سیم بندی موسوم به قفسه ای (شبکه ای) قرار می گیرد و به تعداد مشخص هادی پایین رونده در اطراف آن نصب می گردد. در این حالت ساختمان و تمام اجزاء هادی های آن از خطر صاعقه و امواج الکترومگنتیک آن در امان هستند.
علت استفاده از هادی های پایین رونده به خاطر تقسیم جریان صاعقه و کاهش آثار آن است. (شکل 4)

اجزای سیستم

1- هادی های شاخکی کوتاه که صاعقه را دریافت می نمایند و به شبکه انتقال می دهند.
2- شبکه بندی قفسه ای (مش)
3- هادی های پایین رونده
4- شکبه ی زمین (سیستم زمین)
5- اتصالات هم بندی و هم پتانسیل کننده و سیستم تست که قابل مونتاژ است.
د) برق گیر با سیستم سیم هوایی STRETCH
در این سیستم از یک یا چند سیستم هوایی که بر فراز تجهیزات کشیده می شود و دو طرف آن به شبکه زمین وصل است استفاده می شود. در استفاده از این مدل که بیش تر بر روی تجهیزات پست برق و دکل های انتقال برق فشار قوی استفاده می شود، مقاومت سیم هوایی، استقامت مکانیکی در مقابل کشش و عبور جریان صاعقه و ارتفاع سیستم از زمین مورد بحث خواهد بود. معمولاً تمامی برق گیرها باید قابلیت جذب جریان تا 65 کیلوآمپر را داشته باشند.

حفاظت در مقابل اثرات غیر مستقیم صاعقه:

در هنگام اصابت صاعقه به ساختمان، اثرات جریان القائی آن بر روی کابل های کواکسیال، کابل های ارتباطی و قدرت باعث ایجاد مشکل خواهد شد. در این حالت سیستم حفاظتی به نام surge arrester که قدرت جذب جریان تا 65 کیلو آمپر را داشته باشد، توصیه می گردد.

عیوب مربوطه به عدم هم بندی Equipotential Bounding Defects

در هنگام برخورد مستقیم صاعقه، عدم وجود اتصالات و هم بندی صحیح می تواند باعث ایجاد جرقه ی شدید و در نتیجه ایجاد جریان مخرب بین دو وسیله گردد. بنابراین باید از هم بندی اجزای صاعقه گیر و عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل نمود. به همین خاطر در یک سیستم برق گیر، تمامی اجزاء و تجهیزات جانبی شامل شبکه ی مخابرات، IT و ... به وسیله ی یک هم بندی اضافه، به صاعقه گیر وصل می شوند.
ابتدا تمامی تجهیزات یک ساختمان به وسیله ی هم بندی و سیستم حفاظت در مقابل ضربه SUREGE ARRESTER به یک شبکه ی ارت داخلی وصل و درانتهای شبکه به وسیله قسمت هم پتانسیل کننده به شبکه ی صاعقه گیر وصل می گردند.

فصل سوم

استاندارد فرانسه NFC 17-102, NFC 17-100 پیشنهاد می کند صاعقه گیر در سه قسمت مورد بحث قرار گیرد.
1- ارزیابی ریسک صاعقه
2- انتخاب سطح حفاظت و تجهیزات
3- انتخاب تجهیز یا تجهیزات جهت حفاظت

ارزیابی ریسک صاعقه

شبکه بندی به صورت مش یا قفسه ای MESHED CAGES

در این روش حداکثر عرض مش ها نباید از 15 متر تجاوز کند. نصب سیستم برق گیر بر اساس موارد زیر است:
الف: نصب یک چند ضلعی (معمولاً 4 ضلعی) در پیرامون سقف ساختمان (محیط سقف)
ب: اضافه نمودن هادی های متقاطع به شبکه ی اولیه جهت اضافه شدن مش بندی
ج: عبور الزامی هادی از هر برآمدگی در سقف. یعنی از هر قسمت که ارتفاع مجزا از سقف دارد، سیستم شبکه به صورت کامل انجام پذیرد و سپس به شبکه ی اصلی متصل شود.
د: شاخک های عمودی (Air Terminal) باید در مرتفع ترین و آسیب پذیرترین نقاط و گوشه ها و نزدیک تجهیزات جانبی نصب گردند.
ترتیب و فواصل: فاصله ی 2 ترمینال (شاخک) 30 سانتی متری از 10 متر بیش تر نباشد.
فاصله ی 2 ترمینال (شاخک) 50 سانتی متری از 15 متر بیش تر نباشد.
شاخک (strike air terminal) خارج از چند ضلعی قرار نگرفته و در داخل چند ضلعی باشد.

هادی های پایین رو

جهت هر میله ی برق گیر ساده یا ESE نیاز به یک کنتور (شمارنده ی تعداد صاعقه) وجود دارد. همچنین جهت هر 4 هادی پایین رو و حداقل یک شمارنده نیاز است. شمارنده معمولاً در ارتفاع 2 متری بالای سطح زمین و در انتهای هادی پایین رو نصب می شود.

حالت های خاص

وقتی برق گیر (چه از نوع برق گیر ساده و چه از نوع ESE) در یک ساختمان نصب می گردد، به ازای هر میله حداقل یک هادی پایین رو نیاز است. اما در دو حالت نیاز به هادی پایین رو جهت هر میله است:
الف: نصف عرض ساختمان بیش از ارتفاع ساختمان باشد. B>A دو هادی پایین رو (منظور از نصف عرض ساختمان فاصله ی لبه ی ساختمان تا میله ی برق گیر است).
ب: ارتفاع ساختمان معمولی بیش از 28 متر و یا در دودکش ها یا ساختمان های صنعتی بیش از 40 متر باشد.

هادی های ساده (برق گیرهای ساده SRL)

در این گونه سیستم ها به ازای هر برق گیر (میله)، حداقل یک هادی پایین رو نیاز است. در صورتی که ارتفاع ساختمان بیش از 35 متر باشد، حداقل 2 هادی پایین رو جهت هر میله ی برق گیر نیاز است. این دو هادی به دو دیوار مختلف نصب می گردند. همچنین در ساختمان های مهم و پر رفت و آمد نیز برای میله ی برق گیر 2 هادی پایین رو نیاز است.

هادی های برق گیر (صاعقه گیر) SRC و ESE

قاعده ی کلی در برق گیرها آن است که بالاترین نقطه ی هرهادی یا برق گیر شاخکی بیش ترین احتمال اصابت صاعقه را دارد. بر طبق سفارش استاندارد، سر برق گیر باید حداقل 2 متر از تمام نقاط ساختمان (پشت بام، تجهیزات فلزی و جانبی) بلندتر باشد. در این حالت بهتر است برق گیر در بالاترین نقطه ی ساختمان نصب گردد. همچنین محل صاعقه گیر با توجه به تجهیزات جانبی و فواصل مجاز از بدنه های فلزی انتخاب می شود.
جهت افزایش طول صاعقه گیر، استفاده از میله ی واسطه با جنس مخصوص لازم است. شرکت هلیتا واسطه ی صاعقه گیرهای میله ای در طول های کلی 75/5 و 5/7 متر را جهت افزایش طول صاعقه گیر به بازار ارائه داده است. این میله ها از جنس فولاد ضد زنگ هستند.
در زمین های ورزشی، استخرها و کمپینگ می توان از سیستم ESE استفاده نمود. جهت محاسبه ی ریسک و سطح پوشش استفاده، از نرم افزار Helita استفاده می شود. همچنین تمهیدات ویژه ای جهت نصب برق گیر در نزدیکی دودکش های فلزی و تجهیزات دیگر در نظر گرفته می شود. در صورتی که هوای محل نصب دارای گازهای خورنده یا دودهای اسیدی – کربنی باشد، باید فاصله ی مناسب نصب در نظر گرفته شود. فاصله ی 50 سانتی متر از تجهیزات فلزی مانند دودکش فاصله ی مناسبی است.
در ساختمان هایی که بیش از یک صاعقه گیر میله ای (ESE یا SRC) در پشت بام آن ها نصب شده باشد و در صورتی که مانع بیش از 5/1 ارتفاع بین آن ها نباشد، باید تمامی صاعقه گیرها به یکدیگر متصل شوند. در صورتی که بین هر کدام از آن ها مانع بلندتر از 5/1 متر باشد، نباید به یکدیگر متصل گردند.
در انتخاب هادی های مربوط به صاعقه گیر، چه هادی شبکه بندی و یا پایین رو، استفاده از سطح مقطع کم تر از 3×30 میلی متر و استفاده از هادی های گوشه دار و نوک دار ممنوع است.

آنتن های تلویزیون و رادیو

با موافقت کاربر آنتن ها، می توان تمامی تجهیزات صاعقه گیر را بر روی میله ی آنتن تلویزیون یا دریافت کننده های دیگر نصب نمود. در این حالت لازم است موارد زیر رعایت گردد:
الف: سر برق گیر حداقل 2 متر از بلندترین نقطه ی آنتن بلندتر باشد.
ب: کابل کواکسیال آنتن به صورت مستقیم از کنار هادی برق گیر به طرف پایین رفته باشد و به آن هادی محکم شده باشد.
ج: نیاز به اتصالات مشترک مرسوم به guging ندارد.
د: هادی پایین رو به میله با کلمپ ثابت شده باشد.
این روش باعث کاهش هزینه ی نصب صاعقه گیر نیز می شود.

اتصالات

هادی های متصل به برق گیر حداقل قطر 6 تا 8 میلی متر داشته باشند. در محل هایی که نیاز به شمش مسی است، قطر آن از 30×30 کم تر نباشد؛ مانند اتصال به کلمپ ها و کانترها.

کوپلینگ تست

هر هادی پایین رو باید به یک کوپلینگ تست وصل گردد تا در هنگام تست، مقاومت زمین و یا تست جریان و مقاومت برق گیر، از جا برداشته شود. قسمت تست (کوپلینگ تست) در ارتفاع 2 متری از سطح زمین نصب می گردد و قابل بازرسی چشمی است. در ضمن بر روی آن کلمات مربوط به اسم تجهیز و شماره ی آن نوشته می شود.

هادی های حفاظتی

این هادی ها بین کوپلینگ تست و قسمت زمین (هادی ها و الکترود زمین) نصب می گردد و 2 متر طول عمودی و مقداری نیز طول افقی دارد و از جنس مس (هم جنس با دو هادی سر و ته) و یا همان قطراست. در نصب آن از پیچ و مهره ی همجنس استفاده می شود تا خوردگی به وجود نیاید. قسمت عمودی آن با سه اتصال به دیوار محکم می شود. اتصالات (کلمپ ها) از جنس خود شمش یعنی مسی است.

هم بندی اتصالات Equipotential Bonding

برآورد اجمالی:

در هنگام صاعقه، عبور جریان شدید از هادی های برق گیر، ایجاد اختلاف پتانسیل شدید بین نقاط صاعقه گیر و شبکه های مجاور شامل لوله های گاز، آب، سازه ی فلزی ساختمان، تجهیزات سرمایشی و گرمایشی می نماید. این اختلاف ولتاژ گاهی اوقات به خاطر ارت شدن این تجهیزات و عدم هم پتانسیل شدن با صاعقه گیر است و باعث ایجاد جرقه (تخلیه ی سطحی) می گردد. جهت جلوگیری از این معضل دو روش وجود دارد:
الف: برقراری یک اتصال دائمی بین شبکه ی برق گیر و شبکه ی فلزی ساختمان (هادی های ساختمان)
ب: ایجاد یک فاصله ی ایمن بین هادی های صاعقه گیر و تمامی تجهیزات در معرض تخلیه
فاصله ی ایمن فاصله ای است که در صورت ایجاد صاعقه در شبکه های برق گیر، بین این شبکه و هادی های موجود در ساختمان که نزدیک شبکه ی برق گیر هستند، هیچ گونه تخلیه ی الکتریکی به وجود نیاید.
این مهم با افزایش قدرت عایقی تجهیزات و تغییر مسیر هادی ها در هنگام نصب ممکن می گردد که البته روش هزینه بر و پر کاری است. بنابراین از روش هم پتانسیل کردن بیش تر استقبال می گردد. روش ایجاد فاصله ی ایمنی فقط در مواردی مانند لوله گاز، منابع نفت و گاز و ... کاربرد دارد که تجهیزات به سبب احتمال انفجار، ترکیدگی و ریسک خطر بالا، قادر به هم بندی نباشند.

محاسبات فاصله ی ایمنی: S(m)=n.kj.L/km

S(m): فاصله ی ایمنی بین هادی های برق گیر و تجهیزات فلزی به حسب متر
N: ضریب که بستگی به تعداد هادی های پایین رو (در سیستم ESE) قبل از اتصال به یکدیگر دارد و مقدار آن:
برای یک هادی پایین رو n=1
برای دو هادی پایین رو n=0.6
برای سه یا بیش تر هادی پایین رو n=0.4
Ki: ضریب، بستگی به لول (سطح) حفاظتی دارد.
جهت سطح حفاظتی یک (حفاظت بالا) مانند خازن سوخت، ساختمان های مهم Ki=0.1
جهت سطح حفاظتی دو (حفاظت خوب) بناهای تاریخی وساختمان های پر جمعیت Ki=0.075
جدول 2: فاصله مش

اندازه مش	PROTECTION LEVEL
5×5 10×10 15×15 20×20	I II III IV

جدول 3: فواصل هادی های پایین رو

فواصل بین هادی ها	PROTECTION LEVEL
10 15 20 25	I II III IV

جهت سطح حفاظتی سه (حفاظت نرمال) ساختمان های مسکونی معمولی Ki=0.05
Km: ضریب مواد بین دو سیستم برق گیر و تجهیز.
وجود هوا بین دو سیستم Km=1
وجود جامدات بین دو سیستم Km=0.52
L : فاصله ی عمودی بین نقطه ایی که اندازه گیری انجام می شود (کلپ تست) و نزدیک ترین نقطه (هادی) تجهیز.
S: برای لوله های گاز 3 متر در نظر گرفته می شود.
مثال: در یک ساختمان با درجه ی حفاظت یک (سطح حفاظت بالا) با ارتفاع 30 متر سیستم برق گیر نصب شده است (نوع ESE).
سوال یک: سیستم تهویه ی هوا در پشت بام ساختمان نصب شده است. در صورتی که 3 متر با شبکه ی برق گیر فاصله داشته باشد، چرااین فاصله ایمن است؟ مقدار L برابر 25 متر در نظر گرفته شود.
جواب:
چون 92/1 متر از 3 متر کم تر است این سیستم در فاصله ی ایمن قرار دارد. از نرم افزار هلیتا می توان فاصله ی ایمن را محاسبه نمود.

هم بندی شبکه ی فلزی تجهیزات جانبی

EQUTPOTENTIAL BONDING OF EXTERNAL METALIC NET WORKS
راه دوم حفاظت تجهیزات جانبی ساختمان مانند سازه ی فلزی، لوله ها، سیستم هواساز و هم بندی آن ها و هم پتانسیل کردن با شبکه ی صاعقه گیر است. این حالت وقتی لازم است که نتوان فاصله ی S حفاظتی را در مورد این تجهیزات یا سیستم زمین آن ها رعایت نمود.
جهت هم پتانسیل کردن این تجهیزات، نیاز به هادی های مطمئن و دائمی با محاسبات سطح مقطع و مقاومت وجود دارد. تمامی تجهیزات قابل هم بندی مانند خطوط شبکه ی مخابراتی، اطلاعات، سازه ی فلزی، لوله های آب، گاز و غیره به وسیله ی هادی های مطمئن که حداقل سطح مقطع آن 16 است متصل و توسط هادی های پایین رو که به دیوار محکم شده اند، به جعبه ی هم بندی موسوم به Equipotential Box و از آنجا به آخرین نقطه ی یک شبکه ی برق گیر (قبل از ورود به الکترودهای زمین) که کلمپ تست نامیده می شود، وارد می شود. این اتصال که موسوم به هم بندی اضافه است، باید قابل باز نمودن جهت تست های خاص، و محل و ارتفاع آن مناسب جهت بازدیدهای دائمی باشد. با این عمل تمامی تجهیزات یاد شده از خطر جرقه ناشی از صاعقه (Flash Point) محفوظ می مانند. اما با این عمل می باید سیستم های حساس مانند کامپیوتر، شبکه ی IT و شبکه ی مخابراتی به همراه تجهیزات مربوطه توسط surge arrester محافظت گردد. (شکل 7)

بررسی سیستم زمین صاعقه گیر SYSTEM EARTH TERMINATION :

نگاه اجمالی: در هر سیستم برق گیر، تمامی پتانسیل سیستم در جذب و انتقال صاعقه به زمین نهاد شده است. در این سیستم جذب صاعقه به وسیله ی هادی های میله ای یا شبکه، انجام و جریان جذب شده توسط هادی های پایین رو به شبکه ی زمین انتقال داده می شود. در شبکه ی زمین که شامل الکترودها، اتصالات و هادی های مسی است، انتقال این جریان به زمین در کمترین زمان صورت می پذیرد. تفاوت سیستم زمین در یک برق گیر با شبکه ی ارت سیستم برق ساختمان نیز به همین دلیل است. در شبکه ی برق گیر بار استاتیک باید در سطح زمین گسترده شود تا بارهای غیر همنام اثر یکدیگر را خنثی (بار منفی ابر و مثبت زمین) کنند، اما در سیستم برق ساختمان جهت انتقال جریان نشتی از طریق شبکه ی زمین به نقطه ی خنثی ترانفسورماتور باید الکترود ارت به طریق خاص باشد.
هر سیستم زمین مربوط به صاعقه گیر در سه قسمت بررسی شده است:
الف: در فرانسه و اکثر کشورهای پیشرفته ی دنیا، مقاومت حداکثر 10 اهم جهت سیستم زمین هر صاعقه گیر پیشنهاد می شود. اندازه گیری این مقدار با باز کردن کلمپ تست و اندازه گیری مقاومت الکترودهای زمین به روش های 2 سیمه و 4 سیمه انجام پذیر است. در صورتی که مقاومت 10 اهم مورد نیاز در این قسمت حاصل نگردد، استاندارد پیشنهاد افزایش طول الکترودهای زمین، نصب میله های ارت در خاتمه هادی های زمین الکترودها و استفاده از الکترولیت های مجاز مانند سولفات ها، بنتونیت و غیره را داده است.
افزایش طول هادی زمین (الکترودها) تا 100 متر یعنی هر هادی تا 20 متر نیز مجاز است.

ب: توانایی هدایت جریان

جهت افزایش توانایی حمل جریان توسط هادی زمین، نیاز به سه هادی (الکترود) به جای یک الکترود پیشنهادی استاندارد است. افزایش تعداد هادی ها موجب افزایش طول هادی و دمپ سریع تر جریان صاعقه می گردد.

ج: هم بندی اضافه (هم پتانسیل کردن)

استاندارد نیاز به یک هم بندی اضافه جهت هم پتانسیل کردن در سیستم برق گیر و سیستم ارت ساختمان را لازم و ضروری می داند.
بازرسی های سیستم صاعقه گیر: تمامی اجزای یک برق گیر از میله تا سیستم زمین نیاز به بازرسی های دوره ای و اندازه گیری مقاومت دارند. فرایند تست و بازرسی به شرح زیر است:
سیستم حفاظت با سطح بالا (لول یک) سالیانه؛
سیستم حفاظت با سطح خوب (لول دو) دو ساله؛ و
سیستم حفاظت با سطح معمول سه ساله.
در ضمن پس از هرگونه تعمیرات ساختمان یا اصابت صاعقه بر سیستم، باید بازرسی و تست ها مجدداً انجام پذیرد.

انواع الکترودهای زمین در سیستم صاعقه گیر

ابتدا سیستم الکترود زمین در صاعقه گیر ساده ESE بررسی می شود:
1- الکترودهای سه گانه (پنجه اردکی): در این سیستم سه شمش مسی با ابعاد 2×30 میلی متر به صورت پنجه اردک است. هر کدام از شمش ها فاصله ی 45 درجه با شمش وسطی دارند و (حداکثر) طول کل شمش ها 25 متر است و به سه قسمت – یکی از شمش ها حدود 2 متر بلندتر است – تقسیم می شوند.
دو شمش کناری با زاویه ی 45 درجه به شمش وسط در انتها با استفاده از کلمپ مسی یا کدولد وصل می گردند. شمش وسط پس از ارتباط با شمش دیگر به طرف نقطه ی تست ادامه می یابد (شکل 8). طول الکترودهای زمین بستگی به مقاومت زمین دارند و از 6 متر به بالا ادامه می یابند.
2- میله های ارت: در صورتی که جغرافیای ساختمان اجازه ی استفاده از شبکه ی پنجه اردکی را ندهد، می توان از سیستم مثلث متساوی الاضلاع با طول هر ضلع 2 متر که میله ی ارت به انتهای هر زاویه متصل شده است، استفاده نمود. طول میله ی ارت 2 متر است. هر میله با زاویه ی مربوطه کلمپ یا جوش کدولد می گردد (شکل 9).
3- سیستم ترکیبی: در صورتی که عمل الکترودهای زمین دارای وسعت باشد، می توان جهت کاهش مقاومت زمین از ترکیب شبکه ی پنجه اردکی و میله ارت (در انتها) استفاده نمود (شکل 10).

شبکه ی زمین در صاعقه گیر شبکه ای (شبکه قفسه ای)

در برق گیر نوع شبکه ی قفسه ای از دو سیستم پنجه اردکی و میله ی ارت می توان استفاده نمود.
1- شبکه ی ارت پنجه اردکی: اتصالات به وسیله ی 3 تسمه ی مسی 2×30 میلی متر که یکی از تسمه ها بزرگ تر است و دو عدد دیگر با زاویه ی 45 درجه در انتها به شمش اصل جوش کدولد و یا کلمپ می گردند، صورت می پذیرد. طول مفید هر یک از هادی ها 2 متر و در عمق 60 تا 80 سانتی متری زمین دفن می گردند.
2- میله های ارت: در این حالت میله های ارت به صورت عمودی به طول 2 متردر داخل زمین کوبیده می شوند. فاصله ی آن ها 2 متر از یکدیگر و فاصله از پی یک تا 5/1 متر است. این دو میله به وسیله ی شمش مسی 2×30 به یکدیگر کلمپ و یا جوش داده می شوند (شکل 11).
علت تفاوت شبکه ی زمین در دو سیستم صاعقه گیر ESE و شبکه ی قفسه ای به خاطر احتمال جذب صاعقه ی آن ها است.

تجهیزات سیستم ارت

EARTH SYSTEM EQUIPMENT BONDING
هنگامی که دریک ساختمان سیستم زمین جهت تجهیزات برق نصب می گردد، می توان سیستم برق گیر را در نقطه ی خاص به نام کلمپ هم بندی ولتاژ به این سیستم وصل نمود. این نقطه ی اتصال نزدیک ترین نقطه ی به هادی پایین رو است. در صورتی که امکان وصل این قسمت نباشد، می توان سیستم برق گیر را مستقیم به هادی زمین وصل نمود. اما اتصال باید به طریقی باشد که جریان القائی صاعقه بر روی کابل های برق اثر گذار نباشد. در اتصال به نقطه ی هم پتانسیل (هم بندی اضافه) باید بتوان نقطه ی اتصال را جهت تست مقاومت اهمی و جریان جدا نمود. همچنین نقاط قابل دید و تست دوره ای باشند.
فواصل مجاز بین هادی های سیستم صاعقه گیرو انشعابات برق، آب، گاز زیرزمین:
بر طبق استاندارد NFC فواصل مجاز بین تمامی هادی های شبکه ی صاعقه گیر و سیستم انشعاب برق و آب و گاز و کابل های زیرزمینی بر طبق جدول وجود داشته باشد. این فواصل برای تمامی اجزای فلزی صادق است و اجزای غیر فلزی را شامل نمی شود (جدول 4)

ارزیابی ریسک (احتمال) برخورد صاعقه

بر طبق پیشنهاد استاندارد NFC مطالعه ی صاعقه در سه قسمت انجام می پذیرد.
1. ارزیابی ریسک صاعقه
2. بررسی سطح حفاظت
3. بررسی شیوه ی حفاظت

بررسی ریسک صاعقه (احتمال برخورد صاعقه به ساختمان)

در بررسی احتمال برخورد صاعقه، روش مورد استفاده به صورت زیر است.
1- تعداد مورد انتظار برخورد صاعقه با برق گیر که به Ng شناخته می شوند.

که در این فرمول:
Ng: حداکثر تعداد صاعقه هایی است که به واحد سطح در این منطقه برخورد می کند (تعداد صاعقه / کیلومتر مربع / سال)؛ و Ngman=2Ng
که می توان آن را به صورت زیر محاسبه نمود:
الف: استفاده از نقشه ی منطقه ی جغرافیائی
ب: استفاده از سطح ایزوکرونیک موج به Nk
که تقریباً برابر Nk/10 می شود.

محاسبه ی سطح (ایزوله) ساختمان بر حسب مترمربع Ae

در معرفی سطح زیر ساخت، همان تعداد صاعقه که به ساختمان اصابت می کند در نظر گرفته می شود. در پیوست استاندارد NFC 17-100, 17-102 محاسبات و جداول مربوطه ارائه شده است. ضریب بستگی به شرایط محیطی ساختمان دارد.
از نرم افزار ارائه شده توسط شرکت هلیتا محاسبات ریسک حریق ارائه شده است. همچنین این محاسبات در مجموعه های دیگر توسط سازندگان معروف ارائه گردیده است. شرکت فرس Furse نیز مجموعه محاسباتی خود را با توجه به ساختمان ارائه کرده است.
بررسی تعداد قابل انتظار برخورد صاعقه به ساختمان NC: (تعداد قابل تحمل صاعقه)
در بررسی احتمال برخورد صاعقه از فرمول زیر استفاده می شود.
: ضریب که بستگی به نوع ساختمان دارد.
: ضریب که بستگی به اجزاء ساختمان دارد.
: ضریب که بستگی به تجهیزات داخل ساختمان دارد.
: ضریب که بستگی به آثار و نتیجه ی برخورد و صاعقه به ساختمان دارد.
همچنین از طریق نرم افزار قابل محاسبه است.

سطح حفاظتی PROTECTION LEVEL :

در این حالت مقادیر مقایسه شده اند.
اگر کوچک تر یا مساوی باشد، در نتیجه نیاز به اجباری کردن نصب برق گیر نیست.
اگر بزرگ تر از باشد،نیاز به سیستم صاعقه گیر با سطح حفاظتی است.
مقادیر سطح حفاظتی، شعاع حفاظت برق گیر را مشخص می کند. فاصله ی ایمنی و پریود تعمیرات نیز توسط این سطح مشخص می گردد.
در بررسی نقشه مربوط به تعداد صاعقه در ایران بین صفر تا یک صاعقه (یک صاعقه /سال/ کیلومتر مربع) را می توان انتظار داشت.

سیستم ارت و صاعقه گیر (2)

محاسبه مقاومت الکترود زمین

1-میل سطحی:

این میل تشکیل شده از یک یا چند سیم مفتولی یا تسمه و یا طناب فولادی روی اندود که در عمق کم (حدود 50 سانت متر تا 100 سانتی متر) در زمین چال می شود. وممکن است به صورت ساده (خطی),اشعه ای (پنجه ای ),کمربندی,غربالی ویا ترکیبی از آن ها باشد.

طول یا ابعاد میل سطحی بستگی به مقدار گسترده مورد نیاز دارد.

مقاومت گسترده میل سطحی ساده (خطی) را می توان در شرایطی که زمین تا سطح میل یخ زده باشد اگر رابطه زیر را محاسبه کرد:

مقاومت گسترده میل گرد ساده بر حسب اهم R

قطر میل برحسب متر d:طول میل برحسب متر و L

استفاده شود در رابطه فوق bاگر ازمیل تسمه ای به پهنای

مثال: یک میل سطحی از تسمه  تخت فلزی بطول  L=100m وپهنای  b=2 cmکه در عمق یک متری زمین یک متری زمین چال شده است در صورتیکه مقاومت مخصوص زمین  .mΩp=100  باشد برابر با

در صورتیکه سطح مقطع میل سطحی از 100 سانتی متر مربع بزرگتر باشد.میتوان برای تعیین مقاومت گسترده میل از رابطه ساده روبرو استفاده کرد

میل سطحی بهتر است کاملا صاف و افقی در زمین قرار گیرد و در صورتیکه میل دارای انشعاب هایی می باشد (مثل پنجه ای )باید بخاطر جلوگیری از اثر متقابل اشعه ها بر یک دیگر زاویه  بین اشعه ها از 60 درجه کمتر نشود.به عبارت دیگر تعداد اشعه ها نباید از 6 عدد تجاوز کند . معمولا در پست های فشار قوی از 4 اشعه با زاویه 90درجهاستفاده می شود

در این صورت مقاومت  گسترده میل از رابطه زیر بدست می آید.

اگر از میل غربالی یا توری استفاده می شود.بهتر است که عرض توری حداقل برابر صفرنصف طول باشد.

متناسب با خانه های غربال برابر است با K   طول و عرض میل غربالی است و فاکتور B,L  و

2-میل عمقی :

این میل که در اعماق زمین چال می شود بر دو نوع است.میل میله ای و میل صفحه ای.

الف: میل میله ای :

که تشکیل شده از یک میله .لوله- یا هر پروفایل دیگری از آهن سفید که بطور عمودی در زمین کوبیده می شود و طول و تعدادی  آن بستگی به مقاومت گسترده لازم دارد. مقاومت گسترده یک میل میله ای بر حسب اهم برابر است با

که

قطر لوله یا مفتول برحسب متر می باشدD طول میل برحسب متر                                                     h

ب) میل صفحه ای

میله صفحه ای از ورق آن روی اندود(آهن سفید)ویا مسی به ضخامت 3 میلی متر تشکیل شده و بطور عمودی در زمین چال می شود.

می باشد .5m×1m ویا 1m×1m ابعاد آن متناسب با مقاومت گسترده لازم

در موقع قرار دادن صفحه در زمین باید دقت کرد که لبه بالای صفحه حداقل یک متر زیر سطح زمین قرار گیرد. در این صورت مقاومت گسترده میل صفحه ای برابر است

عرض صفحه است A که در آن

ج)الکترود گرافیکی:

الکترود های ارتقاء یافته برای خاک های کم رسانا و هدایت الکتریکی پایین (الکترود گرافیتی ) .گرافیت به علت خاصیت انتقال حرارتی و الکتریکی بالا در برابر مواد شیمیایی غیرقابل آسیب با خنثی عمل می کند.وبعنوان الکترود زمین خوب عمل می نماید.(به علت قابلیت نفوذ یکنواخت آن درون صخره های سنگی ).این الکترود نوعی هسته ی گرافیکی سخت است که بایک لایه املاح (نمک) وپودر گرافیت اطرافش پوشانده شده است ودر عین حال مانع وارد شدن آسیب های مکانیکی در حین نقل وانتقال یا نصب می شود ونیز رسانای الکترود ا بالا می برد.

همین عملکرد در مورد نفوذ پذیری مورد استفاده قرار می گیرد.میله اتصال تست نصب شده درون چاه ارت توسط سیم مسی به قطر 8-10 میلیمتر وبا تسمه  مسی به ابعاد2×30میلیمتر محکم می شود. جهت افزایش دوام وکارایی الکتود گرافیتی .گودال می بایست از خاک گرافیت و پودر خاص گرافیت جهت اتصال زمینی پر شود.

روش های اتصال سیم ارت به زمین

روش کوبیدنی (میله ای- الکترودی)

این روش بیشتر در مکان های که باعث سست بودن خاک و امکان کندن چاه نباشد می توان الکترود را در زمین کوبید در این روش چون امکان کوبیدن یک میله بلند مثلا 10یا 15  متری مشکل است از چند میله کوتاه  که به صورت دایره ای وبه فاصله حداقل 2.5 تا 3 متر می باشد کوبیده و در نهایت آنها ا به صورت موازی به هم اتصال داد.

روش دفنی :

از این روش در زمین هایی که حفر چاه ویا دفن کردن هادی امکان داشته باشد استفاده می شود. وبه دو صورت سطحی و عمقی می باشد.

استفاده از چاه ارت(صفحه ای-مشبک-کلافی)

سطحی که بیشتر در زمین های مردابی ویا به صورت کانال روی زمین (تسمه ای ,پاغازی,سیم خوابیده شده)در این موارد عمیق دفن معمولا 0.5 متر انتخاب می شود

سیم اتصال زمین سیار

از این روش بیشتر در هنگام  کار بر روی شبکه هوایی استفاده می کنند

اتصال زمین های سیار باید از سیم های لخت مسی افشان وقابل انعطاف ساخته شده باشند.ودارای استقامت حرارتی لازم جهت اتصال کوتاه باشند.

سطح مقطع سیم اتصال زمین سیاراز فرمول زیر بدست می آید

حداکثر جریان پایدار اتصال کوتاه دستگاه برحسب آمپر I  سطح مقطع هادی برحسب میلیمتر مربع        s

بیشترین زمان عملکرد رله های دستگاه برحسب ثانیه که به هرحال سطح مقطع مذکور نباید از 25میلیمتر مربع کمتر باشد T

تمام هادی های اتصال زمین سیار (جهت  اتصال کوتاه تمام فاز ها و وصل به سیستم زمین) باید دارای گیره های مخصوص باشد.

1-مجموعه اتصال زمین سیار باید شماره گذاری شوند و درمحل مشخص نگهداری شوند.(به علت اینکه در پایان کار یا در موقع تعمیر اجزایی فراموش نشود)

2- قطع و وصل کردن سکسیونرهای اتصال زمین  و همچنین اتصال سیار باید طبق نقشه اجرایی انجام شود.

3- باز وبست کردن اتصال زمینهای سیار در ایستگاه های با ولتاژبالای 1000ولت باید توسط دو نفر انجام پذیرد.

4- بستن اتصال زمین سیار را بایستی بلافاصله پس از کنترل نبودن ولتاژانجام داد.

شرایط انتخاب میله ها:

درانتخاب نوع میله ها باید به مواد موجود درخاک توجه کرد و آنگاه درمورد گالوانیزه بودن ویا دارای روکش دار بودن ونوع فولادی و….. توجه داشت

مشکلات میله ها:

مشکلات استفاده از الکترود های میله ای عبارت است از

3_کوبیدن آن ها در داخل زمین مخصوصا زمانی که بخواهیم تعداد بیشترویا به طول بزرگ تر در زمین بکوبیم.

4_خورندگی و پوسیدگی آنها باگذشت زمان

5_اثرات املاح و مواد شیمیایی موجود در خاک بر روی آنها

انواع صفحه ها:

صفحات معمولا قبلا از جنس آهن وبعد ها ازجنس مس و گاها” از صفحات  مسی روکش داده شده بابعضی ازآلیاژها استفاده می شود.

روش اتصال سیم به صفحه:

سیم ارت را به روش های ذیل به صفحه اتصال دهند.

1_در گوشه هاو یا در وسط صفحه سوراخی تعبیه می کنند وبعد سیم ارت را به صورت کمربندی از سوراخ گوشه ها عبور داده وبعد در سوراخ وسطی به پیچ و مهره محکم به صفحه می بندند.(باید توجه کرد که برای جلوگیری کردن از خوردگی به دلیل خاصیت قطبی بودن دو فلز مختلف باید جنس پیچ ها از جنس صفحه باشد)

2_محل اتصال بین صفحه وسیم را جوش مخصوص می دهند.

روش های قرار دادن صفحه در چاه:

صفحه را می توان به دو صورت در داخل چاه قرار داد.

1_به صورت عمودی :که بهترین روش می باشد به دلیل اینکه هر دو طرف صفحه همیشه به یک اندازه باخاک در تماس است.

2_به صورت افقی: دراین روش چون نمک ویا ذغال سنگ با گذشت زمان حل می شوند.و درزیر صفحه حفره ای کوچک تشکیل شده و مقاومت آن قسمت زیاد می شود ودر تماس کمی با خاک قرار می گیرد.به همین دلیل از این روش در زمانی که ازنمک و ذغال بکار می رود کمتر استفاده می کنند.

محاسبه تعداد چاه ارت

برای محاسبه تعداد چاه های اتصال زمین لازم است مقاوت حداکثر مجاز سیستم اتصال زمین با الکترود مشخص را از رابطه زیر بدست آورد.

مقاومت هر چاه اتصال زمین برحسب اهمR

مقاومت مخصوص اکتریکی زمین برحسبƿ

قطر الکترود مورد نظر برحسب سانتی مترD

طول الکترود مورد نظر برحسب سانتی مترL

روش پرکردن چاه ارت

چاه ارت را به سه روش می توان پر کرد

1. بااستفاده از نمک وذغال به صورت لایه لایه (وش سنتی)
2. بااستفاده از نمک وذغال به صورت مخلوط (روش سنتی)
3. با استفاده از مواد مخصوص و کاهنده مقاومت زمین(که اخیرا رایج پیدا کده است)

روش کاهش مقاومت  چاه ارت

1-  بااستفاده از موادی که ضریب هدایت آنها بیشتر ا نمک وذغال است

2- با استفاده از حفظ رطوبت خاک

روش های حفظ رطوبت و جلوگیری از افزایش مقاومت چاه

_ احداث چاه در باغچه و محل های چمن کاری شده

_ احداث چاه در زیر ویا نزدیکی ناودانی آب باران

_ قرار دادن اولیه پلیکا به صورت مورب وپر از ماسه و سوراخ دار در داخل چاه

انواع کار برد های چاه ارت

1_  حفاظتی

2_  اکتریکی

2.1_ رعد وبرق

2.2_ میدانهای مغناطیس

چاه ارت

شکل کلی چاه ارت 

جهت جلوگیری از بارهای اضافی ومخرب روی سیستم برقی,سیستم زمین یا ارت باید برقدار شود دراین سیستم,نول واقع یه چاه ارت توسط کابل مسی مرتبط می شود شرایط ایجاد ارت استاندارد به صورت ذیل می باشد:

1_حفر چاه تا رسیدن به خاک نم دار بایستی انجام شود

2_پودر ذغال و نمک (کلیرید سدیم) به نسبت یک به دو (هرکیلو گرم ذغال دوکیلو گرم نمک) به مقدار 40کیلوگرم درچاه ریخته شود (این مواد با مقاومت خاک نسبت عکس دارند وکم وزیاد کردن این مواد مقاومت خاک را زیاد ویا کم می گرداند)

3_صفحه ی مسی به اندازه 50×50 سانتی متر وبه قطر 1 سانتی متر به صورت تیغه ای (عمودی)روی نمک وذغال قرار می گیرد.

4_ سیم مسی به قطر 50میلیمتر توسط کابلشو مسی وپیچ ومهره مخصوص از جنس مس جهت جلوگیری از پوسیدگی و زنگ زدگی به صفحه مسی متصل شود.

5_لوله پلیکا به قطر 4ا 6 سانتی متر در کنار ویا بصورت مورب در چاه قرارمی گیرد.لازم به توجه است.سوراخهای متعددی در بدنه لوله ها ایجاد شده تا اطراف لوله وچاه را مرطوب گداند.

6_در پایان نیز چاه باخاک رس و نرم پر می شود.

7_مقاومت چاه بااستفاده از دستگاه ارت سنج باید زیر 2 اهم باشد.

انواع مواد کاهش دهنده مقاومت چاه

1.لوم

2.مارکونیت

3.ماده سان ارت

4.بنتونیت

الف) بنتونیت میکرونیزه

ب) بنتونیت اکتیب دار

5.خاکستر سفی

GMI.6

1. ژل افزاینده هدایت الکتریکی
2. مواد صاعقه گیر زمین
3. مواد کاهنده مقاومت الکتریکی زمین

MEG .10مواد ازاینده اثر زمین

GEM.11

12.خاک کاهنده مقاومت زمین

13.پودر هادی الکترسیته (رسانا)

AZP.14 مواد کاهنده مقاومت الکتریکی زمین آذر پاد

16.تونسیل ارت مخصوص چاه ارت

17. نمک و ذغال خاک ذغال موزاک خاک ذغال پود_ نمک

 _نمک صنعتی

 _نمک شکری

 _نمک شکلاتی

ارتینگ و چاه ارت چیست؟

وظیفه اصلی سیستم ارتینگ این است که هر جریان الکتریکی که وارد این سیستم شد را به طور کامل به زمین منتقل کند.سیستم ارتینگ متشکل از چاه ارت و سیم متصل به چاه میباشد.

اگر ما بدنه تمام دستگاههای برقی اعم از صنعتی و مخابراتی و خانگی و…و یا به طور کلی هرنوع مصرف کننده برق را توسط یک رشته سیم به سیم اتصال به زمین متصل کنیم،یک سیستم ارتینگ ایجاد کرده ایم.

هدف از ایجاد این سیستم این است که اگر هریک از سیم های فاز و یا سیم نول به هر طریقی به بدنه دستگاه اتصال یابد و مدار الکتریکی مورد نظر دچار نشتی جریان شود؛این نشتی جریان توسط سیم ارت به زمین منتقل شده و از برق گرفتگی و یا در مواردی اتصالی دستگاه جلوگیری می شود.

در مواردی به اشتباه بدنه مصرف کننده های خانگی را به لوله های آهنی آب و یا گاز و یا حتی به اسکلت ساختمان اتصال می دهند که این کار بسیارخطرناکی است که منجر به برق گرفتگی های کشنده میشود.

درهنگام اتصال کامل سیم های فاز به سیم ارت فیوز مربوط به آن فاز عمل کرده و جریان را قطع می کند و در هنگام اتصال کامل سیم نول به سیم ارت اگر مدار ارتینگ دارای فیوز محافظ جان(FI )باشد،این فیوز از ۳۰ میلی آمپر نشتی جریان به بالا را قطع می کند و باعث قطع کامل جریان فاز و نول میشود.

لازم به ذکر است که سیم ارت و سیم نول به ظاهر از نظراینکه بی برق هستند بسیاربه یکدیگر شبیه هستند ولی در عمل دوسیم مستقل از هم وعملکردی متفاوت از یکدیگر دارند؛و هیچگاه نمی توان از یکی بجای دیگری استفاده کرد.

سیستم ارتینگ امروزه کاربردی همانند خود برق را داراست و از اهمیت بسیار ویژه ای برخوردار است.چنانکه در مخابرات به سیستمهای ارتینگ بسیار حساس و دقیق برای جلوگیری نویز در شبکه نیاز است و نیز در شبکه های انتقال و توزیع برق کاربرد فراوان دارد؛شبکه های برق گیر بدون سیم ارت عملا بلا استفاده هستند.

روشهای اجرای ارت (زمین حفاظتی)

بطور کلی جهت اجرای ارت و سیستم حفاظتی دو روش کلی وجود دارد که ذیلاً ضمن بیان آنها ، موارد استفاده و تجهیزات مورد نیاز هر روش و نحوه اجرای هر یک بیان می‌گردد .

۱ـ زمین عمقی :
در این روش که یک روش معمول می باشد از چاه برای اجرای ارت استفاده می شود.

۲- زمین سطحی:
در این روش سیستم ارت در سطح زمین (برای مناطقی که امکان حفاری عمیق در آنها وجود ندارد) و یا در عمق حدود ۸۰ سانتیمتر اجرا می گردد.
در چه شرایطی از روش سطحی برای اجرای ارت استفاده نمائیم ؟
در مکانهایی که :
ـ فضای لازم و امکان حفاری در اطراف سایت وجود داشته باشد .
ـ ارتفاع از سطح دریا پائین باشد مانند شهرهای شمالی و جنوبی کشور .
ـ پستی و بلندی محوطه سایت کم باشد .
ـ فاصله بین دکل و سایت زیاد باشد .
با توجه به مزایای روش سطحی اجرای ارت به این روش ارجحیت دارد .

اجرای ارت به روش عمقی

۱-انتخاب محل چاه ارت :
چاه ارت را باید در جاهایی که پایین‌ترین سطح را داشته و احتمال دسترسی به رطوبت حتی‌الامکان در عمق کمتری وجود داشته باشد و یا در نقاطی که بیشتر در معرض رطوبت و آب قرار دارند مانند زمینهای چمن ، باغچه‌ها و فضاهای سبز حفر نمود.
۲- عمق چاه
با توجه به مقاومت مخصوص زمین ، عمق چاه از حداقل ۴ متر تا ۸ متر و قطرآن حدودا ۸۰ سانتیمتر می تواند باشد. در زمین هایی که با توجه به نوع خاک دارای مقاومت مخصوص کمتری هستند مانند خاکهای کشاورزی و رسی عمق مورد نیاز برای حفاری کمتر بوده و در زمینهای شنی و سنگلاخی که دارای مقاومت مخصوص بالاتری هستند نیاز به حفر چاه با عمق بیشتر می باشد. برای اندازه گیری مقاومت مخصوص خاک از دستگاههای خاص استفاده می گردد. در صورتی که تا عمق ۴ متر به رطوبت نرسیدیم و احتمال بدهیم در عمق بیشتر از ۶ متر به رطوبت نخواهیم رسید نیازی نیست چاه را بیشتر از ۶ متر حفر کنیم . بطور کلی عمق ۶ مترو قطر حدود ۸۰ سانتیمتر برای حفر چاه پیشنهاد می گردد.

محدوده مقاومت مخصوص چند نوع خاک در جدول زیر آمده است.
نوع خاک                           مقاومت مخصوص زمین ( اهم متر )
باغچه‌ای                                             ۵ الی ۵۰
رسی                                                 ۸ الی ۵۰
مخلوط رسی ، ماسه‌ای و شنی             ۲۵ الی ۴۰
شن و ماسه                                      ۶۰ الی ۱۰۰
سنگلاخی و سنگی                          ۲۰۰ الی ۱۰۰۰۰

۳- اتصال سیم به صفحه مسی
اتصال سیم به صفحه مسی بسیار مهم می باشد و هرگز و در هیچ شرایطی نباید این اتصال تنها با استفاده از بست ، دوختن سیم به صفحه و یا … برقرار گردد.بلکه حتما باید سیم به صفحه جوش داده شود و برای استحکام بیشتر با استفاده از ۲ عدد بست سیم به صفحه ( ردیف ۱۵ جدول مصالح مورد نیاز )بسته شده و محکم گردد.برای جوش دادن قطعات مسی به یکدیگر از جوش برنج یا نقره استفاده شود و در صورت عدم دسترسی به این نوع جوش از جوش (Cadweld) استفاده گردد .

۴- حفر چاه ارت
با توجه به شرایط جغرافیایی منطقه چاهی با عمق مناسب و در مکان مناسب (با توجه با راهنمای انتخاب محل چاه ارت ) حفر گردد. شیاری به عمق ۶۰سانتیمتر از چاه تا پای دکل برای مسیر سیم چاه ارت تا برقگیر روی دکل همچنین برای سیم ارت داخل ساختمان حفر نمائید. در صورتی که مسیر ۲ سیم مشترک باشد بهتر است مسیر دو سیم ایزوله گردند. همینطور مسیر سیمها باید کوتاهترین مسیر بوده و سیم میله برقگیر و ارت حتی الامکان مستقیم و بدون پیچ و خم باشد و نبایستی خمهای تند داشته باشد و در صورت نیاز به خم زدن سیم در طول بیش از ۵۰ سانتیمتر انجام گردد.

۵- پر نمودن چاه ارت
۱-۵-ابتدا حدود ۲۰ لیتر محلول آب و نمک تهیه و کف چاه میریزیم بطوریکه تمام کف چاه را در برگیرد بعد از ۲۴ ساعت مراحل زیر را انجام می دهیم .
۲-۵- به ارتفاع ۲۰ سانتیمتر از ته چاه را با خاک رس و یا خاک نرم پر مینمائیم.
۳-۵- به مقدار لازم (حدود ۴۵۰کیلو گرم معادل ۱۵ کیسه ۳۰ کیلو گرمی)بنتونیت را با آب مخلوط کرده و بصورت دوغاب در میاوریم و مخلوط حاصل را به ارتفاع ۲۰ سانتیمتر از کف چاه میریزیم هر چه مخلوط حاصل غلیظ تر باشد کیفیت کار بهتر خواهد بود.
۴-۵-صفحه مسی را به ۲ سیم مسی نمره ۵۰ جوش میدهیم این سیمها یکی به میله برقگیر روی دکل و دیگری به شینه داخل ساختمان خواهد رفت بنابراین طول سیم ها را متناسب با طول مسیر انتخاب می نمائیم.
۵-۵- صفحه مسی را بطور عمودی در مرکز چاه قرار می دهیم
۶- ۵-اطراف صفحه مسی را با دوغاب تهیه شده تا بالای صفحه پر می نمائیم
۷-۵- لوله پلیکای سوراخ شده را بطور مورب در مرکز چاه و در بالای صفحه مسی قرار می دهیم و داخل لوله پلیکا را شن میریزیم تا ۵۰ سانتیمتر از انتهای لوله پر شود این لوله برای تامین رطوبت ته چاه می باشد و در فصول گرم سال تزریق آب از این لوله بیشتر انجام گردد. لازم بذکر است در مواردی که چاه ارت در باغچه حفر شده باشد و یا ته چاه به رطوبت رسیده باشد و یا کلا در جاهایی که رطوبت ته چاه از بالای چاه یا از پایین چاه تامین گردد نیازی به قراردادن لوله نمی باشد .
۸- ۵-بعد از قراردادن لوله پلیکا به ارتفاع ۲۰ سانتیمتر از بالای صفحه مسی را با دوغاب آماد شده پر مینمائیم.
۹-۵-الباقی چاه را هم تا ۱۰ سانتیمتر بر سر چاه مانده ، با خاک معمولی همراه با ماسه یا خاک سرند شده کشاورزی پر می نمائیم و ۱۰ سانتیمتر از چاه را برای نفوذ آب باران و آبهای سطحی به داخل چاه با شن و سنگریزه پر می نمائیم . روئ چاه مخصوصا در مواقعی که از لوله پولیکا استفاده نمی گردد نباید آسفالت شده و یا با سیمان پر گردد.
۱۰-۵-داخل شیار های حفاری شده را با خاک سرند شده کشاورزی یا خاک نرم معمولی و یا خاک معمولی مخلوط با بنتونیت پر نمائید

۶-نصب شینه و میله برقگیر
شینه داخل ساختمان باید توسط مقره هایی از دیوار ساختمان ایزوله گردد.قطر و طول شینه بستگی به تعداد انشعابات داخل ساختمان دارد .(تمامی تجهیزات داخل ساختمان بایستی بطور جداگانه و موازی به این شینه متصل گردد.)در حالتیکه دکل روی ساختمان قرار داشته باشد سیم میله برقگیر نبایستی از داخل ساختمان برده شود بلکه باید خارج از ساختمان سیم کشیده شود و همینطور مسیر عبوری سیم ارت به داخل ساختمان تا شینه ورودی ساختمان باید عایق دار باشد.در پای دکل توسط بست ، سیم میله برقگیر به یکی از پایه های دکل خیلی محکم متصل شود و تا بالای دکل به میله برقگیر متصل گردد. لازم بذکر است مسیر میله برقگیر از کابلهایی که به آنتنها می روند باید جدا باشد .

اجرای ارت به روش سطحی

هفت روش برای اجرای زمین سطحی وجود دارد که عبارتند از :
۱- ROD

۲- RING

۳-  پنجه ای (شعاعی)

۴-مختلط

۵-  حلزونی

۶- الکتروشیمیایی

۷- شبکه ای

اجرای ارت به روش ROD کوبی

مصالح مورد نیاز
مصالح مورد نیاز همانند روش عمقی می باشد با این تفاوت که به جای صفحه مسی از میله های مغز فولادی ۵/۱ متری و با قطر ۱۴ میلیمتر و با روکش مس استفاده می نمائیم.
روش اجرا
کانالی به عمق ۸۰ سانتیمتر و عرض ۴۵ سانتیمتر و طول X حفر می نمائیم طول کانال را به دو روش میتوان تعیین نمود.

الف – اندازه گیری مقاومت مخصوص خاک و انجام محاسبات لازم

ب – به روش تجربی که در ادامه شرح داده می شود.

ج- چنانچه سایت دارای دکل خود ایستا می باشد برای حفر کانال از فاصله بین اتاق تجهیزات و دکل و همچنین اطراف دکل استفاده شود .

د- چنانچه دکل روی ساختمان قرارداشته حفاری با در نظر گرفتن اتاق دستگاه و دکل در مسیری که زمین رطوبت بیشتری دارد انجام گیرد.

ه – پس از آماده شدن کانال ۲ میله به فاصله ۳متر از یکدیگر در زمین میکوبیم به گونه ای که حدود ۱۵ سانتیمتر از میله ها بیرون بمانند سپس ۲میله را با کابل مسی یا کابل برق به هم وصل نموده و با دستگاه ارت سنج مقاومت زمین ایجاد شده را اندازه میگیریم ، چنانچه مقاومت نشان داده شده با دستگاه بالای ۴ اهم بود میله دیگری به فاصله ۳ متر از میله دوم میکوبیم و با اتصال ۳ میله به هم مقاومت زمین ایجاد شده را اندازه گیری می نمائیم . اینکار را تا زمانی که مقاومت اندازه گیری شده به زیر ۴ اهم برسد ادامه می دهیم بعد از آنکه به تعداد کافی میله کوبیده شد سیمی را که به شینه مسی نصب شده در اتاق دستگاه متصل است به تک تک میله ها جوش داده و به سمت دکل میبریم.

و – برای پر نمودن کانال ابتدا با بنتونیت روی سیم مسی را پوشانده (در زمینهایی که رطوبت کافی ندارند) و سپس با خاک سرند شده کشاورزی یا خاک نرم کانال را پر می نمائیم.

ز – مقاومت زمین اجرا شده را اندازه گیری نموده و ثبت مینمائیم ( بعد ازپر کردن کانال مقاومت زمین اندازه گیری شده کاهش خواهد داشت و باید کمتر از ۳ اهم باشد.)

نکته : در مناطق سردسیر عمق کانال حفاری شده و بطور کلی مسیر عبور کابل مسی خیلی مهم می باشد و نباید در معرض یخبندان قرار گیرد . تاثیر کاهش درجه حرارت بر افزایش مقاومت سیستم زمین به شرح زیر می باشد .

سایر روش ها:
روش های دیگر در مناطق کوهستانی و سنگلاخی و مکانهای خاص کاربرد دارد که بنا به مورد با بازدید از محل و اندازه گیریهای لازم میتواند طرح مناسب تهیه گردد

اجرای ارت در ارتفاعات

ارتفاعات کشور را با توجه به نوع زمین و خاک میتوان به سه دسته تقسیم کرد.
۱-ارتفاعات خاکی که امکان حفاری و کوبیدن میله مغز فولادی در آنها وجود دارد.
۲-ارتفاعات سنگلاخی که امکان حفاری عمیق در آنها وجود ندارد ولی میتوان شیار ایجاد کرد.
۳-ارتفاعات صخره ای
برای حالت اول : به یکی از روش های حفر چاه یا کوبیدن ROD میتوان سیستم ارت را اجرا نمود
در حالت دوم شیارهایی بصورت ستاره و پنجه ای ایجاد نموده و تسمه مسی را در داخل شیار ها خوابانده و برای کاهش مقاومت روی تسمه را با مخلوط خاک و بنتونیت می پوشانیم .
نکته : کلیه اتصالات در زیر خاک باید به یکدیگر جوش داده شود .
روش اول :
در زمینهای صخره ای که امکان حفاری وجود ندارد با مصالح ساختمانی کانال ساخته، تسمه مسی را در کف کانال خوابانده و کانال را با بنتونیت پر می نمائیم . طول کانال یا کانالها باید به اندازه ای باشد که مقاومت اندازه گیری شده زیر ۳ اهم گردد. برای گرفتن نتیجه مطلوب میبایستی داخل کانال بصورت مصنوعی دائما مرطوب نگهداشته شود.
روش دوم:
روش شبکه ای است بدین صورت که ابتدا شبکه شطرنجی با سیم مسی  بطوریکه نقاط اتصال به هم جوش داده شده درست کرده سپس با مصالح ساختمانی آنرا در زمین با بنتونیت به ارتفاع ۴۰cm بطوریکه ابتدا ۲۰cm بنتونیت ریخته سپس شبکه ساخته شده را قرار داده و روی آنرا هم تا ۲۰cm با بنتونیت می پوشانیم و انشعابهای لازم جهت دکل و سایت ونقاط دیگر از آن گرفته میشود متغییر های x و y به میزان مقاومت خوانده شده بستگی دارد .

نکات عمومی و مهم در خصوص سیستمهای ارت
۱-کلیه اتصالات با مفتول برنج یا نقره جوشکاری گردد.سطح جوش باید CM 6 باشدو جهت اتصالات وجوشکاری رعایت گردد(در مواردی کدولد توصیه میشود).
۲-ازهرپایه دکلهای خودایستا هم فونداسیون دکل توسط سیم مسی و بست مخصوص به سیستم ارت و هم پای دکل به سیستم ارت جوشکاری گردد.
۳-سیم میله برقگیر ازپایه ای که آنتنهای کمتری نصب می شود و با کابلهای روی لدر حداکثرفاصله را داشته باشد،بدون خمش درمسیر ومستقیما به رینگ داخل کانال و از کوتاهترین مسیر توسط جوش متصل گردد.
۴-میله برقگیر روی دکل در بالاترین نقطه دکل(با رعایت مخروط حفاظتی با زاویه ۴۵ درجه ) بطوریکه تجهیزات راکاملا پوشش دهد،قرارگیرد و جنس آن تمام مس با آلیاژ استاندارد به قطرmm 16 و طول آن بستگی به ارتفاع نصب انتنهای روی دکل دارد.
۵-شعاع خم سیم مسی حداقل CM20 وزاویه قوس حداقل ۶۰ درجه رعایت گردد(رعایت زاویه خمش سیم مسی )
۶- پایه‌ها و نقاط ابتداوانتهای لدر افقی به سیستم گراند متصل گردد.
۷-کلیه کابلهای ورودی به سالن دستگاه توسط بست گراند به بدنه دکل و ابتدای لدر افقی(بعد از محل خم شدن کابل)گراند شوند.
۸-به هیچ عنوان در روی دکل،جوشکاری صورت نگیرد.
۹-اتصال از شبکه گراند سیستم اجرا شده به تانکر سوخت دیزل ژنراتور، تانکر آب هوایی ، اسکلت فلزی ساختمان و در و پنجره های اتاق دستگاه صورت گیرد.
۱۰-اگر سیستمی‌ازقبل‌اجرا شده باشد،سیستم قدیم به‌جدید در عمق‌خاک متصل گردند.
۱۱-سیم‌ارت‌ درروی زمین باید باروکش‌وسیم‌داخل‌کانالها‌ باید بدون روکش و مستقیم کشیده شود.
۱۲-پرکردن کانال باید با خاک سرند شده کشاورزی یا خاک نرم انجام گردد.
۱۳-ارتفاع نصب شینه مسی CM 50 ازکف تمام شده باشد.
۱۴-شینه داخل اتاق حدالمقدور به چیدمان دستگاهها نزدیک باشد.
۱۵-ازهر دستگاهی جداگانه سیم ارتی به شینه متصل گردد ( قطر و طول شینه گراند بستگی به تعداد انشعابات آن دارد).
۱۶- در دکلهای مهاری پر ظرفیت ، مهارهای دکل بایستی توسط بست مخصوص به گراند اتصال یابد.
۱۷- جهت استفاده ترانس برق شهر در ایستگاههای مخابرات بایستی گراند جداگانه اجرا گردد.
۱۸- در سایتهای کامپوتری جهت اجرای سیستم زمین حتی المقدور بایستی از یک زمین با سطح یکنواخت ( بدون شیب ) استفاده نمود.
۱۹- در ایستگاهها بین نول و گراند نبایستی اختلاف ولتاژ وجود داشته باشد.
۲۰- در دکلهای پر ظرفیت که ابعاد قسمت بالای دکل بیشتر از m 2 می‌باشد نیاز به نصب یک عدد برقگیر اضافی در سمت مقابل برقگیر اول می‌باشد.
۲۱- در سیم‌کشی داخل محوطه سایت های کامپوتری برای چراغهای روشنایی و سایر موارد باید از کابل زمینی استفاده گردد و در ایستگاههای بالای کوه و نقاط دور از شهر نباید از چراغهای روشنایی خیابانی استفاده شود.
۲۲- استاندارد قابل قبول آزمایش و تحویل اتصال زمین برای سایتهای کوچک زیر ۱۰ اهم و برای سایت های بزرگ و مهم زیر ۳ اهم می‌باشد.

سیستم ارت و صاعقه گیر(1)

مبانی سیستم های زمین ارتینگ

اصطلاحات و تعاریف:اصطلاحاتی که در زمین کردن بکاربرده می شود.

بدنه هادی تجهیزات:

بدنه یا اسکلت هادی مربوطه به تجهیزات الکتریکی است که در استرس بوده و می توان آن را لمس کرد.این قسمت ازتجهیز در وضعیت عادی برقدار نیست ولی ممکن است در اثربروز نقصی در دستگاه یا ایجاد اتصال داخلی برقدار شود

زمین شده:

وصل شدن به میله زمین (الکترود)یا وصل به سیستم هادی های گسترده که به جای زمین عمل می کند.

الکترود زمین:

سازه های فلزی مدفون در خاک که می توانند مسیر جریان های سرگردان زمین را تسهیل یا گرادیان پتانسیل زمین ناشی از این جریانها را تغییر دهند الکترود زمین می گویند.

این الکترودها می توانند شامل موارد زیر باشند:

1)لوله آب فلزی دفن شده در زمین

2)شبکه های فلزی ساختمان که بطور موثر در زمین قرار گرفته اند

3)میلگردهای داخل بتن

4)شبکه های مسی موسوم به رینگ زمین یکی از موثرترین الکترود های زمین یک رینگ یا یک شبکه فلزی است که به اسکلت ساختمان در فواصل مناسب متصل گردیده است.

زمین:

زمین دراین مبحث به معنی نوع وجنس زمین است. مثل خاک رس,ماسه+شن+سنگلاخ,باتلاق وغیره

میل زمین(زمین کننده):

میل زمین عبارت است ازهادی یا فلز به هر شکل(صفحه ای ,لوله ای,طنابی,پروفایل) که در زمین چال می شود و با زمین ارتباط برقرار می کند.

زمین هم سطح:

عبارت است از قسمتی از سطح زمین که بین نقاط مختلف آن در اثر عبور جریان اززمین اختلاف پتانسیل محسوس ایجاد نمی شود زمین هم سطح تقریبا 20 متر.

مقاومت زمین:

عبارت است از مقاومت گسترده زمین به اضافه مقاومت سیم زمین.

اختلاف سطح میل :

عبارت است از ولتاژی که در ضمن عبور جریان از زمین کننده بین میل و زمین هم سطح به وجود می آید.

اختلاف سطح زمین:

عبارت است از اختلاف پتانسیل هرنقطه از زمین بین زمین همسطح و میل.

اختلاف سطح تماس:

عبارت است از قسمتی از ولتاژ میل که توسط انسان برداشت می شود.

اختلاف سطح قدم:

عبارت است از قسمتی از ولتاژ میل که توسط فاصله دو پا(تقریبا یک متر) می شودبطوری که قسمتی ازجریان زمین در اثر این ولتاژ ازبدن انسان یا حیوان که دوپا بسته می شود.

مقاومت ویژه:

مقاومت ویژه زمین مقاومتی مکعبی به ابعاد یک متر (در هرضلع) واندازه گیری شده در دو زمینهای گوناگون باهم متفاوت می باشد این تاثیرات سبب همبستگی زمین لبعاد ذرات خاک ,دانسیته بسته بندی , مقدار رطوبت, دمای وبیشترازهمه ترکیب شیمیایی زمین,مربوط به مقدارالکترولیت زمین وهمچنین مقدار آب آن است,دراکثر موارد مخلوط یا طبقاتی از انواع مختلف خاک وجود دارد.

انواع زمین کردن:

1)زمین کردن حفاظتی

1.1)زمین کردن برای ارتینگ

1.2)زمین کردن برای صاعقه

2)زمین کردن الکتریکی

زمین کردن حفاظتی:

عبارت است از زمین کردن کلیه قطعات فلزی تاسیسات الکتریکی که در ارتباط مستقیم (فلز به فلز) با مدار الکتریکی ندارد. این زمین کردن به خصوص برای حفاظت اشخاص در مقابل اختلاف تماس  زیاد بکار برده می شود.بدین منظور در پست های فشار قوی باید تمام قسمت های فلزی که در نزدیکی و همسایگی با فشارقوی قرار گرفته اند وامکان تماس عمدی و سهوی با آنها موجود است به تاسیسات زمینی که برای این منظور احداث شده است (زمین حفاظتی) متصل ومرتبط کرده اند این قسمت ها عبارت اند از ستونها و پایه های فلزی و دربها و نرده های فلزی,قسمتهای فلزی دسترس تمام تمام دستگاهای اندازه گیری ایزولاتورها,مقره های عبوری ,  بخصوص قسمت های فلزی که برای کار کردن با دستگاه باید آنها را لمس کرد و در دست گرفت مثل چرخ های فرمان واقسام تنظیم کننده و رگولاتورها, دسته کلیدها و غیره زیرا دراین قسمت ها دراثر جریان عبور خیلی کم نیز عضلات دست بطوری منقبض می شود که باز کردن و رهائی پیدا کردن از آن غیر ممکن ومحال بنظرمی رسد وعاقبتی وخیم واسفناک برای تماس گیرنده در پیش خواهد داشت.

بدین منظور و برای جلوگیری از هرگونه حادثه ای باید زمین حفاظتی بنحوی تاسیس گردد که قسمتی از مسیر جریان که توسط اعضای بدن انسان اتصالی می شود (دست وپا ویا دو دست وپا) دارای تفاوت پتانسیل یا افت ولتاژ زیاد نباشد افت ولتاژ بستگی به قدرت ونوع ارتباط شبکه با زمین دارد و درهرحال مقدار پست معلوم و ثابت و قابل محاسبه و در ضمن المقدور کوچک نگهداشته شود بطور مثال اگر مقره عبور که در دیوار مرطوبی نصب شده است بشکند وسیم فشار قوی با دیوار تماس پیدا کند وجریان اتصال زمین در این حالت 25 آمپر و مقاومت هر متر دیوار 10 اهم باشدمابین دو نقطه از دیوار که انسان با آن تماس دارد ( فاصله دست و پا تقریبا دو متر) اختلاف سطحی برابر با 500=25×2×10 ولت بوجود می آید که مسلما برای انسان خطرناک است ولی اگر پایه فلزی مقره که به دیوار محکم شده بوسیله یک سیم نسبتا ضخیم به زمین وصل شود.

درموقع اتصال بدنه یا اتصال زمین قسمت عمده جریان اتصال از این سیم عبور خواهد کرد و کلیه قسمتهای دیوار هم پتانسیل سیم در آن نقطه خواهد شد. لذا افت ولتاژ در امتداد دیوار ناچیز شده و برای انسان خطر ایجاد نخواهد کرد.

عامل موثر خطر برای انسان یا هر موجود زنده دیگر جریان می باشد که البته وجود اختلاف سطح است که باعث عبور این جریان می گردد.

ولی در برق گرفتگی فشار قوی جریانهایی از یک تا 100 آمپر و بیشتر ممکن است ازبدن انسان عبور کند. بدون اینکه مستقیما باعث از کار افتادن قلب شود. ولی در عوض این جریانهای شدید باعث خراب کردن و سوزاندن یافتهای بدن بخصوص تجزیه آب بدن می شود وبه کلیه ها آسیب فراوان می رساند در ضمن عبور جریان زیاد از بدن باعث سوزاندن محل ورود وزخم برداشتن عمیق در محل خروج جریان می شود که ممکن است منعاقبا منجرب به مرگ گردد.

بدنیست متذکر شویم که بعضی از حیوانات بخصوص اسبها در مقابل جریانهای زمین حساس تر و مستعد تر از انسان ها می باشند که شاید این مستعد بودن به علت بزرگتر بودن فاصله قدم آنها و اختلاف سطح قدمی که آنها اززمین برداشت می کنند باشد.

زمین کردن الکتریکی:

زمین کردن الکتریکی یعنی زمین کردن نقطه ای از دستگاه های الکتریکیو ادوات برقی که جزئی از مدار الکتریکی می باشد. مثل زمین کردن مرکز ستاره سیم پیچی ترانسفورماتور ویا ژنراتور و یا زمین کردن سیم مشترک دو ژنراتور جریان داِم سری شده(MP).

زمین کردن الکتریکی دستگاه ها بخاطر کار صحیح دستگاه ها و جلوگیری از ازدیاد فشار الکتریکی فازهای سالم نسبت به زمین در موقع تماس یکی از فاز ها با زمین می باشد.

زمین کردن مستقیم: 

این نوع زمین مثل وصل کردن مستقیم نقطه صفر ترانسفورماتور و یانقطه ای از سیم رابط بین دو ژنراتور جریان دائم به زمین .

زمین کردن غیر مستقیم: مانند اتصال صفر ژنراتور توسط یک مقاومت بزرگ به زمین با اتصال نقطه صفر ستاره ترانسفورماتور توسط سلف بزرگ به زمین (سلف بترسن یا پیچک محدود کننده جریان نامی ).

زمین کردن باز:

در این نوع زمین کردن نقطه صفر اصولا هر نقطه از شبکه الکتریکی که دارای پتانسیل نسبت به زمین است توسط یک فیوز فشار قوی (الکترود جرقه گیر) به زمین وصل می شود. تاموقعی که مدار فیوز باز است بعضی در حالت کار عادی شبکه ارتباط شبکه با زمین باز است ولی در موقعی که ولتاژ زیادی شبکه را تهدید می کند مدار فیوز به کمک جرقه بسته می شود و شبکه مستقیما با زمین ارتباط برقرار می کند. برق گیرهای فشارقوی انواع این فیوزها می باشد.

انواع سیستم های اتصال زمین

انواع سیستم های اتصال زمین در شبکه های فشار ضعیف

:TNسیستم

 در این سیستم منبع نیرو در پست یا نیروگاه به صورت به صورت مستقیم به زمین وصل شده است و بدنه فلزی تجهیزات توسط هادی

 به زمین متصل می باشد PEN یا PE

 به سه زیر سیستم تقسیم می شودPENسیستم

                                                                                                                         PENیکی می باشد N ,PE هادی حفاظتی     TNC  (1

 جدا باشدN,PE هادی حفاظتی TNS (2

 ابتدا مشترک و سپس جدا می شوندN,PE هادی حفاظتی TNC-S  (3

می باشدTNسیستم اتصال زمین شبکه ی برق ایران

 به صورت مجزا به سیستم زمین متصل شده است PE,Nنکته : درسراسر سیستم هادی

TNC-S

 که هزینه کمتر می باشد TNC-Sاز بین سیستم های گفته شده سیستم

 باید بدون واسطه به زمین متصل گردد PEدر این سیستم هادی حفاظتی

2) سیستم TT:

سیستم نیرو یا منبع انرژی در یک نقطه ارت می گردد وهر یک از قسمت های فلزی از تجهیزات در دسترس به طور محلی ارت می گردد

این سیستم جز در موارد خواص توصیه نمی شود ونیاز به تجهیزات قوی دارد.در بیمارستان ها از این سیستم استفاده می شود برای وسایل های خاص

3)سیستم IT:

در این سیستم منبع انرژی یا نیرو یا به طو کلی ارت نمی گردد یا توط یک امپدانس بزرگ ارت می شود وقسمت های فلزی تجهیزات در دسترس نیز به طور جداگانه ارت می شود استفاده از این سیستم برای شبکه های عمومی برق ممنوع است موارد استفاده از این سیستم در اتاق های عمل و نظایر آن در بیمارستان ها ودر صنعت نیز در مواردی که نیاز است اولین اتصالی منجر به قطع خط تولید نگردد استفاده می شود

ریسک برق گرفتگی را پایین می آورد ولی تجهیزات حفاظتی گرانی دارد

  IT مزایای

محدود شده است IS_C  جریان اتصال کوتاه پایین به دلیل باز گذاشتن نقطه خنثی
 ریسک آتش سوزی و برق گرفتگی برای خطای اول پایین می باشد
بروز خطا باعث بی برق نمی شود

 ITمعایب

1_بهره برداری پیچیده و حفاظت گران

2_برای خطای دوم ایمن نیست

3_تجهیزات در این سیستم گران

اهمیت نقطه زمین وقتی ظاهر می شود که در شبکه های برق یک اتصال فا به زمین اتفاق افتد در این حالت جریان فاز معیوب از طریق زمین به نقطه یخنثی ترانسفورماتور برگشت داده می شود که می توان با وسیله ی حفاظتی ارزان قیمت مانند فیوزها این اتصالی را قطع نماید.در صورت عدم نقطه خنثی به زمین وصل نشده باشد جریان اتصالی به علت وجود عدم مسیر برگش ناچیز و خیلی کم تر از جریان معمولی بوده و فیوزهای به کار رفته مدار قطع نمی کنداین امر موجب بالا رفتن ولتاژهای سالم نسبت به زمین می شود و برای تشخیص خطا ناگذیر به استفاده از وسایل حفاظتی گران قیمت خواهد بود

نکته: عبور جریان عامل اصلی در شدت برق گرفتگی می باشد ومنشع عبور جریان الکتریکی اختلاف پتانسیل بین دو نقطه است