سیستم های ارتینگ چگونه کار میکنند؟

در استاندارد ها عنوان شده است که هر سیستم باید مشخصا یک سیستم ارتینگ داشته باشد.

 تعاریف مربوط به این سیستم را می توان در استاندارد DIN 0100-200 IEC60050-826) VDE- تاسیسات الکتریکی فشار ضعیف: اصطلاحات مشاهد کرد.
• ‘‘کلیت اتصالات و تجهیزات الکتریکی مورد استفاده برای زمین کردن یک شبکه، یک سیستم یا یک منبع. “همچنین:
• “عنصر هادی، که درون زمین یا در محيط هادی دیگری که اتصال الکتریکی با زمین دارد، کار گذاشته شده است.”

 • جذب جریان صاعقه و دفع آن در زمین

• هم بندی هم پتانسیل سازی بین هادی های نزولی

• کنترل پتانسیل نزدیک دیواره های هادی ساختمان

 • ولتاژهای سرج خطرناک در محل هم بندی هم پتانسیل سازی

• اختلاف پتانسیل در نقاط مختلف سیستم ارتینگ

• نابودی فونداسیون به خاطر نبود ناحیه ی جذب کافی برای جریان پرانرژی صاعقه

• نابودی فونداسیون به خاطر اتصالات نادرست (عدم اتصال ترمینال)

• دکوپله شدن الکتریکی مقدار زیادی از انرژی صاعقه

در استاندارد (VDE0185-305-3) IEC62305-3 هم بندی هم پتانسیل سازی پیوسته برای حفاظت در برابر صاعقه، یک الزام دانسته شده است. این یعنی، هر سیستم ارتینگ باید به سیستم های دیگر وصل شود تا یک سیستم ارتینگ سراسری ایجاد شود.

استاندارد بین سیستم های ارتینگ نوع A و B تمایز قائل شده است. الکترودهای زمین نوع A الكترودهایی افقی یا عمودی هستند (نظیر میله های زمین، هادی هایی که در زمین استفاده می شوند، مانند تسمه یا سیم لخت). الکترود زمین نوع B به هرگونه از ارت سطحی گفته می شود نظیر حلقه ی زمین، ارت فنداسیون).

روش عملکردی

برای میله به عنوان الكترود ارت تکی، طول ۹ متر پیشنهاد می شود. این الكترود باید در فاصله ی ۱ متری از فنداسیون ساختمان نصب شود.

حداقل ابعاد برای این الکترود (مطابق استاندارد I IEC 62305-3 (DIN VDE 0185-305-3)) )، طول  ۲.۵ متر برای نصب عمودی و ۵ متر برای نصب افقی است. این ابعاد برای الکترودهای نوع A در سیستم های حفاظت در برابر صاعقه کلاس ۳ و ۴ معتبر است. بسته به شرایط خاک، میله های عمقی را می توان با دست یا با استفاده از ابزار مناسب داخل خاک فرو برد.

تمام میله های ارت باید به حلقه ی زمین داخل یا خارج ساختمان وصل شده و به ریل هم بندی هم پتانسیل سازی وصل شوند.

طول مورد نیاز برای الکترود زمین را می توان به چند الکترود مجزا با اتصال موازی تقسیم کرد.

• معمولا میله های زمین تا عمق نسبتا زیادی آن هم به صورت عمودی وارد زمین می شوند. این الکترودها در خاک طبیعی کوبیده می شوند، که معمولا زیر فنداسیون وجود دارد.

• غالبا، نمی توان مقاومت ویژه ی زمین را در مناطقی که بافت متراکمی دارد مشخص کرد. در این حالت، هنگام تعیین حداقل طول الکترود ارت، مقاومت ویژه ی زمین ۱۰۰ اهم بر متر در نظر گرفته می شود.

• در سیستم های ارت نوع A حداقل به دو الکترود نیاز است.

• آرایش الکترود ارت، نوع A: اتصال داخلی و خارجی به سازه ی ساختمان.

• هادی های نزولی در نزدیکی سطح زمین به هم وصل می شوند (شکل 2.74).

میله های ارت نوع A الزامات هم بندی هم پتانسیل سازی و کنترل پتانسیل را برآورده نمی کنند. سیستم ارتینگ نوع A برای ساختمان های با ارتفاع کم، ساختمان هایی که از قبل ساخته شده اند، برای میله های جذب سیستم حفاظت در برابر صاعقه، یا کابل های کششی یا برای LPS ایزوله مناسب است، این آرایش متشکل است از الکترودهای ارت افقی و عمودی، که به هر هادی نزولی وصل می شوند.

در صورتی که امکان اتصال میله های ارت در داخل زمین وجود نداشته باشد، این کار را می توان داخل یا روی ساختمان انجام داد (شکل 2.79).

کابل های اتصالی باید تا حد ممکن کوتاه باشند و ارتفاع نصب آن ها بیش از ۱ متر از سطح زمین نباشد. در صورتی که هم بندی همپتانسیل سازی حفاظت در برابر صاعقه فقط به یک الكترود ارت وصل شده باشد، در این صورت اختلاف پتانسیل زیادی نسبت به دیگر الکترودها ایجاد خواهد شد، این می تواند باعث ایجاد قوس خطرناک یا اختلاف ولتاژ مرگبار شود.

در صورتی که مقاومت زمین هر الكترود ارتینگ به تنهایی کمتر از ۱۰ اهم باشد (توصیه شده)، حداقل طول هر الکترود زمین – بر مبنای کلاس حفاظت در برابر صاعقه – اهمیتی ندارد که چقدر باشد. حداقل طول برای هر الکترود برابر است با 1 برای الکترودهای افقی و 0.51 برای الکترودهای عمودی.

 می توان از جنس های زیر استفاده کرد:

• میله های استیل ضدزنگ، قطر ۲۰ میلی متر

• میله های استیل گالوانیزه، قطر ۲۰ میلی متر

• میله های استیل با پوشش مس، قطر ۲۰ میلی متر

• میله های استیل ضد زنگ، قطر ۲۵ میلی متر

• تسمه ی استیل گالوانيزه، ۳۰ در ۳.۵ میلی متر

• تسمه ی استیل ضدزنگ، ۳۰ در ۳.۵ میلی متر

• لوله های استیل گالوانیزه، قطر ۲۵ میلی متر

در نواحی مستعد خوردگی، باید از استیل ضدزنگ با غلظت مولیبدنوم بیش از ۲ درصد، نظير  1.4404 یا 1.4571، استفاده شود. اتصالات جدا شدنی در زمین باید در برابر خوردگی محافظت شوند (با نوار پلاستیکی حفاظت در برابر خوردگی این کار انجام میشود).

در نواحی مستعد خوردگی، باید از استیل ضد زنگ با غلظت مولیبدنوم بیش از 2 درصد استفاده شود.

 الکترودهای زمین حلقه از نوع B دور ساختمان اجرا می شوند (شکل 2.81).

خارج از ساختمان، حداقل ۸۰ درصد از طول كل حلقه ی ارت (الكترود افقی) باید در تماس با زمین باشد. این حلقه باید در فاصله ی ۱ متری از ساختمان نصب شده و در عمق  ۰.۵ متری (یا مطابق با DIN18014 در عمق ۰.۸ متری) دور فنداسیون خارجی ساختمان قرار بگیرد (شکل 2.82). یک الکترود زمین حلقه یک الكترود از نوع B است.

 از مواد زیر می توان استفاده کرد:

• تسمه ی استیل ضدزنگ، ۳۰ در ۳.۵ میلی متر

• تسمه ی استیل گالوانیزه، ۳۰ در ۳.۵ میلی متر

• سیم مسی با مقطع گرد، قطر ۸ میلی متر

• سیم استیل ضدزنگ با مقطع گرد، قطر ۱۰ میلی متر

• سیم استیل گالوانیزه، قطر ۱۰ میلی متر

در نواحی مستعد خوردگی، باید از استیل ضدزنگ با غلظت مولیبدنوم بیش از ۲ درصد، نظير 1.4404 یا 1.4571، استفاده شود. اتصالات جداشدنی در زمین باید در برابر خوردگی محافظت شوند (با نوار پلاستیکی حفاظت در برابر خوردگی این کار انجام میشود).

الکترود زمین فنداسیون، بخشی از تاسیسات الکتریکی ساختمان است.

 الکترود زمین فنداسیون (شکل 2.83) الكترودی است که داخل فنداسیون بتنی یک ساختمان اجرا شده است. در صورتی که اتصال مناسب را برای هادی نزولی در نظر گرفته باشیم، می توان از ارت فنداسیون به عنوان ارت حفاظت در برابر صاعقه استفاده کرد. نوار استیل باید در فواصل تقریبی ۲ متری به میلگردها وصل شود. استاندارد DIN18014 مبنا و اساس احداث ارت فنداسیون است. استفاده از بست های Wedge در بتن های فشرده مجاز نیست.

به منظور رسیدن به یک نصب تمیز، توصیه میشود از هلدرهای نواری برای نصب الکترود زمین فنداسیون استفاده شود. هلدرها باید در فواصل تقریبی ۲ متری نصب شوند.

مطابق با استاندارد DIN18014 ارت فنداسیون برای هر فنداسیون در پایین طبقه به حلقه ی بسته وصل می شود. در صورت لزوم، هادی های عرضی به منظور ایجاد یک شبکه ی ۲۰ در ۲۰ متر اضافه می شوند. اگر الکترودهای زمین، تماس لازم را با الکترودهای زمین فنداسیون نداشته باشند، باید ارت زمین به صورت حلقه نیز نصب شود. در این صورت الکترودهای ارت فنداسیون به هادی های همبندی همپتانسیل سازی عملیاتی تبدیل می شوند (شکل 2.80).

این حالت در موارد زیر پیش می آید:

• بتن نشت ناپذیر مطابق با استاندارد 1-DIN206 و 2-1045 سنگاب سفید)
• آب بندی های قیر معدنی (سنگاب مشکی)، نظیر غشای قیر

• پوشش های ضخیم قیر پلیمری اصلاح شده

• شبکه های پلاستیکی مقاوم در برابر ضربه

• عایق حرارتی (عایق محیطی) در كف و کناره ی دیواره های فنداسیون

• لایه های اضافی، با شکستگی های مویرگی و هادی ضعیف ارت، نظیر آن چه از مواد بازیافتی یا شیشه ی خرد شده ساخته می شود

ارت حلقه ی زمین باید به هادی هم بندی هم پتانسیل سازی عملیاتی وصل شده و باید به صورت زیر در خارج یا داخل سطح کف اجرا شود:

• عرض شبکه ۱۰ متر در ۱۰ متر با معیارهای حفاظت در برابر صاعقه

• عرض شبکه ۲۰ متر در ۲۰ متر بدون معیارهای حفاظت در برابر صاعقه

 هادی هم بندی هم پتانسیل سازی فنداسیون/عملیاتی

از مواد زیر می توان استفاده کرد

• تسمه ی استیل گالوانیزه، ۳۰ در ۳.۵ میلی متر
• تسمه ی استیل ضدزنگ، ۳۰ در ۳.۵ میلی متر
• کابل مسی، ۵۰ میلی متر مربع

• سیم گرد استیل گالوانیزه، قطر ۱۰ میلی متر

• سیم گرد استیل ضدزنگ، قطر ۱۰ میلی متر

کابل شوها باید از موادی ساخته شوند که حفاظت دائم در برابر خوردگی به عمل آورند. استیل گالوانیزه گرم با پوشش پلاستیکی یا استیل ضدزنگ با محتوای مولیبدنم بیش از ۲ درصد باید مورد استفاده قرار بگیرند، نظیر             1.4404  یا   1.4571. کابل شوها باید با کلاهک های حفاظتی در طول فاز ساخت و ساز، به وضوح علامت گذاری شوند، برای این منظور می توان از توپ حفاظتی OBO  استفاده کرد.

الکترودهای حلقه ی زمین از مواد زیر می توان به عنوان ارت حلقه استفاده کرد:

• تسمه ی استیل ضدزنگ، ۳۰ در ۳.۵ میلی متر

• سیم گرد استیل ضد زنگ، قطر ۱۰ میلی متر

• کابل مسی، ۳۰ میلی متر مربع

از راهنمای زیر در مورد برنامه ریزی می توان برای تعیین عرض مش ها و نوع ارتینگ فنداسیون برای هر پروژه استفاده کرد.

 در صورتی که اتصالات در داخل زمین انجام شده باشند، به طور مثال در الکترودهای حلقه ی زمین این اتفاق می افتد، این اتصالات باید طوری انجام شوند که حفاظت دائم در برابر خوردگی داشته باشند. توصیه می شود که از استیل ضدزنگ با غلظت مولیبدنوم حداقل ۲ درصد استفاده شود. این بست ها باید با استفاده از نوار حفاظت در برابر خوردگی، حفاظت شوند.

اتصالات بين الكترودهای ارت فنداسیون /هادی های همبندی هم پتانسیل سازی عملیاتی و میلگرد یا بین هادی های همبندی هم پتانسیل سازی عملیاتی و الکترودهای حلقه ی زمین و کابل شوهای اتصالات می تواند به صورت پیچ و مهره، بست یا جوش باشد؛ استفاده از سیم مفتول مجاز نیست. تنها باید از اتصالاتی که مطابق با استاندارد DIN EN 62561-1) IEC62561-1) تست شده اند استفاده شود.

اتصال الكترود حلقه ی زمین به ساختمان باید بالاتر از ماکزیمم سطح آب زمین انجام شود. همچنین، باید از دیوار کوب های مقاوم در برابر آب تحت فشار (از نوع OBO DW RD10 ) استفاده شود( شکل2.86).

 در داخل آب بندی های تغار و محل هایی که در تماس با عایق پیرامون هستند (DIN18014) و نواحی خورنده، باید همواره از استیل ضدزنگ با غلظت مولیبدنوم حداقل ۲ درصد استفاده شود. اتصالات جداشدنی در داخل زمین باید در برابر خوردگی محافظت شوند (با استفاده از نوار پلاستیکی حفاظت در برابر خوردگی).

سیستم های ارتینگ ممکن است متشکل از الکترودهای ارت نوع A یا نوع B باشند. نوع های مختلفی از هر کدام از این الکترودها برای کاربردهای متفاوت تولید شده اند.

 میله های ارت بر حسب نوع اتصال از هم متفاوت هستند؛ قطر خارجی، و جنس الكترود نیز عامل تفاوت آن ها است.
میله های ارت متشکل از میله هایی به طول  ۱.۵ متری هستند که با استفاده از کوپلینگ های مخصوص می توان این میله ها را به هم وصل کرد تا طول های بیشتری ایجاد کرد. کوپلینگ بین میله ها به نحوی ساخته شده است که به صورت خودکار در زمان نصب اتصال خوبی را هم از نظر الکتریکی و هم مکانیکی برقرار می کند. وقتی یک میله ی ارت در زمین فرو می رود، باعث فشردگی خاک اطراف خود می شود. همین عامل باعث ایجاد تماس الکتریکی خوب با خاک اطراف می شود (شکل 2.87) معمولا از ابزار مناسب برای فرو بردن این الکترودها استفاده میشود. عمق نفوذ هر الکترود وابسته به عوامل جغرافیایی محلی است که الکترود در آن نصب می شود.

نفوذ میله های ارت به داخل لایه ای از خاک با دما و رطوبت ثابت باعث ایجاد مقدار مقاومت ثابتی می شود.

 سنگاب مشکی یک آب بند بیتومن یا پلاسیتکی است که سازه را از تمام جهت هایی که با زمین در ارتباط است در بر می گیرد. از آن جایی که الکترودهای ارت در این فضا دیگر با زمین در تماس نیستند، باید یک الکترود ارت اضافی ایجاد شود. یک هادی هم بندی همپتانسیل سازی نیز در فنداسیون باید ایجاد شود. اتصالات باید طوری به ساختمان وصل شوند که در برابر آب تحت فشار مقاوم باشند یا بالاتر از سطح آب های زیرزمینی باشند (شکل 2.88).

سنگاب سفید، ساختاری است که شامل بتن ضد نفوذ آب است، یعنی آب قادر به نفوذ در بتن نیست. از آن جایی که ارت فونداسیون هیچ تماسی با زمین ندارد، باید الکترود حلقه ی اضافی ایجاد شود. بتنهایی با گرید C20/25
یا  C25/30 ضد آب در نظر گرفته می شوند (شکل 2.89).

عایق بندی محیط پیرامون عایقی حرارتی است، که ناحیه ای از سازه را که در تماس با زمین است، از بیرون دربر می گیرد. این عایق معمولا حاوی لایه هایی از فوم پلیمر یا شیشه ی خرد شده است.

اگر سازه ی ساختمان از تمام جهت ها توسط عایق پیرامونی احاطه شود، یعنی تمام دیواره های اطراف، فنداسیون و کف فنداسیون عایق شود، عملکرد الکترود ارت فنداسیون عملا از کار می افتند.

از آن جایی که الکترود ارت فنداسیون در تماس با زمین نیست، باید الکترود ارت حلقه ایجاد شود. یک هادی هم بندی همپتانسیل سازی عملیاتی نیز در فنداسیون باید ایجاد شود. اتصالات باید طوری به ساختمان وصل شوند که در برابر آب تحت فشار مقاوم باشند یا بالاتر از سطح آب های زیرزمینی باشند.

در صورتی که عایق محیط تنها دیواره ها را بپوشاند، تماس با زمین هنوز برقرار است. ارت فنداسیون را می توان در بتن اجرا کرد (شکل 2.89). به منظور تضمین تماس با زمین، نباید از بتن ضد آب استفاده کرد. در صورتی که دیواره های خارجی و صفحه ی فنداسیون با عایق پیرامونی پوشانده شوند، در صورتی که نوارهای فنداسیون در کف توسط عایق پوشیده نشده باشند، ارت همکف هنوز ارتینگ موثر را برقرار می کند.

 معمولا نصب این نوار تاثیر منفی بین نوار فنداسیون یا صفحه ی فنداسیون و ارت می گذارد.

•  در صورت استفاده از فیلم های ساده اثر ارت فونداسیون از بین می رود

• با این حال، معمولا مقاومت ارتینگ به اندازه ی کافی پایین هست. ارت فونداسیون به اندازه ی اتصال ارت در فنداسیون نواری یا صفحه ی فنداسیون موثر است.

 • این نوار، از پلی اتیلن خاص با چگالی بالا ساخته شده است. در صورتی که بخشی از نوارها روی هم بیافتند، اثر ارت فونداسیون از بین می رود.

• استفاده از نوارهای متعدد روی دیوارهای خارجی باعث ایجاد اثر عایقی خیلی قوی می شود. در این حالت، تماس ارت فونداسیون با زمین عملا از بین می رود.

از آن جایی که ارت فونداسیون تماسی با زمین ندارد، نیاز به ایجاد یک ارت حلقه ی زمین اضافی می باشد (شکل 2.92).

کنترل پتانسیل باعث کاهش ولتاژ گام در نزدیکی میله های زمین یا هادی های نزولی روی ساختمان می شود. بدین ترتیب هادی های بیشتری در زمین قرار داده و به شکل شبکه به هم متصل می شوند.

جریان صاعقه از طریق شبکه ی فلزی توزیع شده و افت ولتاژ و ولتاژ گام ناشی از آن کاهش می یابند. با افزایش فاصله از میله یا هادی نزولی، عمق هادی دفنی نیز افزایش می یابد (با پله های ۰.۵ متری) (شکل 2.93). هادی های دفنی معمولا به فاصله ی ۳ متری نصب می شوند.

 ولتاژ گام، ولتاژی است که بین دو پای فرد با فاصله ی ۱ متر از هم می افتد. در این حالت، جریان بین دو پای فرد و از طریق بدن وی جاری می شود. ولتاژ تماس ولتاژی است که بین جزئی از سیستم (نظير هادی نزولی) و پتانسیل ارت برقرار میشود.

در این حالت جریان از دست وارد شده و از بدن عبور کرده و از پا خارج می شود (شکل 2.94). هر دو نوع از ولتاژها می توانند برای بدن انسان خطرناک باشند. این ولتاژها را باید با کنترل ولتاژ یا عایق کردن سیستم کاهش داد.

توصیه می شود از مواد زیر برای سیستم حفاظت اولیه در برابر صاعقه استفاده شود: اسیتل گالوانیزه گرم، استیل ضد زنگ، مس و آلومینیوم. تمام موادی که در تماس مستقیم با زمین یا آب باشند، به خاطر جریان های سرگردان یا خاک های خورنده، خورده خواهند شد. خوردگی وقتی رخ می دهد که یک فلز با محیط اطراف خود واکنش نشان دهد و این واکنش باعث استهلاک ویژگی های مثبت ماده شود.

 خوردگی وقتی رخ می دهد که مواد مختلف در خاک، آب یا نمک حل شده به هم وصل شوند، این حالت وقتی رخ می دهد که به طور مثال سیم گرد آلومینیومی که از آن به عنوان هادی نزولی استفاده شده است، به مس استیل به عنوان هادی ارت وصل شود. این حالت همچنین وقتی رخ می دهد که تنها یک نوع ماده در دو محیط مختلف دفن شده باشد، مثال از این حالت وقتی است که الکترود زمین از نوع استیل در خاک و بتن دفن شده باشد.

حداقل سطح مقطع ها، شکل و مواد وابسته به کاربرد مربوطه است.

 استفاده از مواد زیر برای سیستم های حفاظت اولیه در برابر صاعقه ارجح است: استیل گالوانیزه گرم، استیل ضد زنگ، مس و آلومینیوم.

ریسک خوردگی مخصوصا وقتی رخ می دهد که جنس های مختلفی از مواد به یکدیگر وصل شوند. به این علت، نباید بخش های مسی را روی سطوح گالوانیزه یا بخش های آلومینیومی نصب کرد چرا که بعد از بارش باران یا دیگر عوامل محیطی که باعث جدا شدن ذرات مس می شوند، این ذرات ممکن است در سطج گالوانیزه نفوذ کنند. به علاوه، یک المان گالوانیک می تواند باعث تسریع خوردگی در سطح تماس دو ماده شود. در صورتی که دو جنس از مواد مختلف باید به هم وصل شوند (که این توصیه میشود)، از کانکتورهای بی متال می توان استفاده کرد (شکل 2.95).

نمونه ای که در شکل 2.96  نشان داده شده است، استفاده از کانکتورهای بیمتال را روی ناودانی که کابل گرد آلومینیومی به آن وصل شده است به تصویر می کشد. نقاطی که ریسک خوردگی در آنها بیشتر است، نظیر نقاط نفوذ به بتن یا خاک، باید در برابر خوردگی حفاظت شوند. یک پوشش مناسب باید به عنوان حفاظت خوردگی در نقاط اتصالی که داخل زمین قرار دارند، به کار رود.

آلومینیوم نباید مستقیما (بدون هیچ فاصله ای) روی، داخل یا زیر پلاستر، ملات، یا بتن یا در داخل زمین قرار بگیرد. در جدول ترکیب جنس مواد، موادی که می توانند با هم ترکیب شوند با توجه به خوردگی در هوای آزاد ارزیابی شده اند.

حداقل سطح مقطع ها، شکل و جنس مواد وابسته به کاربرد مصرف کننده است.

عملکرد اجزای سیستم های حفاظت در برابر صاعقه مطابق با استاندارد VDEO185-561-1) IEC62561-1) – الزامات اتصالات، تست می شود. بعد از تست عملکرد بعد از ۱۰ روز، اجزا تحت سه برخورد صاعقه قرار می گیرند. اجزای سیستم های حفاظت در برابر صاعقه با سه جریان صاعقه ی ۱۰۰ کیلو آمپری با شکل موج  ۳۵۰/۱۰ میکروثانیه تست می شوند. این معادل تست کلاس H  است.

اجزای هادی های نزولی که جریان صاعقه از آن توزیع می شود (و حداقل به دو هادی نزولی نیاز است)، و اتصالات سیستم ارتینگ با ۳ جریان صاعقه ی ۵۰ کیلو آمپری تست می شوند. این معادل تست کلاس N است.