استانداردهای طراحی و نصب سیستم زمین و ارتینگ کداماند؟
طراحی و نصب سیستم زمین و ارتینگ یکی از مهمترین بخشهای ایمنی تأسیسات الکتریکی است. وظیفه این سیستم فقط انتقال جریان خطا به زمین نیست؛ بلکه باید از ایجاد ولتاژ تماس و ولتاژ گام خطرناک جلوگیری کند، شرایط عملکرد صحیح تجهیزات حفاظتی را فراهم سازد و قسمتهای فلزی ساختمان و تجهیزات را تا حد امکان همپتانسیل نگه دارد.
به همین دلیل، سیستم زمین را نباید تنها به یک «چاه ارت» یا رسیدن به عدد مشخصی برای مقاومت زمین محدود کرد. یک سیستم ارتینگ کامل شامل الکترودهای زمین، هادیهای حفاظتی، هادی زمین، شینه اصلی زمین، اتصالات، همبندی قسمتهای فلزی و برنامه بازرسی و آزمون است.
مهمترین استانداردهای سیستم زمین در ایران
در پروژههای ساختمانی و صنعتی ایران، انتخاب مرجع باید بر اساس نوع تأسیسات، سطح ولتاژ، اسناد قرارداد و الزامات مرجع تأییدکننده انجام شود. مهمترین مراجع عبارتاند از:
- آخرین ویرایش ابلاغشده مبحث سیزدهم مقررات ملی ساختمان؛
- بخشهای معتبر سری استاندارد ملی ایران شماره ۱۹۳۷ با عنوان تأسیسات الکتریکی ساختمانها؛
- نشریه یا ضابطه ۱۱۰ سازمان برنامهوبودجه، در صورت درج در اسناد پیمان؛
- دستورالعمل سیستم اتصال زمین شبکههای توزیع توانیر و شرکتهای توزیع برق؛
- استانداردها و دستورالعملهای اختصاصی صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، مخابرات و سایر کارفرمایان.
وضعیت اعتبار و آخرین ویرایش این مدارک باید پیش از طراحی یا مناقصه از مراجع رسمی کنترل شود.
استانداردهای بینالمللی مرجع
برای تأسیسات فشار ضعیف، خانواده استاندارد IEC 60364 از مهمترین مراجع طراحی سیستم زمین محسوب میشود. بخشهای پرکاربرد آن عبارتاند از:
- IEC 60364-4-41 برای حفاظت در برابر برقگرفتگی و قطع خودکار منبع؛
- IEC 60364-5-54 برای آرایشهای زمین، هادیهای حفاظتی و همبندی؛
- IEC 60364-6 برای بازرسی، تأیید اولیه و آزمونهای دورهای تأسیسات.
برای تأسیسات فشار متوسط و فشارقوی، IEC 61936-1 مورد استفاده قرار میگیرد. در طراحی شبکه زمین پستها نیز ممکن است IEEE Std 80 بر اساس مشخصات پروژه بهعنوان مرجع قراردادی انتخاب شود. روشهای اندازهگیری مقاومت ویژه خاک، امپدانس سیستم زمین و ولتاژهای تماس و گام در IEEE Std 81-2025 تشریح شدهاند.
در پروژههای دارای سیستم حفاظت در برابر صاعقه، استانداردهای IEC 62305 برای ارزیابی ریسک، طراحی سیستم صاعقهگیر، همبندی و حفاظت تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی کاربرد دارند. همچنین خانواده IEC 62561 الزامات اجزایی مانند هادیها، بستها، اتصالات، الکترودهای زمین، دریچههای بازدید و مواد بهبوددهنده زمین را مشخص میکند.
آیا مقاومت سیستم زمین همیشه باید کمتر از ۲ اهم باشد؟
خیر. برخلاف یک تصور رایج، عددی مانند ۱ یا ۲ اهم برای تمام ساختمانها و پروژهها معیار عمومی و کافی ایمنی نیست. مقدار قابلقبول مقاومت یا امپدانس زمین به نوع شبکه، جریان خطا، زمان قطع وسیله حفاظتی، شرایط خاک و ولتاژ تماس مجاز وابسته است.
در شبکه TN، عملکرد حفاظت عمدتاً با امپدانس حلقه خطا بررسی میشود:
Zs × Ia ≤ U0
در شبکه TT نیز رابطه مقاومت الکترود با جریان عملکرد وسیله حفاظتی و حد ولتاژ تماس اهمیت دارد:
RA × Ia ≤ UL
در پستها و محوطههای صنعتی، علاوه بر مقاومت شبکه زمین، افزایش پتانسیل زمین و ولتاژهای تماس و گام باید محاسبه شوند. بنابراین ممکن است یک سیستم مقاومت کمی داشته باشد، اما به دلیل همبندی ناقص یا توزیع نامناسب پتانسیل، همچنان ایمن نباشد.
اندازهگیری مقاومت ویژه خاک
طراحی شبکه زمین باید بر اساس اطلاعات واقعی خاک انجام شود. مقاومت ویژه خاک با رطوبت، دما، نوع خاک، عمق و فصل تغییر میکند. روش چهارالکترودی ونر یکی از روشهای متداول برای اندازهگیری این پارامتر است.
بهتر است اندازهگیری در چند جهت و با چند فاصله مختلف میان الکترودها انجام شود تا لایههای متفاوت خاک شناسایی شوند. طراحی بر مبنای یک اندازهگیری منفرد یا آزمایش انجامشده بلافاصله پس از بارندگی میتواند نتیجهای غیرواقعی ایجاد کند.
پس از بررسی خاک، میتوان آرایش مناسبی از الکترود فونداسیون، حلقه پیرامونی، شبکه مشبندیشده، میلههای عمودی یا هادیهای افقی را انتخاب کرد. در بسیاری از ساختمانهای جدید، ترکیب الکترود فونداسیون و حلقه پیرامونی از اجرای یک چاه ارت منفرد، مؤثرتر و قابلاطمینانتر است.
نکات مهم در طراحی و اجرا
در طراحی و نصب سیستم زمین باید موارد زیر کنترل شوند:
- نوع شبکه و آرایش TN، TT یا IT؛
- جریان اتصال کوتاه و زمان عملکرد حفاظت؛
- سطح مقطع حرارتی و مکانیکی هادیها؛
- خوردگی و سازگاری فلزات مدفون؛
- همبندی سازه، لولهها، سینی کابل و بدنه تجهیزات؛
- هماهنگی ارتینگ با صاعقهگیر، SPD، مخابرات و ابزار دقیق؛
- قابلیت دسترسی به نقاط آزمون و اتصالات؛
- تهیه نقشه چونساخت و ثبت اتصالات مدفون.
برای تعیین سطح مقطع هادیهای حفاظتی میتوان از رابطه آدیاباتیک S = I√t/k استفاده کرد. بااینحال، حداقل سطح مقطع مکانیکی، شرایط خوردگی و الزامات سیستم حفاظت در برابر صاعقه نیز باید جداگانه بررسی شوند.
استفاده از مس، فولاد با روکش مس، فولاد گالوانیزه یا فولاد زنگنزن باید با توجه به شرایط خاک و فلزات مجاور انجام شود. اتصال مستقیم فلزات ناسازگار ممکن است باعث خوردگی گالوانیکی و کاهش عمر سیستم شود.
مواد کاهنده مقاومت زمین نیز باید پایدار، غیرخورنده و دارای مدارک آزمون معتبر باشند. IEC 62561-7 الزامات مواد بهبوددهنده زمین را مشخص میکند. استفاده از نمک یا مواد خورنده شاید مقاومت اولیه را کاهش دهد، اما میتواند در بلندمدت به الکترودها و محیطزیست آسیب برساند.
بازرسی و آزمون سیستم زمین
پس از اجرا، فقط اندازهگیری مقاومت چاه ارت کافی نیست. با توجه به نوع پروژه، آزمونهای زیر باید انجام شوند:
- بازرسی چشمی مسیرها، اتصالات و نقاط همبندی؛
- آزمون پیوستگی هادیهای حفاظتی و همبندی؛
- اندازهگیری مقاومت یا امپدانس سیستم زمین؛
- کنترل امپدانس حلقه خطا و عملکرد تجهیزات حفاظتی؛
- آزمون RCD در تأسیسات مربوطه؛
- اندازهگیری ولتاژ تماس و گام در پستها و محوطههای پرخطر.
روش کلمپی نیز در تمام شرایط معتبر نیست و تنها زمانی نتیجه قابلاعتماد ایجاد میکند که مسیرهای بازگشت موازی مناسبی در شبکه وجود داشته باشد.
جمعبندی
یک سیستم زمین ایمن حاصل ترکیب صحیح استانداردها، اندازهگیری خاک، محاسبات مهندسی، انتخاب مصالح مناسب، همبندی اصولی، اجرای کنترلشده و آزمون مستند است. بنابراین طراحی ارتینگ نباید فقط بر اساس تجربه اجرایی، تعداد میلهها یا یک عدد عمومی برای مقاومت زمین انجام شود.
گروه کالوت با بیش از پنج دهه تجربه در حوزه ارتینگ و حفاظت در برابر صاعقه، خدمات مطالعه مقاومت ویژه خاک، طراحی و بازبینی سیستم زمین، تأمین تجهیزات، اجرای اتصالات و آزمون نهایی را متناسب با شرایط هر پروژه ارائه میکند.
این مطلب یک راهنمای فنی عمومی است. معیار نهایی طراحی و پذیرش باید بر اساس آخرین ویرایش استانداردها، اسناد مصوب پروژه و نظر مهندس دارای صلاحیت تعیین شود.
