تجهیزات ارتینگ چیست؟ راهنمای فنی، اجزا، نصب و انتخاب برای پروژه‌های صنعتی

تجهیزات ارتینگ چیست؟ راهنمای فنی، اجزا، نصب و انتخاب برای پروژه‌های صنعتی

مقدمه
تجهیزات ارتینگ (Earthing Equipment) مجموعه‌ای از قطعات و سازه‌هاست که وظیفه انتقال جریان‌های ناخواسته به زمین و کاهش اختلاف پتانسیل را برعهده دارد. این سیستم برای حفاظت از جان انسان‌ها، حفاظت تجهیزات الکتریکی و دفع صاعقه ضروری است. در این راهنما که برای مدیران پروژه، مهندسین برق و پیمانکاران تهیه شده، تعاریف، اجزای کلیدی، روش‌های اجرا، محاسبات نمونه، جداول فنی، نکات اجرایی و برنامه نگهداری با واحدهای استاندارد (Ω, m, mm, A, kA, Ω·m و غیره) آورده شده است. در ادامه با مثال عددی مرحله‌به‌مرحله و پیشنهادات خرید و نصب به شما کمک می‌کنم تصمیم فنی و اقتصادی بگیرید. 

 تعریف عملکردی و اهداف تجهیزات ارتینگ

تجهیزات ارتینگ چیست و چه هدفی دارند؟
سیستم ارتینگ شبکه‌ای از هادی‌ها، میله‌ها، صفحات و شینه‌هاست که جریان نشتی، اتصال کوتاه یا جریان صاعقه را به زمین هدایت می‌کند تا اختلاف پتانسیل در بدنه تجهیزات حذف شود. هدف اصلی کاهش مقاومت اتصال به زمین و ایجاد مسیر امن برای جریان‌های خطا است تا فیوزها یا قطع‌کننده‌ها عمل کنند و خطرهای برقی کاهش یابد. 

چه محدودیت‌ها و معیارهایی باید در نظر گرفته شود؟
معیارهای طراحی شامل مقدار مقاومت هدف (مثلاً ≤1 Ω یا ≤5 Ω بسته به استاندارد و نوع سایت)، پراکندگی ولتاژ در سطح (touch/step voltages)، و تحمل جریان اتصال کوتاه (kA) برای زمان مشخص (s) است. این معیارها باید با داده‌های خاک، نوع تاسیسات و استانداردهای ملی تطبیق داده شوند؛ در اغلب پروژه‌های صنعتی هدف گرفتن مقاومت کمتر از 1–5 Ω مرسوم یا الزامی اعلام می‌شود. 

 اجزا و نقش هر کدام (لیست فنی)

اجزای کلیدی تجهیزات ارتینگ و شرح عملکرد هر یک

1. میله ارت (Earthing rod / Electrode): میله فولادی یا مسی فولادپوش‌شده با طول معمول 2–6 m که در زمین کوبیده می‌شود؛ وظیفه کاهش مقاومت محلی زمین را دارد. 
2. صفحه مسی (Earth plate): صفحه فلزی (معمولاً مس یا مس پوشش‌دار) که در خاک مرطوب دفن می‌شود و برای کاهش مقاومت در خاک‌های با رسانایی پایین کاربرد دارد. 
3. شینه ارت (Earth bus / Busbar): شینه مسی یا برنجی در تابلوها و نقاط توزیع برای اتصال هادی‌های حفاظتی و تجهیزات. 
4. هادی ارت و کابل اتصال (Earthing conductor): هادی مسی یا آلومینیومی با مقطع مشخص (مثلاً 16–50 mm² یا بیشتر بسته به استاندارد و جریان خطا) که تجهیزات را به شینه یا الکترود متصل می‌کند. 
5. پرکننده ساندویچی/نمک و مواد شیمیایی (Backfill/Conductive Compound): برای بهبود هدایت پیرامون الکترود در خاک با مقاومت بالا استفاده می‌شود. 
6. ارتینگ رینگ و شبکه (Ring/Mat): سیم یا تسمه‌ای که به‌صورت حلقوی یا شبکه‌ای در پیرامون شفت دفن می‌شود تا پخش جریان و کاهش ولتاژهای سطحی را فراهم سازد. 

استانداردها و واحدهای مرجع
در طراحی از واحدهای زیر استفاده می‌شود: مقاومت — Ω؛ مقاومت ویژه خاک — Ω·m؛ طول و فاصله — m؛ سطح مقطع هادی — mm²؛ جریان خطا — kA؛ زمان تحمل — s؛ ولتاژ تماس — V. رعایت استانداردهای ملی و بین‌المللی (که در مستندات پروژه مرجع قرار می‌گیرند) ضروری است.

 روش‌های اجرایی، محاسبات عملی و جداول فنی

روش‌های معمول اجرا و انتخاب تجهیزات
اجرای چاه ارت عمقی با میله‌های عمودی، اجرای شبکه سطحی (ring)، سیستم ترکیبی و استفاده از مواد کاهنده مقاومت، از روش‌های شناخته‌شده‌اند. انتخاب روش به مقاومت ویژه خاک (ρ — Ω·m)، دسترسی به فضای نصب، سطح آب زیرزمینی و ملاحظات محیطی بستگی دارد. برای خاک‌های با ρ بالا، استفاده از صفحه یا مواد شیمیایی و افزایش تعداد الکترودها معمولاً لازم می‌شود.

مثال محاسباتی کامل (فرض شده) — محاسبه مقاومت تک میله و تعداد میله‌ها

فرض شده:

مقاومت ویژه خاک ρ=100 Ω⋅m \rho = 100\ \Omega\cdot mρ=100 Ω⋅m. (فرض شده)

طول میله L=3.0 m L = 3.0\ \mathrm{m}L=3.0 m. (فرض شده)

قطر میله d=16 mm=0.016 m d = 16\ \mathrm{mm} = 0.016\ \mathrm{m}d=16 mm=0.016 m. (فرض شده)

هدف مقاومت کل سایت Rtarget=5 Ω R_{target} = 5\ \OmegaRtarget​=5 Ω. (فرض شده برای مثال)

توضیح: مقدار ρ فرضی انتخاب شد؛ برای هر سایت باید اندازه‌گیری واقعی خاک انجام شود (Wenner یا Schlumberger).

فرمول مقاومت میله عمودی (تقریبی):

Rrod=ρ2πL(ln⁡(4Ld)−1)R_{rod} = \dfrac{\rho}{2\pi L}\left(\ln\left(\dfrac{4L}{d}\right)-1\right)Rrod​=2πLρ​(ln(d4L​)−1)

گام‌به‌گام محاسبه (اعداد دقیق):

محاسبه عبارت لگاریتمی: ln⁡(4Ld)=ln⁡(4×3.00.016)=ln⁡(750)\ln\left(\dfrac{4L}{d}\right) = \ln\left(\dfrac{4\times 3.0}{0.016}\right) = \ln(750)ln(d4L​)=ln(0.0164×3.0​)=ln(750).

ln⁡(750)≈6.620073 \ln(750)\approx 6.620073ln(750)≈6.620073.

مقدار داخل پرانتز: 6.620073−1=5.6200736.620073 - 1 = 5.6200736.620073−1=5.620073.

ضریب پیش‌رو: ρ2πL=1002π×3.0=10018.849556≈5.30516 \dfrac{\rho}{2\pi L} = \dfrac{100}{2\pi\times 3.0} = \dfrac{100}{18.849556} \approx 5.305162πLρ​=2π×3.0100​=18.849556100​≈5.30516.

حاصل: Rrod≈5.30516×5.620073≈29.82 Ω. R_{rod} \approx 5.30516 \times 5.620073 \approx 29.82\ \Omega.Rrod​≈5.30516×5.620073≈29.82 Ω. (تمامی محاسبات با ارقام اعشاری انجام شد).

تعیین تعداد میله‌ها (تقریبی):
اگر میله‌ها به‌صورت ایده‌آل و کاملاً دور از هم باشند، مقاومت معادل تقریبی Req≈RrodNR_{eq} \approx \dfrac{R_{rod}}{N}Req​≈NRrod​​.
برای Rtarget=5 ΩR_{target}=5\ \OmegaRtarget​=5 Ω: N≈29.825≈5.96N \approx \dfrac{29.82}{5} \approx 5.96N≈529.82​≈5.96 ⇒ تقریباً 6 میله 3 m لازم است (فرض ساده‌سازی).

اما باید توجه داشت: در عمل اثر همپوشانی میدان‌ها باعث می‌شود کارایی موازی کمتر از تقسیم‌بر-N ساده باشد؛ بنابراین طراحی واقعی معمولاً از 6 میله بیشتر یا استفاده از شینه و صفحه همراه با مواد کاهنده را در نظر می‌گیرد. 

جدول مشخصات فنی نمونه

جدول محاسبه نمونه (مرحله‌به‌مرحله)

 نکات اجرایی، ایمنی، نگهداری و انتخاب تأمین‌کننده

نکات حیاتی نصب و سازه‌ای
قبل از اجرا حتماً تست مقاومت ویژه خاک (Wenner) انجام دهید تا ρ دقیق بدست آید. جایابی میله‌ها باید به‌گونه‌ای باشد که از تاسیسات زیرزمینی، لوله‌ها و فونداسیون‌ها دوری داشته باشد. در سایت‌های صنعتی، مجاورت با منابع آب زیرزمینی می‌تواند عملکرد ارت را به‌طور چشمگیر تغییر دهد؛ بنابراین نقشه موقعیت آب و زهکشی را بررسی کنید.

ایمنی، مجوزها و محیط‌زیست
اتصالات حفاظتی باید با جوش استاندارد یا بست‌های مکانیکی مناسب انجام شود و کلیه اتصالات درون گودال با پوشش ضدخوردگی محافظت شوند. مدیریت مواد کاهنده (نمک، بنتونیت یا ترکیبات شیمیایی) باید با احتیاط زیست‌محیطی انجام شود تا آلودگی آب‌های زیرزمینی رخ ندهد؛ مجوزهای محلی را پیش از استفاده بررسی کنید. 

چک‌لیست نگهداری و بازرسی (روزانه/ماهانه/سالانه)

• روزانه: بررسی دیداری شینه‌ها، پیغام‌های خطای مانیتورینگ و وضعیت تابلو حفاظت.
• ماهانه: اندازه‌گیری مقاومت کلی زمین، کنترل اتصال مکانیکی و نبود خوردگی در بست‌ها.
• سالانه: تست کامل سیستم (رنگ‌آمیزی، تعویض مواد کاهنده در صورت نیاز، اندازه‌گیری مجدد ρ)، و ثبت گزارش جهت آرشیو.
  برنامه سرویس باید در قرارداد با پیمانکار قید شود و محدوده مسئولیت‌ها روشن باشد. 

• مزایا و معایب عملی تجهیزات ارتینگ

مزایا: افزایش ایمنی پرسنل، محافظت از تجهیزات گران‌قیمت، کاهش خطاهای ناشی از ولتاژهای گذرا، و انطباق با مقررات. 

معایب/محدودیت‌ها: هزینه بالای حفاری و مواد در خاک‌های نامناسب، نیاز به مدیریت محیط‌زیستی برای مواد شیمیایی، و کاهش اثربخشی در صورت نصب نامناسب یا نزدیکی بین الکترودها.

مقایسه گزینه‌ها و انتخاب اقتصادی
برای سایت‌های کوچک شهری ممکن است یک سیستم حلقوی (ring) با شینه 25–50 mm² کفایت کند. برای سایت‌های صنعتی با جریان خطای بالاتر، شبکه ارت با شینه 50–120 mm² و الکترودهای عمیق همراه با مواد کاهنده پیشنهاد می‌شود. در انتخاب تأمین‌کننده، معیارهایی مانند تجربه در پروژه‌های مشابه، ارائه گارانتی مقاومت هدف و انجام تست‌های پس از نصب را ملاک قرار دهید. 

نتیجه‌گیری

تجهیزات ارتینگ ستون فقرات ایمنی الکتریکی هر سایت صنعتی است. طراحی باید بر اساس داده‌های واقعی خاک، جریان خطا و اهداف مقاومت انجام شود. نصب و نگهداری مناسب، تفاوت میان سیستم مؤثر و ضعیف را رقم می‌زند.

سوالات متداولFAQ

•  مقاومت هدف برای یک سایت صنعتی چقدر باید باشد؟

مقدار هدف بسته به نوع تاسیسات متغیر است؛ برای مراکز حساس و نیروگاهی معمولاً ≤1 Ω و برای سایت‌های عمومی صنعتی 1–5 Ω مرسوم است. اما تعیین نهایی باید با توجه به استانداردهای ملی و نتایج آنالیز ریسک انجام شود.

•  اگر خاک مقاومت بالایی داشته باشد چه کنیم؟

در خاک با ρ بالا می‌توان از صفحات بزرگ، مواد کاهنده رسانایی (bentonite یا ترکیب‌های شیمیایی) و میله‌های بیشتر یا عمیق‌تر استفاده کرد تا مقاومت کل کاهش یابد. همچنین اجرای شبکه ارت (mat) تاثیر چشمگیری دارد. 

• آیا می‌توان از هادی آلومینیومی برای شینه اصلی استفاده کرد؟

آلومینیوم در برخی کاربردها قابل استفاده است اما برای اتصالات اصلی ارت و شینه‌ها معمولاً مسِ خشک یا مسِ قلع‌اندود ترجیح داده می‌شود به‌خاطر مقاومت پایین‌تر و خوردگی کمتر در اتصالات. 

•  هر چند وقت یک‌بار باید مقاومت زمین اندازه‌گیری شود؟

در شرایط نرمال اندازه‌گیری سالانه توصیه می‌شود؛ در سایت‌های بحرانی یا پس از هر تغییر ساختاری یا تعمیرات بزرگ، اندازه‌گیری فوری لازم است. 

• نصب میله‌های ارت در نزدیکی فونداسیون مشکلی ایجاد می‌کند؟

نزدیکی الکترودها به فونداسیون یا تاسیسات زیرزمینی می‌تواند باعث خوردگی آن‌ها یا انتقال جریان به سازه شود؛ فاصله‌گذاری مناسب و عایق‌کاری باید مدنظر قرار گیرد. 

•  آیا مواد شیمیایی ارت خطر محیطی دارند؟

بعضی از ترکیبات حاوی کلر یا نمک می‌توانند به آب‌های زیرزمینی آسیب بزنند؛ لذا انتخاب ماده، حمل و نگهداری و دریافت مجوزهای زیست‌محیطی ضروری است.