برق ذاتا پدیده‌ی خطرناکی است و استفاده از سیستم اتصال زمین و همبندی مناسب جهت جلوگیری از تماس با ولتاژ ناخواسته و عبور جریان از طریق افراد، تجهیزات و سایر اشیاء فلزی در مجاورت آن ضروری است. اما باید توجه داشته باشید که اتصالات را به‌درستی اجرا کنید و اطمینان پیدا کنید که کار را به‌خوبی انجام داده‌اید.
اگر چه طراحی سیستم زمین موضوعی گسترده است، اما در این مقاله در نظر داریم به برخی از اشتباهات رایج در این زمینه اشاره کنیم که می‌تواند بر طراحی سیستم زمین شما تأثیر منفی بگذارد. استانداردها دارای الزامات سختی برای طراحی حرفه‌ای سیستم زمین هستند. برای اطمینان از ایمنی افراد و محافظت از تجهیزات حساس در سایت خود، همیشه می‌توانید با متخصصان برقیار مشورت کنید.
7 اشتباه رایج در طراحی سیستم زمین
- استفاده از بتن و عدم استفاده از مواد کاهنده مقاومت ویژه زمین استاندارد
- استفاده از سیم‌های با مقطع کم
- استفاده از لوله آب به عنوان الکترود زمین
- همبندی با لوله آب در هر نقطه از سیستم
- استفاده از سازه فلزی ساختمان به عنوان الکترود زمین
- همبندی به‌وسیله‌ی اتصال نامناسب با لوله‌های گاز
- اعتقاد به اینکه سنگ خرد شده خطر ولتاژ تماس و گام را از بین می‌برد
1. استفاده از بتن و عدم استفاده از مواد کاهنده مقاومت ویژه زمین استاندارد
بدون شک، وقتی صحبت از مواد کاهنده مقاومت ویژه زمین می‌شود همه آن را دیده‌اید! از ذغال گرفته تا نمک، بتن، کود، و انواع مختلفی از مواد تقویت کننده زمین برای فروش در بازار وجود دارد. بسیاری از آنها عملا ناکارآمد هستند، برخی دارای مزایای کوتاه مدت (با هزینه‌های بالا) هستند و برخی از آنها در واقع زمینه‌سازی جهت احداث سیستم زمین را بدتر می‌کنند. در این بخش به شما کمک می‌کنیم تا با پیچ و خم مواد مختلف آشنا شوید و بتوانید انتخاب کنید کدام مواد برای شما مناسب است.
مکمل‌های مبتنی بر ذغال کک و آهن
ذغال کک محصولی از فرآوری سنگ آهن است. این محصول ماده آهنی ارزان قیمتی است که از نظر الکتریکی رساناست و به علت ریز بودن آن را برای افزودن به انواع مختلف مواد، ایده‌آل می‌کند. این ماده به‌عنوان یک ماده کاهنده مقاومت ویژه زمین در بسیاری از اشکال، عموما به شکل خام و یا مخلوط در بتن به فروش می‌رود. آزمایشات نشان داده است که مواد کاهنده مقاومت ویژه زمینی که ذغال کک در آن به کار برده شده، در واقع مقاومت الکترود زمین را هنگامی که به درستی استفاده می‌شود، کاهش می‌دهد؛ با این حال، ذغال کک نسبت به مس از لحاظ الکتروشیمیایی ماده نجیب‌تری است، که به‌همین دلیل در صورت مجاورت این دو ماده واکنش گالوانیکی شکل می‌گیرد که در آن مس قربانی می‌شود. به‌عبارت دیگر، معمولا ذغال کک باعث خوردگی مس در ۵ سال یا کم‌تر خواهد شد و بنابراین استفاده از آن توصیه نمی‌شود. هنگامی که الکترود در خاک دفن می‌شود، ممکن است هرگز پی نبرید که الکترود زمین از بین رفته است.
تصویر 1: استفاده از ذغال کک و نمک در اجرای الکترود زمین
بتن
بسیاری از محصولات کاهش مقاومت ویژه زمین حاوی بتن هستند (اغلب با ذغال کک مخلوط می‌شوند)، که معمولا در اطراف هادی مس یا راد ریخته می‌شود. هدف اولیه این کار، افزایش مجازی ابعاد الکترود زمین است. مساله اصلی در مورد بتن این است که ماده‌ی رسانای خوبی برای جریان الکتریکی نیست. آب که به طور طبیعی در بتن یافت می‌شود در شرایط وقوع خطا به سرعت بخار می‌شود و باعث ترک برداشتن بتن شده و بنابراین الکترود زمین را عملا بی فایده می‌کند. در این مورد هم چون الکترود در خاک دفن می‌شود، ممکن است هرگز پی نبرید که الکترود از بین رفته است.
تصویر 2: ترک خوردن بتن که باعث از بین رفتن کارایی الکترود زمین می‌شود
نمک اپسوم و دیگر محصولات نمک
شاید تا بحال دیده باشید که بعضی از افراد محلول آب نمک را قبل از تست مقاومت سیستم زمین به اطراف یا درون آن می‌ریزند؛ این عمل در حقیقت به‌طور موقت مقاومت الکترود زمین را کاهش می‌دهد و یک راه حل کوتاه مدت است، همچنین ممکن است برای محیط زیست مضر باشد.
2. استفاده از سیم‌های با سطح مقطع کم
سیمی با سطح مقطع کم یک خطر بزرگ است که در دیوار شما پنهان شده است، مخفی از دید شما و منتظر برای ایجاد آتش‌سوزی یا عدم حفاظت از شما در موقع وقوع جریان خطا، درست زمانی که شما به آن نیاز دارید!! با مطالعه استانداردها مثل IEC و NEC سطح مقطع مناسب هادی اتصال زمین و سیم PE را بدست آورید و از به‌کار بردن سیم‌های با سطح مقطع کم پرهیز کنید.
3. استفاده از لوله آب به عنوان الکترود زمین
معمولا هر کسی این کار را انجام می‌دهد، اما آیا لوله آب الکترود زمین موثر را فراهم می‌کند؟ متاسفانه، پاسخ تقریبا همیشه "خیر" است. مهم است که تفاوت بین عبارات همبندی و ارتینگ را هنگام صحبت درباره زمین الکتریکی درک کنیم.
یک قسمت زمانی "همبند شده" است که ما اتصالی را عمدا ایجاد کنیم تا مطمئن شویم که هیچ اختلاف پتانسیلی بین دو قسمت وجود ندارد، اما به هیچ وجه از این اتصال قصد نداریم که به عنوان مسیری به زمین برای خطاهای الکتریکی استفاده کنیم. یک الکترود، با این هدف طراحی شده است که خطاهای الکتریکی را به زمین هدایت کند (و به طور معمول دفن می‌شود).
لوله‌های آب مسیر ضعیفی را برای هدایت الکتریکی فراهم می‌کنند چون شرکت آب معمولا برای جلوگیری از خوردگی، لوله‌ها را با قیر پوشانده، یا اتصالات ایزوله کننده را نصب کرده، یا از لوله‌های غیر فلزی استفاده می‌کند. به همین دلیل است که استاندارد NEC تاکید می‌کند که در صورت استفاده از لوله آب به عنوان الکترود زمین یک الکترود اضافی همراه با لوله آب نصب شود. بهتر است در مورد لوله آب به عنوان یک جسم فلزی جهت همبندی استفاده کنید و نه به عنوان یک الکترود برای سیستم زمین.
تصویر 3: همبندی لوله‌های فلزی آب با بست مخصوص
4. همبندی با لوله آب در هر نقطه از سیستم
همه ما احتمال دارد دیده باشیم که تکنسین‌های برق به‌سادگی یک سیم را به نزدیک‌ترین لوله آب وصل می‌کنند و به‌صورت مکانیکی سیم را به لوله ارتباط می‌دهند. شاید این‌کار در منزل شما انجام شده است، بدین حالت که یک سیم مسی از جعبه ارت شما خارج شده و به شیر آب حیاط ساختمان متصل شده است. بسیاری از اوقات مردم هنگام تعمیرات متوجه می‌شوند، سیم‌های مسی به طور تصادفی در طول خانه به لوله‌های آب بسته شده‌اند. با این‌کار شما به خطاهای الکتریکی اجازه می‌دهید در لوله‌های آب شما و در سراسر خانه عبور کند، این امر نه تنها طول عمر لوله‌ها را کوتاه خواهد کرد، بلکه می‌تواند موجب آسیب جدی و یا آتش سوزی در خانه شود، و یک خطای الکتریکی جدی رخ می‌دهد. این‌کار همچنین نقض استانداردها (مانند NEC) را به همراه دارد.
بند ۲۵۰ استاندارد NEC تاکید می‌کند که لوله‌های آب (سرد و گرم) به سیستم زمین ساختمان همبند شوند تا هرگونه اختلاف پتانسیل احتمالی موجود در لوله‌های فلزی حذف شود (مانند آنچه که در یک ماشین لباسشویی رخ می‌دهد). استاندارد NEC به شما اجازه داده است تا از لوله آب سرد به عنوان الکترود استفاده کنید، با این فرض که هادی اتصال زمین در نقطه‌ای نزدیک به 1.5 متری (حداکثر) از ورودی ساختمان و قبل از هرگونه انشعابی به لوله آب متصل خواهد شد. شرکت برقیار توصیه می‌کند که اتصال به لوله آب را به عنوان همبندی استفاده کنید، و هیچ وقت از یک لوله آب به عنوان الکترود استفاده نکنید.
5. استفاده از سازه فلزی ساختمان به عنوان الکترود زمین
عبارت "سازه فلزی ساختمان" اغلب مورد سو تعبیر قرار می‌گیرد و حتی بیشتر از حد مورد توجه قرار می‌گیرد. معمولا سیستم زمینی که بوسیله سازه فلزی ساختمان طراحی می‌شود از میلگرد مدفون در بتن و توانایی آن برای ایجاد مسیری ایمن به زمین، استفاده شده است که خطاهای الکتریکی را در مسیر مناسبی هدایت می‌کند. این طراحی هم برای کاربرد تجاری و هم مسکونی انجام می‌شود. بسیاری از ساختمان‌های تجاری - صنعتی دارای تیر آهنی هستند و اما چیزی که به ندرت قابل درک است این است که برای استفاده به عنوان الکترود زمین باید یک اتصال فلزی بین تیر آهنی و میلگرد مدفون در بتن پی سازه وجود داشته باشد. این اتصال به منظور جلوگیری از استفاده از بتن به‌عنوان هادی تا میلگرد بسیار مهم است.
تصویر 4: استفاده از میلگرد سازه فونداسیون به عنوان الکترود زمین ممنوع است
آیا تا به‌حال دیده‌اید که چه اتفاقی برای بتن رخ می‌دهد هنگامی که در معرض مشعل آتش قرار می‌گیرد؟ تمامی انواع بتن‌ها رسانا هستند و حاوی مقادیر زیادی آب می‌باشند. هنگامی که آب به نقطه جوش می‌رسد (100 درجه سانتی‌گراد) به سرعت منبسط شده و به بخار تبدیل می‌شود (نسبت 1 به 1600). بنابراین، وقتی مشعل آتش به بتن اعمال می‌شود، به یکباره منفجر می شود! همین مساله در مورد بتن وقتی اتفاق می‌افتد که مقدار زیادی جریان الکتریکی از طریق آن عبور می‌کند، مانند آنچه در طی یک خطای الکتریکی رخ می‌دهد. اگر هیچ ارتباط فلزی بین تیر آهنی و میلگرد وجود نداشته باشد، خطای الکتریکی از بتن عبور می‌کند تا به میلگرد برسد، بتن را گرم کرده و احتمالا آن را از بین ببرد. استفاده از سازه فلزی ساختمان به عنوان یک الکترود پایه، روش خوبی برای کوتاه کردن طول عمر ساختمان شما است!
برقیار مشاور شما در موضوع ارتینگ
هنگامی که از سازه فلزی ساختمان به عنوان الکترود استفاده می‌شود مشکلات دیگری نیز بوجود می‌آید مانند نویز الکتریکی، هارمونیک‌ها، و مسائل مغناطیسی که می‌توانند عملکرد مولفه‌های الکترونیکی را مختل کنند. علاوه بر این، در بسیاری از ساختمان‌ها پی سازه نسبت به زمین به‌دلایلی ایزوله شده است و همین امر استفاده از آنرا به‌عنوان الکترود زمین غیر ممکن می‌سازد.
در حالی که به شدت مهم است که سازه فلزی ساختمان به سیستم زمین اصلی همبند شود، نباید به عنوان یک الکترود زمین مجزا استفاده شود.
جهت آشنایی با الکترود زمین فونداسیون و الزامات آن می‌توانید به استاندارد INSO 23064 که در سال 1400 منتشر شد، مراجعه کنید؛ همچنین جهت کسب اطلاعات بیشتر در این مورد می‌توانید مقاله "الکترود زمین فونداسیون" را مطالعه کنید.
6. همبندی به‌وسیله‌ی اتصال نامناسب با لوله‌های گاز
بله!! لوله‌های گاز باید با سیستم زمین الکتریکی و حفاظت از صاعقه همبند شوند. می‌دانم که این‌کار در ابتدا غیر منطقی به نظر می‌رسد، اما این امر در مبحث 13 مقررات ملی ساختمان به آن اشاره شده و لازم الاجراست. همچنین در استاندارد IEC و NEC و NFPA 780 به این امر مهم اشاره شده است. بیایید در نظر بگیرید که کدام حالت بدتر است: لوله‌های گاز هم‌پتانسیل با دیگر اجزای فلزی در ساختمان، یا لوله‌های گاز که دارای پتانسیل متفاوت با سایر اجزای فلزی هستند که در این حالت خطاهای الکتریکی بین دو سیستم فلزی با اختلاف پتانسیل متفاوت باعث جاری شدن جریان بین آنها می‌شود؟
کلید کار این است که اطمینان حاصل شود لوله‌های گاز شما همبند شده‌اند و به عنوان الکترود استفاده نمی‌شوند. می‌دانم، گفتنش آسان است. اما توصیه می‌کنم قبل از اینکه چیزی را منفجر کنید به یک متخصص مشورت بگیرید که چگونه آنرا اجرا کنید و حداقل قوانین مباحث مقررات ملی ساختمان را در این جهت مطالعه کنید.
شرکت برقیار همواره تاکید بر اجرای همبندی لوله‌های گاز کرده و تست همبندی بعد از اجرای آن را ملزم می‌داند.
تصویر 5: همبندی لوله‌های گاز و استفاده از اسپری زینک جهت عدم خوردگی
7. اعتقاد به اینکه سنگ خرد شده خطر ولتاژ تماس و گام را از بین می‌برد
اکثر مهندسین برق هرگز مجبور به مقابله با خطرات ولتاژ گام و تماس نیستند، چرا که این موارد مربوط به حوزه خطوط انتقال، نیروگاه‌های برق و پست‌ها هستند؛
بسیاری از مهندسین برق نحوه مقابله با ولتاژ گام و تماس را به خوبی نمی‌دانند. اغلب به غلط معتقدند که یک لایه ضخیم از سنگ خرد شده (سنگریزه) راه‌حل خوبی است، ولی در واقع سنگریزه می‌تواند این خطرات را بدتر کند!
هنگامی با یک محیط ولتاژ بالا (۶۰۰ تا ۵۰۰،۰۰۰ ولت) سروکار دارید، باید اقدامات احتیاطی بیشتری را جهت حفاظت از افراد در برابر خطرات خاصی که این سطح ولتاژ ارایه می‌دهد رعایت کنید. اجسامی که در ولتاژ پایین معمولا رسانای جریان الکتریکی نیستند مانند چوب، در برابر ولتاژهای بالا به صورت رسانا در نظر گرفته می‌شوند. در این محیط‌ها، جریان‌های سرگردان که از طریق زمین به اجسام دیگر منتقل می‌شوند، می‌توانند از راه تماس با جسم مورد نظر و یا قدم برداشتن در نزدیکی آن اگر به اندازه کافی قوی باشند، منجر به مرگ افراد شوند.
تصویر 6: استفاده از سنگریزه در پست برق
برای حل این مشکل اغلب معتقدند (به اشتباه) که سنگریزه لایه‌ای عایق بین زمین و فرد را فراهم می‌کند، و از جاری شدن جریان جلوگیری می‌کند و در نتیجه از فرد محافظت می‌شود. این امر همیشه صادق نیست، به‌خصوص در مورد ولتاژ تماس، که به‌منظور تامین حفاظت، مهندسان اغلب سعی می‌کنند اختلاف پتانسیل بین دست‌ها و پاها را کاهش دهند. اضافه کردن عایق بندی (سنگ خرد شده) می‌تواند باعث افزایش خطر ولتاژ تماس شود.
دیدگاه خود را بنویسید