مقدمه و اهداف دوره

سیستم‌های ارتینگ و حفاظت از صاعقه از پایه‌ای‌ترین نیازهای هر تاسیسات صنعتی، تجاری و مسکونی هستند. هدف این دوره آشنایی کامل با:

• نیازها و اهداف اتصال به زمین در صنایع مختلف (پتروشیمی، نفت و گاز، فولاد، سیمان، پست‌های توزیع و فشارقوی).
• انتخاب و مشخصات فنی تجهیزات ارتینگ (الکترودها، سیم‌ها، بست‌ها، صفحات و ارسترها).
• روش‌های اندازه‌گیری و محاسبات طراحی برای رسیدن به مقاومت زمین مطلوب.
• اجرای عملی، نگهداری و بازسازی سیستم‌های فرسوده و حفاظت در برابر اثرات صاعقه و امواج گذرا.

این دوره مناسب برای کسانی است که می‌خواهند با اصول طراحی، اجرا و نگهداری سیستم ارتینگ و صاعقه‌گیر آشنا شوند و بتوانند پروژه‌های عملی را از مرحله مطالعاتی تا بهره‌برداری هدایت کنند.

1) بررسی اهداف و نیازهای اتصال به زمین در تاسیسات صنعتی

اهداف اصلی اتصال به زمین

• ایمنی پرسنل: جلوگیری از تماس خطرناک با بدنه تجهیزاتی که ممکن است تحت ولتاژ قرار گیرند.
• حفاظت تجهیزات: تخلیه امن جریان‌ها و جلوگیری از آسیب به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی.
• تضمین عملکرد سیستم‌های حفاظتی و حفاظتیِ اضافی مانند رله‌ها، فیوزها و کلیدها.
• کنترل ولتاژ تماس و ولتاژ گام (step and touch voltages) در سایت‌های صنعتی.

نیازها و اولویت‌ها در صنایع مختلف

در کارخانه‌ها و تاسیسات مختلف، اولویت‌ها و نیازها متفاوت است. به‌طور خلاصه:

• پست‌های فشارقوی و توزیع: رعایت استانداردهای ایمنی شبکه، کنترل شکست عایقی و طراحی شبکه ارت شبکه‌ای (ring earth) برای کاهش مقاومت کلی زمین.
• نفت و گاز و پتروشیمی: حفاظت در برابر انفجار، جلوگیری از اختلاف پتانسیل بین سازه‌ها، و طراحی ارتینگ پتروشیمی که شامل حفاظت در برابر شارژ استاتیکی و صاعقه است.
• فولادسازی و سیمان: چون خاک پیرامون ممکن است مقاومت بالایی داشته باشد، نیاز به الکترودهای طولانی‌تر، نمک‌پاشی یا ترکیبات بهبوددهنده خاک وجود دارد.
• تاسیسات تجاری و مسکونی: تمرکز بر حفاظت از تجهیزات الکترونیکی حساس و جلوگیری از افزایش نویز روی سیستم‌های مخابراتی و داده.

کلید موفقیت، تحلیل سایت (Site Survey)، شناسایی نوع خاک، سطح آب زیرزمینی، تاسیسات مجاور و نیازهای ایمنی است تا یک طراحی ارتینگ کارا و مقرون‌به‌صرفه حاصل شود.

2) مشخصات فنی تجهیزات ارتینگ و اتصال به زمین

تجهیزات اساسی ارتینگ شامل:

• الکترودهای زمین: میله‌های مسی، میلگرد مسدار، تسمه‌های مس-روی، صفحات زمین و الکترودهای عمودی/افقی.
• هادی‌های اتصال: کابل‌ها و تسمه‌های مسی یا فولاد روکش‌دار مسی برای اتصال بین الکترودها و نقاط مورد نیاز.
• اتصالات و بست‌ها: بست‌های مکانیکی، کلمپ‌ها و بست‌های مخصوص که مقاومت تماس الکتریکی کم و پایداری مکانیکی بالا دارند.
• ارسترها و SPDها (Surge Protective Devices): انواع ارسترهای خط برق، ارسترهای مخابراتی، و ارسترهای ویژه نول-فاز.
• ابررسانا نیستند، بلکه: مواد افزودنی خاک (بنتونیت، نمک، کربن) برای کاهش مقاومت خاک و حفظ رطوبت در اطراف الکترود.

مشخصات فنی کلیدی

• هدايت الکتریکی مواد: مس خالص یا روکش مسی با خلوص مناسب برای کاهش مقاومت تماس و خوردگی.
• مقاومت به خوردگی: پوشش‌ها و متریال‌هایی که در برابر محیط‌های خورنده مقاوم باشند (مثلاً در مناطق ساحلی یا پتروشیمی).
• ظرفیت تحمل جریان: توانایی الکترود و هادی در عبور جریان خطا و صاعقه بدون ذوب یا آسیب ساختاری.
• استانداردهای سازگاری: مطابقت با استانداردهای بین‌المللی و ملی (مانند IEC، IEEE و استانداردهای داخلی).

3) بررسی انواع روش‌های اتصال به زمین و کاربرد مناسب برحسب شرایط

انواع مرسوم اتصال به زمین:

• الکترود عمودی (Vertical Rod): مناسب برای خاک‌های با مقاومت متوسط تا پایین؛ نصب سریع و هزینه کم.
• الکترود افقی و نوار (Horizontal/Strip): مناسب برای تامین سطح تماس بزرگ‌تر در عمق کمتر؛ کاربرد در سایت‌های محدود از نظر عمق حفاری.
• الکترود حلقه‌ای (Ring Ground): برای سایت‌های بزرگ و پست‌ها؛ کاهش اختلاف پتانسیل و بهبود توزیع جریان در سطح.
• الکترود صفحه‌ای (Plate): زمانی که مقاومت در عمق زیاد است یا خاک سنگی وجود دارد.
• الکترود شیمیایی یا کاهنده مقاومت (Chemical Ground): استفاده از بنتونیت یا نمک برای بهبود هدایت خاک در مناطق با مقاومت بالا.

انتخاب روش ارتباط مستقیم با پارامترهای سایت دارد: نوع خاک، سطح آب زیرزمینی، فضای در دسترس، و میزان جریان عبوری. در اکثر پروژه‌ها ترکیبی از روش‌ها (مثلاً میله‌های عمودی به همراه نوارهای سطحی) بهترین نتیجه را می‌دهد.

4) بررسی اصول استاندارد در روش‌های نوین اتصال به زمین

رعایت استانداردها از جمله اصول حیاتی است. بندهای اصلی که باید مد نظر قرار گیرد:

• حداکثر مقاومت زمین قابل قبول برحسب نوع تاسیسات (مقادیر هدف و روش اندازه‌گیری).
• کنترل ولتاژ گام و ولتاژ تماس مطابق با استانداردها برای جلوگیری از خطر برق‌گرفتگی.
• استانداردهای مرتبط با ارسترها و SPDها برای ظرفیت سرج و زمان پاسخ.
• ملاحظات خوردگی، تست‌های دوره‌ای و وضعیت حفاظتی تجهیزات با رویکرد پیشگیری (preventive maintenance).

توجه به تغییرات روش‌های نوین مانند استفاده از ارسترهای هوشمند، پایش آنلاین مقاومت زمین و سیستم‌های مانیتورینگ از راه دور می‌تواند عملکرد و ایمنی را به‌طور چشمگیری افزایش دهد.

5) بررسی انواع روش‌های اندازه‌گیری مقاومت اتصال به زمین

روش‌های متداول اندازه‌گیری مقاومت زمین:

• روش سه‌پایه (Fall-of-Potential یا روش 3-Pole): روش مرجع برای اندازه‌گیری مقاومت تکیه‌گاهی. دقت بالا در شرایط استاندارد.
• روش چهارپایه (Wenner یا Schlumberger): مناسب برای اندازه‌گیری مقاومت سطحی خاک و پروفایل عمقی مقاومت.
• ارت سنج‌های کلیدی (Clamp-on Earth Tester): برای اندازه‌گیری مقاومت حلقه یا اندازه‌گیری جریان نشتی بدون نیاز به جدا کردن اتصالات.
• اندازه‌گیری مقاومت تماس و ولتاژ گام: با استفاده از پروب‌های ولتاژ و پتانسیومتر برای تعیین سطح خطر برای انسان.

هر روش مزایا و محدودیت‌های خود را دارد؛ انتخاب ابزار و تکنیک مناسب وابسته به شرایط سایت، نوع الکترودها و نیاز به دقت است.

6) محاسبات مربوط به سیستم‌های ارتینگ

محاسبات طراحی بخشی کلیدی از دوره است. مواردی که در این بخش پوشش داده می‌شود:

• محاسبه مقاومت الکترود منفرد و مقاومتی که شبکه ارت ارائه می‌دهد (فرمول‌ها و مثال‌های عددی).
• محاسبه ولتاژ تماس و ولتاژ گام برحسب جریان عبوری و مقاومت خاک.
• تحلیل جریان صاعقه و توزیع پتانسیل در سطح به‌منظور تعیین نقاط بحرانی.
• طراحی شبکه ارت برای محدود کردن ولتاژ تماس به مقدار ایمن (مثال عملی با اعداد واقعی).

در این بخش مثال‌های عددی مرحله‌به‌مرحله ارائه می‌شود تا توانایی اجرای محاسبات در پروژه‌های واقعی حاصل گردد.

7) نحوه اجرای سیستم‌های اتصال به زمین

مراحل اجرای استاندارد:

1. بازدید اولیه و برداشت نقشه‌های زیرساختی.
2. آزمایش خاک و گزارش مقاومتی (Resistivity).
3. طراحی الکترودها و شبکه بر اساس نتایج آزمایش.
4. تدارک مصالح و تهیه الکترودها، هادی‌ها و بست‌ها با مشخصات فنی متناسب.
5. حفاری و نصب الکترودها؛ اتصال و تست‌های اولیه.
6. پوشش‌دهی با مواد کاهنده مقاومت در صورت نیاز و حفاظت مکانیکی از هادی‌ها.
7. اندازه‌گیری پایانی، ثبت نتایج و صدور گزارش کار.

جزئیات اجرایی شامل نکات حفاری، عمق‌های پیشنهادی، چیدمان شبکه و موارد اجرایی ایمنی است که در کارگاه‌های عملی نشان داده می‌شود.

8) روش‌های اصلاح سیستم‌های ارتینگ فرسوده و نامناسب

سیستم‌های ارتینگ در طول زمان ممکن است به دلایل خوردگی، تغییر خواص خاک، حفاری‌های ساختمانی یا نصب تجهیزات جدید نامناسب شوند. راهکارهای اصلاح شامل:

• ارجاع به نتایج اندازه‌گیری و شناسایی نقاط با مقاومت بالا.
• افزودن الکترودهای کمکی عمقی یا سطحی و اتصال آن‌ها به شبکه موجود.
• استفاده از الکترودهای شیمیایی یا افزودنی‌های خاک برای کاهش مقاومت موضعی.
• تعویض یا بازسازی اتصالات اکسیده‌شده، بست‌ها و نوارهای آسیب‌دیده.
• اجرای پوشش‌های محافظ، جعبه‌های دسترسی و مسیرهای محافظت‌شده برای جلوگیری از آسیب‌های مکانیکی آینده.

در این بخش نمونه‌های واقعی «قبل و بعد» نشان داده می‌شود تا روش‌های اصلاح در شرایط واقعی ملموس باشد.

9) سرویس و نگهداری سیستم‌های مرتبط با ارتینگ

برنامه نگهداری پیشنهادی:

• بازدید چشمی دوره‌ای (هر 6 تا 12 ماه) برای بررسی اتصالات، خوردگی و آسیب مکانیکی.
• اندازه‌گیری مقاومت زمین هر 1 تا 3 سال (بسته به حساسیت تاسیسات).
• پایش ارسترها و SPDها و جایگزینی آن‌ها در صورت افت ویژگی حفاظتی یا پس از ضربه سنگین صاعقه.
• نگهداری سوابق تست و گزارشات برای اثبات انجام سرویس و رعایت استانداردها.

نگهداری پیشگیرانه باعث افزایش عمر مفید سیستم و کاهش ریسک خرابی‌های ناگهانی و پرهزینه می‌شود.

10) بازدید از اتصال زمین‌های موجود و ارائه راه‌های لازم طبق استاندارد

در این دوره چگونگی انجام یک بازدید استاندارد آموزش داده می‌شود که شامل:

• چک‌لیست کامل بازدید (اتصالات، مقاومت، مسیرها، خوردگی، جداسازی‌ها)
• تعیین اولویت‌های اصلاح بر اساس ریسک (پراکتیو و اضطراری)
• نگارش گزارش فنی و پیشنهاد اقدامات اصلاحی همراه با تخمین هزینه و زمان‌بندی

11) بررسی عوامل بوجود آمدن صاعقه و اثرات تخریبی آن بر تجهیزات و تاسیسات

عوامل ایجاد صاعقه شامل:

• تفکیک بار در داخل ابرهای رعد و برق (توزیع بار مثبت و منفی).
• اختلاف پتانسیل بین ابر و زمین یا بین دو ابر.
• شرایط محلی مانند توپوگرافی، رطوبت و دما.

اثرات صاعقه بر تجهیزات:

• آسیب حرارتی و مکانیکی ناشی از عبور جریان عظیم صاعقه.
• ایجاد امواج الکترومغناطیسی و انتقال انرژی به خطوط قدرت، مخابرات و داده که منجر به خسارت الکترونیکی می‌شود.
• ایجاد اختلاف پتانسیل موضعی که می‌تواند سبب جرقه‌زنی و آتش‌سوزی در محیط‌های انفجاری شود.

12) بررسی انواع روش‌های صاعقه‌گیری با استفاده از برقگیرهای اکتیو و غیر فعال

دو رویکرد کلی وجود دارد:

صاعقه‌گیرهای غیرفعال (فرانکلین — Franklin rods)

این نوع، الکترودهای فلزی ساده‌ای هستند که مسیر مستقیم برای صاعقه فراهم می‌کنند تا جریان به زمین منتقل شود. نصب صحیح، اتصال به شبکه ارت و مسیر مناسب پایین‌بر از اصول حیاتی است.

صاعقه‌گیرهای اکتیو (Early Streamer Emission — ESE و سیستم‌های نوین)

این‌ سیستم‌ها با ایجاد یونیزاسیون کنترل‌شده، زمان آغاز جت یونیزه را تغییر می‌دهند و به اصطلاح منطقه حفاظتی بزرگ‌تری را نسبت به میله فرانکلین پوشش می‌دهند. نکات مهم:

• مطالعات واقعی موردی اختلاف دیدگاه‌ها و نتایج متفاوتی را نشان داده‌اند؛ انتخاب باید بر اساس استانداردها، شرایط سایت و مطالعه ریسک انجام شود.
• نیاز به اتصال درست و شبکه ارت مطمئن همیشه پابرجاست؛ هر نوع برقگیر بدون ارت مناسب بی‌اثر یا خطرناک است.

13) بررسی آثار القایی صاعقه

صاعقه حتی در صورتی که مستقیماً به سازه برخورد نکند، می‌تواند از طریق القای مغناطیسی و الکتریکی باعث اختلال و آسیب شود:

• القای ولتاژ در خطوط طولانی (قدیمی‌ترین عامل خرابی تجهیزات مخابراتی و الکترونیکی).
• ایجاد جریان‌های گذرا در سیستم‌های فلزی پیوسته و خطوط حفاظتی.
• نیاز به حفاظت شبکه‌ای (زنجیره‌ای) شامل ارستر در نقاط ورودی برق، دیتا و مخابرات.

تحلیل حوزه القا (EM coupling analysis) و طراحی راهکارهای حفاظتی جانبی، بخش‌های عملی مهم دوره هستند.

14) پیشگیری از خسارات ناشی از امواج گذرای ناشی از صاعقه

روش‌های مؤثر:

• نصب طبقات ارستر (مجموعه SPD) در نقاط ورودی فاز، تابلوها، تجهیزات حساس و شبکه مخابرات.
• جلوگیری از مسیرهای حلقه‌ای زمین و کاهش امپدانس حلقه‌ها.
• استفاده از فیلترها، ایزولاتورها و راهکارهای تفکیک زمین حفاظتی و زمین سیگنال در موارد حساس.

آموزش عملی در تنظیم و انتخاب رده و کلاس SPD (Class I, II, III) و تست‌های پس از نصب ارائه می‌شود.

15) بررسی انواع ارستر و مشخصات فنی هر نوع و محل نصب مناسب

انواع ارسترها و موارد کاربرد:

• ارسترهای ولتاژ بالا (HV Surge Arresters): در پست‌های فشارقوی برای محدودسازی ولتاژ تماس و محافظت از تجهیزات قدرت.
• ارسترهای توزیع و LV SPDs: در تابلوهای توزیع برای محافظت از تجهیزات مصرف‌کننده.
• ارسترهای مخابراتی: محافظت از خطوط داده، فیبر (با تبدیل سیگنال‌های الکتریکی) و مودم‌ها.
• محل نصب: در نقطه ورود، نزدیک به نقاط حساس، و در چند لایه (سِری) برای محافظت جامع.

هر ارستر بر اساس ظرفیت تخلیه، زمان واکنش و امپدانس قابل قبول انتخاب می‌شود. نصب درست و اتصال به ارت کم‌امپدانس شرط لازم برای عملکرد صحیح است.

پرسش‌های متداول (FAQ)

مقدار مطلوب مقاومت زمین چقدر است؟

مقدار هدف بستگی به نوع تاسیسات دارد؛ برای تجهیزات حساس و پست‌ها مقادیر پایین‌تر (مثلاً کمتر از 1 تا 5 اهم در پست‌های حساس) مورد نظر است، اما در تاسیسات عمومی ممکن است مقادیر بیشتری پذیرفته شود. معیار نهایی باید مطابق استانداردهای مربوط و آنالیز ولتاژ تماس تعیین شود.

آیا فقط کاهش مقاومت زمین کافی است؟

خیر. علاوه بر مقاومت کم، توزیع پتانسیل، کنترل ولتاژ تماس و گام، و نیز استحکام مکانیکی و خوردگی تجهیزات اهمیت دارد.

تفاوت بین صاعقه‌گیر فرانکلین و برقگیرهای اکتیو چیست؟

فرانکلین میله‌ای ساده است که مسیر فیزیکی برای صاعقه فراهم می‌کند؛ برقگیر اکتیو با پیش‌تخلیه هوایی تلاش می‌کند منطقه حفاظتی را گسترش دهد. انتخاب بر اساس مطالعات ریسک، استانداردها و شرایط سایت انجام می‌شود.

ثبت‌نام، منابع تکمیلی و تماس

برای ثبت‌نام در دوره یا درخواست مشاوره میدانی می‌توانید از طریق تماس با کارشناس آموزش اقدام کنید:
09136550028