مقدمه

برق گرفتگی و آسیب دیدن ماشین آلات گران قیمت صنعتی، دو کابوس بزرگ برای هر مدیر و صاحب کسب و کاری است. در محیط های صنعتی که مملو از دستگاه های فلزی، الکتروموتورهای قدرتمند و تابلو برق های پیچیده هستند، کوچک ترین نشتی جریان می تواند به فاجعه ای جبران ناپذیر تبدیل شود. به همین دلیل، شناخت دقیق مراحل طراحی و اجرای سیستم ارتینگ در کارگاه های تولیدی نه تنها یک الزام قانونی و ایمنی است، بلکه یک سرمایه گذاری هوشمندانه برای حفظ پایداری خطوط تولید محسوب می شود. در این مقاله قصد داریم به دور از تئوری های پیچیده، به صورت کاملا کاربردی و مفصل به بررسی اصول، قواعد و قدم های اجرایی سیستم اتصال به زمین در سوله ها و کارگاه های صنعتی بپردازیم.

سیستم ارتینگ چیست و چرا در کارگاه های تولیدی حیاتی است؟

سیستم ارتینگ یا اتصال به زمین، شبکه ای از سیم ها، کابل ها و الکترودها است که بدنه فلزی تجهیزات الکتریکی را به جرم کلی زمین متصل می کند. هدف اصلی این سیستم، هدایت جریان های نشتی، خطاهای اتصال کوتاه و حتی اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه به سمت زمین است تا پتانسیل الکتریکی تجهیزات همواره در سطح صفر باقی بماند.

در کارگاه های تولیدی، اهمیت این موضوع دو چندان می شود. اول از همه، جان کارگران و اپراتورهایی که به طور پیوسته با دستگاه های فلزی در تماس هستند باید حفظ شود. دومین دلیل، محافظت از خود تجهیزات است. امروزه بیشتر ماشین آلات تولیدی مانند دستگاه های سی ان سی (CNC) و خطوط مونتاژ اتوماتیک، دارای بردهای الکترونیکی بسیار حساسی هستند. وجود نویزهای الکتریکی یا ولتاژهای سرگردان می تواند برنامه ریزی این دستگاه ها را مختل کرده و باعث خرابی قطعات گران قیمت آن ها شود.

اصول اولیه پیش از شروع طراحی

پیش از آن که بخواهیم وارد مراحل طراحی و اجرای سیستم ارتینگ در کارگاه های تولیدی بشویم، باید چند اصل بنیادین را بررسی کنیم. طراحی ارتینگ یک کار سلیقه ای نیست، بلکه کاملا به شرایط محیطی بستگی دارد. مهم ترین فاکتور در این بخش، "مقاومت ویژه خاک" است.

خاک ها انواع مختلفی دارند. خاک های رسی و مرطوب هادی های بسیار خوبی برای جریان برق هستند و مقاومت پایینی دارند. در مقابل، خاک های شنی، ماسه ای و صخره ای مقاومت بسیار بالایی در برابر عبور جریان از خود نشان می دهند. مهندس طراح باید پیش از هر اقدامی، با استفاده از دستگاه های مخصوص (مانند روش چهار پین) مقاومت ویژه خاک محل کارگاه را اندازه گیری کند. بر اساس این عدد است که مشخص می شود آیا به یک چاه ارت عمیق نیاز داریم، یا باید از شبکه های سطحی و الکترودهای میله ای استفاده کنیم.

مراحل طراحی و اجرای سیستم ارتینگ در کارگاه های تولیدی

برای داشتن یک سیستم استاندارد و بدون نقص، باید قدم های زیر را با دقت و بر اساس اصول مهندسی طی کرد:

قدم اول: ارزیابی سایت و انتخاب نوع سیستم
پس از تست خاک، نوبت به انتخاب روش اجرا می رسد. به طور کلی در کارگاه های تولیدی از دو روش اصلی استفاده می شود: روش عمقی (چاه ارت) و روش سطحی (استفاده از راد یا شبکه مش). اگر فضای کارگاه اجازه حفاری عمیق را بدهد و در عمق های پایین تر به رطوبت طبیعی زمین برسیم، حفر چاه ارت بهترین گزینه است. اما اگر کارگاه در منطقه ای صخره ای بنا شده باشد، باید از روش های سطحی مانند کوبیدن میله های مسی (راد) در فواصل مشخص و اتصال آن ها به یکدیگر استفاده کرد.

قدم دوم: حفر چاه و آماده سازی الکترود
اگر تصمیم به اجرای چاه ارت گرفته شود، باید گودالی به عمق مناسب (معمولا بین چهار تا هشت متر بسته به نوع خاک و رسیدن به رطوبت) حفر شود. قلب تپنده این چاه، صفحه مسی است. در کارگاه های تولیدی که آمپراژ مصرفی بالایی دارند، استفاده از صفحات مسی با ضخامت بالا و ابعاد استاندارد ضروری است. یک سیم مسی ضخیم (معمولا نمره پنجاه به بالا) باید با استفاده از جوش احتراقی (کدولد) به این صفحه متصل شود. استفاده از بست های مکانیکی برای اتصال سیم به صفحه به هیچ وجه برای محیط های صنعتی توصیه نمی شود، زیرا در طول زمان به دلیل رطوبت دچار اکسیداسیون و قطعی می شوند.

قدم سوم: استفاده از مواد کاهنده مقاومت
در گذشته از مخلوط نمک و زغال برای پر کردن چاه ارت استفاده می شد. این روش اگرچه در ابتدا مقاومت را کاهش می داد، اما نمک به شدت باعث خوردگی صفحه مسی می شد و پس از چند سال سیستم به کلی از کار می افتاد. امروزه در مراحل طراحی و اجرای سیستم ارتینگ در کارگاه های تولیدی، استفاده از بنتونیت یا مواد کاهنده مقاومت استاندارد (LOM) یک اصل تخطی ناپذیر است. بنتونیت نوعی خاک رس است که رطوبت را به خوبی در خود نگه می دارد، خاصیت خورندگی ندارد و به صورت یکنواخت دور صفحه مسی را می پوشاند تا بهترین تماس را با زمین برقرار کند.

قدم چهارم: نصب حوضچه بازدید (تست باکس)
سیم مسی پس از خروج از چاه نباید مستقیما به تابلو برق برود. بلکه باید وارد یک جعبه به نام حوضچه بازدید یا تست باکس شود. دلیل تعبیه این جعبه این است که مهندسین نگهداری بتوانند در دوره های زمانی مشخص (مثلا هر شش ماه یک بار) اتصال تابلوها را از چاه جدا کرده و مقاومت دقیق چاه ارت را توسط دستگاه میگر اندازه گیری کنند.

قدم پنجم: اجرای شبکه همبندی (Equipotential Bonding)
شاید بتوان گفت مهم ترین بخش در ایمنی سوله های صنعتی، بحث همبندی است. همبندی یعنی متصل کردن تمام بخش های فلزی موجود در کارگاه به یکدیگر و نهایتا اتصال آن ها به سیستم ارت. سوله فلزی، لوله های آب، لوله های گاز، سینی های کابل، بدنه ماشین آلات و حتی چهارچوب درهای فلزی بزرگ باید توسط هادی های مناسب به شبکه ارت متصل شوند. این کار باعث می شود در صورت بروز اتصالی، تمام محیط کارگاه هم پتانسیل شود و هیچ اختلاف ولتاژی بین دو نقطه فلزی که کارگر ممکن است همزمان به آن ها دست بزند، وجود نداشته باشد.

تفکیک ارت حفاظتی و ارت ابزار دقیق (ارت تمیز)

یکی از نکات بسیار حرفه ای در طراحی ارت کارگاه های تولیدی مدرن، توجه به دستگاه های حساس است. ماشین آلاتی که دارای کنترلرهای منطقی برنامه پذیر (PLC) هستند، به شدت در برابر نویز حساسیت دارند. در این کارگاه ها معمولا دو سیستم ارت مجزا طراحی می شود. یک سیستم ارت برای بدنه موتورها و تجهیزات قدرتمند (ارت کثیف یا حفاظتی) و یک سیستم ارت کاملا مستقل با مقاومت بسیار پایین (زیر یک اهم) برای بردهای الکترونیکی و تجهیزات ابزار دقیق (ارت تمیز یا Clean Earth). این دو سیستم نباید نویزهای خود را به یکدیگر منتقل کنند.

اشتباهات رایج در اجرای سیستم اتصال به زمین

متاسفانه در بسیاری از کارگاه ها به دلیل کاهش هزینه ها، اشتباهات مهلکی رخ می دهد. یکی از این اشتباهات، استفاده از لوله های آب شهری به عنوان چاه ارت است! این کار به شدت خطرناک است و می تواند باعث برق گرفتگی در سایر نقاط ساختمان شود.
اشتباه دیگر، عدم تناسب سایز کابل ارت با کابل های فاز است. کابل ارت باید توانایی تحمل جریان های اتصال کوتاه بسیار شدید را در کسری از ثانیه داشته باشد. اگر کابل ارت نازک باشد، قبل از این که کلیدهای محافظ جان یا فیوزها عمل کنند، کابل ارت ذوب شده و خطر برق گرفتگی به قوت خود باقی می ماند.

نگهداری و بازرسی دوره ای

طراحی و اجرا پایان کار نیست. مقاومت خاک در فصول مختلف سال تغییر می کند. در تابستان های گرم و خشک، رطوبت خاک کاهش یافته و مقاومت چاه ارت بالا می رود. بنابراین، سیستم ارتینگ کارگاه تولیدی باید به صورت دوره ای بررسی شود. در صورت بالا رفتن مقاومت، می توان از طریق لوله ای که از پیش در کنار چاه ارت تعبیه شده است (لوله شارژ آب)، مقداری آب به درون چاه تزریق کرد تا رطوبت بنتونیت احیا شود.

نتیجه گیری

بررسی دقیق مراحل طراحی و اجرای سیستم ارتینگ در کارگاه های تولیدی نشان می دهد که این فرآیند یک کار کاملا تخصصی و مهندسی است. از سنجش مقاومت خاک و انتخاب نوع الکترود گرفته تا اجرای دقیق همبندی و نصب تست باکس، همه و همه نیازمند دانش فنی و استفاده از متریال با کیفیت هستند. مدیران صنایع باید به خاطر داشته باشند که هزینه کردن برای یک سیستم ارتینگ استاندارد، در واقع بیمه کردن کل سرمایه مادی کارگاه و از آن مهم تر، تضمین سلامت و جان انسان هایی است که در آن محیط مشغول به کار هستند. هیچ گاه نباید ایمنی را قربانی کاهش هزینه های اولیه ساخت و ساز کرد.