سیم ارت چیست و چه کاربردی دارد؟ – آنچه باید بدانید
سیم‌های کابل برق
سیم‌های کابل برق را می‌توان در سه دسته گرم (فاز)، خنثی (نول) و زمین (ارت) قرار داد. در ادامه از اصطلاحات فاز، نول و ارت استفاده می‌کنیم که رایج‌تر هستند.
سیم فاز
سیم نول
سیم نول در ولتاژ نزدیک یا مساوی زمین قرار دارد. جریانی که از طریق سیم فاز به دستگاه منتقل میشود از طریق هسته نول در یک کابل باز می‌گردد.
سیم ارت
شکل زیر، اندازه ولتاژ شبکه برق خانگی را در کشورهای مختلف دنیا نشان میدهد.
سیم ارت چیست؟
کابل ثابت منعطفی که الکتریسیته لوازم اغلب فلزی را تأمین می‌کند، علاوه بر فاز و نول، شامل یک هادی زمینی (در ایالات متحده سبز رنگ یا در اتحادیه اروپا و ایران سبز/زرد) است. در داخل وسیله برقی، هسته سیم ارتِ کابل به بدنه بیرونی دستگاه متصل میشود.
اتصال ممکن است با استفاده از یک ترمینال سوکتی یا یک پیچ و مهره یا هر اتصال مجاز دیگری انجام شود. البته از برخی اتصالات، مانند چنگکی‌ها، برای جلوگیری از جدا شدن اتصال زمین و اتصال آن به بخش‌های دیگر استفاده نمی‌شود. وسایل ثابت (به عنوان مثال هیتر یا وسایل آشپزخانه) و وسایل قابل حمل که در استفاده معمولی می‌توان آن‌ها را لمس کرد، باید زمین شوند و برای آن‌ها سیم ارت تعبیه کرد. سیم ارت، در صورت رخ دادن خطا و خرابی، به عنوان «بای‌پس» جریان عمل می‌کند.
این خطا می‌تواند ناشی از موارد زیر باشد:
- هادی‌ها (مانند سیم‌ها، پایانه‌ها، قطعات)، در حالت عبور جریان، خم می‌شوند یا جدا می‌شوند و به بدنه دستگاه اتصال می‌کنند.
- خرابی عایق. به عنوان مثال، عایق روی هسته‌های انعطاف‌پذیر کابل انتقال جریان ممکن است در داخل دستگاه آسیب ببیند یا جداکننده‌های عایق ممکن است از بین بروند. همچنین قطعات فلزی مانند پیچ یا مهره‌هایی که باز شده‌اند می‌توانند در فاصله بین قسمت برق‌دار و قسمت فلزی بی‌برق قرار گیرند.
- تماس با کابل برق هنگام حفاری دیوار.
اگر یک دستگاه بدون سیم ارت باشد چه اتفاقی می‌افتد؟
در صورت بروز خطا، فلز خارجی دستگاه برق‌دار میشود و بسته به اینکه شخص با کدام قسمت از مدار داخلی و بدنه تماس داشته باشد، اندازه ولتاژ یک فرد ایستاده نسبت به زمین تا ۲۳۰ ولت خواهد بود. اگر فلز زمین نباشد و شخصی دستگاه را لمس کند، جریان از بدن به زمین منتقل میشود.
چرا جریان به زمین می‌رود؟
دلیل اینکه جریان به زمین می‌رود این است که نقطه نول (خنثی) ترانسفورماتور تغذیه از طریق هادی زمین به الکترود زمین متصل میشود. این امر پتانسیل هادی فاز را نسبت به سطح زمین به حدود ۲۳۰ ولت افزایش میدهد. در هنگام خرابی، یا در صورت لمس هادی فاز، جریان از طریق رساناهای زمین عبور می‌کند و قسمت عمده‌ای از زمین فیزیکی (یعنی خاک) به ترانسفورماتور برمی‌گردد. جدا کردن ترانسفورماتورهای ایمنی، که گاهی اوقات برای تأمین نیرو در ابزارهای ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند، نول را از زمین جدا می‌کنند تا در صورت بروز خطا، جریان نتواند (یا حداقل بسیار کم) جریان یابد. این ترانسفورماتورها در کشورهایی که 230 ولت ولتاژ استاندارد تغذیه است، ولتاژ را به 110 ولت تبدیل می‌کنند. اگر فردی شوکی بین فاز و نول تجربه کند، ترانس جریان را به سطح ایمن‌تری کاهش می‌یابد.
چرا ترانسفورماتور تغذیه زمین میشود؟
اساساً، زمین نول ولتاژ خط را پایین می‌آورد، به طوری که نول نزدیک به پتانسیل زمینی است که ما روی آن ایستاده‌ایم و ولتاژ در هر یک از خطوط فاز تا حد زیادی از ۲۳۰ ولت تجاوز نمی‌کند. شکل زیر مسیر جریان را در هنگامی نشان میدهد که شخصی به یک دستگاه معیوب زمین‌نشده دست می‌زند.
سیم ارت چگونه مشکل را حل می‌کند؟
در شکل زیر، هادی زمین با امپدانس کم، جریان را از شخصی که دستگاه را لمس می‌کند دور می‌کند و ولتاژ تماس را به سطح ایمن کاهش میدهد (در واقع هادی از طریق دوشاخه و سیم دستگاه و تابلو برق به میله زمین متصل میشود).
لوازم برقی با دو عایق و بدون زمین
وسایلی مانند سشوار، تلویزیون، لوازم دستی آشپزخانه و... عموماً دارای روکش پلاستیکی هستند. اگر خطایی در داخل دستگاه اتفاق بیفتد (به عنوان مثال سیم یا قطعه‌ای به قسمت داخلی بدنه برخورد کند)، هیچ خطری وجود ندارد، زیرا بدنه پلاستیکی عایق است. این وسایل دارای سیم ارت نیستند. برخی از وسایل مانند ابزارهای برقی زمین ندارند و در عوض «عایق دوگانه» دارند. این بدین معناست که اگرچه پوشش خارجی ابزار یا دستگاه ممکن است فلزی باشد، اما جداسازی کافی فلز خارجی از ولتاژهای بالای داخلی برای جلوگیری از برق‌گرفتگی انجام میشود.
وسایل عایق دوگانه در صورت خیس شدن می‌توانند بسیار خطرناک باشند. این امر به این دلیل است که در صورتی که آب به جداسازی قسمت‌های برق‌دار و روکش برسد، پوسته زمین نیست و می تواند برق‌دار بماند. همچنین، بعید است که MCB تریپ کند و GFI نیز ممکن است کار نکند.
کلید محافظ جان چیست؟
کلید محافظ جان موقعیت‌هایی مانند تماس شخص با هادی فاز، مانند سیم برق آسیب‌دیده با هسته‌های نمایان یا اتصال حوضچه آب روی سینک قرار را کنترل می‌کند. کلید محافظ جان همچنین به خطاهایی که در بالا توضیح داده شد در صورت تماس فاز با بدنه زمین‌شده دستگاه پاسخ میدهد.
یکی دیگر از عملکردهای GFCI جلوگیری از آتش‌سوزی است. وضعیتی را در نظر بگیرید که یک هادی آسیب‌دیده و در معرض تماس با چوب مرطوب یا مشابه آن قرار می‌گیرد. لوله یا لوله‌کشی در صورت وجود مواد قابل اشتعال در نزدیکی، جرقه ایجاد می‌کند و آتش‌سوزی رخ میدهد (با وجود مواردی مثل چوب اره و...). ممکن است جریان برای قطع شدن یک بریکر کافی نباشد، با این حال، جریان نشتی کوچک به زمین توسط GFCI تشخیص داده شده و باعث میشود که برق قطع شود.
کلید محافظ جان را می‌توان در تابلو برق نصب کرد. در این موارد، مکان‌هایی به صورت پریز سوکت GFCI در دسترس است.
سه نوع سیستم زمین
در ادامه، سه نوع سیستم زمین اصلی را معرفی می‌کنیم.
سیستم TNCS یا PME
در صورت لمس یک دستگاه متصل به زمین توسط شخص، ولتاژ تماس بین دست و پا برابر است با ولتاژ بین نقطه‌ای که الکترود وارد زمین میشود و پای او. از آنجا که این فاصله احتمالاً کسری از فاصله تا ترانسفورماتور تغذیه است، ولتاژ به تناسب کاهش می‌یابد. شرکت توزیع برق ممکن است چندین نقطه اتصال زمین از خط نول بین ترانسفورماتور و محل نصب کند تا عواقب و خطر خرابی نول (به ویژه اگر آن‌ها به طور گسترده از هم جدا شده باشند) را کاهش دهد.
سیستم TNS
سیستم TNS اغلب زمانی استفاده میشود که بتوان زمین را با زره کابل تغذیه تامین کرد. اگر زره در اثر ارتباط با محیط دچار خوردگی شود، این سیستم را می‌توان به TNCS تبدیل کرد.
سیستم TT
سیستم TT زمانی که برق به مقدار بالاسری برسد مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم از قسمت اعظم زمین به عنوان مسیر بازگشت جریان‌های خطا استفاده می‌کند. این سیستم خطر قطع نول را ندارد. اگر خانه‌ای از ترانسفورماتور تغذیه فاصله داشته باشد، جریان خطا در هنگام خطای فاز به زمین ممکن است برای قطع بریکر کافی نباشد، زیرا مقاومت زمین بسیار زیاد است. از آنجا که کلیدهای جان می‌توانند جریان‌های نشتی کوچک را در زمین تشخیص دهند، این مسئله آنچنان خطرآفرین نخواهد بود. سیستم‌های TT را می‌توان به سیستم‌های TNCS تبدیل کرد که در آن‌ها زمین و نول هر دو نول می‌شوند یا در نقطه خروجی کنتور به هم متصل می‌شوند.
پرسش‌های رایج درباره سیم ارت
در ادامه، به چند پرسش رایج درباره سیم ارت پاسخ می‌دهیم.
پرسش ۱: وقتی سر فلزی مرطوب است، چرا جریان از آب عبور نمی‌کند؟
پرسش ۲: یک تردمیل را سر هم کرده‌ایم و یک سیم زمین با یک دایره فلزی در انتهای آن وجود دارد که قرار است یک پیچ برای اتصال آن به قاب تردمیل قرار دهیم. مشکل این است که به هیچ وجه نمی‌توانیم پیچ را ببندیم. آیا می‌توان قسمت فلزی سیم زمین را به قاب فلزی چسباند؟
پاسخ ۳: نه، به یک اتصال بهتر و مطمئن‌تر از آن نیاز دارید. می‌توانید سوراخی ایجاد کنید، از هر رنگی را برای مشخص کردن فلز و از یک پیچ خودکار با یک واشر استفاده کنید. متناوباً، یک سوراخ بزرگ‌تر ایجاد کنید و از یک پیچ با مهره و واشر فنری یا مهره قفل استفاده کنید.
پرسش ۳: نماد سیم زمین چیست؟
پاسخ ۳: یک خط عمودی با سه خط افقی در زیر آن که از بالا به پایین عرض آن‌ها کم میشود.
پرسش ۴: زمین را کجای RCD وصل کنیم؟
پاسخ ۴: RCD اتصال زمین ندارد. این کلید دارای یک جفت سیم فاز و نول ورودی و یک جفت فاز و نول خروجی است. اگر بین جریانی که از فاز خارج میشود و جریان نول که بر می‌گردد تفاوت وجود داشته باشد، کلید محافظ جان تریپ میشود. ELCBهای قدیمی‌تر، دستگاه‌های سنجش ولتاژ بودند که با تشخیص ولتاژهای خطرناک روی فلزات خاکی، تریپ می‌شدند. اگر این ولتاژ از یک سطح تعیین‌شده از یک الکترود زمین مرجع از راه دور فراتر رود، دستگاه خراب میشود. RCDها قبلاً ELCBهای جریان نامیده می‌شدند که منجر به سردرگمی می‌شد. به همین دلیل، نام کنونی برایشان انتخاب شد.
پرسش ۵: چرا گاهی ولتاژ بین نول و ارت مقدار غیرصفر و قابل توجهی است؟
پاسخ ۵: سیم نول و ارت ممکن است در خانه به هم متصل نباشند. اگر از سیستم اتصال زمین TT استفاده شود، این امر صادق است. همچنین اگر خانه با یک کابل با زره فلزی/لوله تغذیه میشود و جریان به ترانسفورماتور بر نمی‌گردد، می‌تواند منجر به اختلاف پتانسیل شود. مطمئن‌ترین کار این است که از یک برقکار بخواهید وضعیت را بررسی کند.
پرسش ۶: جنس رسانای ارت و نول چیست؟
پاسخ ۶: از مواد مختلفی استفاده میشود. مس برای رساناها، فولاد گالوانیزه یا مس برای میله‌های زمین یا بست‌های کابل برنجی یا نیکل.
پرسش ۷: سیم سفید چیست؟
پاسخ ۷: بستگی به کشور دارد. در ایالات متحده و کانادا، رنگ سفید یا خاکستری برای نول استفاده میشود، اما در استرالیا، رنگ سفید برای فاز 2 در سیستم چندفازی به کار می‌رود. در ایالات متحده، رنگ سفید نیز می‌تواند به عنوان سیم فاز (به عنوان مثال برای چراغ‌ها) استفاده شود و گاهی اوقات نوار سیاه در انتهای آن نشان دهنده این است. در هر صورت، قبل از اینکه شخصی اقدام به تغییر سیم‌کشی کند، باید از قطعی اتصالات از تابلو برق اطمینان حاصل کند. همچنین، با یک تستر نئون بررسی کند که قطعاً جریان مدار قطع شده است.
پرسش ۸: ترمینال‌های ارت سیستم ولتاژ دارند. راه‌حل سریع حل این مشکل چیست؟
پاسخ ۸: بهترین کاری که باید انجام دهید این است که از یک متخصص برق بخواهید تا از این وضعیت مطلع شود. اگر سطح پتانسیل خطرناکی در مقایسه با سایر لوازم فلزی با فاصله قابل لمس باشد، زمین شناور خطرناک خواهد بود.
معرفی فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۱ فرادرس
اگر به یادگیری روش‌های مختلف کنترل موتورهای صنعتی هستید علاقه‌مند هستید، پیشنهاد می‌کنیم به فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۱ مراجعه کنید. در این فیلم آموزشی که مدت زمان آن ۱۳ ساعت و ۴۰ دقیقه است و در ۱۷ درس تدوین شده، ابتدا در درس اول مفاهیم عمومی کنترل موتورهای الکتریکی بیان شده است. همچنین، نمادها و دیاگرام‌های شماتیک رله و سایر تجهیزات مربوط به نقشه مدارهای قدرت و فرمان مدارهای کنترل و راه‌اندازی موتور در درس‌های دوم و سوم ارائه شده است. در بخشی از آموزش مذکور، در دروس چهارم تا هفتم، انواع رله‌های اضافه بار، زمان‌دار و کنتاکتورها برای راه‌اندازی و نیز محافظت از موتورها به طور کامل و مفصل معرفی شده است. علاوه بر این، انواع سنسورها، سوئیچ‌ها، ترنسمیترها، دیتکتورها و مثال‌هایی از نحوه سیم‌کشی و نقشه‌خوانی مدار کنترل موتورها در درس‌های هشتم تا هفدهم به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است.
- برای مشاهده فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۱ + اینجا کلیک کنید.
معرفی فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۲ فرادرس
مباحث تکمیلی آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۱، در فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۲ ارائه شده است. این آموزش در ۱۵ درس تدوین شده که مجموع زمان آن‌ها ۱۷ ساعت و ۳۶ دقیقه است.
در آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۲، ابتدا روش‌های سیم‌کشی و نصب مدارهای کنترل موتور در درس‌های اول و دوم ارائه شده است. در ادامه، در درس‌های سوم تا نهم درباره انواع موتورها و روش‌های کنترل آن‌ها بحث شده است. همچنین، در این درس‌ها کاربرد قطعات الکترونیک قدرت، آی‌سی‌ها، PLCها و گیت‌های منطقی در مدارهای کنترل موتور بیان شده است و موتورهای DC، موتورهای AC و موتورهای پله‌ای معرفی شده و روش‌های کنترل و حفاظت آن‌ها به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است. در درس‌های دهم و یازدهم، به ترتیب، پلاک موتور و عیب‌یابی موتور مورد بحث قرار گرفته‌اند. در نهایت، کاربرد ادوات نیمه‌هادی، پی‌ال‌سی‌ها و آی‌سی‌ها در درس‌های دوازدهم تا پانزدهم ارائه شده است.
- برای مشاهده فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۲ + اینجا کلیک کنید.
مطالب مجله فرادرس را در جستجوی گوگل سریع‌تر ببینید
خیلی عالی بود ممنون هستم.
ببخشید استفاده از تصاویر و متن در تحقیق دبیرستان با ذکر منبع مجاز است؟
سلام، وقت شما بخیر؛
از همراهی شما بسیار سپاسگزاریم.
خوشحالیم که این مطلب برایتان مفید بوده است.
برای پاسخ پرسشتان «شرایط استفاده از مجله فرادرس» را مطالعه کنید.
شاد و پیروز باشید.