در محیط‌های صنعتی، تجاری و حتی ساختمان‌های مجهز به تجهیزات الکترونیکی حساس، نوسانات ولتاژ و اضافه‌ولتاژ می‌توانند باعث اختلال در عملکرد دستگاه‌ها، آسیب به قطعات الکترونیکی و افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری شوند. به همین دلیل، انتخاب یک سیستم حفاظتی مناسب برای کنترل خطرات الکتریکی اهمیت زیادی دارد. شرکت سانا صنعت با تمرکز بر تجهیزات و راهکارهای مرتبط با سیستم‌های ارت، بستری برای بررسی و انتخاب تجهیزات موردنیاز پروژه‌های مختلف فراهم کرده است.

یکی از موضوعاتی که هنگام طراحی سیستم حفاظت الکتریکی مطرح می‌شود، نقش ارت الکترونیکی در کاهش خطرات ناشی از اضافه‌ولتاژ و اختلالات الکتریکی است. اما این سیستم دقیقاً چگونه عمل می‌کند؟ آیا به‌تنهایی می‌تواند از تمام تجهیزات محافظت کند؟ در این مقاله، سازوکار عملکرد ارت الکترونیکی، کاربردهای آن و نکات مهم در انتخاب یک سیستم حفاظتی مناسب را بررسی می‌کنیم.

ارت الکترونیکی چیست؟

ارت الکترونیکی اصطلاحی است که در بازار تجهیزات برق برای برخی محصولات و سامانه‌های مرتبط با زمین‌کردن و بهبود عملکرد سیستم ارت استفاده می‌شود. عملکرد دقیق این تجهیزات به فناوری ساخت، طراحی داخلی و مشخصات فنی محصول بستگی دارد؛ بنابراین نمی‌توان تمام دستگاه‌های موسوم به ارت الکترونیکی را دارای عملکرد یکسان دانست.

در یک سیستم ارت استاندارد، بخش‌های فلزی در دسترس تجهیزات الکتریکی به سامانه اتصال زمین متصل می‌شوند تا در شرایط خطا، مسیر مناسبی برای عبور جریان ایجاد شود و تجهیزات حفاظتی بتوانند وظیفه خود را انجام دهند.

از سوی دیگر، سیستم ارت مناسب می‌تواند در کاهش برخی اختلاف پتانسیل‌ها، مدیریت جریان‌های خطا و فراهم‌کردن مرجع الکتریکی مناسب برای تجهیزات حساس نقش داشته باشد. بااین‌حال، حفاظت در برابر اضافه‌ولتاژ به طراحی هماهنگ اجزای مختلف سیستم برق وابسته است و صرف نصب یک دستگاه ارت الکترونیکی، تضمین‌کننده حذف تمام نوسانات و اضافه‌ولتاژها نیست.

نوسانات ولتاژ و اضافه‌ولتاژ چه تفاوتی دارند؟

برای شناخت نقش سیستم ارت در حفاظت از تجهیزات، ابتدا باید بین دو پدیده مهم تمایز قائل شویم.

نوسانات ولتاژ

نوسانات ولتاژ به تغییرات ولتاژ برق نسبت به مقدار نامی آن گفته می‌شود. این تغییرات ممکن است در اثر راه‌اندازی بارهای پرمصرف، تغییرات شبکه برق، ضعف سیم‌کشی یا مشکلات تجهیزات تغذیه رخ دهند.

افت یا افزایش طولانی‌مدت ولتاژ می‌تواند عملکرد دستگاه‌ها را مختل کند و در برخی شرایط به قطعات داخلی آسیب برساند. برای مقابله با این مشکل، بسته به نوع بار و ماهیت اختلال، ممکن است استفاده از رگولاتور ولتاژ، تثبیت‌کننده ولتاژ یا منبع تغذیه مناسب ضروری باشد.

اضافه‌ولتاژ گذرا

اضافه‌ولتاژ گذرا، افزایش ناگهانی و معمولاً کوتاه‌مدت ولتاژ است. صاعقه، عملیات کلیدزنی در شبکه برق و قطع‌و‌وصل بارهای القایی از جمله عوامل ایجاد این پدیده هستند.

این نوع اضافه‌ولتاژ می‌تواند به بردهای الکترونیکی، تجهیزات مخابراتی، سامانه‌های کنترل صنعتی و منابع تغذیه آسیب وارد کند. برای کاهش این خطر، معمولاً از تجهیزات حفاظت در برابر اضافه‌ولتاژ (SPD) در کنار یک سیستم اتصال زمین مناسب استفاده می‌شود.

نکته مهم این است که ارت و تجهیزات حفاظت در برابر اضافه‌ولتاژ، وظایف مکمل دارند و جایگزین یکدیگر نیستند.

ارت الکترونیکی چگونه به حفاظت از تجهیزات کمک می‌کند؟

نقش یک سامانه ارت مناسب را می‌توان از چند جنبه بررسی کرد. میزان تأثیر هرکدام از این عوامل به ساختار سیستم، شرایط نصب و مشخصات فنی تجهیزات بستگی دارد.

۱. ایجاد مسیر مناسب برای جریان خطا

هنگامی که به دلیل خرابی عایق یا بروز یک خطای الکتریکی، بدنه فلزی دستگاه برق‌دار می‌شود، سیستم اتصال زمین و مدار حفاظتی باید شرایط لازم را برای عملکرد وسیله حفاظتی فراهم کنند.

در یک طراحی اصولی، مسیر جریان خطا به‌گونه‌ای در نظر گرفته می‌شود که فیوز، کلید حفاظتی یا سایر تجهیزات مربوط بتوانند در زمان مناسب مدار معیوب را قطع کنند. این فرایند به کاهش خطر برق‌گرفتگی و آسیب به تجهیزات کمک می‌کند.

البته عملکرد صحیح این سازوکار به پیوستگی هادی حفاظتی، امپدانس مسیر خطا، نوع سیستم برق و هماهنگی تجهیزات حفاظتی وابسته است.

۲. کمک به عملکرد تجهیزات حفاظت در برابر اضافه‌ولتاژ

تجهیزات SPD برای محدودکردن اضافه‌ولتاژهای گذرا و هدایت جریان ناشی از موج‌های اضافه‌ولتاژ طراحی می‌شوند. عملکرد مؤثر این تجهیزات به انتخاب صحیح نوع SPD، محل نصب، ظرفیت تخلیه، طول اتصالات و کیفیت سیستم اتصال زمین بستگی دارد.

در این شرایط، سامانه ارت مناسب بخشی از مسیر تخلیه جریان اضافه‌ولتاژ را تشکیل می‌دهد. هرچه طراحی اتصالات و مسیرهای جریان اصولی‌تر باشد، امکان محدودکردن اختلاف پتانسیل خطرناک در محل حفاظت بهتر فراهم می‌شود.

بااین‌حال، نصب ارت به‌تنهایی به معنای حذف اضافه‌ولتاژ نیست؛ بلکه باید در کنار تجهیزات حفاظتی مناسب و متناسب با خطرات پروژه در نظر گرفته شود.

۳. کاهش برخی اختلاف پتانسیل‌ها

وجود اختلاف پتانسیل بین بدنه تجهیزات، هادی‌های حفاظتی و سایر اجزای فلزی می‌تواند در شرایط خاص باعث ایجاد جریان‌های ناخواسته یا خطر برق‌گرفتگی شود.

اتصال زمین مناسب و هم‌بندی اصولی اجزای فلزی، به کاهش اختلاف پتانسیل‌های خطرناک کمک می‌کند. در پروژه‌هایی که تجهیزات کنترلی، مخابراتی و الکترونیکی متعددی دارند، بررسی مسیرهای اتصال زمین و هم‌بندی اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند.

البته کاهش نویز الکتریکی یا اختلالات سیگنال به عوامل دیگری مانند طراحی کابل‌کشی، شیلدینگ، آرایش سیم‌ها و نحوه اتصال زمین تجهیزات نیز وابسته است.

۴. کمک به افزایش پایداری عملکرد تجهیزات حساس

در محیط‌های صنعتی، اختلالات الکتریکی می‌توانند باعث ریست‌شدن کنترلرها، توقف فرایندها یا ایجاد خطا در تجهیزات اندازه‌گیری شوند. طراحی صحیح سیستم ارت، هم‌بندی و حفاظت در برابر اضافه‌ولتاژ می‌تواند بخشی از راهکار کاهش این مشکلات باشد.

بااین‌حال، اگر منشأ مشکل افت ولتاژ، کیفیت نامناسب برق، هارمونیک‌ها یا تداخل الکترومغناطیسی باشد، باید عامل اصلی شناسایی و راهکار متناسب با آن انتخاب شود. سیستم ارت به‌تنهایی برای رفع تمام این اختلالات کافی نیست.

آیا ارت الکترونیکی برای همه تجهیزات مناسب است؟

خیر. انتخاب تجهیزات ارت باید بر اساس شرایط واقعی پروژه انجام شود. نوع شبکه برق، مشخصات بار، شرایط خاک، جریان اتصال کوتاه احتمالی، الزامات استاندارد و نوع حفاظت موردنیاز، همگی در تصمیم‌گیری مؤثر هستند.

برای مثال، نیازهای حفاظتی یک تابلو برق صنعتی با نیازهای یک مرکز داده یا سامانه مخابراتی حساس یکسان نیست. در برخی پروژه‌ها، تمرکز اصلی بر ایمنی در برابر خطای الکتریکی است؛ در برخی دیگر، حفاظت در برابر صاعقه، اضافه‌ولتاژهای گذرا یا کنترل اختلاف پتانسیل اهمیت بیشتری دارد.

پیش از انتخاب دستگاه، باید مشخص شود که هدف اصلی پروژه چیست و تجهیز موردنظر دقیقاً چه عملکردی را ارائه می‌کند. بررسی مستندات فنی سازنده و تطبیق آن‌ها با الزامات طراحی، از تصمیم‌گیری صرفاً بر اساس نام تجاری یا تبلیغات جلوگیری می‌کند.

تفاوت ارت الکترونیکی با چاه ارت سنتی

یکی از پرسش‌های رایج در پروژه‌های برق، امکان استفاده از ارت الکترونیکی به‌جای چاه ارت است. پاسخ این سؤال به ماهیت محصول، طراحی سیستم و الزامات ایمنی بستگی دارد.

چاه ارت یا الکترود زمین، بخشی از سامانه اتصال زمین است که برای برقراری ارتباط الکتریکی با خاک به کار می‌رود. عملکرد آن به عواملی مانند نوع و رطوبت خاک، مقاومت ویژه زمین، جنس و ابعاد الکترود و شرایط نصب وابسته است.

در مقابل، اصطلاح ارت الکترونیکی ممکن است به تجهیزات یا فناوری‌های متفاوتی اشاره داشته باشد. بنابراین، نمی‌توان بدون بررسی مشخصات فنی و تأیید انطباق با استانداردهای مربوط، آن را جایگزین مستقیم هر نوع الکترود زمین یا چاه ارت دانست.

برای بررسی دقیق‌تر این موضوع، پیشنهاد می‌شود مقاله آیا می‌توان ارت الکترونیکی را جایگزین چاه ارت کرد؟ بررسی کامل مزایا و معایب را نیز مطالعه کنید. این موضوع به‌ویژه برای پروژه‌هایی اهمیت دارد که محدودیت فضا، شرایط نامناسب خاک یا الزامات خاص اجرایی دارند.

هنگام خرید دستگاه ارت الکترونیکی به چه نکاتی توجه کنیم؟

اگر قصد خرید دستگاه ارت الکترونیکی را دارید، بهتر است پیش از انتخاب محصول، موارد زیر را بررسی کنید:

    کاربرد دستگاه: مشخص کنید تجهیز برای چه نوع پروژه‌ای و با چه هدف حفاظتی استفاده خواهد شد.

    مشخصات فنی: اطلاعات مستند مربوط به عملکرد، محدودیت‌ها و شرایط نصب محصول را بررسی کنید.

    استانداردها و تأییدیه‌ها: انطباق محصول و طراحی پیشنهادی با استانداردهای مرتبط را ارزیابی کنید.

    سازگاری با سیستم موجود: نوع شبکه برق، تجهیزات حفاظتی، هادی‌های حفاظتی و سامانه اتصال زمین باید در طراحی نهایی لحاظ شوند.

    شرایط محیطی: رطوبت، دما، نوع خاک، خوردگی و شرایط نصب ممکن است بر انتخاب تجهیزات تأثیر بگذارند.

    امکان بازرسی و نگهداری: دسترسی برای بررسی اتصالات و انجام آزمون‌های دوره‌ای باید در نظر گرفته شود.

انتخاب درست، تنها به خرید یک تجهیز محدود نمی‌شود؛ بلکه نیازمند بررسی عملکرد آن در کل سامانه حفاظت الکتریکی است.

آیا ارت الکترونیکی به‌تنهایی از آسیب‌های الکتریکی جلوگیری می‌کند؟

خیر. هیچ سیستم ارتی را نمی‌توان به‌تنهایی راهکاری قطعی برای جلوگیری از تمام آسیب‌های ناشی از نوسانات برق، صاعقه و اضافه‌ولتاژ در نظر گرفت.

یک راهکار حفاظتی مؤثر معمولاً از چند بخش تشکیل می‌شود:

۱. سیستم اتصال زمین و هم‌بندی مطابق الزامات طراحی؛

۲. تجهیزات حفاظت در برابر اضافه‌ولتاژ متناسب با سطح خطر؛

۳. حفاظت در برابر اضافه‌جریان و خطاهای الکتریکی؛

۴. استفاده از تثبیت‌کننده ولتاژ یا تجهیزات اصلاح کیفیت برق، در صورت نیاز؛

۵. بازرسی، آزمون و نگهداری دوره‌ای سیستم.

هماهنگی میان این اجزا اهمیت زیادی دارد. برای نمونه، در یک پروژه با خطر صاعقه، ارزیابی سامانه حفاظت در برابر صاعقه و هماهنگی آن با SPD و سیستم اتصال زمین ضروری است. در مقابل، اگر مشکل اصلی نوسان مداوم ولتاژ شبکه باشد، باید وضعیت منبع تغذیه و نیاز به تجهیزات تثبیت ولتاژ نیز بررسی شود.

جمع‌بندی

ارت الکترونیکی، بسته به فناوری و مشخصات محصول، می‌تواند در برخی راهکارهای مرتبط با اتصال زمین و حفاظت الکتریکی کاربرد داشته باشد. بااین‌حال، حفاظت مؤثر از تجهیزات در برابر نوسانات و اضافه‌ولتاژ به شناخت نوع اختلال، طراحی صحیح سیستم ارت، انتخاب تجهیزات حفاظتی مناسب و رعایت الزامات فنی وابسته است.

پیش از خرید، بهتر است مشخصات دستگاه با نیاز پروژه تطبیق داده شود و از جایگزین‌کردن تجهیزات بدون ارزیابی فنی خودداری کنید. برای آشنایی با گزینه‌های موجود و بررسی محصولات مرتبط، می‌توانید به صفحه دستگاه‌های ارت الکترونیکی سانا صنعت مراجعه کنید.