زمین کردن

ارتینگ (Earthing) یا گراندینگ (Grounding) فرآیندی است که طی آن تخلیه‌ی آنی و مستقیم انرژی الکتریکی به زمین انجام می‌گیرد. در این فرآیند، مسیر جریان از طریق هادی‌ای با مقاومت بسیار کم فراهم می‌شود تا انتقال بارهای الکتریکی به جرم عظیم و خنثی زمین به‌طور کامل صورت گیرد. این عمل معمولاً با اتصال فیزیکی بخش‌های غیرجاری تجهیزات الکتریکی، مانند قاب یا بدنه‌ی فلزی دستگاه‌ها، یا نقطه‌ی نول سیستم تغذیه به زمین انجام می‌شود. در سیستم‌های الکتریکی، این اتصال از طریق میله‌ها، صفحات یا شبکه‌های فلزی که در عمق مشخصی از خاک دفن شده‌اند برقرار می‌گردد. این هادی‌ها توسط سیم‌های ضخیم و کم‌مقاومت به تجهیزات متصل می‌شوند تا در صورت بروز هرگونه اختلاف پتانسیل یا تجمع بار الکتریکی، انرژی اضافی بتواند به‌سرعت به زمین منتقل شود. به این ترتیب، زمین به عنوان یک مرجع طبیعی پتانسیل الکتریکی عمل کرده و امکان تخلیه‌ی بارها را از بخش‌های مختلف مدار فراهم می‌کند. زمین، به دلیل آن‌که رسانای خوبی برای جریان برق است، مسیر مناسبی برای عبور الکترون‌هایی فراهم می‌کند که از عایق دستگاه خارج می‌شوند. علاوه بر این، ابعاد عظیم زمین امکان تخلیه‌ی ایمن بار الکتریکی را فراهم می‌سازد و از تجمع خطرناک جریان جلوگیری می‌کند. همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، ارتینگ مسیر ساده‌ای برای عبور جریان نشتی فراهم می‌کند؛ یعنی جریانی که در صورت وجود نقص در عایق، از دستگاه خارج می‌شود. جریان اتصال کوتاه (که همیشه مسیر با کمترین مقاومت را انتخاب می‌کند) از طریق زمین — که دارای پتانسیل صفر است — عبور می‌کند و به این ترتیب از آسیب دیدن سیستم‌ها و تجهیزات الکتریکی جلوگیری می‌شود.

2.چرا ارتینگ ضروری است؟

سه دلیل اصلی وجود دارد که بر اساس آن‌ها تمام دستگاه‌های الکتریکی باید به زمین متصل شوند:

1.2.ایمنی انسان :

دستگاهی که به‌درستی ارت شده باشد، هیچ جریانی را به بیرون نشت نمی‌دهد. این موضوع باعث می‌شود در صورت بروز هرگونه نقص یا خرابی داخلی در دستگاه، انسان دچار برق‌گرفتگی نشود.

در صورت بروز اتصال بدنه (مثلاً تماس سیم فاز با بدنه‌ی فلزی دستگاه)، اگر مسیر ارت استاندارد وجود نداشته باشد، بدنه می‌تواند برق‌دار شود و هنگام لمس دستگاه، بدن انسان به مسیر برگشت جریان خطا تبدیل می‌شود. این جریانِ عبوری از بدن می‌تواند باعث شوک الکتریکی و آسیب جدی یا حتی مرگ شود. وجود ارت با مقاومت کم، جریان خطا را از مسیر امن به زمین منتقل می‌کند و باعث می‌شود تجهیزات حفاظتی مانند فیوز/کلید محافظ‌جان (RCD) سریع‌تر عمل کرده و خطر برق‌گرفتگی کاهش یابد.

\[(1)\]

2.2.ایمنی تجهیزات الکتریکی:

ارتینگ موجب پایداری و ثبات عملکرد تجهیزات الکترونیکی می‌شود. این سیستم از بروز جریان بیش از حد (Over-current) یا ولتاژ اضافی (Over-voltage) در دستگاه‌ها جلوگیری می‌کند. در صورت افزایش بیش از اندازه‌ی ولتاژ، امکان دارد دستگاه به دلیل افزایش حرارت، خودبه‌خود دچار احتراق شود؛ بنابراین از نظر فنی، ارتینگ را می‌توان یک اقدام پیشگیرانه در برابر آتش‌سوزی نیز دانست.

در تابلوها و تجهیزات صنعتی، سیم‌های ارت (سبز-زرد) به شینه یا بدنه فلزی متصل می‌شوند تا همه‌ی قسمت‌های فلزی در یک پتانسیل قرار بگیرند (هم‌بندی). این کار باعث می‌شود در رخداد اتصال بدنه یا نشتی، جریان خطا از یک مسیر کم‌امپدانس عبور کند و به جای آسیب‌زدن به تجهیزات یا ایجاد جرقه، سریعاً باعث قطع شدن مدار توسط حفاظت‌ها شود. همچنین ارت مناسب می‌تواند اثر نویز و اضافه‌ولتاژهای گذرا را کمتر کرده و پایداری عملکرد تجهیزات الکترونیکی را افزایش دهد.

\[(2)\]

3.2.محافظت از ساختمان‌ها در برابر صاعقه:

جالب است بدانید که علاوه بر وسایل برقی، سازه‌های بزرگ مانند آسمان‌خراش‌ها نیز به زمین متصل می‌شوند. در این موارد، ارتینگ به صورت صاعقه‌گیر (Lightning Arrestor) انجام می‌شود که در بالاترین نقطه‌ی ساختمان نصب شده و از طریق سیم یا صفحه‌ی رسانا به زمین متصل است. در صورتی که صاعقه به ساختمان اصابت کند، میله‌ی مسی صاعقه‌گیر بار عظیم الکتریکی را جذب کرده و از طریق مسیر رسانا به زمین منتقل می‌کند، در نتیجه از آسیب دیدن سازه و خطر برای ساکنان آن جلوگیری می‌شود.

در برخورد صاعقه، انرژی بسیار بزرگی وارد سازه می‌شود. وجود صاعقه‌گیر (Lightning Rod) و سیم نزولی، جریان صاعقه را به سمت سیستم ارت هدایت می‌کند تا انرژی آن به‌صورت کنترل‌شده در زمین تخلیه شود. اگر این مسیر استاندارد نباشد، جریان می‌تواند از مسیرهای ناخواسته داخل ساختمان عبور کرده و باعث آتش‌سوزی، آسیب سازه، تخریب تجهیزات برقی و ایجاد ولتاژهای خطرناک شود. ارتینگ مناسب، ریسک جرقه‌های جانبی (Side Flash) و خسارت‌های سنگین ناشی از صاعقه را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

\[(3)\]

3.انواع روش‌های ارتینگ

1.3.ارتینگ صفحه‌ای (Plate Earthing):

در این روش، صفحه‌ای از مس یا آهن گالوانیزه به‌صورت عمودی درون زمین قرار داده می‌شود. این چاه ارت معمولاً بیش از ۱۰ فوت عمق دارد. در اطراف صفحه، لایه‌هایی از زغال‌چوب (charcoal) و نمک (salt) به‌صورت متناوب ریخته می‌شود تا رسانایی بین صفحه و خاک افزایش یابد.

در روش ارت صفحه‌ای، یک صفحه فلزی (معمولاً مسی یا گالوانیزه) در عمق مناسب خاک دفن می‌شود و به هادی ارت متصل می‌گردد. اطراف صفحه با موادی مثل ذغال، نمک و ماسه پر می‌شود تا مقاومت ویژه خاک کاهش پیدا کند و تماس الکتریکی با زمین بهتر شود. همچنین با لوله‌ی آب‌ریز (Funnel/Pipe) رطوبت اطراف الکترود حفظ می‌شود، چون رطوبت یکی از عوامل اصلی کاهش مقاومت ارت است. این روش برای مکان‌هایی که خاک مقاومت بالایی دارد یا نیاز به ارت پایدارتر است، کاربرد زیادی دارد.

\[(4)\]

2.3.ارتینگ لوله‌ای (Pipe Earthing):

در این روش، از لوله‌ای فولادی گالوانیزه (G.I. Pipe) استفاده می‌شود که در خاک قرار داده می‌شود. روی این لوله سوراخ‌هایی برای اتصال سیم‌های ارت تعبیه می‌شود تا جریان به‌راحتی به زمین منتقل گردد. طول و قطر لوله بسته به نوع خاک و مشخصات سیستم الکتریکی متفاوت است. همانند روش ارتینگ صفحه‌ای، در روش ارتینگ لوله‌ای نیز از ترکیب زغال‌چوب و نمک استفاده می‌شود. این ترکیب باعث افزایش رسانایی بین فلز و خاک می‌شود و انتقال جریان به زمین را آسان‌تر می‌سازد. در میان تمامی روش‌ها، ارتینگ لوله‌ای (Pipe Earthing) رایج‌ترین و پرکاربردترین روش ارتینگ در تأسیسات خانگی و صنعتی به شمار می‌رود.

یک لوله فلزی (معمولاً مسی یا گالوانیزه) به صورت عمودی در زمین کوبیده می‌شود تا به لایه‌های مرطوب‌تر خاک برسد و مسیر تخلیه جریان خطا فراهم شود. در تصویر، اتصال سیم ارت به میله با کلمپ مخصوص ارت انجام شده که باید محکم، بدون زنگ‌زدگی و با سطح تماس مناسب باشد.

\[(5)\]

3.3.ارتینگ میله‌ای (Rod Earthing):

این روش تقریباً مشابه ارتینگ لوله‌ای است، با این تفاوت که در اینجا به جای لوله، از میله‌ای از جنس مس یا آهن گالوانیزه استفاده می‌شود. این میله‌ها در واقع الکترودهایی هستند که درون خاک فرو برده می‌شوند تا مقاومت الکتریکی زمین تا حد مطلوب کاهش یابد. تعداد و طول این میله‌ها می‌تواند بسته به شرایط خاک، میزان رطوبت، و مقاومت ویژه‌ی زمین تغییر کند. ارتینگ میله‌ای به دلیل سادگی اجرا، هزینه‌ی پایین و کارایی مناسب، در سیستم‌های حفاظتی کوچک و شبکه‌های توزیع برق بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.

عملکردی مشابه لوله ای با جنس میله متفاوت

\[(6)\] \[R = \frac{\rho}{2 \pi L} \ln\left(\frac{4L}{d}\right)\] \[(1)\]

###### هرچه طول میله ($L$) افزایش پیدا کند یا قطر میله (d) کم شود یا مقاومت ویژه‌ی خاک ($\rho$) کاهش پیدا کند (خاک رساناتر باشد)، مقاومت زمین ($R$) کم می‌شود.کاهش مقاومت زمین (پایین آمدن $R$) نشونه‌ی عملکرد بهتر سیستم ارتینگ است، چون جریان نشتی سریع‌تر و ایمن‌تر به زمین منتقل می‌شود.به همین دلیل، در مناطقی که خاک خشک یا مقاومت بالایی دارد، از چند میله‌ی موازی (برای افزایش سطح تماس موثر) یا مواد بهبود دهنده خاک (مثل بنتونیت یا نمک، که $\rho$ را کم می‌کنند) استفاده می‌شود تا مسیر تخلیه جریان مؤثرتر بشود.

4.3.روش ارتینگ از طریق لوله‌ی آب (Water Main Method):

در این روش، از لوله‌های اصلی آب‌رسانی (Water Mains) که معمولاً از فولاد گالوانیزه (GI Pipes) ساخته شده‌اند، برای ایجاد اتصال زمین استفاده می‌شود. این لوله‌ها درون زمین دفن می‌شوند و به وسیله‌ی بست‌های مخصوص ارتینگ (Earthing Clamps) به سیستم ارت متصل می‌گردند. بست‌های ارت باعث می‌شوند اتصال الکتریکی میان سیم ارت و لوله با حداقل مقاومت ممکن برقرار شود. به‌دلیل اینکه لوله‌های آب معمولاً در عمق زمین قرار دارند و تماس گسترده‌ای با خاک مرطوب دارند، مقاومت زمین در این روش به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد. روش Water Main Earthing در گذشته به‌ویژه در ساختمان‌های قدیمی و شبکه‌های شهری کاربرد زیادی داشت، زیرا از زیرساخت موجود لوله‌کشی برای ارتینگ استفاده می‌کرد. اما در سیستم‌های مدرن، به‌دلیل احتمال تعویض یا قطع لوله‌های آب، این روش به‌صورت محدود و با احتیاط مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هادی ارت با کلمپ به لوله آب فلزی متصل می‌شود تا از مسیر لوله و تماس آن با زمین برای تخلیه جریان استفاده گردد. این روش فقط زمانی قابل قبول است که لوله‌کشی فلزی، پیوسته و دارای اتصال مطمئن به زمین باشد. با این حال، در بسیاری از ساختمان‌ها به دلیل استفاده از لوله‌های پلاستیکی یا اتصالات غیرپیوسته، اتکا به لوله آب به‌تنهایی مطمئن نیست. بنابراین معمولاً این اتصال بیشتر به‌عنوان هم‌بندی (Bonding) و هم‌پتانسیل‌سازی استفاده می‌شود تا اختلاف ولتاژ خطرناک بین لوله‌ها و بدنه تجهیزات کاهش یابد.

\[(7)\]

4.عوامل موثر بر نصب ارتینگ

نوع خاک: نوع خاک از عوامل حیاتی برای تعیین اثر بخشی ارتینگ است. عواملی مانند مقاومت زمین، میزان رطوبت خاک، وجود نمک‌ها و مواد معدنی در خاک نقش بسزایی در انتخاب روش و نحوه نصب ارتینگ دارند.

ترکیب خاک: ترکیب خاک نیز بسیار مهم است. به عنوان مثال، خاک‌های سنگی باید نسبت به خاک‌های مرطوب یا خاک‌های شنی به شیوه‌ای متفاوت برای نصب ارتینگ آماده شوند. نوع خاک تعیین می‌کند که آیا از میله، لوله، صفحه یا ترکیبی از آن‌ها برای کاهش مقاومت زمین استفاده شود یا خیر.

موقیعت چاه ارت: محل قرارگیری چاه ارت نیز برای تعیین نحوه اجرای نصب اهمیت دارد. وجود موانع زیرزمینی مانند بسترهای سنگی یا لوله‌های دیگر می‌تواند بر روند نصب و کارایی سیستم ارتینگ اثر بگذارد.

5.ابزار و تجهیزات مرتبط با ارتینگ

1.5.ابزار اندازه‌گیری و تست:

• میگر (Megger): میگر برای تست مقاومت عایق کابل‌ها و تجهیزات قبل از اتصال به زمین استفاده می‌شود. این تست از اهمیت بالایی برخوردار است، چون اطمینان حاصل می‌کند که هیچ نشتی جریان وجود ندارد و اتصال به زمین ایمن خواهد بود. در واقع، میگر یک ولتاژ بالا تولید می‌کند و مقاومت عایق را اندازه می‌گیرد؛ اگر مقاومت پایین باشد، ممکن است اتصال زمین ناقص باشد یا خطر برق‌گرفتگی وجود داشته باشد.

• ارت تستر (Earth Tester): این ابزار برای اندازه‌گیری مقاومت اتصال به زمین کاربرد دارد. ارت تستر معمولاً به صورت ۲، ۳ یا ۴ سیمه عمل می‌کند و با آن می‌توان مطمئن شد که سیستم ارتینگ مقاومت کافی دارد. مقاومت پایین زمین نشان‌دهنده‌ی هدایت مناسب و ایمنی بالا است. این تست باید بعد از نصب ارت و قبل از راه‌اندازی تجهیزات انجام شود.

• مولتی‌متر (Multimeter): مولتی‌متر برای اندازه‌گیری ولتاژ و جریان نشتی قبل و بعد از ارتینگ استفاده می‌شود. این ابزار ساده ولی ضروری، می‌تواند نشان دهد که آیا جریان ناخواسته‌ای از بدنه تجهیزات به زمین می‌رود یا خیر، و به ایمنی سیستم کمک می‌کند.

• تستر دستبند و کف بند ESD: این ابزار برای اطمینان از اتصال صحیح دستبند یا Foot Strap به زمین استفاده می‌شود. این تستر معمولاً با یک سیگنال کوچک مقاومت بدن یا اتصال، سلامت اتصال را بررسی می‌کند و از خطر تخلیه الکترواستاتیک جلوگیری می‌کند.

ابزار اندازه‌گیری و تست

\[(8)\]

2.5.ابزار نصب و اتصال به زمین:

• میله یا الکترود مسی / فولادی: این میله‌ها یا الکترودها برای اتصال سیستم به زمین استفاده می‌شوند و معمولاً طولی بین ۲ تا ۳ متر دارند. آن‌ها در خاک یا بتن قرار می‌گیرند تا جریان نشتی تجهیزات به زمین هدایت شود.

• صفحه یا شبکه مسی (Earth Plate/Grid): در سیستم‌های بزرگ صنعتی یا پست‌های فشار قوی، استفاده از یک شبکه یا صفحه مسی در سطح زمین، باعث پراکندگی بهتر جریان و کاهش مقاومت زمین می‌شود. این شبکه‌ها معمولاً در عمق مشخصی دفن می‌شوند و چندین نقطه اتصال برای کابل‌های ارت دارند.

• کابل مسی یا کابل ارت: این کابل‌ها وظیفه‌ی انتقال جریان از تجهیزات به زمین را دارند. مقطع کابل بسته به جریان نشتی و فاصله از میله زمین انتخاب می‌شود، معمولاً بین ۶ تا ۳۵ میلی‌متر مربع. کابل‌ها باید بدون شکستگی یا خوردگی باشند و مسیرشان کوتاه و مستقیم باشد.

• کلمپ و بست اتصال ارت: برای اتصال محکم کابل به میله یا شبکه زمین استفاده می‌شوند. اتصال باید محکم و بدون لرزش باشد تا در طول زمان دچار خوردگی یا شل شدگی نشود.

• زنجیر یا سیم آویز (Grounding Chain): این ابزار برای اتصال بردها یا سینی حامل بردها به زمین هنگام حمل یا جا به جایی قطعات حساس استفاده می‌شود. زنجیر باعث می‌شود بار الکترواستاتیک بدن یا تجهیزات به زمین منتقل شود و آسیبی به قطعات حساس وارد نشود.

در تجهیزات متحرک (مثل ترولی‌ها، لیفتراک‌ها یا تانکرها)، به‌دلیل حرکت روی زمین و اصطکاک چرخ‌ها با سطح، الکتریسیته ساکن روی بدنه جمع می‌شود. اگر این بار الکتریکی تخلیه نشود، ممکن است هنگام تماس انسان یا نزدیک شدن به اجسام فلزی، جرقه (Spark) ایجاد شود که در محیط‌های حساس می‌تواند باعث آسیب به تجهیزات یا حتی خطر آتش‌سوزی شود. زنجیر ارت با ایجاد تماس پیوسته با زمین، بار ساکن را به‌صورت تدریجی تخلیه می‌کند و باعث کاهش اختلاف پتانسیل بدنه با زمین و افزایش ایمنی در محیط‌های صنعتی و قابل اشتعال می‌شود.

\[(9)\]

3.5.ابزار ایمنی فردی:

• دستکش عایق برق: برای حفاظت از کارکنان هنگام تست یا اتصال به زمین استفاده می‌شود. این دستکش‌ها معمولاً از لاستیک یا مواد عایق دیگر ساخته می‌شوند و از شوک‌های ناخواسته جلوگیری می‌کنند.

• کفش ایمنی عایق برق: این کفش‌ها مخصوص محیط‌های صنعتی هستند و از تماس پا با جریان نشتی یا زمین‌های غیر ایمن جلوگیری می‌کنند. استفاده از کفش عایق در محیط‌های با تجهیزات صنعتی الزامی است.

• کلاه و لباس ایمنی: مخصوص محیط‌های با ولتاژ بالا یا کار در ارتفاع است. این تجهیزات از برخورد اجسام و تماس ناخواسته با تجهیزات برق جلوگیری می‌کنند.

• دستبند ارت (Wrist Strap / ESD Wrist Strap): این دستبند برای زمین کردن بدن هنگام کار با قطعات حساس استفاده می‌شود. این دستبند بار الکترواستاتیک بدن را به زمین منتقل می‌کند و مانع آسیب به ICها و دیگر قطعات حساس می‌شود.

در محیط‌های الکترونیکی و کار با بردها و قطعات حساس (مثل IC، میکروکنترلر و ماژول‌ها)، بدن انسان می‌تواند به دلیل اصطکاک لباس و حرکت، بار الکتریسیته ساکن جمع کند. این بار ممکن است هنگام لمس قطعات، به صورت یک تخلیه ناگهانی (ESD) منتقل شود و باعث خرابی یا آسیب پنهان در مدار شود. دستبند آنتی‌استاتیک با اتصال بدن به زمین (معمولاً از طریق گیره به میز یا نقطه ارت)، بار ساکن را به‌صورت کنترل‌شده تخلیه می‌کند و از آسیب به تجهیزات الکترونیکی جلوگیری می‌نماید.

\[(10)\]

• پابند ارت (Foot Strap / ESD Foot Strap): مشابه دستبند است ولی برای زمانی که فرد ایستاده روی زمین صنعتی کار می‌کند استفاده می‌شود. این ابزار تضمین می‌کند که بدن کاربر همیشه به زمین متصل باشد و بار الکترواستاتیک تخلیه شود.

در محیط‌هایی که افراد زیاد حرکت می‌کنند (مانند خطوط مونتاژ، کارخانه‌های الکترونیک و اتاق‌های تمیز)، الکتریسیته ساکن به‌طور مداوم روی بدن و کفش ایجاد می‌شود. بند پاشنه آنتی‌استاتیک با ایجاد تماس رسانا بین بدن، کفش و زمین (معمولاً همراه با کفپوش رسانا/آنتی‌استاتیک)، بار ساکن را هنگام راه رفتن تخلیه می‌کند. این ابزار باعث کاهش خطر جرقه‌های الکتروستاتیکی و جلوگیری از آسیب به قطعات حساس و همچنین افزایش ایمنی در محیط‌های قابل اشتعال می‌شود.

\[(11)\]

6.نکات کلیدی برای ایمنی و کارایی ارتینگ:

۱. مقاومت زمین باید پایین باشد، معمولاً کمتر از ۱۰ اهم، تا جریان نشتی به راحتی به زمین منتقل شود.

۲. اتصالات باید محکم، بدون خوردگی و کوتاه باشند تا از افزایش مقاومت جلوگیری شود.

۳. تست و نگهداری دوره‌ای ارتینگ بسیار مهم است و باید به صورت منظم انجام شود.

۴. در محیط‌های ESD، استفاده همزمان دستبند، Foot Strap و زنجیر آویز بردها الزامی است تا از تخلیه الکترواستاتیک و آسیب به قطعات جلوگیری شود.

۵. در سیستم‌های بزرگ، شبکه یا صفحه مسی دفن شده باعث پراکندگی بهتر جریان و کاهش مقاومت می‌شود.

۶. استفاده از ابزارهای اندازه‌گیری قبل از نصب تجهیزات و پس از آن، تضمین می‌کند که سیستم ارتینگ کامل و ایمن است.

7.ارتینگ از دیدگاه صنعت‌کاران:

صنعت‌کاران و تکنسین‌های فعال در بخش‌های الکتریکی و صنعتی، ارتینگ را نه فقط یک الزام استاندارد، بلکه یک ابزار حیاتی برای ایمنی و کارایی می‌بینند. دیدگاه آن‌ها معمولاً عملی و مبتنی بر تجربه است:

۱. ایمنی کارکنان در اولویت است: برای صنعت‌کاران، اصلی‌ترین مزیت ارتینگ، حفاظت از جان انسان‌هاست. آن‌ها می‌دانند که حتی یک نقص کوچک در عایق تجهیزات می‌تواند منجر به برق‌گرفتگی یا آسیب شدید شود، بنابراین همیشه توجه ویژه‌ای به اتصال درست به زمین دارند.

۲. حفاظت تجهیزات گران‌قیمت: صنعت‌کاران می‌دانند که تجهیزات صنعتی، موتورها، ترانسفورماتورها و سیستم‌های کنترل، بسیار حساس و هزینه‌بر هستند. ارتینگ مسیر ایمن برای جریان‌های اضافی و نشتی ایجاد می‌کند و از سوختن و خرابی تجهیزات جلوگیری می‌کند، که به معنی کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری است.

۳. تضمین عملکرد صحیح سیستم‌ها: در صنایع، سیستم‌های اتوماسیون، ماشین‌آلات CNC و تابلوهای برق نیازمند سیگنال‌های پایدار و بدون نویز هستند. تجربه صنعت‌کاران نشان داده است که اتصال زمین صحیح، ثبات و دقت تجهیزات را تضمین می‌کند و اختلالات ناشی از اختلاف پتانسیل را کاهش می‌دهد.

۴. پیشگیری از حوادث و آتش‌سوزی: صنعت‌کاران می‌دانند که نشت جریان می‌تواند باعث جرقه یا حرارت اضافی شود و خطر آتش‌سوزی ایجاد کند. ارتینگ به عنوان یک خط دفاعی عمل می‌کند و جریان خطرناک را به زمین هدایت می‌کند، بنابراین امنیت محیط کار را افزایش می‌دهد.

۵. نصب و نگهداری عملی و سریع: از نگاه صنعت‌کاران، ارتینگ باید ساده، سریع و قابل اطمینان باشد. روش‌هایی مانند میله‌ای، لوله‌ای یا صفحه‌ای، بسته به نوع خاک و شرایط محیطی انتخاب می‌شوند و اهمیت عملیاتی بودن سیستم بسیار بالاست.

۶. ارتینگ به عنوان تجربه عملی و فرهنگ کاری: در بسیاری از صنایع، تجربه‌های سال‌ها کار با تجهیزات برقی باعث شده است که ارتینگ به یک فرهنگ کاری استاندارد تبدیل شود. صنعت‌کاران حرفه‌ای، همیشه پیش از راه‌اندازی تجهیزات، از اتصال صحیح ارتینگ اطمینان حاصل می‌کنند و این را بخشی از عادت کاری و ایمنی صنعتی می‌دانند.

8.ارتینگ از دید مهندسان

1.8.مهندسان برق

برای مهندسان برق، ارتینگ بخش جدایی‌ناپذیر ایمنی و عملکرد سیستم‌های الکتریکی است. نقش آن شامل:

• ایمنی افراد: جلوگیری از برق‌گرفتگی در صورت تماس با بدنه‌های فلزی تجهیزات.

• حفاظت تجهیزات: تخلیه جریان‌های خطا به زمین تا آسیبی به قطعات وارد نشود.

• پایداری ولتاژ سیستم: ایجاد مرجع ولتاژ ثابت برای سیستم.

• کاهش نویز و تداخل الکترومغناطیسی: به‌ویژه در مدارات حساس و مخابراتی.

انواع ارتینگ از دید مهندسان برق شامل ارت حفاظتی، ارت عملکردی و ارت صاعقه‌گیر است.

2.8.مهندسان عمران

مهندسان عمران بیشتر بر طراحی و اجرای فیزیکی سیستم ارتینگ تمرکز دارند:

• انتخاب محل مناسب چاه ارت با خاک مرطوب و غیرسنگی.

• طراحی ابعاد چاه و الکترودها (میله‌ای، صفحه‌ای یا مش‌بندی).

• کنترل مقاومت خاک و استفاده از مواد بهبوددهنده مانند بنتونیت یا نمک.

• اطمینان از دوام بلندمدت و جلوگیری از خوردگی الکترودها.

3.8.مهندسان مکانیک

مهندسان مکانیک در پروژه‌های صنعتی با ارتینگ سر و کار دارند تا ایمنی تجهیزات و سازه‌ها حفظ شود:

• اتصال فلزات بدنه موتورها، پمپ‌ها و ماشین‌آلات به زمین.

• کاهش الکتریسیته ساکن در خطوط انتقال مواد یا سوخت.

• ایجاد شرایط ایمن در محیط‌های قابل اشتعال برای جلوگیری از جرقه.

4.8.مهندسان مدار و طراحان الکتریکی

ایمنی مدار:

• ارتینگ مسیر امنی برای جریان‌های نشتی یا اتصال کوتاه فراهم می‌کند.

• وقتی بدنه یا قسمتی از مدار دچار اتصال با فاز یا ولتاژ بالا شود، جریان خطا مستقیماً به زمین هدایت می‌شود.

• این باعث می‌شود کلیدهای حفاظتی یا فیوزها سریع مدار را قطع کنند و آسیب به مدار و انسان جلوگیری شود.

در این حالت، به‌دلیل اتصال اتفاقی سیم فاز (Hot) به بدنه فلزی دستگاه، بدنه نسبت به زمین دارای ولتاژ می‌شود. چون مسیر مطمئنی برای تخلیه جریان به زمین وجود ندارد، بدنه در حالت برق‌دار باقی می‌ماند و هنگام تماس انسان با دستگاه، جریان از بدن به سمت زمین عبور می‌کند و خطر برق‌گرفتگی ایجاد می‌شود. وجود سیستم ارت استاندارد (اتصال بدنه به زمین) باعث می‌شود در چنین خطایی، جریان از مسیر کم‌مقاومت ارت عبور کند و فیوز/کلید محافظ‌جان سریعاً مدار را قطع کند؛ در نتیجه اختلاف ولتاژ خطرناک روی بدنه کاهش یافته و ایمنی افزایش می‌یابد.

\[(12)\]

مرجع ولتاژ پایدار:

• بسیاری از مدارها به یک نقطه مرجع با پتانسیل صفر نیاز دارند.

• ارتینگ نقطه نول یا زمین مدار را مشخص می‌کند تا ولتاژها نسبت به آن اندازه‌گیری و کنترل شوند.

• بدون این مرجع، ولتاژها ممکن است شناور باشند و مدار به‌درستی کار نکند.

حفاظت از قطعات حساس:

• ولتاژهای اضافی، نوسان‌های شدید یا صاعقه می‌توانند قطعات مدار را خراب کنند.

• ارتینگ مسیر تخلیه این اضافه ولتاژها به زمین را فراهم می‌کند و از آسیب به قطعات جلوگیری می‌کند

کاهش نویز و تداخل:

• زمین کردن مدار باعث کاهش نویز و تداخل الکترومغناطیسی می‌شود.

• این موضوع به‌ویژه در مدارهای دیجیتال، مخابراتی و مدارهای اندازه‌گیری حساس اهمیت دارد.

حفظ عملکرد مدار:

• با تخلیه جریان‌های ناخواسته و ایجاد مرجع ولتاژ پایدار، عملکرد مدار بهینه می‌شود.

• سیگنال‌ها دقیق‌تر و مدارها پایدارتر عمل می‌کنند.

\[Z = \sqrt{R^2 + (2 \pi f L)^2}\] \[(2)\]

از آنجا که در فرکانس‌های بالا ($f$)، امپدانس مسیر ارت ($Z$) — که ترکیبی از مقاومت خالص ($R$) و راکتانس القایی ناشی از اندوکتانس ($L$) است — به دلیل افزایش چشمگیر جزء القایی، افزایش می‌یابد و منجر به تأخیر در تخلیه‌ی جریان خطا می‌گردد، لذا در طراحی سیستم‌های ارتینگ حرفه‌ای، مسیر اتصال باید تا حد امکان کوتاه، مستقیم و بدون حلقه انتخاب شود تا اندوکتانس ($L$) و متعاقباً امپدانس ($Z$) کاهش یابد و تخلیه‌ی جریان به صورت سریع‌تر و ایمن‌تر صورت پذیرد.

9.کنترل ESD در صنایع پیشرفته و ناسا

در صنایع هوافضا، کنترل تخلیه‌ی الکترواستاتیکی (ESD) یکی از مهم‌ترین الزامات کیفی و ایمنی محسوب می‌شود، زیرا حتی مقدار بسیار ناچیزی از بار الکتریکی می‌تواند موجب آسیب به مدارها و تجهیزات حساس شود و تفاوت میان موفقیت یا شکست یک مأموریت فضایی را رقم بزند. بر اساس سیاست کاری ناسا، رعایت کنترل ESD بخش جدایی‌ناپذیر از فرآیندهای کاری است و تمام اپراتورها موظف‌اند پیش از ورود به مناطق محافظت‌شده در برابر ESD (EPA) یا نزدیک شدن به قطعات حساس (در فاصله‌ی کمتر از یک متر)، از عملکرد صحیح سیستم‌های اتصال به زمین شخصی مانند دست‌بندها یا بندهای پاشنه‌ای که به نقطه‌ی زمین مشترک متصل هستند اطمینان حاصل کنند. حرکات ساده‌ای مانند راه رفتن روی فرش یا تماس لباس با پوست می‌تواند باعث ایجاد بار الکتریکی در بدن شود. استفاده از تجهیزات اتصال به زمین استاندارد، مانند دست‌بند یا بند پاشنه‌ای، امکان تخلیه‌ی پیوسته‌ی بار الکتریکی را فراهم کرده و باعث می‌شود فرد در همان پتانسیل الکتریکی با سخت‌افزار حساس قرار گیرد. به این ترتیب، اختلاف پتانسیل میان انسان و دستگاه از بین رفته و احتمال وقوع تخلیه‌ی الکترواستاتیکی به حداقل می‌رسد. در سال‌های اخیر، برخی شرکت‌ها دست‌بندهای بی‌سیم ضدالکتریسیته را معرفی کرده‌اند که در تبلیغات ادعا می‌شود بدون نیاز به اتصال مستقیم به زمین می‌توانند از تجمع بار الکتریکی جلوگیری کنند. اما آزمایش‌های انجام‌شده توسط گروه کاری بین‌سازمانی ناسا در زمینه‌ی ESD (IAWG-ESD) و تیم‌های تحقیقاتی مراکز پژوهشی لنگلی (Langley Research Center)، آرمسترانگ (Armstrong Flight Research Center) و ایمز (Ames Research Center) نشان داده است که این محصولات عملکرد ادعاشده را ندارند. نتایج آزمایش‌ها حاکی از آن است که دست‌بندهای بی‌سیم قادر به جلوگیری از تجمع بار یا تخلیه‌ی آن نیستند و در نتیجه، با استانداردهای ANSI/ESD S20.20 و NASA-STD-8739.6 مطابقت ندارند. بر این اساس، استفاده از آن‌ها در مناطق کنترل‌شده‌ی ESD که برای پردازش سخت‌افزارهای حیاتی مأموریت‌های فضایی به کار می‌رود، غیرمجاز اعلام شده است. به گفته‌ی جین مونرو، مسئول کنترل ESD در مرکز پژوهشی لنگلی، دست‌بندهای ضدالکتریسیته نخستین خط دفاع در برابر رویدادهای ESD هستند، اما انواع بی‌سیم هیچ اتصال واقعی به زمین ندارند و اختلاف پتانسیل بین اپراتور و تجهیزات را از بین نمی‌برند. باب ورمیلیون، کارشناس ارشد ESD در مرکز ایمز، نیز در تأیید این موضوع می‌گوید: «وقتی از این دست‌بندهای بی‌سیم استفاده می‌کنید، انگار اصلاً دست‌بند ضدالکتریسیته به دست ندارید؛ زیرا در این حالت ممکن است صدها تا هزاران ولت بار الکتریکی تولید کنید.» تحقیقات ناسا نشان می‌دهد که یک فرد تنها زمانی شوک الکتریکی را احساس می‌کند که تخلیه بیش از ۲۵۰۰ تا ۳۵۰۰ ولت باشد، در حالی که حتی تخلیه‌ای به اندازه‌ی ۲۵ ولت می‌تواند موجب آسیب به اجزای الکترونیکی شود. آسیب ناشی از ESD ممکن است به‌صورت پارامتری باشد که باعث کاهش عملکرد قطعه می‌شود، یا به‌صورت تخریبی که منجر به از کار افتادن کامل آن خواهد شد. افزون بر این، نوع دیگری از آسیب به نام خرابی پنهان (Latent Failure) وجود دارد که در آن قطعه آسیب دیده ولی در ظاهر عملکرد طبیعی دارد و این خرابی تنها در آینده، معمولاً در زمان بحرانی مأموریت، نمایان می‌شود. در چنین مواردی، طول عمر قطعه کاهش یافته و خرابی زودرس می‌تواند عملکرد یا حتی کل مأموریت را مختل کند. مونرو از پروژه‌های پروازی ناسا این نوع خرابی را «بزرگ‌ترین نگرانی مهندسان ناسا» می‌داند. با توجه به حساسیت بالای تجهیزات فضایی، ناسا تمامی کارکنان، پیمانکاران و تأمین‌کنندگان خود را ملزم به رعایت کامل استانداردهای NASA-STD-8739.6 و ANSI/ESD S20.20 کرده است. این الزامات شامل تأیید و آزمون مواد و تجهیزات کنترل ESD پیش از استفاده و همچنین انجام بازرسی‌های دوره‌ای است که بخشی حیاتی از فرآیند کنترل کیفیت در مأموریت‌های ناسا محسوب می‌شود. ورمیلیون در زمینه‌ی تضمین کیفیت بر اصل «اعتماد کن، اما راستی‌آزمایی نیز انجام بده» تأکید دارد؛ اصلی که جوهره‌ی سیاست کنترل ESD در ناسا را تشکیل می‌دهد و ضامن حفظ ایمنی، کیفیت و موفقیت مأموریت‌های فضایی است.

\[(13)\]

10.نتیجه گیری

در نهایت، ارتینگ را می‌توان نه صرفاً یک اتصال فیزیکی به زمین، بلکه سنگ‌بنای ایمنی و پایداری در تمام سیستم‌های الکتریکی دانست. این پدیده‌ی به‌ظاهر ساده، حاصل قرن‌ها تجربه، پژوهش و استانداردسازی در مهندسی برق است؛ مسیری که از نخستین روزهای کشف جریان الکتریسیته تا امروز، انسان را از خطرات پنهان در پشت فناوری نجات داده است. هر سیمی که به زمین متصل می‌شود، در واقع پلی میان علم و امنیت می‌سازد؛ پلی که جان انسان‌ها را حفظ می‌کند و پایداری تجهیزات را تضمین می‌نماید. ارتینگ امروز دیگر تنها یک الزام فنی نیست؛ بلکه زبان مشترک میان علم، صنعت و ایمنی است. رعایت اصول ارتینگ، نه‌تنها نشانه‌ی تخصص مهندسی، بلکه جلوه‌ای از مسئولیت انسانی است؛ مسئولیتی در برابر جان انسان‌ها، پایداری فناوری و احترام به زمینی که هم زیستگاه ماست و هم پناهگاه الکتریکی جهان مدرن.

11.منابع

https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/an-introduction-to-ground/
https://electrical-engineering-portal.com/9-recommended-practices-for-grounding
https://elek.com/articles/earthing-system-types-explained-and-compared/?srsltid=AfmBOooS3GMIb5qpLFipIiACiNyzWtGiFdCJuZYALP6X7XRrP1-xF9_5
https://energyeducation.ca/encyclopedia/Grounding
https://community.element14.com/learn/learning-center/essentials/w/documents/28368/what-every-engineer-should-know-about-electrical-grounding
https://www.scribd.com/document/398362865/Methods-of-Earthing
https://new.washerhouse.com/en/zazemlenie-stiralnoj-mashiny/
https://sma.nasa.gov/news/articles/newsitem/2018/01/10/esd-wireless-wrist-straps-the-shocking-truth#:~:text=The%20use%20of%20properly%20grounded,ESD%20event%20to%20take%20place.
https://edlatimore.com/how-does-earthing-work