استرات شستا چه مزایایی در افزایش قابلیت اطمینان سیستم هم‌بندی ارائه می‌دهد؟

چگونه رشته ارتینگ قابلیت اطمینان کلی سیستم را افزایش می‌دهد

نقش اصلی رشته ارتینگ در تضمین عملکرد ارتینگ پایدار و قابل اعتماد

رشته‌های ارتینگ برای ایمنی الکتریکی ضروری هستند، زیرا مسیرهایی با مقاومت بسیار کم برای جریان‌های ناشی از اشکال و نوسانات ناگهانی انرژی فراهم می‌کنند. این رشته‌ها دارای طراحی بخش‌بندی‌شده‌ای هستند که حتی در شرایط تغییر دما یا حرکت زمین ناشی از زلزله نیز تماس خوبی با خاک حفظ می‌کنند. این ویژگی به کاهش حدود ۴۰٪ ولتاژ تماس خطرناک در محل ایستگاه‌های فرعی کمک می‌کند، همان‌طور که تحقیق وانگ و همکارانش در سال ۲۰۲۱ نشان داده است. دوام این سیستم‌ها به معنای وجود نقاط شکست منفرد کمتر است، که توضیح می‌دهد چرا بسیاری از مکان‌های حیاتی مانند برج‌های انتقال و مراکز داده، زمان عملیاتی حدود ۹۹٫۸٪ را گزارش می‌کنند. سیستم‌های ارتینگ به‌صورت قابل اعتمادی در پس‌زمینه کار می‌کنند و برای مکان‌هایی که قطعی برق اصلاً مجاز نیست، ضروری محسوب می‌شوند.

مقایسه هادی‌های ارتینگ: چرا رشته ارتینگ از نظر دوام و هدایت الکتریکی عملکرد بهتری نسبت به گزینه‌های دیگر دارد

رشته‌های ارتینگ در مقایسه با میله‌ها و صفحات توپر، از نظر سطح مؤثر نسبت به حجم آنها عملکرد بهتری دارند که به پراکندگی جریان بهتر کمک می‌کند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این رشته‌ها می‌توانند حدود ۲۵ تا ۳۰ درصد جریان بیشتری نسبت به میله‌های فولاد روکش‌شده با مس تحمل کنند. از نظر اعداد هدایت الکتریکی، رشته‌های ارتینگ به حدود ۶۲٪ IACS می‌رسند که بسیار بالاتر از مقدار ۸ تا ۱۲٪ پیشنهادی برای فولاد گالوانیزه است. و البته نباید دوام آنها را فراموش کرد. طراحی خاص بافت این رشته‌ها تقریباً سه برابر استرس مکانیکی بیشتری نسبت به نوارهای هادی تخت را تحمل می‌کند. این موضوع در مناطقی که زلزله رخ می‌دهد بسیار مهم است، چون زمین تمایل دارد اشیاء را به شدت تکان دهد.

تأثیر انتخاب مواد و طراحی‌های مقاوم در برابر خوردگی بر قابلیت اطمینان بلندمدت

استفاده از آلیاژهای آلومینیوم با خلوص بالا همراه با فولاد ضدزنگ 316L، مشکلات خوردگی را در شرایط آب شور تقریباً ۹۰ درصد کاهش می‌دهد که بسیار بهتر از گزینه‌های متداول فولاد گالوانیزه است. با افزودن پوشش پلیمری به این مواد، عمر آنها حتی در شرایط خاک بسیار سخت که مقاومت آن بیش از ده هزار اهم-متر است، به راحتی از پنجاه سال نیز فراتر می‌رود. آزمایش‌های عملی نشان می‌دهند که این بهبودها سالانه حدود ۱۸ دلار برای هر فوت از مواد نصب‌شده صرفه‌جویی ایجاد می‌کنند و در عین حال مقاومت الکتریکی در طول عمر طولانی آنها زیر دو اهم باقی می‌ماند.

کاهش مقاومت زمین‌کردن با پیکربندی‌های بهینه‌شده سیم‌های زمین‌کردن

کاهش مقاومت در برج‌های انتقال با استفاده از سیم‌های زمین‌کردن با هدایت الکتریکی بالا

رشته‌های مسی پوشیده از فولاد که برای ارتینگ استفاده می‌شوند، مقاومت ویژه را تا ۴۰٪ نسبت به فولاد گالوانیزه کاهش می‌دهند (مطابق IEEE Std 80-2013)، که این امر باعث تخلیه سریع‌تر جریان اتصال کوتاه و در نتیجه حفاظت بهتر پست الکتریکی می‌شود. در خاک‌های خشک یا صخره‌ای، این رشته‌ها همچنان ۸۵٪ از هدایت خود را در شرایط تنها ۲۰٪ رطوبت حفظ می‌کنند و عملکرد بهتری نسبت به میله‌های فلزی توپر دارند که در شرایط یکسان، مقاومتی حدود ۳۵٪ بیشتر از آنها نشان می‌دهند.

دستیابی به مقاومت زمین زیر ۱ اهم از طریق طراحی و چیدمان پیشرفته رشته‌ها

سیستم‌های ارتینگ زمانی که به صورت شعاعی در عمق‌های مختلف نصب می‌شوند، می‌توانند مقاومتی پایین‌تر از ۱ اهم داشته باشند. برخی تحقیقات سال گذشته نشان داده‌اند که سیستم‌های حلقوی متقاطع (crossed-helix) نیز عملکرد بسیار خوبی دارند و زمانی که الکترودها در فاصله‌ای حدود دو برابر عمق خودشان قرار گیرند، مقاومتی در حدود ۰٫۷ یا ۰٫۸ اهم ایجاد می‌کنند. آنچه این روش را بسیار موثر می‌کند، سطح تماس بیشتر آن با زمین نسبت به میله‌های عمودی معمولی است — به طور تقریبی ۱٫۵ برابر سطح تماس بیشتر. این تماس اضافی به حل مشکلات مربوط به لایه‌های خاک که مهندسان همواره نگران آن هستند، کمک می‌کند. با افزودن مصالح پرشدنی بنتونیت، این سیستم‌ها تمایل دارند مقاومت پایین خود را به مدت ۱۵ سال یا بیشتر حفظ کنند. مهم‌تر از همه، این سیستم‌ها تمام استانداردهای حفاظت در برابر صاعقه مندرج در IEC 62305 را رعایت می‌کنند که همان چیزی است که اکثر متخصصان هنگام طراحی نصب‌های الکتریکی ایمن به دنبال آن هستند.

عملکرد رشته ارتینگ در رویدادهای صاعقه و گذرا

بهبود تلفیک ولتاژ ضربه‌ای و حفاظت از سیستم در هنگام ضربه‌های صاعقه

رشته‌های ارتینگ به‌طور کارآمد جریان‌های صاعقه با انرژی بالا – تا حداکثر ۲۰۰ کیلوآمپر – را بدون تغییر شکل بنا به دلیل سطح مقطع بزرگ و انعطاف‌پذیری، به زمین هدایت می‌کنند. در مقایسه با هادی‌های صلب، این رشته‌ها خسارت ناشی از ضربه ولتاژ را تا ۴۰ درصد کاهش می‌دهند (مجله معاملات IEEE در زمینه انتقال قدرت، ۲۰۲۳)، که منجر به پراکندگی سریع بار و افزایش حفاظت از زیرساخت‌ها می‌شود.

ادغام با سیستم‌های حفاظت در برابر صاعقه برای کاهش جامع نوسانات

رشته‌های ارتینگ زمانی که همراه با سیم‌های محافظ و قطعات محدودکننده ولتاژ استفاده شوند، عملکرد بهتری دارند و چیزی را تشکیل می‌دهند که مهندسان آن را سیستم دفاعی هماهنگ در برابر نوسانات ناگهانی ولتاژ می‌نامند. با پراکنده کردن انرژی نوسان در چندین مسیر کم‌مقاومت، تبادل القایی در سیستم‌های سه فاز به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. این امر در واقع تداخل الکترومغناطیسی را تا حد زیادی کاهش می‌دهد، طبق آزمایش‌های میدانی حدود دو سوم. اکثر دستورالعمل‌های حفاظت در برابر صاعقه بیان می‌کنند که حفظ گرادیان‌های ولتاژ در حدود ۱ کیلوولت بر متر در حین رخ دادن صاعقه بسیار مهم است، چرا که این امر از آسیب به تجهیزات جلوگیری می‌کند.

پیشگیری از نوسانات ولتاژ در سیستم‌های سه‌فاز از طریق اتصال مؤثر هادی‌ها

شبکه‌های هادی اتصال به زمین با اتصال متقابل، اختلاف پتانسیل را که منجر به نوسانات ولتاژ مخرب می‌شود، حذف می‌کنند. مطالعات نشان می‌دهد که این سیستم‌های متصل شده در مقایسه با اتصال به زمین مستقل، ۹۲٪ سریع‌تر در حالت گذرای برابرسازی پتانسیل عمل می‌کنند (مجله کیفیت توان، ۲۰۲۳). پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی تضمین می‌کنند که مقاومت اتصالات در محیط‌های مرطوب نیز به مدت بیش از ۲۵ سال کمتر از ۰٫۵ اهم باقی بماند.

غلبه بر چالش‌های مقاومت خاک با راه‌حل‌های هادی اتصال به زمین

تأثیر تغییرپذیری مقاومت خاک بر کارایی و قابلیت اطمینان سیستم اتصال به زمین

مقاومت خاک تا حد قابل توجهی بسته به محل بررسی متفاوت است. مناطق شنی در آب‌وهوای خشک اغلب مقادیری بالاتر از 5000 اهم-متر دارند، در حالی که خاک‌های رسی مرطوب می‌توانند زیر 100 اهم-متر سقوط کنند. این تفاوت‌ها اهمیت دارند، زیرا در واقع مقاومت ارتینگ را تا سه برابر مقدار معمولی افزایش می‌دهند. و هنگامی که فصل‌ها تغییر می‌کنند، وضعیت برای مهندسانی که با خاک‌های دانه‌ای کار می‌کنند، حتی پیچیده‌تر می‌شود. در دوره‌های خشکی، مقاومت ویژه بین ۴۰ تا ۷۰ درصد افزایش می‌یابد. به همین دلیل است که سیستم‌های ارتینگ نیازمند برنامه‌ریزی دقیق از همان ابتدا هستند. انتخاب مواد مناسب و طراحی سیستم برای تحمل این نوسانات، تضمین می‌کند که سیستم‌های الکتریکی در هر شرایطی از نظر ایمنی و عملکرد، پایدار بمانند.

استفاده از افزودنی‌های هادی و تیمارهای شیمیایی برای افزایش اثربخشی رشته‌های ارتینگ

برای مقابله با خاک‌های با مقاومت بالا، رشته‌های ارتینگ مدرن از رس بنتونیت و ترکیبات مبتنی بر کربن استفاده می‌کنند که مقاومت تماسی را در مناطق صخره‌ای تا ۶۲٪ کاهش می‌دهند. موثرترین راهکار ترکیبی از موارد زیر است:

1. پیش‌درمانی خاک با محلول‌های کلسیم-منیزیم (مقاومت ذاتی خاک را تا ۵۵٪ کاهش می‌دهد)
2. پوشش‌دهی رشته با آلیاژهای نیکل-کروم (پس از ۱۵ سال همچنان ۹۵٪ از هدایت الکتریکی را حفظ می‌کند)
3. تزریق پس از نصب ژل‌های هادی (نوک‌های امپدانس را تا ۸۱٪ کاهش می‌دهد)

این روش لایه‌ای مقاومت را در خاک‌هایی با مقاومت اولیه تا ۱۰٬۰۰۰ Ω·m به میزان کمتر از ۵ Ω حفظ می‌کند و از استاندارد IEEE 80-2013 برای زیرساخت‌های حیاتی نیز فراتر می‌رود.

روش‌های بهترین شیوه‌ها برای نصب، آزمایش و نگهداری سیستم‌های رشته ارتینگ

تکنیک‌های نصب صحیح برای بیشینه‌سازی هدایت و پراکندگی جریان

هنگام نصب رشته‌های ارتینگ، مطمئن شوید که آن‌ها حداقل به فاصله دو برابر طول خود از یکدیگر قرار گرفته باشند تا میدان‌های مقاومت آن‌ها همپوشانی نداشته باشند. در مناطقی که یخبندان رایج است، این رشته‌ها باید عمیق‌تر از ۳۶ اینچ در زمین دفن شوند تا تماس خوبی با خاک حفظ شود (این موضوع در واقع در NEC 250.53 پوشش داده شده است، اگر کسی به مقررات علاقه داشته باشد). همچنین باید از خم‌های تیز احتراز کرد. زاویه‌های تنگ‌تر از ۴۵ درجه نقاط تنش اضافی ایجاد می‌کنند که می‌توانند امپدانس را حدود ۲۵ تا ۳۰ درصد افزایش دهند. بر اساس تحقیقات منتشر شده توسط جامعه مهندسی برق IEEE سال گذشته، هنگامی که رشته‌های ارتینگ به درستی فاصله‌گذاری شده و تحت کشش مناسب نگه داشته شوند، نسبت به نصب‌های نادرست، تقریباً نصف کاهش در نوسانات ناگهانی ولتاژ ایجاد می‌کنند. این امر تأثیر واقعی در قابلیت اطمینان سیستم در طول زمان دارد.

اتصال ترانسفورماتورهای برق و تجهیزات حیاتی با استفاده از روش‌های محکم رشته‌های ارتینگ

هنگام کار روی اتصالات زمین‌کردن پست برق، مهم است که از ترمینال‌های دو فلزی استفاده شود یا در اتصال رشته‌های زمین‌کردن به نوترال ترانسفورماتورها از جوشکاری اگزوترمیک استفاده گردد. این روش‌ها به کاهش مقاومت اتصال به زیر 0.05 اهم کمک می‌کنند که تأثیر بزرگی در نحوه تحمل تجهیزات در برابر خطاهای الکتریکی دارد. در غیر این صورت، مشکل گرمایش تفاضلی بسیار جدی می‌شود. مطالعه اخیر مؤسسه تحقیقات برقی EPRI در سال 2024 در واقع نشان داده است که سیستم‌هایی با اتصال ضعیف حدود سه برابر سریع‌تر از همتایان خود در مواجهه با ولتاژهای ناگهانی شدید 10 کیلوآمپری دچار خرابی می‌شوند. در مورد نصب تجهیزات قطع و وصل (سویچگیر)، الزامات خاصی در مورد انحنای کابل وجود دارد که ارزش توجه به آن‌ها را دارد. اکثر مشخصات حداقل شعاع خمش را هشت برابر قطر هادی تعیین می‌کنند. نادیده گرفتن این دستورالعمل‌ها می‌تواند به طور جدی بر توانایی سیستم در حمل جریان به صورت ایمن در طول زمان تأثیر بگذارد.

آزمایش و اعتبارسنجی مقاومت زمین برای اطمینان از رعایت مداوم استانداردها و قابلیت اطمینان

آزمون‌های مقاومت زمین با استفاده از دستگاه‌های اندازه‌گیری بستی‌دار فقط یک روش خوب نیستند، بلکه مطابق مقرراتی مانند استانداردهای OSHA 1910.269 و NFPA 70E الزامی نیز هستند. پس از نصب، تکنسین‌ها معمولاً سیستم‌های ارتینگ را با روشی به نام «افت پتانسیل» بررسی می‌کنند. هدف در اینجا کسب مقادیری کمتر از ۱ اهم برای خطوط انتقال و حدود ۵ اهم برای کاربردهای تجاری است. بررسی داده‌های جمع‌آوری‌شده از ۱۲ هزار نقطه شبکه برق چیزی جالب را آشکار می‌کند: سیستم‌هایی که دو بار در سال آزمون می‌شوند، حدود ۸۹ درصد از هدایت الکتریکی اولیه خود را پس از پانزده سال حفظ می‌کنند، در حالی که در سیستم‌هایی که آزمون منظم انجام نمی‌شود این میزان تنها ۶۲ درصد است. در مناطقی که مقاومت ویژه خاک از ۱۰۰ اهم-متر فراتر می‌رود، تیم‌های نگهداری معمولاً توصیه می‌کنند که هر سه تا پنج سال یک‌بار از تیمار شیمیایی استفاده شود تا عملکرد سیستم‌های ارتینگ در طول زمان به‌خوبی حفظ شود.

‫سوالات متداول‬

رشته ارتینگ چیست؟

رشته زمین‌کردن نوعی هادی است که در سیستم‌های الکتریکی برای ایجاد مسیری جهت جریان‌های ناشی از خطا استفاده می‌شود و با تخلیه نوسانات الکتریکی به زمین، ایمنی را تضمین می‌کند.

دلیل ترجیح رشته‌های زمین‌کردن نسبت به میله‌های جامد در سیستم‌های زمین‌کردن چیست؟

رشته‌های زمین‌کردن نسبت به میله‌های جامد سطح تماس بیشتری نسبت به حجم دارند، هدایت الکتریکی بهتری ارائه می‌دهند و قادر به تخلیه جریان بیشتری هستند. همچنین مقاومت بالاتری در برابر تنش‌های مکانیکی دارند و در مناطق لرزه‌خیز دوام بیشتری دارند.

رشته‌های زمین‌کردن چگونه ایمنی را در هنگام رعد و برق افزایش می‌دهند؟

رشته‌های زمین‌کردن به دلیل انعطاف‌پذیری و سطح تماس گسترده‌شان، جریان‌های پرانرژی ناشی از رعد و برق را به‌طور کارآمدی هدایت می‌کنند، خسارت ناشی از نوسانات را کاهش می‌دهند و زیرساخت‌ها را محافظت می‌کنند.

چه اقداماتی می‌توانند طول عمر سیستم‌های رشته زمین‌کردن را افزایش دهند؟

استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند آلومینیوم با خلوص بالا و فولاد ضدزنگ 316L، همراه با پوشش‌های پلیمری، عمر سیستم‌های زمین‌کن به‌ویژه در شرایط سخت را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

چگونه می‌توان زمین‌کن مؤثری در خاک‌های با مقاومت بالا فراهم کرد؟

در خاک‌های با مقاومت بالا، با استفاده از افزودنی‌های هادی مانند رس بنتونیت، تیمارهای شیمیایی و پوشش‌های مناسب مواد که مقاومت تماسی را کاهش می‌دهند، عملکرد بهبود می‌یابد.