سیم برق ارت که به عنوان هادی حفاظتی (PE) نیز شناخته می شود نقش حیاتی در سیستم های الکتریکی ایفا می کند. وظیفه اصلی آن ایجاد یک مسیر ایمن و با مقاومت کم برای جریان های خطا به زمین است که از بروز شوک الکتریکی و آسیب به تجهیزات جلوگیری می کند.
انواع مختلفی از سیم ارت وجود دارد که هر کدام بر اساس جنس شکل و ویژگی های فنی خود برای کاربردهای خاصی مناسب هستند.
انواع سیم ارت دارای قیمت های متفاوتی می باشند برای مثال قیمت سیم ارت با هادی مسی به دلیل رسانایی بهتر گران تر از سیم های آلومینیومی هستند. سیم های فولادی یا گالوانیزه ممکن است ارزان تر از مس و آلومینیوم باشند.
سیم های افشان به دلیل انعطاف پذیری بیشتر معمولاً گران تر از سیم‌های مفتولی هستند.سیم های با سطح مقطع بزرگ تر به دلیل استفاده از مواد بیشتر گران تر هستند.
در این مقاله به بررسی جامع انواع سیم برق ارت اصول عملکرد کاربردها در صنایع مختلف استانداردهای بین المللی و نکات فنی مهم در انتخاب و نصب آن ها می پردازیم.
انواع رایج سیم برق ارت
سیم های ارت بر اساس جنس رسانا و ساختارشان به انواع مختلفی تقسیم می شوند. انتخاب نوع مناسب سیم ارت به عوامل متعددی از جمله نوع سیستم ارتینگ جریان اتصال کوتاه مورد انتظار شرایط محیطی و استانداردهای مربوطه بستگی دارد. در ادامه به بررسی رایج ترین انواع سیم ارت می پردازیم :
سیم برق مسی (Copper Wire)
سیم مسی به دلیل رسانایی الکتریکی بالا مقاومت کم در برابر خوردگی و انعطاف پذیری مناسب یکی از پرکاربردترین انواع سیم ارت محسوب می شود.
مس رسانایی الکتریکی بسیار خوبی دارد (تقریباً ۱.۷۲ × ۱۰-۸ Ω·m در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد) که باعث می شود جریان های خطا به راحتی و با کمترین مقاومت به زمین منتقل شوند.
مقاومت به خوردگی مس نیز بالا است به خصوص در محیط های خشک و معمولی. همین ویزگی ها باعث شده است که قیمت سیم برق مسی بیشتر از نوع آلومینیومی باشد.
با این حال در محیط های اسیدی و قلیایی قوی ممکن است دچار خوردگی شود. انعطاف پذیری بالای سیم مسی نصب و اتصال آن را در فضاهای مختلف آسان می کند.
کاربردهای سیم مسی :
- سیستم های ارتینگ ساختمان های مسکونی و تجاری : به دلیل سهولت نصب و مقاومت به خوردگی مناسب در محیط های داخلی.
- تجهیزات الکترونیکی حساس : به دلیل رسانایی بالا و قابلیت اطمینان در انتقال جریان های خطا.
- صنایع مخابرات و دیتا سنترها : برای ایجاد ارتینگ با مقاومت کم و حفاظت از تجهیزات حساس در برابر نویز و اختلالات الکترومغناطیسی.
- سیستم های ارتینگ موقت : به دلیل انعطاف پذیری و قابلیت استفاده مجدد.
مزایای سیم مسی :
- رسانایی الکتریکی بسیار بالا : انتقال جریان خطا با کمترین مقاومت.
- مقاومت به خوردگی خوب : عمر طولانی و عملکرد پایدار در شرایط محیطی مختلف.
- انعطاف پذیری بالا : سهولت نصب و اتصال.
- لحیم پذیری و اتصال پذیری آسان : امکان ایجاد اتصالات محکم و قابل اعتماد.
معایب سیم مسی :
- هزینه بالاتر نسبت به سیم آلومینیومی و فولادی : قیمت مس نسبتاً بالا است.
- وزن بیشتر نسبت به سیم آلومینیومی : در کاربردهای با محدودیت وزن ممکن است نامناسب باشد.
سیم برق آلومینیومی (Aluminum Wire)
سیم آلومینیومی به دلیل وزن سبک و هزینه پایین تر نسبت به مس در برخی کاربردهای ارتینگ جایگزین مناسبی محسوب می شود. آلومینیوم رسانایی الکتریکی کمتری نسبت به مس دارد (تقریباً ۲.۸۲ × ۱۰-۸ Ω·m در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد) اما با این حال رسانایی آن برای بسیاری از کاربردهای ارتینگ کافی است.
وزن آلومینیوم تقریباً یک سوم وزن مس با همان حجم است که حمل و نصب آن را آسان تر می کند. قیمت آلومینیوم نیز معمولاً پایین تر از مس است که از نظر اقتصادی می تواند جذاب باشد.
با این حال آلومینیوم نسبت به مس مقاومت به خوردگی کمتری دارد به ویژه در محیط های قلیایی و در تماس با فلزات غیرهمجنس.
کاربردهای سیم آلومینیومی :
- سیستم های ارتینگ هوایی : به دلیل وزن سبک مناسب برای خطوط هوایی انتقال و توزیع برق.
- سیستم های ارتینگ در محیط های غیرخورنده : در محیط های خشک و بدون رطوبت بالا می توان از سیم آلومینیومی استفاده کرد.
- کاربردهای صنعتی با محدودیت بودجه : در پروژه هایی که هزینه نقش مهمی دارد سیم آلومینیومی می تواند جایگزین مقرون به صرفه تری باشد.
مزایای سیم آلومینیومی :
- وزن سبک : حمل و نصب آسان به ویژه در خطوط هوایی.
- هزینه پایین تر : مقرون به صرفه تر از سیم مسی.
- مقاومت به خوردگی در برخی محیط ها : در محیط های خشک و غیرخورنده عملکرد قابل قبولی دارد.
معایب سیم آلومینیومی :
- رسانایی الکتریکی کمتر نسبت به مس : نیاز به سطح مقطع بزرگتر برای انتقال جریان مشابه.
- مقاومت به خوردگی کمتر نسبت به مس : حساسیت به خوردگی در محیط های قلیایی و در تماس با فلزات غیرهمجنس.
- اتصال پذیری دشوارتر نسبت به مس : نیاز به استفاده از اتصالات خاص برای جلوگیری از خوردگی گالوانیکی.
- استحکام مکانیکی کمتر نسبت به مس : آسیب پذیری بیشتر در برابر ضربه و کشش.
سیم فولادی با روکش مس (Copper-Clad Steel Wire)
سیم فولادی با روکش مس ترکیبی از استحکام مکانیکی فولاد و رسانایی الکتریکی مس را ارائه می دهد. در این نوع سیم یک هسته فولادی با لایه ای از مس پوشانده می شود.
فولاد استحکام کششی و مکانیکی بالایی دارد در حالی که روکش مسی رسانایی الکتریکی خوبی را فراهم می کند. ضخامت روکش مس معمولاً متناسب با جریان اتصال کوتاه مورد انتظار و استانداردهای مربوطه تعیین می شود.
سیم فولادی با روکش مس مقاومت مکانیکی بالا و هزینه کمتری نسبت به سیم مسی خالص دارد اما رسانایی الکتریکی آن کمتر از سیم مسی خالص است.
کاربردهای سیم فولادی با روکش مس :
- سیستم های ارتینگ در خاک های خورنده : هسته فولادی مقاومت خوبی در برابر خوردگی در خاک های اسیدی و قلیایی ارائه می دهد.
- سیستم های ارتینگ با استحکام مکانیکی بالا : در محیط هایی که سیم ارت در معرض کشش و ضربه قرار دارد مانند سیستم های ارتینگ دفنی در زمین های ناهموار.
- سیستم های ارتینگ در صنایع نفت و گاز : به دلیل مقاومت به خوردگی و استحکام مکانیکی مناسب در محیط های صنعتی سخت.
- هادی های نزولی سیستم های حفاظت در برابر صاعقه : استحکام مکانیکی بالا برای تحمل نیروهای ناشی از باد و صاعقه.
مزایای سیم فولادی با روکش مس :
- استحکام مکانیکی بالا : مقاومت در برابر کشش ضربه و فشار.
- مقاومت به خوردگی خوب : به ویژه در خاک های خورنده.
- هزینه کمتر نسبت به سیم مسی خالص : صرفه جویی در هزینه مواد.
- رسانایی الکتریکی قابل قبول : مناسب برای بسیاری از کاربردهای ارتینگ.
معایب سیم فولادی با روکش مس :
- رسانایی الکتریکی کمتر از سیم مسی خالص : نیاز به سطح مقطع بزرگتر برای انتقال جریان مشابه.
- وزن بیشتر نسبت به سیم مسی و آلومینیومی : حمل و نصب دشوارتر.
- پیچیدگی بیشتر در اتصالات : نیاز به اتصالات خاص برای اطمینان از اتصال الکتریکی مناسب بین روکش مسی و هسته فولادی.
سیم فولادی گالوانیزه (Galvanized Steel Wire)
سیم فولادی گالوانیزه با پوشش روی (Zn) محافظت می شود تا مقاومت به خوردگی آن افزایش یابد. گالوانیزاسیون یک فرآیند متداول برای محافظت از فولاد در برابر خوردگی است.
روی فلزی فعال تر از آهن است و به عنوان آند قربانی عمل می کند به این معنی که در محیط خورنده روی به جای فولاد خورده می شود و از زنگ زدن فولاد جلوگیری می کند.
سیم فولادی گالوانیزه هزینه پایینی دارد و استحکام مکانیکی بالایی ارائه می دهد اما رسانایی الکتریکی آن پایین تر از سیم مسی و آلومینیومی است و مقاومت به خوردگی آن محدود است به ویژه در محیط های اسیدی و قلیایی قوی.
کاربردهای سیم فولادی گالوانیزه :
- سیستم های ارتینگ موقت و کم اهمیت : در مواردی که هزینه و استحکام مکانیکی مهم تر از رسانایی الکتریکی و مقاومت به خوردگی بالا باشد.
- حفاظت از تاسیسات فلزی غیر الکتریکی : مانند فنس ها لوله ها و سازه های فلزی در برابر جریان های سرگردان.
- سیستم های ارتینگ در خاک های غیرخورنده و خشک : در شرایط محیطی ملایم.
مزایای سیم فولادی گالوانیزه :
- هزینه بسیار پایین : ارزان ترین نوع سیم ارت.
- استحکام مکانیکی بالا : مقاومت در برابر کشش و فشار.
- مقاومت به خوردگی بهتر از فولاد بدون پوشش : پوشش گالوانیزه حفاظت اولیه در برابر خوردگی را فراهم می کند.
معایب سیم فولادی گالوانیزه :
- رسانایی الکتریکی بسیار پایین : نیاز به سطح مقطع بسیار بزرگتر برای انتقال جریان مشابه.
- مقاومت به خوردگی محدود : آسیب پذیری به خوردگی در محیط های اسیدی و قلیایی قوی.
- عمر مفید کوتاه تر نسبت به سیم مسی و فولادی با روکش مس : پوشش گالوانیزه به مرور زمان از بین می رود و فولاد در معرض خوردگی قرار می گیرد.
- اتصال پذیری دشوار : نیاز به اتصالات خاص برای جلوگیری از خوردگی گالوانیکی و اطمینان از اتصال الکتریکی مناسب.
انواع سیم برق ارت از نظر برند
برندهای مختلفی در زمینه تولید سیم ارت فعالیت دارند که برخی از آن‌ها عبارتند از:
- سیمیا
- خراسان افشارنژاد
- سیمکو
- مغان
- راد افشان سحر
سیم و کابل سیمیا یکی از برندهای مطرح در زمینه تولید انواع سیم و کابل در ایران است. این شرکت با سابقه طولانی در تولید محصولات با کیفیت توانسته جایگاه مناسبی در بازار کسب کند.
برای خرید سیم و کابل سیمیا می‌توانید به نمایندگی های رسمی این شرکت در سراسر کشور یا فروشگاه های آنلاین معتبر مراجعه کنید. قیمت محصولات سیمیا بسته به نوع سایز و کیفیت محصول متغیر است.
عوامل موثر در انتخاب سیم برق ارت
انتخاب نوع مناسب سیم ارت نیازمند در نظر گرفتن عوامل فنی و محیطی مختلفی است. مهم ترین این عوامل عبارتند از :
- نوع سیستم ارتینگ : سیستم های ارتینگ مختلف (مانند TN TT IT) الزامات متفاوتی برای سیم ارت دارند. برای مثال در سیستم TN سیم ارت نقش هادی حفاظتی و هادی خنثی را به طور همزمان ایفا می کند در حالی که در سیستم TT سیم ارت فقط نقش هادی حفاظتی را دارد.
- جریان اتصال کوتاه مورد انتظار : سیم ارت باید قادر به تحمل جریان اتصال کوتاه مورد انتظار بدون گرم شدن بیش از حد و آسیب دیدن باشد.
جریان اتصال کوتاه به توان سیستم الکتریکی امپدانس مدار و محل وقوع اتصال کوتاه بستگی دارد. - مقاومت خاک : مقاومت خاک نقش مهمی در عملکرد سیستم ارتینگ دارد. در خاک های با مقاومت بالا ممکن است نیاز به استفاده از سیم ارت با سطح مقطع بزرگتر یا روش های خاصی برای کاهش مقاومت الکترود زمین باشد.
- شرایط محیطی : محیط خورنده رطوبت دما و مواد شیمیایی موجود در محیط می توانند بر انتخاب نوع سیم ارت تاثیر بگذارند. در محیط های خورنده استفاده از سیم مسی یا فولادی با روکش مس توصیه می شود.
- استانداردها و مقررات : رعایت استانداردهای بین المللی (مانند IEC ۶۰۳۶۴ IEEE ۸۰) و مقررات ملی و محلی در انتخاب و نصب سیم ارت ضروری است.
استانداردها مشخصات فنی روش های نصب و الزامات ایمنی مربوط به سیستم های ارتینگ را تعیین می کنند. - هزینه : هزینه مواد نصب و نگهداری سیم ارت نیز باید در انتخاب نوع مناسب در نظر گرفته شود. سیم فولادی گالوانیزه معمولاً ارزان ترین گزینه است در حالی که سیم مسی گران ترین گزینه است.
- استحکام مکانیکی : در برخی کاربردها مانند سیستم های ارتینگ دفنی در زمین های ناهموار یا سیستم های حفاظت در برابر صاعقه استحکام مکانیکی سیم ارت اهمیت ویژه ای دارد. در این موارد سیم فولادی با روکش مس یا فولادی گالوانیزه مناسب تر هستند.
استانداردهای بین المللی و تکنولوژی های پیشرفته در سیم برق ارت
استانداردهای بین المللی نقش مهمی در تضمین ایمنی و عملکرد صحیح سیستم های ارتینگ ایفا می کنند. برخی از استانداردهای مهم در زمینه سیم برق ارت عبارتند از :
- IEC ۶۰۳۶۴ : مجموعه استانداردهای بین المللی برای تاسیسات الکتریکی ساختمان ها که شامل الزامات مربوط به سیستم های ارتینگ هادی های حفاظتی و الکترودهای زمین می شود.
- IEEE ۸۰ : استاندارد IEEE برای ارتینگ ایمنی در پست های فشار قوی و فوق فشار قوی AC. این استاندارد روش های محاسبه جریان های خطا تعیین اندازه هادی های ارتینگ و طراحی سیستم های ارتینگ را ارائه می دهد.
- BS ۷۶۷۱ : استاندارد بریتانیایی برای الزامات سیم کشی الکتریکی که بر اساس استاندارد IEC ۶۰۳۶۴ تدوین شده است و الزامات خاصی برای سیستم های ارتینگ در بریتانیا را شامل می شود.
- NEC (National Electrical Code) : استاندارد آمریکایی برای تاسیسات الکتریکی که الزامات مربوط به سیستم های ارتینگ در ایالات متحده را مشخص می کند.
تکنولوژی های پیشرفته در سیم برق ارت :
- سیم های ارت کم امپدانس (Low Impedance Earthing Conductors) : این نوع سیم ها با طراحی خاص امپدانس کمتری نسبت به سیم های معمولی دارند و برای کاربردهایی که نیاز به ارتینگ با مقاومت بسیار کم است مانند سیستم های الکترونیکی حساس و دیتا سنترها مناسب هستند.
- سیستم های ارتینگ فعال (Active Earthing Systems) : در این سیستم ها از تجهیزات الکترونیکی برای نظارت بر وضعیت ارتینگ و بهبود عملکرد آن استفاده می شود.
سیستم های ارتینگ فعال می توانند به طور خودکار مقاومت الکترود زمین را تنظیم کنند و در صورت بروز خطا به سرعت واکنش نشان دهند. - ارتینگ هوشمند (Smart Grounding) : با استفاده از سنسورها و شبکه های ارتباطی می توان سیستم های ارتینگ را به صورت هوشمند مدیریت و نظارت کرد. ارتینگ هوشمند امکان پایش مداوم وضعیت ارتینگ تشخیص زودهنگام مشکلات و انجام تعمیرات پیشگیرانه را فراهم می کند.
- نانومواد در سیم های ارت : تحقیقات در زمینه استفاده از نانومواد برای بهبود خواص سیم های ارت در حال انجام است. نانومواد می توانند رسانایی الکتریکی استحکام مکانیکی و مقاومت به خوردگی سیم های ارت را افزایش دهند.
کاربردهای سیم برق ارت در صنایع مختلف
سیم برق ارت در صنایع مختلف با کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه به برخی از این کاربردها اشاره می کنیم :
- صنعت ساختمان : سیستم های ارتینگ در ساختمان های مسکونی تجاری و اداری برای حفاظت از ساکنان و تجهیزات الکتریکی در برابر خطرات برق گرفتگی و آسیب ناشی از جریان های خطا.
- صنعت نفت و گاز : سیستم های ارتینگ در پالایشگاه ها سکوهای نفتی و خطوط لوله انتقال نفت و گاز برای حفاظت از تاسیسات و کارکنان در برابر خطرات الکتریکی و آتش سوزی ناشی از جرقه.
- صنعت نیروگاهی : سیستم های ارتینگ در نیروگاه های تولید برق (حرارتی هسته ای بادی خورشیدی) برای حفاظت از تجهیزات حساس و اطمینان از عملکرد ایمن و پایدار سیستم های تولید و انتقال برق.
- صنعت حمل و نقل : سیستم های ارتینگ در قطارها متروها هواپیماها و کشتی ها برای حفاظت از مسافران کارکنان و تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی در برابر خطرات الکتریکی.
- صنعت مخابرات و دیتا سنترها : سیستم های ارتینگ با مقاومت کم و نویز کم در مراکز داده و ایستگاه های مخابراتی برای حفاظت از تجهیزات حساس و اطمینان از عملکرد صحیح و پایدار شبکه های ارتباطی و اطلاعاتی.
- صنعت پزشکی : سیستم های ارتینگ ویژه در بیمارستان ها و مراکز درمانی برای حفاظت از بیماران و تجهیزات پزشکی حساس در برابر جریان های نشتی و تداخلات الکترومغناطیسی.
- صنعت خودروسازی : سیستم های ارتینگ در خطوط تولید خودرو و ربات های صنعتی برای حفاظت از پرسنل و تجهیزات در برابر خطرات الکتریکی و اطمینان از عملکرد صحیح و ایمن فرآیندهای تولید.
نکات فنی مهم در نصب و نگهداری سیم برق ارت
نصب و نگهداری صحیح سیم برق ارت برای عملکرد موثر و ایمن سیستم ارتینگ ضروری است. نکات فنی مهم در این زمینه عبارتند از :
- انتخاب سطح مقطع مناسب : سطح مقطع سیم ارت باید بر اساس جریان اتصال کوتاه مورد انتظار و استانداردهای مربوطه تعیین شود. سطح مقطع کم باعث افزایش مقاومت و کاهش کارایی سیستم ارتینگ می شود.
- اتصالات محکم و مطمئن : اتصالات سیم ارت باید محکم مطمئن و با مقاومت کم باشند. استفاده از بست ها ترمینال ها و روش های اتصال مناسب (مانند لحیم کاری جوشکاری پرچ کاری) ضروری است.
- جلوگیری از خوردگی : اتصالات و سیم ارت باید در برابر خوردگی محافظت شوند. استفاده از مواد مقاوم به خوردگی پوشش های محافظ و روش های عایق بندی مناسب برای جلوگیری از خوردگی ضروری است.
- مسیر کوتاه و مستقیم : سیم ارت باید تا حد امکان مسیر کوتاه و مستقیمی به الکترود زمین داشته باشد. طول زیاد و پیچیدگی مسیر باعث افزایش مقاومت و کاهش کارایی سیستم ارتینگ می شود.
- بازرسی و تست دوره ای : سیستم ارتینگ باید به طور دوره ای بازرسی و تست شود تا از عملکرد صحیح و ایمن آن اطمینان حاصل شود. تست مقاومت الکترود زمین و بررسی اتصالات از جمله تست های مهم در نگهداری سیستم ارتینگ هستند.
- رعایت استانداردهای نصب : نصب سیم ارت باید مطابق با استانداردهای ملی و بین المللی و دستورالعمل های سازندگان تجهیزات انجام شود. رعایت استانداردهای نصب ایمنی و کارایی سیستم ارتینگ را تضمین می کند.
- برچسب گذاری و شناسایی : سیم های ارت باید به طور واضح برچسب گذاری و شناسایی شوند تا در هنگام تعمیرات و نگهداری به راحتی قابل تشخیص باشند.
استفاده از رنگ سبز و زرد برای شناسایی سیم های ارت در بسیاری از استانداردها توصیه شده است.
نتیجه گیری
سیم برق ارت جزء لاینفک سیستم های الکتریکی ایمن و کارآمد است. انتخاب نوع مناسب سیم ارت نصب صحیح و نگهداری دوره ای آن نقش حیاتی در حفاظت از جان انسان ها و تجهیزات در برابر خطرات الکتریکی ایفا می کند.
با توجه به پیشرفت تکنولوژی و افزایش پیچیدگی سیستم های الکتریکی استفاده از سیم های ارت با کیفیت بالا رعایت استانداردهای مربوطه و بهره گیری از تکنولوژی های پیشرفته در زمینه ارتینگ از اهمیت فزاینده ای برخوردار است.
مهندسان و متخصصان برق باید با درک کامل اصول عملکرد انواع سیم ارت و عوامل موثر در انتخاب آن ها سیستم های ارتینگ ایمن مطمئن و کارآمد را طراحی و اجرا نمایند.
پرسش و پاسخ متداول
۱. تفاوت اصلی بین سیم ارت مسی و آلومینیومی چیست؟
تفاوت اصلی در رسانایی الکتریکی وزن هزینه و مقاومت به خوردگی است. سیم مسی رسانایی الکتریکی بالاتر وزن بیشتر هزینه بالاتر و مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به سیم آلومینیومی دارد. سیم آلومینیومی وزن کمتر و هزینه پایین تری دارد اما رسانایی الکتریکی و مقاومت به خوردگی آن کمتر است.
۲. چه عواملی در تعیین سطح مقطع مناسب سیم ارت موثرند؟
جریان اتصال کوتاه مورد انتظار نوع سیستم ارتینگ جنس سیم ارت طول سیم ارت و استانداردهای مربوطه از جمله عوامل موثر در تعیین سطح مقطع مناسب سیم ارت هستند.
۳. چگونه می توان مقاومت الکترود زمین را کاهش داد؟
برای کاهش مقاومت الکترود زمین می توان از روش های مختلفی مانند افزایش تعداد الکترودها افزایش طول الکترودها استفاده از الکترودهای شیمیایی و بهبود شرایط خاک (مانند افزودن مواد کاهنده مقاومت خاک) استفاده کرد.