ارت (سیستم اتصال زمین) و تأثیر آن بر عملکرد یو پی اس و استابلایزر

سیستم ارت برای یو پی اس و استابلایزر یکی از مهم‌ترین و در عین حال نادیده‌گرفته‌شده‌ترین بخش‌های تأسیسات برق است. بسیاری از کاربران برای خرید یک یو پی اس باکیفیت هزینه قابل‌توجهی می‌کنند، اما آن را به پریزی وصل می‌کنند که سیم ارت ندارد یا ارت آن فقط روی کاغذ وجود دارد. نتیجه، مجموعه‌ای از مشکلات است که ظاهراً به یو پی اس مربوط‌اند: برق داشتن بدنه دستگاه، هشدارهای مربوط به سیم‌کشی، قفل کردن سرورها، نویز روی تصویر دوربین‌ها و حتی آسیب دیدن بردها در رعدوبرق.

در این مقاله به زبان ساده توضیح می‌دهیم ارت چیست، ولتاژ بین نول و ارت چه معنایی دارد و چطور اندازه‌گیری می‌شود، ارت ضعیف چه اثری بر عملکرد و ایمنی یو پی اس و استابلایزر دارد، مقدار مناسب مقاومت ارت تقریباً چقدر است و در پایان، یک چک‌لیست عملی برای اجرا یا بازبینی سیستم ارت ارائه می‌کنیم.

ارت یا سیستم اتصال زمین چیست؟

ارت یعنی اتصال بدنه فلزی تجهیزات الکتریکی به زمین از طریق یک مسیر رسانا با مقاومت کم. این مسیر از سیم ارت (معمولاً با روکش سبز و زرد) در پریزها و تابلوها شروع می‌شود، به شینه ارت تابلو اصلی می‌رسد و از آنجا به الکترود زمین، یعنی میله، صفحه یا شبکه‌ای که در خاک دفن شده، وصل می‌شود.

ارت چند نقش اصلی دارد:

• ایمنی افراد: اگر به دلیل خرابی عایق، فاز به بدنه فلزی دستگاه برسد، جریان خطا از مسیر ارت عبور می‌کند و کلید محافظ یا فیوز قطع می‌شود؛ در غیر این صورت بدنه برق‌دار می‌ماند و فردی که آن را لمس کند دچار برق‌گرفتگی می‌شود.
• عملکرد حفاظت‌ها: کلید محافظ جان (RCD) و ارسترها یا محافظ‌های ضربه (SPD) برای کار درست به ارت سالم نیاز دارند.
• کاهش نویز: فیلترهای EMI داخل یو پی اس‌ها، منابع تغذیه سوئیچینگ و تجهیزات الکترونیکی، نویز را از طریق خازن‌هایی به ارت تخلیه می‌کنند؛ بدون ارت، این نویز در مدار باقی می‌ماند.
• مرجع ولتاژ: ارت یک مرجع پتانسیل مشترک برای تجهیزات متصل به هم، مثلاً سرورها، سوئیچ‌ها و دوربین‌ها، فراهم می‌کند.

تفاوت نول و ارت

نول سیم برگشت جریان عادی بار است و در حالت کار عادی جریان از آن عبور می‌کند. ارت در حالت عادی نباید جریان قابل‌توجهی داشته باشد و فقط در هنگام خطا یا برای تخلیه نویز و نشتی‌های کوچک به کار می‌رود. یکی از اشتباهات رایج و خطرناک، استفاده از نول به‌جای ارت یا اتصال این دو به هم در پریز است؛ کاری که ممکن است در ظاهر مشکل را برطرف کند، اما در صورت قطع شدن نول، بدنه دستگاه را برق‌دار می‌کند.

ولتاژ نول و ارت (N-E) چیست و چرا مهم است؟

در یک سیستم سالم، نول و ارت در نقطه‌ای مشخص، معمولاً در پست برق یا تابلو اصلی، به هم متصل‌اند. به همین دلیل ولتاژ بین نول و ارت در پریزها باید بسیار کم باشد. اما در عمل، به دلایلی مثل طول زیاد سیم نول، بار نامتعادل در فازها، هارمونیک‌های بارهای الکترونیکی، اتصالات شل یا ارت ضعیف، این ولتاژ بالا می‌رود.

بسیاری از سازندگان تجهیزات حساس مانند سرورها و دستگاه‌های پزشکی، توصیه می‌کنند ولتاژ نول و ارت در محل تغذیه تجهیزات، تا حد امکان پایین و معمولاً کمتر از حدود یک تا دو ولت باشد. هرچه این ولتاژ بالاتر رود، احتمال خطاهای ارتباطی، ریست شدن تجهیزات و هشدارهای سیم‌کشی در یو پی اس بیشتر می‌شود.

چطور ولتاژ نول و ارت را اندازه بگیریم؟

1. یک مولتی‌متر دیجیتال را روی حالت ولتاژ AC قرار دهید.
2. یک پراب را در سوراخ نول پریز و پراب دیگر را روی ترمینال ارت قرار دهید.
3. عدد را در ساعات مختلف روز، به‌خصوص زمان اوج مصرف، یادداشت کنید.
4. برای مقایسه، ولتاژ فاز به نول و فاز به ارت را هم بخوانید؛ این دو عدد باید نزدیک به هم باشند.

اگر فاز به ارت تقریباً صفر یا بسیار کمتر از فاز به نول باشد، به احتمال زیاد پریز ارت ندارد یا ارت قطع است. این اندازه‌گیری ساده است، اما کار با برق زنده خطرناک است و بهتر است آن را به فرد آموزش‌دیده بسپارید.

تأثیر ارت بر عملکرد یو پی اس و استابلایزر

کیفیت سیستم ارت برای یو پی اس و استابلایزر، به‌طور مستقیم بر عملکرد، عمر و ایمنی آن‌ها اثر می‌گذارد. مهم‌ترین اثرات ارت ضعیف یا نبود ارت عبارت‌اند از:

• هشدار خطای سیم‌کشی: بسیاری از یو پی اس‌ها وضعیت فاز، نول و ارت ورودی را بررسی می‌کنند و در صورت جابه‌جا بودن یا نبود ارت، هشدار سیم‌کشی (Site Wiring Fault) می‌دهند.
• برق داشتن بدنه: فیلترهای ورودی یو پی اس و استابلایزر جریان نشتی کوچکی به بدنه می‌فرستند. اگر ارت نباشد، این جریان راهی برای تخلیه ندارد و لمس بدنه، حس گزگز یا برق‌گرفتگی ایجاد می‌کند.
• خطا و قفل شدن تجهیزات: اختلاف پتانسیل بین ارت تجهیزات مختلف، مثلاً بین سرور و سوئیچ شبکه، می‌تواند باعث خطای ارتباطی، خرابی پورت‌ها و ریست شدن بی‌دلیل شود.
• نویز تصویر و صدا: در سیستم‌های دوربین مداربسته و صوتی، ارت نامناسب به شکل خطوط روی تصویر یا وزوز در صدا ظاهر می‌شود.
• آسیب در صاعقه و ضربه ولتاژ: محافظ‌های ضربه داخل یو پی اس و تابلو، انرژی ضربه را به ارت هدایت می‌کنند؛ بدون ارت مناسب، این انرژی از مسیر بردها عبور می‌کند.
• عملکرد نادرست استابلایزر: در استابلایزرهای دیجیتال، نویز زیاد و مرجع ناپایدار می‌تواند اندازه‌گیری ولتاژ را مختل کند و باعث تنظیم ناپایدار شود.

در یو پی اس‌های آنلاین با توان متوسط و بالا مانند یو پی اس EAST EA900 در ظرفیت 6 تا 10kVA، که معمولاً بار چند سرور یا تجهیزات حساس را تغذیه می‌کنند، داشتن سیستم ارت برای یو پی اس با اتصال مطمئن به ترمینال ورودی و بدنه دستگاه، بخش ضروری نصب است و نه یک گزینه اختیاری.

مقاومت ارت چقدر باید باشد؟

مقاومت ارت یعنی مقاومتی که الکترود زمین در برابر عبور جریان به خاک اطراف نشان می‌دهد. هرچه این عدد کمتر باشد، جریان خطا راحت‌تر به زمین می‌رود. مقدار مجاز دقیق به استاندارد و مقررات ملی، نوع سیستم توزیع و کاربری ساختمان بستگی دارد و باید توسط طراح برق تعیین شود؛ اما به زبان ساده و به‌عنوان راهنمای عمومی، جدول زیر محدوده‌های رایجی را نشان می‌دهد که معمولاً هدف‌گذاری می‌شوند:

مقاومت ارت به نوع خاک، رطوبت و فصل بستگی دارد. خاک خشک، سنگلاخی یا شنی مقاومت بالاتری دارد و ارتی که در زمستان مقدار مناسبی دارد، ممکن است در تابستان خشک بالاتر برود. به همین دلیل در نگهداری سیستم ارت برای یو پی اس‌ها و تجهیزات حساس، اندازه‌گیری دوره‌ای، ترجیحاً در فصل خشک، توصیه می‌شود.

روش اندازه‌گیری مقاومت ارت

مقاومت ارت با دستگاه مخصوص به نام ارت‌سنج (Earth Tester) اندازه‌گیری می‌شود. رایج‌ترین روش، روش سه‌نقطه‌ای یا افت پتانسیل است که در آن دو میله کمکی در فاصله مشخصی از الکترود ارت در خاک کوبیده می‌شود. روش دیگر، استفاده از ارت‌سنج کلمپی است که در برخی شرایط بدون جدا کردن الکترود قابل استفاده است. اندازه‌گیری با مولتی‌متر معمولی، مقاومت ارت را نشان نمی‌دهد.

انواع اجرای ارت و نکات مهم

برای اجرای سیستم ارت برای یو پی اس و سایر تجهیزات ساختمان، روش‌های مختلفی وجود دارد که انتخاب بین آن‌ها به نوع خاک، فضای موجود و مقاومت هدف بستگی دارد:

• ارت میله‌ای: یک یا چند میله مسی یا مس‌اندود در عمق خاک کوبیده می‌شود. برای فضاهای کوچک مناسب است.
• ارت صفحه‌ای: یک صفحه مسی در چاه ارت دفن و اطراف آن با مواد کاهنده مقاومت پر می‌شود. در ساختمان‌های موجود بسیار رایج است.
• ارت حلقوی یا شبکه‌ای: یک حلقه یا شبکه از سیم مسی بدون روکش در اطراف یا زیر ساختمان دفن می‌شود. برای پروژه‌های بزرگ و دیتاسنترها مناسب است.
• استفاده از مواد کاهنده مقاومت: در خاک‌های پرمقاومت، از مواد مخصوص برای کاهش مقاومت اطراف الکترود استفاده می‌شود.

نکته مهم: اتصال سیم ارت به لوله آب یا گاز، روش مجاز و مطمئنی نیست. لوله‌ها ممکن است بخش‌های پلاستیکی داشته باشند و برق‌دار شدن لوله گاز خطرناک است.

چک‌لیست اجرای سیستم ارت برای یو پی اس

پیش از نصب یک یو پی اس یا استابلایزر جدید، یا وقتی با مشکلات بی‌دلیل در تجهیزات روبه‌رو هستید، این چک‌لیست را مرور کنید:

1. آیا ساختمان چاه ارت یا الکترود زمین مستقل دارد و مقاومت آن اخیراً با ارت‌سنج اندازه‌گیری شده است؟
2. آیا شینه ارت تابلو اصلی با سیم با سطح مقطع مناسب به الکترود زمین وصل است و اتصالات آن زنگ‌زده یا شل نیست؟
3. آیا از تابلو تا پریز یا ترمینال یو پی اس، سیم ارت پیوسته و جداگانه کشیده شده است؟
4. آیا ولتاژ نول و ارت در محل تجهیزات در محدوده پایین قرار دارد؟
5. آیا جای فاز و نول در پریزها درست است؟
6. آیا نول و ارت در هیچ نقطه‌ای جز محل مجاز به هم وصل نشده‌اند؟
7. آیا بدنه یو پی اس، کابینت باتری، استابلایزر و رک‌ها به ارت متصل هستند؟
8. آیا محافظ ضربه (SPD) در تابلو نصب و به ارت وصل است؟
9. آیا تمام تجهیزات مرتبط، مثلاً سرور، سوئیچ و دوربین‌ها، به یک سیستم ارت مشترک وصل‌اند و چند ارت جدا و بی‌ارتباط وجود ندارد؟
10. آیا برای بازبینی و اندازه‌گیری دوره‌ای ارت، برنامه مشخصی وجود دارد؟

اگر پاسخ به هر یک از این سؤال‌ها منفی است، پیش از هر اقدام دیگری آن را اصلاح کنید. نصب یو پی اس و استابلایزر توسط کارشناس در قالب خدمات نصب، راه‌اندازی و آموزش تخصصی شامل بررسی سیم‌کشی ورودی و ارت هم می‌شود. برای استابلایزرهایی که پس از نصب رفتار ناپایدار دارند، خدمات تعمیر و نگهداری استابلایزر و برای یو پی اس‌ها، تعمیر و نگهداری تخصصی یو پی اس می‌تواند ریشه مشکل را پیدا کند.

جمع‌بندی

ارت پایه پنهان هر سیستم برق پایدار است. بدون سیستم ارت برای یو پی اس و استابلایزر، حتی بهترین تجهیزات هم ممکن است هشدار سیم‌کشی بدهند، بدنه‌شان برق‌دار شود، نویز را به بار منتقل کنند یا در برابر صاعقه و ضربه ولتاژ آسیب ببینند. ولتاژ نول و ارت باید پایین باشد، مقاومت ارت متناسب با کاربری ساختمان باشد و مسیر ارت از الکترود زمین تا بدنه دستگاه پیوسته و مطمئن باشد. اندازه‌گیری دوره‌ای و مرور چک‌لیست بالا، از بسیاری از خرابی‌ها پیشگیری می‌کند.

اگر برای ارزیابی شرایط برق و ارت محل نصب یو پی اس یا انتخاب تجهیزات مناسب به راهنمایی نیاز دارید، از طریق صفحه درخواست مشاوره و پیش‌فاکتور با کارشناسان ایستا آفاق انرژی در ارتباط باشید.