ارت / زمین یا گراند در برق و الکترونیک

ارت / زمین یا گراند در برق و الکترونیک چیست؟

در مهندسی برق، ارت / زمین یا گراند یک نقطه مرجع در مدار برق یا مدار الکتریکی است که از آن ولتاژ اندازه گیری می شود، که می تواند یک مسیر برگشتی مشترک برای جریان الکتریکی در مدارهای های الکترونیکی غیرثابت، یا یک اتصال فیزیکی مستقیم به زمین است.

چرا از ارت استفاده می شود؟

حفاظت از خسارت جانی

مدارهای الکتریکی ممکن است به دلایل مختلفی به زمین متصل شوند. قطعات رسانا در معرض تجهیزات الکتریکی به زمین متصل می شوند تا از کاربران در برابر خطر شوک الکتریکی محافظت کنند . اگر عایق داخلی از کار بیفتد، ممکن است ولتاژهای خطرناکی روی قطعات رسانا در معرض دید ظاهر شود. اتصال قطعات در معرض دید به زمین به قطع کننده های مدار (یا RCD ) اجازه می دهد تا در صورت بروز خطا، منبع تغذیه را قطع کنند. در سیستم های توزیع نیروی برق، هادی زمین حفاظتی (PE) بخشی ضروری از ایمنی ارائه شده توسط سیستم ارتینگ است.

حفاظت از خسارت مادی

اتصال به زمین همچنین ایجاد الکتریسیته ساکن را هنگام کار با محصولات قابل اشتعال یا دستگاه های حساس به الکترواستاتیک محدود می کند. در برخی از مدارهای تلگراف و انتقال برق ، خود زمین را می توان به عنوان یکی از هادی مدار استفاده کرد و در هزینه نصب یک هادی برگشتی جداگانه صرفه جویی کرد که ممکن است به برگشت تک سیم زمین شناخته شود.

جلوگیری از بروز خطا در تجهیزات

برای مقاصد اندازه گیری، زمین / ارت یا گراند به عنوان یک مرجع پتانسیل ثابت (قابل قبول) عمل می کند که می توان سایر پتانسیل ها را بر اساس آن اندازه گیری کرد. یک سیستم ارت الکتریکی باید دارای قابلیت حمل جریان مناسب باشد تا به عنوان یک سطح مرجع ولتاژ صفر مناسب عمل کند. در تئوری مدارهای الکترونیکی، “زمین” معمولاً به عنوان منبع یا سینک بی نهایت برای شارژ ایده آل می شود که می تواند مقدار نامحدودی جریان را بدون تغییر پتانسیل جذب کند. در جایی که اتصال به زمین واقعی دارای مقاومت قابل توجهی است، تقریب پتانسیل صفر دیگر دارای اعتبار نیست. ولتاژهای سرگردان یا اثرات افزایش پتانسیل زمین رخ خواهد داد، که ممکن است در سیگنال ها نویز ایجاد کند یا در صورت بزرگ بودن به اندازه کافی، خطر شوک الکتریکی ایجاد نماید.

معنای واقعی گراند یا ارت در تجهیزات غیر مستقر و همراه چیست؟

استفاده از اصطلاح ارت (گراند یا زمین) در کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی بسیار رایج است که مدارها در دستگاه های الکترونیکی قابل حمل، مانند تلفن های همراه و پخش کننده های رسانه ای، و همچنین مدارهای موجود در وسایل نقلیه، ممکن است به از وجود “ارت / زمین” در مدار صحبت به میان آید در حالی که در واقع هیچ اتصال واقعی به زمین موجود نیست، با این حال اصطلاح “common / نقطه مشترک” اصطلاح مناسب تری برای چنین اتصالاتی است. این معمولا یک هادی بزرگ است که به یک طرف منبع تغذیه متصل می شود (مانند ” صفحه اصلی ” در یک برد مدار چاپی )، که به عنوان مسیر برگشتی مشترک برای جریان از بسیاری از اجزای مختلف در مدار عمل می کند.

باند / باندینگ چیست؟

به بیان دقیق، اصطلاحات زمین یا ارتینگ به معنای اتصال الکتریکی به زمین/ارت است. عمل باندینگ فرآیند اتصال عمدی الکتریکی اقلام فلزی است که برای انتقال الکتریسیته در برد در نظر نگرفته شده اند. این کار باعث می شود که تمام اقلام متصل به زمین/ارت دارای پتانسیل الکتریکی یکسانی باشند که این امر به عنوان محافظی در برابر شوک الکتریکی عمل می کند. سپس اقلام متصل شده را می توان به زمین وصل کرد تا ولتاژهای خارجی حذف شود.

سیستم ارتینگ چیست؟

در سیستم های تامین برق، یک سیستم ارت (ارتینگ) پتانسیل الکتریکی هادی ها را نسبت به سطح رسانای زمین تعریف می کند. انتخاب سیستم ارتینگ پیامدهایی برای ایمنی و سازگاری الکترومغناطیسی منبع تغذیه دارد. مقررات سیستم های ارتینگ در کشورهای مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است.

اتصال زمین عملکردی بیش از محافظت در برابر شوک الکتریکی دارد، زیرا چنین اتصالی ممکن است در طول کارکرد عادی یک دستگاه نیز دارای جریان باشد. چنین وسایلی عبارتند از: سرکوب کننده ولتاژ، فیلترهای سازگار با الکترومغناطیس، برخی از انواع آنتن ها و ابزارهای اندازه گیری مختلف. به طور کلی سیستم حفاظتی ارت/زمین می تواند به عنوان یک سیستم عملکردی زمین نیز استفاده شود، اگرچه این نیاز به مراقبت دارد.

زمین امپدانس چیست؟

سیستم‌های توزیع قدرت ممکن است به همراه یک هادی مدار مستقیماً و به طور محکمی بوسیله ی یک سیستم الکترود اتصال زمین به زمین متصل شوند. از طرف دیگر، مقداری امپدانس الکتریکی ممکن است بین سیستم توزیع و زمین قرارداده شود تا جریانی که می تواند به زمین برسد را محدود کند. امپدانس ممکن است یک مقاومت یا یک سلف (سیم پیچ) باشد. در یک سیستم ارت با امپدانس بالا، جریان خطای قابل تحمل به چند آمپر محدود می شود. یک سیستم ارت با امپدانس کم به چند صد آمپر اجازه می دهد تا روی یک جریان خطا انتقال یابد. یک سیستم توزیع ارت بزرگ و محکم ممکن است هزاران آمپر جریان خطای زمین داشته باشد.

در یک سیستم AC چند فاز، ممکن است از یک سیستم زمین خنثی مصنوعی استفاده شود. گرچه هیچ هادی فازی مستقیماً به زمین متصل نیست، یک ترانسفورماتور مخصوص با طراحی ویژه (ترانسفورماتور “زیگ زاگ” ) جریان فرکانس برق را از جریان یافتن به زمین مسدود می کند، اما اجازه می دهد تا هر نشتی یا جریان گذرا به زمین برسد.

سیستم های غیر زمینی یا Ungrounded System به چه سیستم هایی خطاب می شوند؟

سیستم بدون اتصال به زمین خنثی به سیستم غیر زمینی معروف است یا به عبارت دیگر در سیستم غیر زمینی هیچ یک از هادی های آنها به زمین متصل نمی شود. در مواردی که خطر برق گرفتگی زیاد است، ممکن است از سیستم های برق غیر زمینی ویژه برای به حداقل رساندن جریان نشتی احتمالی به زمین استفاده شود. نمونه‌هایی از چنین تاسیساتی شامل بخش مراقبت بیمار در بیمارستان‌ها است، جایی که تجهیزات پزشکی مستقیماً به بیمار متصل می‌شوند و نباید اجازه عبور جریان برق را به بدن بیمار بدهند. سیستم های پزشکی شامل دستگاه های نظارتی برای هشدار در مورد افزایش نشتی جریان است. در سایت‌های ساختمانی خیس یا در کارخانه‌های کشتی‌سازی، ممکن است ترانسفورماتورهای ایزوله ارائه شوند تا خطا در ابزار برقی یا کابل آن، کاربران را در معرض خطر شوک قرار ندهد.

مدارهایی که برای تغذیه تجهیزات حساس تولید صوتی/تصویری یا ابزارهای اندازه گیری استفاده می شوند ممکن است از یک سیستم قدرت فنی غیر زمینی جدا شده تغذیه شوند تا تزریق نویز از سیستم قدرت را محدود کنند.

کاربرد اصطلاح ارت در الکترونیک

ارت های سیگنال

ارت های سیگنال به عنوان مسیرهای برگشتی برای سیگنال ها و توان (در ولتاژهای بسیار پایین ، کمتر از حدود 50 ولت) درون تجهیزات و در اتصالات سیگنال در بین تجهیزات عمل می کنند. بسیاری از طراحی های الکترونیکی دارای یک بازگشت واحد هستند که به عنوان مرجع برای همه سیگنال ها عمل می کند. ارت های توان و سیگنال دستگاه ها معمولاً از طریق محفظه فلزی تجهیزات به یکدیگر متصل می شوند. طراحان بردهای مدار چاپی باید در تنظیم سیستم های الکترونیکی دقت کنند تا جریان های پرقدرت یا سوئیچینگ سریع در یک قسمت از سیستم نویز را به قسمت های حساس سطح پایین سیستم وارد نکند.

گراند یا ارت رفرنس

ولتاژ به عنوان اختلاف پتانسیل الکتریکی بین نقاط یک میدان الکتریکی تعریف می شود. یک ولت متر برای اندازه گیری اختلاف پتانسیل بین یک نقطه و یک نقطه مرجع استفاده می شود. این نقطه مرجع مشترک “گراند یا زمین” نامیده می شود و پتانسیلش صفر در نظر گرفته می شود.

زمین یا گراند فانکشنال

برخی از دستگاه‌ها برای عملکرد صحیح، جدا از هر نقش حفاظتی، به یک اتصال به جرم زمین نیاز دارند. چنین اتصالی به عنوان یک زمین عملکردی فانکشنال گراند شناخته می شود – به عنوان مثال برخی از سازه های آنتن با طول موج بلند نیاز به اتصال زمین عملکردی دارند که معمولاً نباید به طور سهل انگارانه ای به ارت محافظت کننده متصل شود، زیرا ورود فرکانس های رادیویی به شبکه توزیع برق هم غیر مجاز و هم دارای خطر بالقوه می باشد.

در چه مکانهایی جداسازی ارت سیگنال پایین از ارت با نویز بالا انجام می گردد؟

در ایستگاه‌های تلویزیونی ، استودیوهای ضبط و سایر تأسیساتی که کیفیت سیگنال در آنها حیاتی است، اغلب یک زمین سیگنال خاص و مجزا از ارت توان یا برق AC نصب می شود که به نام «زمین فنی» یا «زمین فنی» خوانده می شود.

علائم متداول برای محل اتصال ارت یا زمین پایه:

 Earth ground زمین ارت

Chassis ground زمین شاسی

Signal ground زمین سیگنال

https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_(electricity)#:~:text=In%20electrical%20engineering%2C%20ground%20or,physical%20connection%20to%20the%20Earth.

Photo by Pixabay

مقاله قبلی: