ارت ساختمان مسکونی یا سیستم اتصال به زمین، یکی از مهم‌ترین عناصر ایمنی در تأسیسات برقی ساختمان‌هاست. هدف اصلی آن این است که جریان‌های نشتی یا اضافه‌بار به جای عبور از بدن افراد یا تجهیزات، مستقیماً به زمین منتقل شود. به این ترتیب خطر برق‌گرفتگی و آتش‌سوزی به کمترین حد ممکن می‌رسد. در این راهنما سعی شده است تمام جنبه‌های طراحی، اجرا، نگهداری و الزامات قانونی مرتبط با ارت در ساختمان‌های مسکونی به تفصیل بیان شود تا مالکین، طراحان، پیمانکاران و کنندگان پروژه‌های عمرانی بتوانند با دیدی جامع به این سیستم بنگرند.

اهمیت استفاده از سیستم ارت در ساختمان‌های مسکونی

سیستم ارت چند هدف اساسی دارد:

• حفاظت از جان انسان‌ها در برابر برق‌گرفتگی.

• جلوگیری از سوختن یا خرابی لوازم برقی در صورت بروز اتصال بدنه یا اضافه‌ولتاژ.

• تخلیه ایمن بارهای الکترواستاتیک در سطوح مختلف ساختمان (مثلاً در صنایع سبک داخل ساختمان یا محل‌های دارای حساسیت).

• کمک به عملکرد صحیح کلید محافظ جان (RCD/تعویض‌پریمیت) و قطع سریع برق در زمان بروز نقص.

• بهبود پایداری ولتاژ سیستم‌های الکتریکی ساختمان و کاهش نویزهای الکترومغناطیسی که ممکن است به ابزارهای حساس آسیب برساند.

• کاهش خطر صاعقه‌گرفتگی در نزدیکی بدنه‌های فلزی ساختمان و حفظ یک پتانسیل مشترک ایمن.

مزایای کلیدی ارت استاندارد:

• کاهش خطر برق‌گرفتگی مصرف‌کنندگان و ساکنین.

• حفاظت از تجهیزات خانگی و صنعتی در برابر صدمات ناشی از اضافه‌ولتاژ یا اتصال بدنه.

• حفظ ایمنی در حین کار با دستگاه‌های برقی و استفاده از کلیدهای حفاظت جان.

• بهبود ایمنی در بارگذاری‌های لحظه‌ای و افزایش عمر مفید تجهیزات برقی.

اجزای اصلی سیستم ارت

1. الکترود ارت: میله یا صفحه‌ای از جنس مس یا فولاد گالوانیزه که در خاک قرار داده می‌شود تا جریان‌های اضافی را به زمین منتقل کند. انتخاب جنس الکترود بر اساس مقاومت خاک، رطوبت و شرایط زیست‌محیطی ساختمان انجام می‌شود. در اکثر پروژه‌های مسکونی از میلۀ ارت به شهرک‌های مسکونی استفاده می‌شود. برای بهبود اتصال معمولاً از گالوانیزه‌کردن و مواد پوششی مقاوم در برابر خوردگی استفاده می‌شود.

2. سیم یا کابل ارت: سیم مسی لخت یا روکش‌دار که به واسطه‌های هدفمند، تجهیزات و الکترود را به هم وصل می‌کند. اندازه مقطع سیم ارت بر اساس جریان‌های نوری، مقاومت مورد نیاز و طول مسیر تعیین می‌شود. معمولاً از سیم‌های مسی با مقطع 16 تا 25 میلی‌متر مربع برای مسکن‌های کوچک تا متوسط استفاده می‌شود. در برخی مؤارد با طول‌های بالا یا خاک‌های مقاوم از کابل‌های با عایق مناسب استفاده می‌شود تا مقاومت را کاهش دهند.

3. شینه ارت: محل اتصال کلیه هادی‌های ارت به شینه مشترک. شینه ارت یک رابط رسانا در داخل تابلوهای برق است که تمامی هادی‌های ارت را به هم متصل می‌کند تا یک پتانسیل اتصال به زمین یکنواخت ایجاد شود. شینه ارت معمولاً به بدنه تابلوها و فریم‌های فلزی ساختمان متصل است و با اتصالات مناسب جوش یا پیچ به سایر اجزاء ارت وصل می‌شود.

4. چاه ارت: محل استقرار الکترود و مواد رسانا. چاه ارت فضای زمینی است که الکترود در آن قرار می‌گیرد و گاهی با مواد کاهنده مقاومت (مثل بنتونیت) یا شن و ماسه پر می‌شود تا کیفیت اتصال به زمین بهبود یابد. عمق چاه ارت برای ساختمان‌های مسکونی معمولاً بین 2 تا 3 متر است، هرچند بسته به نوع خاک و دمای زمین می‌تواند تغییر کند. برای خاک‌های خشک یا مقاوم، عمق بیشتری یا استفاده از شبکه ارت (ارت حلقوی یا مش‌بندی) توصیه می‌شود.

انواع سیستم ارت

• میله‌ای (ارت میله‌ای): استفاده از میله مسی یا فولادی در عمق خاک با هدف کاهش مقاومت تماس با زمین. این روش ساده و پرکاربرد است و به صورت مستقیم در خاک فرورفته و با سیم ارت به تابلوی برق متصل می‌شود.

• صفحه‌ای (ارت صفحه‌ای): استفاده از یک صفحه یا صفحه‌های مسی یا فولادی که در خاک فرورفته و فاصله‌ای نسبت به سطح زمین ایجاد می‌کند تا سطح تماس با خاک افزایش یابد و مقاومت ارت کاهش یابد. مناسب برای ساختمان‌های با محدودیت فضای حفاری یا خاک‌های مقاوم.

• مش‌بندی (ارت شبکه‌ای/شبه شبکه): استفاده از شبکه‌ای از هادی‌های ارت که زیر سطح زمین در عمق‌های کم تا متوسط پخش می‌شود تا مقاومت ارت به طور یکنواخت کاهش یابد. این روش به ویژه برای ساختمان‌های در حال ساخت یا ساختمان‌های با مصرف برق بالا و یا خاک‌هایی با مقاومت بالا مفید است.

• ارت مشترک با صاعقه‌گیر: طراحی مشترک اما با ملاحظات خاص. در این روش ارت با صاعقه‌گیر یا سیستمی که برای حفاظت در برابر صاعقه طراحی شده است به یک نقطه مشترک وصل می‌شود و با توجه به نیازهای حفاظت اضافه‌تری مانند اتصال به زمین بدنه کانال‌های فیکو و سایر سطوح فلزی، پیش می‌رود.

مراحل اجرای سیستم ارت

1. طراحی بر اساس مقاومت خاک و استانداردها: تحلیل مقاومت به زمین و تعیین نوع و عمق الکترودها با استفاده از داده‌های خاک و الزامات استاندارد مرتبط. در این مرحله، باید مقاومت هدف کمتر از مقدار مشخص شود (معمولاً کمتر از 2 اهم برای ساختمان‌های مسکونی).

2. حفر چاه ارت با عمق ۲ تا ۳ متر: با برنامه‌ریزی دقیق و رعایت ایمنی کار در خاک انجام می‌شود. در خاک‌های خشک یا دارای مقاومت بالا، می‌توان از چاه‌های متعدد یا روش‌های ترکیبی استفاده کرد.

3. نصب الکترود (میله یا صفحه): الکترودها با دقت در چاه یا در خاک جایگذاری می‌شوند تا تماس مؤثر با خاک را فراهم آورند. در برخی روش‌ها از ترکیب چند الکترود در نقاط مختلف زمین استفاده می‌شود تا مقاومت کل کاهش یابد.

4. استفاده از مواد کاهنده مقاومت مانند بنتونیت: بنتونیت یا سایر مواد کاهنده مقاومت در اطراف الکترود و بین خاک و الکترود قرار می‌گیرد تا اتصال به خاک بهبود یابد و مقاومت را کاهش دهد. این مواد به طور طبیعی رطوبت را نگه می‌دارند و خاموشی یا خشک شدن سریع را کاهش می‌دهند.

5. اتصال سیم ارت و جوش کدولد: سیم ارت به الکترود از طریق اتصال مناسب مانند سیم کوردولد یا جوش‌های مناسب اتصال برقرار می‌شود تا کمترین مقاومت و اتصال امن ایجاد شود. اتصالات باید ضد خوردگی و محافظت شده با لایه‌ای از پوشش مناسب باشند.

6. تست مقاومت (کمتر از ۲ اهم برای ساختمان مسکونی): پس از تکمیل، مقاومت زمین با ابزارهای تخصصی اندازه‌گیری می‌شود تا مطمئن شویم که مقاومت کل با مقدار هدف همسو است. در صورت وجود اختلاف، ممکن است با اعمال مواد کاهنده یا افزودن الکترودهای اضافی مقاومت کاهش یابد.

7. ثبت و مستندسازی: نتایج تست‌ها، نقشه‌های ارت، محل‌های دقیق نصب و مشخصات تجهیزات ضبط و نگهداری می‌شوند تا در آینده به راحتی بازیابی یا بازبینی شوند. این مستندات برای انجام تست‌های دوره‌ای و نگهداری ضروری هستند.

استانداردها و الزامات قانونی

• رعایت مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان (MBC) و استانداردهای ملی مربوط به ارت در ساختمان‌های مسکونی الزامی است. این استانداردها به ناحیه‌های مختلف از جمله طراحی، اجرا، اندازه‌گیری و نگهداری می‌پردازد.

• مقاومت سیستم ارت باید کمتر از ۲ اهم باشد: این مقدار به شکل مرسومی به عنوان هدف کلان در ساختمان‌های مسکونی در بسیاری از استانداردها ذکر شده است. با زمان و شرایط خاص ممکن است مقدار نهایی با توجه به شرایط خاک و طراحی تغییر کند، اما معمولاً این مقدار به عنوان حد آستانه در نظر گرفته می‌شود.

• استفاده از کلید محافظ جان الزامی است: کلید محافظ جان یا RCD، به منظور تشخیص نشت جریان و قطع سریع برق در زمان بروز نویز یا نقص، باید در سیستم‌های توزیع برق ساختمان به کار گرفته شود.

• تست دوره‌ای هر ۱ تا ۳ سال یکبار: برای اطمینان از عملکرد مناسب سیستم ارت، بازرسی و تست دوره‌ای انجام می‌شود تا هرگونه فرسودگی یا نقص در اتصالات یا الکترودها به موقع شناسایی و رفع گردد.

قوانین می‌توانند بسته به شهر یا کشور انتشار به‌روز شوند. به همین دلیل توصیه می‌شود به نسخه‌های به‌روز مقررات ملی ساختمان و استانداردهای ملی مرتبط مراجعه شود و با تیم برق‌کار و مهندس برق معتبر هماهنگی لازم انجام شود.

روش‌های تست و نگهداری

• تست با دستگاه ارت‌تستر: برای اندازه‌گیری مقاومت زمین و بررسی کارکرد ارت از دستگاه‌های مخصوص مانند ارت‌تستر استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها امکان اندازه‌گیری دقیق و نمایش نرخ ناهمگونی مقاومت را فراهم می‌کنند.

• بررسی سلامت اتصالات: اتصالات گلوایس یا برنجی و سایر اتصال‌های سریع نمونه‌برداری یا بازرسی چشمی انجام می‌شود تا از عدم فرسودگی و خوردگی یا شکستگی جلوگیری شود.

• حفظ رطوبت چاه ارت در مناطق خشک: در مناطق خشک و کم‌آب، حفظ رطوبت اطراف چاه ارت با استفاده از مواد نگهدارنده رطوبت یا سیستم‌های آبیاری مناسب می‌تواند مقاومت را کاهش دهد و به پایداری ارت کمک نماید.

• تعویض مواد کاهنده در صورت لزوم: مواد کاهنده مانند بنتونیت پس از مدت معین یا در صورت خشک شدن، باید تعویض یا بازآوردی شوند تا اثر کاهنده مقاومت دوباره بازگردد.

• بررسی سیستم‌های مرتبط مانند صاعقه‌گیرها: در طراحی ارت مشترک با صاعقه‌گیر، لازم است به‌روزرسانی‌های مربوط به حفاظت در برابر صاعقه و اتصال به زمین نیز بررسی شود.

مشکلات رایج در سیستم ارت

• عمق ناکافی چاه ارت: در برخی موارد عمق کم یا فاصله معمول بین الکترود و سطح خاک منجر به مقاومت بالا می‌شود. استفاده از چاه‌های اضافی یا روش‌های ارت مشبک می‌تواند این مشکل را برطرف کند.

• فرسودگی یا قطع سیم ارت: آسیب فیزیکی یا فرسودگی سیم ارت باعث افزایش مقاومت و کاهش کارایی ارت می‌شود. باید به صورت دوره‌ای بررسی و در صورت لزوم جایگزین شود.

• استفاده نکردن از مواد کاهنده: نبود بنتونیت یا مواد کاهنده مقاومت می‌تواند منجر به افزایش مقاومت کل زمین شود.

• عدم اتصال وسایل برقی به ارت: عدم اتصال مناسب دستگاه‌ها به ارت یا ناتمام بودن شینه ارت می‌تواند اثرات ایمنی را کاهش دهد و خطر برق‌گرفتگی را افزایش دهد.

مزایای داشتن ارت استاندارد

• کاهش خطر برق‌گرفتگی: اصلی‌ترین هدف ارت است که با کاهش خطر برق‌گرفتگی به مدد انتقال جریان به زمین، ایمنی ساکنین را حفظ می‌کند.

• طول عمر بیشتر وسایل برقی: کاهش ولتاژهای ناخواسته و نوسانات، موجب کاهش ضربه‌های ولتاژ و عمر مفید لوازم برقی می‌شود.

• تضمین عملکرد صحیح سیستم حفاظتی: با داشتن ارت مناسب، کلید حفاظت جان (RCD) و سایر ابزارهای ایمنی به درستی عمل می‌کنند.

• کیفیت بهتر شبکه برق داخلی: با پایداری پتانسیل زمین، نویزهای سیستم کمتری وجود خواهد داشت و کارکرد تجهیزات دقیق‌تر می‌شود.

کاربرد ارت در وسایل خانگی

تمام وسایل فلزی مانند یخچال، لباسشویی، پکیج و ظرفشویی باید به ارت متصل شوند تا در صورت انتقال جریان به بدنه، آن را به زمین هدایت کنند. در کنار این کار، بدنه‌های فلزی سازه، سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی و سایر تجهیزات دارای بدنه فلزی نیز می‌توانند به ارت متصل شوند تا حفاظت واحدی ایجاد گردد. اتصال بدنه‌ها به ارت به عنوان یک استاندارد ایمنی در طراحی‌های داخلی به حساب می‌آید.

همچنین در برخی از موارد استفاده از ارت برای لوازم پزشکی یا دستگاه‌های حساس که در خانه نگهداری می‌شوند، ضروری است تا از آسیب به دستگاه و یا خطر برای بیمار جلوگیری گردد. در این راستا، توصیه می‌شود هر دستگاه با کاربری حساس دارای اتصالات به زمین باشد یا با محفظه‌های ایمن، محافظت شود.

ارت در ساختمان‌های قدیمی

در ساختمان‌های قدیمی که سیستم ارت ندارند:

• ایجاد چاه ارت جدید: برای ساختمان‌های با ایمنی پایین یا بدون ارت، احداث چاه ارت جدید با استفاده از طراحی مناسب می‌تواند مشکلات ایمنی را برطرف کند. این اقدام نیازمند بررسی دقیق خاک و استفاده از الکترودهای مناسب است.

• یا استفاده از ارت مشترک بین واحدها: در برخی از ساختمان‌های قدیمی، از یک ارت مشترک برای تمامی واحدها استفاده می‌شود تا هزینه‌ها کاهش یابد، اما این روش نیازمند طراحی دقیق برای جلوگیری از اختلاف پتانسیل و حفاظت از تمام واحدها است.

• نوسازی سیم‌کشی برای اضافه کردن سیم ارت: در صورت نیاز به ارت در ساختمان‌های قدیمی، می‌تواند سیم‌کشی جدیدی اضافه شود تا به ارت متصل شود و ایمنی بهبود یابد. این کار معمولاً نیازمند بازسازی تابلوهای برق و حفاظت مناسب است.

مزایای نوسازی ارت در ساختمان‌های قدیمی:

• ارتقاء ایمنی ساکنین و کاهش خطر برق‌گرفتگی.

• بهبود عملکرد کلید محافظ جان و حفاظت در برابر نشت جریان.

• کاهش خطر خراب شدن تجهیزات قدیمی در اثر وصل بدنه یا اضافه‌ولتاژ.

محدودیت‌ها و نکات کلیدی:

• در ساختمان‌های قدیمی ممکن است فضای لازم برای چاه ارت یا شبکه ارت وجود نداشته باشد، بنابراین استفاده از راهکارهای جایگزین یا ارت مشترک با ملاحظات ایمنی الزامی است.

• نیاز به مجوزها و بازرسی‌های دوره‌ای برای حفظ ایمنی وجود دارد و باید با تیم برق و مهندسان محلی هماهنگی صورت گیرد.

نکات اقتصادی و ایمنی

• هزینه اجرا به عمق چاه، نوع الکترود و شرایط خاک وابسته است: عمق بیشتر، جنس الکترود مقاوم‌تر، و خاک با مقاومت بالاتر، هزینه‌های بیشتری را به همراه دارد. علاوه بر این، دستمزد کارگران و تجهیزات حفاری و آزمایش‌ها نقش مهمی در هزینه‌ها دارند.

• ایمنی اجرای ارت باید اولویت اصلی باشد حتی اگر هزینه نصب بالا باشد: رعایت ایمنی و طراحی معتبر می‌تواند از خطرات جدی جلوگیری کند. استفاده از تجهیزات ایمن، روش‌های حفاری ایمن، و رعایت استانداردها در هر مرحله لازم است تا ایمنی افراد و تجهیزات حفظ گردد.

• تهیه استانداردهای به‌روز و مشاوره با مهندسان برق معتبر می‌تواند از هزینه‌های اضافی جلوگیری کند و نتیجه بهتری در عملکرد ارت می‌دهد.

جمع‌بندی

ارت ساختمان مسکونی یک ضرورت ایمنی و حفاظتی است نه گزینه اختیاری. رعایت تمامی استانداردها، تست منظم و استفاده از تجهیزات مرغوب، تضمین‌کننده امنیت جانی و مالی ساکنین خواهد بود. طراحی مناسب ارت، با محاسبه مقاومت زمین، انتخاب الکترودهای مناسب، و اجرای دقیق اتصالات، می‌تواند خطر برق‌گرفتگی، حوادث و خرابی‌های ناشی از اضافه‌ولتاژ را به طور قابل توجهی کاهش دهد. با توجه به پیچیدگی‌های فنی و اهمیت ایمنی، نصب سیستم ارت باید توسط تیم فنی مجرب و با نظارت مهندس برق انجام شود و مستندات دقیق از طراحی، اجرا و تست‌های دوره‌ای نگهداری گردد.