الف ) حفظ عايق بندي وتامين صحت كار لوازم و دستگاه هاي الكتريكي و محدود كردن اضافه ولتاژ و كمك به كار صحيح لوازم و مدارها با قطع مدارهاي معيوب. به اين اتصال زمين عملياتي يا اتصال زمين سيستم گويند. [به طور خلاصه وصل نقطه خنثي سيستم به زمين = اتصال زمين سيستم]

ب) ايجاد ايمني براي افرادي كه بنا به وظيفه شغلي در تماس با تجهيزات سيستم هاي الكتريكي مي باشند از يك طرف و افراد جامعه كه مصرف كننده نهايي انرژي برق مي باشند و محدود كردن خطر آتش سوزي از راه قطع سريع مدار معيوب از طرف ديگر به كمك وصل بدنه هاي هادي به هادي خنثي يا زمين. به اين اتصال زمين ، اتصال زمين ايمني يا حفاظتي گويند. [ به طور خلاصه وصل بدنه هاي هادي به خنثي و زمين = اتصال زمين حفاظتي]

فرض كنيد  كه يك دستگاه الكتريكي  صنعتي و يا خانگي برروي بدنه خود  دچار خطاي  اتصال فاز گردد ، در اين حالت بدنه  دستگاه داراي ولتاژ اتصال  خواهد شد. حال اگر در اين حالت بدنه  به زمين يعني يك مقاومت حدود صفر (مقاومت نقطه زمين در تأسيسات الكتريكي 3 تا 5 اهم  است) وصل شده باشد ، در مسير اتصال زمين يك جريان به شكل اتصال كوتاه برقرار مي گردد. كه باعث مي شود عوامل حفاظتي بار مربوطه مانند فيوز و يا كليد اتوماتيك عمل كنند و خطا را قطع نمايند.

اما به لحاظ  خطاي انساني هم، چنانچه  بدن شخص يا بدنه دستگاهي كه داراي خطاي اتصال فاز شده است تماس بگيرد ، در حقيقت بين بدن شخص و بدنه دستگاه كه به زمين وصل شده است يك تقسيم جريان صورت مي گيرد .

در اين حالت بدن شخص به صورت يك مقاومت موازي با مقاومت اتصال زمين بدنه دستگاه قرار مي‌گيرد و با توجه به آنكه مقاومت بدن انسان در شرايط مختلف بين 10 تا 80 كيلو اهم است اين مقاومت بالا د رموازي شدن با مقاومت بدنه زمين شده دستگاه كه قاعدتاً 3 تا 5 اهم است به صورت مدار باز عمل نموده و عملاً‌تمام جريان به زمين مي رود و جريان از بدن شخص عبور نمي كند.

احداث چاه زمين

مقاومت نقطه زمين در تأسيسات الكتريكي بين 3 تا 5 اهم است . براي ايجاد  اين نقطه معمول ترين روش ايجاد چاه هاي اتصال زمين است. در اين روش در اطراف پست هاي داخلي و به فاصله حداقل  20 متر تعدادي چاه حفر مي كنند تا عمقي كه به خاك مرطوب برسند .

قاعدتاً اين عمق در نقاط مختلف گوناگون است و در برخي از مناطق با حفر چند متر به بخش مرطوب  زمين دست مي يابيم اما در برخي نقاط ، بايد تا ده ها متر حفاري ادامه يابد تا به رطوبت برسيم. در هر حال پس از رسيدن به نقطه مرطوب زمين ، كف چاه را تا حدود 50 سانتيمتر از مخلوط نمك و ذغال پودر شده پر مي كنيم سپس از صفحات مسي به ضخامت 5 ميلي متر كه سيم اتصال زمين (معمولاً سيم هاي بدون پوشش بالاي 50 ميلي متر مربع) به آن پرچ شده است استفاده مي نماييم.

اتصالهاي زمين به صفحه مسي ممكن است به يكي از دو روش زير انجام شود:

الف) درانتهاي هادي ، يك كابلشوي مسي ، كه به حداقل دو عدد پيچ با مهره هاي قفل كننده مجهز است، نصب شود. اين كابلشو ممكن است از نوع پرسي (با پرس هيدروليكي) باشد كابلشو به كمك دو عدد پيچ مسي مجهز به مهره هاي اصلي وقفل كننده به صفحه مسي محكم مي شود .

ب) به جاي استفاده از پيچ مي توان اتصالات را با استفاهد از جوش اكسيژن (لحيم سخت) انجام داد ،در اين حالت بايد دقت شود هادي به كابلشو و كابلشو به صفحه مسي در كل سطح تماس خود جوشكاري شده باشد و تنها به جوشكاري در طول محيط كابلشو اكتفا نشود.

پس از آنكه صفحه مسي در داخل ذغال كار گذاشته شد متناوباً 5لايه سنگ نمك خرد و سرند شده  و 5 لايه پودر زغال،  هريك به ضخامت 15 سانتي متر، در داخل چاه ريخته و فشرده مي شود. از آن به بعد چاه  با خاك سرند شده پر و لايه به لايه فشرده مي شود هنگام انجام عمليات ياد شده بايد، تا جايي كه ممكن است، هادي اتصال زمين در وسط چاه قرار بگيرد و به هيچ وجه نبايد آن را تحت نيروي كششي قرار داد هادي زمين بايد يكپارچه باشد و هيچ نوع زدگي و خوردگي در طول آن وجود نداشته باشد.

 يادآوري :

1ــ به جاي صفحة مسي مي توان 5 حلقه هادي اتصال زمين را كه قطر متوسط حلقه هاي آن 50 سانتي متر باشد كنار هم پيچيده  و در زمين قرار دارد بقيه شرايط مانند حالت استفاده از صفحه جدا خواهد بود.

 2ــ در انجام اتصالات نبايد از لحيم نرم ( سرب يا قلع) استفاده شود.

3 ــ در حالي كه عمق لبة بالاي صفحه مسي نبايد از 5/1 متر كمتر باشد، براي حداكثر آن حدي تعيين نمي شود مناسبترين عمق چاه ،عمقي است كه در آن «نم دائمي زمين»  وجود دارد.

4 ــ قبل از اقدام به حفر چاه براي اتصال زمين ، توصيه مي شود با شركت برق منطقه اي يا موسسه جايگزين آن مشورت شود تا نسبت به شرايط محلي زمين اطلاعات كافي كسب شود و آمادگي لازم بدست آيد . در هر حال عمق چاه را مقامات صلاحيت دار تعيين خواهند كرد.

5 ــ چاهي كه به منظور احداث الكترود زمين حفر مي شود و بايد مختص همان كار باشد و از آن نبايد براي هيچ منظور ديگري استفاده شود ، به همين ترتيب، استفاده از هر گونه چاه ديگري (آب يا فاضلاب و غيره) به منظور اتصال زمين تحت هر عنوان و به هر دليلي ممنوع است .

الكترود هاي اتصال زمين

الكترود هاي زمين بايد ماندگار بوده و براي سيستم الكتريكي مورد نظر كافي باشد، از يك الكترود يا سيستم به هم پيوسته الكترودهاي زمين بايد براي اتصال به زمين سيستم الكتريكي (پست) و پوششهاي هاديها و تجهيزاتي كه به وسيله سيستم تغذيه مي شوند ، استفاده شود. اين هدف ممكن است با بهم  پيوستن اجزاي ذكر شده در نقطه وصل هادي اتصال زمين انجام شود.

الكترودهاي زمين بايد يكي از انواع زير باشند:

الف) الكترودهاي موجود : منظور از الكترودهاي موجود، اجسام هادي هستند كه با هدفي ديگر، غير از ايجاد اتصال زمين براي سيستمهاي الكتريكي نصب شده اند. مانند :

1- سيستمهاي آبرساني يا لوله هاي فلزي :

2) سيستم هاي محدود

3) ميلگردهاي فولادي بتن مسلح در پي ها و شالوده ها

ب) الكترود هاي مصنوعي

در هنگام استفاده از الكترودها ي مصنوعي ، اين الكترودها بايد تا جايي كه مقدور است از سفره نم دائمي خاك عبور كنند و از عمق يخزدگي نيز پاين تر روند . الكترود هاي مصنوعي بايد از فلز يا تركيبي از چنان فلزاتي ساخته شده باشند كه در شرايط موجود و در طول عمر مفيد پيش بيني شده براي آنها دچار خوردگي بيش از حد نشوند.

كليه سطوح خارجي الكترودها بايد هادي جريان برق باشند و به عبارت ديگر ، اين سطوح نبايد پوشيده از رنگ ، وارنيش ، لعاب يا هر گونه پوشش عايق ديگر باشد.

 1 ـ ميله هاي كوبيده شده :

2) سيم يا تسمه يا ورق دفن شده :

3) الكترود زمين ته تير ــ صفحه اي يا چمپره اي :

4- الكترود هاي داخل بتن :

5- كابل هاي دفن شده با خنثي هم مركز :

نوع فلز ميل زمين :

فلزات  زير براي استفادة ميل زمين عملاً‌مورد تأييد قرار گرفته و براي اين منظور انتخاب مي شوند :

1- فولاد روي اندود :  با اشكال هندسي ، تسمه ؛ ميله ؛ پروفيل در ميل سطحي لوله براي ميل سطحي و عمقي

2- فولاد با روكش سربي : بيشتر به شكل سيم هاي طنابي در ميل زمين سطحي

3- فولاد با پوشش مسي : اغلب به شكل سيم هاي طنابي در ميل عمقي

4- مس : براي هر دو نوع ميل زمين

5- مس روي اندود شده : بيشتر به شكل طنابي در ميل سطحي

6- مس با پوشش سربي : بيشتر به صورت طناب با مقطع گرد در ميل سطحي

در انتخاب جنس زمين بهتر است حتي الامكان احتمال خطر خورندگي نيز بررسي شود.

جنس سيم اصلي زمين

موادي كه تا امروز براي سيم اصلي زمين به كار برده شده و در مراجع معتبر هم مورد تأييد قرار گرفته عبارتند از :

1- مس ،‌آلومينيوم و فولاد : به صورت عايق شده (‌ايزوله ) و از نظر مكانيكي حفاظت شده كشيده مي شود (‌از نظر مكانيكي حفاظت شده به معناي آن است كه سيم در داخل لولة محكم و مطمئن در زمين كشيده شود و يا بصورت كابل از آن استفاده شود )

2-  مس و فولاد : عايق شده ، اما از نظر مكانيكي حفاظت نشده (‌بي حفاظ ) كشيده شود .

3- مس و فولاد روي اندود: بدون عايق و بدون حفاظ كشيده مي شود .

به خصوص بايد دقت كرد كه سيم زمين خارج از زمين در مقابل ديد و قابل رويت باشد و يا اگر زير پوشش خاصي قرار نگرفته است بايد دسترسي به آن ساده و در مقابل اثر هاي مخرب مكانيكي و شيميايي  به طور كامل حفاظت شده باشد.

سيم اصلي زمين را مي توان حتي از داخل بتن هم عبور داد ، ولي در اين حالت بايد محل هاي آزاد و قابل دسترسي براي ارتباط برقرار كردن با آن و انشعاب گرفتن موجود باشد.

از فولاد داخل ساختمان هاي بتن مسلح مي توان به عنوان سيم زمين استفاده كرد به شرط آنكه سطح مقطع لازم مورد تأييد قرار گرفته و زدگي نداشته و سرتاسر جوش خورده باشد يا به طريق ديگري از نظر الكتريكي در محل هاي اتصال داراي هدايت خوب و مناسب باشد.

نمايش نقش سيم اتصال به زمين(ارت)

وسايل مورد نياز :

يونوليت (آكاستيو)، قوطي پلاستيك، كليد يك پل روكار، سيم اتصال روكش دار، جعبه ي تقسيم، ماكت ماشين لباسشويي و مولد (ترانس12ولت)

هدفها:
شناخت بهتر نقش سيم اتصال به زمين در وسايل برقي
نمايش چاه اتصال به زمين
آگاه كردن دانش آموزان از خطر برق گرفتگي ناشي از تماس با وسايل برقي (ماشين لباسشويي)و...

نحوه ي ساخت
صفحه اي مستطيل شكل از يونوليت آماده مي كنيم. دو عدد قوطي در گوشه هاي صفحه به عنوان چاه اتصال زمين نصب مي كنيم. ماكت ماشين لباسشويي ومولد را نيز روي صفحه قرار مي دهيم. سيم كشي هاي لازم واتصال سيم زمين از ماشين لباسشويي به چاه و از چاه به مولد را انجام مي دهيم. عروسك را كنار دستگاه لباسشويي مي گذاريم . اتصالات لازم را نيز برقرار مي كنيم. داخل قوطي ها ، به ضخامت 1 سانتي متر نمك و زغال مي ريزيم و يك صفحه مسي روي اولين لايه آن مي گذاريم.

روش استفاده
ابتدا با روشن كردن كليد كنار ماكت مولد ، برق را به دستگاه مي رسانيم. در اين حال، دست عروسك را به ماشين لباسشويي تماس مي دهيم. لامپ بالاي سر عروسك روشن مي شود كه نشان گر برق گرفتگي عروسك است (اين در صورتي است كه كليد چاه اتصال زمين قطع باشد). در اين هنگام ،اگر كليد اتصال زمين نزديك چاه اتصال زمين ماشين لباسشويي را وصل كنيم، از برق گرفتگي عروسك جلوگيري مي كند، زيرا برق مسير كوتاه تر و كم مقاومت تر را انتخاب مي كند . يعني به جاي عبور از بدن عروسك ،از طريق سيم اتصال زمين منزل به چاه اتصال زمين نيروگاه مي رود، فيوز را قطع مي كند واز برق گرفتگي جلوگيري به عمل مي آورد.

منبع :مجله تكنولوژي آموزشي