زمین الکتریکی چیست

زمین الکتریکی (ارتEarth) چیست ؟

در مهندسی برق واژه زمین کاربردهای فراوانی دارد، بگونه ای که تعریف های متفاوتی می توان در شاخه های مختلف از آن ارائه داد. به عنوان مثال در یک مدارالکتریکی و تحلیل آن زمین می تواند به عنوان یک مبدا در نظر گرفته شود و سایر ولتاژها بر اساس آن تحلیل شوند یا در حالتی دیگر زمین را به عنوان سر منفی منبع یا مسیر برگشت کلی جریان به آن در نظر می گیرند که به آن GND اطلاق می شود.

در مدارهای قدرت زمین عمدتا نقش حفاظتی دارد. یک اتصال به زمین که در نهایت به چاه ارت منتهی می شود معمولاً برای بالا بردن ایمنی و محافظت افراد یا دستگاه‌ها از تأثیرات معیوب بودن عایقکاری هادی‌ها متصل می شود. این هادی ها می توانند شامل بدنه، سیم ها و… باشند. به طور کلی  سیستم اتصال به زمین (EARTHING) که بعضا GROUNDING نیز خوانده می شود جهت تجهیزاتی که با برق کار می کنند و بدنه فلزی دارند ویا تجهیزاتی که با برق کار نمی کنند اما بدنه هادی دارند الزامیست.

بدنه (اسکلت) هادی بخشی از تجهيزات الکتریکی یا غیرالکتریکی است که قابل دسترسی است و می توان آن ها را لمس نمود. اين قسمت از تجهيز در وضعيت عادی برقدار نخواهد بود اما ممکن است در اثر بروز نقصی در دستگاه يا ايجاد اتصال داخلی  و حتی الکتریسته ساکن برقدار شود. مثلا اتصال به زمین در تانکرهای حمل مواد اشتعال پذیر جهت جلوگیری از انباشت الکتریسیته ساکن و درنتیجه آتش سوزی، انفجار و… بسیار ضروری است.

دربرخی موارد نظیر تلگراف و شبکه های انتقال زمین به عنوان یک هادی عمل می کند.

تاریخچه استفاده در تلگراف

سیستم تلگراف راه دور  که از سال ۱۸۲۰  به بعد مورد استفاده قرار ‌گرفت از دو برای انتقال پیام‌ به صورت پالس‌های الکتریکی استفاده مینمود. بعدها توسط دانشمند آلمانی استین‌هیل  Carl August von) Steinheil )ادعا شد که از زمین می‌توان به عنوان مسیر بازگشت برای تکمیل مدار پیام‌ استفاده شود به این ترتیب دیگر نیازی به سیم بازگشت نخواهد بود و احداث خطوط به صرفه است ولی این روش که در طول مسیرهای درون‌قاره‌ای تلگراف (در سال۱۸۶۱) بین سنت ژوزف(St. Joseph County) ، میزوری (Missouri) و ساکرامنتو کالیفرنیا(Sacramento, California) ایجاد شده بود با مشکلی اساسی رو به رو شد، به گونه ای که در طول فصل‌های خشک سال به علت خشکی خاک مقاومت زمین به شدت افزایش می‌یافت که باعث اختلال در کارکرد تلگراف می‌شد.

با پیشرفت تکنولوژی و جایگزینی تلفن به جای تلگراف مشخص شد که جریانی که به وسیله شبکه‌های قدرت، خطوط راه‌آهن برقی و … ایجاد می‌شود موجب ایجاد اختلال در سیگنال‌های ارسالی می شود و به این ترتیب استفاده از سیستم‌ دو سیمه در ارسال سیگنال ارتباطی دوباره رواج یافت.

تاریخچه استفاده در تلگراف

زمین الکتریکی در ارتباطات رادیویی در نقش  یکی از پلاریته های برخی از آنتن های رادیویی استفاده می شود. همچنین برخی سیستم‌های آنتن‌ فرستنده در VLF, LF, MF یا پایین‌تر از رنج SW برای عملکرد مناسب خود به زمینی با مقاومت خوب نیاز دارند. برای مثال یک آنتن عمودی تک قطب (monopole antenna) نیازمند یک سیستم زمین است که معمولاً از شبکه‌ای به هم پیوسته از سیم‌ها که به‌طور شعاعی از مرکز به فاصله تقریباً برابر با طول آنتن دور می‌شوند، تشکیل شده‌است. در برخی موارد این سامانه زمین در بیرون تقویت می‌شود تا از تلفات جلوگیری شود.

در  مبحث انتقال و سیستم‌ توزیع تک سیم با برگشت زمین (Single Wire Earth Return/SWER) با بهره گیری از یک سیم قدرت در شبکه‌ی قدرت در هزینه‌ها صرفه‌جویی میکنند. این روش عمدتا در مناطق روستایی مورد استفاده قرار می‌گیرد تا خطرات ناشی از برگشت جریان زیاد در زمین موجب خسارت نشود.