گراندینگ
افراد بسیاری اصطلاح “گراندینگ” (Grounding) را شنیده‌اند، اما معدودی معنا و اهمیت آن را کاملاً درک می‌کنند. گاهی حتی برق‌کاران باتجربه، گراندینگ را به عنوان یک مسئله‌ی جدی تلقی نمی‌کنند. یک گراندینگ نادرست یا نبود آن گستره‌ای از تداخل نویز، رزونانس و یا صدا در هنگام استفاده از تجهیزات الکتریکی ایجاد می‌کند که در بدترین حالت باعث نشت برق شده که موجب آسیب به کاربر و یا آسیب دیدن اجزای دستگاه می‌شود. بنابراین، گراندینگ موضوعی بسیار کاربردی است که باید به‌درستی به آن پرداخت.
برای کسانی که به طور مکرر تجهیزات الکتریکی در ارتباط‌اند، درک کامل تئوری‌ها و کاربردهای زمین کردن بسیار ضروری است.
در قرن هجدهم، بنیامین فرانکلین آزمایش معروف بادبادک را انجام داد تا ببیند که چگونه رعد و برق در آسمان به زمین هدایت می‌شود. این آزمایش منجر به اختراع میله‌های صاعقه‌گیر برای جلوگیری از برخورد صاعقه شد. از آن زمان به بعد مردم متوجه شدند که زمین وسیع زیر پاهای ما یک هادی الکتریکی عظیم است. ممکن است بهترین هادی نباشد، اما مطمئناً به اندازه‌ی لازم خوب است. به اندازه‌ای عظیم است که می‌تواند مقدار زیادی از جریان را حفظ کند. به همین دلیل سطح ولتاژ زمین صفر تنظیم شده است. طبق مقررات ایمنی لازم است که تمام قطعات فلزی که دارای الکتریسیته نیستند در سطح ولتاژ زمین نگه داشته شوند.
دلایل مختلفی برای گراندینگ مانند اهداف ایمنی و یا حفظ ثبات مدار وجود دارد. موارد زیر چند نمونه است.
در این رابطه بخوانید:
گراندینگ سیستم نیرو
همانطور که در شکل زیر می‌بینید، این طرح برای جلوگیری از آسیب‌دیدگی پارت دوم توسط ولتاژ زیاد پارت اصلی در موقعی است که جریان از طریق سیم زمین برای محافظت از جان انسان به زمین هدایت می‌شود.
گراندینگ ابزاردقیق
با اتصال تجهیزات یا بدنه به زمین، اپراتورها در صورت وجود نشت برق از شوک الکتریکی محافظت می‌شوند.
گراندینگ سیگنال
یک مرجع ولتاژ صفر یا یک مسیر لوپ برگشتی برای همه سیگنال‌های یکپارچه برای اطمینان از عملکرد مناسب یا اندازه‌گیری‌های دقیق فراهم شده است.
گراندینگ محافظ
این مورد برای جلوگیری از تجمع الکتریسیته ساکن استفاده می‌شود. ایزوله‌سازی زمین یا اتصال به زمین می‌تواند به کاهش نویزها و تداخلات الکترومغناطیسی کمک کند. اتاق محافظ، کابل‌ها، خطوط سیم، ترمینال‌های محفوظ از ابزارها، ترانسفورماتورها و فیلترها نمونه‌هایی از گراندینگ محافظ هستند.
انواع گراندینگ ابزاردقیق
شکل زیر یک کاربرد متداول گراندینگ ابزاردقیق بر روی ورودی و ولتاژ AC را نشان می‌دهد.
در این مورد، ارت سیگنال ورودی به ارت منبع تغذیه وصل شده است. هنگامی که شما در حال اندازه‌گیری هستید، مهم است که مطمئن شوید که ارت سیگنال ورودی در هر جایی که اختلاف ولتاژ با ارت زمین است دچار اتصال کوتاه نشود. این در هنگام اندازه‌گیری مدارهای کم‌هزینه تجاری در دسترس بسیار رایج است. برای کاهش هزینه‌ها، این مدارها معمولاً از ترانسفورماتورهای ایزوله برق استفاده نمی‌کنند. در عوض، برق AC مستقیماً به مدار وصل می‌شود. در نتیجه، یک لوپ بین خود مدار و ارت زمین تشکیل می‌شود و اختلاف ولتاژ رخ می‌دهد. اگر جریان برق AC به صورت برعکس وصل شود یا اختلاف ولتاژ قابل توجهی بین خط خنثی و ارت زمین وجود داشته باشد، عوامل ترکیبی می‌توانند منجر به نتایج بسیار غیرقابل پیش‌بینی شوند. بنابراین بایستی احتیاط لازم قبل از اتصال ورودی برای اندازه‌گیری لحاظ گردد.
برای جلوگیری از مشکلی که در بالا توضیح داده شد، برخی از ابزارها ورودی‌های شناور را همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است فراهم می‌کنند. هر یک از ورودی‌ها از ارت زمین متحرک است. در حالت ایده‌آل، تا زمانی که اختلاف ولتاژ بین این دو ورودی در یک حد قابل قبول باشد، می‌توان ورودی‌ها را به هر ولتاژی متصل کرد.
شکل ۴ (a) و ۴ (b)، مدار برخی از سیستم‌های ابزاردقیق رایج برای دستگاه‌های خروجی را نشان می‌دهد. برای ژنراتورهای DC یا فرکانس پایین، معمولاً از طرح نشان داده شده در ۴ (a) استفاده می‌شود. برای ژنراتورهای با فرکانس بالا (RF)، از مدل ۴ (b) استفاده می‌شود. بنابراین برای جلوگیری از مشکلی که در مورد (۱) در هنگام اندازه‌گیری فرکانس بالا وجود دارد، باید توجه ویژه‌ای شود. در غیر این‌صورت، اختلاف ولتاژ و تعارض ممکن است باعث آسیب به ورودی و خروجی مدار ابزار شود.
راهنمایی های لازم برای گراندینگ ابزاردقیق
با وجود راهنمایی‌های که برای گراندینگ ابزاردقیق است، قانون محکمی در این باره موجود نیست. در عمل، پیروی از همه‌ی دستورالعمل‌ها دشوار است و بستگی به محیط و کاربرد دستگاه دارد. به عنوان مثال، پیش از انجام اندازه‌گیری، ارزیابی‌هایی برای استفاده از روش شناور و یا خیر انجام می‌شود. موارد زیر چند دستورالعمل کلی است:
- هنگام توزیع انواع مختلف ارت مانند ارت محافظ، ارت قدرت و ارتینگ سیگنال، مطمئن شوید که آنها در مسیرهای خود قرار دارند تا از تاثیراتشان بر یکدیگر جلوگیری شود.
- امپدانس خط زمین را کم و مسیر کوتاه نگه دارید.
- ازایجاد لوپ‌های چندگانه ارت جلوگیری کنید، زیرا ممکن است جریان‌های برق را مختل کند.
- لوپ سنگین بارگزاری جریان ارت را از لوپ سیگنال کوچک ایزوله کنید.
در شکل زیر که برای تجهیزات منبع تغذیه به خوبی طراحی شده، مثالی برای نمونه بالا است.
دامنه ولتاژ بین خروجی A و B باید بسیار کم باشد. اما اگر به منظور راحتی، از نقطه C به جای نقطه D به عنوان مرجع زمین سیگنال استفاده شود، یک ولتاژ پالس قابل توجه ایجاد می‌شود. حتی در شرایطی که مقاومت بین نقطه C و D کم باشد، روی مدار خروجی ظاهر می‌شود. این امر به این دلیل است که جریان گذرا یا سرج در شارژ یا تخلیه خازن‌ها معمولاً بسیار زیاد است. در نتیجه، به محض روشن شدن برق، می‌تواند آسیب به مدار یا سیستم‌های متصل وارد شود.
در ادامه بخوانید:
