ارت و حفاظت
سیستم‌های اتصال زمین
برای جلوگیری از برق‌گرفتگی و برای تأمین ایمنی و حفاظت از روشهای زیر استفاده می‌شود:
1ـ System grounding: در این روش نقطه نول ژنراتورها، ترانسفورماتورها و شبکه هوایی در ابتدا و انتهای خط به الکترود زمین وصل می‌شود.
2ـ Equipment grounding: در این روش بدنه یا محفظه فلزی کلیه وسایل به الکترود زمین وصل می‌شود.
3ـ سیستم حفاظتی برقگیر: در ساختمانهایی که مجهز به برقگیر هستند، باید سیستم اتصال به زمین برقگیر از دو سیستم گفته شده در بالا کاملاً مجزا باشد همچنین دو سیستم اول نیز باید در صورت امکان از سیستم زمین مجزا استفاده کنند.
انواع سیستم‌های نیرو از نظر اتصال به زمین
1) سیستم TN: دارای نقطه‌ای است که مستقیماً به زمین وصل است و کلیه بدنه‌های هادی تأسیسات از طریق هادیهای حفاظتی به این نقطه متصل‌اند، با توجه به استفاده از هادی خنثی و حفاظتی این سیستم به سه نوع تقسیم‌بندی می‌شود.
الف) سیستم TN-S: در سرتاسر این سیستم از یک هادی حفاظتی (PE) مجزا از نول استفاده می‌شود. توجه کنیم رنگ سیم‌های PE و N به ترتیب باید سبزـ زرد و آبی کمرنگ باشد تا تشخیص آنها به آسانی صورت بگیرد. (شکل 1).
ب) سیستم TN-C-S: در این سیستم در قسمتی از تأسیسات هادیهای خنثی (N) و حفاظتی توأم می‌باشند که PEN نامیده می‌شوند و در قسمتی دیگر از تأسیسات هادیهای مجزای PE و N داریم.
توجه کنیم رنگ سیم‌های PE و N به ترتیب سبزـ زرد و آبی کمرنگ باشد و PEN در صورت امکان سبزـ زرد و در غیر اینصورت آبی کمرنگ باشد. (شکل 1) توجه کنیم سیستم TN-C-S متداولترین نوع TN میباشد.
ج) سیستم TN-C: در این سیستم از یک هادی مشترک به عنوان هادی حفاظتی ـ خنثی (PEN) استفاده می‌شود.
وسایل حفاظتی سیستم TN
الف ـ وسایل حفاظتی که در اثر اضافه جریان عمل می‌کنند (مثل فیوزها، کلیدهای خودکار مینیاتوری و کلید اتوماتیک). در مواردی که هادی خنثی و هادی حفاظتی توأم باشد (PEN)
ب) وسایل حفاظتی که در اثر جریان باقیمانده عمل می‌کنند (RCDها یا کلید دیفرانسیل)، فقط در قسمتی که PE و N مجزا باشند.
ج) کلید (FI) (کلید خطای جریان یا رله محافظ جریان خطا)
مقاومت مجاز اتصال زمین سیستم‌های TN
مقاومت الکتریکی نقطه خنثی یا هادی خنثی سیستم TN نباید از دو اهم بیشتر باشد. اما هرگاه برای مجری مقررات ثابت شود که در یک منطقه مقاومت اتصال اتفاقی بین فاز و زمین از 7 اهم بیشتر است بجای 2 اهم می‌توان مقاومت زیر را مجاز اعلام کرد:
که در این فرمول RB همان مقاومت جدید برحسب اهم و RE مقاومت اتفاقی اتصال فاز به زمین (برحسب تجربه)، و U0 ولتاژ اسمی بین فاز و نول است و 50 ولتاژ تماس مجاز برحسب ولت است.
2) سیستم TT: دراین سیستم، یک نقطه مستقیماً به زمین وصل می‌شود و بدنه‌های هادی تأسیسات الکتریکی مستقل از اتصال زمین سیستم به زمین وصل می‌شوند. برای بهره‌برداری از این سیستم، شرایط محیطی و وسایل حفاظتی مخصوص (RCDها) لازم است که در ایران بدلیل نبود این شرایط کمتر استفاده می‌شود. در این سیستم، کلیه بدنه‌های هادی تجهیزات الکتریکی که توسط یک وسیله حفاظتی، محافظت می‌شود باید از طریق یک هادی حفاظتی به هم وصل شده و به الکترود زمین واحدی متصل گردند.
وسایل حفاظتی سیستم TT
الف) RCDها
ب) وسایل حفاظتی نوع جریان تفاضلی
ج) کلید FI
د) وسایل حفاظتی نوع ولتاژ اتصالی
مقاومت مجاز اتصال زمین سیستم‌های TT
الف) برای نقطه خنثی سیستم: مثل حالت TN لازمست مقاومت از 2 اهم کمتر باشد و اگر در یک منطقه اتصال اتفاقی فاز و زمین از 7 اهم بیشتر باشد باید از فرمول مثل قبل استفاده کرد.
ب) برای نقطه خنثی یا هادی خنثی بدنه هادی برای نصب به الکترود زمین مستقل: در این صورت مقاومت مجاز اتصال از رابطة بدست می‌آید که Id جریان نامی عملکرد دستگاه حفاظت اضافه جریان با زمانهای قطع مورد نظر و UL حداکثر ولتاژ تماس مجاز برحسب ولت است.
3) سیستم IT:
در این سیستم بدنه‌های تأسیسات الکتریکی به زمین متصل می‌شوند اما سیستم، به طور مستقیم به زمین وصل نمی‌شود یعنی یا بوسیله امپدانس به زمین وصل می‌شود یا اصلاً نسبت به زمین عایق است (شکل 1).
این سیستم هم به علت لزوم استفاده از وسایل حفاظتی مخصوص، در مکانهای محدودی مثل بیمارستانها، بعضی صنایع و … به کار می‌رود.
وسایل حفاظتی سیستم IT
الف ـ وسایل کنترل دایمی عایق‌بندی: در صورتیکه اعلام وقوع اتصال بین هر قسمت برقدار تأسیسات و بدنه‌های هادی یا زمین لازم باشد، باید یک وسیله کنترل دائمی عایق‌بندی نصب شود و برای رفع فوری اتصالی، باید یک خبرکن سمعی یا بصری یا هر دو را به کار اندازد و منبع تغذیه را بطور اتوماتیک قطع کند.
ب ـ وسایل حفاظتی که در اثر اضافه جریان عمل می‌کند (مثل فیوز یا رله).
ج ـ وسایل حفاظتی جریان باقی مانده (RCDها)
د ـ کلید (FU) که به Fault Voltage Protection نیز شناخته می‌شوند.
مقاومت مجاز اتصال زمین بدنه‌های هادی‌ها
مقاومت مجاز اتصال زمین هادی‌ها از رابطة بدست می‌آید که Id جریان اتصالی در حالیکه اولین اتصالی کامل بین فاز و بدنه هادی بوجود آمده باشد، همچنین Id شامل جریانهای نشت بوده و امپدانس کل اتصال زمین تأسیسات الکتریکی را نیز در بر می‌گیرد و UL ولتاژ احتمالی تماس است.
همچنین برای یافتن مقاومت مجاز اتصال زمین می‌توان از فرمولهای زیر نیز استفاده کرد.
الف) سیستم برقگیر: حداکثر 5 اهم
ب) نقطه نول ژنراتور، ترانس قدرت، شبکه فشار ضعیف: 2 اهم یا از فرمول که در قبل توضیح داده شده است استفاده می‌شود.
ج) بدنه تابلوها و وسایل فشار ضعیف:
ج ـ1) اگر نول شبکه و بدنه هر کدام از وسایل برقی به صورت مستقل زمین شده باشد TTآنگاه مقاومت مجاز اتصال زمین از فرمول زیر یافت می‌شود: که IA جریان عملکرد دستگاه حفاظت اضافه جریان است.
ج ـ2) اگر نول شبکه وسیم هادی بدنه هرکدام از وسایل و دستگاه‌ها از طریق شبکه اتصال زمین به هم وصل باشند (TN) آنگاه مقاومت مجاز اتصال زمین از رابطة بدست می‌آید که UE ولتاژ بین فاز و نول و IA همان جریان عملکرد دستگاه حفاظت اضافه جریان است.
د) بدنه وسایل فشار قوی:
که به سه صورت بدست می‌آید:
د ـ1) 125
جریان باقی مانده نشت زمین + جریان سیم‌پیچ
د ـ2) 125
جریان باقی مانده نشت زمین
د ـ3) 125
جریان نشت زمین
الکترود زمین
انواع الکترودهای زمین عبارتند از:
1) الکترود اتصال به زمین نوع میله مسی مغز فولادی
2) الکترود اتصال به زمین نوع لوله‌ای با لوله فولادی گالوانیزه یا سیاه با قطر داخلی حدود 10 سانتیمتر با طول 2، 3، 4 و 6 متر
3) الکترود اتصال به زمین نوع لوله‌ای با قطرهای 3، 4 و 5 سانتیمتر به طول تقریب 5/1 متر
4) الکترود اتصال به زمین نوع صفحه مسی تخت از ورق مس
5) الکترود اتصال زمین نوع لوله‌ای پرسی با لوله مخصوصی پرس شده (G1 PIPE)
6) از سیستم لوله‌کشی آب شهر یا غلاف سربی کابلها تحت شرایط خاص می‌توان استفاده کرد البته استفاده از لوله‌های گاز و گرمایش به عنوان الکترود زمین ممنوع است.
ـ برای حجم معینی از فلز الکترود هرچه یکی از ابعاد آن طولانی‌تر بوده و تماس الکترود با خاک بیشتر باشد، مقاومت آن نسبت به جرم کلی زمین کمتر خواهد بود. بنابراین یک الکترود میله‌ای یا تسمه‌ای که به صورت قائم یا افقی نصب شده باشد نسبت به الکترود صفحه‌ای ارجحیت دارد، الکترود صفحه‌ای کم اثرترین الکترودهاست.
ـ انتخاب الکتروهای مختلف بستگی به نوع زمین دارد. مثلاً برای زمینهای نرم و شور، لوله سیاه آب به قطر 4 اینچ و طول دو تا سه متر یا میله مسی با مغز فولادی مخصوص، برای زمینهای نیم سخت و سخت از میله مسی با مغز فولادی مخصوص به تعداد لازم یا چاه اتصال زمین که در آن صفحه مسی با ابعاد لازم همراه با ذغال و نمک باشد استفاده می‌شود. همچنین برای زمینهای بسیار سخت و صخره‌ای باید یک شبکه بافته شده از مفتول مسی در مساحتی به وسعت حدود 600 مترمربع یا بیشتر در عمق 60 تا 80 سانتیمتری زمین، به کاربرد.
محاسبه تعداد چاه ارت
برای محاسبه تعداد چاه‌های ارت برای هر نوع الکترودی فرمولی جهت محاسبة مقاومت وجود دارد، بعد از محاسبة مقاومت الکترود، با توجه به مقاومت مجاز مورد نظر، تعداد الکترودهایی که باید موازی شوند تا این مقاومت مجاز بدست آید را می‌یابیم، البته می‌توان با موازی کردن انواع مختلف الکترودها نیز به این مقدار مقاومت مجاز رسید، تعداد الکترودهایی که باید موازی شوند، تعداد چاه‌های ارت را نیز معین می‌کند.
مثلاً برای الکترود تک میله‌ای یا تک لوله‌ای که انتهای آن در سطح زمین قرار دارد.
که R مقاومت هر چاه اتصال زمین است، مقاومت مخصوص الکتریکی زمین برحسب اهم ـ سانتیمتر است که در جدول 1 برای زمینهای مختلف داده شده است، D قطر الکترود مورد نظر بر حسب سانتیمتر و L طول الکترود مورد نظر برحسب سانتیمتر است.
الکترود زمین اساسی
همان روش حفر چاه زمین است و از یک صفحه مسی که به طور قائم در ته چاه قرار می‌گیرد و در اطراف آن حداقل به ضخامت 20 سانتیمتر از هر طرف، پودر زغال هیزم ریخته کوبیده شده است استفاده می‌شود.
الکترود زمین ساده
برای مواردی که احداث چاه ارت برای مشترکین مقدور نیست و به دلیل تعداد زیاد مشترکان می‌توان با احداث تعدادی الکترود ساده‌تر با مقاومت بیشتر به مقاومت مطلوب رسید، از این الکترود استفاده می‌شود، الکترود زمین ساده می‌تواند یک لوله گالوانیزه به قطر حداقل 1 اینچ یا میله فولادی مخصوص که در زمین کوبیده شده یا به صورت قائم دفن شده تشکیل یافته است. در محل خروج لوله از زمین نیز یک چاهک بتنی یا آجری با ابعاد حداقل 30×30×30 سانتیمتر ساخته می‌شود.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 26 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله ارت، حفاظت و برقگیر
