دانلود مقاله ارت، حفاظت و برقگیر

ارت و حفاظت

سیستم‌ های اتصال زمین

برای جلوگیری از برق‌گرفتگی و برای تأمین ایمنی و حفاظت از روشهای زیر استفاده می‌شود:

1 System grounding: در این روش نقطه نول ژنراتورها، ترانسفورماتورها و شبکه هوایی در ابتدا و انتهای خط به الکترود زمین وصل می‌شود.

2 Equipment grounding: در این روش بدنه یا محفظه فلزی کلیه وسایل به الکترود زمین وصل می‌شود.

3 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 سیستم‌ های 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 سبز 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 سبز زرد و آبی کمرنگ باشد و PEN در صورت امکان سبز 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 خنثی (PEN) استفاده می‌شود.

 

وسایل حفاظتی سیستم TN

الف 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 رابطه  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 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 وسایل حفاظتی که در اثر اضافه جریان عمل می‌کند (مثل فیوز یا رله).

ج وسایل حفاظتی جریان باقی مانده (RCDها)

د کلید (FU) که به Fault Voltage Protection نیز شناخته می‌شوند.

 

مقاومت مجاز اتصال زمین بدنه‌های هادی‌ها

مقاومت مجاز اتصال زمین هادی‌ها از رابطه  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 1) 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 2) 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 رابطه  بدست می‌آید که UE ولتاژ بین فاز و نول و IA همان جریان عملکرد دستگاه حفاظت اضافه جریان است.

د) بدنه وسایل فشار قوی:

د) بدنه وسایل فشار قوی: که به سه صورت بدست می‌آید: 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 محاسبه مقاومت وجود دارد، بعد از محاسبه 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.

شرایط استفاده از یک یا دو الکترود برای سیستم و برای ایمنی چنانچه در یک پست، خطوط ورودی و خروجی فشار قوی کابلی باشند و طول هریک از خطوط قبل از پست، از 3 کیلومتر بیشتر باشد می‌توان برای هر دو منظور ایمنی و سیستم از یک الکترود استفاده کرد اما اگر یکی از دو شرط بالا یعنی کابلی بودن و فاصله بیش از 3 کیلومتر نقض شود باید دو سیستم زمین از هم جدا شوند.

همچنین برای استفاده از دو الکترود، فاصله دو الکترود از 20 متر نباشد کمتر باشد.

حداقل عمق الکترودهای زمین برای الکترودهای کوبیده شده یا دفن شده به صورت قائم 2متر، لبه بالایی الکترود صفحه‌ای از سطح زمین 5/1 متر، الکترودهای افقی تسمه‌ای یا هادی مسی 7/0 متر است.

جعبه اتصال آزمایش برای آزمایش مقاومت الکتریکی هر الکترود اتصال زمین، بعد از نصب یا در زمان بهره‌برداری، برای هر الکترود یک جعبه اتصال آزمایش باید پیش‌بینی شود تا به صورت دوره‌ای مقاومت الکترود نسبت به جرم کلی زمین اندازه‌گیری شود.

این جعبه در روی سطح نزدیکترین دیوار به الکترود مربوطه و در ارتفاع 5/1 متری از کف تمام شده زمین نصب می‌گردد.

همبندی ـ برای همولتاژ کردن و جلوگیری از اضافه ولتاژ در هر ساختمان یک هادی همبندی اصلی کلیه قسمتهای زیر را به یکدیگر وصل می‌کند: هادی حفاظتی PE یا PEN اصلی، هادی خنثی (N)، لوهای اصلی آب، گاز، لوله‌های قائم تاسیسات، قسمتهای فلزی ساختمانها، الکترودهای اصلی و فرعی زمین.

ـ اگر کوچکترین شکی به کارایی وسایل قطع خودکار باشد باید از همبندی اضافی برای کلیه قسمتهای فلزی که به طور همزمان در دسترس هستند استفاده شود.

سطح مقطع هادی‌های حفاظتی، خنثی، همبندی اصلی و اضافی و هادی اتصال زمین 1) سطح مقطع هادی خنثی (N): حداقل مقطع هادی خنثی در جدول 2 آمده است.

2) سطح مقطع هادی حفاظتی و مشترک حفاظتی ـ خنثی (PE و PEN): سطح مقطع هادیهای حفاظتی نباید از مقادیر زیر کوچکتر باشد: 5/2 میلیمترمربع برای هادی حفاظتی که جزیی از مدار تغذیه نباشد ولی دارای حفاظت مکانیکی باشد.

4 میلیمتر مربع برای هادی حفاظتی که جزئی از مدار تغذیه نبوده و دارای حفاظت مکانیکی نیز نباشد.

و در عین حال باید سطح هادیهای حفاظتی از مقادیر جدول 3 نیز کوچکتر نباشد همچنین می‌توان برای یافتن سطح مقطع هادی حفاظتی از رابطه که در فصل دوم مطرح شد استفاده نمود.

3) سطح مقطع هادی همبندی اصلی: نباید از 6 میلیمترمربع کوچکتر و از 25 میلیمترمربع بزرگتر باشد و همچنین نباید از نصف سطح مقطع بزرگترین هادی حفاظتی در تاسیسات نیز کوچکتر باشد.

4) سطح مقطع هادی همبندی اضافی: نباید از مقادیر زیر کوچکتر باشد.

5/2 میلیمتر مربع اگر هادی همبندی اضافی از حفاظت مکانیکی کافی برخوردار باشد.

4 میلیمتر مربع اگر هادی همبندی اضافی از حفاظت مکانیکی برخوردار نباشد.

همچنین اگر هادی همبندی اضافی بدنه دو دستگاه را به هم وصل کند، نباید از کوچکترین هادی حفاظتی مدار تغذیه کننده دو دستگاه کوچکتر باشد و در مورد هادی همبندی متصل کننده بدنه‌های هادی و قسمتهای