اتصال زمین و ارتینگ

در این مقاله به بررسی اتصال زمین و ارتینگ خواهیم پرداخت.اتصالات ارتینگ یا اتصالات سیستم زمین در یک ساختمان ، اتصال قسمت های فلزی ساختمان و تمام بدنه های رسانای تجهیزات الکتریکی در یک نقطه مشخص به یکدیگر را شامل می شود، اتصالات ارتینگ با هدف جلوگیری از بروز مشکلات برای اشخاص ، تجهیزات و موجودات زنده، انجام می شود. در صورت عدم رعایت صحیح قوانین ، در زمان رخ دادن خطای الکتریکی ، ممکن است اختلاف پتانسیل های خطرناکی بین قسمت مختلف فلزی ایجاد شود و باعث آسیب های جانی و مالی شود.

تعریف

استانداردهای ملی و بین المللی به روشنی عناصر و قسمت های مختلف اتصال سیستم ارتینگ را تعریف می کنند. از مهمترین آنها می توان به استاندارد IEC60364 اشاره نمود. در شکل شماره یک با مهمترین آنها آشنا می شوید.

الکترود زمین(1)

یک یا چند هادی که در تماس مناسب با خاک و زمین هستند(در زمین مدفون هستند) و اتصال الکتریکی مناسبی را با زمین برقرار کرده اند.

ارت:

جرم رسانای زمین، که پتانسیل الکتریکی آن در هر نقطه بطور قراردادی صفر در نظر گرفته می شود.

الکترودهای زمین مستقل از نظر الکتریکی :

الکترودهایی که در زمین و در فاصله ای مناسبی از هم قرار می گیرندبطوریکه ماکزیمم جریان خطای الکتریکی که از یکی از آنها عبور نماید، بر روی پتاسیل الکترودهای دیگر، تاثیر قابل توجهی نداشته باشد.

مقاومت الکتریکی زمین

میزان حدودی مقاومت الکترود زمین که در تماس با خاک است.

هادی زمین(2):

یک هادی حفاظتی که به ترمینال اصلی زمین یا شینه اصلی ارت را به الکترود زمین متصل می نماید.

قسمت های رسانای در دسترس:

بخش رسانای تجهیزات (مانند بدنه فلزی تجهیزات) که در معرض تماس مستقیم قرار دارند و بعنوان یک هادی حامل جریان اصلی برق (مانند هادی فاز) نبوده و در حالت عادی برق دار نیستند، ولی در زمان خطای الکتریکی مانند خطای اتصال بدنه، برقدار می شوند.

هادی حفاظتی(3):

رسانایی(هادی) که جهت حفاظت هایی مانند شوک الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد و جهت اتصال هر یک از بخش های زیر از آن استفاده می شود:

• بخش های رسانای تجهیزات که در معرض تماس هستند.
• بخش های رسانای هادی های بیگانه
• ترمینال اصلی زمین(ارت)
• الکترود(های) زمین
• نقطه خنثی منبع(نول)

هادی های بیگانه(4)

بخش های رسانایی که بخشی از یک سیستم الکتریکی نمی باشند ولی با پتانسیل زمین در ارتباط هستند، مانند:

• ستون ها و سازه های فلزی ساختمان که در معرض تماس هستند و عایق نشده اند.
• لوله های فلزی مربوط به تاسیسات آب و گاز و کانال های سرمایش و گرمایش .
• و هر بخش فلزی که کوچکترین اندازه دست یا پای انسان، بتواند آنرا لمس کند.

هادی های همبندی(5)

یک هادی حفاظتی است که جهت همبندی های لازم از آن استفاده می شود، همبندی با هدف هم پتانسیل سازی قسمت های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

ترمینال اصلی ارت یا زمین:

یک ترمینال یا شینه که معمولا از جنس مس خالص است که جهت اتصال هادی های حفاظتی شامل بدنه تجهیزات الکتریکی ، ارت عملیاتی و اتصال هر بخشی که نیاز به اتصال به زمین و ارت داشته باشد.

اتصالات:

همبندی اصلی(6):

اتصال و همبندی بخش های مورد نیاز به یکدیگر و در نهایت اتصال آنها به ترمینال اصلی زمین، بطوریکه اطمینان حاصل شود که اگر خطای الکتریکی و یا خطای زمین در هر بخشی از شبکه الکتریکی رخ دهد، امکان ایجاد اختلاف پتانسیل الکتریکی و در نهایت شوک الکتریکی بین دو رسانای مجزا در آن ساختمان فرضی، نخواهد بود.

همبندی ها تا آنجا که ممکن است در نزدیکترین محل ورودی برق ساختمان انجام شود و در نهایت به ترمینال اصلی زمین متصل شود.

همبندی های اضافی:

همبندی های اضافی با هدف جهت هم پتانسیل سازی رساناهای در معرض تماس و هادی های بیگانه که در دسترس هستند.

اتصالات رساناهای در معرض تماس با الکترود زمین:

این اتصالات با هدف ایجاد یک مسیر با امپدانس کم جهت عبور جریان خطا به عمق زمین مورد استفاده قرار می گیرد.

اجزای همبندی

اتصال تمام بخش های فلزی قابل دسترس و تمام بدنه های تجهیزات و دستگاه ها الکتریکی جهت حفاظت در برابر شوک های الکتریکی و خطاهای الکتریکی ، ضروری است.

مهمترین اجزایی که نیاز به همبندی دارند :

• مسیر کابلها:
• کانال ها و سینی ها و بطور کلی مسیر عبور کابل های برق
• کابل های زره پوش و شیلد
• کابل های ورقه ای فلزی عایق شده
• بدنه تابلو های فلزی برق
• بدنه دستگاه های الکتریکی خانگی و اداری
• قسمت های فلزی نزدیک به هادی ها یا کابل های هوایی یا شینه ها
• کانال هایی که از فلز ساخته شده اند مانند کانال سیستم های سرمایشی و گرمایشی
• هادی ها و کابل های بدون غلاف فلزی

همبندی های اضافی موردنیاز:

• سازه های فلزی یا بتن مسلح
• اسکلت فلزی
• میلگردهای تقویت کننده
• پنل های پیش ساخته

استانداردهای سیستم ارتینگ

مهمترین سیستم های زمین بر اساس استاندارد IEC60364 به شرح زیر هستند:

سیستم زمین TT: نول زمین شده

سیستم زمین TN: نول زمین شده و اتصال کامل با سیستم ارتینگ مصرف کننده

سیستم زمین IT: عدم اتصال نول به زمین یا اتصال نول به زمین با امپدانس

طرح های مختلف سیستم زمین در واقع به روش های مختلف اتصال زمین در سمت پایین دست ترانسفورماتور MV/LV می باشد که بیان می کند که تجهیزات الکتریکی و ساختمان هایی که ازترانسفورماتور LV تغذیه می شوند، چطور با زمین و ترانسفورماتور LV در ارتباط باشند.

انتخاب یکی از این روش ها و اجرای صحیح قوانین و استانداردهای مربوطه، می تواند خطرات شوک الکتریکی و خطاهای الکتریکی را تا حد بسیار زیادی کاهش دهد.

سیستم زمین را براساس یکی از روش های ذکر شده انتخاب می کنیم، این انتخاب بستگی به توصیه استاندارد ملی هر کشور دارد ولی در شرایط خاص و تجهیزات خاص، بر اساس نظر کارشناس و ناظر برق پیکربندی، مناسب انتخاب می شود.

نکات مهم در انتخاب نوع سیستم ارتینگ

• نوع اتصال سیستم الکتریکی و هادی خنثی(نول) و الکترودهای زمین
• یک هادی حفاظتی جداگانه وجود دارد یا هادی حفاظتی و هادی نول یکی هستند.
• استفاده از تجهیزات حفاظتی اضافه بار، حفاظت از اتصال کوتاه و حفاظت از خطای زمین و … و تعیین نوع آنها.

در عمل انتخاب استراتژی های سیستم زمین بر اساس استاندارد و نوع نیاز، انتخاب می شود که در ادامه در این زمینه توضیحاتی خواهیم داد.

مزایا و معایب انواع سیستم زمین

• اتصال بخش های رسانای در معرض تماس تجهیزات برقی و هادی خنثی به هادی PE باعث کاهش اختلاف پتانسیل الکتریکی بین قسمت های مختلف می شود ولی از طرفی تاثیر جریان های خطای زمین را افزایش می دهد.
• استفاده از یک هادی حفاظتی جداگانه حتی اگر سطح مقطع آن کم باشد، می تواند هزینه بیشتری را تحمیل نماید، اما احتمال افت ولتاژ و آلودگی به هارمونیک را کاهش می دهد. همچنین از بسیاری از جریان های نشتی جلوگیری می نماید.
• نصب صحیح و انتخاب مناسب تجهیزات حفاظتی مانند کلیدهای نشتی جریان و رله های حفاظتی بسیار مهم است چراکه قبل از وقوع خسارت های سنگین به موتورها یا آتش سوزی یا برقگرفتگی، به کارشناس اخطار نموده و از خطر جلویگیری می نمایند.

توجه: سرعت حفاظت و حفاظت در کمترین زمان ممکن، از مهمترین پارامترهایی است که از آسیب به تجهیزات و موتورها و همچنین آتش سوزی جلوگیری می نماید، سیستم ارت الکترونیکی شرکت کنزا صنعت الموت، اتصال فاز به بدنه یا نشتی فاز به بدنه را در ولتاژ کمتر از 45 ولت متناوب و با بالاترین سرعت ممکن و کمترین زمان ممکن ، حفاظت می نماید.

مکانیزم حفاظتی روش های رایج بصورت جریانی است در حالیکه حفاظت در مقابل اینگونه خطاها در سیستم ارت الکترونیکی ولتاژی می باشد و در صورتی که اختلاف ولتاژ بدنه تجهیزات و زمین لوکال یا نول شبکه از 45 ولت متناوب، تجاوز نماید، مصرف کننده معیوب را از مدار خارج و از آسیب و آتش سوزی حفاظت می نماید. ارت الکترونیکی کنزا صنعت اتصال فاز به بدنه تجهیزات با هر جریان مصرفی را در کمتر از 100 میلی ثانیه، حفاظت می نماید.

سیستم زمین TT(نول زمین شده)

در این سیستم نقطه خنثی منبع، مستقیما زمین می شود. در سمت مصرف کننده نیز تمام بخش هایی که نیاز به زمین شدن دارند از طریق الکترود زمین می شوند، این الکترود ممکن است از نظر الکتریکی نسبت به الکترود منبع، مستقل باشد و یا نباشد. در شکل شماره 2 آرایش سیستم ارتینگ TT نشان داده شده است.

سیستم زمین TN

“” نول بطور مستقیم در منبع انرژی زمین شده است و تمام قسمت های در معرض تماس ،

هادی های بیگانه و الکترود زمین به نقطه خنثی متصل می شوند.””

در سیستم زمین TN نقطه خنثی منبع مانند سیستم TT بطور مستقیم زمین می شود، در این سیستم تمامی قسمت های در معرض تماس و هادی های بیگانه و هر بخشی از تجهیزات که نیاز به ارت داشته باشند به نقطه خنثی یا نول متصل می شوند، این سیستم خود به چند مدل سیستم زمین تقسیم بندی می شود:

سیستم زمین TNC

در این سیستم هادی خنثی یا نول بعنوان هادی حفاظتی استفاده می شود و هادی PEN را تشکیل می دهند.

PEN: Protective Earth and Neutral

اجرای این سیستم جهت هادی هایی که سطح مقطع آنها کمتر از 10 میلی متر مربع باشد، مجاز نیست.

در شکل شماره 3 آرایش سیستم زمین TNC نشان داده شده است.

در سیستم TNC نیاز به زمین های پی در پی داریم، زیرا هادی PEN در این سیستم در واقع همان هادی خنثی است و همزمان علاوه بر انجام وظیفه هادی اصلی که حمل جریان های برگشتی و تعادل فاز و حمل جریانهای هارمونیکی مرتبه سوم و ضرایب آن است، وظیفه سیستم ارتینگ تاسیسات را نیز بر عهده دارد.

نکته: در سیستم TNC عملکرد هادی حفاظتی نسبت به هادی خنثی اولویت دارد، در این سیستم هادی PEN به ترمینال اصلی زمین و سپس به ترمینال خنثی متصل می شود. در واقع از دو ترمینال مجزا استفاده می شود که یکی به هادی PEN و دیگری به هادی خنثی(نول) متصل شده است و سپس این دو ترمینال یا شینه بصورت مناسب به یکدیگر همبند می شوند.

سیستم زمین TNS

 

در این سیستم هادی خنثی بطور مستقیم به نقطه خنثی در منبع انرژی متصل می شود، به بیان دیگر در این سیستم پنج هادی به مصرف کننده، تحویل می شود. در سیستم TNS هادی حفاظتی و هادی خنثی بطور مجزا به مصرف کننده تحویل می شود. این سیستم بیشتر در مکان هایی که مجهز به ترانسفورماتور خصوصی هستند کاربرد دارد.

در شکل شماره 4 ،آرایش سیستم TNS نشان داده شده است.

سیستم زمین TNCS

سیستم های زمین TNS و TNCS شباهت های زیادی با هم دارند. در سیستم TNCS حداقل یک الکترود محلی اجرا می شود و آن الکترود در اولین نقطه با هادی خنثی همبند می شود.در شکل شماره 5 آرایش سیستم TNCS نشان داده شده است.

در این سیستم مجاز نیستیم از سیستم TNC در پایین دست سیستم TNS استفاده نماییم، زیرا هر گونه وقفه تصادفی در هادی خنثی در قسمت بالا دست منجر به قطع شدن هادی حفاظتی پایین دست خواهد شد و این یک خطر بسیار جدی محسوب می شود. در شکل شماره 6 این موضوع نمایش داده شده است.

سیستم زمین IT

در سیستم زمین IT نقطه خنثی منبع، اتصال به زمین نمی شود و یا با امپدانس بزرگ زمین می شود. در شکل شماره 7 آرایش سیستم زمین IT نشان داده شده است.

در سمت مصرف کننده تمامی قسمت های در معرض تماس یا هادی های بیگانه و بدنه تجهیزات به الکترود زمین متصل می شوند، در عمل تمام مدارها و سیستم های الکتریکی واقع در شبکه مصرف کننده دارای امپدانس نشتی نسبت به زمین هستند زیرا علاوه بر مسیر عایقی به موازات این مسیر نشت مقاومتی، مسیر جریان خازنی توزیع شده نیز وجود دارد، این دو مسیر با هم ، امپدانس نشت طبیعی به زمین را تشکیل می دهند. در شکل شماره 8 این مورد نشان داده شده است.

امپدانس نول نسبت به زمین در سیستم IT

در سیستم زمین IT ، نقطه خنثی تراسفورماتور LV با امپدانس که معادل 1000 تا 2000 اهم است، به زمین متصل می شود. در شکل شماره 10 این مورد نشان داده شده است.

تمام قسمت های در معرض تماس و هادی های بیگانه از طریق الکترودهایی به زمین متصل می شوند. دلیل این مدل زمین نمودن نقطه خنثی منبع، از بین بردن پتانسیل الکتریکی شبکه های کوچک با زمین است، میزان در مقابل امپدانس نشتی زمین کوچک است، از طرفی با این کار سطح اضافه ولتاژ کاهش می یابد، خصوصا اضافه ولتاژ هایی که ممکن است از سمت ترانس MV ایجاد می شوند. با این حال خطر خطای زمین در این سیستم نسبت به سیستم های دیگر ، کمی بالاتر است.

 

سخن پایانی

ایجاد سیستم زمین در تاسیسات الکتریکی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است، نوع پیکربندی سیستم زمین به شرایط مختلف بستگی دارد، ولی در هر صورت اجرای سیستم زمین باعث حفاظت از اشخاص و تجهیزات در مواقع بحرانی خواهد بود.

سیستم ارت الکترونیکی یک سیستم حفاظتی و اتصال به زمین است و در کنار استفاده از هر یک از روش های سیستم ارت و سیستم زمین، با نصب و راه اندازی سیستم ارت الکترونیکی خصوصا جهت حفاظت از سیستم های حساس الکترونیکی ، مخابراتی و کامپیوتری، می توان از آسیب در مواقع بروز خطا جلوگیری نمود، ارت الکترونیکی توسط کارشناسان شرکت کنزا صنعت الموت اختراع و در مدل های مختلف و با کاربری های متفاوت طراحی و تولید شده است .

ارت الکترونیکی کنزا صنعت تاکنون جهت حفاظت از بسیاری از سیستمها و تجهیزات حساس و گرانقمیت نصب شده است و توانسته علاوه بر افزایش بهره وری در عملکرد ، با توجه به سرعت حفاظتی بسیار بالا ، از خسارت های مالی در صنایع و تجهیزات گرانقیمت جلوگیری نماید.