معیارهای انتخاب سیستم ارت

در این مطلب در مورد معیارهای انتخاب سیستم ارت صحبت خواهیم کرد.

انرژی الکتریکی

امروزه برق و انرژی الکتریکی، جزئی جدانشدنی از زندگی ما شده است، تصور زندگی بدون برق، وحشتناک است چراکه بدون انرژی الکتریکی تمامی دستگاه ها و تجهیزات ما اعم از سیستم های کامپیوتری، الکترونیکی و مخابراتی از کار می افتند، کاخانه ها تعطیل هواهند شد.چرخ صنعت با نیروی الکتریکی به حرکت در می آید. یخچال ها، کولرها، تلویزیون، کامپیوترها، آسانسورها، دستگاه های صنعتی و کاخانه ها، روشنایی منازل و معابر و در واقع همه زندگی ما به برق وابسته است.

توقف جریان الکتریکی، توقف در زندگی بشر امروزی را بهمراه دارد. برق با تمام مزیت هایی که دارد، خطراتی را نیز به دنبال دارد که عدم آماده سازی و حفاظت در مقابل این خطرات، می تواند عواقب جانی و مالی بسیاری را به دنبال داشته باشد. تصور کنید که یک موتور الکتریکی غول پیکر  به چه میزان نیرو جهت حرکت نیاز دارد، برق یا انرژی الکتریکی همان نیرویی است که می تواند موتور را به حرکت وادارد، کسری از این نیرو، کافی است تا جان و مال انسان ها را با خطر جدی مواجه سازد.

ارت یا زمین:

یکی از مهمترین خطرات برق، خطر برقگرفتگی اشخاص و موجودات زنده می باشد، انسان ها و همچنین حیوانات در مقابل عبور جریان برق از بدن، مقاومت کمی دارند و آسیب پذیر هستند. ارت یا زمین نمودن دستگاه های برقی به معنای اتصال به زمین بدنه فلزی تجهیزات به زمین است، با این کار در صورت ایجاد خطا در شبکه برق و نشت برق به بدنه دستگاه ها، از طریق سیم ارت به زمین تخلیه شده و اشخاص از برق گرفتگی حفاظت می شوند.

سیستم ارت:

سیستم ارتینگ به مجموعه ای از تدابیر و کارهایی گفته می شود که با استفاده از آنها اشخاص را از برق گرفتگی و تجهیزات و دستگاه های برقی، خصوصا سیستم های حساس الکترونیکی و کامپیوتری را از آسیب، حفاظت خواهند شد و یا ریسک خطر را کاهش می دهیم. سیستم ارتینگ از بخش های مختلفی مانند زمین، الکترود زمین، هادی ارت همبندی های اصلی و همبندی های اضافی تشکیل شده است و به اجرای تمام موارد سیستم ارت می گوییم.

انواع سیستم های زمین

سیستم های زمین یا ارتینگ انواع مختلفی دارند که مهمترین آنها مدل های زمین TN، IT و TT می باشد، هر یک از این مدل های اتصال زمین، از امنیت و حفاظت کاملی برخوردار هستند،انتخاب نوع سیستم زمین مناسب جهت تاسیسات چالشی است که کارشناس و طراح سیستم برق باید بر اساس شرایط، یکی از آنها را انتخاب نماید.

انتخاب مدل سیستم زمین به معیارهای ایمنی و حفاظتی بستگی ندارد، چراکه اگر قوانین و استانداردهای مربوط به پیکربندی هر یک از انواع سیستم های زمین ، به درستی رعایت شوند، هر سه مدل سیستم زمین از نظر حفاظتی و ایمنی، برابر هستند، به این معنی که همگی اهداف حفاظتی اشخاص و تجهیزات را برآورده می نمایند.

معیارهای انتخاب مناسب ترین سیستم اتصال زمین، به الزامات قانونی و استانداردهای ملی هر کشور، نوع آرایش شبکه تولید و توزیع انرژی الکتریکی، تداوم خدمات و سرویس دهی، شرایط عملیاتی و انواع شبکه و میزان و نوع بار مصرفی ، بستگی دارد.

از نظر حفاظت از اشخاص ، آرایش و پیکربندی هر سه مدل زمین TN، IT و TT بصورتی است که از نظر ایمنی معادل و برابر می باشند به شرط آنکه کلیه قوانین و استاندارهای مربوط به هر کدام، به درستی اجرا شده باشد.

با در نظر گرفتن برخی شرایط و مقررات، می توان مناسب ترین سیستم زمین را انتخاب و اجرا نمود. مهمترین شرایط به شرح زیر است:

• نوع و میزان اهمیت تداوم سرویس دهی و خدمات
• شرایط عملیاتی
• نوع پیکربندی شبکه توزیع برق
• انواع بارهای مصرفی

در جدول زیر برخی از مشخصات و مقایسه بین انواع سیستم زمین توضیح داده شده است.

توضیحات	IT(2)	IT(1)		TNC		TN-S	TT
خصوصیات الکتریکی
در سیستم IT و تنها در زمان خطای اول، خطای جریانی چشم پوشی می شود.	—	+		—		—	–	خطای جریانی
در سیستم IT و در زمان خطای اول خطای ولتاژی خطرناک نیست ولی در زمان خطای دوم بسیار خطرناک است.	–	+		–		–	–	خطای ولتاژی
در سیستم TT ولتاژ تماسی یا ولتاژ لمسی در صورتیکه کل سیستم هم پتانسیل شده باشد، بسیار کم بوده و خطر ولتاژ لمسی بسیار کم است.	–	+		–		–	+/–	ولتاژ تماسی
خصوصیات حفاظتی
تمام سیستم های زمین در صورت رعایت تمام قوانین و استاندارهای مربوطه در زمان برقگرفتگی غیر مستقیم، از نظر حفاظت یکسان هستند.	+	+	+		+		+		حفاظت در زمان تماس غیر مستقیم
در این مدل سیستمها حفاظت در زمان اتصال بدنه به درستی انجام نمی شود چراکه RCD ها در این شرایط نمی توانند خطا را تشخیص دهند.	–	+	–		–		+		حفاظت در زمان استفاده از برق اضطراری
تمام سیستمهای زمین با استفاده از RCD حفاظت مناسبی خواهند داشت و تنها در سیستم TNC بی تاثیر می باشد	+	+	عدم حفاظت		+		+		حفاظت در مقابل آتش(با استفاده از RCD)

 

 

 

 

 

 

 

توضیحات	IT(2)	IT(1)		TNC		TN-S	TT
خطای اضافه ولتاژ
در وصرت وجود خطای اول در سیستم IT ، اضافه ولتاز ناشی از خطای فاز به زمین، پیوسته بوده و شرایط خطرناکی ایجاد خواهد شد.	+	–		+		+	+	اضافه ولتاژ پیوسته(طولانی از نظر زمان)
در بارهای مصرفی با جریان مصرفی بالا و تعداد بالای استاپ و استارت موتورهای الکتریکی، اضافه ولتاژهای گذار زیادی خواهیم داشت	–	+		–		–	+	اضافه ولتاژ گذرا (لحظه ای)
در سیستم TT با توجه به وجود الکترودهای مستقل و متعدد، تعادل ولتاژی از بین خواهد رفت، در دیگر سیستم ها با توجه به استفاده از الکترود مستقل، مشکل خاصی وجود نخواهد داشت	–	+		+		+	–	اضافه ولتاژهای ناشی از خرابی ترانسفوماتور
سازگاری الکترومغناطیسی
در سیستم زمین IT ممکن است اختلاف پتاسیل هایی بین الکترودهای مختلف زمین، ایجاد شود. در این سیستم احتمال ایجاد حلقه های سرگردان جریانی بین الکترودهای مستقل وجود دارد.	+	+	+		+		–		حفاظت در زمان برخورد صاعقه به زمین نزدیک
تمام سیستم ها نیاز به حفاظت بیشتر دارند	–	–	–		–		–		حفاظت در زمان برخورد صاعقه به خطوط قدرت
اتصال  و همبندی هادی PEN به استراکچر سازه، می تواند باعث ایجاد شرایط در زمان انتشار امواج الکترومغناطیسی شود	+	+	–		+		+		انتشار پیوسته  میدان های مغناطیسی
در صورتیکه جریان خطا زیاد باشد، PE ممکن است توان حفاظت لازم را نداشته باشد.	–	+	–		–		+		اضافه ولتاژ بر روی خط PE
تداوم سرویس دهی در زمان خطا
فقط سیستم IT در زمان خطای اول، وقفه ندارد	+	+	–		–		–		وقفه در زمان خطای اول
در سیستم های TNS و TNC و IT(در زمان خطای دوم)، با توجه به ایجاد جریان خطای بالا، افت ولتاژ دارند.	–	+	–		–		+		افت ولتاژ در زمان خطای عایقی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

انتخاب نوع سیستم زمین بر اساس معیارهای زیر تعیین می شود:

• ابتدا مقررات و الزاماتی که در موارد خاص اجرای نوعی از سیستم زمین را تحمیل می نماید
• بعد از بررسی مورد اول، بررسی شود که محل مربوطه مجهز به ترانسفورماتور خصوصی می باشد یا خیر؟

توجه: اگر مالک حق انتخاب یا اظهار نظر داشته باشد، تصمیم در مورد انتخاب نوع پیکربندی سیستم زمین، پس از گفتگو با طراح شبکه برق و تاسیسات الکتریکی، گرفته می شود. در هر صورت توجه به این نکته ضروری است که در هر شرایطی، نظر نهایی باید به تایید کارشناس و طراح تاسیسات رسیده باشد. مالک حق اظهار نظر تخصصی یا اجبار نظر خود را ندارد.

برخی از مواردی که مالک می تواند در مورد آنها نظر خود را ارایه نماید به شرح زیر است:

• مالک می تواند الزامات عملیاتی و بهره برداری محل یا ساختمان و شرایط عملیاتی مربوط به تعمیر و نگهداری را مورد بحث قرار دهد. بعنوان مثال ممکن است ساختمان با هدف بهره برداری مسکونی یا پزشکی یا تجاری یا تلفیقی از آنها باشد. در این موارد مالک می تواند اظهار نظر نماید تا نتیجه مناسب بدست آید.
• مورد مهم بعدی ، ویژگی ها و شرایط خاص بارها می باشد و اینکه در آینده چه تجهیزاتی در آن محل ممکن است استفاده شود.
• یکی از موارد تاثیر گذار نوع مصرف کننده یا مکانی است که قرار است سیستم ارت در آن اجرا شود. . بعنوان مثال ممکن است اجرای سیستم ارت مربوط به یک اتاق عمل باشد و یا مربوط به محیط با قابلیت انفجار یا اشتعال باشد. در این شرایط نیاز است استاندارد های مربوطه مورد برسی قرار گیرد تا سیستم ارتینگ مناسب و متناسب با مصرف کننده خاص، طراحی شود تا در آینده از حادثه جلوگیری شود.

اجرای سیستم اتصال زمین

در اجرای اتصال زمین نیاز است ابتدا نیازمندی های شبکه مصرف کننده و نوع و مدل سیستم زمین، مشخص شده باشد. بعنوان مثال نیاز است مشخص شود که منابع مصرف کننده را  به چند گروه مجزا تقسیم نماییم و یا از یک منبع استفاده شود. در ادامه به برسی بیشتر روش اجرا می پردازیم

تقسیم منابع

در این بخش در مورد استفاده از چند ترانسفورماتور و یا یک ترانسفورماتور بررسی می شود. بعنوان مثال در صورتیکه در شبکه مصرف کننده از انواع موتورهای الکتریکی بزرگ و کوره های القایی، استفاده شده است، تخصیص یک ترانسفورماتور مجزا جهت این مصرف کننده ها، باعث جلوگیری از اختلال در عملکرد بارهای دیگر خواهد شد.

این نوع پیکربندی می تواند کیفیت و تداوم سرویس دهی را در کل شبکه مصرف کننده، بهبود ببخشد. در این نوع پیکربندی هزینه ها کاهش دارند، بعنوان مثال سطح جریان اتصال کوتاه کمتر خواهد شد و ریسک خطر کاهش می یابد. در نهایت به صرفه بودن استفاده از تراسفورماتور های جداگانه نیاز به بررسی کارشناسان طراحی سیستم برق دارد.

طراحی جزیره های جداگانه شبکه مصرف کننده

ایجاد قسمت های جداگانه با استفاده از ترانسفورماتورهای LV/LV ، امکان بهینه سازی و استفاده از روش های مختلف سیستم زمین متناسب با جزیره های مجزا یا قسمت های جداگانه در شبکه مصرف کننده را می دهد. در این حالت می توان یک ترانسفورماتور LV/LV جهت تجهیزات حساس و جریان ضعیف در نظر گرفت تا بتوان سطح نویز و اختلال را در این تجهیزات کاهش داد. در شکل های شماره 1 و 2 نمونه ای از این پیکربندی نشان داده شده است.

نتیجه:

• بهینه سازی عملکرد نهایی مصرف کننده ها بر انتخاب نوع سیستم زمین ، برتری دارد.
• هزینه های عملیاتی آتی ، می تواند بر انتخاب نوع سیستم زمین تاثیر گذار باشد، بعنوان مثال نوع تجهیزات، میزان ایمنی، تعمیرات و تداوم خدمات و سرویس دهی می تواند در انتخاب نوع سیستم زمین تاثیر گذار باشد.
• نگهداری از سیستم زمین IT نیاز به کارشناسان مجرب و تجهیزات خاص دارد.