مهندسی برق - انتقال و توزیع

در سال 1923 فرانسه در استانداردهاي ملي کشورش  ارت کردن بدنه تجهيزات برقي را الزامي نمود.

در سال 1924 انجمن مهندسان برق ( IEE ) در انگلستان اتصال بدنه فلزي وسائل برقي به زمين يا همان ارت کردن را اجباري نمود هر چند اينکار ساده نبود و مشکلات فراواني داشت.

در سال 1927 فرانسه بحث ارت کردن نقطه نول ترانسفورماتورها را نيز تصويب نمود.

در سال 1935 استانداردهاي جامع حفاظت اشخاص و تجهيزات تدوين و اجرائي شد و از آن سالها به بعد ارتينگ همگاني شد.

فلسفه ارت کردن

1-    در  مدار ساده تکفاز که نول عمدآ به زمين متصل نشده صرفآ وقوع اتصالي مستقيم فاز به نول ميتواند فيوز را بسوزاند و جلوي خطرات بعدي را بگيرد .

در صورت اتصالي فاز به زمين و نول به زمين ( هر يک به تنهائي ) فيوز نخواهد سوخت و عيب ممکن است روزها وجود داشته باشد که منجر به آسيب به تجهيزات به خاطر تغيير در ولتاژ تغذيه آنها و يا آسيب به شبکه برق گردد.

در اين حالت اگر دست انسان به يک فاز يا نول بخورد خطري نخواهد داشت و فقط اتصال همزمان به فاز و نول باعث برق گرفتگي خواهد شد.

خلاصه :خطرات انساني :کمتر          آسيب به تجهيزات و شبکه برق :  زياد

- همانطور که در تاريخچه نيز اشاره شد به خاطر حفظ پايداري شبکه برق و مسائل ديگر که در ادامه خواهد آمد در سال 1927 به بعد اتصال نول به زمين اجباري شد که در اينحالت وضعيت به صورت زير قابل بيان است :

در این حالت  اتصال فاز به زمين ميتواند فيوز را سوزانده و مدار و تجهيزات را محا فظت کند.

اتصال نول به زمين خطري براي شبکه و تجهيزات ندارد.

اتصال بدن انسان به يک فاز( تنها) بسيار خطرناک است.

اين وضعيت دو حالت دارد :

·        اگر بدنه دستگاه به زمين که همان نول است وصل شده باشد

(يعني همان سيستم زمين حفاظتي )که در اينحالت فيوز سريعا سوخته و از عبور طولاني جريان به بدن جلوگيري ميکند.

 ·        اگر بدنه دستگاه به زمين که همان نول است وصل نشده باشد

يعني سيستم ارت نداشته باَشيم که در اينحالت بعيد است فيوز بسوزد لذا جريان برق تا زمانيکه شخص به خود آمده و خود را رها کند و يا کسي به کمک او بيايد از بدن عبور خواهد کرد و اين فاجعه است.

خلاصه اين حالت:

 در صورت عدم نصب ارت مناسب

خطرات انساني :  بسيار زياد     

 آسيب به تجهيزات و شبکه برق :  زياد

 در صورت نصب سيستم ارت مناسب

خطرات انساني : کمتر         

 آسيب به تجهيزات و شبکه برق :  کمتر

به عبارتی در حالتی که سيستم ارت نصب شده باشد جريان خطا سه مسير جهت عبور  جريان خطا و برگشت به منبع دارد و سهم کمي از جريان خطا ممکن است از بدن شخصي که با دست دستگاه را لمس ميکند عبور کند خصوصا اگر مقاومت زمين دستگاه نيز خيلي کم باشد.

انواع زمين کردن

زمين کردن به طور کلي به دو بخش تقسيم ميشود:

1  -  زمين کردن الکتريکي يا زمين کردن نوترال يا نول کردن يا گراندينگ سيستم               Ground System

به طور كلي منظور از زمين كردن نوترال رسيدن به اهداف زير است :

 الف : كاهش تنش الكتريكي ناشي از اثرات كليدزني و صاعقه

ب: تامين و كنترل جريان اتصالي در حد قابل قبول

ج: كاهش عدم تعادل ولتاژ

د: محدود كردن ولتاژ نقطه نول

 2-   زمين حفاظتي يا ايمني    Safety   Ground

از اين نوع سيستم حفاظتي در ايجاد ايمني براي افرادي که بنا به وظيفه شغلي در تماس با تجهيزات سيستم هاي الکتريکي و نيز براي افراد جامعه که مصرف کننده نهايي انرژي برق ميباشند ،استفاده ميشود.هدف ديگر از اين نوع سيستم زمين ، محدود کردن خطر آتش سوزي از راه قطع سريع مدار معيوب به کمک وصل بدنه هاي فلزي به هادي خنثي يا زمين است.

 در برخي موارد تفکيک دو نوع اتصال زمين براي دو هدف بالا ممکن نيست و به  همين دليل ايجاد يک اتصال زمين براي هر دو منظور کافي است.ولي در بعضي شرايط تفکيک دو سيستم زمين لازم وضروري است و گاهي مسائل مربوط به زمين هاي ديگر مثل زمين صاعقه و زمين ابزار دقيق موضوع را پيچيده تر ميکند.

 انواع زمين الکتريکي :

روشهاي مختلف زمين کردن نوترال عبارتند از :

الف-  زمين کردن به شکل مستقيمSolidly  ground                                                                       

ب-  زمين کردن از طريق مقاومت Resistance ground                                                                     

ج-  زمين کردن از طريق راکتانسReactance  ground                                                                   

د-  زمين کردن از طريق ترانسفورماتورTransformer  ground                                                            

ه-  زمين کردن ايزوله يا زمين کردن از طريق ارسترIsolated ground or ungrounded                                                                                                      

هر يک از اين روشها ويژگي خاصي دارد که موضوع بحث اين جزوه نميباشد و اطلاعات کامل را دراستاندارد IEEE Std C37.101-1993 ميتوان يافت.

انواع زمين حفاظتي:

سيستم زمين حفاظتي دراستانداردها و مدارک جديد از جهات گوناگون مورد طبقه بندي قرار گرفته که کامل ترين و جديدترين آنرا ميتوان به صورت زير بيان نمود:

1-گراند تجهيزات                                           Equipment Ground

2-گراند صاعقه گير                                           Lightning Ground

3-گراند بارهاي ساکن                                  Electrostatic Ground

4-گراند ايزوله                                                       Isolated Ground

5-گراند منفرد يا ترانسی                                Transformer Ground

6- گراند سيگنال مرجع                     Reference   Signal  Ground

تقسيم بندي سيستم هاي فشار ضعيف از نظر روش زمين کردن

در فشار ضعيف سه نوع سيستم نيرو معمول ميباشد:

*سيستم T N  که خود به سه گونه مختلف ميباشدکه عبارتند از :

T N-C-S

T N-C

T N-S

 *سيستم T T

*سيستم I T

حرف اول از سمت چپ مشخص کننده رابطه نول  سيستم با زمين است به اين صورت که :

 T  يعني نقطه نول مستقيمآ به زمين وصل است

I  يعني نقطه نول از طريق يک امپدانس به رمين متصل است يا نسبت به زمين ايزوله است

 حرف دوم از سمت چپ مشخص کننده ر ابطه بدنه هاي هادي تاسيسات  با زمين است به اين صورت که :

N  يعني بدنه هاي فلزي تجهيزات از نظر الکتريکي

مستقيمآ  به نقطه زمين شده ترانس اصلي متصل شده اند

  T  يعني بدنه هاي فلزي مستقل از اتصال زمين سيستم نيرو به زمين وصل ميشوند.

 علاوه بر اين در مورد سيستم  TN از حروف اضافي ديگري براي مشخص کردن نحوه به کار گيري هاديهاي حفاظتي  PE و خنثي N استفاده ميشود.

TN-C  يعني در سراسر سيستم بدنه هاي فلزي  به سيم  مشترک حفاظتي و خنثي PEN   متصل اند.

 TN-S   يعني در سراسر سيستم بدنه هاي فلزي از طريق يک هادي مجزا  PE  به نقطه خنثي در مبدآ سيستم وصل ميشوند.

 TN-C-S  يعني بخشي از سيستم از مبدآ تا نقطه تفکيک داراي هادي توام حفاظتي و خنثي PEN   بوده و از آن نقطه به بعد دو هادي حفاظتي ( PE  ) و خنثيN   از هم جدا ميشوند.

 سه سيستم ارت TN-IT و TT و زير سيستم هاي آنها به طور کامل در استاندارد  IEC-60364 تعريف و تبيين شده اند.