سیستم اتصال زمین

1-سیستم اتصال زمین چیست؟

در وسایل الکتریکی نیاز است که پتانسیل بعضی قسمت‌های دستگاه با زمین یکی شود، برای این منظور از سیستم اتصال زمین استفاده می‌شود. اساس زمین کردن بر این است که جرم بزرگ زمین به عنوان پتانسیل صفر- به خصوص در مهندسی برق- در نظر گرفته می‌شود و تمام قسمت‌هایی که به زمین وصل شده‌اند هم پتانسیل زمین شوند، به عبارت دیگر پتانسیل صفر زمین را بگیرند.

-2انواع زمین کردن

در تاسیسات برقی دو نوع زمین کردن وجود دارد:

1-زمین کردن حفاظتی

2-زمین کردن الکتریکی

1-2-زمین کردن حفاظتی

زمین کردن حفاظتی عبارتست از زمین کردن کلیه قطعات فلزی تأسیسات الکتریکی که در ارتباط مستقیم با مدار الکتریکی قرار ندارند. این زمین کردن به خصوص برای حفاظت اشخاص در مقابل اختلاف سطح تماسی زیاد به کار برده می شود .

-2-2زمین کردن الکتریکی

زمین کردن الکتریکی یعنی زمین کردن نقطه‌ای از دستگاه‌های الکتریکی و ادوات برقی که جزئی از مدار الکتریکی می‌باشند. مثل زمین کردن مرکز ستاره سیم‌پیچ، ترانسفورماتور و یا ژنراتور و یا زمین کردن سیم وسط یا سیم مشترک دو ژنراتور جریان دائم سری شده.

زمین کردن الکتریکی دستگاه‌ها به خاطر کار صحیح دستگاه‌ها و جلوگیری از ازدیاد فشار الکتریکی فازهای سالم نسبت به زمین در موقع تماس یکی از فازها با زمین می‌باشد.

-3سیستم زمین فشار ضعیف

در شبکه‌های توزیع ولتاژ پایین، که نیروی الکتریکی را بین دسته‌ی گسترده‌ای از مصرف کنندگان نهایی توزیع می‌کند، مهم‌ترین نگرانی در طراحی سیستم اتصال زمین امنیت مصرف کننده‌ای است که از لوازم الکتریکی استفاده می‌کند تا او را از شوک‌های الکتریکی در امان نگه دارد.

این سیستم باید به گونه‌ای طراحی شود که اطمینان حاصل شود شخص مصرف کننده هیچ‌گاه با شیء فلزی که پتانسیل الکتریکی آن نسبت به شخص بیش از پتانسیل آستانه‌ی امنیت (معمولاً حدود ۵۰ ولت) است تماس نمی‌گیرد.

-4استاندارد  IEC 60364

مطابق با استاندارد بین المللی IEC 60364 سیستم‌های زمین حفاظتی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند و به صورت دو حرفی نمایش داده می‌شود: این سیستم‌ها شامل سیستم‌های TN ، TT  و IT می‌باشند.

حرف اول معرف نحوه‌ی اتصال زمین به وسیله‌ی تأمین کننده الکتریسیته (ژنراتور یا ترانس) است.

T: از  terra می‌آید، اتصال مستقیم به زمین.

I: از isolated می‌آید، به معنای (ایزوله)، هیچ نقطه‌ای به زمین متصل نیست.

حرف دوم معرف نحوه‌ی اتصال بین زمین و وسیله‌ی الکتریکی است.

T: اتصال مستقیم به زمین.

N: اتصال به محل نصب، که خود به زمین متصل است. 

-5شبکه‌های  TN

در سیستم اتصال زمین ، TN یکی از نقاط ژنراتور یا ترانسفورماتور به زمین متصل شده است، که در سیستم‌های سه فاز معمولا مرکز ستاره ترانسفورماتور یا ژنراتور به زمین متصل می‌شود. بدنه تجهیزات الکتریکی توسط اتصال زمین ترانسفورماتور، به زمین متصل می‌شوند.

هادی که بدنه فلزی تجهیزات مصرف کننده را به زمین متصل می‌کند “حفاظت زمین” نامیده می‌شود، که با PE نشان داده می‌شود. هادی که مرکز ستاره سیستم‌های سه فاز را به زمین متصل می‌کند و یا جریان برگشتی در سیستم‌های تک فاز را انتقال می‌دهد، نول نامیده می‌شود که با N مخف (Neutral)نمایش داده می‌شود. سه سیستم مختلف از شبکه TN وجود دارد:

1) TN-S

2) TN-C

3) TN-C-S

-1-5شبکه  TN−S

شبکه TN−S طبق استاندارد IEC 60364، مرکز ستاره ترانسفورماتور به صورت مستقیم به زمین متصل شده و در محل مصرف کننده سیم‌های حفاظتی و خنثی جدا و نسبت به هم عایق (Separate) می‌باشند. این نوع سیستم زمین برای اکثر سیستم‌های الکتریکی مسکونی و صنعتی دارای جریان استانداردی می‌باشد که به ویژه در اروپا کاربرد زیادی دارد.

-2-5شبکه   TN−C

شبکه TN−C طبق استانداردIEC 60364 ، مرکز ستاره ترانسفورماتور به صورت مستقیم به زمین متصل شده و در محل مصرف کننده یک سیم مشترک (Common) به عنوان حفاظت و خنثی در نظر گرفته شده است. در این سیستم‌ها سیم نول N و سیم خنثی PE با در نظر گرفتن شرایطی به طور مشترک استفاده می‌شود. در تصویر زیر انشعاب صحیح ارت و نول در شبکه TN-C نشان داده شده است.

3-5 شبکه  TN−C−S

شبکه TN−C−S طبق استانداردIEC 60364 ، مرکز ستاره ترانسفورماتور به صورت مستقیم به زمین متصل شده و در محل مصرف کننده از زیر تابلوی اصلی ژنراتور یا ترانسفورماتور تا تابلوی زیر کنتور یک سیم مشترک به عنوان خنثی و حفاظت امتداد دارد و در تابلوی مصرف کننده به دو سیم حفاظتی و خنثی تقسیم می‌شود. در حقیقت این سیستم، ترکیب دو سیستم TN-S و TN-C می باشد. و از پر کاربردترین سیستم‌های حفاظتی می‌باشد.

-6شبکه‌های  TT

در شبکه‌های TT یا (Terra-Terra) طبق استانداردIEC 60364 ، مرکز ستاره ترانسفورماتور به صورت مستقیم به زمین متصل شده و در محل مصرف کننده، تجهیزات توسط الکترود زمین به طور مستقیم زمین شده‌اند. بین این دو هیچ سیم زمینی وجود ندارد.

در سیستم TT امپدانس فالت بزرگتر بوده (با فرض صفر بودن امپدانس الکترود زمین) و همواره باید از RCD یا Residual Current Device به عنوان اولین ایزولاتور استفاده نمود. بزرگترین مزیت سیستم اتصال زمین TT عدم وجود نویزهای فرکانس پایین و بالا می‌باشد که از طریق سیم نول متصل به تجهیزات وارد می‌شود.

شبکه‌های TT همواره برای کاربردهای خاص مانند سایت‌های مخابراتی که از مزیت بدون ارت بهره می‌برند استفاده می‌شوند. همچنین شبکه‌های TT مشکل قطعی نول را ندارند. در زمان نبود کلید محافظ RCD، شبکه TT به دلیل قابلیت بد (وجود جریان اتصال کوتاه بسیار زیاد در اتصال با PE) جهت مصارف عمومی جذابیتی در مقایسه با شبکه TN ندارد ولی با وجود تجهیزات جریان نشتی، این عیب تا حد زیادی کاهش پیدا کرد و سیستم زمین شبکه‌های TT در محل‌هایی که مدارهای AC  توسط RCD محافظت می‌شوند جذابیت دارد.

-7شبکه‌های IT

در شبکه‌های IT یا (Isolated-Terra) طبق استانداردIEC 60364 ، مرکز ستاره ترانسفورماتور به صورت ایزوله می‌باشد و در محل مصرف کننده، تجهیزات توسط الکترود زمین به طور مستقیم زمین شده‌اند. در این سیستم‌ها، جهت نظارت امپدانس از یک مانیتور عایقی استفاده می‌شود.

8-کاربردهای سیستم اتصال زمین

سیستم :TN-C-S پر کاربردترین سیستم بوده است. در انگلستان به این سیستمPME (protective multiple earthing) و در استرالیا و نیوزیلندMEN  (multiple earthed neutral) نیز اطلاق می‌شود.

سیستم :TN-S بیشتر در اروپای شرقی استفاده شده است.

سیستم :TN-C به ندرت استفاده شده است.

سیستم :TT به واسطه این که یک سیستم مستقل از شبکه برای تامین حفاظت به کار رفته است، برای شبکه‌های شامل چندین دستگاه الکترونیکی که پارازیت زیادی روی هادی ختثی ایجاد می‌کنند مورد توجه بوده است. ژاپن یک کشور فرا صنعتی ولی جزیره‌ای است؛ بنابراین مانند سایر کشورها نمی‌تواند در ساعات اوج مصرف با همسایگانش تبادل انرژی الکتریکی داشته باشد و برق هم گران ‌قیمت می‌باشد؛ بنابراین از دستگاه‌های ذخیره انرژی برای ساعات اوج مصرف زیاد استفاده می‌شود و این دستگاه‌ها پارازیت‌های خطرناکی را انتشار می‌دهند؛ بنابراین سیستم TT مورد علاقه ژاپنی‌ها بوده است. کاربرد کلید محافظ جان الزامی است.

 سیستم :IT کاربرد اصلی آن در بیمارستان‌ها و بالاخص اتاق عمل است تا اولاً احتمال برق گرفتگی خیلی کم باشد و ثانیاً در صورت اتصال فاز به بدنه هادی، نه پرسنل دچار برق گرفتگی شوند و نه فیوز بپرد. اما لازم است تا در صورت بروز اتصالی، چراغی روی دستگاه نظارت عایق روشن شود تا بعداً تعمیرکار برق نسبت به رفع عیب اقدام کند.

9-چند نکته تکمیلی

چند نکته که باید در نظر داشت:

-1 در سیستم TN-C نباید کلید برق، هادی نول را هم قطع کند زیرا ارت هم قطع می‌شود و در نتیجه حفاظت از بین می‌رود. پس کلیدهای تک فاز به هیچ وجه نباید دو پل و سه فازها چهار پل باشد.

2-اما در سیستم TN-S این امکان وجود دارد. به خصوص اگر به دلیل نوع مصرف کننده‌ها امکان وجود جریان‌های هارمونیک سوم در نول باشد، انتخاب کلیدهایی با قابلیت قطع نول توصیه می‌شود.

-3استاندارد مخالف توزیع نول در سیستم‌های IT است. اگر نول توزیع شود باید برای هر یک از مدارها، نول را مستقیم حفاظت کرد و در صورت بروز عیب کلیه هادی‌ها را در آن قسمت (هم فاز و هم نول ) قطع کرد.

 -4در سیستم‌های TN-C ولتاژ هادی نول می‌تواند خطارت جانی ایجاد کند. زیرا هادی نول و ارت یکی است و هر ولتاژی روی نول ایجاد شود به بدنه‌های هادی هم انتقال پیدا می‌کند. لذا استاندارد یک سطح مقطع مینیمم را برای نول سیستم TN-C توصیه کرده که از احتمال قطع ناخواسته آن بکاهد.

 -5در مجموع لزوم حفاظت یا قطع نول ارتباط مستقیمی با ساختار توزیع نول و ارت دارد. اگر سطح مقطع نول بزرگتر یا مساوی فاز باشد هیچ نیازی به تشخیص اضافه جریان در نول و نصب کلید در آن نیست. این کار فقط زمانی صورت می‌گیرد که امکان تولید جریان‌های هارمونیکی و برق در نول را بدهیم.

مشاهده فیلم آموزشی کتاب نفوذ به عمق زمین

مشاهده آموزش تجهیزات ابزار دقیق