خانه آخرین نوشته ها اتصال زمین الکتریکی و حفاظت (ارت)

اتصال زمین الکتریکی و حفاظت (ارت)

۰
اتصال زمین الکتریکی و حفاظت (ارت)
زمین حفاظتی و الکتریکی

چکیده: در تمام تأسیسات الکتریکی، به خصوص تأسیسات فشار قوی، زمین کردن یکی از مهمترین و اساسی ترین اقدامی است که برای رفاه و سلامتی و اصولاً ادامه زندگی اشخاصی که به نحوی با این تجهیزات در تماس هستند و حتی در خارج از پست در رفت و آمد می باشند باید با دقت هر چه تمام تر و با توجه به قواعد و قوانینی که بدین منظور تحریر شده اند انجام گیرد. در تأسیسات برق دو نوع زمین کردن وجود دارد که ما یکی را زمین کردن حفاظتی و دیگری را زمین کردن الکتریکی می نامیم. زمین از موادی تشکیل شده که غالباً هادی الکتریسیته هستند به خصوص در حالتی که مرطوب باشند، بنابراین اگر شخصی که روی زمین قرار دارد با جسمی که نسبت به زمین دارای پتانسیل است تماس حاصل نماید به علت برقرار شدن جریان دچار برق گرفتگی می شود. در این پست سعی شده انواع روشهای زمین کردن و محاسبات آنهابه طور مختصر ارائه گردد. جهت هر گونه اطلاع بیشتر می توان به استاندارد ۱۴۱،VDE.

زمین حفاظتی و الکتریکی

اهداف آموزشی:
١. شناخت زمین حفاظتی
٢. شناخت زمین الکتریکی
٣. طرح زمین حفاظتی
۴. طرح زمین الکتریکی
۵. شناخت ارتباط بین زمین الکتریکی و حفاظتی

زمین کردن حفاظتی:

زمین کردن حفاظتی عبارت است از زمین کردن کلیه قطعات فلزی تأسیسات الکتریکی که در ارتباط مستقیم (فلز به فلز) با مدار الکتریکی قرار ندارند. این زمین کردن به خصوص برای حفاظت اشخاص در مقابل اختلاف سطح تماسی زیاد به کار برده می شود. بدین منظور در پستهای فشار قوی باید تمام قسمتهای فلزی که در نزدیکی و همسایگی با فشار قوی قرارگرفته اند و امکان تماس عمدی با آنها موجود است، به تأسیسات زمینی که برای این منظور احداث شده است (زمین حفاظتی) متصل و مرتبط گردند. این قسمتها عبارتند از ستونها و پایه های فلزی، درب ها و نرده های فلزی، قسمتهای فلزی دسترس تمام دستگاههای اندازه گیری، زای ولاتورها، مقره های عبور، به خصوص قسمتهای فلزی که برای کارکردن با دستگاه باید آنها را لمس کرد و در دست گرفت، مثل چرخهای فرمان انواع و اقسام تنظیم کننده ها و رگولاتورها، دسته کلیدها و غیره، زیرا در این قسمتها در اثر عبور جریان خیلی کم نیز عضلات دست به طوری منقبض می شود که بازکردن و رهایی پیدا کردن از آن غیر ممکن و محال به نظر می رسد و عاقبتی وخیم و اسفناک برای تماس گیرنده به پیش خواهد داشت. بدین منظور و برای جلوگیری از هرگونه حادثه ای باید زمین حفاظتی به نحوی تأسیس گردد که قسمتی از مسیر جریان که توسط تماس اعضای بدن انسان اتصالی میشود (دست و پا و یا دو دست یا دوپا ) دارای تفاوت پتانسیل یا افت ولتاژ زیاد نباشد افت ولتاژ بستگی به شدت جریان و مقاومت مسیر جریان دارد. شدت جریان اتصال زمین بیشتر بستگی به قدرت و نوع ارتباط شبکه با زمین دارد و در هر حال مقداریست معلوم و ثابت و قابل محاسبه و در ضمن غیر قابل پیشگیری، لذا برای کوچک نگهداشتن افت ولتاژ باید مقاومت مسیر جریان حتی المقدور کوچک نگهداشته شود . به طور مثال اگر یک مقره عبور که در دیوار مرطوبی نصب شده است بشکند و سیم فشارقوی با دیوار تماس پیدا کند و جریان اتصال زمین در این حالت ٢۵ آمپر و مقاومت هر متر دیوار Ω ١٠ باشد ما بین دو نقطه از دیوار که انسان با آن تماس دارد (فاصله دست و یا تقریباً ۲ متر) اختلاف سطحی برابر با:

U = I * R = 25۲۱۰ = ۵۰۰ Volt

بوجود می آید که مسلماً برای انسان خطرناک است. ولی اگر پایه فلزی مقره که به دیوار محکم شده بوسیله یک سیم نسبتاً ضخیم به زمین وصل شود، در موقع اتصال بدنه یا اتصال زمین، قسمت عمده جریان اتصالی از این سیم عبور خواهد کرد و کلیه قسمتهای دیوار هم پتانسیل سیم در آن نقطه خواهد شد. لذا افت ولتاژ در امتداد دیوار ناچیز شده و برای انسان خطری ایجاد نخواهد کرد. عامل مؤثر خطر برای انسان یا هر موجود زنده دیگر جریان می باشد که البته وجود اختلاف گردسطح است که باعث عبور این جریان می هد.

.در فشار ضعیف جریانهای ۱ تا ۰.۱ آمپر که از قلب می گذرد خطر جانی دارد. آزمایشها و بررسی های مختلف نشان داده شده است که : جریانهای تا ۰.۲۰ آمپر برای انسان قابل تحمل است جریانهای تا حدود از ۰.۰۵ آمپر خطرناک و جریانهای ۰.۱ آمپر بالا خطر جانی دارد. عبور جریان از قلب باعث می شود که عمل منظم طپش قلب نامنظم شده و در رسیدن خون به مغز وقفه ای حاصل گردد، در نتیجه انسان پس از چند ثانیه بیهوش میشود و پس از چند دقیقه به هلاکت می رسد. برای نجات برق زده باید بلا درنگ از تنفس مصنوعی از تنفس مصنوعی کمک گرفته شود که بهترین نوع آن تنفس از راه دهان به دهان می باشد. شدت جریان مهلک و مقاومت بدن انسانها متفاوت است، مقاومت بین اعضای مختلف بدن انسانها بطور متوسط برابر است با:

  • دست و دست: تقریباً Ω ۴٠٠٠
  • دست و پا : تقریباً Ω ۴۵٠٠
  • پا و پا : تقریباً Ω ۶۵٠٠
  • هر دو دست و پاها : تقریباً Ω ١٨٠٠

در ضمن بدن مرطوب و دستهای عرق کرده باعث کم شدن مقاومت و عبور جریان زیادتر می شود لذا می توان گفت که حتی اختلاف سطح ۲۰ ولت نیز محسوس و اختلاف سطح ۶٠ ولت ممکن است خطر جانی داشته باشد. البته اثر مرگبار جریان بستگی به فرکانس هم دارد و متاسفانه فرکانس صنعتی ۵۰ هرتس خطرناکترین آنها می باشد. در فرکانسهای زیاد، شدت جریانهای زیاد نمی تواند موجبات منقبض شدن اعضای بدن انسان را فراهم سازد، بطوریکه عبور جریان به شدت چندین امپر با فرکانس خیلی زیاد نیز ممکن است برای انسان بی خطر باشد.

و به همین جهت است که در پزشکی از جریانهای با فرکانس زیاد برای درمان استفاده می شود. در برق گرفتگی فشارقوی جریانهایی از یک تا ۱۰۰ آمپر و بیشتر ممکن است از بدن انسان عبور کند بدون اینکه مستقیماً باعث از کار افتادن قلب شود. ولی در عوض این جریانهای شدید باعث خراب کردن و سوزاندن بافتهای بدن بخصوص تجزیه آب بدن می شود و به کلیه ها آسیب فراوان می رساند.

ودر ضمن عبور جریان زیاد از بدن باعث سوزاندن محل ورود زخم برداشتن عمیق در محل خروج جریان میشود که ممکن است متعاقباً منجر به مرگ گردد. در خاتمه بد نیست متذکر شویم که بعضی از حیوانات به خصوص اسب ها در مقابل جریانهای زمین حساس تر و مستعدتر از انسانها می باشند که شاید این مستعد بودن بعلت بزرگتر بودن فاصله قدم آنها و اختلاف سطح قدمی که آنها از زمین برداشت می کنند باشد.

زمین کردن الکتریکی

زمین کردن الکتریکی یعنی زمین کردن نقطه ای از دستگاههای الکتریکی و ادوات برقی که جزئی از مدار الکتریکی می باشند. مثل زمین کردن مرکز ستاره سیم پیچی ترانسفورماتور و یا ژنراتور و یا زمین کردن سیم وسط یا سیم مشترک دو ژنراتور (جریان دائم سری شده MP). زمین کردن الکتریکی دستگاهها بخاطر کار صحیح دستگاه ها و جلوگیری از ازدیاد فشار الکتریکی فازهای سالم نسبت به زمین در موقع تماس یکی از فازها با زمین می باشد. زمین کردن الکتریکی سه نوع است:

  • زمین کردن مستقیم
  • زمین کردن غیرمستقیم
  • زمین کردن بار

زمین کردن مستقیم: مثل وصل کردن مستقیم نقطه صفر ترانسفورماتور با نقطه ای از سیم رابط بین دو ژنراتور جریان دایم به زمین.

زمین کردن غیرمستقیم: مانند اتصال نقطه صفر ژنراتور توسط یک مقاومت بزرگ به زمین یا اتصال نقطه صفر ستاره ترانسفورماتور توسط سلف بزرگ به زمین (مسلف پترزن یا پی زمینچک حدود کننده جریان).

زمین کردن بار: در این نوع زمین کردن نقطه صف یا اصولاً هر نقطه از شبکه الکتریکی که دارای پتانسیل نسبت به زمین است توسط یک فیوز فشارقوی (الکترود جرقه گیر) به زمین وصل می شود. تا موقعی که از مدار فیوز باز است یعنی در حالت کار عادی شبکه، ارتباط شبکه با زمین باز است ولی در موقعی که ولتاژ زیادی شبکه را تهدید می کند، مدار فیوز به کمک جرقه بسته می شود و شبکه مستقیماً با زمین ارتباط برقرار می کند. برقگیرهای فشارقوی انواع این فیوزها می باشند و بدین جهت زمین کردن با در حقیقت نوعی از زمین کردن الکتریکی در حالت کار عادی شبکه محسوب نمی شود. از زمین الکتریکی اغلب در موقعی که دستگاه ها و شبکه برق رسانی بدون عیب نیز می باشد، جریان عبور می کند. در صورتیکه از زمین حفاظتی فقط در موقع ارتباط فازها با زمین جریان عبور می کند.

تعیین مشخصات تأسیسات زمین حفاظتی

در تعیین مشخصات و ابعاد و طرح تأسیسات زمین حفاظتی دو شرط اصلی زیر باید رعایت شود:

  • اختلاف سطح میل از ١٢۵ ولت تجاوز نکند.
  • اختلاف سطح تماسی در خارج از محدوده پست فشارقوی از ۶۵ ولت تجاوز نکند.

اختلاف سطح میل از ١٢۵ ولت تجاوز نکند:

اختلاف سطح میل همانطور که می دانیم بستگی به جریان اتصال زمین IE دارد.

۱۲۵ = R* IE

در موقع محاسبه جریان اتصال زمین اگر پست فشارقوی دارای اختلاف سطح های مختلف ۲۲۰V و ۶۰KV و۲۰KV و غیره است ولی در تمام پست از یک تأسیسات زمین حفاظتی مشترک استفاده می شود، باید مقاومت زمین را برای بزرگترین جریان اتصال زمین محاسبه و طرح ریزی کرد. در ضمن باید مدت عبور جریان زمین محدود و کوتاه باشد تا از خشک شدن زمین اطراف میل زمین که باعث بالارفتن مقاومت گسترده میل زمین میشود جلوگیری گردد. جدول زیر مدت زمان عبور جریان اتصال زمین را در اختلاف سطح ١٢۵ ولت برای مقاومت مخصوصهای مختلف زمین نشان میدهد.

اختلاف سطح میل از ١٢۵ ولت تجاوز نکند
اختلاف سطح میل از ١٢۵ ولت تجاوز نکند

در صورتیکه اختلاف سطح میل(E) ١٢۵عملاً غیر از ولت باشد، می توان مدت مجاز اتصال زمین را متناسب با ضریب ۱۲۵/E^2 عبور جریان تغییر داد.

اختلاف سطح تماسی در خارج از محدوده پست فشارقوی از ۶۵ ولت تجاوز نکند:

این دو شرط را به طور شماتیک نشان می دهد
این دو شرط را به طور شماتیک نشان می دهد

شرط دوم را می توان با قرار دادن صحیح میلها و نصب نرده ها در محل مناسب یا توسط هدایت کردن صحیح و تنظیم خطوط پتانسیل در زمین توسط میل فرمان بدست آورد که متداولترین و ساده ترین آن ، قرار دادن یک میل فرمان فولادی به طور کمربندی دور تا دور تأسیسات و به فاصله یک متر از آن و در عمق نیم متر زمین . می باشد رااین میل فرمان میتوان با تأسیسات زمین حفاظتی و حتی با نرده فلزی پیرامون تأسیسات متصل و مربوط نمود . جریانی که در موقع اتصال زمین شبکه از تأسیسات زمین می گذرد . در حالتهای مختلف و شرایط مختلف متفاوت است . شبکهکدر موقع اتصال ی ( فاز ۲شکل -١ (که فقط یکی از فازها مثلا در اثر جرقه یکی از مقره ها با زمین تماس پیدا می کند ، جریان اتصال زمین برابر است با جریان کاپاسیتیو دو فاز سالم دیگر . l بر حسب و کاپاسیتیه هر کیلومتر سیم Cb و طول سیم لذا این جریان بستگی به ولتاژ Uph کیلومتر دارد و برابر است با :

(IE = IC = 3Uph .w.cb.l A)

تماس دو فاز مختلف شبکه با زمین
تماس دو فاز مختلف شبکه با زمین

در صورتیکه در اتصال دوبل زمین (تماس دو فاز مختلف شبکه با زمین )، یا دراتصال یکفاز شبکه با زمین در شبکه ای که نقطه ستاره ترانسفورماتور آن مستقیماً زمین شده است، عملاً یک اتصال کوتاه در شبکه بوجود می آید. با این تفاوت که مقاومت زمین نیز در مسیر اتصال کوتاه قرار دارد.

رله جریان زیاد
رله جریان زیاد

جریان اتصال زمین در این دو حالت خیلی زیاد است، به خصوص اگر قدرت شبکه نیز زیاد باشد. ولی چون شبکه هایی مسلماً دارای وسائل حفاظتی (رله جریان زیاد و غیره) در مقابل اتصال کوتاه میباشند، لازم نیست که حتماً تأسیسات زمین برمبنای چنین جریان شدیدی محاسبه واجرا گردد.
در چنین تأسیساتی، در تأسیساتی که مرکز ستاره آن مستقیماً و یا توسط مقاومت محدود کننده جریان زمین شده است، اختلاف سطح قدم می تواند متناسب با زمان قطع رله حفاظتی از ١٢۵ ولت تجاوز نکند. اختلاف سطح قدم مجاز را متناسب با زمان قطع رله نشان میدهد.

در این شکل : منحنی a مربوط به فشار قدم در محوطه خارج از پست که به خیابانهای اصلی و پر رفت و آمد شهر منتهی می شود می باشد. b مربوط به فشار قدم در محوطه خارج از تأسیسات پست خارجی (پشت نرده ها) اما در داخل محوطه متعلق به تأسیسات محوطه سازی و باغ و چمن و خیابانهای داخل محوطه نیروگاه و غیره می باشد و منحنی c مربوط به محوطه داخلی پست خارجی است در صورتیکه برای داخل شدن به آن از کفش پلاستیکی مخصوص استفاده شود.

اختلاف سطح تماس مجاز در چنین تأسیساتی را متناسب با زمان قطع رله نشان میدهد. در این شکل منحنی a مربوط به خارج تأسیسات و منحنی b مربوط به داخل تأسیسات است.

در شبکه هایی که جریان اتصال زمین از چند صد آمپر تجاوز می کند ، با در نظرگرفتن رابطه R = 125V/IE مقاومت زمین باید مقادیری در حدود ۳ تا ۰.۳ اهم پیدا کند، لذا به خصوص در چنین مواقعی و یا در حالتی که به علت نامساعد بودن جنس زمین و یا زیاد بودن مقاومت مخصوص زمین و یا به هر دلیل تکنیکی دیگر نمی توان به آسانی و با صرف هزینه مناسب و متعارفی مقاومت گسترده لازم و مطلوب را برای عملی ساختن دو شرط فوق بدست آورد، برای جلوگیری از اختلاف سطح تماس و قدم زیاد از روشهای زیر استفاده می شود.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here