برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

مقدمه

بدلیل اهمیت ایمنی و سلامت انسان در مقابل برق گرفتگی و آمار بالای حوادث و خسارات ناشی از برق گرفتگی ، تدوین استاندارد و اجرای معیارها و قوانین ایمنی برای ساختمان های مسکونی و تجاری و عمومی ضروری است که مهمترین روش ایمنی زمین کردن تجهیزات الکتریکی در ساختمان های مسکونی و تجاری و عمومی می باشد که جزء موارد الزامی نبوده است .

سیستم زمین در ساختمان های مسکونی و تجاری از قسمت های مختلفی به شرح زیر تشکیل شده است :

1-    معیارهای طراحی و محاسبه سیستم زمین

2-    مشخصات فنی تجهیزات سیستم زمین

3-    روش های اجرا و اندازه گیری مقاومت زمین

در این تحقیق اهمین زمین کردن حفاظتی در ساختمان ها ، انواع سیستم های زمین ، نقش زمین در کاهش خطر برق گرفتگی و روش های زمین کردن در رابطه با سیم کشی ساختمان ارائه می شود .

در قسمت اول معیارهای طراحی و محاسبه مقاومت سیستم زمین درباره ی تعداد الکترودها ، الکترولیت و نحوه ایجاد چاه زمین ، مقررات سیم کشی ساختمان ها در ارتباط با سیستم زمین ، ایجاد ایمنی در حمام ، محیط های خاص و نحوه زمین کردن آنها در ساختمان ها با توجه به شرایط جغرافیایی محل ساختمان توضیح داده می شود .

در قسمت دوم ، مشخصات فنی تجهیزات سیستم زمین درباره ی مشخصات تجهیزات شامل سیستم سیم کشی ، زمین ، تابلوها ، پریزها ، کلیدها برای ساختمان بررسی خواهد شد .

در قسمت سوم روش های اجراء و اندازه گیری مقاومت سیستم زمین دستورالعمل هایی برای اجرا و اندازه گیری مقاومت سیستم زمین در ساختمان های مسکونی و تجاری با توجه به شرایط مختلف نظیر وسعت ساختمان ، سطح ولتاژ ، شرایط آب و هوایی توضیح داده می شود .

تعاریف و شناخت سیستم زمین

1-1 هدف

هدف از سیستم زمین ساختمان های مسکونی و تجاری بررسی روش های عملی ایجاد زمین حفاظتی برا ساختمان های موجود و ساختمان های در دست اجرا برای جلوگیری از حوادث ناشی از برق گرفتگی و آتش سوزیهای ناشی از جریان های نشتی و خطرات ناشی از صاعقه می باشد .

همانطور که می توانید دامنه کاربرد سیستم زمین در ساختمان های تجاری و مسکونی برای سطح ولتاژهای 230 ولت تکفاز و 400 ولت سه فاز می باشد .

 

2-1 تجهیزات الکتریکی

تجهیزات که برای تولید ، تبدیل یا مصرف انرژی الکتریکی بکار می روند مانند مولدها ، موتورهای برقی ، ترانسفورماتورها ، دستگاه های برقی ، دستگاه های اندازه گیری و غیره را تجهیزات الکتریکی می گویند .

3-1 تأسیسات الکتریکی

هر نوع ترکیبی از وسایل و تجهیزات به هم پیوسته الکتریکی که در یک محل یا فضای معین نصب شده اند را می گویند .

4-1 هادی حفاظتی

هادی هایی که در اقدامات حفاظتی در برابر برق گرفتگی ، هنگام بروز اتصالی از آنها استفاده می شود و بدنه هادی را به قسمت های زیر وصل می کنند :

-        بدنه های دیگر

-        قسمت های هادی خارجی

-        الکترود زمین ، هادی زمین شده یا قسمت برقرار زمین شده

5-1 الکترود زمین

یک یا چند قطعه هادی که به منظور و برقراری ارتباط الکتریکی با جرم کلی زمین در خاک مدفون شده باشد .

الکترود زمین مستقل از نظر الکتریکی ، الکترودهایی هستند که فواصل آنها از یکدیگر بقدری است که در صورت عبور حداکثر جریان ممکن از یکی از آنها ولتاژ الکترودهای دیگر به مقدار قابل ملاحظه تحت تاثیر قرار نگیرند .

نکته : جرم کلی زمین را می توان مشابه ثلینه ای با سطح مقطع بزرگ فرض کرد که مقاومت بین هر دو نقطه آن عملاً نزدیک صفر است .

6-1 مقاومت اتصال زمین یا مقاومت زمین

مقاومت الکتریکی بین سر آزاد الکترود زمین و جرم کلی زمین است .

7-1 حفاظت در برابر تماس غیرمستقیم یا حفاظت تکمیلی

جلوگیری از تماس خطرناک اشخاص و حیوانات اهلی است با :

-        بدنه هادی

-        قسمت های هادی خارجی که ممکن است در اثر بروز اتصالی برقرار شوند .

 

 

8-1 جریان مجاز یا ظرفیت حرارتی یک هادی

مقدار ثابتی از جریان است که در شرایط تعیین شده بدون این که دمای وضعیت عادی هادی از میزان معینی تجاوز نماید بتوان از آن عبور کند .

9-1 اضافه جریان

هر جریانی که از جریان اسمی بیشتر باشد را می گویند .

10-1 جریان اتصال کوتاه

اضافه جریانی است که در اثر متصل شدن دو نقطه با ولتاژهای مختلف در موقع کار عادی از طریق مقاومت ظاهری بسیار کم بوجود می آید .

11-1 جریان اتصالی

جریانی است که در اثر خرابی عایق یا در اثر اتصالی بوجود می آید .

12-1 جریان اتصال به زمین

جریانی است که از طریق اتصال به زمین جاری می شود .

جریان برق گرفتگی و جریان خطرناک از نظر پاتوقیزیولوژی

جریانی است که از بدن انسان یا حیوانات عبور کند و مقدار آن ( با در نظر گرفتن فرکانس ، هارمونیک و زمان تاثیر ) بقدری باشد که احتمال آسیب وجود داشته باشد .

جریات نشتی به زمین

جریانی است که بین مداری که از نظر الکتریکی آسیب ندیده است و زمین یا بدنه های هادی بیگانه برقرار شود .

جریان نشتی

مقدار موثر جمع مقادیر لحظه ای جریان هایی است که از همه هادی های برقدار یک مدار معین در نقطه ای از تاسیسات الکتریکی عبور می کنند .

جریان نشتی عملکرد

مقداری از جریان نشتی است که سبب عمل یک وسیله حفاظتی شود .

ولتاژ تماس

ولتاژ بین قطعات در دسترس موجود در یک سیستم با بدن انسان را گویند .

قطعات در دسترس

هادی ها یا بدنه هادی های سیستمی که توسط شخص قابل لمس باشند .

دسترس

منطقه ای که در محل فعالیت عادی افراد ، قابل لمس باشد .

جعبه تقسیم

محل توزیع انرژی الکتریکی در ساختمان را جعبه تقسیم یا جعبه برداشت می نامند .

تعاریف اتصال به زمین

اتصال به زمین اصلی[1]

اتصال یک نقطه از یک سیستم ، تجهیزات یا یک وسیله الکتریکی به زمین را که برای هدفی بجز حفاظت در مقابل شوک های الکتریکی لازم است گویند .

هادی اتصال به زمین اصلی[2]

هادی بکار رفته در اتصال زمین اصلی را گویند .

هادی محافظ و اتصال به زمین اصلی

هادی که مرکب از هادی محافظ اتصال به زمین و هادی اتصال به زمین اصلی است .

هادی شین زمین[3]

یک هادی ( یا شین ) که به پایانه اصلی زمین متصل شده است را گویند .

پایانه اصلی زمین در ساختمان می تواند با اتصال هادی های شین زمین گسترش یابد . در این صورت تجهیزات الکتریکی در کوتاهترین مسافت ممکنه می توانند به زمین متصل گردند . هادی شین زمین برای ایجاد اتصال به زمین باید به سهولت در دسترس باشد و ترجیحاً بصورت یک حلقه ، محیط ساختمان را محصور نماید .

پتانسیل بین دو نقطه از هادی شین زمین به امپدانس هادی ها بستگی دارد . امپدانس هادی نیز وابسته به جنس سطح مقطع ، ابعاد و طول هادی است . در فرکانس های 50 هرتز یا 60 هرتز که مورد توجه هستند ، بکارگیری هادی مسی با سطح مقطع 50 میلیمتر مربع از نظر امپدانس و قیمت مناسب است .

براساس استاندارد 0141 VDE و 0100 VDE از کمیت های تعریف شده در زیر جهت طراحی سیستم زمین استفاده می شود :

ولتاژ الکترود زمین UE

 

 

 

 

ولتاژ سطح زمین[4]

اختلاف پتانسیل مابین یک نقطه از سطح زمین و زمین مبنا را گویند .

زمین مبنا به نقطه ای از زمین نسبت به الکترود گفته می شود که به قدر کافی از الکترود فاصله داشته باشد به نحوی که در حوزه تاثیر ولتاژ الکترود قرار نگیرد . حداقل این فاصله دو برابر طول هر الکترود است . توضیحات کاملتر در این خصوص در استاندارد مشخصات فنی تجهیزات سیستم زمین شماره 102-101 آورده شده است .

ولتاژ تماس UB [5]

در واقع این پتانسیل بخشی از پتانسیل الکترود زمین است که بر روی بدن انسان قرار می گیرد ، مسیر جریان در این شرایط از بدن انسان بین سر تا پا ( فاصله عمودی حدود یک متر ) برقرار می گردد .

ولتاژ گام US [6]

قسمتی از پتانسیل الکترود زمین است که بین دو گام بدن انسان ( حدود یک متر ) قرار می گیرد . مسیر عبور جریان در این حالت بین دو پای انسان است .

سطح پتانسیل [7]

میزان پتانسیل انحراف از پتانسیل الکترود زمین است . در شکل 1 تسطیح پتانسیل توسط الکترودهای زمین S3 , S2 , S1 نشان داده شده است .

خطای زمین

اتصال هادی ها بر اثر خطای اتفاق افتاده ، که بین یک هادی از مدار و زمین رخ می دهد . در برخی موارد این اتصالی با قوس الکتریکی یا جرقه همراه است .

یک خطای زمین در سیستمی که دارای امپدانس زمین پائین است را اتصال کوتاه می گویند .

زمین حفاظتی

زمین حفاظتی بصورت زمین کردن قسمت های هادی از مدار برای حفاظت جان انسان از خطر ولتاژهای تماسی تعریف می شود .

زمین اصلی یا کارآمد[8]

زمین کردن نقطه ای از مدار که برای عملکرد صحیح وسیله یا سیستم لازم است را گویند و به دو صورت انجام می گیرد :

1-    مستقیم ، از هیچگونه امپدانسی برای زمین کردن استفاده نمی شود .

2-    غیرمستقیم ، از مقاومت ، سلف یا خازن برای زمین کردن استفاده می شود .

الکترود اصلی زمین

هادی زمینی که تعدادی از هادی های زمین دیگر به آن متصل هستند را الکترود اصلی زمین گویند .

 

مثالی برای تغییرات پتانسیل سطح زمین و ولتاژ بر روی الکترودهای زمین

E : الکترود زمین S1 و S2 و S3 : الکترودهای سطح پتانسیل متصل شده به الکترود زمین

 X: فاصله از الکترود زمین E . UE : پتانسیل الکترود زمین . UB : ولتاژ تماس . US: ولتاژ گام . : پتانسیل سطح زمین

شکل 1 – مثالی برای تغییرات پتانسیل سطح زمین و ولتاژ بر روی الکترودهای زمین [10]

انواع زمین کردن

بسته به هدف زمین کردن تجهیزات ، انواع زمین کردن بصورت زیر خواهد بود :

1-    زمین کردن حفاظتی

2-    زمین کردن الکتریکی

زمین کردن حفاظتی

در زمین کردن حفاظتی ، قسمت هایی از دستگاه ها و تجهیزات الکتریکی که نسبت به مدار الکتریکی عایق بوده و اصولاً مربوط به عبور جریان الکتریکی نمی شوند ، باید به زمین متصل گردند تا در موقع اتصال ناگهانی آنها به مدار الکتریکی از برق گرفتگی جلوگیری شود . در زمین کردن حفاظتی باید دقت کرد که قسمت متصل شده به انسان ( دست / پا / دو دست ) ، ولتاژ الکتریکی کمی داشته باشد . بعبارت دیگر دارای اختلاف پتانسیل بی خطری باشد ( 50 ولت طبق استاندارد ملی ایران ) . هر چه مقاومت اتصال زمین کمتر باشد ، اختلاف ولتاژ کمتر می شود . مثلاً اگر یک مقره عبوری که در دیوار مرطوبی کار گذارده شده است بشکند ، در صورتی که هر متر دیوار دارای مقاومت ده اهم و جریان زمین 25 آمپر باشد ، مابین دو نقطه از دیوار که انسان با آن تماس دارد و تقریباً دو متر از هم فاصله دارد ( بین انگشتان دست و پا ) اختلاف پتانسیل 500=(10×2)25=V=RI بوجود می آید . ولی اگر محل اتصال مقره با یک سیم قوی و ضخیم زمین شود ، جریان اتصال زمین از این سیم عبور می کند و تماس با دیوار بی خطر می شود و حتی تماس با سیم زمین نیز خطری نمی تواند داشته باشد ، زیرا مقاومت این سیم آنقدر کم است که باعث افت پتانسیل خطرناک نمی شود .

شرط زمین کردن حفاظتی

چنانچه جریان اتصال زمین مطابق شکل 2 از راه زمین برگردد مقاومت حفاظتی نباید از مقدار                          بیشتر باشد در این رابطه  جریان قطع کلیدهای حفاظتی می باشد .

 

شکل 2

: M موتور

: RS مقاومت اتصال زمین تجهیزات

: RE مقاومت اتصال زمین شبکه

( ولتاژ 50 ولت متناوب برای محیط های عادی زندگی و کار ، حداکثر ولتاژی است که از نظر برق گرفتگی در ایران ایمن تشخیص داده شده است . )

زمین کردن الکتریکی

در زمین کردن الکتریکی قسمتی از دستگاههای الکتریکی و تاسیسات برقی که جزئی از مدارند به عنوان مبدا پتانسیل ، به زمین وصل می شوند ، مثل نقطه صفر اتصال ستاره ترانسفورماتورها و ژنراتورها و غیره . زمین کردن الکتریکی بر سه نوع است :

الف) زمین کردن مستقیم و یا بدون واسطه

ب) زمین کردن غیرمستقیم یا با واسطه ( توسط مقاومت اهمی – سلفی و یا خازنی )

پ) زمین کردن باز ( مثلاً توسط برقگیر )

زمین کردن الکتریکی محاسن زیادی دارد که برخی از آنها عبارتند از :

الف) از نامتعادل شدن ولتاژها در اثر عدم تعادل بار جلوگیری می کند .

ب) به سیستم حفاظتی کمک می نماید تا اتصال فاز به زمین را قطع کند و جرقه خاموش شود .

پ) باعث حفاظت دستگاهها و تاسیسات برقی در هنگام رعد و برق و برخورد آذرخش به شبکه می گردد .

با توجه به این دو نوع تقسیم بندی و قبل از آن که روش های کاربردی بازگو شود به بیان تعاریفی پرداخته می شود .

تعاریف و اصطلاحات زمین کردن

مدار زمین

عبارتست از لایه ای از یمن که مسیر عبور جریان الکتریکی بوده و می تواند از شن ، سنگریزه ، خاک رس و ... تشکیل شده باشد .

مبدا زمین

عبارتست از حدودی از زمین که فاصله آن از الکترود زمین مربوط به خودش آنقدر زیاد است که بین دو نقطه دلخواه از این قسمت زمین اختلاف پتانسیل قابل ملاحظه ای اندازه گیری نمی شود .

الکترود زمین

به قطعات هادی گفته می شود که در زمین نصب شده و با مدار زمین دارای یک اتصال الکتریکی کامل هستند و می توانند میله ای ، صفحه ای ، لوله ای ، تسمه ای و طنابی و ... باشد .

اصول کلی محافظت در تجهیزات الکتریکی

شرایط استفاده از تجهیزات الکتریکی نسبت به سایر تجهیزات غیر الکتریکی به کلی فرق می کند زیرا سایر تجهیزات علائمی دارند که شخص می تواند متوجه حادثه گردد مانند افتادن فلز ذوب شده ، بوی گاز سمی ، صدای افتادن شیء ، سوت بخار خروجی و غیره که به انسان امکان محافظت از خود را می دهد ، در صورتی که تجهیزات برقی این مسائل را ندارند و شدت جریان و ولتاژ الکتریکی علائمی که معرف خطر باشند ، از خود آشکار نمی سازند . مسائل زیر همواره باید در تجهیزات برقی مدنظر باشند :

الف) نزدیکی و تماس تصادفی به قسمت های برقدار

ب) تماس به بدنه فلزی ماشین و یا غلاف کابل که ممکن است بر اثر القاء در آن ولتاژ ایجاد شود .

پ) اتصال فشار قوی ترانسفورماتور بطرف فشار ضعیف

ت) بوجود آمدن جرقه یا قوس الکتریکی و یا گرمای بیش از حد در قسمت های تجهیزات برقی در اثر عبور جریان های زیاد و یا در اثر اتصالات شل .

با در نظر گرفتن مسائل فوق ، روش های حفاظت که برای بی خطر نمودن دستگاه برقی بکار می روند در زیر ذکر می شوند:

الف) حفاظت بایستی بطریقی باشد که از حریق یا انفجار ناشی از قوس الکتریکی جلوگیری نماید .

ب) شرایط محیطی نظیر رطوبت ، بخار سوزان ، گاز و وجود غبارهای هادی باعث تشدید خطرات برق گرفتگی بوده و در این شرایط پوست بدن انسان هادی می شود و با کمترین ولتاژ الکتریکی ممکن است عواقب وخیمیببار آورد . بعلاوه این عوامل باعث خرابی عایق وسایل الکتریکی گشته و شرایط را برای برق گرفتگی آماده می سازد ، تخته های زیرپایی بدون میخ ، لاستیک ، کف چوبی اطاق ، کف آسفالت شده ، مقاومت زیادی را برای عبود جریان ایجاد کرده و به نوبه خود حفاظت بهتری را در مقابل برق گرفتگی بوجود می آورد .

پ) آمار نشان می دهد که سوانح در بیشتر موارد بعلت نزدیکی و تماس غیر ارادی به دستگاه برقی بدون حفاظ ایجاد می شود . برای رفع این خطر قوانینی وضع شده که محل تماس را مسدود و یا بوسیله نرده آن را جدا می سازد .

ت) بعلت تماس هایی که بطور تصادفی و روزمره ممکن است با تجهیزات برقی تا 1000 ولت رخ دهد اغلب بوسیله حصار یا سرپوش از این عمل جلوگیری می نمایند .

ث) حفاظت از تماس با قسمت های تحت ولتاژ الکتریکی بالاتر از 1000 ولت با نصب در و پنجره های مشبک انجام می شود . برای دسترسی نداشتن به این قسمت ها دور محیط مراکز فشار قوی حصاری کشیده می شود .

ج) ایزوله کردن مدارهای فرکانس کم ( قدرت ) از مدارهای فرکانس بالا ( مخابراتی )

در بیشتر موارد می توان قسمت های حامل جریان را توسط تجهیزاتی از تماس مستقیم با بدن انسان جدا ساخت ولی در موتورهایی که مشغول کارند و کارگر برای رسیدگی به درجه حرارت موتور به بدنه آن دست می زند و یا دستگاههای تراش و یا سایر وسائلی که موتور برقی دارند اگر عایق            سیم پیچی موتور خراب شود فاز به بدنه اتصال پیدا می کند و بدن کارگر تحت ولتاژ الکتریکی قرار می گیرد که برای جلوگیری از این عمل تدابر زیر را اتخاذ می کنند :

الف) بدنه موتور یا بدنه وسایل برقی را با سیمی به سیم نول متصل می کنند ( صفر کردن یا نول کردن )

ب) هم پتانسیل نمودن ، در این روش پتانسیل شخص و بدنه دستگاه را با پتانسیل سیستم یکسان می کنند .

پ) قطع فوری مدار ، در این روش یک رله محافط بین بدنه موتور و زمین محافط قرار می دهند که در صورت اتصالی سیم پیچ به بدنه موتور ، رله فوراً جریان مدار را قطع می نماید . معمولاً این وسیله را برای موتورهای با قدرت زیاد قرار می دهند که نول کردن بدنه موتور نمی تواند در جریان کم آن را از مدار قطع نماید .

ت) عایق نمودن قسمت هایی که جریان ندارند ، مثلاً بدنه دستگاههای برقی را از مواد با عایق مناسب می پوشانند که به حد کافی از خطرات برق گرفتگی جلوگیری نماید .

ث) بکار بردن فرش عایق در محل کار : در صورتی که زمین کردن اشکالاتی در برداشته باشد یا محل کار در تغییر باشد ، از فرش های لاستیکی عایق استفاده می کنند .

اصول کلی حفاظت

بخاطر خطراتی که در اثر جریان الکتریکی برای انسان و تاسیسات به وقوع می پیوندد مساله حفاظت که یکی از مهمترین عوامل پیشگیری کننده خطرات مذکور است ، مطرح می شود .

با توجه به این نوع خطرات ، تمایزهایی بین دو نوع حفاظت وجود دارند که عبارتند از :

-    حفاظت در مقابل تماس مستقیم با قسمت های برقدار ، یعنی قسمت هایی از تاسیسات الکتریکی که در حالت عادی ، ولتاژدار می باشند .

-    حفاظت در حالت تماس غیرمستقیم با اجزا الکتریکی ، قسمت های هادی تاسیسات الکتریکی هستند که می توانند لمس شوند اما جزء قسمت های برقدار نمی باشند . این قسمت ها تحت وضعیتهای اتصالی می توانند دارای ولتاژ شوند .

طبقه بندی حفاظت

از نظر سیستم حفاظتی ، تجهیزات و وسایل برقی را می توان به سه طبقه ، تقسیم بندی کرد :

الف) طبقه حفاظتی I :

شامل وسایلی می شود که برای حفاظت آنها از یک هادی محافظ استفاده می شود .

ب) طبقه حفاظتی II :

شامل وسایلی می شود که از طریق عایق کاری با عایق حفاظتی محافظت می گردند بدون این که به یک هادی محافظ متصل گردند .

پ) طبقه حفاظتی III :

شامل وسایلی می شود که از طریق سیستم ایمنی ولتاژ کم عمل می کنند .

حفاظت در مقابل تماس مستقیم

قسمت های برقدار تاسیسات الکتریکی بایستی در مقابل تماس مستقیم با آنها بوسیله عایق مناسب یا از نظر شکل ساخت و محل قرارگرفتن ، بطور دائم حفاظت شوند . حفاظت ممکن است بطور کامل یا جزئی با توجه به کاربرد مخصوص آن انجام گیرد . حفاظت جزئی تنها برای جلوگیری از تماس ناگهانی با قسمت های برقدار مورد نظر می باشد ( بطور مثال هنگام تعویض فیوزها در جعبه سوئیچ باز شده ) .

الف) حفاظت از طریق جداکردن

به حفاظت از طریق اطافکهای محافظ و یا سایر حفاظت هایی مانند حصار ، توری ، جعبه های حفاظتی و غیره ، حفاظت از طریق جداکردن گفته می شود . این نوع حفاظت ها در مقابل تماس مستقیم بایستی در اطراف وسائل مورد استفاده تعبیه گردند و تنها بوسیله ابزار یا کلیدهای مخصوص ، که دسترسی به آنها امکان داشته باشد انجام شود . نوع حفاظت باید از درجه IP2X یا سایر استانداردهای مشابه انتخاب گردد .

ب) عایق کاری

در مورد عایق حفاظتی دستگاهها ، کلیه قطعات هادی که احتمال تماس با آنها می رود و در صورت بروز یک اتصالی مستقیم یا غیرمستقیم می توانند ولتاژی دریافت کنند ، باید با یک ماده محکم و با دوام عایق کاری شوند .

پ) حفاظت از طریق سیستم ایمنی با ولتاژ کم

برای حفاظت از طریق سیستم ایمنی با ولتاژ کم ، مقدار ولتاژ مجاز به 42 ولت محدود می گردد . اگر ولتاژ کم بر طبق شرایط « سیستم ایمنی ولتاژ کم » ، از طریق شبکه هایی با ولتاژ اسمی کمتر از 500 ولت بوسیله ترانس هایی که دارای سیم پیچ های ایزوله شده و دی الکتریک پایدار بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه می باشند ، تولید گردد ، بایستی بوسیله محافظهایی که حداقل از طبقه حفاظتی IP2X هستند و یا بوسیله عایقهایی که تا 500 ولت پایدارند ، حفاظت شوند . ولی چنانچه ولتاژ کم ( محدود ) از شبکه های ولتاژ بالاتری بوسیله دستگاههای غیرایزوله ( مانند اتوترانسفورماتورها ) تولید گردد ، نوع عایق بندی طرف ثانویه باید براساس ولتاژ سامی طرف اولیه باشد .

حفاظت جزئی در مقابل تماس مستقیم می تواند با ایجاد فواصل مناسب بین قطعاتی که می توانند همزمان لمس شوند و یا تعبیه نمودن وسایل حفاظتی برای ایزوله کردن قسمت های مختلف سیستم حاصل شود .

حفاظت شبکه های کمتر یا مساوی 1000 ولت ( تماس غیرمستقیم )

در ایران برای تاسیسات یا تجهیزاتی که ولتاژ آنها تا 50 ولت ac نسبت به زمین است هیچگونه حفاظتی لازم نیست ، مانند :

-        لامپ ها و لوازم مربوطه

-        اسباب و ابزارهای الکتریکی خانگی

-        وسایل گرم کننده الکتریکی

-        تجهیزاتی که در اتاق های خدمات پزشکی به کار می رود .

مگر آن که عوامل و شرایط خاصی وجود داشته باشد که زمین کردن زیر 50 ولت الزامی می باشد . بطور مثال ، عملاً مشاهده شده که دستگاههای جوشکاری با ولتاژ کم در 50 ولت  برق گرفتگی توام با مرگ را همراه داشته اند .

تدابیری که برای حفاظت انسان در اثر تماس بدنه دستگاههای الکتریکی انجام می گیرد عموماً براساس 50 ولت ( نسبت به زمین ) است ولی با این حال کشورهای مختلف استانداردهای متفاوتی را برای خود برگزیده اند . مثلاً در لهستان ، چکسلواکی و سوئیس استاندارد آن 50 ولت ، سوئد 24 ولت فرانسه برای جریان متناوب 24 ولت و جریان دائم 50 ولت و در روسیه با توجه به شرایط محیطی 12 ، 36 ، 65 ولت را انتخاب نموده اند . مقدار ولتاژ مجاز dc تاکنون مشخص نشده اما بالاترین حد آن در حال حاضر حدود 75 ولت است .

در ایران تدابیر حفاظتی برای ولتاژهای متناوب بالاتر از 50 ولت در نظر گرفته می شود .

حفاظت از طریق زمین کردن

در اثر یک اتصالی با بدنه یک دستگاه مصرف کننده برقی ، امکان دارد که ولتاژ زیادی بین بدنه فلزی دستگاه و یک زمین هادی بوجود آید . برای از بین بردن این ولتاژ بایستی بدنه دستگاه را مستقیماً به الکترود زمین متصل نمود ، این روش می تواند به دو صورت زیر انجام گیرد :

الف) در حالتی که نقطه نول شبکه ، مستقیم زمین شده باشد .

با توجه به شکل 3 جریان خطا از طریق مدار زمین برگشت داده می شود که برای انتخاب اتصال زمین ، مقدار RS نبایستی از 50/Ia بزرگتر باشد . ( RS ، مقاومت زمین در محل ایستادن است . )

 

شکل 3

 

 

یعنی :                                                                                             

که در این فرمول ، IA : جریان عملکرد دستگاه حفاظت اضافه جریان برای تاسیسات زمین شده می باشد . فرمول فوق برای حالتی بکار می رود که دستگاه ها هر یک بطور جداگانه زمین شده باشند و در این صورت جریان اتصالی از طریق زمین برمی گردد .

ب) روشی که در آن ( مطابق شکل 4 ) نقطه نول و سیم هادی زمین تاسیسات و مصرف کننده به صورت مستقیم به زمین متصل نشده است . در اینصورت می توان نوشت :  حلقه

که UE ولتاژ اتصال زمین و R حلقه مجموع مقاومت های سیستم اتصال شبکه و زمین ، دستگاه و زمین و کابل ها می باشد .

شکل 4

شرط استفاده از این فرمول آن است که سیم نول در نقاط نسبتاً زیادی زمین شده باشد . استفاده از سیستم حفاظتی اتصال زمین از نظر اقتصادی موقعی بصرفه است که در شبکه ، مصرف کننده های کوچک وجود داشته و امکان زمین کردن خوب نیز عملی باشد .

سیستم های زمین

در سیستم های الکتریکی برای حفاظت جان انسان در برابر ولتاژ تماسی باید سیستم زمین بکار برده شود . به این منظور باید کلیه قسمت های فلزی وسایل و تجهیزاتی که در مدار نبوده ، اما ممکن است در اثر ایجاد خطا برقدار گردند و از این جهت برای جان انسان خطرناک باشند ، از طریق              هادی های زمین به الکترود زمین متصل گردند .

قسمت هایی که با فریم های فلزی در ارتباط می باشند ، لازم نیست که بصورت جداگانه به زمین متصل گردند . طراحی سیستم زمین براساس استاندارد 0141 VDE براساس ولتاژ تماس انجام                 می پذیرد .

بر این اساس ولتاژ تماسی نباید بیشتر از موارد زیر باشد :

-        50 ولت در سیستم هایی که دارای نقطه خنثی ایزوله هستند .

-        مقادیر نشان داده شده در منحنی شکل 5 برای سیستم هایی که دارای امپدانس پائین در نقطه خنثی زمین هستند .

شکل 5

شبکه توزیع نیروی TN

در شبکه های توزیع TN حداقل یک نقطه مستقیماً به زمین متصل می گردد ، بدنه سایر تاسیسات الکتریکی روباز توسط هادیهای PE یا PEN به این نقطه متصل می گردند . به منظور محدود نمودن ولتاژ زمین در هادی های PE یا PEN و همچنین وسایل متصل به آن ، امپدانس الکترودهای زمین نباید از دو اهم بیشتر باشد . ( طبق استاندارد 0100 VDE و [8] )

شبکه های توزیع نیروی TT

در شبکه های توزیع TT حداقل یک نقطه مستقیماً زمین شده و بدنه تجهیزات الکتریکی روباز باید به الکترود متصل گردند .

مقدار مقاومت مجاز برای الکترود زمینی که تجهیزات الکتریکی به آن متصل شده اند ، با رابطه زیر نشان داده می شود :

 

UB : ولتاژ تماسی مجاز

محدوده مجاز برای ولتاژ تماسی پیوسته UB در تجهیزات ولتاژ پائین زیر 1000 ولت ، مطابق با استاندارد 0100 VDE عبارتست از :

-        50 ولت برای ولتاژ ac

-        120 ولت برای ولتاژ dc

شبکه توزیع نیروی IT

مطابق استاندارد 0100 VDE در شبکه های توزیع IT فقط قسمت های روباز تجهیزات الکتریکی زمین می گردند ، هادیهای برقدار در این سیستم نباید زمین شوند . مقاومت هر الکترود RA باید در رابطه زیر صدق کند :

UB : ولتاژ تماسی مجاز

IA : جریان خطای بوجود آمده در اثر اتصال اولیه بین یک هادی فاز و قسمت روباز تجهیزات الکتریکی با صرفنظر کردن از امپدانس در نقطه خطا .

محدوده مجاز برای ولتاژ تماس پیوسته UB در تجهیزات ولتاژ پایین مطابق با مقادیر داده شده برای شبکه های توزیع IT است .


قسمت اول معیارهای طراحی و محاسبه مقاومت سیستم زمین

نکات مهم در طراحی سیستم زمین

در طراحی سیستم زمین باید نکات زیر را در نظر داشت :

الف) در شرایط عادی هیچگونه جریانی نباید از سیم زمین عبور کند . در شرایطی که بر اثر خطاهای بوجود آمده در سیستم ، جریانی از سیم و الکترود زمین عبور می کند ، مقاومت اتصال زمین براساس جریان اتصالی و حد مجاز ولتاژ تماسی مشخص می گردد . حد مجاز ولتاژ تماس ac در ایران ، 50 ولت در نظر گرفته می شود . بر این اساس اگر IA جریان خطای اتصال به زمین باشد که حداقل جریان عملکرد وسایل حفاظتی بوده و در سیستم تعیین می گردد ، مقاومت اتصال به زمین الکترود باید مطابق رابطه زیر باشد :

IA : حداقل جریان عملکرد وسایل حفاظتی

UB : ولتاژ تماس مجاز بر حسب ولت ( 50 ولت )

ب) برای اجتناب از خطر ولتاژهای تماس ، باید بدنه تجهیزات الکتریکی را به سیستم زمین متصل کرد .

ج) باید بهم پیوستگی کافی بین سیستم های هم پتانسیل برقرار کرد تا امپدانی کمی در محدوده وسیعی از فرکانس بوجود آید .

چگونگی تصحیح خاک برای کاهش مقاومت در اطراف الکترود

می توان با افزودن مواد شیمیایی مقاومت خاک را بسته به نوع و ترکیب آن از 15 تا 90 درصد کاهش داد . برای این منظور مواد شیمیایی مناسب ، کلرید سدیم ، سولفات منیزیم ، سولفات مس و کلرید کلسیم هستند . نمک معمولی و سولفات منیزیم بیشترین موارد استفاده را دارند .

تبصره : مناسب تر آنست که خاک همجوار الکترود فاقد سنگ و کلوخ باشد .

معمولاً مواد شیمیایی در یک گودال مدور در اطراف الکترود به گونه ای بکار می روند که تماس مستقیم با الکترود نداشته باشند . اگر اثرات افزودن مواد شیمیایی تا مدت زمان قابل توجهی ظاهر نشوند، می توان بوسیله اشباع کردن محیط با آب ، این اثرات را تسریع کرد . همچنین افزودن مواد شیمیایی اثر دائمی نداشته و باید براساس نوع مواد شیمیایی و خصوصیات خاک بطور دوره ای تجدید شوند .

برای الکترودهایی که بصورت سطحی در خاک دفن می شوند ، عملیات تصحیح خاک اجرا           نمی شود .

مواد شیمیایی مورد استفاده نباید دارای خاصیت خورندگی الکترود یا آلایندگی بیش از حد محیط باشند . از انواع موادی که در عمل بیش از همه ، مورد استفاده می باشند ، عبارتند از :

-        نمک طعام

-        سولفات منیزیم

-        سولفات مس

-        خاکه ذغال چوب یا کک

-        خاک بنتونیت

از موارد ذکر شده در بالا ، خاصیت خورندگی سولفات منیزیم کمتر از همه ، و نمک طعام ارزانتر از همه است . مواد دیگری هم وجود دارند که بعلت بالا بودن نسبی بهای آنها نسبت به موادی مانند نمک ، مورد توجه نیستند .

روش های معمول کم کردن مقاومت زمین در مورد الکترودهای دفن شده مانند میله ها و  صفحه ها ، بصورت عمقی ، عبارتند از :

مخلوط نمک / ذغال / خاک

سنگ نمک کوبیده شده و سرند شده با خاکه ذغال چوب و خاک سرند شده که بهتر است  خاک رس یا مشابه آن باشد با نسبت وزنی زیر با هم مخلوط و حداقل تا ارتفاع 5/1 متری از ته چاه پر شده و کوبیده می شود :

نمک / ذغال چوب / خاک با نسبت 1 ، 5/0 ، 10 بقیه چاه با خاک سرند شده پر و لایه به لایه کوبیده می شود . ضخامت لایه ها 15 سانتی متر در نظر گرفته می شود .

لایه بندی نمک / ذغال

خاکه ذغال چوب یا کک در اطراف صفحه الکترود ریخته شده و کوبیده می شود به نحوی که حداقل 15/0 تا 2/0 متر ذغال بالاتر از الکترود قرار گیرد . سپس به تناوب یک لایه نمک و یک لایه ذغال چوب یا کک در لایه هایی به ضخامت 15 سانتی متر در اطراف الکترود تا ارتفاع 5/1 متری از ته چاه پر شده و متراکم می شود . بقیه چاه با خاک سرند شده پر شده و کوبیده می شود .

استفاده از خاک بنتونیت برای تصحیح خاک

یکی از رایج ترین روش ها جهت نصب الکترود و کاهش مقاومت زمین در زمین های دارای مقاومت بالا استفاده از مخلوط خاک رس ، نمک و ذغال می باشد که دهها سال است در کشور بصورت سنتی مورد استفاده قرار می گیرد . از جمله مشکلات عمده مربوط به استفاده از این الکترولیت تجزیه تدریجی ذغال و قطع اتصالات فلزی الکترود بر اثر خاصیت خوردگی نمک می باشد که باعث می گردد مقاومت سیستم زمین ایجاد شده پس از چند سال به شدت افزایش یابد . از خاک معدنی بنتونیت بعنوان الکترولیت بهینه که دارای خواص بسیار ویژه از جمله خاصیت آبگیری بسیار بالا ، مقاومت بسیار پائین و خاصیت خورندگی بیار کم می باشد جهت نصب الکترودهای فلزی مختلف می تواند استفاده شود .

خاک بنتونیت یک خاک رس طبیعی است که شامل اتم های آلومینیوم منظم شده هشت وجهی فشرده شده بین اتم های سیلیکون نامنظم چهار وجهی است . با اضافه کردن آب ، قابلیت مقاومت مخصوص خاک بنتونیت خیلی کاهش می یابد ( 5/2 اهم متر در %300 رطوبت ) این امر به طور عمده به علت فرایند الکترولیتیک که بین آب ، Na2o (سودا) و K2o (پتاس) ، Cao (آهک) و دیگر  نمک های معدنی که یونیزه شده و یک الکترولیت قوی ایجاد می شود (10-8=PH ) است .

نتایج حاصله نشان می دهد مقاومت خاک بنتونیت در مقایسه با مخلوط سنتی خاک رس ، ذغال و نمک در زمین های رسی به میزان 60% ، در خاک های شنی به میزان 66% ، در زمین های سنگلاخی به میزان 84% و در مناطق سنگی به میزان 95% کمتر بوده و مقاومت کلیه زمین های نصب شده با بنتونیت و الکترود صفحه ای کمتر از پنج اهم می باشد . استفاده از الکترودهای مختلف همراه با بنتونیت نیز نشان می دهد که می توان بجای الکترود صفحه ای جهت کاهش هزینه از الکترود صلیبی و یا نیم صفحه مسی استفاده نمود و مقاومت اتصال سیستم زمین را نزدیک به محدوده مورد نظر نگه داشت .

مقایسه اندازه گیری مقاومت زمین در شرایط استفاده از خاک بنتونیت و بدون استفاده از این خاک

در ابتدا یک منطقه جغرافیایی به عنوان آزمون مقاومت زمین انتخاب شد و دو چاه زمین در منطقه حفر گردید ، یکی از این چاهها با خاک حفاری شده پر شده و چاه دیگر با استفاده از خاک بنتونیت پر گردید این دو چاه در فاصله 50 کیلومتر از یکدیگر حفر شده و خصوصیات خاک هر دو منطقه مشابه هم می باشد و از روش چهار میله ای ونر برای اندازه گیری مقاومت خاک استفاده شد . خاک این دو منطقه از جنس خاک ماسه ای می باشد روش بکارگیری خاک بنتونیت در شکل 6 نشان داده شده است .

شکل 6

بنتونیت استفاده شده از نوع خاک بنتونیت طبیعی با ترکیب Na2CO3 است که به میزان 5/4% در این خاک استفاده شده است و در ابتدا مقاومت خاک هر هفته یکبار اندازه گیری شد .

شکل 7 تغیرات مقاومت زمین را در یک دوره 30 ماهه نشان می دهد . منحنی i تغییرات مقاومت را برای وقتی که خاک بنتونیت استفاده نشده نشان می دهد و منحنی های ii , iii مقاومت خاک را در شرایط افزودن خاک بنتونیت به چاهک اتصال زمین نشان می دهد . نتایج نشان می دهند که افزودن خاک بنتونیت توانسته به طور قابل ملاحظه ای مقاومت خاک ( اتصال زمین ) را کاهش دهد . نتایج بررسی ها نشان می دهند که خاک بنتونیت قابلیت خوب در تثبیت مقاومت خاک در فصول مختلف سال و همچنین کاهش قابل ملاحظه ای در مقدار مقاومت داشته است .

شکل 7

جدول 1 نتایج حاصل از مطالعات خاک معدنی بنتونیت در شرایط مقاومتی زمین های مختلف و در مقایسه با الکترولیت خاک رس ، نمک و ذغال مورد مصرف در شرکت توزیع برق را نشان می دهد .


جدول 1- مقایسه مقدار مقاومت انواع الکترولیت ها با استفاده از الکترود صفحه ای 50×50×5/0 سانتی متر مربعی با ضخامت 5 میلیمتر در چاههای 5/2 متری و در زمین های مختلف [10]

نوع زمین

نوع الکترولیت

اولین مقدار

مقاومت (اهم متر)

دومین مقدار

مقاومت پس از

12ماه(اهم متر)

سومین مقدار

مقاومت پس از

18 ماه(اهم متر)

درصد کاهش مقاومت

رسی

خاک رس

6

6

25/7

 

رسی

خاک رس+ ذغال و نمک

4

5/4

6/4

 

رسی

بنتونیت

4/2

0/2

85/1

60%

شنی

خاک رس+زغال و نمک

4

2

9

66%

شنی

بنتونیت

4

8

3

سنگلاخی

خاک رس+ذغال و نمک

5/11

30

35

84%

سنگلاخی

بنتونیت

7

6

6/5

سنگی

خاک رس+ذغال ونمک

45

70

78

95%

بنتونیت

5/3

7/3

5/3

 

و در جدول 2 نتایج خاصل از استفاده بنتونیت همراه با الکترودهای مختلف مشخص شده است .

1- چاهی به قطر تقریبی 90 سانتیمتر و عمق 3 متر حفر نمایید. 2- میله مسی مغز فولادی در وسط چاه قرار داده شده و سپس آن در داخل چاه كوبیده شود (15 سانتیمتر از میله بیرون باشد). 3- سیم مسی نمره 16 را با استفاده از كلمپ انگشتی به میله متصل كنید. 4- بنتونیت را بصورت دوغاب آماده كرده(35 درصد بنتونیت و 65 درصد آب)و گرداگرد میله تخلیه كنید. 5- ضروری است درهنگام پركردن چاه بعد از هر 20 سانتیمتر مواد دوغاب سفت شده را كمپكت كرده تا كاملا به میله ارت بچسبد این عمل باعث فشردگی لایه های بنتونیت به میله ارت وازبین رفتن فضاهای خالی می گردد. 6- باتوجه به قطر چاه و شرایط محیطی منطقه مورد نظر برای یك حلقه چاه 3 متری حدود 300 كیلوگرم بنتونیت خشك موردنیاز است. 7- یك عدد لوله پلیكا نمره 6 در داخل چاه طوری قرار داده شود كه یك سر آن در داخل بنتونیت و سر دیگر آن در كف زمین قرار گیرد.(هرچند مدت یك بار آب از طریق این لوله به چاه رسانده می شود). 8- مابقی چاه با خاك رس سرنده شده تاارتفاع 30 سانتی زیر كف پر و باقیمانده با خاك محل پرگردد. تبصره: - میله از جنس مغز فولادی با روكش مس بوده و قطر آن 16 میلیمتر و طول آن 5/1 متر می باشد. -بنتونیت از نوع اكتیو بوده و می بایستی به تایید نمایندگان شركت توزیع و نمایندگان فنی گروه برق سازمان نظام مهندسی برسد. -برای تهیه دوغاب بنتونیت می بایستی پودر بنتونیت را به تناوب در آب ریخته تا دوغاب حاصله یكنواخت باشد و بصورت كلوخ در نیاید.ریختن آب برروی بنتونیت برای تهیه دوغاب اشتباه می باشد. -استفاده از ذغال و نمك در چاه ارت مطلقا ممنوع می باشد. - عمق چاه تارسیدن به نم طبیعی زمین باشد. - برای اطمینان بیشتر(درزمینهایی كه تماما خاكی نیستند) می توان 4 كیسه بنتونیت خشك را با خاك رس سرند شده تركیب و برروی دوغاب بنتونیت ریخت. - این روش مخصوص زمینهای خاكی بوده و در صورتی كه زمین نیمه سنگی یا سنگی باشد لازم است از ارت صفحه ای یا مشبك یا گسترده(با هماهنگی مهندس بازرس) استفاده گردد. - مقاومت زمین احداثی باید از 2 اهم كمتر باشد در غیر این صورت می بایست نسبت به احداث چاه دوم در فاصله حداقل 6 متری از چاه اول اقدام و دو چاه با سیم مسی نمره 16 به یكدیگر متصل شوند. - اجرا و اندازه گیری سیستم ارت احداثی بایستی توسط شركت های ذیصلاح كه مورد تایید سازمان نظام مهندسی و شركت توزیع برق می باشند صورت گیرد.

http://bargheaftab.blogfa.com/post/75/%D8%AF%D8%B3%D8%AA%D9%88%D8%B1%D8%A7%D9%84%D8%B9%D9%85%D9%84-%D8%A7%D8%AC%D8%B1%D8%A7%D9%8A-%D8%B3%D9%8A%D8%B3%D8%AA%D9%85-%D8%A7%D8%B1%D8%AA-%D9%85%D9%8A%D9%84%D9%87-%D8%A7%D9%8A


صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :