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

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

زیرسیستم الكترود زمین

2-1- زمین­كردن

   در  تاسیسات برقی دو نوع زمین كردن وجود دارد كه در این بخش، به توضیح هر كدام می­پردازیم.

2-1-1- زمین حفاظتی

   عبارت است از زمین كردن كلیه قطعات فلزی تاسیسات الكتریكی كه در ارتباط مستقیم با مدارات الكتریكی قرار دارند. این زمین برای حفاظت اشخاص در مقابل اختلاف سطح تماس در هنگام خطا بكار برده می شود. بدین منظور در پست­های فشار قوی قرار گرفته اند. شامل قسمت­های فلزی در دسترس، پایه­های فلزی، درب­ها، نرده­ها و تمامی دستگاه­های اندازه گیری می باشد.

   خطاهای ناشی از جریان برق به سه دسته تقسیم می­شوند :

1-    اتصال بدنه : اتصال یك هادی با یك فاز حامل جریان برق به بدنه دستگاه كه نباید برق دار شود.

2-   اتصال كوتاه : اتصال دو فاز یا دو سیم لخت حامل جریان برق یا یك فاز یا نول كه با هم اختلاف پتانسیل دارند.

3-  اتصال زمین : اتصال یك فاز یا هادی جریان به زمین را اتصال زمین گویند.

   برای انتخاب مناسب زمین حفاظتی ( از لحاظ قطر سیم­ها، نوع فیوزها و بی متال­ها و... )، پارامترهای زیر باید در نظر گرفته شود :

·        ماكزیمم جریان خطای طبیعی : اگر چه ماكزیمم جریان خطای طبیعی به ندرت محاسبه می شود، ولی از سیستم ژنراتور ، الگوی بار و امپدانس خطا ناشی می شود.

·        مدت زمان خطا

در بحث زمین حفاظتی، چند تعریف وجود دارند كه در این بخش به توضیج آن­ها می­پردازیم.

 

2-1-1-1- برق گرفتگی

    زمین حفاظتی برای جلوگیری از برق گرفتگی در تاسیسات لازم است. معمولاَ حداکثر جریان متناوب را که هیچگونه تخریبی در بدن انسان ایجاد نکند، 30 میلی آمپر در مدت 20 میلی ثانیه استاندارد نموده­اند. برق گرفتگی در ولتاژهای متوسط و فشارقوی غیر قابل علاج می­باشد، زیرا که قوس­های الکتریکی درجه حرارتی بیش از چند هزار درجه تولید می­کنند که در اثر آن تمام عضلات، سلول­ها، ماهیچه­ها و استخوان­ها را سوزانده و از بین می برند. به همین خاطر هرگز نباید به سیم­های هوایی نزدیک شد. زیرا که فشار و اختلاف سطح ولتاژ  این وسایل به قدری زیاد است که می­تواند از فاصله دور، قوس الکتریکی را مانند صاعقه از طریق هوا ایجاد نموده و خطرات ناگواری را برای انسان و حیوان به همراه بیاورند که باعث مرگ حتمی خواهد شد. با نصب رله های حفاظتی[1] می­توان تا حدودی از خطرات برق گرفتگی جلوگیری كرد. این رله­ها دارای یك ترانسفورماتور جریان بسیار حساس بوده كه قادر است اختلاف جریان نشتی خیلی كم را سنجیده، ولتاژ را قطع كند. جریان عبوری از بدن انسان در اثر برق­گرفتگی، بصورت رابطه زیر نشان داده می­شود :

                                      (2-1)   

2-1-1-2- ولتاژ گام

   ولتاژی است كه هنگام اتصال كوتاه بین دو پای انسان كه در محوطه پست قرار دارد ایجاد می شود و مقدار آن توسط رابطه زیر بدست می­آید :

                (2-2)

RF : مقاومت زمین وپای انسان                                                                

 RK: مقاومت بدن انسان                                                     

IK : جریان عبوری از بدن انسان

 

2-1-1-3- اختلاف سطح تماس

   ولتاژی است كه بین دست و پا و یا بین دو دست در هنگام تماس با تجهیزات در اثر بروز عیب به طریقی دارای ولتاژ شده اند ایجاد می­گردد . برای بدست آوردن مقدار اختلاف سطح تماس، از رابطه صفحه بعد استفاده می­شود‌:

       (2-3)       

   شكل 2-1، مفاهیم فوق را بصورت شماتیك نشان می­دهد.

 

شكل2- 1 : مفاهیم مربوط به زمین حفاظتی.

 

2-1-2- زمین كردن الكتریكی 

   عبارت است از زمین كردن نقطه­ای از دستگاه­های الكتریكی و ادوات برقی كه جزیی از مدارات الكتریكی می­باشد. مثل زمین­كردن مركز ستاره سیم­پیچی ترانسفورماتور یا ژنراتور و یا زمین­كردن سیم واسط یا سیم مشترك دو ژنراتور. زمین­كردن الكتریكی دستگاه­ها بخاطر كار صحیح دستگاه­ها و جلوگیری از ازدیاد فشار الكتریكی فاز سالم نسبت به زمین در موقع تماس یكی از فازها با زمین می باشد . زمین كردن الكتریكی به سه روش انجام می­گیرد كه عبارتند از :

·        زمین كردن مستقیم

·        زمین كردن غیر مستقیم ( اتصال صفر ژنراتور توسط مقاومت ، سلف)

·        زمین كردن بار( الكترود جرقه گیر )

 

2-2- مقاومت زمین

   زمین به دلیل بزرگی بدنه برای جریان به داخل خود می­تواند بصورت نامحدود عمل كند. در نتیجه می­تواند مقاومت خیلی كمی از خود نشان دهد. در حالیكه مقاومت لایه های خاك در مجاورت الكترود می تواند زیاد باشد.

   خاك مقاومت معینی دارد كه به وسیله مقاومت ویژه خودش تعیین می­شود و تغییراتش به لایه­های خاك، رطوبت خاك، رسانایی نمك­های موجود در خاك و به دمای خاك وابسته است. مقاومت ویژه زمین، عبارت است مقاومت مكعبی از خاك  به ابعاد 1m مقاومت ویژه آن خاك گویند. مقاومت خاك  از رابطه زیر بدست می آید.

              (2-4)

   در رابطه فوق، داریم :

R   : مقاومت بین وجه P و Q بر حسب اهم

A   سطح مقطع وجه P و Q (m2)

L  : طول نمونه خاك بر حسب متر

 :  : مقاومت ویژه خاك

   شكل 2-2، نشان دهنده پارامترهای مربوطه می­باشد.

 

شكل2- 2 : پارامترهای مربوط به اندازه¬گیری مقاومت زمین.

   مقاومت وی‍ژه، به جنس زمین بستگی دارد. در جدول 2-1، مقاومت ویژه مربوط به انواع مختلف زمین نشان داده شده است.

 

جدول 2- 1 : مقاومت ویژه مربوط به انواع مختلف زمین.

 

نوع زمین

مقاومت ویژه زمین

1

مرداب وزمین باتلاقی

30  اهم- متر

2

خاك رس و زمین زراعی

100  اهم- متر

3

ماسه نرم مرطوب

200  اهم- متر

4

شن وسنگریزه مرطوب

500  اهم- متر

5

سنگریزه یا ماسه یا شن خشك

1000  اهم- متر

6

زمین سنگلاخی

3000  اهم- متر

7

زمین  سخره ای

10000  اهم- متر

 

مقاومت ویژه خاك برای لایه های مختلف خاك به مقدار هر یك از پارامترهای زیر بستگی دارد :

1-    رسانایی نمكهای موجود

2-    رطوبت خاك 

3-    دمای خاك

4-    سطح فشردگی خاك              

 

2-2-1- نمك­های موجود در خاك

   نمك­هایی كه به طور طبیعی در خاك موجود است، می­تواند باعث كاهش رسانایی شود. كلریدها، نیترات­ها، سولفات سودیم، پتاسیم، منیزیم و كلسیم معمولا به عنوان افزودنی استفاده می­شوند. به هر حال افزودن اینگونه نمك­ها می­تواند باعث خوردگی شود. بخصوص حضور سولفات كلسیم در خاك در موقعیت الكترود زیان آور است.

 

2-2-2- رطوبت

   رطوبت  ذاتا برای رسانایی خاك مفید است. در فصول مختلف سال رطوبت خاك تغییر می­كند. بنابراین به خاك­هایی كه مقاومت ویژه آن زیاد است، رطوبت به محل الكترود اضافه می شود. همچنین رطوبت در سطح زمین در طول زمان ممكن است تبخیر شود و مقدار آن تغییر كند كه این عیب بزرگی است.

درنتیجه در طراح الكترود زمین باید دقت شود. در جدول 2-2، مقدار مقاومت خاك­های مختلف با توجه به میزان درصد رطوبت موجود در آن­ها نشان داده شده است.

 

2-2-3- دما

   دما نیز در مقاومت ویژه خاك تاثیر دارد. اما  مقاومت ویژه خاك در دمای صفر درجه شیب تندی دارد. جدول 2-3، مقدار مقاومت ویژه را بر حسب تغییرات دما نشان می­دهد.

 

2-2-4- سطح فشردگی خاك 

   خاك سست در مقایسه با خاك فشرده، مقاومتش خیلی بیشتر است. خاك پرسنگ مقاومت ویژه بالایی دارد. یك روش كاهش مقاومت خاك اطراف الكترود بتن خاك روسی است كه توانایی نگه داری

 آب را دارد.

 

جدول 2- 2 : مقاومت خاك های مختلف با توجه به میزان درصد رطوبت موجود.

خاك رس

خاك ماسه­ای نرم

خاك سطحی

درصد رطوبت

***

***

***

***

***

1800

550

200

140

100

90

80

1850

600

380

280

220

170

140

120

100

90

80

70

 

***

***

1350

900

600

360

250

200

150

120

100

100

 

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

 

جدول 2- 3 : تغییرات مقاومت ویژه با توجه به تغییرات دما.

مقاومت ویژه

دما

700

300

100

80

70

60

50

40

 

-5

0

0

10

20

30

40

50

   

2-3- الكترودهای زمین و انواع مختلف آن

   الكترود زمین عبارت است از هادی یا فلزی به هر شكل(صفحه ای ، لوله ای، طنابی ، نواری و...)

 كه در زمین دفن می شود و با زمین ارتباط بر قرار می كند. در این قسمت، هدف ما طراحی سیستم الكترود زمین و موارد استفاده از آن می­باشد. سیستم زمین­كردن الكترود به محل كاربرد آن بستگی دارد.ولی اهداف به هر حال مشترك است و آن كم كردن مقاومت الكترود با توده خاك می­باشد. مقاومت الكترود زمین به عوامل زیر بستگی دارد :

1-    مقاومت جنس الكترود

2-    ارتباط مقاومتی الكترود با خاك

3-    مقاومت خود خاك

   الكترود زمین، دارای انواع مختلفی است كه در این بخش به توضیح هر كدام از آن­ها می­پردازیم.

2-3-1- الكترود زمین میله­ای

   میل زمین در یك تقسیم بندی كلی شامل میل افقی و میل عمودی می شود كه در زیر در هر موردی مطالبی  آورده شده است.  

2-3-1-1- میل افقی یا سطحی

   میل افقی از یك یا چند مفتول ، تسمه و یا طناب مسی یا فولادی روی اندود تشكیل یافته كه در عمق كم زمین (حدود 5/0 الی 1 متر) چال می شود. لازم به ذكر است كه تركیب این دو نوع میل نیز بلامانع است. عموما در زمین­هایی كه مقاومت مخصوص آن زیاد است از این نوع میل زمین استفاده می­گردد. همچنین در مواردی ممكن است امكان اجرای میل عمودی نباشد. مانند كوهستان و زمین با خاك رس و یا در مكانی كه بلافاصله به آب برسیم كه در این حالت نیز میل افقی اجرا می شود.

   میل افقی به اشكال مختلف خطی ، اشعه ای (پنجه ای) ،كمربدی ، غربالی و ...  می­باشد كه در شكل 2-3 نشان داده شده است.

   مقاومت گسترده میل افقی سطحی، بوسیله رابطه زیر محاسبه می­شود :

                  (2-5)        

L : طول میل بر متر

d : قطر میل بر حسب متر

 

شكل2- 3  :  انواع مختلف میل افقی یا سطحی

   میل های سطحی بهتر است كاملا صاف و افقی در زمین قرار گیرند. در صورتی كه میل دارای انشعاب­هایی باشد، باید بخاطر اثر متقابل اشعه­ها بر یكدیگر، زاویه اشعه­ها بر یكدیگر  از 60 درجه كمتر نباشد.

   در جاهایی كه از 4 اشعه با زاویه 90 درجه مطابق شكل 2-4 استفاده می كنند، مقاومت گسترده برابر است با :

     (2-6)             

                        

                                                                                                                                                  

شكل2- 4 :  انواع مختلف میل افقی یا سطحی

 

   اگر از میل غربالی یا توری استفاده شود، بهتر است عرض توری حداقل برابر نصف طول باشد. نمونه­ای از میل غربالی در شكل 2-5 نشان داده شده است.

 

شكل2- 5 : میل غربالی

برای میل­های گسترده، مقاومت گسترده از طریق رابطه زیر بدست می­آید :                                                 

  (2-7)         

 

2-3-1-2- میل عمودی

·        راد[2] : میله، لوله و یا هر پروفیل دیگری كه عمودی در خاك كوبیده شود را Rod گویند.


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 :