ارتینگ و صاعقه گیر در ساختمانها و اهمیت آن در سازه

فلسفه و تاريخچه ارت

 بين سالهاي  تا  خطوط انتقال و توزيع برق بدون اينکه نقطه نوترال يا نول زمين شده داشته باشند احداث مي شدند و هيچ نقطه اي از شبکه و تجهيزات ارت نميشدند و اساسآ مفهومي به نام ارت وجود نداشت.

مشکلات برق گرفتگي و آتش سوزي در منازل و اماکن عمومي و صنعتي وجود داشت بدون اينکه فيوزهاي حفاظتي نصب شده در شبکه عيوب راتشخيص بدهند .

مشکلات ادارات بيمه جهت جبران خسارت بيشتر و بيشتر ميشد و به طور موازي تحقيقاتي جهت کاهش اين خطرات به عمل ميآمد.

در سال  انجمن مهندسان برق  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  فرانسه نيز در استانداردهاي ملي کشورش  ارت کردن بدنه تجهيزات برقي را الزامي نمود.

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

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

فلسفه ارت کردن:

با دقت در شکلهاي ساده زير ميتوان به فلسفه ارت پي برد.

1. در اين مدار ساده تکفاز که نول عمداً به زمين متصل نشده صرفاً 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

 

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

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 :

v    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

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

يعني سيستم ارت نداشته باشيم که در اين حالت 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

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

v    كاهش تنش الكتريكي ناشي از اثرات كليدزني و صاعقه

v    تامين و كنترل جريان اتصالي در حد قابل قبول

v    كاهش عدم تعادل ولتاژ

v    محدود كردن ولتاژ نقطه

2. زمين حفاظتي يا ايمني

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 :

v    زمين کردن به شکل مستقيم

v    زمين کردن از طريق مقاومت

v    زمين کردن از طريق راکتانس

v    زمين کردن از طريق ترانسفورماتور

زمين کردن ايزوله يا زمين کردن از طريق ارستر

هر يک از اين روشها ويژگي خاصي دارد که موضوع بحث اين جزوه نميباشد و اطلاعات کامل را دراستاندارد

 ميتوان يافت.

انواع زمين حفاظتي:

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

1. گراند تجهيزات

2. گراند صاعقه گير

3. گراند بارهاي ساکن

4. گراند ايزوله

5. گراند منفرد يا مستقل

6. گراند سيگنال مرجع

1.  گراند تجهيزات :

عبارت است از اتصال تمام قسمتهاي فلزي يک دستگاه

که در حالت عادي جرياني از آنها عبور نميکند به زمين

مثل اتصال بدنه لوازم برقي ،موتورها و غيره به زمين اين

نوع سيستم از معمول ترين و اصلي ترين نوع گراند است.

به اين ترتيب در حالت عادي سيم گراند نقشي ندارد و جرياني از آن عبور نميکند. ولي در حالتي که بنا به دلايلي مثلآ به خاطر خراب شدن پوشش و عايق، سيم فاز به بدنه فلزي دستگاه بخورد (اتصالي کند) اين امر باعث قطع سريع فيوزي که اين دستگاه از آن تغذيه ميکند خواهد شد و لذا پيش از وقوع هر خطري دستگاه معيوب بي برق ميشود و از کار مي افتد.

نكات قابل ذكر در اين سيستم :

v بهتر است سيم گراند روكش دار باشد و داخل لوله و يا كانالهاي فلزي و هادي عبور داده شود.

v    سيم گراند بايستي درون همان سيني ،كانال و يا لوله ( ترجيحآ فلزي ) كشيده شود و از لوله مجزا استفاده نشود ،زيرا اين لوله به عنوان شيلد عمل ميكند و از سوار شدن نويز روي سيم هاي تغذيه تجهيزات الكترونيكي حساس جلوگيري ميكند.

1. گراند صاعقه گير(برق گیر):

ايجاد يک مسير ايمن و غير مخرب براي عبور جريان ناشي از صاعقه که مستقيمآ روي ساختمان يا تجهيزات فلزي در محوطه تخليه ميشود را از بام تا زمين گراند صاعقه گير گويند.

در صورتي که صاعقه به طور مستقيم به ساختمان يا تجهيزات فلزي روي بام يا  کنار ساختمان بخورد و ساختمان سيستم گراند برق گير نداشته باشد و يا اين سيستم درست طراحي و اجرا نشده باشد جريان صاعقه به جاي عبور از مسير امن گراند از طريق ديگر تجهيزات فلزي مثل مخزن آب ،آنتن ،دود کش ،ناوداني، راه پله فلزی و غيره به زمين ميرسد و اين تخليه جريان که در بعضي اوقات در حد کيلوآمپر است ميتواند خطرات زيادي را براي افراد و تجهيزات داشته باشد.

گراند صاعقه گير شامل  بخش به شرح زير ميباشد:

1. هاديهاي برقگير(صاعقه گیر

2. هم بندي بام

3. هاديهاي نزولي

4. رينگ پائين

                                

5. سيستم زمين چاهي يا ميله اي( ارتینگ)

اين سيستم به خاطر شکل ظاهرش به برقگير قفس فاراده نيز معروف است.

1. گراند بارهاي ساکن

بارهای ساکن، ناشی از اضافه يا کمبود الکترون در اتم های اجسام می باشند و جسمی که بازاء هر  اتم خود، يک الکترون کم يا زياد داشته باشد باردار قوی محسوب می باشد.

ولتاژی که بر اثر بارهای ساکن ايجاد می شود با مقدار بار ذخيره شده در آن جسم و ظرفيت جسم نسبت به محيط اطراف خود بوسيله رابطه  ارتباط پيدا می کند.

اگر روند توليد بارهای ساکن در يک جسم بيشتر از نرخ نشت آن باشد ولتاژ جسم، رفته رفته افزايش می يابد به حدی که بالاخره سبب يک تخليه ناگهانی انرژی  به بخشی از محيط اطراف ميشود که اين تخليه ناگهانی در پاره ای از موارد خطر آفرين خواهد بود.

افزايش ولتاژ قبل از تخليه می تواند به چندين هزار ولت برسد اما چون بارها ساکن بوده و جاری نيستند احتمال تبديل فرآيند تخليه بارها به فرآيند جرقه در يک محيط معمولی خيلی کم است.

الکتريسيته ساکن در صنايع معمولاً درموارد ذيل توليد می گردند:

1. عبور مواد پودر شده از روی نقاله های بادی

2. چرخش تسمه ها و کمربندهای انتقال قدرت غير هادی

3. جاری شدن هوا، گاز يا بخار مواد، از مجراها و دريچه ها

4. حرکت هايی که سبب تغيير موقعيت سطوح تماس مواد غير مشابه مايع يا جامد ميگردد که  حداقل يکی از اينها هادی الکتريسيته خوبی نباشد.

 

5. بدن انسان، در محيط های خشک و کم رطوبت بر اثر تماس کفش با کف ساختمانها، بار ساکن تا چند هزار ولت توليد می کند.

همچنين توليد بار در بدن انسان می تواند براثر کارکردن نزديک عوامل توليد الکتريسيته ساکن مثل موارد  تا  فوق و يا براثر نزديک شدن به خودروهايی که دارای بار ساکن هستند بوجود آيد.

روشهای کنترل بارهای الکترواستاتيک

جلوی توليد الکتريسيته ساکن را نمی توان گرفت، اما می توان با تجهيزاتی آن را کم اثر يا بی اثر نمود و يا با سرعتی بيشتر از سرعت توليد اين بارها آنها را در مسير سالمی تخليه نمود تا ولتاژ به مرحله تخليه يا جرقه نرسد.

روشهای کنترل بارهای ساکن به شرح ذيل  می باشند :

1. هم بندی و زمين کردن

b. کنترل رطوبت

1. يونيزاسيون

d. اجرای کف های هادی

1. تمهيدات مخصوص نصب و نگهداری

از ترکيب روشهای بالا نيز در مواردی جهت کنترل موثرتر می توان استفاده نمود.

1. هم بندی و زمين کردن

در اين روش بخش های مختلف تجهيزات و ماشين آلات به هم متصل شده و تماماً به زمين وصل می شوند. اين روش می تواند پاره ای از مشکلات بارهای ساکن را مرتفع نمايد.

برای تجهيزات و ماشين آلات متحرک از سيستم های جاروبک های ذغالی يا اتصالات برنجی جهت اتصال زمين استفاده می شود.

روش هم بندی و اتصال زمين در فرآيندهايی که تجهيزات استفاده شده دارای قطعات غير هادی بزرگی هستند و امکان اتصال زمين آنها وجود ندارد مثل صنايع کاغذ سازی، لاستيک و پارچه عملی نمی باشد.

در صنايع نفت و پالايشگاهها که بارهای ساکن روی مايعات با هدايت کم جمع می شوند نيز اين روش قابل استفاده نمی باشد و بايد از روشهای ديگر استفاده نمود.

هم بندي  و اتصال به زمين  دو جسم که احتمال تجمع وتخليه بارهاي ساکن بين آنها وجود دارد روش موثري جهت از بين بردن اثرات سوء بارهاي ساكن است. در اين روش بخش های مختلف تجهيزات و ماشين آلات به هم متصل شده و تماماً به زمين وصل می شوند. اين روش می تواند پاره ای از مشکلات بارهای ساکن را مرتفع نمايد. اين نوع گراند را گراند بارهاي ساکن ميگويند.

همانطور که در شکل زير مشخص است در حالت A جسم غير هادي سمت راست باردار است بنابر اين نسبت به جسم سمت چپ و زمين اختلاف پتانسيل دارد که ممکن است در بعضي مواقع تخليه آن  سبب خطراتي از جمله خطر آتش سوزي گردد.

در حالت B دو جسم توسط سيم هادي به هم وصل شده اند بنا بر اين بين دو جسم سمت راست وچپ اختلاف پتانسيلي وجود ندارد ولي بين اين دو با زمين اختلاف پتانسيل وجود دارد.

در حالتC  پس از وصل دو جسم به زمين ديگر هيچگونه اختلاف پتانسيلي بين اجسام و زمين وجود ندارد و خطر به کلي رفع شده است.

 

در شکل های زیر چند نمونه باندینگ و ارتینگ جهت اطفای بارهای ساکن نشان داده شده است.

 

b. روش کنترل رطوبت

بعضی مواد عايق، نظير پارچه، چوب، کاغذ يا بتن خود دارای يک مقدار رطوبت در تعادل با محيط می باشند، و هر چه رطوبت ذاتی يا مصنوعی روی سطح اين مواد بيشتر باشد هدايت آنها بيشتر شده و احتمال جمع شدن بارهای ساکن روی آنها کمتر است. در بعضی حالتها، مرطوب کردن موضعی تجهيزات بوسيله تزريق بخار نتايج رضايت بخشی خواهد داد و رطوبت عمومی محيط را هم بالا نخواهد برد. عملاً ثابت شده، مه در محيط های بسته اگر رطوبت نسبی در دمای معمولی در محدوده  درصد نگه داشته شود، انباشتگی بارهای ساکن هيچگاه به موقعيت و مرحله خطر نخواهد رسيد.

1. يونيزاسيون

در اين روش هوای محيط پيرامون جسمی که احتمال جمع شدن بارهای ساکن روی آن می باشد را يونيزه می کنند به اين ترتيب هوای يونيزه شده بارهای ساکن توليدی را جذب کرده و به هوای خنثی تبديل می شود. يا می توان از طريق هوای يونيزه شده که يک مسير هادی است بارهای ساکن انباشته شده روی جسم را به زمين هدايت نمود. يونيزه کردن هوا می تواند بوسيله شانه های استاتيک يا خنثی سازهای القايی يا خنثی سازهای الکتريکی انجام شود.

d. کف های کاذب هادی

در نواحی قابل انفجار که تخليه بارهای ساکن سبب توليد جرقه می شود از کف های هادی يا کف پوش های هادی استفاده میکنند .این کف پوش ها می توانند بارهای ساکن را که از طريق انسان يا تجهيزات توليد می شود به زمين متصل نمايد. اين کف های کاذب بايد از موادی تشکيل شوند که امکان تخليه بار روی آنها وجود نداشته باشد مثل کف پوش های لاستيکی ضد الکترواستاتيک، سربی يا ديگر ترکيبات هادی.

1. تمهيدات مخصوص نصب ونگهداري

افرادی که به سايت های دارای کف کاذب هادی وارد می شوند يا در آنجا کار می کنند بايد کفش های هادی بپوشند. تجهيزات متحرک بايد مستقيماً يا از طريق چرخک هايی به کف هادی متصل شوند.اپراتورها لباس هايی از جنس پشم و ابريشم که توليد کننده بارهای ساکن هستند نپوشند.

از کف های لاستيکی هادی موضعی برای جاهائيکه بطور کامل دارای کف هادی نمی باشد استفاده گردد.

 

1. گراند ايزوله

تاثير نويزهاي ايجاد شده توسط منبع تغذيه برروي بارهاي حساس را گاهي اوقات ميتوان با ايجاد يک زمين ايزوله براي آن بهبود بخشيد .اينکار با استفاده از پريز هاي زمين ايزوله انجام ميگيرد.

در اين نوع سيستم ، سيم گراند تجهيزات خاصي مثل تجهيزات الكترونيكي حساس به نويز را بدون اينكه در مسير تغذيه تا دستگاه به بخش هاي فلزي و تابلو هاي فرعي و سوكت ها وصل کنیم به طور ايزوله براي آن دستگاه مورد نظر مي كشيم و سيم زمين ايزوله تنها در فيدر تغذيه ورود به ارت متصل ميشود. به اين ترتيب تاثير نويزهاي ايجاد شده توسط منبع تغذيه بر روي بارهاي حساس الكترونيكي را كاهش داده ايم.

هادي مربوط به زمين ايزوله ممکن است از کليه تابلوها عبور کرده و به زمين محلي متصل نشود تا در انتها در ورودي سرويس زمين شود.حالتي خاص از زمين هاي ايزوله براي تعدادي ازتجهيزات بيمارستاني بکار ميرود.

5. گراند منفرد

يک سيستم منفرد داراي زمين مرجعي است که مستقل از ديگر سيستم ها ميباشد.مثال مرسوم در اين زمينه استفاده از يک ترانسفورماتور با نسبت تبديل يک به يک و از نوع مثلث ستاره ميباشد. (رجوع به شکل هاي زير).

نقطه گره ثانويه به زمين محلي جديدي متصل ميشود تا زمين مرجع جديدي بسازد که از سيستم اصلي مستقل است.سيستم هاي منفرد يک مرجع زمين محلي براي بارهاي حساس ايجاد ميکنند.در اين حالت مقدار نويز در دستگاههاي متصل به اين سيستم زمين به طور قابل ملاحظه اي کاهش مييابد .مزيت ديگر اي روش کاهش دامنه جريان نوترال در سيستم توزيع اصلي است.

 

6. گراند شبکه اي سيگنال مرجع

از مهم ترين سيستم هاي گراند می باشد که در دهه هاي اخير و بيشتر به خاطر كاربرد سوم سيستم زمين يعني كاهش نويز در سيستم هاي كنترل و مخابرات و تله متري استفاده ميشود.

با گسترش فن آوری تبادل اطلاعات بين کامپيوترها از طريق ماهواره يا سرورمحلی (اينترنت، اينترانت و …) که گاهی سرور مايل ها از کامپيوترهای فرعی دور بود بحث نويز هم جدی شد. به اين ترتيب که کامپيوترهای دور از هم دارای  تغذيه های جداگانه ودور از هم هستند و در اينصورت امکان هم بندی  سيستم هايی که با هم در حال تبادل داده هستند عملاً غير ممکن بود، دراينصورت بر اثر عبور جريانهای سرگردان و اضافی در زمين، بين کامپيوترهای در حال تبادل داده اختلاف ولتاژ ايجاد ميشد، اين اختلاف ولتاژ گذرا ممکن است دارای فرکانس شبکه برق (هرتز،  هرتز) يا فرکانس های بالاتر باشد.

بنابراين در صورتی که کامپيوترهای اصلی و فرعی دور از هم به همراه سيستم زمين قدرت به شبکه زمين ساختمان خود وصل شده باشند اختلاف پتانسيل قابل توجهی درحد چندولت بين دو کامپيوتر توليد می شود که می تواند روی سيگنال های معمولی ارتباطی بين کامپيوترها اثر سوء داشته باشد.

درصورتيکه سيستمهای سنتی يعنی اتصال کامپيوترها از طريق پريز برق به ارت و سپس اتصال به نول استفاده شده باشد مسير برگشت نول، جريان غيرقابل کنترلی روی سيستم زمين جاری می کند.

در هر نقطه که نول به زمين متصل شده و مسيرهای موازی وجود دارد جريان به نسبت عکس امپدانس ها طبق قانون اهم تقسيم می شود.

17.jpg

بر اثر اين جريان غيرقابل کنترل که روی سيستم زمين اعمال می شود و روی سيستم برق شهر هم تاثير سوء  می گذارد. (چون نول برق شهر به ارت متصل شده) اصطلاحاً شبکه برق با زمين نويزیيا کثيف خواهيم داشت. (شکل فوق)

در اينصورت کامپيوترهايی که از اين شبکه برق شهر با ارت نويزی برق می گيرند دچار اخلال خواهند شد.

توجه: در اين مبحث به طور کلی به همه تجهيزات حساس به جريانهای ناخواسته تجهيزات الکترونیکي حساس يا کامپيوتر گفته می شود.

تمامي اجزاء.يک سيستم اتوماسيون صنعتی که شامل زير سيستم های زير است نيز تجهيزات الکترونيکی حساس گفته مي شود:

v    PLC

v    Industrial computers

v    Operator interface terminals

v    Display devices

v    Communication network

جريانهای سرگردان الکترومغناطيسی   پديده ناخواسته ای است که می تواند روی تجهيزات الکتريکی و الکترونيکی حساس مثل کامپيوترها، دستگاههای تلفن مرکزی، سيستم های کنترل ميکروپروسسوری، اينورترها و تمامی تجهيزات ديجيتال تاثير سوء داشته باشد.

در ابتدا اين پديده و راههای کنترل آن صرفاً در سيستم های نظامی و هوافضا مورد توجه قرار داشت. ولی در زندگی روزمره کنونی که اطراف محل زندگی و کار و تفريح ما چندين دستگاه حساس الکترونيکی و ميکروپروسسوری وجود دارد بی اعتنائی وعدم نگاه جدی به اين پديده نوعی سهل انگاری و بی تفاوتی محسوب می گردد.

در ابتدا آمريکا و سپس اروپا  مرامنامه و دستورالعملی به شماره  صادر نموده و کشورهای عضو ملزم به اجرای مفاد اين مرامنامه می باشند و هدف آن مقابله با آثار سوء و مخرب EMI  می باشد.

آثار سوء EMI  در درجه اول ايجاد نويزهای مزاحم و اخلال در کيفيت تبادل داده و اطلاعات می باشد که در عصر انفجار اطلاعات ياIT  بسيار پررنگتر ظاهر گرديده است و دوم ايمنی تجهيزات و اشخاص در مقابل آثار زيانبار EMI  خواهد بود.

تقسيم بندي سيستم هاي فشار ضعيف از نظر روش زمين کردن ( سیستم ارت )

در فشار ضعيف سه نوع سيستم ارت (سیستم زمین) معمول ميباشد.

1. سيستم TN  که خود به سه گونه مختلف ميباشدکه عبارتند از :

v    TN-C-S

v    TN-C

v    TN-S

2. سيستم TT

3. سيستم IT

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

T يعني نقطه نول مستقيماً به زمين وصل است.

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

 

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

 Nيعني بدنه هاي فلزي تجهيزات از نظر الکتريکي مستقيماْ 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 خنثيPEN  متصل اند.

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

 

 

TN-C-S  يعني بخشي از سيستم از مبدا تا نقطه تفکيک داراي هادي توام حفاظتي و خنثيPEN بوده و از آن نقطه به بعد دو هادي حفاظتي و خنثيN از هم جدا ميشوند.

 

سه سيستم ارت TN، IT، TT و زير سيستم هاي آنها به طور کامل در استاندارد

 IEC- تعريف و تبيين شده اند.

شكل هاي زير نيز ميتواند به تشخيص و تفكيك اين سيستم ها از هم كمك كند.

 

 

مرور نکات مهم هر يک از سيستم ها ی ذکر شده

سيستم IT

در اين سيستم در حالت عادي و سالم ولتاژ نقطه خنثا (نول ) نسبت به زمين برابر صفر است و در اين هنگام ولتاژهاي موجود هيچ تنش اضافي را بر روي عايق بندي هادي خنثي و هاديهاي فازها در سرتاسر سيستم، بوجود نخواهند آورد.

                        

اما اگر به سبب سانحه اي در سيستم، يکي از فازها (L3 در شکل زير ) به زمين وصل شود، وضعيت ولتاژهاي سيستم به قرار زيراست

پس ولتاژ نول نسبت به زمين در سيستمي که يک فاز آن به زمين وصل شده است ديگر برابر صفر نبوده بلکه برابر Uo  ميشود . در اين هنگام ولتاژهاي موجود تنشي را بر عايق بندي هادي خنثي و هاديهاي فازها در سرتاسر سيستم به وجود خواهند آورد.

در سيستمIT  اولين اتصال به بدنه در سيستم سبب قطع برق تجهيزاتي که اتصالي در آن واقع شده است نميشود و در همان حال تماس با بدنه تجهيزات سبب برق گرفتگي نميگردد، اين سيستم در بسياري از کاربردهاي حساس بي همتا است. بعضي از مواردي که استفاده ازسيستمIT  در آنها توصيه ميشود عبارتند از:

–  اتاق هاي عمل ICU وCCU

–  معادن روباز و زير زميني

– سيستم هاي توليدي که قطع برق در آنها ممکن است  سبب خساراتي شود مثل:

v    شيشه سازي

v    کوره هاي مواد مذاب

v    صنايع شيميائي و مهمات سازي

v    تغذيه کامپيوترها

در سيستمIT  پس از اولين اتصالي و در هنگامي که هنوز فرصت رفع عيب و ترميم سيستم پيدا نشده است، اگر دومين اتصالي اتفاق بيفتد جريان اتصال کوتاه در اينحالت بالا رفته و شبيه سيستم TN  خواهد شد در اينحالت ولتاژ تماس بين بدنه هادي که فازها به آن اتصال شده با زمين بالا خواهد رفت و خطرات زيا دي خواهد داشت.

سيستم TN

در اين سيستم با توجه به اينکه اتصال هر فازبه زمين به مثابه وصل مستقيم فاز به نول است حتمآ جريان اتصال کوتاه شديدي از مدار و فاز معيوب عبور کرده و فيوز به تنهائي نيز ميتواند مدار معيوب را سريعا قطع نمايد و نياز به رله هاي جريان باقيمانده يا RCD   نيز ندارد ولي مشکل اصلي در اين سيسستم را مي توان دو عامل دانست :

a. عبور جريان اتصالي بسيار شديد ودر حد  کيلو آمپر در لحظات بسيار کوتاه قبل ازقطع فيوز ميتواند موجبات جرقه ،آتش سوزي و يا انفجار فيوز ها و کليدهاي حفاظتي را شامل شود.

b. ملاحظات تجربي و تئوري نشان مي دهد که مهم ترين اتفاق خطرناکي که در يک سيستم TN  هم از نظر جاني و هم از نظر اقتصادي بشر را تهديد ميکند پارگي هادي خنثيN ،حفاظتيPE  و يا حفاظتي/ خنثيPEN  است.

مخصوصآ در سيستمTN-C  پارگي هاديPEN بزرگترين خطر در يک سيستم ميباشد. پارگی هاديPEN  دو نوع خطر ايجاد ميکند.

1. ولتاژ بدنه هاي هادي ممکن است به مدتي طولاني بيش از مقدار مجاز شود و خطر برق گرفتگي به وجود آورد.

2. به علت مواج شدن و متغير بودن بيش از حد هادي  PEN  ولتاژهاي بين هر فاز و هادي PENممکن است به شدت تغيير کند و سبب شکست عايق بندي و سوختن لوازم شود.

البته در اين سيستم يک مشکل ديگر نيز وجود دارد وآن اين است که بعضي ازتجهيزات سيستم را به يک الکترود زمين انفرادي وصل ميکنند بدون اينکه آن الکترود به هادي حفاظتيPE  و يا حفاظتي/خنثيPEN  هم وصل شده باشد .در اين حالت و در بعضي مواقع نادر که مقاومت الکترود انفرادي از مقاومت کل سيستم کوچکتر باشد اگر يک اتصالي بين هريک از فازها و بدنه هادي اتفاق افتد ،ولتاژ همه بدنه هاي هادي سيستم ممکن است به مقدار خيلي بيشتر از مقدار مجاز برسد.

سيستم TT

در سيستم هاي با اتصال مستقيم و مستقل بدنه ها به زمين، تامين مقاومت کم براي الکترود اتصال به زمين طبق جدول زير به منظور استفاده از فيوز يا کليد خودکار براي تامين ايمني بسيار مشکل است و بنابر اين لازم است چاره جوئي ديگري به عمل آيد .

راه حل استفاده از کليدهاي جريان تفاضلي يا RCD  است

کليدهاي جريان تفاضلي کليدهائي هستند که اگر جمع برداري جريانهاي خروجي از کليد با جمع جريانهاي ورودي به آن برابر نباشد يعني بخشي از جريان هر چند کوچک ،به جاي برگشتن ازطريق هاديهاي مدار از راه ديگري مانند زمين به منبع برگردد واکنش نسان داده و کليد را قطع ميکند ،ساختن RCD  با حساسيت زياد ( چند ميلي آمپر )  امکان پذير است و براي همين در کاربرد آنها ميتوان بر خلاف شرائطي که در استفاده از فيوز وجود دارد از شبکه هاي زمين با مقاومت زياد هم استفاده کرد . جدول زير حداکثر مقاو.مت هائي را نشان ميدهد که براي کليدهاي جريان تفاضلي با جريانهاي عامل مختلف قابل استفاده ميباشند.

کليدهاي RCD  مانند فيوزها در دو نوع سه فاز و تک فاز ارائه ميشوند که فرق اصولي با يکديگر ندارند و در نوع تکفاز فاز و نول به آن ميروند و فاز و نول از آن خارج ميشوند.

شکل زیر به طور ساده اساس کار این کلیدها را نشان میدهد.

 

بنابر اين در سيستم TT علاوه بر فيوز هاي خودکار يا معمولي بايستي از کليد فيوزهاي   RCD نيز استفاده شود.

 

جدول زير به طور خلاصه ويژگيهاي هريک از اين سيستم ها را جهت  ويژگي مهم يعني ايمني   قابليت اطمينان نويز و اغتشاش در دسترس بودن  و نياز به تعميرات کمتر

 مقايسه ميکند.

علامت ” + ” يعني مناسب است و توصيه ميشود و ” – ” يعني مناسب نميباشد وتوصيه نمي شود. علامت  ” ++ ” يعني خيلي خوب و علامت ” – – ” يعني خيلي بد.

با مرور جدول مزبور به سادگي ميتوان پي برد که سيستم TT از تمامي جهات سيستم کاملي است و قطعآ در آينده نيز در اکثر کشورها از اين سيستم استفاده خواهد شد.هر چند اجراي اين سيستم از بقيه آنها گرانتر ميباشد.از لحاظ ميزان جريان اتصال کوتاه که پارامتر بسيار مهمي است نيز اين سيستم ها قابل مقايسه هستند ضمن اينکه بايد بدانيم هر چقدر اين جريان کمتر باشدسيستم از لحاظ  مسائل ايمني و نويز و اغتشاش بر خواهد بود.

مقايسه جريانهاي فوق نيز بر مناسب بودن سيستم  TTصحه خواهد گذاشت زيرا گر چه  IT  جريان اتصال اول يا يک فاز به زمين بسيار کمي دارد ولي جريان اتصالي دو فاز به زمين آن بسياربالاو درحد سيستم TNخواهد بود.اثر قطر سيم ارت و مقاومت زمين روي ولتاژهاي تماس در سيستم هاي توزيع مختلف جريان اتصال کوتاه و ولتاژ ناخواسته تماس که به انسان در لحظه وقوع خطا در سيستمهاي الکتريکي رخ ميدهد به طور خلاصه در جدول زير درج شده است