اولین سیستم توزیع ابتدایی

3-2-اولین سیستم توزیع ابتدایی

3-2-1- شرح یک سیستم توزیع که پیش در آمد سیستم IT امروزی است

آشنایی انسان با برق به طور کلی و با نقش زمین یا محیط زیست در آن و واکنش عایقها نسبت به شدت میدان الکتریکی و پیدایش جرقه ها بین نقاطی که تا لحظه ای پیش هیچ عیبی نداشتند (2311-2) و مسایلی مانند اینها هنوز معلوم نبود. بنابراین اولین سیستمی که احتمالاً بوجود آمد، سیستمی بود که در شکل 321-1-(1)  نشان داده شده است.

شکل 321-1 یک سیستم توزیع الکتریکی ابتدایی که اتصال به زمین ندارد ( این سیستم پیش در آمد سیستمی است که امروزه IT خوانده می شود)

هیچ نقطه ای از سیستم به زمین وصل نبود و یقیناً در اولین روزها لزوم آن نیز آشکار نشده بود. یاد آوری می نماید که چنین سیستمی امروزه با نام سیستم IT (طبق IEC) شناخته شده و مورد استفاده است ولی از آن همراه با وسایل حفاظتی اختصاصی برای موارد مخصوص استفاده می شود و در شبکه های عمومی اصلاً مورد استفاده ندارند.

یاد آوری – در شکل 321-1 همه اتصالات به زمین کامل فرض می شوند یعنی مقاومت آنهانسبت به جرم کلی زمین برابر صفر گرفته می شوند در عمل چنین چیزی ممکن نیست. اتصالات از این نوع، همراه با مقاومت می باشند اما از نظر بحث ما در این جا فرض کامل بودن اتصالات کافی می باشد.

با اینکه اتصال مستقیمی بین نقطه خنثا (N) و زمین وجود ندارد، به علت حضور خازنهای طبیعی، یک نقطه خنثای مصنوعی تشکیل می شود که ولتاژ آن نسبت به زمین صفر است. اگر عایقبندی سیستم نیز بی عیب باشد، انسانی که با تجهیزات سیستم در تماس است به علت وجود عایقبندی دچار برقگرفتگی نمی شود.

شکل 321-1-(2)  در این وضعیت ولتاژهای بین اجزای مختلف سیستم در زیر شکل (2) نشان داده شده اند.

در شکل این321-1- (3)  فرض شده است که یکی از فازها  (L1)با بدنه موتور اتصالی پیدا کرده و در عین حال شخصی که روی زمین هادی ایستاده است با بدنه موتور در تماس است. در این حالت با توجه به امپدانس خیلی بالای خازنهای طبیعی، ولتاژی که بین دست (L1فاز) و پاهای شخص (زمین) وجود دارد بسیار کم و نزدیک به صفر خواهد بود و انسان را دچار برقگرفتگی نخواهد کرد. متاسفانه همین نکته بعضی افراد را به این خیال وا می دارد که این،بهترین سیستم است زیرا، با وجودی که انسان با برق تماس پیدا می کند دچار برقگرفتگی نمی شود.

بعداً خواهیم دید که این خاصیت بسیار ارزنده ای است که سیستم IT  را منحصر به فرد می کند اما به شرطی که در آن از وسایل حساس و گران قیمت برای کشف اولین اتصالی به زمین و از وسایل قطع خودکار مدار برای عمل در حالتی که دومین اتصالی بروز کند (شکل 5) استفاده شود. بخش XX3 را ببینید.

در شکل 321-1 (4) فرض شده استکه یکی از فازها (LI) با زمین اتصالی پیدا کرده است. در این حالت خازن Ue1 اتصال کوتاه می شود. ولتاژ فاز L1 و زمین (T) برابر شده و ولتاژ بین فازهای سالم (L2 و L3) و زمین که در قبل از برخورد فاز L1  با زمین برابر ولت  بود، اینک تبدیل به ولتاژ فاز به فاز یعنی ولت 400=  U می شود. در این حالت، خازن C1 اتصال کوتاه شده و از مدار خارج می شود و جریانهایی که در اثر اتصال کوتاه از خازنهای C2 و C3 عبور می کنند در شکل 321-1- (41) نشان داده شده اند.

نظر به اینکه اتصال یک فاز و زمین با وسایل عادی حفاظتی (فیوز- کلید خودکار) قابل قطع نمی باشد وجود آن ممکن است سریعاً مشخص نشده و رفع نقص نشود. در این حالت کلیه مسایل گفته شده در بند 321-1 وجود خواهد داشت و عایقبندی این سیستم باید قوی باشد و درغیر این صورت، بعد از مدتی دچار خرابی شده و یا در اثر بروز جرقه، آتش سوزی به راه اندازد.

در حالت اخیر یعنی اتصال یک فاز با زمین، اگر شخصی طبق شکل 321-1- (5) با فازی سالم تماس حاصل نماید، ولتاژ تماس به جای صفر Ue برابر با ولت Ue=U=400  خواهد شد که خیلی خطرناک است.

نتیجه گیری

به نحوی که گذشت. استفاده از سیستم به ظاهر ساده بدون اتصال به زمین تنها یک حسن دارد و آن این است که در صورت سالم بودن عایقبندی سیستم تماس با هر یک از هادیهای فاز، انسان را دچار برقگرفتگی نمی کند. زیرا مسیری که شامل بخشی از بدن انسان باشد. برای بسته شدن مدار وجود ندارد (شکل 321-1-(3). اما اگر یکی از فازها با زمین تماس پیدا کرده باشد. تماس انسان با یکی از دو فاز دیگر، مانند  حالت قبل بیخطر  نبوده بلکه بسیار خطر ناک خواهد بود. شکل 321-1-(5). مخصوصاً با  توجه به اینکه تغییر حالت از وضعیت بی خطر به وضعیت خطر ناک که بی خبر  و بدونهیچ مقدمه  اتفاق می افتد و ممکن است در نقطه دوری از سیستم توزیع پیش آید که قابل کنترل نیست از طرف دیگر وصل یکی از فازها به زمین سبب می شود که در عایقبندی سیستم تنش ولتاژ بین نقطه خنثا و زمین و فازهای سالم و زمین بوجود آید که در دراز مدت سبب شکست عایقبندی می شود. همچنین این مسئله ممکن است سبب بروز جرقه شود(مخصوصاً اگر بین خازنهای سیستم و بقیه اجزای راکتیو آن رزونانس ایجاد شود) که آن هم سبب آتش سوزی شود.

در شکلهای 321-2 و 321-3، روشهای مختلف برای نشان دادن نحوه تقسیم ولتاژها و تشکیل زنجیره های عبور جریان برقگرفتگی، نشان داده شده اند.

به طور خلاصه : 

  1. یک نقطه از سیستم باید زمین شود تا ولتازها تثبیت شوند و عایقبندی سالم بماند.
  2. یک نقطه سیستم باید زمین شود تا ولتاز برقگرفتگی به شدت حالت پیش نباشد.

شکل 321-2 سیستم توزیع ابتدایی (بدون اتصال به زمین سیستم ) که در آن مقاومتهای اتصال زمین دیگر منظور شده اند.

شکل 321-3 سیستم توزیع ابتدایی (بدون اتصال به زمین سیستم) که در آن زنجیره مدار اتصال کوتاه در دو حالت مختلف نشان داده شده است.