Tel: 021 3390 3552 , 021 3390 1804
آخرین مقاله ها در سایت

برقراری اتصال به زمین

 33- قدم بعدی: برقراری اتصال به زمین

331- شرح یک سیستم توزیع پیشرفته تر در سیر تکاملی سیستمها که مقدمه سیستم TT  امروزی است

331-1- اگر فقط به ایجاد اتصال زمین سیستم بسنده شود

یعنی اگر طبق آنچه که تا حالا گذشت، یک نقطه از سیستم یعنی نقطه خنثا فقط با در نظر گرفتن لزوم حفاظت از عایقبندی و سایر خواستهای سیستم زمین شود، وضعیت از نظر برقگرفتگی چگونه خواهد بود؟ شکل 331-1 این حالت را نشان می دهد. سیستمی که دراین شکل نشان داده شده است در اصل همان سیستم شکل 321-3 است با ین تفاوت که این بار نقطه خنثای سیستم به زمین وصل شده است درباره ” خوب یا “بد” بودن این اتصال به زمین صحبتی نمی کنیم اما می توان از روی شکل معادله ای را که ولتاژ برقگرفتگی را نشان می دهد نوشت. با توجه به دیاگرام مدار، شدت جریان عبوری از بدن یا شدت جریان برقگرفتگی عبارت است از:

و ولتاژ برقگرفتگی برابر خواهد بود با:

و یا با جا گذاریهای لازم:

در روابط بالا، امپدانسهای تراسفورماتور و فاز صدمه دیده نسبت به امپدانس بدن و مقاومتهای اتصال به زمین   بسیار کوچکترند و برای همین می توان رابطه بالا را به صورت خلاصه نمود:

به عنوان مثال در سیستمی که ولتاژفاز به خنثای آن  ولت است اگر فرض کنیم:

امپدانس بدن انسان  برابر 3000 اهم

مقاومت زمین سیستم یا برابر 10 اهم.

مقاومت بین بدن انسان و جرم کلی زمین  برابر 1000 اهم باشد، ولتاژ برقگرفتگی  172=  ولت خواهد بود.

شکل 331-1 وضعیت برقگرفتگی در سیستمی که فقط خنثای ان به زمین وصل است.

و اگر فضایی که اتفاقات گفته شده در ان می افتد، محلی نمناک باشد، یعنی مقاومت بین بدن انسان و جرم کلی زمین   به جای 1000 اهم، 400 اهم باشد، در این صورت، ولتاژ برقگرفتگی  ولت خواهد بود.

در دو حالت   خیلی بیشتر از مقدار مجاز ولتاژ تماس یعنی  ولت است.

بنابراین تنها وصل نقطه خنثا به زمین بدون آنکه فکری برای جلوگیری از برقگرفتکی شده باشد کافی نیست.

یاد آوری:سیستمی که امروزه در خانه های ما مورد استفاده می باشد همین سیستم خطرناک وبی هویتی است که سالها پیش در راه جستجوی سیستمی ایمن ، به دور انداخته شده است.

331-2 اگر علاوه بر اتصال زمین سیستم بدنه هادی تجهیزات نیز زمین شود.

به نظر می رسد اولین فکر بعدی که به نظر متخصصین رسید، وصل بدنه های هادی تجهیزات الکتریکی به زمین بود، با این که بین بدنه تجهیزات و زمین اتصال کوتاه بوجود آید و ولتاژ بین آنها صفر شود. البته می دانیم که این، خیالی نادرست بود و در هیچ حالتی وصل شدن “جرم زمین” بدون مقاومت، ممکن نیست (فصل چهارم را ببینید). شکل 331-2 حالت مورد بحث را نشان می دهد.

اگر امکان داشت که نقاط A و B را با یک هادی با مقطع بزرگ به هم وصل نمود، پتانسیل این نقاط با هم برابر می شد و در نتیجه اختلاف پتانسیلی بین دست و پاهای انسان تشکیل نمی شد تا ایجاد برقگرفتگی نماید.

با صرفنظر کردن از مقادیری که نسبت به سایرین کوچکتر می باشند و انتخاب اعدادی که به نظر می رسد با واقعیات مطابقت دارند در سیستمی که ولتاژ فاز به خنثای آن 230=  ولت است اگر فرض کنیم:

امپدانس بدن انسان   برابر 3000 اهم،

مقاومت زمین سیستم یا   برابر 10 اهم،

مقاومت زمین بدنه تجهیزات و جرم کلی زمین یا  برابر 25 اهم ،

مقاومت بین بدن انسان و جرم کلی زمین  برابر 1000 اهم باشد،

ولتاژ برقگرفتگی123= ولت خواهد بود.

با این که این مقدار کمتر از حالتهای پیش می باشد، قابل قبول نیست. از طرفی محاسبات برای یک حالت عادی انجام شده است و در حالتهای اختصاصی ولتاژ تماس خیلی بیشتر از مقدار بالا و البته بیشتر از مقدار مجاز ولتاژ تماس یعنی 50= ولت خواهد بود.

شکل 331-2 سیستمی که در آن علاوه بر نقطه خنثا بدنه تجهیزات نیز به زمین وصل اند.

331-3 – اگر بدنه هادی تجهیزات با هادیهای بیگانه زمین شده ساختمان، همبندی شده باشد.

به نحوی که در شکل 331-3 نشان داده شده است. در این حالت اگر شخص مورد نظر در حوالی هادی مورد بیگانه قرار گرفته باشد، چه با هادی بیگانه تماس داشته باشد یا نداشته باشد، تحت ولتاژ برقگرفتگی قابل ملاحظه ای قرار نخواهد گرفت، زیرا امپدانس هادی حفاظتی PE بسیار کم است.

البته به دلایل دیگری که بعدها بحث خواهد شد، این حالت نیز قابل قبول نیست ولی مثال خوبی است برای نشان دادن توانایی همبندی در جلوگیری از برقگرفتگی.

شکل 331-3 سیستمی که در آن بدنه تجهیزات یا هادی بیگانه زمین شده همبندی شده باشد.

331-4- اگر بدنه هادی تجهیزات با هادیهای بیگانه زمین شده ساختمان همبندی نشده باشند.

     شکل 331-4 حالت مورد بحث را نشان می دهد. اگر از مقادیر کوچک مقاومت و امپدانس هادی فاز و تراسفورماتور صرفنظر شود و فرض شود که مقاومت بین جرم کلی زمین و هادیهای بیگانه در ساختمان بسیار کم است (331-4(1) ، رابطه کلی ولتاژ اتصال کوتاه  یا  به صورت زیر در خواهد آمد ( این رابطه کاربرد عملی ندارد اما برای بحث درباره مقاومتهای نسبی بسیار مفید است):

  • اگر

m=

رابطه بالا بصورت زیر در می آید:

اگر                                                                        

m

آنگاه                                                                          

اگر                                                                        

m

و اگر

آنگاه                                                           

به عبارت ساده تر:

الف) هر چه مقاومت سیستم () نسبت به مقاومت بدنه های ها دی( ) کوچکتر باشد، برقگرفتگی شدیدتر خواهد بود.

 >>>>>>>>>> برقگرفتگی شدیدتر است

ب ) هر چه مقاومت بدنه های هادی () نسبت به مقاومت سیستم () کوچکتر باشد، برقگرفتگی ملایمتر خواهد بود.

 >>>>>>>>>> برقگرفتگی ملایمتر است

شکل 331-4 سیستمی که در آن مقاومت هادی بیگانه نسبت به جرم زمین بسیار کم و بدنه های هادی با آن در تماس نیست.

بدیهی است که در اغلب موارد، حالت (الف) برقرار است زیرا ایجاد یک زمین سیستم خوب (زمین تراسفورماتور) برای صاحبان سیستم (برق منطقه ای) ساده تر از ایجاد زمینی خوب یا بهتر برای مصرف کننده (مشترک) است.

332- قطع مدار قبل از انکه برقگرفتگی اثر کند.

   دیدیم که کم کردن یا از بین بردن ولتاژ تماس، عملی اقتصادی نبود. برای همین متخصصین به جای سعی در کم کردن یا از بین بردن آن، بر ان شدند که مدت زمان تاثیر برق را محدود کنند. به این منظور لازم بود به محض بروز اتصالی بین بدنه های هادی و هادیهای فاز، مدار به صورت خودکار قطع کند. مسائل مربوط به نحوه اثر برق و اهمیت زمان برقراری آن بر پدیده برقگرفتگی، در فصل پنجم به طور مفصل بحث شده است.

در مورد سیستمهایی که بدنه های هادی انهامستقیماً به زمین وصل می باشند- که در حال حاضر راجع به آنها بحث می شود- اگر ولتاژ اتصالی یعنی  از مقدار 50= ولت تجاوز کند مدار تغذیه باید فوراً قطع شود.فوراً را به صورت غیر مستقیم مشخص می کنند. به طور مثال برای فیوزهای زود ذوب که ساده ترین و ارزانترین وسایل حفاظتی می باشند، فوراً یعنی زمانی که در ان جریانی معادل 3،5 برابر جریانی نامی فیوز یا بیشتر، آن را بسوزاند. بنا به فرض در این مدت، به کسی آسیبی از برقگرفتگی وارد نمی شود. راجع به این مسایل بحث مفصلتری انجام خواهد شد ولی در اینجا به همین اندازه بسنده می شود.

شکل 332-1 طرحواره یک مدار و مقاومتی را که لازم است برای اندازه های مختلف فیوز فراهم شود، نشان می دهد. بدیهی است ایجاد چنین شرایطی (مثلاً 89. =  اهم برای یک فیوز 16 آمپری) اگر غیر ممکن نباشد، آنقدر پر خرج است که در عمل مانع انجام ان خواهد شد.

در سیستمهای با اتصال مستقیم بدنه ها به زمین (TT)  . تامین مقاومت کم برای الکترود اتصال به زمین طبق جدول شکل 332-1 به منظور استفاده از فیوز یا کلید خودکار برای تامین ایمنی بسیار مشکل است و بنابراین لازم بود چاره چوبی دیگری به عمل آید.

دو راه برای تامین ایمنی در صورت وصل مستقیم بدنه های هادی به زمین اندیشیده شد:

  • استفاده از وسایل ایمنی (کلیدهای خودکار) بسیار حساس نسبت به جریانهای نشت به زمین که نام جمعی آنها” وسایل یا کلیدهای جریان تفاضلی “(Residual Current Device= RCD) است.
  • استفاده از هادیهای بیگانه به عنوان اتصال به زمین و وصل اتصال زمین سیستم به این هادیها

درباره هر یک از موارد بالا به اختصار بحث خواهد شد.

شکل 332-1 هنگام استفاده از فیوز، شرطی که لازم است برای قطع به موقع مدار برقرار شود.

332-1- قطع سریع مدار با استفاده از کلیدهای جریان تفاضلی (RCD)

شکل 332-3 طرحواره کامل یک کلید جریان تفاضلی را برای سیستم سه فاز نشان می دهد. کلیه جریان تفاضلی برای سیستم یک فاز، فرق اصولی با نوع سه فاز ان ندارد.

شکل 332-3 طرحواره یک وسیله (کلید) حفاظتی جریان تفاضلی

مطالب مرتبط