سیستم زمین

یکی از ضروریات برای هر سیستم الکتریکی سیستم زمین با طراحی خوب است تا از خطراتی که به جریانات خطا مرتبط است جلوگیری شود . این موارد در استانداردهای مهم مطرح شده اند چرا که ارتینگ از تجهیزات و جان انسان در برابر ولتاژ تماس حفاظت می کند .

 

اهداف ایجاد یک سیستم زمین ولتاژ پائین عبارتند از :

- ایجاد امنیت برای انسان بوسیله محدود کردن ولتاژ تماس .

- حفاظت تجهیزات و تاسیسات الکتریکی با ایجاد یک مسیر با امپدانس پائین .

- بهبود بخشیدن به کیفیت سیگنال با به حداقل رساندن نویز الکترومغناطیسی .

- ایجاد یک مبنای ولتاژی ثابت برای سیستم همپتانسیل .

 

یک سیستم کم مقاومت از ضروریات دسترسی به ارتینگ کارآمد است . هادیها با سطح مقطعی دقیق باید در نظر گرفته شوند تا توانایی مناسب برای عبور جریانات را داشته باشند . بعلاوه باید در برابر خوردگی دوام بیاورند . مقدار مقاومت الکتریکی هر سیستم زمین باید باید یکبار بصورت جداگانه وبار دیگر با همبندی اندازه گیری شود . از اینرو لازمست که امکان جداسازی سیستم ها در مواقع تست مهیا شود .

 

فاکتورهای دیگر تعیین کننده در طراحی سیستم زمین عبارتند از :

- مقدار مقاومت باید بصورت دوره ای انجام شود و به این دلیل باید برای سیستم زمین دریچه تست در نظر گرفته شود .

- رطوبت خاک در کاهش مقدار مقاومت سیستم زمین موثر است .

- مواد کاهنده مقاومت خاک مقدار مقاومت ویژه خاک را کاهش می دهند .

- محل عبور خطوط برق و لوله های گاز و آب دفنی ( فلزی ) باید در نظر گرفته شوند تا فاصله ایمنی با آنها در نظر گرفته شود .

- لوله های فلزی دفنی و مخازن آب باید مشخص شوند و با سیستم زمین همبند شوند.

در خاکهای با هدایت الکتریکی پائین بمنظور ایجاد مقاومت ارت مناسب باید از الکترودهای پیشرفته ، الکترودهای عمیق یا سیستم رینگ بهره برده شود .

 

سیستم های زمین

سیستمهای TN شامل TNC ، TNS و TNC-S

در سیستم های TN ، در محل ابتدایی نول و ارت بهم متصل می شوند . در سیستم TNC نول و ارت بصورت مشترک هستند بدین معنی که تنها فازها و نول ارسال می شوند . اما در سیستم TNS ، نول و ارت بصورت جداگانه ارسال می شوند . بدین معنی که فازها ، نول و ارت به بقیه تابلو ها منتقل می شوند . سیستم TNC-S در سیستمهایی رواج دارد که قبلا از TNC بهره می برده اند . از جایی به بعد ، همبندی نول و ارت انجام می شود و از آن نقطه به بعد نول و ارت بصورت جداگانه منتقل می شوند .

سیستمهای TT

سیستمی است که توسط شبکه ، هادی حفاظتی ارسال نمی شود و سیستم زمین در محل اجرا و مورد استفاده قرار می گیرد .

سیستمهای IT

در اینگونه سیستمها ، توسط شبکه هادی حفاظتی ارسال نمی شود و کلاً سیستم زمینی وجود ندارد و یا با امپدانس بسیار بالا به آن متصل شده است . از سیستم IT در بخشهایی از محیط های بیمارستانی استفاده می شود .

 

سیستمهای زمین از نظر گستردگی

غیر گسترده

عمودی و مورب ، افقی ، ترکیبی

گسترده

عمودی و مورب ، افقی ، ترکیبی

 

موارد مهم در سیستم زمین

ولتاژ تماس

اختلاف پتانسیل بین دست و پای شخص درشرایطی است که دست به بدنه برقدار وصل شده باشد. در بخشهایی از هادیهای نزولی صاعقه گیر که در دسترس هستند یعنی در دومتر پائینی ، برای کاهش اثر ولتاي تماس ، هادی را از درون لوله های عایق عبور می دهند . اینکار علاوه بر کاهش خطر ولتاژ تماس از آسیب دیدگی و قطع شدن هادی نزولی در اثر ضربات فیزیکی احتمالی محافظت می کند .

ولتاژ گام

اختلاف پتانسیل بین دو پای شخص که تقریباً یک متر در نظر گرفته می شود درشرایطی که ولتاژ روی نقطه ای از زمین درحال تخلیه باشد . ولتاژ گام برای وزن 50 و 70 کیلوگرم افراد درنظر گرفته می شود . برای کاهش اثر ولتاژ گام معمولاً سطح با مواد عایقی مثل آسفالت ، گرانیت و یا سنگ ریزه پوشانده می شود . آرایش الکترودها در سیستم زمین نیز در ولتاژ گام تاثیر گذار است .

حداکثر جریان اتصال کوتاه

حداکثر جریان اتصال کوتاه زمانی اتفاق می افتد که یکی از فازها به سیستم زمین اتصال پیدا کند . جریانی که در زمان کوتاه قبل از قطع آن توسط فیوزها از هادی ها عبور می کند را حداکثر جریان اتصال کوتاه می گویند . این مقدار جریان برای تعیین سطح مقطع هادی های حفاظتی و هادیهای اتصال به زمین مورد نیاز است .

 

ضخامت هادی حفاظتی

با دانستن حداکثر جریان اتصال کوتاه می توان حداقل ضخامت هادیهای حفاظتی و هادیهای اتصال به زمین را بدست آورد . درصورت ندانستن مقدار این جریان می توان از محاسبات سرانگشتی متناسب با سطح مقطع فازها ضخامت این هادیها را بدست آورد .

مقاومت ویژه خاک یا Soil Resistivity

مقدار مقاومت ویژه خاک عبارتست از مقدار مقاومت مکعبی به حجم یک متر مکعب . واحد مقاومت ویژه اهم متر است . برای اندازه گیری مقاومت ویژه از تستر های چهارسیمه استفاده می شود . این مقدار در طراحی سیستم زمین و سیستم حفاظت در برابر صاعقه مورد نیاز است . این مقدار مقاومت بعلت همگن نبودن خاک ، در لایه های مختلف آن متفاوت است.

از آنجائیکه بخشهای مختلف زمین با توجه به علت تشکیل شدن آن از انواع مختلف خاک و اینکه هر نوع خاک از لحاظ مقاومت ویژه الکتریکی مقدار متفاوتی دارد میتوان حالتهای کلی را بصورت زیر درنظر گرفت که درنظر گرفتن هر یک در نتیجه محاسبات تعیین کننده خواهد بود .

 

خاک همگن

گراندینگ

خاکی که معمولا بصورت تئوری در محاسبات کلی درنظر گرفته می شود . این نوع خاک بصورت همگن بوده و مقاومت ویژه یکنواختی دارد

خاک چند لایه ای

سیستم زمین

این نوع شبیه سازی نسبت به حالت همگن به واقعیت نزدیکتر است و درآن خاک در چند لایه با اعماق متفاوت با مقاومتهای ویژه متناظر با رنگها درنظر گرفته می شود . در محیط های شبیه سازی پیشرفته از این نوع شبیه سازی استفاده می شود  .

خاک واقعی

ارتینگ

در این نوع شبیه سازی ، حالت واقعی خاک بصورت توده های با مقاومت ویژه متفاوت بصورت سه بعدی درنظر گرفته می شود  . در این پروفایل هر رنگ نشانگر مقاومت ویژه ای خاص است  

با توجه به حالت واقعی خاک ، بخشهایی مورد نظر برای اجرای سیستم زمین الکتریکی در عمق و سطح دارای مقاومتهای ویژه متفاوتیست و با بررسی این منحنی ها و تعیین محل اجرای الکترودها ، می توان به بهینه سازی سیستم زمین اجرایی اقدام نمود . بدین منظور در عمل با اندازه گیری مقاومت ویژه خاک در راستا و عمق های مختلف زمین محل احداث سیستم زمین الکتریکی به پروفایل واقعی خاک نزدیک می شوند .

 

مواد کاهنده مقاومت الکتریکی خاک

وقتی مقاومت ویژه خاک محل احداث سیستم زمین بسیار بالا باشد ، برای کاهش مقاومت خاک و در نهایت کاهش مقدار مقاومت سیستم زمین اجرایی ، موادی به خاک افزوده می شود که باعث کاهش این مقاومت می شود . دقت در انتخاب مواد کاهنده اثرات خوردگی و مقدار مقاومت سیستم زمین را کاهش خواهد داد .

خوردگی در سیستم زمین

شیمیایی

اسیدی بودن خاک یا وجود مواد خورنده در محل اجرای سیستم زمین مثل شور بودن خاک باعث خوردگی الکترودهای زمین شده و بتدریج هادیها قطع شده و سیستم زمین کارایی خود را از دست خواهد داد . لذا برای هر یک از شرایط نامساعد مذکور لازمست تمهیدات مناسبی در نظر گرفته شود . معمولا در خاکهای با خوردندگی بالا از الکترودهای استیل استفاده می شود .

گالوانیک

اتصال دو فلز متفاوت در صورت وجود رطوبت باعث جاری شدن جریانهای گالوانیک بین دو هادی شده و این امر به خوردگی یکی از هادیها منجر خواهد شد .بنابراین برای جلوگیری از اینگونه اثرات لازمست تمهیداتی در نظر گرفته شود . بعنوان مثال با عایق کردن محل اتصال از خوردگی جلوگیری شود و یا از اتصالات بیمتال بهره برده شود .

 

سیستم زمین داخل فونداسیون (  روش یوفر )

در این روش از بخشهای فلزی فونداسیون مدفون در بتن بعنوان سیستم زمین یا بخشی از آن استفاده می شود . از آنجائیکه خوردگی فولاد داخل بتن بسیار ناچیز است و مقاومت ویژه بتن در حد مطلوبیست لذا میتوان از این روش با وجود تمهیدات خاص بعنوان سیستم زمین بهره برد . در تصاویر زیر نمونه هایی از سیستم های همبندی متداول را مشاهده می کنید .

 

همبندی داخل بتن ساختمانهای بتنی

از آنجائیکه ایجاد جوشکاری در آرماتورهای داخل بتن باعث کاهش استحکام فیزیکی سازه می شود و طراحان سازه اجازه تغییرات در سازه را نخواهند داد لذا با ایجاد مش از جنس هادی و اتصال کلمپی یا مفتولی (تحت شرایط استاندارد) آنها با میلگردهای داخل فونداسیون به همبندی مطلوبی خواهیم رسید . این شبکه توری در طبقات توسط هادی های بالا رونده بهم متصل می شوند و با این کار شاهد ایجاد پیوستگی و یکپارچگی الکتریکی مطلوبی در کل سازه خواهیم بود .

همبندی سازه های اسکلت فلزی

برای تخلیه سریع جریانهای ایجاد شده احتمالی بر روی بخشهای فلزی سازه لازمست بین اجزاء فلزی سازه پیوستگی الکتریکی وجود داشته باشد . استاندارد IEC مقدار مقاومت لازم برای پیوستگی را زیر دو دهم اهم تعیین کرده است .در سازه های اسکلت فلزی از آنجائیکه اکثر اتصالات پیچ مهره ای هستند ، وجود رنگ در محل اتصال هدایت الکتریکی را کاهش می دهد لذا لازمست با تمهیداتی دوطرف کلیه بخشهای فلنج ها و اتصالات پیچ مهره ای توسط جمپرهایی همبند شوند .

همبندی کف مراکز داده یا ( SRG ( Signal Reference Grid

تامین سیستم زمین یکپارچه در کف مراکز حساس بگونه ای که میزان اختلاف پتانسیل در کلیه نقاط به حداقل برسد و همچنین به حداقل رسانیدن امپدانس سیستم زمین و انتقال هارمونیک ها و فرکانسهای ناخواسته به زمینعلاوه بر جلوگیری از صدمات احتمالی در کارکرد صحیح تجهیزات نیز بسیار موثر است .  در همبندی داخل فونداسیون مراکز حساس مثل مراکز داده و مخابرات ، طبق استاندارد IEC حداکثر طول چشمه های مش نباید در سه وجه بیشتر از پنج متر در نظرگرفته شود .

 

همبندی کف آنتی استاتیک اتاقهای عمل

برای حذف الکتریسیته ساکن در کف اتاقهای عمل و جلوگیری از آسیب دیدن تجهیزات حساس موجود ، در زیر کف آنتی استاتیک این اتاقها از شبکه توری هادی استفاده می شود که این شبکه با تامین امپدانس بسیار پائین از نقاط متعدد پیرامونی به سمت شینه همبندی تابلو برق هدایت می شوند .

همبندی داخل و محوطه استخرها

برای جلوگیری از ایجاد ولتاژ گام و تماس در استخرها و جلوگیری از برق گرفتگی افراد لازمست در فونداسیون محل استخر و اطراف آن هادیهای همبندی مشبک  با پیوستگی مناسب درنظر گرفته شود . اصولاً در مکانهای مرطوب ، سطح حفاظتی بیشتری لازمست مدنظر قرار گیرد .

همبندی بخشهای فلزی غیر برقدار

برای جلوگیری از ایجاد اختلاف پتانسیل بین بخشهای فلزی موجود در محل مورد حفاظت ، لازمست کلیه بخشهای در مجاورت هم توسط جمپر هایی همبند شوند . این نوع همبندی به همبندی اضافی شناخته می شود .  این همبندی شامل مخازن فلزی ، سینی های محل عبور کابل و غیره می شود .

ملاحظات سیستمهای زمین حفاظت در برابر صاعقه

در استاندارد های متداول مقدار مقاومت سیستم زمین صاعقه گیر به تنهایی و بدون همبندی نباید بیشتر از 10 اهم باشد . همچنین بخاطر ماهیت ایمپالسی جریانات صاعقه که تمایل در تخلیه در سطح دارند ، بهتر است از سیستمهای زمین سطحی یا گسترده بهره برده شود . در روشهای سیستم زمین داخل بتن فونداسیون ( یوفر ) وقتی می شود از آن بعنوان سیستم زمین صاعقه گیرها بهره برد که عمق بتن بیشتر از هشتاد سانت باشد و همچنین طول چشمه های شبکه همبندی داخل فونداسیون حداکثر 10 متر باشد . برای تعیین حداقل طول سیستم زمین برقگیرها در فصل سوم استاندارد IEC 62305 نسخه سال 2010 توصیه هایی وجود دارد که لازمست مد نظر قرار گیرند . مقدار مقاومت ویژه خاک ، تعداد هادی های نزولی صاعقه گیر و همچنین کلاس حفاظتی سیستم برای تعیین حداقل طول سیستم زمین صاعقه گیر باید لحاظ شوند .

در این محاسبات دو نوع اجرا مدنظر قرار گرفته است . اولی ( Type A ) اجرای سیستم های زمین جداگانه برای هر یک از هادی های نزولی و نوع دوم ( Type B ) اجرای رینگ دور سازه مورد حفاظت . در روش دوم گاهی لازمست بخشهایی به سیستم افزوده شوند که تفاوت را در تصویر سوم می بینید .

 

 

برای دریافت اطلاعات بیشتر درخصوص سیستم های زمین می توانید با کارشناسان شرکت گستره ارتعاش هماهنگ تماس داشته باشید .

 ما پس از بررسی شرایط محل مورد نظر شما برای این سیستم ، بهینه ترین پیشنهاد و راه حل را ارائه خواهیم کرد .