ارتینگ و صاعقه گیر در ساختمانها و اهمیت آن در سازه

ارتینگ و صاعقه گیر در ساختمانها و اهمیت آن در سازه

فلسفه و تاریخچه ارت

 بین سالهای  تا  خطوط انتقال و توزیع برق بدون اینکه نقطه نوترال یا نول زمین شده داشته باشند احداث می شدند و هیچ نقطه ای از شبکه و تجهیزات ارت نمیشدند و اساسآ مفهومی به نام ارت وجود نداشت.

مشکلات برق گرفتگی و آتش سوزی در منازل و اماکن عمومی و صنعتی وجود داشت بدون اینکه فیوزهای حفاظتی نصب شده در شبکه عیوب راتشخیص بدهند .

مشکلات ادارات بیمه جهت جبران خسارت بیشتر و بیشتر میشد و به طور موازی تحقیقاتی جهت کاهش این خطرات به عمل میآمد.

در سال  انجمن مهندسان برق  در انگلستان اتصال بدنه فلزی وسائل برقی به زمین یا همان ارت کردن را اجباری نمود هر چند اینکار ساده نبود و مشکلات فراوانی داشت.

در سال  فرانسه نیز در استانداردهای ملی کشورش  ارت کردن بدنه تجهیزات برقی را الزامی نمود.

در سال  فرانسه بحث ارت کردن نقطه نول ترانسفورماتورها را نیز تصویب نمود.

در سال  استانداردهای جامع حفاظت اشخاص و تجهیزات تدوین و اجرائی شد و از آن سالها به بعد ارتینگ همگانی شد.

فلسفه ارت کردن:

با دقت در شکلهای ساده زیر میتوان به فلسفه ارت پی برد.

1. در این مدار ساده تکفاز که نول عمداً به زمین متصل نشده صرفاً وقوع اتصالی مستقیم فاز به نول میتواند فیوز را بسوزاند و جلوی خطرات بعدی را بگیرد .

در صورت اتصالی فاز به زمین و نول به زمین (هر یک به تنهائی) فیوز نخواهد سوخت و عیب ممکن است روزها وجود داشته باشد که منجر به آسیب به تجهیزات به خاطر تغییر در ولتاژ تغذیه آنها و یا آسیب به شبکه برق گردد.

در این حالت اگر دست انسان به یک فاز یا نول بخورد خطری نخواهد داشت و فقط اتصال همزمان به فاز و نول باعث برق گرفتگی خواهد شد.

خلاصه:

خطرات انسانی: کمتر

آسیب به تجهیزات و شبکه برق: زیاد

2. همانطور که در تاریخچه نیز اشاره شد به خاطر حفظ پایداری شبکه برق و مسائل دیگر که در ادامه خواهد آمد در سال به بعد اتصال نول به زمین اجباری شد که در اینحا لت وضعیت به صورت زیر قابل بیان است :

اتصال فاز به زمین میتواند فیوز را سوزانده و مدار و تجهیزات را محا فظت کند.

اتصال نول به زمین خطری برای شبکه و تجهیزات ندارد.

اتصال بدن انسان به یک فاز( تنها) بسیار خطرناک است

این وضعیت دو حالت دارد :

v    اگر بدنه دستگاه به زمین که همان نول است وصل شده باشد

(یعنی همان سیستم زمین حفاظتی )که در اینحالت فیوز سریعا سوخته و از عبور طولانی جریان به بدن جلوگیری میکند

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

یعنی سیستم ارت نداشته باشیم که در این حالت بعید است فیوز بسوزد لذا جریان برق تا زمانیکه شخص به خود آمده و خود را رها کند و یا کسی به کمک او بیاید از بدن عبور خواهد کرد و این فاجعه است.

خلاصه این حالت:

در صورت عدم نصب ارت مناسب.

خطرات انسانی: بسیار زیاد

آسیب به تجهیزات و شبکه برق: زیاد

در صورت نصب سیستم ارت مناسب.

خطرات انسانی: کمتر

آسیب به تجهیزات و شبکه برق: کمتر

به عبارتی در حالتی که سیستم ارت نصب شده باشد جریان خطا سه مسیر جهت عبور جریان خطا و برگشت به منبع دارد و سهم کمی از جریان خطا ممکن است از بدن شخصی که با دست دستگاه را لمس میکند عبور کند خصوصا اگر مقاومت زمین دستگاه نیز خیلی کم باشد

انواع زمین کردن

زمین کردن به طور کلی به دو بخش تقسیم میشود:

1. زمین کردن الکتریکی یا زمین کردن نوترال یا نول کردن یا گراندینگ سیستم

به طور کلی منظور از زمین کردن نوترال رسیدن به اهداف زیر است :

v    کاهش تنش الکتریکی ناشی از اثرات کلیدزنی و صاعقه

v    تامین و کنترل جریان اتصالی در حد قابل قبول

v    کاهش عدم تعادل ولتاژ

v    محدود کردن ولتاژ نقطه

2. زمین حفاظتی یا ایمنی

از این نوع سیستم حفاظتی در ایجاد ایمنی برای افرادی که بنا به وظیفه شغلی در تماس با تجهیزات سیستم های الکتریکی و نیز برای افراد جامعه که مصرف کننده نهایی انرژی برق میباشند ،استفاده میشود.هدف دیگر از این نوع سیستم زمین ، محدود کردن خطر آتش سوزی از راه قطع سریع مدار معیوب به کمک وصل بدنه های فلزی به هادی خنثی یا زمین است.

در برخی موارد تفکیک دو نوع اتصال زمین برای دو هدف بالا ممکن نیست و به  همین دلیل ایجاد یک اتصال زمین برای هر دو منظور کافی است.ولی در بعضی شرایط تفکیک دو سیستم زمین لازم وضروری است و گاهی مسائل مربوط به زمین های دیگر مثل زمین صاعقه و زمین ابزار دقیق موضوع را پیچیده تر میکند.

انواع زمین الکتریکی :

روشهای مختلف زمین کردن نوترال عبارتند از :

v    زمین کردن به شکل مستقیم

v    زمین کردن از طریق مقاومت

v    زمین کردن از طریق راکتانس

v    زمین کردن از طریق ترانسفورماتور

زمین کردن ایزوله یا زمین کردن از طریق ارستر

هر یک از این روشها ویژگی خاصی دارد که موضوع بحث این جزوه نمیباشد و اطلاعات کامل را دراستاندارد

 میتوان یافت.

انواع زمین حفاظتی:

سیستم زمین حفاظتی دراستانداردها و مدارک جدید از جهات گوناگون مورد طبقه بندی قرار گرفته که کاملترین و جدیدترین آنرا میتوان به صورت زیر بیان نمود:

1. گراند تجهیزات

2. گراند صاعقه گیر

3. گراند بارهای ساکن

4. گراند ایزوله

5. گراند منفرد یا مستقل

6. گراند سیگنال مرجع

1.  گراند تجهیزات :

عبارت است از اتصال تمام قسمتهای فلزی یک دستگاه

که در حالت عادی جریانی از آنها عبور نمیکند به زمین

مثل اتصال بدنه لوازم برقی ،موتورها و غیره به زمین این

نوع سیستم از معمول ترین و اصلی ترین نوع گراند است.

به این ترتیب در حالت عادی سیم گراند نقشی ندارد و جریانی از آن عبور نمیکند. ولی در حالتی که بنا به دلایلی مثلآ به خاطر خراب شدن پوشش و عایق، سیم فاز به بدنه فلزی دستگاه بخورد (اتصالی کند) این امر باعث قطع سریع فیوزی که این دستگاه از آن تغذیه میکند خواهد شد و لذا پیش از وقوع هر خطری دستگاه معیوب بی برق میشود و از کار می افتد.

نکات قابل ذکر در این سیستم :

v بهتر است سیم گراند روکش دار باشد و داخل لوله و یا کانالهای فلزی و هادی عبور داده شود.

v    سیم گراند بایستی درون همان سینی ،کانال و یا لوله ( ترجیحآ فلزی ) کشیده شود و از لوله مجزا استفاده نشود ،زیرا این لوله به عنوان شیلد عمل میکند و از سوار شدن نویز روی سیم های تغذیه تجهیزات الکترونیکی حساس جلوگیری میکند.

1. گراند صاعقه گیر(برق گیر):

ایجاد یک مسیر ایمن و غیر مخرب برای عبور جریان ناشی از صاعقه که مستقیمآ روی ساختمان یا تجهیزات فلزی در محوطه تخلیه میشود را از بام تا زمین گراند صاعقه گیر گویند.

در صورتی که صاعقه به طور مستقیم به ساختمان یا تجهیزات فلزی روی بام یا  کنار ساختمان بخورد و ساختمان سیستم گراند برق گیر نداشته باشد و یا این سیستم درست طراحی و اجرا نشده باشد جریان صاعقه به جای عبور از مسیر امن گراند از طریق دیگر تجهیزات فلزی مثل مخزن آب ،آنتن ،دود کش ،ناودانی، راه پله فلزی و غیره به زمین میرسد و این تخلیه جریان که در بعضی اوقات در حد کیلوآمپر است میتواند خطرات زیادی را برای افراد و تجهیزات داشته باشد.

گراند صاعقه گیر شامل  بخش به شرح زیر میباشد:

1. هادیهای برقگیر(صاعقه گیر

2. هم بندی بام

3. هادیهای نزولی

4. رینگ پائین

5. سیستم زمین چاهی یا میله ای( ارتینگ)

این سیستم به خاطر شکل ظاهرش به برقگیر قفس فاراده نیز معروف است.

1. گراند بارهای ساکن

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

ولتاژی که بر اثر بارهای ساکن ایجاد می شود با مقدار بار ذخیره شده در آن جسم و ظرفیت جسم نسبت به محیط اطراف خود بوسیله رابطه  ارتباط پیدا می کند.

اگر روند تولید بارهای ساکن در یک جسم بیشتر از نرخ نشت آن باشد ولتاژ جسم، رفته رفته افزایش می یابد به حدی که بالاخره سبب یک تخلیه ناگهانی انرژی  به بخشی از محیط اطراف میشود که این تخلیه ناگهانی در پاره ای از موارد خطر آفرین خواهد بود.

افزایش ولتاژ قبل از تخلیه می تواند به چندین هزار ولت برسد اما چون بارها ساکن بوده و جاری نیستند احتمال تبدیل فرآیند تخلیه بارها به فرآیند جرقه در یک محیط معمولی خیلی کم است.

الکتریسیته ساکن در صنایع معمولاً درموارد ذیل تولید می گردند:

1. عبور مواد پودر شده از روی نقاله های بادی

2. چرخش تسمه ها و کمربندهای انتقال قدرت غیر هادی

3. جاری شدن هوا، گاز یا بخار مواد، از مجراها و دریچه ها

4. حرکت هایی که سبب تغییر موقعیت سطوح تماس مواد غیر مشابه مایع یا جامد میگردد که  حداقل یکی از اینها هادی الکتریسیته خوبی نباشد.

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

همچنین تولید بار در بدن انسان می تواند براثر کارکردن نزدیک عوامل تولید الکتریسیته ساکن مثل موارد  تا  فوق و یا براثر نزدیک شدن به خودروهایی که دارای بار ساکن هستند بوجود آید.

روشهای کنترل بارهای الکترواستاتیک

جلوی تولید الکتریسیته ساکن را نمی توان گرفت، اما می توان با تجهیزاتی آن را کم اثر یا بی اثر نمود و یا با سرعتی بیشتر از سرعت تولید این بارها آنها را در مسیر سالمی تخلیه نمود تا ولتاژ به مرحله تخلیه یا جرقه نرسد.

روشهای کنترل بارهای ساکن به شرح ذیل  می باشند :

1. هم بندی و زمین کردن

b. کنترل رطوبت

1. یونیزاسیون

d. اجرای کف های هادی

1. تمهیدات مخصوص نصب و نگهداری

از ترکیب روشهای بالا نیز در مواردی جهت کنترل موثرتر می توان استفاده نمود.

1. هم بندی و زمین کردن

در این روش بخش های مختلف تجهیزات و ماشین آلات به هم متصل شده و تماماً به زمین وصل می شوند. این روش می تواند پاره ای از مشکلات بارهای ساکن را مرتفع نماید.

برای تجهیزات و ماشین آلات متحرک از سیستم های جاروبک های ذغالی یا اتصالات برنجی جهت اتصال زمین استفاده می شود.

روش هم بندی و اتصال زمین در فرآیندهایی که تجهیزات استفاده شده دارای قطعات غیر هادی بزرگی هستند و امکان اتصال زمین آنها وجود ندارد مثل صنایع کاغذ سازی، لاستیک و پارچه عملی نمی باشد.

در صنایع نفت و پالایشگاهها که بارهای ساکن روی مایعات با هدایت کم جمع می شوند نیز این روش قابل استفاده نمی باشد و باید از روشهای دیگر استفاده نمود.

هم بندی  و اتصال به زمین  دو جسم که احتمال تجمع وتخلیه بارهای ساکن بین آنها وجود دارد روش موثری جهت از بین بردن اثرات سوء بارهای ساکن است. در این روش بخش های مختلف تجهیزات و ماشین آلات به هم متصل شده و تماماً به زمین وصل می شوند. این روش می تواند پاره ای از مشکلات بارهای ساکن را مرتفع نماید. این نوع گراند را گراند بارهای ساکن میگویند.

همانطور که در شکل زیر مشخص است در حالت A جسم غیر هادی سمت راست باردار است بنابر این نسبت به جسم سمت چپ و زمین اختلاف پتانسیل دارد که ممکن است در بعضی مواقع تخلیه آن  سبب خطراتی از جمله خطر آتش سوزی گردد.

در حالت B دو جسم توسط سیم هادی به هم وصل شده اند بنا بر این بین دو جسم سمت راست وچپ اختلاف پتانسیلی وجود ندارد ولی بین این دو با زمین اختلاف پتانسیل وجود دارد.

در حالتC  پس از وصل دو جسم به زمین دیگر هیچگونه اختلاف پتانسیلی بین اجسام و زمین وجود ندارد و خطر به کلی 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 عایق، نظیر پارچه، چوب، کاغذ یا بتن خود دارای یک مقدار رطوبت در تعادل با محیط می باشند، و هر چه رطوبت ذاتی یا مصنوعی روی سطح این مواد بیشتر باشد هدایت آنها بیشتر شده و احتمال جمع شدن بارهای ساکن روی آنها کمتر است. در بعضی حالتها، مرطوب کردن موضعی تجهیزات بوسیله تزریق بخار نتایج رضایت بخشی خواهد داد و رطوبت عمومی محیط را هم بالا نخواهد برد. عملاً ثابت شده، مه در محیط های بسته اگر رطوبت نسبی در دمای معمولی در محدوده  درصد نگه داشته شود، انباشتگی بارهای ساکن هیچگاه به موقعیت و مرحله خطر نخواهد رسید.

1. یونیزاسیون

در این روش هوای محیط پیرامون جسمی که احتمال جمع شدن بارهای ساکن روی آن می باشد را یونیزه می کنند به این ترتیب هوای یونیزه شده بارهای ساکن تولیدی را جذب کرده و به هوای خنثی تبدیل می شود. یا می توان از طریق هوای یونیزه شده که یک مسیر هادی است بارهای ساکن انباشته شده روی جسم را به زمین هدایت نمود. یونیزه کردن هوا می تواند بوسیله شانه های استاتیک یا خنثی سازهای القایی یا خنثی سازهای الکتریکی انجام شود.

d. کف های کاذب هادی

در نواحی قابل انفجار که تخلیه بارهای ساکن سبب تولید جرقه می شود از کف های هادی یا کف پوش های هادی استفاده میکنند .این کف پوش ها می توانند بارهای ساکن را که از طریق انسان یا تجهیزات تولید می شود به زمین متصل نماید. این کف های کاذب باید از موادی تشکیل شوند که امکان تخلیه بار روی آنها وجود نداشته باشد مثل کف پوش های لاستیکی ضد الکترواستاتیک، سربی یا دیگر ترکیبات هادی.

1. تمهیدات مخصوص نصب ونگهداری

افرادی که به سایت های دارای کف کاذب هادی وارد می شوند یا در آنجا کار می کنند باید کفش های هادی بپوشند. تجهیزات متحرک باید مستقیماً یا از طریق چرخک هایی به کف هادی متصل شوند.اپراتورها لباس هایی از جنس پشم و ابریشم که تولید کننده بارهای ساکن هستند نپوشند.

از کف های لاستیکی هادی موضعی برای جاهائیکه بطور کامل دارای کف هادی نمی باشد استفاده گردد.

1. گراند ایزوله

تاثیر نویزهای ایجاد شده توسط منبع تغذیه برروی بارهای حساس را گاهی اوقات میتوان با ایجاد یک زمین ایزوله برای آن بهبود بخشید .اینکار با استفاده از پریز های زمین ایزوله انجام میگیرد.

در این نوع سیستم ، سیم گراند تجهیزات خاصی مثل تجهیزات الکترونیکی حساس به نویز را بدون اینکه در مسیر تغذیه تا دستگاه به بخش های فلزی و تابلو های فرعی و سوکت ها وصل کنیم به طور ایزوله برای آن دستگاه مورد نظر می کشیم و سیم زمین ایزوله تنها در فیدر تغذیه ورود به ارت متصل میشود. به این ترتیب تاثیر نویزهای ایجاد شده توسط منبع تغذیه بر روی بارهای حساس الکترونیکی را کاهش داده ایم.

هادی مربوط به زمین ایزوله ممکن است از کلیه تابلوها عبور کرده و به زمین محلی متصل نشود تا در انتها در ورودی سرویس زمین شود.حالتی خاص از زمین های ایزوله برای تعدادی ازتجهیزات بیمارستانی بکار میرود.

5. گراند منفرد

یک سیستم منفرد دارای زمین مرجعی است که مستقل از دیگر سیستم ها میباشد.مثال مرسوم در این زمینه استفاده از یک ترانسفورماتور با نسبت تبدیل یک به یک و از نوع مثلث ستاره میباشد. (رجوع به شکل های زیر).

نقطه گره ثانویه به زمین محلی جدیدی متصل میشود تا زمین مرجع جدیدی بسازد که از سیستم اصلی مستقل است.سیستم های منفرد یک مرجع زمین محلی برای بارهای حساس ایجاد میکنند.در این حالت مقدار نویز در دستگاههای متصل به این سیستم زمین به طور قابل ملاحظه ای کاهش مییابد .مزیت دیگر ای روش کاهش دامنه جریان نوترال در سیستم توزیع اصلی است.

6. گراند شبکه ای سیگنال مرجع

از مهم ترین سیستم های گراند می باشد که در دهه های اخیر و بیشتر به خاطر کاربرد سوم سیستم زمین یعنی کاهش نویز در سیستم های کنترل و مخابرات و تله متری استفاده میشود.

با گسترش فن آوری تبادل اطلاعات بین کامپیوترها از طریق ماهواره یا سرورمحلی (اینترنت، اینترانت و …) که گاهی سرور مایل ها از کامپیوترهای فرعی دور بود بحث نویز هم جدی شد. به این ترتیب که کامپیوترهای دور از هم دارای  تغذیه های جداگانه ودور از هم هستند و در اینصورت امکان هم بندی  سیستم هایی که با هم در حال تبادل داده هستند عملاً غیر ممکن بود، دراینصورت بر اثر عبور جریانهای سرگردان و اضافی در زمین، بین کامپیوترهای در حال تبادل داده اختلاف ولتاژ ایجاد میشد، این اختلاف ولتاژ گذرا ممکن است دارای فرکانس شبکه برق (هرتز،  هرتز) یا فرکانس های بالاتر باشد.

بنابراین در صورتی که کامپیوترهای اصلی و فرعی دور از هم به همراه سیستم زمین قدرت به شبکه زمین ساختمان خود وصل شده باشند اختلاف پتانسیل قابل توجهی درحد چندولت بین دو کامپیوتر تولید می شود که می تواند روی سیگنال های معمولی ارتباطی بین کامپیوترها اثر سوء داشته باشد.

درصورتیکه سیستمهای سنتی یعنی اتصال کامپیوترها از طریق پریز برق به ارت و سپس اتصال به نول استفاده شده باشد مسیر برگشت نول، جریان غیرقابل کنترلی روی سیستم زمین جاری می کند.

در هر نقطه که نول به زمین متصل شده و مسیرهای موازی وجود دارد جریان به نسبت عکس امپدانس ها طبق قانون اهم تقسیم می شود.

17.jpg

بر اثر این جریان غیرقابل کنترل که روی سیستم زمین اعمال می شود و روی سیستم برق شهر هم تاثیر سوء  می گذارد. (چون نول برق شهر به ارت متصل شده) اصطلاحاً شبکه برق با زمین نویزییا کثیف خواهیم داشت. (شکل فوق)

در اینصورت کامپیوترهایی که از این شبکه برق شهر با ارت نویزی برق می گیرند دچار اخلال خواهند شد.

توجه: در این مبحث به طور کلی به همه تجهیزات حساس به جریانهای ناخواسته تجهیزات الکترونیکی حساس یا کامپیوتر گفته می شود.

تمامی اجزاء.یک سیستم اتوماسیون صنعتی که شامل زیر سیستم های زیر است نیز تجهیزات الکترونیکی حساس گفته می شود:

v    PLC

v    Industrial computers

v    Operator interface terminals

v    Display devices

v    Communication network

جریانهای سرگردان الکترومغناطیسی   پدیده ناخواسته ای است که می تواند روی تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی حساس مثل کامپیوترها، دستگاههای تلفن مرکزی، سیستم های کنترل میکروپروسسوری، اینورترها و تمامی تجهیزات دیجیتال تاثیر سوء داشته باشد.

در ابتدا این پدیده و راههای کنترل آن صرفاً در سیستم های نظامی و هوافضا مورد توجه قرار داشت. ولی در زندگی روزمره کنونی که اطراف محل زندگی و کار و تفریح ما چندین دستگاه حساس الکترونیکی و میکروپروسسوری وجود دارد بی اعتنائی وعدم نگاه جدی به این پدیده نوعی سهل انگاری و بی تفاوتی محسوب می گردد.

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

آثار سوء EMI  در درجه اول ایجاد نویزهای مزاحم و اخلال در کیفیت تبادل داده و اطلاعات می باشد که در عصر انفجار اطلاعات یاIT  بسیار پررنگتر ظاهر گردیده است و دوم ایمنی تجهیزات و اشخاص در مقابل آثار زیانبار EMI  خواهد بود.

تقسیم بندی سیستم های فشار ضعیف از نظر روش زمین کردن ( سیستم ارت )

در فشار ضعیف سه نوع سیستم ارت (سیستم زمین) معمول میباشد.

1. سیستم TN  که خود به سه گونه مختلف میباشدکه عبارتند از :

v    TN-C-S

v    TN-C

v    TN-S

2. سیستم TT

3. سیستم IT

حرف اول از سمت چپ مشخص کننده رابطه نول  سیستم با زمین است به این صورت که:

T یعنی نقطه نول مستقیماً به زمین وصل است.

I یعنی نقطه نول از طریق یک امپدانس به زمین متصل است یا نسبت به زمین ایزوله است.

حرف دوم از سمت چپ مشخص کننده رابطه بدنه های هادی تاسیسات با زمین است به این صورت که:

 Nیعنی بدنه های فلزی تجهیزات از نظر الکتریکی مستقیماْ به نقطه زمین شده ترانس اصلی متصل شده اند.

T یعنی بدنه های فلزی مستقل از اتصال زمین سیستم نیرو به زمین وصل میشوند.

علاوه بر این در مورد سیستم  TN از حروف اضافی دیگری برای مشخص کردن نحوه به کار گیری هادیهای حفاظتی PE و خنثی N استفاده میشود.

TN-C  یعنی در سراسر سیستم بدنه های فلزی به سیم مشترک حفاظتی و خنثیPEN  متصل اند.

TN-S  یعنی در سراسر سیستم بدنه های فلزی از طریق یک هادی مجزاPE  به نقطه خنثی در مبدا سیستم وصل میشوند.

TN-C-S  یعنی بخشی از سیستم از مبدا تا نقطه تفکیک دارای هادی توام حفاظتی و خنثیPEN بوده و از آن نقطه به بعد دو هادی حفاظتی و خنثیN از هم جدا میشوند.

سه سیستم ارت TN، IT، TT و زیر سیستم های آنها به طور کامل در استاندارد

 IEC- تعریف و تبیین شده اند.

شکل های زیر نیز میتواند به تشخیص و تفکیک این سیستم ها از هم کمک کند.

مرور نکات مهم هر یک از سیستم ها ی ذکر شده

سیستم IT

در این سیستم در حالت عادی و سالم ولتاژ نقطه خنثا (نول ) نسبت به زمین برابر صفر است و در این هنگام ولتاژهای موجود هیچ تنش اضافی را بر روی عایق بندی هادی خنثی و هادیهای فازها در سرتاسر سیستم، بوجود نخواهند آورد.

اما اگر به سبب سانحه ای در سیستم، یکی از فازها (L3 در شکل زیر ) به زمین وصل شود، وضعیت ولتاژهای سیستم به قرار زیراست

پس ولتاژ نول نسبت به زمین در سیستمی که یک فاز آن به زمین وصل شده است دیگر برابر صفر نبوده بلکه برابر Uo  میشود . در این هنگام ولتاژهای موجود تنشی را بر عایق بندی هادی خنثی و هادیهای فازها در سرتاسر سیستم به وجود خواهند آورد.

در سیستمIT  اولین اتصال به بدنه در سیستم سبب قطع برق تجهیزاتی که اتصالی در آن واقع شده است نمیشود و در همان حال تماس با بدنه تجهیزات سبب برق گرفتگی نمیگردد، این سیستم در بسیاری از کاربردهای حساس بی همتا است. بعضی از مواردی که استفاده ازسیستمIT  در آنها توصیه میشود عبارتند از:

-  اتاق های عمل ICU وCCU

-  معادن روباز و زیر زمینی

- سیستم های تولیدی که قطع برق در آنها ممکن است  سبب خساراتی شود مثل:

v    شیشه سازی

v    کوره های مواد مذاب

v    صنایع شیمیائی و مهمات سازی

v    تغذیه کامپیوترها

در سیستمIT  پس از اولین اتصالی و در هنگامی که هنوز فرصت رفع عیب و ترمیم سیستم پیدا نشده است، اگر دومین اتصالی اتفاق بیفتد جریان اتصال کوتاه در اینحالت بالا رفته و شبیه سیستم TN  خواهد شد در اینحالت ولتاژ تماس بین بدنه هادی که فازها به آن اتصال شده با زمین بالا خواهد رفت و خطرات زیا دی خواهد داشت.

سیستم TN

در این سیستم با توجه به اینکه اتصال هر فازبه زمین به مثابه وصل مستقیم فاز به نول است حتمآ جریان اتصال کوتاه شدیدی از مدار و فاز معیوب عبور کرده و فیوز به تنهائی نیز میتواند مدار معیوب را سریعا قطع نماید و نیاز به رله های جریان باقیمانده یا RCD   نیز ندارد ولی مشکل اصلی در این سیسستم را می توان دو عامل دانست :

a. عبور جریان اتصالی بسیار شدید ودر حد  کیلو آمپر در لحظات بسیار کوتاه قبل ازقطع فیوز میتواند موجبات جرقه ،آتش سوزی و یا انفجار فیوز ها و کلیدهای حفاظتی را شامل شود.

b. ملاحظات تجربی و تئوری نشان می دهد که مهم ترین اتفاق خطرناکی که در یک سیستم TN  هم از نظر جانی و هم از نظر اقتصادی بشر را تهدید میکند پارگی هادی خنثیN ،حفاظتیPE  و یا حفاظتی/ خنثیPEN  است.

مخصوصآ در سیستمTN-C  پارگی هادیPEN بزرگترین خطر در یک سیستم میباشد. پارگی هادیPEN  دو نوع خطر ایجاد میکند.

1. ولتاژ بدنه های هادی ممکن است به مدتی طولانی بیش از مقدار مجاز شود و خطر برق گرفتگی به وجود آورد.

2. به علت مواج شدن و متغیر بودن بیش از حد هادی  PEN  ولتاژهای بین هر فاز و هادی PENممکن است به شدت تغییر کند و سبب شکست عایق بندی و سوختن لوازم شود.

البته در این سیستم یک مشکل دیگر نیز وجود دارد وآن این است که بعضی ازتجهیزات سیستم را به یک الکترود زمین انفرادی وصل میکنند بدون اینکه آن الکترود به هادی حفاظتیPE  و یا حفاظتی/خنثیPEN  هم وصل شده باشد .در این حالت و در بعضی مواقع نادر که مقاومت الکترود انفرادی از مقاومت کل سیستم کوچکتر باشد اگر یک اتصالی بین هریک از فازها و بدنه هادی اتفاق افتد ،ولتاژ همه بدنه های هادی سیستم ممکن است به مقدار خیلی بیشتر از مقدار مجاز برسد.

سیستم TT

در سیستم های با اتصال مستقیم و مستقل بدنه ها به زمین، تامین مقاومت کم برای الکترود اتصال به زمین طبق جدول زیر به منظور استفاده از فیوز یا کلید خودکار برای تامین ایمنی بسیار مشکل است و بنابر این لازم است چاره جوئی دیگری به عمل آید .

In (A)	6	10	16	20	25	36	50	63
Ra(ohm)	2.38	1.43	0.89	0.71	0.57	0.39	0.28	0.22

راه حل استفاده از کلیدهای جریان تفاضلی یا RCD  است

کلیدهای جریان تفاضلی کلیدهائی هستند که اگر جمع برداری جریانهای خروجی از کلید با جمع جریانهای ورودی به آن برابر نباشد یعنی بخشی از جریان هر چند کوچک ،به جای برگشتن ازطریق هادیهای مدار از راه دیگری مانند زمین به منبع برگردد واکنش نسان داده و کلید را قطع میکند ،ساختن RCD  با حساسیت زیاد ( چند میلی آمپر )  امکان پذیر است و برای همین در کاربرد آنها میتوان بر خلاف شرائطی که در استفاده از فیوز وجود دارد از شبکه های زمین با مقاومت زیاد هم استفاده کرد . جدول زیر حداکثر مقاو.مت هائی را نشان میدهد که برای کلیدهای جریان تفاضلی با جریانهای عامل مختلف قابل استفاده میباشند.

In (mA)	30	300	650	1000	2000	10000
Re(ohm)	1666	166	77	50	25	5

کلیدهای RCD  مانند فیوزها در دو نوع سه فاز و تک فاز ارائه میشوند که فرق اصولی با یکدیگر ندارند و در نوع تکفاز فاز و نول به آن میروند و فاز و نول از آن خارج میشوند.

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

بنابر این در سیستم TT علاوه بر فیوز های خودکار یا معمولی بایستی از کلید فیوزهای   RCD نیز استفاده شود.

جدول زیر به طور خلاصه ویژگیهای هریک از این سیستم ها را جهت  ویژگی مهم یعنی ایمنی   قابلیت اطمینان نویز و اغتشاش در دسترس بودن  و نیاز به تعمیرات کمتر

 مقایسه میکند.

علامت ” + ” یعنی مناسب است و توصیه میشود و ” – ” یعنی مناسب نمیباشد وتوصیه نمی شود. علامت  ” ++ ” یعنی خیلی خوب و علامت ” – - ” یعنی خیلی بد.

با مرور جدول مزبور به سادگی میتوان پی برد که سیستم TT از تمامی جهات سیستم کاملی است و قطعآ در آینده نیز در اکثر کشورها از این سیستم استفاده خواهد شد.هر چند اجرای این سیستم از بقیه آنها گرانتر میباشد.از لحاظ میزان جریان اتصال کوتاه که پارامتر بسیار مهمی است نیز این سیستم ها قابل مقایسه هستند ضمن اینکه باید بدانیم هر چقدر این جریان کمتر باشدسیستم از لحاظ  مسائل ایمنی و نویز و اغتشاش بر خواهد بود.

مقایسه جریانهای فوق نیز بر مناسب بودن سیستم  TTصحه خواهد گذاشت زیرا گر چه  IT  جریان اتصال اول یا یک فاز به زمین بسیار کمی دارد ولی جریان اتصالی دو فاز به زمین آن بسیاربالاو درحد سیستم TNخواهد بود.اثر قطر سیم ارت و مقاومت زمین روی ولتاژهای تماس در سیستم های توزیع مختلف جریان اتصال کوتاه و ولتاژ ناخواسته تماس که به انسان در لحظه وقوع خطا در سیستمهای الکتریکی رخ میدهد به طور خلاصه در جدول زیر درج شده است