محاسبه مقدار Zth (سیستم زمین ارتینگ)

مقدار امپدانس (مقاومت زمین ارتینگ چاه ارت) از روش های مختلف قابل محاسبه است بر اساس پیشنهاد Laurent این امپدانس را میتوان از طریق فرمول های ذیل محاسبه نمود :

برای شبکه اتفاقی ولتاژ تماس    Zth=Rf/2

برای شبکه اتفاقی ولتاژ گام         Zth=2Rf

Rf در فرمول های فوق عبارت است از مقاومت زمین یک پای فرد متصل به شبکه به اهم . البته توجه شود در محاسبات تجزیه و تحلیل شبکه های برق پای انسان به عنوان یک صفحه فلزی هادی محسوب میشود.

استاندارد عملکرد

پس از اتمام این واحد یادگیری هنرجویان قادر خواهند بود انواع روشهای همبندی در ساختمان را فرا گرفته و کارهای عملی مرتبط انجام دهند

همچنین با انواع برقگیرها آشنا شده و به کارگیری آنها را فرا خواهند گرفت

مقدمه

ضرورت رعایت موارد ایمنی و جلوگیری از خطرات ناشی از برق گرفتگی مانند شوک الکتریکی، سوختگی و نظایر آن از مهمترین خطرات احتمالی برقگرفتگی الکتریکی است. روشها و ایده های بسیاری برای جلوگیری از این خطرات مطرح شده است. با اجرای همبندی در ساختمانها میتوان تا حد بسیار زیادی از این خطرات جلوگیری کرد. همچنین در ساختمان های بلند مرتبه   تجاری و مسکونی برای جلوگیری از خطر برخورد صاعقه و ایجاد خسارت میتوان از صاعقه گیر استفاده کرد. صاعقه گیر وظیفه کنترل مسیر هدایت صاعقه را بر عهده دارد، کنترل و مهار صاعقه از مهمترین  دغدغه ها در ساختمان های بلند میباشد

سیستم همبندی

همبندی۳-۱

اگر اسکلت هادی ساختمان (اسکلت فلزی یا میلگردهای بتنی) و بدنه هادی بیگانه (انواع لوله‌کشیهای فلزی و نظایر آن) و بدنه هادی تجهیزات الکتریکی ساختمانها را با یک هادی که دارای سطح مقطع بزرگ و مقاومت الکتریکی کم باشد به یکدیگر متصل شود، تمام نقاط همپتانسیل میشود. این نوع اتصال  سیستم همبندی نام دارد. همبندیمهمترین روش برای پیشگیری از برقگرفتگی در یک ساختمان است. در شکل یک سیستم همبندی نشان داده شده است.

سوال

اگر به هر دلیلی جریان ناخواسته ای وارد این سیستم شود چه پیامدی خواهد داشت؟

همبندی در ساختمان های مسکونی

یکی از دلایل مهم توجه به همبندی از طرف مهندسان برق، همه گیر شدن استفاده از ساختمانهای مسکونی با سازه های بتنی است روشی که قبالً برای ایجاد اتصال زمین و برای سیستم صاعقه استفاده شده است. سیستم الکترود زمین مستقل (بدون توجه به اجزای ساختمان) برای سیستم الکتریکی بود. این سیستم زمین شامل صفحه فلزی دفن شده، میله کوبیده شده، تسمه فلزی دفن شده و زره کابل است. در این روش سنتی از تشکیل همبندی صرف نظر شده و برای حفاظت در برابر صاعقه نیز یک سیستم مستقل نزولی با استفاده از هادیهای مخصوص ایجاد شده است و در نهایت به سیستم الکترود زمین مستقل مخصوص صاعقه گیر متصل میشد. برای حفاظت بیشتر یک سیستم همبندی بین دو سیستم الکترود زمین نیز ایجاد میشود.. 

استفاده از بتن به عنوان الکترود ایجاد سیستم همبندی بسیار مهم و مقرون به صرفه است اگر چه در برخی موارد ممکن  است به علت بی توجهی به بتن از نظر عبور جریانهای مربوط به اتصال کوتاه یا صاعقه صدمهای شدید به آن وارد شود. سیستم همبندی از نظر استقامت مکانیکی دارای عمر طولانی بوده و نیاز به نگهداری بالایی  ندارد

ضوابط اجرای سیستم زمین

ضوابط اجرای سیستم زمین ( سیستم ارت ، چاه ارت ، ارتینگ ) :

نحوه اجرای سیستم ارت ( سیستم زمین ، چاه ارت ، ارتینگ ) جهت رعایت سیستم  TN-C-S در داخل ساختمان و T-T در شبکه عمومی و ایجاد تناسب بین این دو به نحویکه مشکلی از جهت ایمنی ساکنین و شبکه پیش نیاید بشرح بندهای زیر عمل می شود.

-لازم است اتصال زمین و لحاظ نمودن آخرین پیشرفتهای روز در زمینه احداث چاه ارت  ( سیستم ارت ، سیستم زمین  ، ارتینگ ) (استفاده از بنتونیت و سایر مواد کاهش دهنده مقاومت) با مقاومت حداکثر 2 اهم اجرا شود. IEC-60100) و (VDE-0140 در اینصورت می‌توان با همبندی شمش‌های نول و ارت در محل تابلوی کنتور مشترکین، هم برای ارت کردن سیستم داخلی و هم برای زمین کردن بدنه تابلو، از اتصال زمین واحدی استفاده نمود.
-لازم است مقدار مقاومت اتصال زمین توسط مهندس ناظر و نماینده شرکت برق اندازه‌گیری شود و از پذیرفتن ارتهای با مقاومت بالاتر از 2 اهم جداً خودداری گردد. (به دلیل آنکه بی‌خطر بودن روش فوق بستگی بسیار زیادی به این مطلب دارد
-در داخل ساختمان لازم است همبندی بنحو مؤثری رعایت شود و المانهای فلزی موجود در سازه با روش مناسب، اتصال الکتریکی مورد نیاز را داشته باشند تا در صورت بروز هرگونه اشکال احتمالی روی شبکه عمومی برق، امکان بروز حادثه برای ساکنین وجود نداشته باشد.
-لازم است موارد فوق برای تمامی منازل، مغازه‌ها، واحدهای صنعتی و بطور کلی هرگونه متقاضی (بدون درنظر گرفتن متراژ و تعداد طبقات) انجام شود.
-لازم است اندازه‌گیری مستمر ارتهای نصب شده در ساختمانها حداقل سالی یکبار انجام گردیده و در صورت بالاتر بودن از استاندارد نسبت به اصلاح ارت اقدام گردد. مسئولیت انجام این کار با مالک با مالکین است و وی می‌تواند بدین منظور از دفاتر مورد تأیید سازمان نظام مهندسی ساختمان استفاده نماید.

الزامات چاه ارت

الزامات چاه ارت (سیستم ارت ،  ارتینگ ،  اتصال زمین ):
جنس صفحه ارت و میله ارت
انتخاب الکترودهای میله‌ای یا صفحه‌ای و … باید براساس مقتضیات محل، انجام گیرد. مقاومت الکترودهای میله‌ایی تقریباً برابر می‌باشد که r مقاومت ویژه خاک و L طول میله است. برای میله‌های ارت معمول که مقدار L برابر 1.5 تا 2.45 متر می‌باشد، ملاحظه می‌شود که الکترود میله‌ای بدون اتخاذ تدابیر تکمیلی به هیچ عنوان قادر به ایجاد مقاومت زیر 2 W نیست. لذا باید از الکترولیت مناسبی مانند بنتونیت یا الکترولیت های دیگری که خواص الکتریکی و شیمیایی آنها به تأیید مراجع ذیصلاح رسیده است استفاده کرد. در مورد الکترود صفحه‌ای مقاومت با رابطه تقریبی تعیین می‌شود که l محیط صفحه الکترود است.

جنس صفحه ارت  و میله ارت (میله راد ) :
بنا به توصیه VDE-0140 الویت در بین الکترودهای موجود به ترتیب زیر است:
1 فولاد گالوانیزه
2 آهن روکش شده با سرب
3 مس خالص
4 میله فولادی کاپر ولد شده
5 میله فولادی با روکش مس (اکسترودشده)
لذالازم است از میله فولادی که دارای روکش گالوانیزه گرم به ضخامت حداقل 90میکرون باشد، بعنوان الکترود میله‌ای و از صفحه مسی با درجه خلوص 99.9 % بعنوان الکترود صفحه‌ای استفاده شود.
تجربه نشان می‌دهد الکترودهای صفحه‌ای نتایج بهتری نشان می‌دهند.
نحوه اتصال سیم زمین به الکترود ارت
باتوجه به اینکه چگونگی این اتصال نقش بسیار محسوسی در مقاومت نهایی و دوام الکترود دارد ترجیحاً از جوش انفجاری (CadWeld) استفاده شود.
مقطع سیم اتصال دهنده به صفحه
طبق توصیه VDE  مقطع سیم رابط بین الکترود و بدنه از رابطه بدست می‌آید که I2k1 ماکزیمم جریان اتصال کوتاه تک فاز است. چنانچه محاسبه این جریان به هر دلیل امکان‌پذیر نباشد،می‌توان از سیم نمره 35 که حائز حاشیه اطمینان لازم است، استفاده نمود.