توزیع هادی خنثا

در سیستم IT قویا توصیه می شود که از توزیع هادی خنثا صرف نظر شود. مهمترین علت اینکه توصیه می شود هادی خنثا توزیع نشود این است که هر چه طول هادی خنثا و تعداد لوازمی که به آن مصل می شوند بیشتر شود، احتمال بروز اتصالی بین آن و بدنه های هادی زمین شده بیشتر می شود که در صورت بروز این حالت ظاهرا اتفاق مهمی نخواهد افتاد،‌ اما کل سیستم حفاظتی مختل خواهد شد و در اصل سیستم IT تبدیل به TT‌یا TN (بسته به نوع اتصال به زمین) خواهد شد. 

وضعیتی که در صورت توزیع هادی خنثا در سیستم IT‌ باید مورد توجه قرار گیرد و علت آن ممکن است در نگاه اول خیلی واضح نباشد این است که همه مدارهای سیستم باید مجهز به وسایل کشف اضافه جریان در هادی خنثا باشند که همه هادی های مدار (فاز یا فازها و خنثا) را قطع کند.

کلیدهای چهار قطبی یا کلیدهای دو قطبی که همه قطب های آن مجهز به رله های اضافه جریان می باشند، برای همین منظور مورد استفاده قرار می گیرند. برای پی بردن به اهمیت بحث، شکل زیر را مورد توجه قرار دهید.

اگر مداری که هادی خنثای آن با بقیه برخورد کرده است، مداری با مقطع کوچک باشد و مدار دیگر که فاز آن با بدنه در تماس است مداری با مقطع بزرگ باشد، ممکن است حالتی پیش آید که جریان اتصالی نشان داده شده در شکل، برای قطع رله جریان در فاز مدار بزرگ کافی نباشد در حالی که همین جریان از دید مدار کوچک آنقدر بزرگ باشد که هادی خنثای آن را بسوزاند.

در دو حالت زیر می توان از شرط بالا صرفنظر نمود:

- در صورتی که برای حفاظت هادی خنثای هر یک از مدارها یا چند مدار با هم از وسایل حفاظتی در برابر اتصال کوتاه در طرف تغذیه استفاده شده باشد.

- در صورتی که برای حفاظت از مدار مورد نظر از وسیله حفاظتی جریان تفاضلی استفاده شود، به شرط اینکه جریان نامی تفاضلی عمل آن از 0.15 برابر جریان نامی هادی خنثا بیشتر نباشد. بدیهی است که این وسیله باید همه هادی های مدار از جمله هادی خنثا را قطع کند.

همبندی کمکی برای همولتاژ کردن

همبندی کمکی برای همولتاژ کردن باید کلیه بدنه های هادی را که همزمان قابل لمس می باشند در برگیرد و حاوی اجزای فلزی ساختمان شامل میلگردهای بتن مسلح باشد، البته اگر در دسترسی به آن ممکن باشد. همچنین همبندی کمکی برای همولتاژ کردن باید به هادی های حفاظتی همه تجهیزات از جمله پریزها، وصل باشد.

اطمینان نسبت به کارآیی همبندی کمکی برای همولتاژ کردن

اگر کوچکترین شکی نسبت به کارآیی سیستم همبندی کمکی برای همولتاژ کردن وجود داشته باشد، لازم است نسبت به صحت رابطه زیر اطمینان حاصل شود:

R<=50/Ia

 که در آن:

R= مقاومت بین بدنه های هادی که همزمان در دسترس می باشند و بدنه های هادی بیگانه

Ia= شدت جریانی که سبب عمل وسیله حفاظتی می شود.

در مورد وسایل اضافه جریان: Ia=جریانی است که سبب قطع وسیله حفاظتی در ۵ ثانیه می شود.

اجزای فولادی سازه ها

مقصود از اجزای فولادی سازه ها، هر نوع قطعات فولادی مربوط به سازه ها است که مستقیما و یا از طریق بتنی که دور آنها ریخته شده است (فونداسیون) با زمین در تماس باشند. بدیهی است دفن اجزای فولادی سازه ها بدون هیچگونه حفاظ، جز در مواردی نادر و با استفاده از فولادهای مخصوص ضد رنگ، انجام نمی شود. بنابراین در اینجا، اجزای فولادی سازه های داخل بتن و از آن میان میلگردهای بتن مورد نظر خواهند بود.

معمولا استفاده از مجموعه بتن و فولاد داخل آن بعنوان الکترود در بیشتر موارد امکانپذیر است. مقاومت الکترود بتن فولاد در اغلب موارد بعلت سطح زیاد آن، بقدری پایین است (کمتر از ۱ اهم) که کمتر الکترود دیگری، حتی با صرف مبالغی زیاد، می تواند با آن رقابت کند. بدیهی است که مقاومت اتصال به زمین بتن / فولاد به جنس و رطوبت زمینی که در آن قرار دارد بستگی خواهد داشت و جز در موارد نادر که زمین محل استقرار بسیار خشک باشد، مقاومت مخصوص در دمای عادی بین ۳۰ الی ۹۰ اهم متر است که از بسیاری از انواع خاک ها کمتر است. با تمام این مزایا لازم است به خورده شدن فولاد در داخل بتن، توجه شود، زیرا محصول خورده شدن بتن حجمی بیش از فولاد دارد و در نتیجه ممکن است سبب ترک خوردن بتن شود. در این مورد باید جریان هایی که بطور دائم از الکترود به زمین نشت می کنند، بررسی شوند. یکی از علل وجود این جریان ها، نبودن سازگاری بین مجموعه بتن / فولاد و اجزای دیگر در تماس با زمین و همبندی شده با آن است.

لازم است توجه شود که جریان متناوب سبب ایجاد خوردگی در میلگردهای بتن نمی شود یا خرابی ایجاد شده بوسیله آن در محدوده توانایی عبور جریان، ناچیز و قابل اغماض است، ولی یکی از خواص "زمین الکترولیت" این است که بصورت یک نیم هادی هم عمل می کند که نتیجه آن ایجاد جریان یکسو شده بطور دایمی است. هر چند شدت این جریان زیاد نباشد.

اگر مقاومت الکترود بتن / فولاد بقدر کافی کم باشد، در اثر عبور جریان به زمین، در بتن ترک خوردگی ایجاد نخواهد شد.

مفهوم و کاربرد ارت:

مفهوم و کاربرد ارت:

تعریف:مجموعه تکنیکهایی که جهت فراهم کردن بستری مناسب در زمین بمنظور تخلیه جریانهای ناشی از اتصال بدنه ها ،عدم تقارن بارها و خطوط تغذیه سه فاز،الکتریسیته ساکن ، صاعقه و ... بکار برده میشود ارتینگ نامیده میشود.

کاربرد:

سیستم حفاظت در برابر صاعقه ،حفاظت در برابر برق گرفتگی در زمان اتصال بدنه تجهیزات ،حفاظت تجهیزات در زمان شکست عایقی و اتصال بدنه ،حفاظت در برابر الکتریسیته ساکن و جرقه خطرنک در محیطهای آتشزا مانند جایگاه سوخت گیری و CNG،کاهش نویز پذیری و حفاظت تجهیزات مخابراتی از جمله دیتا سنتر و...  

- در سیستم حفاظت در برابر صاعقه نقش سیستم رت بعنوان بستر مناسب جهت تخلیه  جریان صاعقه میباشد.بطوریکه صاعقه گیر با دریافت جریان صاعقه از طریق هادی نزولی آن را به سیستم ارت انقال میدهد.در خصوص صاعقه گیر ها موارد زیر قابل ذکر میباشد:

سیستم صاعقه گیر جهت حفاظت و جلوگیری از برخورد مستقیم صاعقه به سازه در دو نوع اکتیو و پسیو طراحی میشود.لزوم نصب صاعقه گیر در هر سازه بر اساس فرمولهای موجود در استانداردهای مربوطه از قبیل :NFC17-102 و BS6651 و... و از طریق نرم افزارهای منطبق بر این فرمولها و استانداردها تحت عنوان ارزیابی احتمال خطر مطرح میگردد.بر اساس این استانداردها و از طریق پارامترهایی نظیر : تراکم برخورد صاعقه در هر منطقه ،سطح جاذب و ابعاد سازه ،تجهیزات داخل ساختمان ،جنس سازه و... نیاز و عدم نیاز هرسازه به نصب صاعقه گیر و در صورت نیاز به نصب ،کلاس حفاظتی سازه تعیین میشود.یکی از این نرم افزار ها ،نرم افزار شرکت سیر پروتک(CIRPROTEC )میباشدکه بصورت آنلاین و از طریق سایت این شرکت در دسترس میباشد.

- در سیستم ارتینگ حفاظتی نقش سیستم ارت بعنوان بستری مناسب است جهت تخلیه جریانهای خطا که معمولا بر اثر شکست عایقی تجهیزات الکتریکی و ظاهر شدن ولتاژ خطا روی بدنه بوجود می آیند.این ولتاؤ ضمن اینکه تهدیدی برای سلامتی افراد در ارتباط با این تجهیزات میباشد ،میتواند به خود تجهیزات نیز آسیب برساند و موجب خسارات مالی شود.

- در آزمایشگاههای الکترونیک و تجهیزاتی که به کالیبراسینون احتیاج دارند و همچنین در انبارهای مواد سوختی و مواد آتشزا نقش سیستم ارت بعنوان بستری مناسب جهت تخلیه الکتریسیته ساکن میباشد.

- در پستهای خطوط انتقال و توزیع سیستم ارت بعنوان یکی از عناصر اصلی و مهم پست مطرح میشود.تخلیه جریانهای خطا ناشی از عملیات سوئیچینگ ،جریانهای اعمال شده بر خطوط با دامنه های بالا بر اساس برخورد مستقیم و غیر مستقیم صاعقه و بطور کلی تخلیه جریانهای ناشی از حوادث اتفاقی روی شبکه مستلزم وجود یک سیستم رات جامع و یکپارچه میباشد.که این سیستم یکپارچه باعث از بین رفتن و کاهش ولتازهای گام و تماس میشود.همچنین جهت اتصال نقطه نوترال شبکه سه فاز به زمین میتوان بر اساس نوع سیستم توزیع محلی(IT,TT,TNS,TNC,TNCS ) از سیستم ارت استفاده کرد.همچنین در ترانسفورماتور خطوط انتقال و توزیع جهت تخلیه جریان های جاری شده در نوترال بر اساس هارمونیکهای شبکه ،نقطه نوترال از طریق سیستم ارت یا امپدانس به زمین مرجع متصل میشود.

یک سیستم ارت جامع و کامل علاوه بر عملیاتی که عمقی از خاک انجام میشود شامل تمامی تکنیکها و روشها و دستورالعملهایی میباشد که منجر به تخلیه جریان خطا از محل خطا تا بستر خاک و زمین مرجع میشود.عملیات همراه با حفاری و دفن فلزات ،هم بندی ها و هم پتانسیل سازی ها ،مسیر های کوتاه تخلیه ،جدا سازیها و عملیات ایزولاسیون ،اجرای تکنیکهای کاهش مقاومت ویژه خاک و ... همه و همه در قالب یک طرح جامع و بر اساس استانداردهای طراحی ارتینگ نظیر :IEC,NFC,UNE,IEEE.BS.ITUT,… بعنوان سیستم ارت جامع مطرح میگردد.

شرکت توسعه افق رعد طراح و مجری سییتمهای حفاظت در برابر صاعقه و سیستمهای ارت ،تمامی فعالیتهای خود را بر اساس استانداردهای روز دنیا که به آنها اشاره شد انجام میدهد.همچنین تولیدات این شرکت از جمله :ارت پک ،مواد کاهنده مقاومت زمین(مود پودری- مواد ژله ای-مواد احیاء گر) ،میله های ارت و میله های صاعقه گیر و بست و اتصالات سیستم ارت (بست و کلمپ مسی-قالب جوش احتراقی-پودر جوش احتراقی)کمک شایانی در اجرا و نصب این سیستمها شده است.که همگی بر اساس استانداردهای مربوطه تولید و تست شده اند.

سیستمهای ارت

سیستمهای ارت

بطور کلی برای ایجاد یک ارتباط الکتریکی بین اجزاء و دستگاهها با زمین جهت هدایت جریانهای مختلف به زمین، نیاز به طراحی و اجرای یک سیستم ارت می باشد. سیستمهای ارت مختلف می تواند با اهداف خاصی اجرا گردد، یکی از این اهداف انتقال جریانهای خطا به زمین، به منظور ایجاد ایمنی برای افراد در تاسیسات مختلف  می باشد . وظیفه انتقال جریانها و بارهای الکتریکی به زمین ، برعهده الکترود زمین می باشد، از طرفی زمین دارای یک فضای هادی با یک مقاومت ویژه است ، بنا بر این از دیدگاه نظریه الکترواستاتیک هر الکترود دفن شده در زمین نسبت به نقطه مرجع در بینهایت دارای یک مقاومت است. طرح شکل و نحوه قرار گیری اجزاء الکترود در میزان مقاومت بدست آمده تاثیر بسزایی دارد، مقاومت الکترود زمین همچنین در مقادیر پتانسیلهای سطحی زمین که در اثر جریان خطا بوجود می آیند، متاثر است. از اینرو لازم است قبل از اجراء سیستم ارت تحقیقات گسترده ای در زمینه خاک و عوامل موثر در آن و ویژگیهای بیولوژیکی بدن انسان انجام گیرد.

طراحی فنی و تخصصی سیستمهای ارت در شرکت تاور با استفاده از نرم افزارهای طراحی سیستم ارت و با بهره گیری از استانداردهای معتبر دنیا صورت می گیرد .

بدیهی است که مسائل بسیاری در ارتباط با طرح و اجراء سیستم ارت در حاشیه وجود دارد که لازم است در هر مورد به استاندارد مرتبط با آن موضوع مراجعه شود. به عنوان مثال هندبوک ITU-T در ارتباط با همبندی و زمین کردن در تاسیسات مخابراتی بوده و می تواند در بسیاری از مسائل تئوری و عملی مرتبط با این بحث سودمند واقع شود.

● انواع سیستمهای ارت به لحاظ کاربرد :

 برای اینکه اهداف مورد نظر از اجرای سیستم ارت برآورده شود ، متناسب با آن دو نوع سیستم ارت ایجاد می گردد:

   -ارت حفاظتی : اتصال بدنه فلزی دستگاهها به زمین که در حالت عادی جریانی حمل نمی کنند را اتصال زمین حفاظتی می نامند.

   -ارت الکتریکی : زمین کردن نقطه ای از دستگاههای الکتریکی و تجهیزات برقی که قسمتی از مدار الکتریکی می باشند را ارت الکتریکی گویند. این عمل جهت کار صحیح دستگاهها  و به بیان دیگر حفاظت از وسایل برقی می باشد.

به دلایل حفاظتی و ایمنی ارت حفاظتی در تمامی تاسیسات دارای اولویت است. بطور مثال در تاسیسات فشار قوی از آنجایی که با ولتاژ بالا (بالاتر از یک کیلو ولت) و عبور جریان زیاد روبرو هستیم، بنابراین مسئله القای بارهای الکتریکی خطرناک و تزویج مغناطیسی بر روی تجهیزات فلزی که در مجاورت دستگاهها و خطوط برقدار هستند، جدی می باشد. از اینرو برای طراحی سیستم زمین در اینگونه تاسیسات بایستی تدابیر ویژه ای اندیشیده شود، استفاده از شبکه گسترده زمین در این کاربردها راه حل اساسی می باشد.

 در تاسیسات مخابراتی نیز به دلیل حرکت بارهای الکتریکی اضافی و سرگردان به جهت کارکرد سیگنالها و جریانهای فرکانس بالا، از زمین مرجع سیگنال استفاده می شود. همچنین ارت سیستمهای حفاظت در برابر صاعقه نیز به عنوان ارت حفاظتی تلقی می شوند.

● الکترود زمین:

جزء اصلی و مهم یک سیستم ارت، الکترود زمین می باشد که بسته به نوع، کاربرد و شرایط محلی می تواند به صورت افقی یا عمودی با استفاده از انواع هادیهای استاندارد سیم، تسمه ، صفحه یا میله ساخته شود.

طبق توصیه های استاندارد و به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی، مس بهترین فلز برای استفاده در هادی ها و الکترود زمین است، بنابراین سیمها، تسمه ها و صفحه های مورد استفاده در سیستم ارت عموما از جنس مس می باشد. برای بالا بردن استحکام میل ها در هنگام کوبیدن، بهتر است میل ها از جنس فولاد باشند و برای جلوگیری از خوردگی و ایجاد اتصال بهتر از روکش مس بر روی فولاد استفاده شود. بهترین و موثرترین روش روکش کردن برای افزایش طول عمر میل فولادی، روش Copper Bond می باشد.

●  مقاومت ویژه و مدل خاک:

اولین پارامتر در طراحی سیستم ارت بوده و طبق تعریف مقاومت خاک به ابعاد یک متر در یک متر در یک متر، با واحد اهم-متر می باشد. دما، رطوبت و میزان نمک سه پارامتر اساسی هستند که تاثیر قابل ملاحظه ای در مقاومت ویژه دارند. از طرفی نوع ساختار زمین در مقاومت ویژه معادل و در نتیجه محاسبات سیستم زمین اهمیت ویژه ای دارد، از اینرو در مدل های محاسباتی سه مدل یکنواخت، غیر یکنواخت و دولایه در نظر گرفته می شود.

سنجش مقاومت ویژه خاک نیز به روش چهار نقطه ای ونرصورت می گیرد.

●  مقاومت ارت و نحوه اندازه گیری آن:

 مقاومت  ارت به صورت گسترده و نسبت به مرجع بینهایت با واحد اهم در نظر گرفته می شود.

در استاندارد های فوق الذکر روابطی جهت محاسبه الکترود ها با اشکال مشخص و محدود ارائه شده است که عمده آنها از تلفیق روشهای ریاضی و تجربی بدست آمده اند، اما محاسبه دقیق مقاومت الکترود های نامتعارف که از ترکیب و آرایش خاصی تشکیل شده اند از آن طرق امکان پذیر نمی باشد و استفاده از این روابط نتایج تقریبی بدست می دهند، از اینرو محاسبات اینگونه الکترودها با روش اجزاء محدود (Finite Element Method) به صورت دقیق و با استفاده از نرم افزار انجام می شود.

پس از احداث سیستم ارت لازم است مقدار مقاومت سیستم سنجیده شود، اندازه گیری مقاومت سیستم زمین با روش سه نقطه ای و مطابق با استاندارد IEEE 81 صورت می گیرد.

در این روش الکترود کمکی جریان و ولتاژ در فاصله مناسب از الکترود اصلی مطابق شکل قرار داده می شوند. بین الکترود جریان و  الکترود اصلی جریانی ارسال شده و ولتاژ بین الکترودهای اصلی و ولتاژ سنجیده می شود، نسبت ولتاژ به جریان ، مقاومت سیستم را به دست می دهد. همانگونه که در شکل ملاحظه می شود
 سنجش صحیح مقاومت سیستم  شدیدا به محل و فاصله الکترود ها بستگی دارد، لذا هنگام اندازه گیری بایستی به شرایط استاندارد دقت شود.

شایان ذکر است دستگاه تست پارامترهای زمین، G-Test  ساخت شرکت Cirprotec قابلیت سنجش مقاومت ویژه خاک و مقاومت الکترود زمین را به صورت خودکار دارا بوده و می تواند مستقیما با ارسال جریان و سنجش ولتاژ مقادیر مقاومت ویژه و مقاومت الکترود را بر روی صفحه نمایش دیجیتال نمایش دهد.

سنجش مقاومت سیستم زمین در دو فرکانس 270 و 1470 هرتز، به صورت Optional قابل انجام است که فرکانس 270 برای زمین سیستمهای فرکانس پایین مانند زمین الکتریکی سیستمهای قدرت و فرکانس 1470 نیز برای کارکردهای فرکانس بالا مانند صاعقه و سیگنالهای مخابراتی مناسب می باشد.

هم بندی سیستمهای ارت و ایجاد ارتینگ یکپارچه

-مطابق استاندارد IEC61000-5-2 جهت کاهش اثرات الکترومغناطیسی کلیه سیستم های ارت بایستی با یکدیگر همبند گردند.

-مطابق استاندارد IEC61000-5-2 استفاده از یک سیستم مشترک  برای کلیه تجهیزات توصیه       نمی شود.

-روش توصیه شده در استاندارد IEC61000-5-2 جهت کاهش اثرات الکترومغناطیسی،استفاده ازسیستم ارت مجزا و همبندی سیستم های ارت در زیر وروی زمین