سیستم اتصال زمین

• 24 /1402/8

1- سیستم اتصال زمین چیست:
در وسایل الکتریکی نیاز است که پتانسیل بعضی قسمتهای دستگاه با زمین یکی شود، برای این منظور از اتصال به زمین استفاده می‌شود. اساس زمین کردن بر این است که جرم بزرگ زمین به عنوان پتانسیل صفر-به خصوص در مهندسی برق- در نظر گرفته می‌شود و تمام قسمت‌هایی که به زمین وصل شده‌اند هم پتانسیل زمین شوند، به عبارت دیگر پتانسیل صفر زمین را بگیرند.

2- انواع زمین کردن:
در تاسیسات برقی دو نوع زمین کردن وجود دارد:
1-زمین کردن حفاظتی2-زمین کردن الکتریکی

1-2-زمین کردن حفاظتی:
زمین کردن حفاظتی عبارتست از زمین کردن کلیه قطعات فلزی تأسیسات الکتریکی که در ارتباط مستقیم  با مدار الکتریکی قرار ندارند. این زمین کردن بخصوص برای حفاظت اشخاص درمقابل اختلاف سطح تماسی زیاد به کار برده می شود .



2-2-زمین کردن الکتریکی:
زمین کردن الکتریکی یعنی زمین کردن نقطه ای از دستگاه های الکتریکی و ادوات برقی که جزئی از مدار الکتریکی می باشند. مثل زمین کردن مرکز ستاره سیم پیچی ترانسفورماتور و یا ژنراتور و یا زمین کردن سیم وسط یا سیم مشترک دو ژنراتور جریان دایم سری شده . زمین کردن الکتریکی دستگاه ها به خاطر کار صحیح دستگاه ها و جلوگیری از ازدیاد فشارالکتریکی فازهای سالم نسبت به زمین در موقع تماس یکی از فازها با زمین می باشد.



3- سیستم زمین فشارضعیف:
در شبکه‌های توزیع ولتاژ پایین، که نیروی الکتریکی را بین دسته گسترده‌ای از مصرف کنندگان نهایی توزیع می‌کند، مهمترین نگرانی در طراحی سیستم اتصال به زمین امنیت مصرف کننده‌ای است که از لوازم الکتریکی استفاده می‌کند تا او را از شوک‌های الکتریکی در امان نگه دارد. این سیستم باید به گونه‌ای طراحی شود که اطمینان حاصل شود شخص مصرف کننده هیچگاه با شیء فلزی که پتانسیل الکتریکی آن نسبت به شخص بیش از پتانسیل آستانه امنیت(معمولاً حدود ۵۰ ولت) است تماس نمی‌گیرد.

4- استاندارد IEC 60364:
مطابق با استاندارد بین المللی IEC 60364 سیتم های زمین حفاظتی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند و به صورت دو حرفی نمایش داده می شود بصورت سیستم TN, TT و IT
حرف اول معرف نحوه اتصال زمین به وسیله تأمین کننده الکتریسیته (ژنراتور یا ترانس) است:T — اتصال مستقیم به زمین (به لاتین:terra)
I — هیچ نقطه‌ای به زمین متصل نیست (ایزوله-Isolated)

حرف دوم معرف نحوه اتصال بین زمین و وسیله الکتریکی است:
T — اتصال مستقیم به زمین
N — اتصال به محل نصب، که خود به زمین متصل است.

5- شبکه های TN:
در سیستم های زمین TN, یکی از نقاط ژنراتور یا ترانسفورماتور به زمین متصل شده، که در سیستم های سه فاز معمولا مرکز ستاره ترانسفورماتور یا ژنراتور به زمین متصل می شود.بدنه تجهیزات الکتریکی توسط اتصال زمین ترانسفورماتور، به زمین متصل می شوند.هادی که بدنه فلزی تجهیزات مصرف کننده را به زمین متصل می کند، "حفاظت زمین" نامیده می شود که با PE نشان داده می شود.هادی که مرکز ستاره سیستم های سه فاز را به زمین متصل می کند و یا جریان برگشتی در سیستم های تک فاز را انتقال می دهد، نول نامیده می شود که با N مخفف  (Neutral) نمایش داده می شود. سه سیتم مختلف از شبکه TN وجود دارد.
1- TN−S
2- TN−C
3- TN−C−S

1-5- شبکه TN−S
شبکه TN−S طبق استاندارد IEC که در بالا آمده است،مرکز ستاره ترانسفورماتور بصورت مستقیم به زمین متصل شده و در محل مصرف کننده سیمهای حفاظتی و خنثی جدا و نسبت به هم عایق (Separate) می‌باشند.
این نوع سیستم زمین برای اکثر سیستم های الکتریکی مسکونی و صنعتی دارای جریان استانداردی می باشد که به ویژه در اروپا کاربرد زیادی دارد.


2-5- شبکه TN−C
شبکه TN−C طبق استاندارد IEC که در بالا آمده است،مرکز ستاره ترانسفورماتور بصورت مستقیم به زمین متصل شده و در محل مصرف کننده یک سیم مشترک (Common) به عنوان حفاظت و خنثی در نظر گرفته شده است.
در این سیستم ها سیم نول N و سیم خنثی PE با در نظر گرفتن شرایطی بطور مشترک استفاده می شود.در تصویر زیر انشعاب صحیح ارت و نول در شبکه TN-C نشان داده شده است.




3-5- شبکه TN−C−S
شبکه TN−C−S طبق استاندارد IEC که در بالا آمده است،مرکز ستاره ترانسفورماتور بصورت مستقیم به زمین متصل شده و در محل مصرف کننده از زیر تابلوی اصلی ژنراتور یا ترانسفورماتور تا تابلوی زیر کنتور یک سیم مشترک به عنوان خنثی و حفاظت امتداد دارد و در تابلوی مصرف کننده به دو سیم حفاظتی و خنثی تقسیم می‌شود.در حقیقت این سیستم، ترکیب دو سیستم TN-S و TN-C می باشد. و از پرکاربردترین سیستم های حفاظتی می باشد.



6- شبکه های TT
در شبکه های TT یا (Terra-Terra)  طبق استاندارد IEC که در بالا آمده است،مرکز ستاره ترانسفورماتور بصورت مستقیم به زمین متصل شده و در محل مصرف کننده، تجهیزات توسط الکترود زمین بطور مستقیم زمین شده اند. بین این دو هیچ سیم زمینی وجود ندارد. در سیستم TT امپدانس فالت بزرگتر بوده (با فرض صفر بودن امپدانس الکترود زمین) و همواره باید از RCD یا Residual Current Device به عنوان اولین ایزولاتور استفاده نمود.
بزرگترین مزیت سیستم زمین TT عدم وجود نویزهای فرکانس پایین و بالا می باشد که ازطریق سیم نول متصل به تجهیزات وارد می شود.شبکه های TT همواره برای کاربردهای خاص مانند سایت های مخابراتی که از مزیت بدون ارت بهره می برند استفاده می شوند.همچنین شبکه های TT مشکل قطعی نول را ندارند.در زمان نبود محاقظ RCD، شبکه TT  بدلیل قابلیت بد وجود جریان اتصال کوتاه بسیار زیاد در اتصال با PE جهت مصارف عمومی جذابیتی نداشت (در مقایسه با شبکه TN) ولی با وجود تجهیزات جریان نشتی، این عیب تا حد زیادی کاهش پیداکرد و سیستم  زمین شبکه TT در محل هایی که مدارهای AC توسط RCD محافظت می شوند جذابیت دارد.



7- شبکه های IT
در شبکه های IT یا (Isolated-Terra)  طبق استاندارد IEC که در بالا آمده است،مرکز ستاره ترانسفورماتور بصورت ایزوله می باشد و در محل مصرف کننده ،تجهیزات توسط الکترود زمین بطور مستقیم زمین شده اند.در این سیستم ها، جهت نظارت امپدانس از یک مانیتور عایقی استفاده می شود.


9- مقایسه سیستم های اتصال زمین


10-کاربردهای سیستم اتصال زمین
سیستم TN-C-S: پرکاربردرترین سیستم بوده است. در انگلستان به این سیستم (protective multiple earthing (PME و در استرالیا و نیوزیلند (multiple earthed neutral (MEN  نیز اطلاق می‌شود.

سیستم TN-S: بیشتر در اروپای شرقی استفاده شده است.سیستم TN-C: به ندرت استفاده شده است.

سیستم TT: به واسطه این که یک سیستم مستقل از شبکه برای تامین حفاظت به کار رفته است، برای شبکه‌های شامل چندین دستگاه الکترونیکی که پارازیت زیادی روی هادی ختثا ایجاد می‌کنند مورد توجه بوده است. ژاپن یک کشور فرا صنعتی ولی جزیره‌ای است؛ بنابراین مانند سایر کشورها نمی‌تواند در ساعات اوج مصرف با همسایگانش تبادل انرژی الکتریکی داشته باشد و برق هم گران‌قیمت می‌باشد؛ بنابراین از دستگاه‌های ذخیره انرژی برای ساعات اوج مصرف زیاد استفاده می‌شود و این دستگاه‌ها پارازیت‌های خطرناکی را انتشار می‌دهند؛ بنابراین سیستم TT مورد علاقه ژاپنی‌ها بوده است. کاربرد کلید محافظ جان لازمست.

سیستم IT: کاربرد اصلی آن در بیمارستان‌ها و بالاخص اتاق عمل است تا اولاً احتمال برق گرفتگی خیلی کم باشد و ثانیاً در صورت اتصال فاز به بدنه هادی، نه پرسنل دچار برقگرفتگی شوند و نه فیوز بپرد. اما لازم است تا در صورت بروز اتصالی، چراغی روی دستگاه نظارت عایق روشن شود تا بعداً تعمیرکار برق نسبت به رفع عیب اقدام کند.

11- چند نکته تکمیلی
چند نکته که باید در نظر داشت:
1- در سیستم TN-C نباید کلید برق، هادی نول را هم قطع کند زیرا ارت هم قطع می شود و در نتیجه حفاظت از بین می رود. پس کلیدهای تک فاز به هیچ و جه نباید دو پل و سه فازها چهار پل باشد.
2- اما در سیستم TN-S این امکان وجود دارد. به خصوص اگر به دلیل نوع مصرف کننده ها امکان وجود جریانهای هارمونیک سوم در نول باشد ، انتخاب کلیدهایی با قابلیت قطع نول توصیه می شود.
3- استاندارد مخالف توزیع نول در سیستمهای IT است. اگر نول توزیع شود باید برای هر یک از مدارها، نول را مستقیم حفاظت کرد و در صورت بروز عیب کلیه هادیها را در آن قسمت(هم فاز و هم نول ) قطع کرد.
4- در سیتمهای TN-C ولتاژ هادی نول می تواند خطارت جانی ایجاد کند. زیرا هادی نول و ارت یکی است و هر ولتاژی روی نول ایجاد شود به بدنه های هادی هم انتقال پیدا می کند. لذا استاندارد یک سطح مقطع مینیمم را برای نول سیستم TN-C توصیه کرده که از احتمال قطع ناخواسته آن بکاهد.
5- در مجموع لزوم حفاظت یا قطع نول ارتباط مستقیمی با ساختار توزیع نول و ارت دارد. اگر سطح مقطع نول بزرگتر یا مساوی فاز باشد هیچ نیازی به تشخیص اضافه جریان در نول و نصب کلید در آن نیست. این کار فقط زمانی صورت می گیرد که امکان تولید جریان های هارمونیکی و برق در نول را بدهیم.