سیستم اتصال زمین

بسیاری از خطرات برای اشخاص و تأسیسات الکتریکی بر اثر وجود سیستم اتصال زمین ضعیف یاعدم وجود اتصال زمین تجهیزات الکتریکی به وجود می آید. یک سیستم فشار ضعیف زمین شده نسبت به یک سیستم زمین نشده حوادث کم تری برای کارکنان در بردارد. در یک سیستم زمین نشده با وجود متعادل بودن ولتاژ فازها, تماس عمدی یا اتفاقی با هر کدام ازفازها ممکن است خطر شوک الکتریکی جدی دربرداشته باشد.
از دیگر خطرات عدم وجود سیستم اتصال زمین مناسب, خطر آتش سوزی وخسارت سنگین تجهیزات و تأسیسات است. پس یکی از راههای پیشگیری از حوادث جانی وتأسیساتی, داشتن اتصال زمین مناسب می باشد.
در تمام تأسیسات الکتریکی, بخصوص تأسیسات فشار قوی, زمین کردن یکی ازمهمترین واساسی ترین اقدامی است که برای رفاه وسلامتی و اصولاً ادامه زندگی اشخاصی که به نحوی با این پست ها در تماس هستندوحتی در خارج از پست در رفت وآمدمی باشد بایدبا دقت هر چه تمام تر وبا توجه به قواعدوقوانینی که بدین منظور تحریر شده است انجام گیرد.
در تأسیسات برقی دو نوع زمین کردن وجود دارد که ما یکی را "زمین کردن حفاظتی"و دیگری را "زمین کردن الکتریکی" می نامیم.
ارت یا زمین کردن
اتصال زمین یا ارت شامل یک اتصال مصنوعی برق به زمین است که مقاومت بسیار کمی برای عبور جریان دارد. در حقیقت کلمه"زمین " در کارهای برقی به زمین دارای پتانسیل صفر اطلاق می شود. وقتی یک نقطه از شبکه, زمین شود آن را تک زمینی و وقتی در نقاط مختلفی زمین شده باشد, آن را چند زمینی می نامند.
زمین کردن یا ارت نمودن یک سیستم الکتریکی, فرآیند اتصال همه قطعات فلزی یا بدنه های فلزی دستگاه های الکتریکی (به غیر از هادی های اصلی مدار برق) به زمین می باشدوهدف از آن انتقال هر نوع نشتی انرژی الکتریکی در بدنه فلزی دستگاه ها به زمین به منظور حفاظت جان کارکنان یا تجهیزات است.
دستیابی به یک سیستم اتصال زمین خوب یادارای مقاومت استاندارد ممکن است مشکل باشد ولی عوامل اصلی تعیین کننده شامل شکل و جنس الکترود و مقاومت مخصوص خاک است. در حقیقت زمین هادی الکتریسیته است ومقاومتآن بستگی به نوع ترکیبات خاک دارد مثلاً درقسمتیکه شن وماسه خشک وقلوه سنگ می باشد مقاومت زمین خیلی زیاد بوده ولی خاک مرطوب ورس دارای مقاومت کم است.
شرایط اتصال زمین خوب
1 ـ پایین بودن مقاومت اتصال زمین در حد استاندارد.
2 ـ مقاوم در برابر فساد تدریجی وعوامل مخرب زمین.
3 ـ قابلیت تحمل جریان های زیاد و تکراری.
4 ـ دوام و طول عمر بیشتر.
هدف از به کار بردن اتصال زمین(ارت)
1 ـ درست عمل کردن دستگاههای برقگیر.
2 ـ فراهم شدن سرعت کافی جهت کشف اتصالات و اشکالات توسط رله ها و برطرف شدن فوری عیب سیستم.
3 ـ ممانعت از افزایش ولتاژ سیستم دراثر بروز اتصالی, و افت ولتاژ بر اثر عدم تعادل بار.
4 ـ محافظت جان کارکنان, اعم از اپراتور, تعمیرکارو... در مقابل برق زدگی.
5 ـ حفاظت دستگاه های الکتریکی.
علل حفاظت
می دانیدکه وجود جریان برق دارای مزایای بیشماری است ومی توان گقت که بدون آن که درجوامع نوین بشری زندگی امکان پذیر نمی باشد. البته استفاده درست از برق خیلی مهم است زیرا همچنان که برق دارای فواید و کاربردهای بیشماری است استفاده نادرست ازآن می توان عواقب فراوانی را در بر داشته باشدکه ازآن جمله برق گرفتگی شخص وافراد و نیزصدمه دیدن جانی ومالی به استفاده کننده می باشد از این رو باید در استفاده از برق دقت فراوان شودکه بدین منظور حفاظتهایی را باید انجام داد که به شرح مختصری از آن می پردازیم.
زمین کردن حفاظتی
زمین کردن حفاظتي یعنی زمین کردن کلیه قطعات فلزی یک تأسیسات الکتریکی که در ارتباط مستقیم با مدار الکتریکی قرار ندارند. این نوع زمین کردن جهت حفاظت اشخاص در مقابل اختلاف سطح تماس زیاد بکار می رود.
این نوع زمین کردن اغلب در پست های فشارقوی مورد استفاده قرار می گیرد.
در پستهای فشار قوی باید تمام قسمتهای فلزی که در نزدیکی و همسایگی بافشارقوی قرارگرفته اند و امکان تماس عمدی یا سهوی با آنها موجود است, به تأسیسات زمینی که برای این منظور احداث شده است (زمین حفاظتی) متصل ومرتبط گردند. این قسمتها عبارتند ازستون ها و پایه های فلزی, درب هاونرده های فلزی, ایزولاتور, مقره های عبور, به خصوص قسمتهای فلزی که برای کار کردن با دستگاه باید آنها را لمس کرد ودر دست گرفت, مثل چرخ های فرمان, انواع واقسام تنظیم کننده هاو رگولاتورها, دسته کلیدها و... . زیرا در این قسمت ها در اثر عبور جریان خیلی کم نیز عضلات دست بطوری منقبض می شود که باز کردن و رهایی پیدا کردن از آن غیر ممکن ومحال بنظر می رسدوعاقبتی وخیم برای تماس گیرنده در پيش خواهد داشت.
بدین منظور وبرای جلوگیری از هرگونه حادثه ای باید زمین حفاظتی به نحوی تأسیس گردد که قسمتی از مسیر جریان که توسط تماس اعضای بدن انسان اتصالی می شود (دست و پا و یا دودست یادو پا) دارای تفاوت پتانسیل یا افت ولتاژ زیاد نباشد. افت ولتاژ بستگی به شدت جریان دارد. شدت جریان اتصال زمین بیشتر بستگی به قدرت و نوع ارتباط شبکه با زمین دارد ودر هر حال مقداریست معلوم و ثابت وقابل محاسبه ودر ضمن غیر قابل پیشگیری. لذا برای کوچک نگه داشتن افت ولتاژ باید مقاومت مسیر جریان حتی المقدور کوچک نگه داشته شود. بطور مثال اگر یک مقره ی عبور که در دیوار مرطوبی نصب شده است بشکند و سیم فشار قوی با دیوار تماس پیدا کند وجریان اتصال زمین در این حالت 25 آمپر و مقاومت هر متردیوارΩ 10 باشد, ما بین دو نقطه از دیوار که انسان با آن تماس دارد (فاصله دست و پا تقریباً 2 متر) اختلاف سطحی برابر با : 10=500 V ×2×R = 25 ×U= I بوجود می آید که مسلماً برای انسان خطرناک است. ولی اگر پایه ی فلزی مقره که به دیوار محکم شده بوسیله یک سیم نسبتاً ضخیم به زمین وصل شود, در موقع اتصال بدنه یا اتصال زمین, قسمت عمده ی جریان اتصالی از این سیم عبور خواهد کرد وکلیه قسمهای دیوار هم پتانسیل سیم در آن نقطه خواهد شد. لذا افت ولتاژ در امتداد دیوار ناچیز شده وبرای انسان خطری ایجاد نخواهد کرد.
عامل موثر خطر برای انسان یا هر موجود زنده ی دیگر جریان می باشد که البته وجود اختلاف سطح است که باعث عبور این جریان می گردد. در فشار ضعیف جریان های 1/0 تا 1 آمپر که از قلب می گذرد خطر جانی دارد.
جریان هایی تا حدود 02/0 آمپر برای انسان قابل تحمل می باشند وتا حدود 05/0 خطرناک واز 1/0 به بالا مرگ آور است.
مرگ آور بودن جریان زیاد در بدن بدین علت است که عبور جریان از بدن باعث تجزیه شدن طپش قلب شده ودر نتیجه باعث اختلال در رسییدن خون به مغز شده که این امربرای انسان خطرناک است. که در این مواقع برای نجات شخص برق گرفته ازتنفس مصنوعی دهان به دهان استفاده می شود.
لازم به یادآوری است که بدن مقاومت دارد واین مقاومت برای همه اشخاص برابر نمی باشدو بستگی به مواردی همچون نژاد, سن, جنس, رطوبت بدن و... دارد که البته عرق بدن نیز در آن دخیل خواهد بود و باعث کاهش مقاومت بدن خواهد شد.
البته فرکانس نیز در برق گرفتگی و مرگ انسان دخالت فراوانی دارد که البته فرکانس 50 هرتز بدترین فرکانس از نظر برق گرفتگی می باشد.
هرچه فرکانس بیشتر باشد. اثر برق گرفتگی کمتر خواهد بود به طوری که با فرکانس های زیاد بدن می تواند حتی در برابر چند آمپر نیز مقاومت کند که این امر در پزشکی ودرمان کاربرد فراوانی دارد.
در برق فشار قوی جریان های 1 تا 100 آمپر نیز ممکن است از بدن عبور کند ولی قلب شخص از کار نیفتد که در عوض سبب صدمه دیدن و سوخته شدن بافت های بدن وتجزیه آب بدن خواهد شد.
زمین کردن الکتریکی
زمین کردن الکتریکی عبارتست از زمین کردن نقطه ای ازدستگاه الکتریکی که جزئی از مدار الکتریکی می باشد. همانند زمین کردن نقطه صفر سیم پیچ ستاره یک ترانسفورماتور. این نوع زمین کردن جهت کار صحیح دستگاه وجلوگیری از زیاد شدن فشار می شود. لازم به ذکر است که خود این زمین کردن الکتریکی به سه نوع تقسیم می شود.
1 ـ زمین کردن مستقیم
این زمین کردن همانندوصل کردن مستقیم نقطه صفر یک ترانسفورماتور توسط یک سیم به زمین می باشد.
2 ـ زمین کردن غیرمستقیم
همانندوصل کردن نقطه صفر یک ژنراتوربه وسیله یک مقاومت بزرگ, به زمین. (این نوع زمین کردن به وسیله یک جزء الکتریکی دیگر انجام می شود.)
3 ـ زمین کردن بار
در این نوع زمین کردن هر نقطه ای از شبکه که دارای اختلاف پتانسیلی نسبت به زمین می باشد (نقطه صفر) به وسیله یک فیوز فشارقوی به زمین متصل می شود (الکترود جرقه گیر) که درحالت کارعادی شبکه, ارتباط شبکه با زمین باز است ولی هنگامی که ولتاژ زیادی شبکه راتهدید کند موارد فیوز فوق توسط جرقه وصل می شود که در این لحظه شبکه مستقیماً بازمین در ارتباط خواهد بود.
از زمین کردن الکتریکی اغلب مواقعی که دستگاههاوشبکه برق بدون عیب نیزمی باشدجریان عبورمیکندولی در زمین کردن حفاظتی فقط در هنگام ارتباط فازها با زمین جریان عبور می نماید.
در نیروگاهها وپست ها سیم اتصال زمین ونیز اتصال بدنه باید جدا از یکدیگر باشند وحتی به یک الکترود مشترک نیز متصل نباشند.
هدف ازاحداث شبکه زمین و اصولاً زمین کردن شبکه ها و تأسیسات ایجاد ایمنی بوده که خود شامل دو قسمت عمده می باشد. ایمنی افراد و ایمنی تجهیزات, بنابراین در طول عمر تأسیسات باید شرایطی فراهم شود که این بعد ایمنی پایدار مانده, مشکل یا مسئله ای را برای دست اندرکاران و مجریان ایجاد ننماید.
دلیل زمین کردن شبکه ی فشار ضعیف و ثانویه ترانسفورماتور
دلیل زمین کردن مدار ثانویه یا فشارضعیف ترانسفورماتور این است که در مقابل ولتاژ های اضافی به وجود آمده بر اثر عوامل خارجی حفاظت شود. برای مثال, ممکن است سیم طرف اولیه (فشار قوی) بریده شده بر روی شبکه فشارضعیف بیفتد ویااین که عایق داخل ترانس بشکندوسیم پیچ اولیه (فشارقوی) به سیم پیچ ثانویه (فشار ضعیف) اتصالی کند. اگر در این موقع شخص نقطه ای ازشبکه ی فشارضعیف یا نقطه ای از ترانسفورماتور مثل رادیاتور یا مخزن آن را لمس کند دچار شوک بسیار شدیدی خواهد شد, همچنین صدمات زیادی به متعلقات روی سیستم فشارضعیف وارد خواهد شد. اما اگر ثانویه (فشارضعیف) زمین شده باشد, شکست عایق ترانسفورماتوریاقسمت های دیگر فشار قوی باعث می شود که فیوزهای طرف اولیه (فشارقوی) بسوزد ودرنتیجه, قسمت معیوب مدار ازمنبع تغذیه جدا شود.
همچنین ممکن است ترانسفورماتورها طوری نصب شده باشند که شخص درحالی که با زمین اتصال دارد بدنه ی آن را لمس کند. بنابراین برای حفاظت جان افراد باید ثانویه های ترانسفورماتور ها و ترانسفورماتور های اندازه گیری زمین شوند.
منبع :سايت مقالات برق