زمین هادی الکتریسیته
زمین از موادی تشکیل شده که غالباً هادی الکتریسیته است به خصوص در حالتی که مرطوب باشد بنابراین اگر شخصی که روی زمین قرار دارد با جسمی که نسبت به زمین دارای پتانسیل است تماس پیدا کند به علت برقرار شدن جریان، دچار برق گرفتگی می شود. نظر به اینکه زمین هادی الکتریسیته است از آن به منزله یک سیم برای برگشت جریان استفاده می شود.
کره زمین را می توان به عنوان یک مرجع پتانسیل ثابت (پتانسیل صفر) در نظر گرفت. این پتانسیل صفر به تمام بخش هایی که به صورت هادی به زمین وصل است اعمال می شود. در عمل بخش های هادی تجهیزات الکتریکی به طور مستقیم به این پتانسیل صفر متصل می شود. در صورت بروز یک اتصال کوتاه در هادی، ناحیه اطراف اتصال زمین (سیستم اتصال زمین) نیز تقریباً دارای همان ولتاژ شده و در نتیجه از ایجاد ولتاژ تماس خطرناک، جلوگیری می شود.
در حقیقت زمین هادی الکتریسیته است و مقاومت آن بستگی به نوع ترکیبات خاک دارد مثلاً در قسمتی که شن و ماسه خشک و قلوه سنگ باشد مقاومت زمین خیلی زیاد بوده ولی خاک مرطوب و رس دارای مقاومت کم است.
لایه های زمین
می دانیم که اگر بار سیستم متعادل باشد جریانی از طریق زمین عبور نخواهد کرد ولی اگر جریان یکی از فازها بیشتر از دو فاز دیگر باشد جمع برداری جریان ها در نقطه نول صفر نیست و از سیم نول جریانی خواهد گذشت. در بخش محاسبات جریان عبور کننده از سیم نول و اثرات ناشی از آن در صورت نامتعادل بودن سیستم بررسی و محاسبه شده است.
رتینگ یا زمین کردن یعنی چه ؟
ارت یا زمین کردن شامل یک اتصال مصنوعی برق به زمین است که مقاومت بسیار کمی برای عبور جریان دارد. در حقیقت کلمه “زمین” در کارهای برقی به زمینِ 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.
سیستم اتصال زمین ساده
زمین یا ارت کردن 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 است و هدف از آن انتقال هر نوع نشتی انرژی الکتریکی در بدنه فلزی دستگاه ها به زمین به منظور حفاظت جان کارکنان با تجهیزات است.
حفاظت توسط سیم زمین، نوعی از حفاظت است که در آن قسمت های هادی دستگاه که با شبکه تغذیه ارتباط الکتریکی ندارند، توسط سیم به زمین وصل می شوند. تا موقعی که اتصالی در بدنه دستگاه رخ ندهد، قسمت های حفاظت شده دستگاه، هم پتانسیل با زمین خواهند بود.
اگر قسمت های الکتریکی دستگاه به بدنه آن اتصالی پیدا کند، جریانی از بدنه دستگاه به نقطه صفر ترانسفورماتور شبکه از طریق سیم وصل شده به زمین جاری می شود.
مقدار این جریان باید به اندازه ای باشد تا جریان خطا باعث قطع سریع وسیله حفاظتی (مثلاً فیوز) شده و ولتاژ تماس قطع گردد. مقدار جریان قطع که باید باعث قطع فیوز شود بستگی به مقاومت سیم زمین و مقاومت محدوده محل تماس سیم با زمین دارد.
موارد استفاده این سیستم حفاظتی برای مصرف کننده با قدرت کم است زیرا در صورت بالا بودن جریان مصرف کننده باید مقدار مقاومت زمین خیلی کم باشد که مشکل است.
برای بدست آوردن مقاومت مناسب زمین می توان با قراردادن نوار و لوله یا صفحه با ضخامت و طول های مناسب در عمق مشخص از زمین، مقاومت مناسب را بدست آورده و بدنه سیستم هایی را که باید حفاظت شوند به آنها متصل کرد.
سیستم اتصال زمین
سیستم اتصال زمین
استفاده از زمین به منزله یک سیم برای برگشت جریان
در صورت ارت یا زمین کردن اگرچه مقاومت زمین به طور نسبی زیاد است، ولی هادی جریان بوده، آن را در جهات مختلف نقاط زمین عبور می دهد. همین امر باعث می شود که سطح مقطع مسیر عبور جریان افزایش یابد و مقدار شدت جریان کمتر شود. به این ترتیب افت ولتاژ نیز کمتر می شود. (V= IR)
از خاصیت هدایت زمین جهت برگشت جریان در سیستم های تولید و انتقال نیرو استفاده می شود و جریان بارهای نامساوی از طریق زمین به منبع تولید نیرو برگشت می کند برای مثال، در شکل زیر اگر جریان فاز A بیشتر از دو فاز دیگر باشد، جمع برداری جریان ها در نقطه N (نول) صفر نبوده جریان اضافی از طریق زمین به منبع نیرو برگشت می نماید.
برگشت جریان از طریق زمین
برگشت جریان از طریق زمین
هم چنین اگر در یکی از فازهای سیستم، اتصالی بروز کند (مثلاً مقره خط بشکند و با زمین تماس پیدا کند، یا این تماس در اثر برخورد شاخه درخت و غیره باشد) جریان از طریق زمین برگشت می کند. معمولاً برای رفع این اتصالی، با استفاده از دستگاه های حفاظتی رله، جریان های اضافی و جریانی که در نقطه خنثی عبور می کند، اندازه گیری می شود و قسمت معیوب از سیستم جدا می شود. در ضمن هنگام اتصال زمین شدن هر یک از فازها، ولتاژ دو فاز دیگر افزایش می یابد. بنابراین زمین کردن نقطه خنثی سبب می شود که در افزایش این ولتاژ محدودیت حاصل شود و در نتیجه، سیستم در مقابل ازدیاد ولتاژ حفاظت شود.
برگشت جریان اتصالی از طریق سیستم اتصال زمین
برگشت جریان اتصالی از طریق سیستم اتصال زمین
مفاهیم پایه
۱- زمین
جرم هادی زمین که بر حسب قرارداد پتانسیل آن در همه جا برابر صفر گرفته می شود.
۲- الکترود زمین
الکترود زمین عبارت از یک قطعه جسم هادی است که در زمین قرار داده می شود و سیم زمین به آن متصل می شود. به عبارت دیگر یک یا چند قطعۀ فلزی است که برای ایجاد اتصال و ارتباط الکتریکی با جرم هادی زمین در زیر خاک قرار داده می شود.
الکترود-زمین۲- هادی اتصال زمین
به قسمتی از سیستم زمین که الکترود زمین را به ترمینال یا شینه اصلی اتصال زمین وصل می کند هادی اتصال زمین گفته می شود.
هادی-اتصال-زمین
اتصال-هادی-اتصال-زمین-به-الکترود-زمین
۳- هادی بیگانه
هادی هایی را که متعلق به تجهیزات برقی نیستند اما قادر هستند پتانسیلی مانند پتانسیل زمین را در دسترس قرار دهند، هادی بیگانه می نامند. اسکلت فلزی ساختمان ها، لوله های فلزی آب، گاز، شوفاژ دیوارها و کف هایی که هادی اند و غیره.
۴- هادی یا سیم حفاظتی PE
هادیی است که در بعضی از اقدامات حفاظتی به قسمت های زیر وصل می شود:
نقطه زمین شده سیستم توزیع نیروی برق یا نول (خنثی) مصنوعی،
ترمینال زمین
هادی های در دسترس
هادی های بیگانه
۵- نول (خنثی) حفاظتی PEN
سیم نولی است که زمین شده و کار سیم نول و سیم حفاظتی را انجام می دهد.
۶- الکترودهای زمین مستقل
به الکترودهای زمینی گفته می شود که عبور جریان حداکثر از یکی از آن ها تأثیر چندانی بر پتانسیل الکترودهای دیگر نگذارد.
۷- جریان اتصالی
جریانی است که در اثر خراب شدن عایق بندی یا اتصال کوتاه شدن برقرار می شود.
۸- جریان اتصالی زمین
جریان اتصالی است که از زمین می گذرد.
انواع سیستم اتصال زمین
سیستم اتصال زمین ایمنی
به اتصال منبع نیرو به زمین که به منظور تثبیت نقطه خنثی ترانسفورماتور و ژنراتور و کارکرد صحیح تجهیزات صورت می گیرد، اتصال زمین ایمنی می گویند.
سیستم اتصال زمین حفاظت سیستم
به اتصال بدنه فلزی تجهیزات الکتریکی که با مدار ارتباط الکتریکی ندارند با زمین، که به منظور جلوگیری از برق گرفتگی صورت می گیرد، اتصال زمین حفاظتی می گویند.
سیستم اتصال زمین عملیاتی
اتصال دستگاه های الکترونیکی سیستم های جریان ضعیف مانند مرکز کامپیوتر یا مرکز داده، مرکز تلفن، مخابرات و ارتباطات و … به زمین، که به منظور تضمین عملکرد صحیح و مطمئن تجهیزات این سیستم صورت می گیرد، سیستم اتصال زمین عملیاتی می گویند.
اتصال زمین عملیاتی در نهایت باید به ترمینال اصلی اتصال زمین ساختمان وصل و هم بندی شود.
سیستم اتصال زمین صاعقه گیر
به اتصال هادی نزولی سیستم صاعقه گیر به زمین در ساختمان های بلند مرتبه، سیستم اتصال زمین صاعقه گیر می گویند.
الکترود-زمین-سیستم-صاعقه گیر
الکترودهای اتصال زمین به صورت مجزا از هم غلط است و باید به یکدیگر متصل باشند. الکترود اتصال زمین حفاظتی، الکترود اتصال زمین عملیاتی و الکترود اتصال زمین سیستم صاعقه گیر باید به یک ترمینال یا شینه اصلی اتصال زمین وصل و در آن هم بندی شوند.
اتصال-انواع-الکترود های-اتصال-زمینانواع اتصالی ها
خطاهای ناشی از جریان برق عبارتند از:
۱- اتصال بدنه: اتصال یکی از سیم های جریان برق (فاز) به بدنه دستگاه است.
۲- اتصال کوتاه: اتصال دو سیم لخت است که نسبت به هم دارای اختلاف پتانسیل الکتریکی باشند.
۳- اتصال زمین: اتصال یکی از سیم های حامل جریان برق (فاز) به زمین را اتصال زمین گویند.
اگر اتصالی کامل باشد در محل اتصالی مقاومتی وجود ندارد و جریان زیادی از آن نقطه عبور خواهد کرد و اگر اتصالی ناقص باشد در محل اتصالی مقاومتی وجود دارد و جریان اتصالی نسبت به حالت قبل کمتر خواهد بود.
مزایای ارت یا زمین کردن
۱ – درست عمل کردن دستگاه های برق گیر.
۲- فراهم شدن سرعت کافی جهت کشف اتصالات و اشکالات توسط رله ها و برطرف شدن فوری عیب سیستم.
۳- ممانعت از افزایش ولتاژ سیستم در اثر بروز اتصالی، و افت ولتاژ بر اثر عدم تعادل بار.
۴- محافظتِ جان کارکنان، اعم از اپراتور، تعمیرکار و غیره در مقابل برق گرفتگی.
۵- حفاظت دستگاه های الکتریکی.
سیستم-زمین
قسمتی از هادی اتصال زمین که در تماس با خاک و بدون روکش عایق، به صورت دفنی در خاک باشد، جزء الکترود محسوب می شود.
انواع ارت یا زمین کردن
در تأسیسات برقی دو نوع زمین کردن (ارت) وجود دارد: زمین کردن حفاظتی و زمین کردن الکتریکی.
زمین کردن حفاظتی
عبارت است از زمین کردن کلیه قطعات فلزی تأسیسات الکتریکی که در ارتباط مستقیم با مدار الکتریکی نیستند. این روش بخصوص برای حفاظت اشخاص در مقابل ولتاژ تماسی به کار می رود.
در صورت اتصال یک سیم برقدار به بدنه هادی دستگاه الکتریکی، اختلاف پتانسیلی بین بدنه دستگاه و زمین به وجود می آید و اگر شخصی بدنه دستگاه را لمس کند، بین محل تماس بدن او به دستگاه و زمین ولتاژی به نام ولتاژ تماسی ایجاد می شود.
