سیستم زمین الکتریکی و انواع آن

 

 

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.

۲ -انواع زمین کردن


در تاسیسات برقی دو نوع زمین کردن وجود دارد:
۱ -زمین کردن حفاظتی ۲ -زمین کردن الکتریکی

۱ - ۲ -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 می‌شود.

 

 

۲ - ۲ -زمین کردن الکتریکی

زمین کردن الکتریکی یعنی زمین کردن نقطه‌ای از دستگاه‌های الکتریکی و ادوات برقی که جزئی از مدار الکتریکی می‌باشند. 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 دستگاه‌ها به خاطر کار صحیح دستگاه‌ها و جلوگیری از ازدیاد فشارالکتریکی فازهای سالم نسبت به زمین در موقع تماس یکی از فاز‌ها با زمین می‌باشد.

 

 

۳ -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.

۴ -استاندارد IEC 60364


مطابق با استاندارد بین المللی IEC 60364 سیتم‌های زمین حفاظتی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند و به صورت دو حرفی نمایش داده می‌شود 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.

۵ -شبکه‌های TN


در سیستم‌های زمین TN, یکی از نقاط ژنراتور یا ترانسفورماتور به زمین متصل شده، که در سیستم‌های سه فاز معمولا مرکز ستاره ترانسفورماتور یا ژنراتور به زمین متصل می‌شود. بدنه تجهیزات الکتریکی توسط اتصال زمین ترانسفورماتور، به زمین متصل می‌شوند. هادی که بدنه فلزی تجهیزات مصرف کننده را به زمین متصل می‌کند، "حفاظت زمین" نامیده می‌شود که با PE نشان داده می‌شود. هادی که مرکز ستاره سیستم‌های سه فاز را به زمین متصل می‌کند و یا جریان برگشتی در سیستم‌های تک فاز را انتقال می‌دهد، نول نامیده می‌شود که با N. مخفف (Neutral) نمایش داده می‌شود. سه سیستم مختلف از شبکه TN وجود دارد

۱ - TN−S

۲-TN−C
۳ - TN−C−S

۱ - ۵ -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 سیستم‌های الکتریکی مسکونی و صنعتی دارای جریان استانداردی می‌باشد که به ویژه در اروپا کاربرد زیادی دارد.

 

۲ - ۵ -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 سیستم‌ها سیم نول N. و سیم خنثی PE با در نظر گرفتن شرایطی بطور مشترک استفاده می‌شود. در تصویر زیر انشعاب صحیح ارت و نول در شبکه TN-C نشان داده شده است

 

۳ - ۵ - 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 می‌باشد؛ و از پرکاربردترین سیستم‌های حفاظتی می‌باشد.

 

۶ - شبکه‌های TT


در شبکه‌های 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 می‌باشد که ازطریق سیم نول متصل به تجهیزات وارد می‌شود. شبکه‌های TT همواره برای کاربردهای خاص مانند سایت‌های مخابراتی که از مزیت بدون ارت بهره می‌برند استفاده می‌شوند. همچنین شبکه‌های 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 می‌شوند جذابیت دارد.


۷ -شبکه‌های IT


در شبکه‌های IT یا (Isolated-Terra) طبق استاندارد IEC که در بالا آمده است، مرکز ستاره ترانسفورماتور بصورت ایزوله می‌باشد 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 می‌شود.