چرا مقاومت زمین نباید از 2 اهم بیشتر باشد؟

مطابق بند پ. ۱-۲-۱ مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان کل مقاومت الکتریکی نقطه خنثی یک سیستم TN نسبت به جرم کلی زمین نباید از ۲ اهم تجاوز کند. در همین بند آمده است هرگاه برای ناظر رسمی مقررات ثابت شود که در یک منطقه اتصال اتفاقی بین هادی فاز و جرم کلی زمین از ۷ اهم بیشتر باشد مجری مقررات می‌تواند به جای ۲ اهم مقدار جدیدی برای کل مقاومت مجاز نسبت به جرم کلی زمین در آن منطقه اعلام نماید. هدف ما در این مقاله این است این موضوع را بررسی کنیم و ببینیم آیا در شرایط کنونی و با توجه به ویرایش‌های جدید استاندارد‌های مرجع همچنان الزام به به اجرای مقاومت کل خنثای کمتر از ۲ اهم ضرورت دارد یا نه.

مقدمه
همانطور که می‌دانیم مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان کل مقاومت الکتریکی نقطه خنثی یک سیستم TN نسبت به جرم کلی زمین را تا حداکثر ۲ اهم مجاز می‌داند و البته به ناظر رسمی مقررات اجازه داده است تا تا با توجه به مقاومت اتصال اتفاقی بین هادی فاز و جرم کلی زمین مقدار جدیدی را برای RB اعلام نماید. در این مقاله ابتدا دلیل فنی موضوع فوق الذکر را بیان کرده و سپس با توجه به شرایط کنونی و دلایلی که بررسی خواهیم کرد این الزام را به چالش می‌کشیم. به نظر می‌رسد لازم است مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان همگام با استاندارد IEC۶۰۳۶۴-۴-۴۱ بازنگری اساسی در این زمینه انجام دهد.

شرح موضوع

ابتدا باید به این اشاره شود که دلیل آنکه در سیستم TN عنوان می‌شود کل مقاومت نقطه خنثی نسبت به جرم کلی زمین (RB) نباید از ۲ اهم تجاوز کند این است که در صورت پارگی هادی فاز شبکه توزیع و برخورد اتفاقی با یک هادی بیگانه مانند نرده فلزی (که در همبندی اصلی ساختمان شرکت نداشته بنابراین جریان اتصالی از مقاومت‌های زمین نرده (RE) و منبع نیرو (RB) عبور خواهد کرد) با توجه به شکل زیر (شکل صفحه ۳۲۲ کتاب راهنمای طرح و اجرای تاسیسات برق ساختمان نوشته مهندس آلدیک موسسیان) ولتاژ هادی PEN شبکه توزیع (که از نوع TN-C است) افزایش یافته و با توجه به وصل بودن این هادی به شینه PE ساختمانها، ممکن است ولتاژ بدنه هادی لوازم برقی از حد مجاز ۵۰ ولت فراتر رود و موجبات برقگرفتگی ساکنین را فراهم آورد. البته این موضوع بر این فرض استوار است که RE معمولا بیشتر از ۷ اهم است.


در استاندارد VDE ۰۱۰۰-۴۱۰ در ویرایش سال ۱۹۹۷ برای حداکثر مقدار RB عدد ۲ اهم بیان شده است و به نظر می‌رسد ویرایش نخست مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان در سال ۱۳۷۴ نیز الزام به اجرای کل مقاومت نقطه خنثی کمتر از ۲ اهم را از استاندارد فوق الذکر اقتباس نموده باشد. در ویرایش جدید استاندارد VDE ۰۱۰۰-۴۱۰ و همچنین استاندارد IEC۶۰۳۶۴-۴-۴۱ تنها به ارائه رابطه زیر بسنده شده و مقدار حداقلی برای RB تعیین نشده است که جای تامل دارد.


(و البته در بند ۴۱۱.۴ از استاندارد IEC۶۰۳۶۴-۴-۴۱ برآوردن شرط فوق مسئولیت بهره بردار شبکه تامین کننده است که قاعدتا در ایران این مسئولیت با شرکت توزیع نیروی برق است!)

اصولا در ویرایش‌های اولیه آیین نامه‌ها و استاندارد‌ها با توجه به کم بودن اطلاعات و آمار همواره سعی بر این است محافظه کارانه‌ترین حالت که کمترین شکی نسبت به تامین ایمنی را برآورده می‌کند در نظر گرفته شود و به مرور و در ویرایش‌های بعدی با توجه به افزایش اطلاعات در آن زمینه استاندارد یا آیین نامه اصلاح گردد که انتخاب حداقل ۷ اهم برای RE نیز به همین علت می‌تواند باشد. (همانطور که عنوان شد در ویرایش‌های اخیر VDE ۰۱۰۰ شرط حداکثر ۲ اهم برای RB حذف گردید)

در شرایط کنونی در کشور ما با توجه به آنکه اجرای سیستم نیروی TN الزامی است و از آنجا که مطابق الزامات مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان اجرای همبندی همپتانسیل کننده در ساختمان‌ها ضروری است می‌توان نکات زیر را مد نظر قرار داد:

۱- در شرایط کنونی اکثر ساختمان‌ها به صورت آپارتمانی ساخته می‌شوند و معمولا دارای پست زمینی یا هوایی مربوط به خود می‌باشند که این بدان معنی است که خطوط تغذیه کننده آپارتمان‌ها بصورت کابلی هستند و واضح است در این وضعیت پارگجی هادی فاز و برخورد اتفاقی آن با یک هادی بیگانه محلی از اعراب ندارد؛ لذا در این حالت به هیچ وجه امکان اتفاقی که شرح آن رفت وجود نداشته و نتیجتا الزام به اجرای کل مقاومت نقطه خنثای کمتر از ۲ اهم بی معنی است.

۲- برخی از همکاران با تکیه بر این مسئله پارگی هادی PEN شبکه باعث افزایش ولتاژ شینه PE ساختمان و به تبع آن بدنه هادی تجهیزات برقی می‌شود مشترکین را ملزم به اجرای مقاومت اکترود زمین ساختمان کمتر از ۲ اهم می‌نمایند (که در واقع سختگیری فراتر از الزامات مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان است!) که در این مورد نیز باید گفت: در خطوط کابلی پارگی هادی PEN شبکه تغذیه کننده ساختمان بسیار نامحتمل است و در خطوط هوایی نیز اگرچه امکان روی دادن آن وجود دارد، لیکن بهترین راه برای ایجاد ایمنی ساکنین ساختمان اجرای همبندی همپتانسیل کننده است. اگرچه اجرای الکترود زمین در ساختمان در کاهش ولتاژ بدنه تجهیزات موثر است، ولی این کاهش مقاومت تا حد ۲ اهم تا حد مشخصی از جریان موثر است و نمی‌تواند دلیلی بر اجرای مقاومت کمتر از ۲ اهم در ساختمان باشد. همانطور که گفته شد مهمترین و مطمئن‌ترین راه جهت تامین ایمنی ساکنین اجرای همبندی (اصلی و کمکی) مطابق الزامات مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان است.

۳- مورد دیگری که جای بحث دارد این است که بنابرفرض اینکه، هادی فاز شبکه توزیع هوایی دچار پارگی شود و حسب اتفاق با یک هادی بیگانه (مثل نرده فلزی) برخورد کند که آنهم اتفاقا دارای چنان فونداسیونی باشد که مقاومت هادی بیگانه نسبت به جرم کلی زمین حدود ۷ اهم باشد چقدر محتمل است؟ توجه به این نکته جالب توجه است که یک میله ارت ۳ متری در یک زمین با مقاومت ویژه ۷۵ اهم متر مقاومت زمینی در حدود ۲۵ اهم خواهد داشت و با مقایسه آن با شرایطی که ذکر کردیم ما را به این نتیجه می‌رساند که فرض مقاومت ۷ اهم برای RE تا چه حد غیر واقع بینانه و محافظه کارانه است و عملا الزام اجرای کل مقاومت خنثی کمتر از ۲ اهم را بسیار سخت گیرانه و بی حاصل می‌نماید.

۴- از آنجا که اجرای همبندی هم پتانسیل کننده در ساختمان‌ها الزامی است (همبندی اصلی و کمکی)، به جای تمرکز بر اجرای کل مقاومت خنثی کمتر از ۲ اهم (که آن هم همانطور که ذکر شد در واقع وظیفه شرکت توزیع نیروی برق است) می‌توان با هزینه کمتر اجرای صحیح همبندی را در ساختمان‌ها پیگیری نمود. چرا که با اجرای همبندی در ساختمان چنانچه هادی فاز شبکه دچار پارگی شده و به بدنه هادی بیگانه برخورد کند اگرچه ولتاژ شینه PE ساختمان و بدنه هادی تجهیزات افزایش خواهد یافت لیکن، چون اسکلت ساختمان و کلیه قسمت‌های هادی فلزی نیز به شینه PE متصل هستند پس در واقع کل بدنه ساختمان و بدنه هادی تجهیزات و قسمت‌های هادی بیگانه ساختمان افزایش پتانسیل یافته که به معنی آن است که اختلاف پتانسیلی در قسمت‌های در دسترس ساختمان وجود ندارد که ساکنین را دچار برقگرفتگی نماید. ضمن آنکه اجرای همبندی در ساختمان علاوه بر تامین ایمنی ساکنین در این شرایط، در خطا‌های بسیار دیگری نیز تامین کننده ایمنی ساکنین است و در مجموع مطمئن‌ترین راهکار برای از بین بردن خطر برقگرفتگی ساکنین ساختمان است.


با این توضیحات اجرای کل مقاومت خنثی کمتر از ۲ اهم در شرایط کنونی به هیچ وجه لازم و ضروری نیست.

همانطور که گفتیم برخی همکاران حتی پا را فراتر از همین الزام غیر ضروری مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان گذاشته و هر یک از مشترکین را مجبور به اجرای مقاومت زمین کمتر از ۲ اهم می‌نمایند که ناشی از استنباط نادرست عبارت نقل شده از مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان دارد (با زهم تاکید می‌شود کل مقاومت نقطه خنثی حاصل مقاومت معادل تمام الکترود‌های زمین مشترکین تغذیه شده از پست، مقاومت الکترود‌های زمین مکرر هادی PEN و مقاومت الکترود زمین پست ترانسفورماتور که موازی هستند، می‌باشد).

علت اصلی آنکه مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان در ویرایش نخستین مشترکین را ملزم به اجرای الکترود زمین کرده بود با توجه به شرایط آن دوره کاملا قابل درک است. در آن زمان سیستم نیروی TN برای مهندسان شرکت توزیع نیروی برق و سازمان نظام مهندسی ناشناخته بود و مسائل و الزامات و ضرورت‌های آن به درستی درک نشده بود و لذا اجرای الکترود زمین‌های مشترکین گام مهمی جهت کاهش کل مقاومت خنثا نسبت به زمین محسوب می‌شد (با توجه به عدم رواج ساختمان‌های بلند و تغذیه اکثر مشترکین از خط فشار ضعیف هوایی، کاهش هرچه بیشتر کل مقاومت نقطه خنثی ضروری‌تر می‌نمود).

با توجه به شکل بالا که سیستم نیروی TN-C-S را نشان می‌دهد انجام زمین‌های مکرر در شبکه توزیع هوایی و همچنین الکترود زمین مشترکین و الکترود زمین پست، قطعا الزامات حداقل مقاومت RB رعایت خواهد شد و نیازی به اندازه گیری وجود نخواهد داشت (با توجه به توضیحاتی که دادیم اندازه RB چندان اهمیت نخواهد داشت و اصرار برخی همکاران جهت اندازه گیری‌های مکرر و مداوم الکترود‌های زمین و ارائه تکنیک‌های مختلف جهت انجام اینکار به نظر توجیه فنی ندارد!)

واضح است اجرای الکترود‌های زمین مکرر در طول شبکه توزیع روی هادی PEN و نیز الکترود زمین مشترکین دارای فوایدی است که منکر ان نیستیم و قطعا اجرای صحیح و اصولی این الکترود‌ها منکر توضیحات ما نیست لیکن با توجه به آنکه استاندارد IEC۶۰۳۶۴-۴-۴۱ به عنوان یکی از مراجع اصلی مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان هیچ حدی برای RB (به دلایلی که تشریح گردید) ذکر نکرده است و به نظر می‌رسد وقت آن است مبحث ۱۳ نیز بازنگری اساسی در این زمینه بنماید و با تغییرات و اصلاحات استاندارد‌های مرجع و شرایط حال حاضر کشور، مقررات را اصلاح نماید.

نتیجه گیری

در این مقاله به بررسی یک بحث مهم در اجرای تاسیسات برقی ساختمان‌ها و شبکه فشار ضعیف پرداختیم و ان را مورد چالش قرار دادیم. همانطور که تشریح شد در ویرایش نخستین مبحث ۱۳ از آنجا که اجرای همبندی حتی مهندسین ناشناخته بود و در ساختمان‌ها اجرا نمی‌شد و از طرفی عمده مشترکین از شبکه فشار ضعیف هوایی تغذیه می‌شدند شرط محافظه کارانه اجرای کل مقاومت نقطه خنثی فشار ضعیف ترانسفورماتور نسبت به زمین قابل توجیه و دفاع بود. در شرایط حاضر و به دلایلی که تشریح گردید اهمیت اندازه مقاومت RB روز به روز در حال کمتر شدن است و مطابق شکل TN-C-S اجرای سیستم زمین به نحوی که الزامات سیستم نیروی TN را برآورده نماید، فارغ از اندازه مقاومت آن، کافی بوده و این موضوع ضرورت بازنگری مبحث ۱۳ را در این مورد مشخص می‌کند.

 

منبع: ایکهربا