تعريف سيستم زمين

 تعريف سيستم زمين و چاه ارت 

سيستم زمين يا گراندينگ GROUNDING   يا ارتينگ EARTHING   عبارت است از اتصال الکتريکي ( با سيم ) تجهيزاتي که:

-    با برق کار مي کنند و بدنه فلزي دارند

-   با برق کار نمي کنند ولي بدنه فلزي و هادي دارند

-   حتي در بعضي موارد و در کاربردهاي خاص با برق کار نميکنند و بدنه فلزي هم ندارند و عايق هستند

به درون زمين جهت :

-1. تامين حفاظت جاني انسانها

-2.عملکرد مناسب دستگاهها

-3. کنترل نويز 

اصطلاحات و تعاريف:

 بدنه هادی تجهيزات : بدنه يا اسکلت هادی مربوط به تجهيزات الکتريکی است که در دسترس بوده و می توان آن را لمس کرد. اين قسمت از تجهيز در وضعيت عادی برقدار نيست ولی ممکن است در اثر بروز نقصی در دستگاه يا ايجاد اتصالی داخلی برقدار شود.

زمين شده : وصل شده به ميله زمين (الکترود) يا وصل به سيستم هادی های گسترده که به جای زمين عمل می کند.

الکترود زمين    (Earth electrode) سازه های فلزی مدفون درخاک که می توانند مسير جريانهای سرگردان زمين را تسهيل يا گراديان پتانسيل زمين ناشی از اين جريانها را تغيير دهند الکترود زمين می گويند. 

اين الکترودها می توانند شامل موارد ذيل باشند:

1-  لوله آب فلزی مدفون

2-  شبکه های فلزی ساختمان که بطور موثر در زمين قرار گرفته است

3-  ميلگردهای داخل بتن

4-  شبکه های مسی موسوم به رينگ زمين

يکی از موثرترين الکترودهای زمين يک رينگ يا شبکه فلزی است که به اسکلت ساختمان در فواصل مناسب متصل گرديده است.

هم بندي (bonding):وصل الکتريکي هر ترکيبي از اجزاي هادي ،بدنه ها ،قسمت هاي فلز ي در دسترس ،اجزاي فلزي ساختمانها ،انواع لوله

 کشي ها ،پوشش هادي و غيره به يکديگر به منظور از بين بردن اختلا ف پتانسيل احتمالي بين آنها در حالت عادي يا در صورت بروز اتصالي.

نول(neutral) . در سيستم تکفاز سيم برگشت جريان که پتانسيل آن نسبت به زمين صفر است و در سيستم سه فاز نقطه گره ستاره را نول می گويند، در اين جزوه نول سيمی  است که می تواند در بعضی حالات به زمين متصل شود.

زمين آرام (Quiet ground يا (Clean earth استاندارد IEEE 100 زمين آرام را اينگونه تعريف می کند: شبکه زمين ويژه که از بخش های قراردادی سيستم زمين قدرت  system ground Power  ايزوله می باشد و نويز الکترومغناطيسی و ولتاژهای ناخواسته موجود در لحظات خطا يا عادی زمين روی آن اثر نمی کند و موجب اخلال در عملکرد مطلوب کامپيوتر نخواهد شد .

معيار دقيقی جهت تعيين مقاومت زمين آرام در دست نمی باشد و زمينی که ولتاژهای ناخواسته ناشی از جريانهای داخل زمين را به کامپيوتر منتقل نکند خواه يک الکترود باشد خواه يک شبکه وسيع ايزوله، زمين آرام می باشد  .زمين آرام را با اين علامت نشان ميدهند.

زمين نويزی(noisy ground) برخلاف زمين آرام، زمين نويزی يک شبکه زمين  الکتريکی  است که استعداد القاء يا تزريق ولتاژهای ناخواسته ومزاحم را به سيستم کامپيوتر دارد. علامت زمين معمولي و يا زميني که استعداد جمع شدن نويز درآن زياد است نيز به شکل زير است

تداخل ناشی از ميدان الکترو مغناطيسی Electro Magnetic Interference (EMI) به ميدانهای الکترومغناطيسی    راه يافته در زمين بخاطر وقوع صاعقه، اتصال کوتاه در زمين های مجاور و نظائر آن که از سيگنالهای با فرکانس پايين شهری تا فرکانسهای راديوئی(RF) و سيگنالهای با سرعت بالای صاعقه را شامل می شود       EMI گويند.

براي اينکه سيستم ارت عملکرد رضايت بخشي داشته باشد بايد مجموعه اين سيستم مقاومت الکتريکي کمي نسبت به زمين داشته باشد و بتواند جريانهاي زياد را به راحتي از خود عبور دهد.

سه ويژگي مهم يک سيستم زمين عبارت است :

1- امپدانس الکتريکي بسيار پائين                                   Low  Electrical Impedance

2-مقاومت مکانيکي بسيار بالا                                     High  Mechanical Resistance

3- مقاومت بالا در برابر خوردگي                                  High  Corrosion  Resistance 

تاثير جريان الکتريکي بر بدن

تاثير جريان الکتريکي عبوري از بدن تابع فرکانس f،ميزان i و مدت زمان t  عبور اين جريان ميباشد.تجربه نشان داده است که آدميان در برابر جريان الکتريسيته بين 50 و 60 هرتز که فرکانس معمولي در صنعت برق است حتي با شدت 1/0 آمپر کاملآ نا توان بوده اند در حاليکه در برابر همان جريان با فرکانس بين 3000 تا 10000 هرتز متوجه خطر عمده اي نشده اند.

جريان هاي تا 9 ميلي آمپردر فرکانس 50 تا 60 هرتز آسيب جدي در شخص ايجاد نميکند ولي چنانچه ميزان آن از 9 تا 25 ميلي آمپر افزايش يابد خطراتي مثل از کار افتادن ماهيچه هاي محل تماس مشهود بوده است جريان هاي بيشتر از 25 ميلي آمپرباعث از کار افتادن تنفس و يا منجر به مرگ خواهد شد.

جدول زيرميزان خطر ات و اثرات جريان برق بر بدن را براي جريانهاي AC   با فرکانس 60 هرتز و DC نشان ميدهد.

جريان  بالاي 100 ميلي آمپر با فرکانس 60 هرتز که طبق جدول فوق موجب مرگ ميشود در فرکانس هاي بالاي 300 هرتز صرفآ موجب تحريک اعصاب ميشود .در جريانهاي با فرکانس 100 تا 200 کيلوهرتز نحوه اثر گذاري جريان روي بدن به جاي شوک و خارش به صورت حرارت ظاهر ميشود و اساسآ حرارت و سوختگي تنها اثرات شوک ناشي از عبور جريان با فرکانس هاي بالاي 100 کيلو هرتز ميباشد.

نکته قابل ذکر در ميزان خطر آفريني جريان الکتريسيته بر بدن،مدت زمان عبور اين جريان ميباشد.در اين خصوص ميتوان با استفاده از فرمول تجربي زير رابطه شدت جريان انتقالي و زمان عبور  آنرا محاسبه نمود. اين فرمول توسط DAISLER  بيان شده و در مورد 99.5 درصد افراد با وزن 50 کيلوگرم و زمان کمتر از 3 ثانيه صادق بوده است:

(  I_B)² * ts=0.0135

در اين رابطه ts   زمان انتقال جريان از بدن و I_B شدت جريان عبوري از بدن ميباشد.

به عنوان مثال طبق فرمول فوق به ازاي زمان0.5  ثانيه شخص ميتواند شدت جريان 164 ميلي آمپر را تحمل کند.با استخراج شدت جريان از فرمول بالا حداکثر جريان قابل انتقال از بدن فرد 50 کيلوگرمي را ميتوان به صورت زير محاسبه کرد.

I_B=0.116/√ts

با توجه به اينکه افراد با وزنهاي مختلف در برابر جريان الکتريسيته از خود مقاومت هاي متفاوتي نشان داده اند در استانداردها از جمله استاندارد  IEEE   حداکثر جريان مجاز قابل عبور از بدن يک فرد 70 کيلوگرمي اساس محاسبات واقع شده و لذا فرمول بالا بعدآ به صورت زير اصلاح و تکميل شده است :

 ( I_B)² * ts=0.0246 

I_B=0.157/√ts

فرمول فوق اساس ارزيابي شبکه زمين و تعيين پارامترهاي ايمني که در ادامه به آن ميپردازيم بوده است.

از لحاظ ولتاژ نيز در استانداردهاي ايران ولتاژ متناوب 50 ولت به بالا را ولتاژ خطرناک ميگوئيم

فلسفه و تاريخچه ارت

 بين سالهاي 1880 تا 1892 خطوط انتقال و توزيع برق بدون اينکه نقطه نوترال يا نول زمين شده داشته باشند احداث مي شدند.و هيچ نقطه اي از شبکه و تجهيزات ارت نميشدند و اساسآ مفهومي به نام ارت وجود نداشت.

مشکلات برق گرفتگي و آتش سوزي در منازل و اماکن عمومي و صنعتي وجود داشت بدون اينکه فيوزهاي حفاظتي نصب شده در شبکه عيوب راتشخيص بدهند .

مشکلات ادارات بيمه جهت جبران خسارت بيشتر و بيشتر ميشد و به طور موازي تحقيقاتي جهت کاهش اين خطرات به عمل ميآمد.

در سال 1924 انجمن مهندسان برق ( IEE ) در انگلستان اتصال بدنه فلزي وسائل برقي به زمين يا همان ارت کردن را اجباري نمود هر چند اينکار ساده نبود و مشکلات فراواني داشت.

در سال 1923 فرانسه نيز در استانداردهاي ملي کشورش  ارت کردن بدنه تجهيزات برقي را الزامي نمود.

در سال 1927 فرانسه بحث ارت کردن نقطه نول ترانسفورماتورها را نيز تصويب نمود.

در سال 1935 استانداردهاي جامع حفاظت اشخاص و تجهيزات تدوين و اجرائي شد و از آن سالها به بعد ارتينگ همگاني شد.

فلسفه ارت کردن:

با دقت در شکلهاي ساده زير ميتوان به فلسفه ارت پي برد.

1-  در اين مدار ساده تکفاز که نول عمدآ به زمين متصل نشده صرفآ وقوع اتصالي مستقيم فاز به نول ميتواند فيوز را بسوزاند و جلوي خطرات بعدي را بگيرد .

در صورت اتصالي فاز به زمين و نول به زمين (هر يک به تنهائي) فيوز نخواهد سوخت و عيب ممکن است روزها وجود داشته باشد که منجر به آسيب به تجهيزات به خاطر تغيير در ولتاژ تغذيه آنها و يا آسيب به شبکه برق گردد.

در اين حالت اگر دست انسان به يک فاز يا نول بخورد خطري نخواهد داشت و فقط اتصال همزمان به فاز و نول باعث برق گرفتگي خواهد شد.

خلاصه :خطرات انساني :کمتر   آسيب به تجهيزات و شبکه برق :  زياد

 

2- همانطور که در تاريخچه نيز اشاره شد به خاطر حفظ پايداري شبکه برق و مسائل ديگر که در ادامه خواهد آمد در سال 1927 به بعد اتصال نول به زمين اجباري شد که در اينحالت وضعيت به صورت زير قابل بيان است :

اتصال فاز به زمين ميتواند فيوز را سوزانده و مدار و تجهيزات را محا فظت کند.

اتصال نول به زمين خطري براي شبکه و تجهيزات ندارد

اتصال بدن انسان به يک فاز( تنها) بسيار خطرناک است

اين وضعيت دو حالت دارد :

 1-اگر بدنه دستگاه به زمين که همان نول است وصل شده باشد

(يعني همان سيستم زمين حفاظتي )که در اينحالت فيوز سريعا سوخته و از عبور طولاني جريان به بدن جلوگيري ميکند

 2-اگر بدنه دستگاه به زمين که همان نول است وصل نشده باشد

يعني سيستم ارت نداشته باَشيم که در اينحالت بعيد است فيوز بسوزد لذا جريان برق تا زمانيکه شخص به خود آمده و خود را رها کند و يا کسي به کمک او بيايد از بدن عبور خواهد کرد و اين فاجعه است.

خلاصه اين حالت:

در صورت نصب سيستم ارت مناسب

خطرات انساني :کمتر              آسيب به تجهيزات و شبکه برق :  کمتر

در صورت عدم نصب ارت مناسب

خطرات انساني :در حد فاجعه         آسيب به تجهيزات و شبکه برق :  زياد

 

برچسب‌ها: سیستم زمین, تعریف سیستم زمین, گراند, گراند صاعقه گیر, فلسفه ارت کردن شرکت فنی و مهندسی سازه نیرو...