پایان نامه انواع اتصال به زمین برای ساختمان ها،بیمارستان ها و پست های فشار قوی

پایان نامه کارشناسی

گروه مهندسی برق

مقدمه

بررسی سیستم زمین پست های فشار ضعیف و بررسی الکترودهای زمین و انواع آنها و سیم زمین و نحوه انجام اتصالات آن و عوامل موثر در انتخاب هادی زمین از مسائلی است که در این تحقیق بررسی و مورد بحث قرار گرفته شده است. همچنین در این تحقیق به بررسی تطبیقی استانداردهای جهانی  و ملی برای اصلاح سیستم ارت پستهای زمینی پرداخته شده است و شیوه پیشنهادی اجرای ارت در پست های زمینی و مقایسه ارت نقطه ای با ارت گسترده و مزایا و معایب آن مطرح شده است. سیستم زمین پست های فشار قوی و  نحوه زمین کردن و محاسبات مربوط و طراحی توسط نرم افزار Grounding و فلو چارت آن نیز تهیه و گردآوری شده است.

زمین کردن

پارامترهای زمین کردن و انواع آن

1-1 ایمنی افراد

 ایجاد ایمنی برای افراد که در تماس با تجهیزات الکتریکی می باشند از دلایل اصلی زمین کردن می باشد. این عمل جهت جلوگیری از بالا رفتن ولتاژ تماس در هنگام اتصالی در قسمتی از دستگاه انجام می گیرد(رجوع شود به شکل 1)، ولتاژ تماس ولتاژی است که بین دو هادی که می توانند به طور همزمان  لمس شوند ایجاد می شود. زمین ممکن است یکی از این دو هادی باشد.

هدف از اتصال  به زمین هر چه باشد- تامین ایمنی در برابر برق گرفتگی انسان یا حیوان در بهره برداری از سیستم الکتریکی ، یا حفظ عایق بندی سیستم با ایجاد مسیری برای جریان عملیاتی با هدف تحریک  لوازم حفاظتی  به واکنش  ویا تامین  ایمنی در برابر برق گرفتگی هنگام انجام تعمیرات بر روی تجهیزات  با خطوط نیروی برق- وجود سیستم اتصال  به زمین در سیستمهای الکتریکی  اجتناب ناپذیر است.

همچنین  لازم است گفته شود که به علت اهمیت فوق العاده ای که اتصال  به زمین در سیستمهای الکتریکی دارد، درباره آن استانداردها، راهنماها و کتابهایی نوشته شده است که هر یک نحوه نگارش افراد و گروهها و مکتبهای مختلف را نسبت به این موضوع بازگوی می کند.

مقصود از اتصال به زمین، اتصال به جرم کلی زمین است.

در تمام تاسیسات الکتریکی بخصوص فشار قوی، زمین کردن یکی از مهمترین و اساسی ترین اقدامات است. سالیانه در جهان مبالغ هنگفتی صرف خسارات جانی و مالی بدلیل نبودن سیستم ارتینگ[1] تحمیل می شود.

در انواع  مختلف شبکه ای الکتریکی، وصل قسمتهایی از سیستم و بدنه  هادی دستگاههای الکتریکی  به زمین را زمین کردن می گویند و از دو دیدگاه  مورد توجه می باشد:

- حفظ عایق بندی و تامین صحت کار لوازم و دستگاههای الکتریکی و محدود کردن  اضافه ولتاژها  و کمک به کار صحیح لوازم  و مدارها با قطع مدارهای معیوب، به این نوع اتصال  زمین، اتصال  زمین الکتریکی یا اتصال زمین سیستم گفته می شود (اتصال نوترال به زمین).

- نوع دیگر اتصال زمین، اتصال زمین ایمنی یا حفاظتی است. از این نوع سیستم حفاظتی در ایجاد ایمنی برای افرادی که بنا به وظیفه شغلی در تماس با تجهیزات سیستم های الکتریکی و نیز برای ایمنی برای افرادی که بنا به وظیفه شغلی در تماس با تجهیزات الکتریکی و نیز برای افراد جامعه که مصرف کننده نهایی انرژی برق می باشند استفاده می شود. هدف دیگر از این نوع سیستم زمین، محدود کردن  خطر آتش سوزی از راه قطع سریع مدار معیوب  به کمک وصل بدنه های فلزی  به هادی خنثی یا زمین است.

در برخی موارد تفکیک  دو نوع اتصال زمین برای دو هدف بالا ممکن نیست وبه همین دلیل ایجاد  یک اتصال  زمین برای هر دو منظور کافی  است  ولی در بعضی شرایط تفکیک دو سیستم زمین لازم و ضروری است و گاهی مسائل  مربوط به نوع دیگری اتصال  زمین یعنی زمینی که برای تخلیه بار صاعقه لازم است موضوع را پیچیده تر می کند.

 بطور کلی منظور از زمین کردن نوترال رسیدن به اهداف زیر است:

الف- کاهش تنش الکتریکی ناشی از اثرات کلید زنی و صاعقه

ب- تامین و کنترل جریان اتصالی در حد قابل قبول

ج- کاهش عدم تعادل ولتاژ

د- محدود کردن ولتاژ نقطه نول

روشهای مختلف زمین کردن نوترال عبارتند از:

الف- زمین کردن به شکل مستقیم

ب- زمین کردن از طریق مقاومت

ج- زمین کردن از طریق راکتانس

د- زمین کردن از طریق ترانسفورماتور زمین

ایجاد یک سیستم زمین مطلوب  حتی تا همین سال های اخیر  صرفاً به مفهوم  داشتن شبکه زمینی با مقاومت هر چه کمتر بوده است اما با ایجاد  شبکه های برق وسیع  با ظرفیت بالا، طبعاً با جریان های اتصال کوتاه  فوق العاده  روبرو هستیم که با وجود مقاومت کم سیستم زمین، پتانسیل آن ممکن است از حد مجاز  ایمنی تجاوز کند.  به همین جهت  تحقیقات بعدی مفاهیم جدیدی از لحاظ ایمنی را تحت  عنوان کلی کنترل گرادیان  پتانسیل، در شرایط  بروز خطا  معرفی کرده است.

 بطور کلی، سیستم زمین می بایستی  دارای سه  ویژگی عمده زیر باشد:

الف) سیستم زمین دارای مقاومت کمی باشد. این کار سبب می شد امپدانس مولفه صفر دیده شده در نقطه اتصالی مقدار کوچکی داشته باشد تا هم عملکرد مطمئن و سریع رله های تشخیص خطای فاز به زمین  تضمین گردد و هم اضافه ولتاژهای ایجاد شده در فازهای سالم، کمتر از مقادیر پیش بینی شده و مجاز باشند.

ب) سیستم زمین در محل اتصال  برق گیر  به زمین، مقاومت موجی کم در نتیجه  سطح محافظت  مناسبی را برای برقگیر بوجود می آورد. برقگیر به منظور تخلیه ولتاژهای موجی به زمین  در نظر گرفته می شود  و بنابراین جریان های موجی با دامنه و شیب قابل ملاحظه از طریق آن به زمین وارد می شود. چنانچه مقاومت موجی سیستم زمین در محل اتصال  برق گیر به آن، مقدار زیادی باشد. تخلیه کامل  و سریع جریان های موجی  صورت نمی پذیرد و ولتاژ موجی قابل ملاحظه ای در طرف زمین برق گیر ظاهر می شود و بنابراین سطح حفاظت برقگیر افزایش می یابد  و احتمال آسیب دیدگی تجهیزات پیش آید.

ج) سیستم زمین باید بتواند ایمنی افراد و تجهیزات را تامین نماید

سیستم زمین باید به گونه ای طرح شود تا با ایجاد مسیر مناسب برای عبور جریان به زمین ، چه در حالت عادی و چه در شرایط خطا تضمین نماید که اشخاص حتی اگر با تجهیزات زمین شده تماس داشته باشند در معرض شوک الکتریکی خطرناک واقع نشوند.

شخصی در نزدیکی و با تماس مستقیم با قسمت های مختلف تجهیزات الکتریکی قرار دارد. در معرض شوک الکتریکی خواهد بود.  علت شوک، اعمال ولتاژهای زیر به بدن است:

1-1-1 ولتاژ گام

عبور جریان  شدید اتصالی در پای یک سازه یا دستگاه  فلزی زمین و یا از الکترود اتصال زمین آن سبب می شود که ولتاژ زمین در این نقطه به مقدار توجهی برسد و در نقاط مجاور محل عبور جریان به زمین به علت پخش جریان در مقطع بزرگتر زمین، ولتاژ بتدریج کاهش می یابد و در فاصله دور مقدار آن تقریباً به صفر می رسد. هنگامی که کسی به نقطه ورود جریان به زمین نزدیک می شود اختلاف ولتاژ زیر دو پای او (ولتاژ گام) کم کم افزایش می یابد بطوری که اگر فرد بدون کفش باشد خیلی زودتر این اختلاف را احساس خواهد کرد. فاصله گام یک فرد (dF) در حال راه رفتن به طور متوسط یک متر فرض می شود.

در شکل 2 مدار معادل شرایط اتصالی رسم شده که در آن RB مقاومت بدن، RF مقاومت خودی هر پا نسبت به یک زمین دور و RMF مقاومت متقابل  بین دو پا بر حسب اهم را نشان می دهند.  IA جریان جاری شده در بدن شخص است.

[1] - Earthing