انتخاب سیستم‌های ارتینگ نول

انتخاب  سیستم‌های زمین نول (  ارتینگ  ) بستگی به نیازها و اهدافی دارد که غالباً متفاوت است به حدی که گاهی اوقات چندین سیستم باید در یک تاسیسات (جزیره ای[2]) ایجاد شوند تا بتوانند ایمنی ، قابلیت نگهداری یا کارایی لازم را داشته باشند .

پاورقی: ارتینگ نول و یا زمین کردن نول در این مقاله یک معنی را می‌دهد

بله ها و خیر ها در انتخاب سیستم ارتینگ نول  برای طراحی تاسیسات الکتریکی  مورد نیاز شما

در این مقاله فنی مبانی سیستم‌های ارتینگ یا زمین کردن نول مورد بحث قرار نمی گیرد و فرض می‌شود که شما قبلاً با این موضوع آشنا هستید. در عوض، این مقاله بر روی ویژگی هایی که ممکن است در تصمیم مهندسین برق به منظور انتخاب مناسب ترین سیستم ارتینگ نول  تاثیر بگذارد متمرکز است.

فراموش نکنید که انتخاب سیستم ارتینگ نول دارای یک تاثیر مستقیم بر روی سازگاری الکترومغناطیسی (EMC)  تاسیسات است. که این موضوع نیز در این مقاله مورد بحث قرار می گیرد.

 

ویدئو تست ارت و دلیل لزوم کم بودن مقاومت سیستم ارت

الکتریکی

فهرست مطالب:

1. ویژگی‌های سیستم ارتینگ نول
   • 1- سیستم TT
   • 2- سیستم TN
   • 3- سیستم IT
2. سیستم‌های  ارتینگ نول و EMC
   • 1- سیستم TT
   • 2- سیستم IT
   • 3- TN-S
   • 4- بنابراین ، کدام سیستم بهترین‌است؟

ویژگیهای سیستم‌های ارتینگ نول

پاراگراف‌های زیر خلاصه مزایا و معایب هر سیستم ارتینگ نول‌است.

1- سیستم ارتینگ TT

اصول کلی

تشخیص جریان خطای جاری‌شده به زمین و منبع تغذیه قطع‌شده توسط دستگاه جریان باقیمانده (RCD).

شکل‌1 – خطای عایق بار متصل در یک سیستم TT

اگر خطای عایق روی یک گیرنده رخ دهد ، جریان خطا I _f در حلقه خطا گردش می‌کند. این مدار شامل مقاومت خطا روی:

• قسمت رسانای بار متصل قابل رویت می‌باشد ،
• اتصال این هادی قابل رویت به هادی محافظ ،
• خود هادی محافظ و
• اتصال زمین آن ( R _A ).

درنهایت حلقه خطا توسط سیم پیچ ترانسفورماتور و مدار منبع تغذیه بسته می‌شود.

 

 مزایای سیستم TT

• سادگی (محاسبات بسیار کمی در هنگام نصب).
• بدون نیاز به محاسبه طول اضافی .
• جریان کم خطا (ایمنی در برابر آتش).
• نگهداری بسیار کم (به غیر از آزمایش منظم RCD )
• ایمنی افراد هنگام تأمین وسایل قابل حمل و یا در صورت خطا ی ارت فالت (با 30 میلی آمپر  RCD)
• عملکرد روی یک منبع با جریان کم i _k   (مجموعه ژنراتور)

 

معایب سیستم TT

• اگر فقط یک دستگاه در انتهای منبع تغذیه نصب شده‌باشد ، هیچگونه تبعیضی وجود ندارد
• نیاز به RCD در هر خط خروجی برای بدست آوردن تبعیز افقی (هزینه)
• خطر خطای کاذب اشتباه ( اضافه ولتاژ )
• اتصال رسانا در معرض به یک زمین (تاسیسات گسترده) یا RCD مورد نیاز برای هر گروه از قسمتهای رسانا در معرض
• سطح ایمنی بستگی به شرایط اتصالات زمین دارد

نکات مهم برای سیستم TT

• محافظ افزایش ولتاژ (برق گیر) برای توزیع با خط هوایی توصیه می‌شوند
• امکان اتصال ارت منبع تغذیه و هادی در معرض برای ترانسفورماتور MV / LV خصوصی ظرفیت شکست  RCDs  بررسی
• نیاز به کنترل تجهیزات با جریانهای نشتی بالا (جداسازی ، جزیره ای)
• اهمیت ایجاد و اطمینان از دوام اتصالات زمین (ایمنی افراد)
• اطمینان حاصل کنید که مقادیر زمین (مقاومت ارت و اتصالات) و آستانه های قطع RCD ها به صورت دوره ای بررسی می‌شوند

 

2- سیستم ارتینگ TN

اصول کلی

جریان خطا به جریان اتصال کوتاه تغییر می یابد که توسط دستگاه‌های حفاظتی اضافه جریان قطع‌می‌شود و هادی های در معرض در زیر آستانه ولتاژ ایمن نگه داشته‌می‌شوند.

در سیستم‌های TN ، نقطه‌ای از منبع تغذیه ، به طور کلی ترانسفورماتور نول ، ارت می‌شود ( ارتینگ ). قطعات رسانا در معرض تاسیسات توسط یک هادی حفاظتی به همان نقطه وصل می‌شوند.

 

هنگامی که عملکرد نول با عملکردی از هادی حفاظتی ترکیب‌شود ، به این سیستم TN-C گفته‌می‌شود که به آن PEN گفته‌می‌شود . اگر این هادی‌ها از هم جدا شوند ، سیستم TN-S نامگذاری می‌شود .

هنگامی که هر دو نوع در یک تاسیسات الکتریکی مشترک باشند ، می‌توان از اصطلاح TN-C-s استفاده‌کرد ، با یادآوری اینکه سیستم TN-C همیشه باید در بالادست سیستم TN-S باشد.

شکل‌2 – خطای عایق بر روی بار متصل در یک سیستم  TN-C

اگر خطای عایق در هر نقطه‌ای از تاسیسات اتفاق بی‌افتد كه بر روی هادی فاز و هادی حفاظتی یا قسمت رسانا قرار گرفته‌باشد ، منبع تغذیه باید مطابق به طور خودکار با زمان شکست مشخص t و برآورد کردن شرط زیر قطع‌شود :

Z _s × I _a ≤ U ₀

جایی که:

• Z _s امپدانس حلقه خطا شامل خط منبع تغذیه ، هادی محافظ و منبع تغذیه(سیم پیچ ترانسفورماتور).
• I _a – جریان عملکرد دستگاه حفاظتی در مدت زمان مشخص‌شده
• U ₀ – ولتاژ نامی / فاز نامی

 

مزایای سیستم TN

• کم هزینه ( وسایل حفاظتی برای جریان‌های خطا و اضافه جریان استفاده‌می‌شود )
• اتصال زمین هیچ تأثیری در ایمنی افراد ندارد
• حساسیت کم به اختلال ( توانمندی خوب ، ارتینگ نول)
• حساسیت کم به جریانهای نشتی بالا (گرمایش ، بخار ، تجهیزات محاسباتی)

 

معایب سیستم TN

• جریان‌های خطای بالا (تولید اختلال و خطر آتش‌سوزی به ویژه با سیستم TN-C)
• نیاز به محاسبه دقیق خطوط
• خطر در صورت توسعه تاسیسات یا استفاده‌بدون کنترل (پرسنل واجد شرایط)

 

نکات مهم برای سیستم  TN

• شرایط حفاظت باید بررسی شود: در مرحله طراحی (محاسبه) ، هنگام راه اندازی ، به صورت دوره ای و در صورت تغییر تاسیسات
• بررسی عملی به تجهیزات تست ویژه ای نیاز دارد (اندازه گیری i _k در انتهای خط)
• استفاده از دستگاههای جریان باقیمانده باعث می‌شود جریان های خطا محدود شوند (ظرفیت شکست را بررسی کنید) و ریسکی ناشی از محاسبات (شکست هادی های حفاظتی ، طول خط بارهای متحرک و غیره) وجود ندارد.

 

 

 

 

3- سیستم ارتینگ IT

اصول کلی

نگه داشتن  اولین جریان خطا در یک مقدار بسیار کم ،افزایش ولتاژ هادی‌های  در معرض را محدود می‌کند، و در نتیجه نیاز به قطع وجود ندارد. با این حال خطای دوم داستانی متفاوت‌است.

بیایید ببینی که در این سیستم با خطای اول چه اتفاقی می‌افتد.

خطای اول – بدون خطر برای مردم

سیستم IT : خطای اول

جریان خطای اول ( I_F ) توسط مجموع مقاومت‌های اتصال زمین و منبع تغذیه (R_B). رساناهای در معرض (R_A)  و امپدانس (Z) محدود شده‌است

I_f = U₀ / ( R_A+R_B+Z) = 230 / (30+10+2000) = 0,112 A

شرط عدم شکست باید بررسی‌شود ، اطمینان حاصل‌شود که جریان در هادی‌های در معرض باعث ایجاد ولتاژ بالاتر از حد مجاز UL  افزایش نمی‌یابد. بنابراین لازم‌است R_A × I_f < 50 V ، یعنی در مثال

30 × 0.112 = 3.36 V .    

هادی های در معرض به ولتاژ خطرناکی نمی‌رسد  و عدم شکست مجاز‌است.

خطای دوم – اتصال کوتاه

سیستم IT : خطای دوم

در صورت بروز خطای دوم که در فاز دیگر تأثیر دارد ، در همان هادی در معرض و یا  در هادی در معرض دیگر ، یک حلقه توسط هادی‌های در معرض گیرنده‌های خطادار ، رسانای محافظ و رسانای منبع تغذیه ایجاد می‌شود.

این باعث می‌شود که یک جریان اتصال کوتاه بالا در گردش باشد که شرایط حذف آن شرایط TN یا TT است. لازم به ذکر‌است که این وضعیت خطای دوگانه کاملاً مستقل از وضعیت نول در رابطه با زمین‌است که ممکن‌است جدا‌شده یا امپدانس ارت شود. جریان خطای مضاعف IT معمولاً پایین تر از سیستم TN‌است. بر این اساس طول خط حفاظت‌شده کاهش می‌یابد.

در صورت بروز خطا ، ولتاژ نول نسبت به فاز معیوب ممکن‌است افزایش یابد (ولتاژ فاز به خنثی).  ولتاژ فازهای دیگر به سمت ولتاژ فاز به فاز افزایش می‌یابد.

 

مزایای سیستم IT

• تداوم خدمات (بدون شکست( قطع ) در خطای اول)
• جریان خطای اول بسیار پایین (حفاظت از آتش).
• جریان خطا باعث اختلال کمی می‌شود.
• عملکرد با منابع جریان کم i _k  مجموعه ژنراتور
• تامین گیرنده های حساس به جریان های خطا (موتور).

 

معایب سیستم IT

• هزینه نصب (نول حفاظت شده ، P _im ، حفاظت افزایش ولتاژ)
• هزینه عملکرد (کارکنان واجد شرایط ، محل خطا ها).
• حساس به اختلال ( هم پتانسیلی ضعیف با زمین )
• خطرات بر روی خطا ی دوم :
  • اضافه بارهای اتصال کوتاه .
  • اختلال (افزایش ولتاژ زمین).
• ظاهر ولتاژ فاز به فاز (در صورت توزیع خنثی).

 

نکات مهم برای سیستم IT

• تشخیص خطای اول الزامی است و جستجو برای علت باید فورا انجام می‌شود.
• با توجه به خطرات ایجاد شده باید از وضعیت خطای دوم جلوگیری شود.
• محافظت توسط محافظهای افزایش ولتاژ (خطر افزایش ولتاژ زمین) ضروری است.
• توصیه می‌شود مقیاس نصب آن را به آنچه که کاملاً ضروری است محدود کنید(جزیره ای).

در جدول زیر قواعد کلی برای انتخاب سیستم ارتینگ نول با توجه به نصب ، بارها و شرایط کار آورده شده‌است.

با این حال ، در برخی موارد این قوانین ممکن‌است غیرقابل استفاده باشند. سیستم ارت نول باید برای اکثر برنامه های کاربردی در نصب و راه اندازی  انتخاب‌شود. اگر یکی از آنها با این انتخاب خیلی سازگار نیست ، بهتر‌است آن را جدا کنید و به طور جداگانه آن را انجام دهید (جزیره ، فیلتر ، جدایی).

انتخاب سیستم کلی مبتنی بر این برنامه تنها باعث می‌شود که انتخاب نادرست را برای بقیه نصب ها انجام دهید.

 

جدول 1 – اعتبار پیشنهادی سیستم به نوع و مشخصات نصب

 

جدول 2 – پیشنهادی متناسب انواع گیرنده و شرایط عملیاتی

سیستم ارتینگ نول و EMC

انتخاب سیستم ارتینگ نول تأثیر مستقیمی بر سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) نصب دارد:

• عواقب برخورد رعد و برق تا حدودی به وضعیت منبع تغذیه در رابطه با زمین بستگی دارد که با حرف اول (I or T).تعریف شده‌است .
• انتقال اختلال فرکانس بالا بستگی به اتصال هادی ها در معرض تاسیسات و هم پتانسیلی آنها دارد و با حرف دوم T‌یا N تعریف می‌شود
  

تأثیر EMC در تاسیسات برق و منبع تغذیه

مسافت انتقال انرژی نیاز به یک مرجع ولتاژ مشترک دارد که از منبع به بار قابل دسترسی است و می‌تواند اختلالاتی مانند رعد و برق را تخلیه کند. فقط ارت (زمین) این شرایط را برآورده می‌کند!

 

تاسیسات جداگانه و منبع تغذیه (سیستم توزیع عمومی)

از نظر محلی ، ارت برای همپتانسیلی تاسیسات الکتریکی لازم نیست . این سیستم پیوند هم پتانسیلی است که این توانمندی را فراهم می‌کند . بنابراین هنگامی که منبع انرژی در مجاورت یا مستقل باشد (باتری ، پانل های خورشیدی ، مجموعه ژنراتور ، و غیره) لازم نیست منبع تغذیه و تاسیسات آن به زمین وصل شود.

این حفاظت را می‌توان به سادگی توسط “پیوندهای هم پتانسیلی محلی” که ارت نشده اند ، فراهم کرد. اگر برخورد صاعقه ای وجود داشته باشد ، که خطرات اصلی آن است ، ولتاژ کل تاسیسات به طور یکسان بالا می رود ، و در نتیجه هیچ آسیبی وارد نمی‌شود.

ایستگاه های هواشناسی در ارتفاع زیاد و فرستنده های جدا شده از این اصل استفاده می‌کنند.

نصب مستقل
حال بیایید مزایا و مضرات سیستم‌های ارتینگ نول در رابطه با EMC را مشاهده کنیم:

 سیستم TT

مزایا

• ولتاژ نول ثابت است.
• جریان های خطا کم است.

 

معایب

• اتصال زمین منبع و اتصال زمین بار از هم جدا شده و از توان کمتری برخوردار هستند. امپدانس اتصال زمین بار می‌تواند زیاد باشد.
• هادی PE یک مرجع ولتاژ قابل اعتماد نیست ، و در نتیجه نیاز به پیوندهای اضافی هم پتانسیلی دارد.
• برخورد صاعقه اضافه ولتاژ دیفرانسیلی ایجاد می‌کند (  عدم توازن سه فاز)

 

 سیستم ارتینگ IT

مزایا

• جریان های خطا کم‌است.
• محافظت مناسب در برابر صاعقه انجام‌شده ، اما خطر ایجاد جرقه در امپدانس نول و در نتیجه نیاز به حفاظت در برابر اضافه ولتاژ ناگهانی (برقگیر) می‌باشد.

معایب

• ولتاژ زمین “بار” در رابطه با منبع ثابت نیست و در نتیجه با توجه به قسمت‌های رسانا ثابت نیست.
• افزایش ولتاژ زمین (رعد و برق مستقیم) و یا پس از اولین خطا: از دست دادن مرجع برای دستگاه های الکترونیکی.
• گردش جریانهای دائمی توسط کوپلینگ خازنی بین هادیهای برقدار و زمین.

 

2.3 TN-S

مزایا

• تنها “منبع” و “بار” ولتاژ مرجع ، زمین به عنوان یک هادی و هم پتانسیلی هادی در معرض استفاده نمی‌شود
• امپدانس پایین
• امپدانس پایین مدار حفاظتبه دلیل نیاز به حمل جریان های خطای بالا.

 

معایب

• قوانین و تجهیزات ویژه نصب (5 سیم).
• احتمال انتقال و انعکاس اختلال در نول اگر هم پتانسیلی بین نول و هادی Pe  و یا اگر در مسیر خود متفاوت باشند.
• جریان‌های خطای بالا.
• برخورد رعد و برق باعث اضافه ولتاژ تفاضلی می‌شود‌( عدم توازن سه فاز)

 

بنابراین ، کدام سیستم بهترین‌است؟

به طور کلی تایید شده‌است که سیستم TN-s بهترین سازش از نظر EMC دارا است. با استفاده از افزودن حفاظت کننده های اضافه ولتاژ که حالتهای متداول و دیفرانسیل را با هم دارند ، می‌توان محدودیت های این سیستم را از بین برد.

در هر مدار خروجی ، استفاده از RCBO های سازگار با جریان های نشت باعث می‌شود جریان ها در صورت بروز خطا محدود شود.

سیستم TN-C به دلیل گردش جریانهای خطای بالا در هادی PEN توصیه نمی‌شود . سیستم‌های ارتینگ

سیستم‌های ارتینگ

لینک مرتبط: 

ارت پست برق – هم بندی – ارتینگ تجهیزات پست برق – چاه ارت ترانسفورماتور