venus4164
عضو جدید
از جمله مباحث بسیار مهم در سیستم های الكتریكی ، مسئله زمین كردن است. منظور از زمین كردن ، متصل نمودن نقاط خاصی از سیستم توزیع برق و تجهیزات برقی ، به الكترودهای خاصی كه به همین منظور در خاك دفن شده اند می باشد. مجموعه الكترودهای مدون را سیستم زمین و اتصال نقاط خاص به این سیستم را زمین كردن یا اتصال به زمین می نامند. اهداف عمده زمین كردن ایمنی انسان از برق گرفتگی ، كاهش ضایعات به تجهیزات و عملكرد صحیح و هماهنگ وسایل حفاظتی می باشد.
بسته به اینكه چه نقاطی به زمین (الكترودها) متصل می شود دو نوع عمده زمین كردن به وجود آمده است كه عبارتند از :
1- زمین كردن الكتریكی
در این نوع زمین كردن یك نقطه از سیستم برقدار – عملا نقطه خنثی منابع تغذیه مثل نقطه خنثی ترانسفورماتور و ژنراتور زمین می شود. هدف از این نوع زمین كردن ، حفاظت تجهیزات الكتریكی و عملكرد صحیح سیستم از نظر فنی است.
2- زمین كردن حفاظتی :
در زمین كردن حفاظتی ، كلیه وسایل فلزی غیر برقدار تاسیسات ، نظیر بدنه فلزی موتور و ژنراتور ،
تانك ترانسفورماتور ، بدنه تابلوها ، غلاف فلزی كابل ، بدنه برجهای انتقال و استراكچر فلزی ساختمان و انواع لوله كشی های آب و گاز به زمین متصل می شوند.
3- سایر موارد :
علاوه بر دو نوع عمده زمین كردن الكتریكی و حفاظتی كه در سیستم های برقی اجرا می گردد موارد زیر نیز وجود دارد :
- زمین كردن برق گیر و سیستم صاعقه با هدف هدایت ایمن جریان صاعقه به زمین و نتیجتا حفاظت ساختمان ، خطوط انتقال و تجهیزات الكتریكی در برابر تخلیه جریان صاعقه.
- زمین كردن سطوحی كه امكان جمع آوری الكتریسیته ساكن را دارند با هدف حفاظت از جان انسان ها و تجهیزات.
الكترود زمین
الكترودهای مدفون در زمین دارای مقاومت الكتریكی می باشند كه مقاومت الكترود یا مقاومت زمین نامیده میشود. مقاومت اهمی هادی الكترود ها نقشی در این مقاومت ندارد و تنها دو عامل جنس خاك و نحوه چیدمان الكترودها تعیین كننده می باشند ، به طوری كه مقاومت زمین ، در واقع مقاومت تماس رها با خاك است. مقدار این مقاومت از نظر تامین اهداف زمین كردن بایستی تا حد امكان كم باشد. مقاومت زمین به طول الكترودها ، جنس خاك و زطوبت آن بستگی دارد.
انواع الكترود زمین :
الكترود زمین مجموعه ای از سیم ، میله و صفحه هادی است كه از نظر فرم هندسی و نحوه دفن در خاك دارای انواع ذیل می باشد : قابل توجه است كه جنس فلز الكترود در مقاومت زمین تاثیری نداشته و عامل موثر ، مقاومت ویژه الكتریكی خاك است. انواع الكترودها را می توان به صورت زیر بیان كرد :
- الكترود قائم
- الكترود افقی
- الكترود صفحه ای
- الكترود گسترده
- الكترود طبیعی
مقاومت الكترود زمین :
الكترودهای مدفون در خاك دارای مقاومت الكتریكی می باشند كه مقاومت زمین یا مقاومت الكترود نامیده می شود.
عامل عمده در تعیین مقدار مقاومت ، مقاومت ویژه الكتریكی خاك است و قطر ، طول و عمق دفن الكترود دارای تاثیر ، و جنس فلز الكترود بدون تاثیر است .
از آنجا كه مقاومت ویژه خاك به رطوبت ، دما ، دانه بندی و نحوه پخش دانه و تراكم آنها بستگی دارد و این عوامل جنبه محلی دارند لذا مقادیر واقعی را باید با اندازه گیری محلی به دست آورد. مقاومت ویژه خاك خشك زیاد است ، در عین حال مقاومت خاك مرطوب هم اگر حاوی نمك محلول نباشد می تواند زیاد باشد . از آنجه كه مقاومت كمیتی است بین دو نقطه ، لذا لازم است روشن گردد كه با معلوم بودن یك نقطه از الكترود نقطه دوم مقاومت زمین در كجا واقع شده است .
پتانسیل زمین :
با عبور جریان I از الكترود T به لایه های خاك اطراف ، افت ولتاژ در مقاومت الكترود و نتیجتا در سطح زمین اطراف الكترود پدید می آید و ولتاژ الكترود نسبت به جرم كلی زمین ( نقطه دور ) را بالا می بر ، به طوریكه هادیها و تجهیزات متصل به الكترود دارای ولتاژ می شوند. این ولتاژ می تواند برای انسان و تجهیزات خطرناك باشد.
ماكزیموم ولتاژ در نزدیكی الكترود ظاهر می گردد و با افزایش فاصله از الكترود از مقدار آن كاسته می گرددتا اینكه در ( نقطه دور) به صفر برسد.
در مواردی كه اختلاف ولتاژ زیاد باشد لازم است نوعی حفاظ پیش بینی شود كه از تماس افراد با خود الكترود و زمین های اطراف آن تا شعاع 1 الی 2 متری جلوگیری كند.
خطرات وجود اختلاف پتانسیل در اطراف الكترود
در شرایط عادی كه جریانی از الكترود به زمین عبور نمی كند یا جریان نشتی در صورت وجود كم است ، شیب منحنی ولتاژ هم ناچیز و اختلاف پتانسیل بین نقاط مختلف سطح زمین در جهت شعاعی از الكترود بسیار كوچك است . ولی هنگام عبور جریان های بزرگ اتصال كوتاه از الكترود به داخل حجم زمین ، احتمال وجود اختلاف پتانسیل های بزرگ بین نقاط مختلف اطراف الكترود وجود دارد كه برای انسان و برخی از تجهیزات الكتریكی مانند كابل های مخابراتی ، كنترل و خصوصا انتقال داده ها ( رایانه ) كه در برابر ولتاژ های بالا مقاوم نیستند بسیار خطرناك خواهد بود.
در محاسبات سیستم زمین مقادیر ولتاژ ها به كمك معادلات مشخصی تعیین و سپس با مقادیر مجاز مقایسه می گردد تا از بی خطر بودن آنها اطمینان حاصل شود. ولتاژ هایی كه می توانند خطرآفرین باشند عبارتند از :
- ازدیاد پتانسیل زمین : ماكزیموم پتانسیلی است كه الكترود زمین یك سیستم می تواند نسبت به نقطه دور داشته باشد.
- ولتاژ گام : اختلاف پتانسیل بین دو نقطه در سطح زمین به فاصله یك قدم را ولتاژ گام می نامند.
- ولتاژ تماس : ولتاژی كه بین دو ددست و یا بین دست و پا می تواند وجود داشته باشد را ولتاژ تماس می نامند.
- ولتاژ های انتقالی : یك نوع خاص از ولتاژ تماس است كه می تواند از یك سیستم زمین خطا دیده به یك نقطه دور منتقل شود.
بسته به اینكه چه نقاطی به زمین (الكترودها) متصل می شود دو نوع عمده زمین كردن به وجود آمده است كه عبارتند از :
1- زمین كردن الكتریكی
در این نوع زمین كردن یك نقطه از سیستم برقدار – عملا نقطه خنثی منابع تغذیه مثل نقطه خنثی ترانسفورماتور و ژنراتور زمین می شود. هدف از این نوع زمین كردن ، حفاظت تجهیزات الكتریكی و عملكرد صحیح سیستم از نظر فنی است.
2- زمین كردن حفاظتی :
در زمین كردن حفاظتی ، كلیه وسایل فلزی غیر برقدار تاسیسات ، نظیر بدنه فلزی موتور و ژنراتور ،
تانك ترانسفورماتور ، بدنه تابلوها ، غلاف فلزی كابل ، بدنه برجهای انتقال و استراكچر فلزی ساختمان و انواع لوله كشی های آب و گاز به زمین متصل می شوند.
3- سایر موارد :
علاوه بر دو نوع عمده زمین كردن الكتریكی و حفاظتی كه در سیستم های برقی اجرا می گردد موارد زیر نیز وجود دارد :
- زمین كردن برق گیر و سیستم صاعقه با هدف هدایت ایمن جریان صاعقه به زمین و نتیجتا حفاظت ساختمان ، خطوط انتقال و تجهیزات الكتریكی در برابر تخلیه جریان صاعقه.
- زمین كردن سطوحی كه امكان جمع آوری الكتریسیته ساكن را دارند با هدف حفاظت از جان انسان ها و تجهیزات.
الكترود زمین
الكترودهای مدفون در زمین دارای مقاومت الكتریكی می باشند كه مقاومت الكترود یا مقاومت زمین نامیده میشود. مقاومت اهمی هادی الكترود ها نقشی در این مقاومت ندارد و تنها دو عامل جنس خاك و نحوه چیدمان الكترودها تعیین كننده می باشند ، به طوری كه مقاومت زمین ، در واقع مقاومت تماس رها با خاك است. مقدار این مقاومت از نظر تامین اهداف زمین كردن بایستی تا حد امكان كم باشد. مقاومت زمین به طول الكترودها ، جنس خاك و زطوبت آن بستگی دارد.
انواع الكترود زمین :
الكترود زمین مجموعه ای از سیم ، میله و صفحه هادی است كه از نظر فرم هندسی و نحوه دفن در خاك دارای انواع ذیل می باشد : قابل توجه است كه جنس فلز الكترود در مقاومت زمین تاثیری نداشته و عامل موثر ، مقاومت ویژه الكتریكی خاك است. انواع الكترودها را می توان به صورت زیر بیان كرد :
- الكترود قائم
- الكترود افقی
- الكترود صفحه ای
- الكترود گسترده
- الكترود طبیعی
مقاومت الكترود زمین :
الكترودهای مدفون در خاك دارای مقاومت الكتریكی می باشند كه مقاومت زمین یا مقاومت الكترود نامیده می شود.
عامل عمده در تعیین مقدار مقاومت ، مقاومت ویژه الكتریكی خاك است و قطر ، طول و عمق دفن الكترود دارای تاثیر ، و جنس فلز الكترود بدون تاثیر است .
از آنجا كه مقاومت ویژه خاك به رطوبت ، دما ، دانه بندی و نحوه پخش دانه و تراكم آنها بستگی دارد و این عوامل جنبه محلی دارند لذا مقادیر واقعی را باید با اندازه گیری محلی به دست آورد. مقاومت ویژه خاك خشك زیاد است ، در عین حال مقاومت خاك مرطوب هم اگر حاوی نمك محلول نباشد می تواند زیاد باشد . از آنجه كه مقاومت كمیتی است بین دو نقطه ، لذا لازم است روشن گردد كه با معلوم بودن یك نقطه از الكترود نقطه دوم مقاومت زمین در كجا واقع شده است .
پتانسیل زمین :
با عبور جریان I از الكترود T به لایه های خاك اطراف ، افت ولتاژ در مقاومت الكترود و نتیجتا در سطح زمین اطراف الكترود پدید می آید و ولتاژ الكترود نسبت به جرم كلی زمین ( نقطه دور ) را بالا می بر ، به طوریكه هادیها و تجهیزات متصل به الكترود دارای ولتاژ می شوند. این ولتاژ می تواند برای انسان و تجهیزات خطرناك باشد.
ماكزیموم ولتاژ در نزدیكی الكترود ظاهر می گردد و با افزایش فاصله از الكترود از مقدار آن كاسته می گرددتا اینكه در ( نقطه دور) به صفر برسد.
در مواردی كه اختلاف ولتاژ زیاد باشد لازم است نوعی حفاظ پیش بینی شود كه از تماس افراد با خود الكترود و زمین های اطراف آن تا شعاع 1 الی 2 متری جلوگیری كند.
خطرات وجود اختلاف پتانسیل در اطراف الكترود
در شرایط عادی كه جریانی از الكترود به زمین عبور نمی كند یا جریان نشتی در صورت وجود كم است ، شیب منحنی ولتاژ هم ناچیز و اختلاف پتانسیل بین نقاط مختلف سطح زمین در جهت شعاعی از الكترود بسیار كوچك است . ولی هنگام عبور جریان های بزرگ اتصال كوتاه از الكترود به داخل حجم زمین ، احتمال وجود اختلاف پتانسیل های بزرگ بین نقاط مختلف اطراف الكترود وجود دارد كه برای انسان و برخی از تجهیزات الكتریكی مانند كابل های مخابراتی ، كنترل و خصوصا انتقال داده ها ( رایانه ) كه در برابر ولتاژ های بالا مقاوم نیستند بسیار خطرناك خواهد بود.
در محاسبات سیستم زمین مقادیر ولتاژ ها به كمك معادلات مشخصی تعیین و سپس با مقادیر مجاز مقایسه می گردد تا از بی خطر بودن آنها اطمینان حاصل شود. ولتاژ هایی كه می توانند خطرآفرین باشند عبارتند از :
- ازدیاد پتانسیل زمین : ماكزیموم پتانسیلی است كه الكترود زمین یك سیستم می تواند نسبت به نقطه دور داشته باشد.
- ولتاژ گام : اختلاف پتانسیل بین دو نقطه در سطح زمین به فاصله یك قدم را ولتاژ گام می نامند.
- ولتاژ تماس : ولتاژی كه بین دو ددست و یا بین دست و پا می تواند وجود داشته باشد را ولتاژ تماس می نامند.
- ولتاژ های انتقالی : یك نوع خاص از ولتاژ تماس است كه می تواند از یك سیستم زمین خطا دیده به یك نقطه دور منتقل شود.
