مبانی سیستم های الکتریکی زمین
این مقاله پیچیدگی های موجود در زمینه اساسی زمین را برای عملکرد صحیح و بدون عیب سیستم های الکتریکی را تجزیه می کند. زمین یا ارتینگ موضوعی اساسی برای عملکرد صحیح سیستم ها و دستگاه های الکتریکی است. با این حال، افراد کمی این موضوع یا دلیل استفاده از آن را درک می کنند. زمینه سازی یک موضوع بزرگ پر از استانداردها، قوانین عملی، تصورات غلط، شگفتی ها و جادو است. قوانین زمینی بسیار دشوار است و گاهی اوقات نامشخص به نظر می رسد.
این مقاله مقدماتی اصول اساسی زمین‌سازی را مورد بحث قرار می‌دهد، مروری بر کاربردهای اصلی زمین‌سازی ارائه می‌کند و مبنایی برای بررسی این کاربردها از اول تا آخر قرار می‌دهد.
گراندینگ چیست؟
در تجزیه و تحلیل تاسیسات الکتریکی، شما به طور مکرر اصطلاحات زمین، زمین و زمین را مشاهده خواهید کرد. تعاریف رسمی متعددی از این اصطلاحات در استانداردها و کدهای مختلف وجود دارد. با این حال، همانطور که از نام آن پیداست، اتصال زمین اتصال سیستم الکتریکی، دستگاه های الکتریکی و محفظه های فلزی به زمین است. به ارتینگ یعنی اتصال به زمین نیز معروف است.
حتی اگر سیستم‌های الکتریکی غیرزمینی وجود داشته باشند – چه به این دلیل که توسط کدها یا به دلایل عملیاتی از اتصال به زمین مستثنی شده‌اند. بیشتر آرایه‌ها به یک روش به زمین متصل می‌شوند.
آیا زمین رسانای الکتریسیته است؟
اگرچه بهترین نیست، بله، زمین یک رسانای الکتریکی است. برای انتقال جریان های خطا، سیگنال ها و امواج رادیویی استفاده می شود.
انتشار امواج زمینی به ویژه در بخش فرکانس پایین و متوسط طیف رادیویی مهم است. آنتن‌های رادیویی با فرکانس پایین زیرزمینی وجود دارند که در اوایل قرن بیستم ساخته شدند. این خاصیت الکتریکی زمانی که رعد و برق به سمت و سوی زمین حرکت می کند قابل مشاهده می شود.
همچنین دانستن این نکته مهم است که گاهی اوقات زمین به عنوان یک رسانا دارای پتانسیل صفر فرض می شود و در بسیاری از اندازه گیری های ولتاژ به عنوان مرجع در نظر گرفته می شود.
اتصال زمین سیستم قدرت بسیار مهم است زیرا بیشتر خطاها شامل زمین می شوند. سپس نقش اساسی در حفاظت از اجزای خود و همچنین ایمنی برای اپراتور دارد. روش های مختلفی برای اتصال به زمین برای اتصال یک سیستم الکتریکی به زمین وجود دارد. در ادامه به هر نوع نگاه می کنیم.
مطالب پیشنهادی: سیستم ارت چیست؟
زمینی شدن سیستم
اتصال زمین سیستم به محدودیت مقادیر تعریف شده ولتاژ به زمین در هر قسمت از سیستم الکتریکی اشاره دارد. نقطه انتقال جریان سیستم الکتریکی را به زمین، یعنی خنثی ترانسفورماتورها و تجهیزات دوار و همچنین خطوط متصل می کند.
زمین خنثی
هنر و علم زمینه سازی خنثی در این تحلیل از اهمیت بالایی برخوردار است. انتخابی از روش‌ها برای زمین‌کردن نول در ترانسفورماتورها و تجهیزات دوار برای کنترل نرخ خطا و اختلالات گذرا پدید آمده است و تداوم سرویس را بهبود می‌بخشد. انواع اصلی زمین خنثی عبارتند از:
غیر زمینی: زمین به طور عمدی انجام نمی شود، اما سیستم به دلیل ظرفیت طبیعی آن نسبت به زمین، زمین است.
از طریق امپدانس
مقاومت – مقاومت بالا، مقاومت کم
راکتانس – راکتانس بالا، رزونانس (راکتانس بالا، همچنین)، راکتانس کم
جامد (موثر)
بیشتر زمین های خنثی جامد هستند. در این روش خنثی در پتانسیل زمین نگه داشته می شود که مزایای زیر را دارد:
- ولتاژ اعمال شده به عایق تجهیزات را محدود می کند. به یاد داشته باشید که مواد مورد استفاده در عایق باید بتوانند ولتاژ اعمال شده را تحمل کنند.
- ولتاژ سیستم را به زمین یا محفظه های تجهیزات محدود می کند، در شرایط عادی و خطا، افزایش ایمنی پرسنل.
- اضافه ولتاژهای گذرا بالقوه را به حداقل می رساند.
- منبعی برای رله کردن جریان خطای زمین فراهم می کند که امکان پاک کردن سریع خطا را فراهم می کند.
سایر روش‌های زمینه‌سازی
سایر روش‌های اتصال زمین گاهی اوقات در سیستم‌های 600 ولت و پایین‌تر استفاده می‌شوند.
- اتصال به زمین
- ترانسفورماتور زمین زیگزاگ
- گوشه دلتا
- اتصال به زمین میان فاز
تجهیزات و زمین ایمنی
باید از مردم محافظت کرد زیرا مقدار کمی جریان در بدن ممکن است باعث آسیب بزرگ یا مرگ شود.
اتصال به زمین تجهیزات تمام قطعات فلزی غیر حامل جریان سیستم سیم کشی یا دستگاه را به زمین متصل می کند. به عنوان مثال می توان به کابینت تجهیزات سرویس، قاب ترانسفورماتورها و موتورها، لوله و جعبه های فلزی، سپر فلزی کابل های محافظ، تیرها، برج ها و موارد دیگر اشاره کرد.
اتصال به زمین تجهیزات ولتاژ بین قطعات غیر حامل جریان و بین این قطعات و زمین را به مقدار ایمن محدود می کند و حفاظت را افزایش می دهد. همچنین امکان پاک کردن سریع عیب را فراهم می کند.
علاوه بر این، برای محافظت از مردم و حیوانات در مجاورت، نیروگاه‌ها و پست‌های برق روی تشک‌های زمینی ساخته می‌شوند. این عمل پتانسیل شوک الکتریکی را به حداقل می رساند.
اتصال تجهیزات برای رعایت استانداردهای ایمنی
اتصال شامل اتصال تمام قطعات فلزی غیرحامل جریان نصب است تا از تداوم و هدایت الکتریکی اطمینان حاصل شود. به این ترتیب قطعات فلزی در یک پتانسیل مشترک و حداقل در بالای سطح زمین قرار می گیرند. کدها به پیوند در آرایه های زمینی و غیر زمینی نیاز دارند.
این اتصال متقابل به عنوان یک مسیر امپدانس پایین عمل می کند که جریان خطای زمین را به طور ایمن هدایت می کند و به عملکرد سریع دستگاه های حفاظتی جریان اضافه بر روی یک سیستم متصل به زمین و همچنین عملکرد آشکارسازهای خطای زمین بر روی سیستم های زمین دار با امپدانس بالا و روی سیستم های غیر زمینی کمک می کند.
کدها همچنین به اتصال قطعات فلزی ساختمان (غیر الکتریکی) می پردازند که ممکن است به طور تصادفی انرژی بگیرند.
حفاظت در برابر الکتریسیته ساکن با زمین استاتیک
هدف از کنترل بارهای ساکن حفاظت از افراد و اموال است.
اصطکاک بین دو سطح از مواد عایق می تواند باعث انتقال الکترون ها از یک سطح به سطح دیگر شود و اختلاف پتانسیل هزاران ولت ایجاد کند. این اختلاف پتانسیل می تواند باعث ایجاد جرقه های ساکن شود که منبع آتش سوزی و انفجار هستند.
قطعات و تجهیزات الکترونیکی قادر به تحمل توان لحظه ای تولید شده توسط استاتیک نیستند. چندین روش برای محافظت در برابر خطرات الکتریسیته ساکن وجود دارد که اتصال زمین و اتصال دو مورد از آنهاست.
اتصال زمین استاتیک اتصال زمین با مقاومت کم را فراهم می کند و تولید الکتریسیته ساکن را کاهش می دهد. این عمل از ایجاد جرقه بین بدن ها جلوگیری می کند.
مکان‌های خطرناک برای اتصال زمین اهمیت ویژه‌ای دارند زیرا ممکن است مواد قابل اشتعال یا اشتعال داشته باشند و جرقه‌های ناشی از استاتیک می‌تواند جو را مشتعل کند.
القای الکترواستاتیک همچنین ممکن است منشاء شرایط گذرا باشد که باعث ایجاد رویدادهای غیرعمدی در مدارهای مجاور، تولید عملیات رله کاذب، خاموش شدن قطع کننده های مدار، یا سیگنال های کاذب در مدارهای کنترلی می شود.
زمین حفاظت در برابر صاعقه
حفاظت در برابر صاعقه نقش اساسی در طراحی و بهره برداری از سیستم های قدرت الکتریکی دارد. در مناطقی با طوفان های مکرر، رعد و برق شایع ترین علت قطع و خسارات است.
یک سیستم حفاظت از صاعقه صاعقه را قطع یا منحرف می کند و مسیر خاصی را برای هدایت ایمن نوسانات به زمین توسط هادی های پایین کافی به الکترودهای زمین فراهم می کند. بنابراین، به جلوگیری از حوادث فاجعه بار مانند آتش سوزی، جراحات و مرگ کمک می کند.
علاوه بر سیستم‌های قدرت الکتریکی، سازه‌های بلند مانند دودکش‌ها، مخازن، برج‌ها و ساختمان‌ها ممکن است به سیستم‌های حفاظت در برابر صاعقه نیاز داشته باشند، اگرچه همه اشیا یا سازه‌ها در یک مکان معین به آنها نیاز ندارند. باز هم، مکان های خطرناک مهم هستند زیرا صاعقه جرقه ایجاد می کند و خطر آتش سوزی و انفجار زیاد است.
به خاطر داشته باشید که محافظت 100٪ از سازه در برابر ضربه های مستقیم غیرممکن است، مگر اینکه آن را به طور کامل با فلز محصور کنید.
در مورد سیستم های انتقال، یک سیستم سیم زمین که به خوبی طراحی شده باشد می تواند میزان قطعی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد زیرا با دریافت ضربه مستقیم صاعقه، هادی های فاز را محافظت می کند.
محافظت در برابر اضافه ولتاژهای ناشی از رعد و برق
اضافه ولتاژهای گذرا رویدادهای روزانه در سیستم های قدرت الکتریکی هستند. سوئیچینگ آغازگر اصلی آنهاست، اما کنترل نوسانات سوئیچینگ نسبتا آسان است. با این حال، رعد و برق شدیدترین و مدیریت آن دشوار است. آنها ممکن است ولتاژ سیستم را تا چند برابر ولتاژ نامی افزایش دهند. اگر تجهیزات موجود در سیستم قدرت در برابر امواج صاعقه ای محافظت نشوند، آسیب قابل توجهی رخ می دهد.
جریان بیش از حد سیم های زمین، علاوه بر محافظت در برابر ضربات مستقیم صاعقه، اثرات نوسانات القایی را کاهش می دهد.
به همین ترتیب، برقگیرها به صورت شنت در سراسر قطعات تجهیزات الکتریکی متصل می شوند تا جریان های گذرا را به زمین منحرف کنند.
تکنیک های زمین برای حفاظت از تجهیزات الکترونیکی
کامپیوترها، سیستم های ارتباطی، ابزار دقیق و تجهیزات کنترلی برای عملکرد صحیح نیاز به زمین مناسب دارند. اغلب اوقات، زمین ایمنی تجهیزات برای تجهیزات الکترونیکی مانند هر نوع دستگاه دیگری است. گاهی اوقات تکنیک های زمینی خاص، متفاوت از روش های معمولی زمین ایمن، برای تجهیزات الکترونیکی اعمال می شود، اما باید مراقب بود که این تکنیک ها منجر به اقدامات ناایمن شوند.
برخی از سیستم های توزیع برق برای تجهیزات الکترونیکی به اشتباه به منظور به حداقل رساندن میزان نویز الکتریکی مشاهده شده در سیستم زمین نصب شده اند. اما این تاسیسات با قوانین قانون ملی برق (NEC) مطابقت ندارد و ایمنی پرسنل را به خطر می اندازد.
حفاظت از مدارهای داده در برابر اختلال یا آسیب همیشه مستلزم اتصال به زمین نیست، اگرچه اتصال زمین خوب این حفاظت را آسان تر می کند.
مروری بر تکنیک ها و موارد استفاده از زمین
- یکی از مهم ترین اما کم درک شده ترین ملاحظات در طراحی سیستم های الکتریکی، زمین است.
- زمین از اتصال امپدانس کم به زمین تشکیل شده است. زمین یک هادی ضعیف است اما برای این منظور به اندازه کافی خوب است.
- زمین در عملکرد صحیح سیستم های الکتریکی اعم از برق و الکترونیک و همچنین محافظت از افراد نقش اساسی دارد.
- اتصال زمین سیستم به شناسایی و پاک کردن خطاهای زمین کمک می کند.
- اتصال زمین تجهیزات مسیر بازگشتی را برای جریان خطای زمین فراهم می کند.
- پیوند تداوم و هدایت الکتریکی را حفظ می کند.
- زمین استاتیک از ایجاد الکتریسیته ساکن جلوگیری می کند و احتمال آتش سوزی یا انفجار را در جاهایی که مواد خطرناک جابجا می شود کاهش می دهد.
- زمین حفاظت از صاعقه به محافظت از سازه ها و تجهیزات در برابر ضربه های مستقیم کمک می کند.
- سیم های زمین بالای سر و برقگیرها، متصل به زمین، می توانند ولتاژهای خطرناک سیستم را به مقادیر ایمن محدود کنند.
- اساساً، اتصال به زمین یک سیستم الکترونیکی مانند اتصال زمین هر سیستم الکتریکی است. با این حال، برای جلوگیری از ایجاد شرایط خطرناک توسط تکنیک های زمینی خاص، باید مراقب بود.