تحقیق طراحی پست های فشار قوی (سیستم زمین)

اتصال زمین یا ارت

    بسیاری از خطرات برای اشخاص و تاسیسات الکتریکی بر اثر وجود سیستم اتصال زمین ضعیف یا عدم وجود اتصال زمین تجهیزات الکتریکی به وجود می آید. یک سیستم فشار ضعیف زمین شده نسبت به یک سیستم زمین نشده حوادث کمتری برای کارکنان در بر دارد. در یک سیستم زمین نشده با وجود متعادل بودن ولتاژ فازها ، تماس عمدی یا اتفاغی با هر کدام از فازها ممکن است خطر شوک الکتریکی جدی در بر داشته باشد.

مادامی که یک اتصالی به زمین (ارت فالت) روی یک فاز سیستم زمین نشده یا سیستم زمین شده رخ می دهد، شخصی که با یکی از فازهای دیگر سیستم و زمین تماس می‌گیرد، تحت ولتاژی برابر  برابر ولتاژ سیستم دارای نول زمین شده قرار می گیرد.

از دیگر خطرات عدم وجود سیستم اتصال زمین مناسب، خطر آتش سوزی و خسارت سنگین تجیهزات  و تاسیسات است پس یکی از راههای پیش گیری از حوادث جانی و تاسیساتی داشتن اتصال زمین مناسب می باشد.

ارت یا زمین کردن[1]

   اتصال زمین یا ارت شامل یک اتصال مصنوعی برق به زمین است که مقاومت بسیار کمی برای عبور جریان دارد. در حقیقت کلمه «زمین» د رکارهای برقی به زمین دارای پتانسل صفر اطلاق می شود وقتی که یک نقطه از شبکه زمین شود آن را تک زمینی[2] و وقتی که در نقاط مختلفی زمین شده باشد، آن را چند زمینی[3] می نامند.

زمین کردن و یا ارت نمودن یک سیستم الکتریکی، فرایند اتصال همه قطعات فلزی یا بدنه های فلزی دستگاههای الکتریکی( به غیر از هادی های اصلی مدار برق) به زمین می باشد و هدف از آن انتقال هر نوع نشتی انرژی الکتریکی در بدنه فلزی دستگاهها به زمین به منظور حفاظت جان کارکنان یا تجهیزات است

هر سیستم اتصال زمین یا ارت دارای دو قسمت جدا ولی مرتبط می باشد:

الف یک هادی یا سیم کم مقاومت برای همبندی یا اتصال بدنه های فلزی دستگاههای الکتریکی

ب  یک الکترود یا دسته ای از الکترودهای قرار داده شده در زمین

دستیابی به یک سیستم اتصال زمین خوب یا دارای مقاومت استاندارد ممکن است مشکل باشد ولی عوامل اصلی تعیین کننده شامل شکل و جنس الکترود و مقاومت مخصوص خاک است و در حقیقت زمین هادی الکتریسته است و مقاومت آن بستگی به نوع ترکیبات خاک دارد مثلا در قسمتی که شن و ماسه خشک و قلوه سنگ می باشد مقاومت زمین خیلی زیاد بوده  ولی خاک مرطوب و رس دارای مقاومت کم است

استفاده از زمین به منزله یک سیم برای برگشت جریان

   اگرچه مقاومت زمین به طور نسبی زیاد است ولی هادی جریان بوده، آن را در جهات مختلف نقاط زمین عبور می دهد همین امر باعث می شود که سطح مقطع مسیر عبور جریان افزایش یابد  و مقدار شدت جریان کمتر شود به این ترتیب افت ولتاژ نیز کمتر می شود. (V=IR)

از خاصیت هدایت زمین جهت برگشت جریان در سیستم های تولید و انتقال نیرو استفاده می شود و جریان بارهای نامساوی از طریق زمین به منبع تولید نیرو برگشت می کند برای مثال، در شکل زیر اگر جریان فاز A بیشتر از دو فاز دیگر باشد جمع برداری جریانها در نقطه N (نول) صفر نبوده جریان اضافی از طریق زمین  به منبع نیرو برگشت  می نماید.

برگشت جریان از طریق زمین

همچنین چنانچه در یکی از فازهای سیستم، اتصالی بروز کند (مثلا مقره خط بشکند و با زمین تماس پیدا کند  یا این تماس در اثر برخورد شاخه درخت و غیره باشد) جریان از طریق زمین برگشت می نماید. معمولا برای رفع این اتصالی با استفاده از دستگاههای حفاظتی رله ، جریانهای اضافی و جریانی که در نقطه خنثی عبور می کند ، اندازه گیری می شود و قسمت معیوب از سیستم جدا می گردد. در ضمن هنگام اتصال زمین شدن هر یک از فازها ولتاژ دو فاز دیگر افزایش می یاید. بنابراین زمین کردن نقطه خنثی سبب می شود که در افزایش این ولتاژ محدودیت حاصل شود در نتیجه، سیستم در مقابل ازدیاد ولتاژ حفاظت گردد.

شکل شماره 22 برگشت جریان اتصالی به منبغ تغذیه از طریق زمین

هدف از به کار بردن اتصال زمین (ارت)

1 درست عمل کردن دستگاههای برق گیر.

2 فراهم شدن سرعت کافی جهت کشف اتصالات و اشکالات توسط رله ها و بر طرف شدن فوری عیب سیستم.

3 ممانعت از افزایش ولتاژ سیستم در اثر بروز اتصالی، و افت ولتاژ بر اثر عدم تعادل بار.

4 مجافظت جان کارکنان، اعم از اپراتور، تعمیرکار و غیره در مقابل برق زدگی.

5 حفاظت دستگاههای الکتریکی.

انواع زمین کردن یا ارت

    در تاسیات برقی دو نوع زمین کردن (ارت) وجود دارد: زمین کردن حفاظتی و زمین کردن الکتریکی

زمین کردن حفاظتی

عبارت است از زمین کردن کلیه قطعات فلزی  تاسیسسات الکتریکی که در ارتباط مستقیم با مدار الکتریکی نسیتند این روش بخصوص برای حفاظت اشخاص در مقابل ولتاژ تماسی به کار می رود.

در صورت اتصال یک سیم برق دار  به بدنه هادی دستگاه الکتریکی، اختلاف پتانسیلی بین بدنه دستگاه و زمین  به وجود می آید و اگر شخصی بدنه دستگاه را لمس کند، بین محل تماس بدن او به دستگاه و زمین ولتاژی به نام ولتاژ تماسی ایجاد می شود. در صورت بیش تر بودن آن از 50 ولت خطرناک خواهد بود

مثال اگر یک مقره اتکایی که روی دیوار مرطوبی نصب شده بشکند و هادی فشار قوی با دیوار تماس پیدا کند و جریان پیدا کند و جریان اتصال زمین در این حالت 25 آمپر و مقاومت هر متر دیوار 10 اهم باشد، بین دو نقطه از دیوار که انسان با آن تماس دارد (فاصله دست و پا تقریبا 2متر) اختلاف سطح الکتریکی برابر است با:

ولت  500 = 10×2×25= IR=V

زمین کردن الکتریکی

   یعنی زمین کردن نقطه ای از دستگاه الکتریکی که جزیی از مدار الکتریکی است؛ مثل زمین کردن مرکز ستاره سیم پیچی ترانسفورماتور یا ژنراتور.

این زمین کرن به خاطر کار صحیح  دستگاهها و جلوگیری از ازدیاد فشار الکتریکی فازهای سالم نسبت به زمین در موقع تماس یکی از فازها با زمین صورت می گیرد؛ مثال زمین کردن سیم نول شبکه و مرکز ستاره ترانسفورماتور سه فاز و ترمینال K ثانویه C.T و P.T. (ترانسفورماتورهای جریان و لتاژ)

مقاومت مخصوص زمین

عبارت است از مقاومت یک متر مکعب  از زمین به ابعاد متر 1× متر  1×متر 1 که بین دو الکترود صفحه ای سنجیده شده باشد البته این مقاومت به نوع مواد تشکیل دهنده زمین بستگی دارد.

مقاومت مخصوص بعضی از انواع زمین

متر

 مقاومت اتصال زمین

    مقاومت زمین اثر بسیار مهمی بر تاسیسات الکتریکی دارد. اولا به دلایل ایمنی، بیشتر تاسیسات الکتریکی به زمین اتصال یا ارت شده اند ثانیا بعضی از خطوط انتقال dc (جریان مستقیم) ولتاژ بالا، از زمین به عنوان هادی برگشتی استفاده می کنند تا جریانی حدود چند آمپر را حمل کنند ثالثا چون زمین هادی نسبتا خوبی است یک مسیری برای جریان های نشتی مختلف ایجاد می نماید.

مقاومت مخصوص خاک بین 5 اهم متر تا 5000 اهم متر بستگی به ترکیبات آن (خاک رس، شن، گرانیت و غیره) و درجه رطوبت دارد. مثلا در بهار مقاومت مخصوص خاک مرطوب ممکن است 50 اهم متر و در طول تابستان که خاک خشک می شود به 300 اهم متر برسد مقاومت مخصوص خاک  با درجه حرارت نیز تغییر می کند هر چه درجه حرارت به نقطه انجماد نزدیک می شودمقاومت مخصوص خاک به آهستگی افزایش یافته و سپس همین که درجه حرارت بیشتر کاهش می یابد مقاومت مخصوص به سرعت افزایش پیدا می کند.

مقاومت بین دو الکترود یا میل زمین

زمین علی رغم مقاومت مخصوص بالایش، به دلیل سطح عظیمی که برای عبور جریان ایجاد می کند هادی بسیار خوبی است. برای مثال اگر یک ولتاژ (E) بین دو الکترود که درزمین قرار داده شده اعمال  گردد، ملاحظه می شود که مانند مسیری که در شکل زیر نشان داده شده جریان در تمام حجم زمین عبور می کند.

[1] Grounding

[2] Unigrounded

[3] Multi Gronded