آموزش
انتخاب الکترود زمین برای مشترکان فشار ضعیف
دی
الکترود زمین قطعه ای است که از طریق هادی هایی که دارد به سیستم برق ساختمان متصل می شود که به آن ها سیم های زمینی نیز می گویند.تعدادی از آلیاژهای مختلف فلزی می توانند به عنوان الکترودهای زمینی عمل کنند که متداول ترین آن ها در این مقاله مورد توجه قرار گرفته است و شما می توانید با خواندن این پست اطلاعات مفیدی درباره الکترود زمین کسب کنید.
برقگیر
یک برقگیر، ممکن است با شیر اطمینان روی دیگ بخار یا آبگرمکن مقایسه شود. این وسیله، تا رسیدن به یک وضعیت عملیاتی نرمال، فشار زیاد را آزاد می¬کند. زمانی که فشار به حالت عادی برگشت، شیر اطمینان برای عملیات بعدی آماده است.
هنگامی که یک ولتاژ بالا (بیشتر از ولتاژ عادی خط) در خط وجود داشته باشد، برقگیر بلافاصله مسیری را تا زمین فراهم میکند و در نتیجه، ولتاژ اضافی محدود و تخلیه می¬شود. برقگیر باید این اطمینان را ارائه دهد و از هرگونه جریان اضافی به زمین، جلوگیری کند. برقگیر، دو وظیفه دارد: اول اینکه، آن باید نقطه¬ای از مدار را ارائه دهد که در آن پالس ولتاژ اضافی بتواند به زمین منتقل شود، و دوم اینکه، از جاری شدن هرگونه جریان پی¬درپی به زمین، جلوگیری کند.
دلایل افزایش بیش از حد ولتاژ
• دلایل داخلی
• دلایل خارجی
دلایل داخلی
افزایش ناگهانی سویچینگ
اضافه ولتاژ ایجاد شده در سیستم قدرت، به دلیل سوئیچینگ به عنوان افزایش سوئیچینگ شناخته می¬شود.
خرابی عایق
شایع ترین مورد خرابی عایق در یک سیستم قدرت، کابل اتصال به زمین هادی¬ها است (یعنی خرابی عایق بین خط و زمین)، که ممکن است باعث ایجاد اضافه ولتاژ در سیستم شود.
قوس الکتریکی زمین
پدیده قوس الکتریکی متناوب، به دلیل خطای اتصال زمین یک سیستم ۳ فاز با تولید گذرا رخ می¬دهد که به عنوان قوس الکتریکی زمین شناخته می شود.
تشدید
زمانی که راکتانس القایی (راکتانس سلفی) مدار برابر با راکتانس خازن باشد، تشدید در سیستم الکتریکی رخ میدهد. در اثر تشدید، امپدانس مدار برابر با مقاومت مدار میشود و واحد آن p.f است.
انواع برخوردهای صاعقه
۱. برخورد مستقیم
۲. برخورد غیرمستقیم
(۱) برخورد مستقیم
در برخورد مستقیم، رعد و برق مستقیما از ابر به تجهیزات موردنظر تخلیه می¬شود. با توجه به خط، مسیر جریان ممکن است بیشتر از قطب پایین عایق به زمین باشد.
(۲) برخورد غیرمستقیم
برخورد غیرمستقیم، ناشی از بار القایی الکتروستاتیکی بر روی رساناها است که به دلیل ابرهای بارشی رخ می¬دهد.
اثرات مضر رعدوبرق
امواج سیار که به دلیل رعد وبرق ایجاد میشوند، عایقها را داغون میکنند. اگر امواج سیار به سیم پیچ های ترانسفورماتور یا ژنراتور برخورد کنند، میتواند خسارت قابل توجهی وارد می کند.
محافظت در برابر رعدوبرق و نیاز به صاعقه گیر و برقگیر
انواع مختلف دستگاههای حفاظتی عبارتند از:
۱. صفحه اتصال زمین
۲. سیم اتصال به زمین هوایی
۳. برقگیرهای رعدوبرق
(۱) صفحه اتصال به زمین
ایستگاه¬های برق و پست برق¬ها می¬توانند با استفاده از صفحات اتصال به زمین، در مقابل برخورد مستقیم رعدوبرق محافظت شوند. در صورت وقوع برخورد مستقیم صاعقه به ایستگاه، صفحات یک مسیر با مقاومت کم فراهم میکند که افزایش ناگهانی رعدوبرق را به زمین هدایت میکنند.
نقاط ضعف: این صفحات، در برابر امواج سیار که ممکن است به تجهیزات موجود در ایستگاه برسند، محافظت نمیکنند.
(۲) سیم اتصال به زمین هوایی
این روش، موثرترین روش برای محافظت از خطوط انتقال در برابر برخوردهای مستقیم رعدوبرق است. این روش، تاثیر تعدیل (کاهش) هرگونه جریان مخرب در امتداد خطوط را فراهم می¬کند، زیرا به عنوان یک اتصال کوتاه ثانویه عمل می¬کند.
نقاط ضعف:
• این روش، نیاز به هزینه اضافی دارد
• احتمال خراب شدن آن و ریزش آن در بین سیم¬های خط وجود دارد. در نتیجه، باعث خطای اتصال کوتاه میشود.
(۳) برقگیر رعدوبرق (صاعقه گیر)
این یک دستگاه محافظ است که باعث می¬شود افزایش ناگهاتی ولتاژ سیستم قدرت به زمین منتقل شود. صفحه اتصال به زمین و سیم¬های اتصال به زمین، قادر به محافظت در برابر امواج سیار نیستند. برقگیرهای رعدوبرق، در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ حفاظت می¬کنند.
برقگیر برق AC
برق گیر نوع ۱
برقگیر نوع ۱، برای نصب در مکان¬هایی که ریسک برخورد مستقیم رعدوبرق بالا است، به ویژه وقتی که ساختمان مجهز به سیستم خارجی حفاظت از رعدوبرق باشد (LPS یا میله رعدوبرق).
در این شرایط، استانداردهای IEC 61643-11 نیاز به تست کلاس ۱ دارند تا حفاظت در برابر افزایش ناگهانی برق را اعمال کنند: این تست، به منظور شبیه¬سازی پیامدهای برخورد مستقیم رعدوبرق، با اعمال جریان ضربه¬ای ۱۰-۳۵۰ میکروثانیه¬ای مشخص می¬شود.بنابراین، این برقگیر نوع ۱، باید به طور خاص قدرتمند باشند تا بتوانند این جریان ضربه¬ای انرژی بالا را هدایت کنند.
برقگیر نوع ۲
برقگیر نوع ۲ به گونه¬ای طراحی شده¬اند که در مراحل اولیه نصب، در سوئیچ برد اصلی، یا نزدیک به پایانه¬های حساس، بر روی تاسیسات بدون LPS (میله¬های رعدوبرق) نصب شوند. این محافظ¬ها، براساس تست کلاس ۲ از IEC 61643-11 مبتنی بر اعمال جریان ضربه¬ای ۸-۲۰ میکروثانیه¬ای، تست می¬شوند.
برقگیر نوع ۳
در صورت وجود تجهیزات حساس یا کنترل از راه دور، مرحله ثانوبه محافظ¬های افزایش ناگهانی برق نیاز است: این SPD¬های کم مصرف، می¬توانند از نوع ۲ یا نوع ۳ باشند. SPD¬های نوع ۳، با یک شکل موج ترکیبی (۸-۲۰ میکروثانیه تا ۱/۲-۵۰ میکروثانیه) براساس تست کلاس ۳، آزمایش می شود.
بطور کلی الکترودهای زمین، به دو دسته تقسیم میشوند:
۱. الکترودهای مصنوعی:
الکترودهایی هستند که با هدف برقراری اتصال الکتریکی با خاک در زمین ایجاد شده‌اند. از انواع این الکترودها می‌توان موارد زیر را نام برد: الکترود صفحه‌ای، الکترود میله‌ای، الکترودهای افقی، شبکه مش و …
۲. الکترودهای طبیعی:
الکترودهایی هستند که برای کاربری‌های دیگری در زمین نصب شده‌اند و ممکن است در صورت وجود شرایط لازم، برای ایجاد اتصال به زمین از آنها استفاده شود. از انواع اینگونه الکترودها، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
-لوله‌های فلزی آب، اجزای فلزی سازه، میلگردهای شمع‌های بتونی، غلاف فلزی کابل‌ها و…
لازم به ذکر است، از اینگونه الکترودها به تنهایی نمی‌توان به عنوان الکترود زمین استفاده نمود، بلکه در کنار الکترودهای مصنوعی می‌توان از آنها به عنوان الکترود کمکی استفاده کرد.
۱-۲ الکترود صفحه‌ای
از الکترود صفحه‌ای بیشتر در نقاطی استفاده میشود که بخواهند در حجم کمی از فضا، به مقاومت پایینی دست یابند. الکترود صفحه‌ای را می‌بایست بصورت عمودی در چاه قرار داد و می‌بایست آنرا در عمقی از خاک قرار داد که دارای رطوبت کافی باشد. کمترین عمق نصب ۶۰ سانتیمتر از لبه بالایی صفحه می‌باشد.
در صورتی‌که مقاومت یک صفحه، از میزان مورد نیاز ما بیشتر باشد، می‌توان با ایجاد الکترود صفحه‌ای دیگر و اتصال آنها به یکدیگر از میزان مقاومت کاست. در این صورت میزان مقاومت به شرطی که الکترودها، خارج از حوزه ولتاژ یکدیگر باشند، معادل مقدار موازی آنها خواهد شد. برای این امر، می‌بایست فاصله الکترودها از یکدیگر، حداقل به میزان عمق الکترود رعایت گردد. جهت رسیدن به مقدار مطلوبتر میزان فاصله به میزان ۲ برابر عمق الکترود، مناسب‌تر است.
۲-۲ الکترود میله‌ای
راد زمین به صورت میله‌ای یا لوله می‌باشد. طول الکترود از ۱ الی ۵/۱ متربوده و قابل افزایش است. معمولاً رادهای میله‌ای مغزی فولادی روکش مس بیشتر مورد استفاده قرارمی‌گیرند زیرا مغزی فولادی استقامت بیشتری در برابر ضربات مکانیکی حاصل از کوبش داشته و روکش مس نیز در برابر خوردگی مقاوم می‌باشد. برای کوبش الکترودها در زمین می‌توان از میل‌کوب استفاده نمود، بطوریکه ابتدا یک میله ۱.۵ متری در زمین کوبیده میشود، سپس از کوپلر جهت افزایش طول آن استفاده میشود تا بتوان میله دیگری را به انتهای آن اضافه نمود. افزایش قطر میله‌های زمین تأثیر چندانی در کاهش مقاومت زمین نداشته، تنها به استحکام مکانیکی آن در زمان کوبش کمک میکند. جهت کاهش مقاومت زمین، از اتصال موازی چند میله زمین به یکدیگر استفاده می‌کنیم.
۳-۲ الکترود هادی افقی:
در این روش، می‌توان از تسمه یا سیم به عنوان الکترود زمین استفاده نمودکه در عمق ۰.۵ تا ۱ متری خاک (زیر عمق یخ‌زدگی) قرار می‌گیرد و اطراف آن، با مواد کاهنده و خاک نرم پر می‌گردد. در این روش، تأثیر عمق قرارگیری الکترود در کاهش مقاومت، بسیار کم بوده و تنها می‌بایست الکترود را در زیر عمق یخ‌زدگی خاک قرار داد. افزایش مقطع کابل نیز تأثیر چندانی در کاهش مقاومت ندارد.
بطور کلی جهت رسیدن به یک مقاومت پایین، می‌بایست الکترود زمین به نحوی طراحی و اجرا گردد و شکل آن به صورتی انتخاب شود که میزان چگالی جریان در فضای اطراف الکترود تا حد امکان کم باشد. به این منظور می‌بایست یک بعد الکترود، در مقایسه با دو بعد دیگر آن تا حد امکان بزرگتر باشد. در نتیجه استفاده از کابل یا تسمه مسی که در طول خوابانده شده است، از استفاده از یک صفحه مربع شکل بهتر است.
از طرفی افزایش طول الکترود، باعث افزایش امپدانس خصوصا در مواجهه با جریان های فرکانس بالا همچون صاعقه می‌گردد. لذا پیشنهاد میشود از چندین هادی افقی کوتاه بجای استفاده از یک هادی با طول زیاد، استفاده گردد.
۴-۲ الکترود هادی مش:
از این نوع الکترود جهت ایجاد یک سطح هم‌پتانسیل استفاده میشود، تا به این وسیله ولتاژهای گام و تماس را تا حد امکان کاهش داد. این الکترودها از یکسری هادی مسی یا فولادی عرضی و طولی تشکیل شده‌اند که زیر عمق یخ‌زدگی در عمق ۰.۵ متری سطح زمین قرار می‌گیرند. هادی‌ها می‌بایست در نقاط تقاطع، به یکدیگر متصل شوند این اتصال می‌بایست ازنوع جوش احتراقی باشد. جهت اتصال با لایه‌های پایین‌تر خاک، می‌بایست از الکترود میله‌ای به همراه این نوع الکترود استفاده نمود.
۵-۲ الکترودهای هادی به شکل سیم یا تسمه
انتخاب الکترود زمین
فرض بر این است که شرکت توزیع نیروی برق انشعابات یک مشترک را هنگام واگذاری بطور متعادل از سه فاز شبکه تامین خواهد کرد.
الف) برای مشترکان با کنتور تک‌فاز یا سه‌فاز تا ۳۲ آمپر: یک الکترود زمین ساده با عمق حداقل ۲ متر در زمین بکر.
ب) برای مشترکان با یک کنتور برق از ۳۲ آمپر بالاتر تا ۷۵ آمپر سه‌فاز یا چند کنتور متمرکز در یک نقطه که جمع جریان‌های نامی کنتورهای هر فاز با اعمال ضریب همزمانی از ۷۵ آمپر تجاوز نکند: یک الکترود زمین ساده به عمق ۴ متر یا دو الکترود زمین ساده به عمق ۲ متر و حداقل فاصله ۴ متر از یکدیگر در زمین بکر.
ج) برای مشترکان با کنتور برق بیش از ۷۵ آمپر سه‌فاز یا چند کنتور متمرکز در یک نقطه که جمع جریان‌های نامی کنتورهای هر فاز با اعمال ضریب همزمانی از ۷۵ آمپر تجاوز کند: یک اتصال زمین اساسی یا اتصال زمین مشابه پست ترانسفورماتور تغذیه‌کننده آن.
د) در مورد مجموعه‌هایی که کنتورهای برق آنها در بیش از یک نقطه متمرکز یا به صورت انفرادی نصب شده و فاصله‌ی آنها نیز بیش از ۸ متر باشد، هر نقطه تمرکز یا کنتور انفرادی یک مشترک به حساب آمده و طبق سه بند فوق عمل خواهد شد.
