پایان نامه اتصال زمین الکتریکی و حفاظت (ارتینگ )

مقدمه

در تمام تأسیسات الکتریکی به خصوص تأسیسات فشار قوی، زمین کردن یکی از مهمترین

و اساسی ترین اقداماتی است که برای رفاه و سلامتی واصولا ًًًادامه زند گی اشخاص که

به نحوی با  این تجهیزات در تماس هستند  و حتی در خارج از پست در رفت و آمد می

باشند  باید با دقت هر چه تمام تر وبا توجه به قواعد قوانینی که بدین منظور تدوین شده اند

انجام گیرد.

در تأسیسات برق دو نوع زمین کردن وجود دارد  که یکی را زمین کردن حفاظتی ودیگری

را زمین کردن الکتریکی می نامیم.                                                                 

زمین از موادی تشکیل  شده که غالبا ً هادی الکتریسیته هستند  به خصوص در حا لتی که

                                                                                                      مرطوب باشند . بنابراین اگر شخصی که روی زمین قرار دارد با جسمی که نسبت به زمین

                                                                                                        دارای  پتانسیل است  تماس حاصل  نماید به علت برقرار شدن جریان  دچار برق  گرفتگی     

خواهد شد .

در این پروژه سعی شده انواع روشهای زمین کردن و محاسبات آنها بطور مختصر ارائه 

گردد. جهت هرگونه  اطلاع  بیشتر می توان  به استاندارد VDE , 141  مراجعه  نمود.

                                                                                                                             بخش اول :

زمین حفاظتی

و

الکتریکی

زمین کردن حفاظتی :

   زمین کردن حفاظتی عبارت است از زمین کردن کلیه قطعات فلزی تأسیسات الکتریکی که       

در ارتباط  مستقیم ( فلز به فلز ) با مدارالکتریکی قرار ندارند. این زمین کردن بخصوص

برای حفاظت اشخاص در مقابل اختلاف سطح تماسی زیاد بکار برده می شود. بدین جهت    

در پستهای فشار قوی باید تمام قسمتهای فلزی که در نزدیکی  و همسایگی با فشار قوی     

قرار گرفته اند و امکان  تماس عمدی  با آنها موجود است،  به تأسیسات زمینی که برای       

این  منظور احداث  شده  است ( زمین حفاظتی ) متصل  و مرتبط  گردند . این  قسمت ها

عبارتنداز : ستونها و پایه های فلزی ، درب ها  و نرده های فلزی ، قسمت های فلزی در  

دسترس  تمام  دستگاه های اندازه گیری ، ایزولا تورها ، مقره های عبور ، به  خصوص  

قسمت های فلزی که برای کار کردن  با دستگاه  باید آنها  را لمس کرد  و در دست گرفت      

مانند چرخ های فرمان انواع  و اقسام تنظیم کننده ها و رگولا تورها ، دسته کلیدها و ....     

زیرا در این  قسمت ها  در اثرعبور جریان خیلی کم نیز عضلات  دست به طوری منقبض

می شود که  باز کردن  و رهایی  پیدا کردن از آن غیر ممکن و محال به  نظر می رسد و

عاقبتی  وخیم  و اسفناک برای تماس گیرنده  پیش خواهد آمد.                                                                                                                                                 بدین  منظور و برای جلوگیری از هرگونه حادثه ای باید زمین حفاظتی  به نحوی تأسیس   

گردد  که  قسمتی از مسیر جریان که  توسط  تماس اعضای  بدن انسان اتصالی می شود         

( دست و پا و یا دو دست و دو پا )  دارای تفاوت پتانسیل یا افت  ولتاژ زیاد  نباشد. افت   

ولتاژ  بستگی  به  شدت  جریان و مقاومت مسیر جریان دارد.  شدت جریان اتصال زمین   

بیشتر بستگی  به قدرت و نوع ارتباط  شبکه با زمین دارد و در هر حال مقداری معلوم و   

ثابت و قابل محاسبه است و در ضمن غیر قابل  پیشگیری،  لذا برای کوچک  نگه داشتن

افت ولتاژ باید مقاومت مسیر جریان حتی المقدور کوچک نگه داشته شود.                                                                                                                         بطورمثال اگر یک مقره عبور که در دیوار مرطوبی نصب شده است بشکند و سیم فشار

قوی با دیوارتماس پیدا کند و جریان اتصال زمین دراین حالت 25 آمپر و مقاومت هر متر

دیوار10  اهم باشد، مابین دو نقطه از دیوار که انسان با آن تماس دارد ( به اندازه فاصله  

دست و یا تقریبا ً  2متر ) اختلاف سطحی برابر با :      

U= I × R = 25 × 2 × 10 = 500  V                                                    

بوجود می آید که مسلما ًبرای انسان خطرناک است. ولی اگر پایه فلزی مقره که به دیوار

محکم شده به وسیله یک سیم نسبتا ً ضخیم به زمین وصل شود ، در موقع اتصال بدنه یا

اتصال زمین، قسمت عمده  جریان اتصالی از این سیم عبور خواهد کرد  و کلیه قسمتهای

دیوار، هم پتانسیل سیم درآن نقطه خواهد شد، لذا افت ولتاژ در امتداد دیوار ناچیز شده و

برای انسان خطری ایجاد نخواهد کرد. عامل مؤثرخطربرای انسان یا هرموجود زنده دیگر

جریان می باشد که البته وجود اختلاف سطح است که باعث عبور این جریان می گردد.      

در فشار ضعیف جریانهای 0.1 تا 1 آمپر که از قلب میگذرد خطر جانی دارد.

آزمایشها و بررسی های مختلف نشان داده است که :

جریانهای تا 0.02 آمپر برای انسان قابل تحمل است.

جریانهای تا حدود 0.05 آمپرخطرناک وجریانهای از 0.1 آمپر به بالا  خطر جانی دارد.

عبورجریان ازقلب باعث میشود که عمل منظم تپش قلب نامنظم شده ودررسیدن خون به

مغز وقفه ای حاصل گردد، درنتیجه انسان پس ازچند ثانیه بیهوش می شود وپس از چند

دقیقه جان خود را از دست می دهد.

برای نجات برق گرفته باید بلافاصله از تنفس مصنوعی کمک گرفته شود که بهترین نوع    

آن تنفس از راه دهان به دهان می باشد.

شدت جریان مهلک ومقاومت بدن انسانها متفاوت است. مقاومت بین اعضای مختلف بدن

انسانها به طور متوسط به شرح زیر است :   

دست و دست : تقریبا ً 4000 اهم                      دست و پا :  تقریبا ً 4500 اهم                         

پا و پا : تقریبا ً 6500 اهم                           هردودست و پاها : تقریبا ً 1800 اهم  

در ضمن بدن مرطوب و دستهای عرق کرده باعث کم شدن مقاومت و عبور جریان زیادتر

می شود لذامی توان گفت که حتی اختلاف سطح 20 ولت نیزمحسوس واختلاف سطح 60 

ولت  ممکن  است  خطر جانی داشته  باشد. البته اثر مرگبار جریان  بستگی  به  فرکانس

هم دارد و متأسفانه  فرکانس صنعتی 50 هرتز خطرناکترین آنها می باشد. در فرکانسهای

زیاد شدت جریانهای زیاد نمی توانند  موجبات  منقبض شدن اعضای بدن انسان را فراهم

سازند  به طوری که عبور جریان  به شدت  چندین آمپر با  فرکانس خیلی زیاد نیز ممکن

است  برای انسان  بی خطر باشد  و به همین  جهت است  که در پزشکی از جریانهای با

فرکانس زیاد برای درمان استفاده میشود.

در برق گرفتگی  فشارقوی جریانهایی از 1 تا 100 آمپروبیشترممکن است از بدن انسان   

عبورکند بدون اینکه مستقیما ً باعث از کار افتادن قلب شود. ولی درعوض این جریانهای

شدید باعث خراب کردن وسوزاندن بافتهای بدن  بخصوص تجزیه آب  بدن می شود و به

کلیه ها آسیب فراوان می رساند.

درضمن عبورجریان زیاد از بدن باعث سوزاندن محل ورود وزخم برداشتن عمیق درمحل

خروج جریان میشود که ممکن است متعاقبا ًمنجربه مرگ شود. درخا تمه بد نیست متذکر

شویم که بعضی ازحیوانات بخصوص اسبها درمقابل جریانهای زمین حساستر و مستعد تر  

ازانسانها می باشند که شاید این مستعد بودن به علت بزرگتربودن فاصله قدم آنهاواختلاف

سطح قدمی که آنها از زمین برمی دارند باشد.

زمین کردن الکتریکی :

زمین کردن الکتریکی یعنی زمین کردن نقطه ای از دستگاههای الکتریکی وادوات برقی که

جزئی از مدار الکتریکی باشند، مثل زمین کردن مرکز ستاره سیم پیچی ترانسفورماتور ویا  

ژنراتور ویا زمین کردن سیم  وسط یا سیم مشترک دو ژنراتورجریان دائم سری شده.

زمین کردن الکتریکی  دستگاهها  بخاطر کار صحیح  دستگاهها و جلوگیری از ازدیاد فشار

الکتریکی فازهای سالم نسبت به زمین در موقع تماس یکی از فازها با زمین میباشد.

زمین کردن الکتریکی سه نوع است :

1- زمین کردن مستقیم : مثل وصل کردن مستقیم  نقطه صفر ترانسفورماتور یا نقطه ای از

سیم رابط بین دو ژنراتور جریان دائم به زمین.

2- زمین کردن غیرمستقیم : مانند اتصال نقطه صفر ژنراتور توسط  یک مقاومت بزرگ به

زمین یا اتصال نقطه صفر ستاره ترانسفورماتور توسط سلف بزرگ به زمین.

3- زمین کردن باز: دراین نوع زمین کردن نقطه صفر یا اصولا ًهرنقطه ازشبکه الکتریکی  

که دارای پتانسیل نسبت به زمین است توسط یک فیوز فشارقوی ( الکترود جرقه گیر ) به  

زمین وصل می شود. تا موقعی که مدارفیوز بازاست یعنی درحالت کارعادی شبکه، ارتباط  

شبکه با زمین بازاست ولی درموقعی که ولتاژ زیادی شبکه را تهدید می کند، مدارفیوز به  

کمک جرقه  بسته میشود و شبکه مستقیما ً با زمین ارتباط برقرار میکند.

برق گیرهای فشارقوی از انواع این فیوزها میباشند و بدین جهت زمین کردن باردرحقیقت

نوعی از زمین کردن الکتریکی در حالت کار عادی شبکه محسوب نمی شود.

از زمین کردن الکتریکی اغلب در موقعی  که دستگاهها  و شبکه برق رسانی بدون عیب

نیز می باشد ، جریان عبور می کند  در صورتی که از زمین حفاظتی فقط در موقع ارتباط

فازها با زمین جریان عبور می کند.                                                              

تعیین مشخصات تأسیسات زمین حفاظتی :  

درتعیین مشخصات وابعاد وطرح تأسیسات زمین حفاظتی دوشرط اصلی باید رعایت گردد:

1- اختلاف سطح  میل از 125 ولت تجاوزنکند: اختلاف سطح میل همانطور که می دانیم

بستگی به جریان اتصال زمین IE  دارد :                        125 = R × IE           

درموقع محاسبه جریان اتصال زمین اگر پست فشارقوی دارای اختلاف سطح های مختلف

220 ولت، 20 کیلوولت، 60 کیلوولت وغیره باشد ودرتمام پست از یک تأسیسات زمین

حفاظتی  مشترک استفاده  می شود، باید  مقاومت زمین را برای بزرگترین جریان اتصال

زمین محاسبه و طرح ریزی کرد.

درضمن باید مدت عبور جریان زمین محدود وکوتاه باشد تا از خشک شدن زمین اطراف  

میل زمین که باعث بالا رفتن مقاومت  گسترده میل زمین می شود جلوگیری گردد.      

شرط  دوم را می توان با  قراردادن صحیح  میل ها و نصب نرده ها  در محل مناسب یا    

توسط هدایت کردن  صحیح و تنظیم خطوط  پتانسیل درزمین توسط میل فرمان به دست

آورد که متداولترین وساده ترین آن قراردادن یک میل  فرمان فولادی به طور کمربندی   

دور تا دور تأسیسات و به فاصله یک متر ازآن ودرعمق نیم متری زمین می باشد. این   

میل فرمان رامی توان با تأسیسات زمین حفاظتی وحتی با نرده فلزی پیرامون تأسیسات

متصل ومربوط نمود. جریانی که در موقع اتصال زمین شبکه ازتأسیسات زمین میگذرد

درحالتهای مختلف وشرایط مختلف متفاوت است.