سیستم ارت در ساختمان های مسکونی قسمت های مختلفی به شرح زیر تشکیل شده است :
- معیارهای طراحی و محاسبه سیستم ارت
- مشخصات فنی تجهیزات سیستم ارت
- روش های اجرا و اندازه گیری مقاومت زمین
در این تحقیق این زمین کردن حفاظتی در ساختمان ها ، انواع سیستم های زمین ، نقش زمین در کاهش خطر برق گرفتگی و روش های زمین کردن در رابطه با سیم کشی ساختمان ارائه می شود .
تعاریف و شناخت سیستم ارت
۱-۱ هدف
هدف از سیستم ارت در ساختمان های مسکونی و تجاری بررسی روش های عملی ایجاد زمین حفاظتی برا ی ساختمان های موجود و ساختمان های در دست اجرا برای جلوگیری از حوادث ناشی از برق گرفتگی و آتش سوزیهای ناشی از جریان های نشتی و خطرات ناشی از صاعقه می باشد .
همانطور که می توانید دامنه کاربرد سیستم ارت در ساختمان های تجاری و مسکونی برای سطح ولتاژهای ۲۳۰ ولت تکفاز و ۴۰۰ ولت سه فاز می باشد .
۲-۱ تجهیزات الکتریکی
تجهیزات که برای تولید ، تبدیل یا مصرف انرژی الکتریکی بکار می روند مانند مولدها ، موتورهای برقی ، ترانسفورماتورها ، دستگاه های برقی ، دستگاه های اندازه گیری و غیره را تجهیزات الکتریکی می گویند .
۳-۱ تأسیسات الکتریکی
هر نوع ترکیبی از وسایل و سیم کشی برق ساختمان تجهیزات به هم پیوسته الکتریکی که در یک محل یا فضای معین نصب شده اند را می گویند .
۴-۱ هادی حفاظتی
هادی هایی که در اقدامات حفاظتی در برابر برق گرفتگی ، هنگام بروز اتصالی از آنها استفاده می شود و بدنه هادی را به قسمت های زیر وصل می کنند :
- بدنه های دیگر
- قسمت های هادی خارجی
- الکترود زمین ، هادی زمین شده یا قسمت برقرار زمین شده
۵-۱ الکترود زمین
یک یا چند قطعه هادی که به منظور و برقراری ارتباط الکتریکی با جرم کلی زمین در خاک مدفون شده باشد .
الکترود زمین مستقل از نظر الکتریکی ، الکترودهایی هستند که فواصل آنها از یکدیگر بقدری است که در صورت عبور حداکثر جریان ممکن از یکی از آنها ولتاژ الکترودهای دیگر به مقدار قابل ملاحظه تحت تاثیر قرار نگیرند .
نکته : جرم کلی زمین را می توان مشابه ثلینه ای با سطح مقطع بزرگ فرض کرد که مقاومت بین هر دو نقطه آن عملاً نزدیک صفر است .
۶-۱ مقاومت اتصال زمین یا مقاومت زمین
مقاومت الکتریکی بین سر آزاد الکترود زمین و جرم کلی زمین است .
۷-۱ حفاظت در برابر تماس غیرمستقیم یا حفاظت تکمیلی
جلوگیری از تماس خطرناک اشخاص و حیوانات اهلی است با :
– بدنه هادی
– قسمت های هادی خارجی که ممکن است در اثر بروز اتصالی برقرار شوند .
۸-۱ جریان مجاز یا ظرفیت حرارتی یک هادی
مقدار ثابتی از جریان است که در شرایط تعیین شده بدون این که دمای وضعیت عادی هادی از میزان معینی تجاوز کند بتوان از آن عبور کند .
۹-۱ اضافه جریان
هر جریانی که از جریان اسمی بیشتر باشد را می گویند .
۱۰-۱ جریان اتصال کوتاه
اضافه جریانی است که در اثر متصل شدن دو نقطه با ولتاژهای مختلف در موقع کار عادی از طریق مقاومت ظاهری بسیار کم بوجود می آید .
۱۱-۱ جریان اتصالی
جریانی است که در اثر خرابی عایق یا در اثر اتصالی بوجود می آید .
۱۲-۱ جریان اتصال به زمین
جریانی است که از طریق اتصال به زمین جاری می شود .
جریان برق گرفتگی و جریان خطرناک از نظر پاتوقیزیولوژی
جریانی است که از بدن انسان یا حیوانات عبور کند و مقدار آن ( با در نظر گرفتن فرکانس ، هارمونیک و زمان تاثیر ) بقدری باشد که احتمال آسیب وجود داشته باشد .
جریات نشتی به زمین
جریانی است که بین مداری که از نظر الکتریکی آسیب ندیده است و زمین یا بدنه های هادی بیگانه برقرار شود .
جریان نشتی
مقدار موثر جمع مقادیر لحظه ای جریان هایی است که از همه هادی های برقدار یک مدار معین در نقطه ای از تاسیسات الکتریکی عبور می کنند .
جریان نشتی عملکرد:مقداری از جریان نشتی است که سبب عمل یک وسیله حفاظتی شود .
ولتاژ تماس: ولتاژ بین قطعات در دسترس موجود در یک سیستم با بدن انسان را گویند .
قطعات در دسترس:هادی ها یا بدنه هادی سیستمی که توسط شخص قابل لمس باشند .
دسترس:منطقه ای که در محل فعالیت عادی افراد ، قابل لمس باشد .
جعبه تقسیم:محل توزیع انرژی الکتریکی در ساختمان را جعبه تقسیم یا جعبه برداشت می نامند .
اتصال به زمین اصلی [۱]
اتصال یک نقطه از یک سیستم ، تجهیزات یا یک وسیله الکتریکی به زمین را که برای هدفی بجز حفاظت در مقابل شوک های الکتریکی لازم است گویند .
هادی اتصال به زمین اصلی [۲]
هادی بکار رفته در اتصال زمین اصلی را گویند .
هادی محافظ و اتصال به زمین اصلی
هادی که مرکب از هادی محافظ اتصال به زمین و هادی اتصال به زمین اصلی است .
هادی شین زمین [۳]
یک هادی ( یا شین ) که به پایانه اصلی زمین متصل شده است را گویند .
پایانه اصلی زمین در ساختمان می تواند با اتصال هادی های شین زمین گسترش یابد . در این صورت تجهیزات الکتریکی در کوتاهترین مسافت ممکنه می توانند به زمین متصل گردند . هادی شین زمین برای ایجاد اتصال به زمین باید به سهولت در دسترس باشد و ترجیحاً بصورت یک حلقه ، محیط ساختمان را محصور کند .
پتانسیل بین دو نقطه از هادی شین زمین به امپدانس هادی ها بستگی دارد . امپدانس هادی نیز وابسته به جنس سطح مقطع ، ابعاد و طول هادی است . در فرکانس های ۵۰ هرتز یا ۶۰ هرتز که مورد توجه هستند ، بکارگیری هادی مسی با سطح مقطع ۵۰ میلیمتر مربع از نظر امپدانس و قیمت مناسب است .
براساس استاندارد ۰۱۴۱ VDE و ۰۱۰۰ VDE از کمیت های تعریف شده در زیر جهت طراحی سیستم ارت استفاده می شود :
ولتاژ الکترود زمین
ولتاژ سطح زمین
اختلاف پتانسیل مابین یک نقطه از سطح زمین و زمین مبنا را گویند .
ولتاژ تماس
در واقع این پتانسیل بخشی از پتانسیل الکترود زمین است که بر روی بدن انسان قرار می گیرد ، مسیر جریان در این شرایط از بدن انسان بین سر تا پا ( فاصله عمودی حدود یک متر ) برقرار می گردد .
ولتاژ گام
قسمتی از پتانسیل الکترود زمین است که بین دو گام بدن انسان ( حدود یک متر ) قرار می گیرد . مسیر عبور جریان در این حالت بین دو پای انسان است .
سطح پتانسیل
میزان پتانسیل انحراف از پتانسیل الکترود زمین است . در شکل ۱ تسطیح پتانسیل توسط الکترودهای زمین S3 , S2 , S1 نشان داده است .
خطای زمین
اتصال هادی ها بر اثر خطای اتفاق افتاده ، که بین یک هادی از مدار و زمین رخ می دهد . در برخی موارد این اتصالی با قوس الکتریکی یا جرقه همراه است .
یک خطای زمین در سیستمی که دارای امپدانس زمین پائین است را اتصال کوتاه می گویند .
زمین حفاظتی
زمین حفاظتی بصورت زمین کردن قسمت های هادی از مدار برای حفاظت جان انسان از خطر ولتاژهای تماسی تعریف می شود .
زمین اصلی یا کارآمد
زمین کردن نقطه ای از مدار که برای عملکرد صحیح وسیله یا سیستم لازم است را گویند و به دو صورت انجام می گیرد :
۱- مستقیم ، از هیچگونه امپدانسی برای زمین کردن استفاده نمی شود .
۲- غیرمستقیم ، از مقاومت ، سلف یا خازن برای زمین کردن استفاده می شود .
الکترود اصلی زمین
هادی زمینی که تعدادی از هادی های زمین دیگر به آن متصل هستند را الکترود اصلی زمین گویند .
مثالی برای تغییرات پتانسیل سطح زمین و ولتاژ بر روی الکترودهای زمین
E : الکترود زمین S1 و S2 و S3 : الکترودهای سطح پتانسیل متصل شده به الکترود زمین
X: فاصله از الکترود زمین E . UE : پتانسیل الکترود زمین . UB : ولتاژ تماس . US: ولتاژ گام . : پتانسیل سطح زمین
شکل ۱ – مثالی برای تغییرات پتانسیل سطح زمین و ولتاژ بر روی الکترودهای زمین [۱۰]
انواع زمین کردن
بسته به هدف زمین کردن تجهیزات ، انواع زمین کردن بصورت زیر خواهد بود :
- زمین کردن حفاظتی
- زمین کردن الکتریکی
زمین کردن حفاظتی
در زمین کردن حفاظتی ، قسمت هایی از دستگاه ها و تجهیزات الکتریکی که نسبت به مدار الکتریکی عایق بوده و اصولاً مربوط به عبور جریان الکتریکی نمی شوند ، باید به زمین متصل گردند تا در موقع اتصال ناگهانی آنها به مدار الکتریکی از برق گرفتگی جلوگیری شود . در زمین کردن حفاظتی باید دقت کرد که قسمت متصل شده به انسان ( دست / پا / دو دست ) ، ولتاژ الکتریکی کمی داشته باشد . بعبارت دیگر دارای اختلاف پتانسیل کمتری می باشد (حدود ۵۰ ولت ) . هر چه مقاومت اتصال زمین کمتر باشد ، اختلاف ولتاژ کمتر می شود . ولی اگر محل اتصال مقره با یک سیم قوی و ضخیم زمین شود ، جریان اتصال زمین از این سیم عبور می کند و تماس با دیوار بی خطر می شود و حتی اتصال با سیم زمین نیز خطری نمی تواند برای تجهیزات داشته باشد برای اینکه به سیستم ارت متصل می باشد.
