اتصال به زمین

در وسایل الکتریکی نیاز است که پتانسیل بعضی قسمتهای دستگاه با زمین یکی شود، برای این منظور از اتصال به زمین استفاده می‌شود. اساس زمین کردن بر این است که جرم بزرگ زمین به عنوان پتانسیل صفر-به خصوص در مهندسی برق- در نظر گرفته می‌شود و تمام قسمت‌هایی که به زمین وصل شده‌اند هم پتانسیل زمین شوند، به عبارت دیگر پتانسیل صفر زمین را بگیرند. نوع کیفیت ارتباط دهنده زمین با تأسیسات الکتریکی دارای اهمیت فوق‌العاده زیادی است.

سیستم‌های ولتاژ پایین

در شبکه‌های توزیع ولتاژ پایین، که نیروی الکتریکی را بین دستهٔ گسترده‌ای از مصرف کنندگان نهایی توزیع می‌کند، مهمترین نگرانی در طراحی سیستم اتصال به زمین امنیت مصرف کننده‌ای است که از لوازم الکتریکی استفاده می‌کند تا او را از شوک‌های الکتریکی در امان نگه دارد. این سیستم باید به گونه‌ای طراحی شود که اطمینان حاصل شود شخص مصرف کننده هیچگاه با شیء فلزی که پتانسیل الکتریکی آن نسبت به شخص بیش از پتانسیل آستانهٔ امنیت-معمولاً حدود ۵۰ ولت- است تماس نمی‌گیرد.

اصطلاحات فنی

حرف اول معرف نحوهٔ اتصال زمین به وسیلهٔ تأمین الکتریسیته (ژنراتور یا ترانس) است:

T — اتصال مستقیم به زمین (به لاتین:terra)

I — هیچ نقطه‌ای به زمین متصل نیست (ایزوله)

حرف دوم معرف نحوهٔ اتصال بین زمین و وسیلهٔ الکتریکی است:

T — اتصال مستقیم به زمین

N — اتصال به محل نصب، که خود به زمین متصل است.

شبکه‌های TN

TN-S: سیمهای حفاظتی و خنثی جدا (Separate)و نسبت به هم عایق می‌باشند.	TN-C: یک سیم مشترک (Common) به عنوان حفاظت و خنثی.	TN-C-S: از زیر تابلوی اصلی مولد یا مبدل تا تابلوی زیر کنتور یک سیم مشترک به عنوان خنثی و حفاظت امتداد دارد و در تابلوی مصرف کننده به دو سیم حفاظتی و خنثی تقسیم می‌شود.

شبکه‌های TT

شبکه‌های IT

مقایسه

کاربردها

• سیستم TN-C-S: پرکاربردرترین سیستم بوده است. در انگلستان به این سیستم protective multiple earthing (PME) و در استرالیا و نیوزیلند multiple earthed neutral (MEN). نیز اطلاق می‌شود.

• سیستم TN-S: بیشتر در اروپای شرقی استفاده شده است.

• سیستم TN-C: به ندرت استفاده شده است.

• سیستم TT: به واسطه این که یک سیستم مستقل از شبکه برای تامین حفاظت به کار رفته است، برای شبکه‌های شامل چندین دستگاه الکترونیکی که پارازیت زیادی روی هادی ختثا ایجاد می‌کنند مورد توجه بوده است. ژاپن یک کشور فرا صنعتی ولی جزیره‌ای است؛ بنابراین مانند سایر کشورها نمی‌تواند در ساعات اوج مصرف با همسایگانش تبادل انرژی الکتریکی داشته باشد و برق هم گران‌قیمت می‌باشد؛ بنابراین از دستگاه‌های ذخیره انرژی برای ساعات اوج مصرف زیاد استفاده می‌شود و این دستگاه‌ها پارازیت‌های خطرناکی را انتشار می‌دهند؛ بنابراین سیستم TT مورد علاقه ژاپنی‌ها بوده است. کاربرد کلید محافظ جان لازمست.

• سیستم IT: کاربرد اصلی آن در بیمارستان‌ها و بالاخص اتاق عمل است تا اولاً احتمال برقگرفتگی خیلی کم باشد و ثانیاً در صورت اتصال فاز به بدنه هادی، نه پرسنل دچار برقگرفتگی شوند و نه فیوز بپرد. اما لازم است تا در صورت بروز اتصالی، چراغی روی دستگاه نظارت عایق روشن شود تا بعداً تعمیرکار برق نسبت به رفع عیب اقدام کند.

یک نمونه واقعی:

برای بررسی یک نمونه متعالی از سیستم‌های پیشرفته زمین حفاظتی، سیر تکاملی در استرالیا عرضه می‌شود. تا قبل از جنگ جهانی اول مانند باقی کشورها، از سیستم دو سیمه (بدون سیم PE) استفاده می‌شد. اما بعداً به TT تغییر یافت. اکنون اداره برق محلی یک سیستم شامل PEN را به مشترک ارائه می‌دهد، اما بازرس اداره برق یک ترمینال اضافی زمین را از مشترک درخواست می‌کند. قبلاً کافی بود این ترمینال به لوله کشی وصل باشد، اما اکنون باید به فونداسیون ساختمان، وان حمام و ظرفشویی هم وصل باشد. به علاوه باید یک چاه زمین کم عمق هم به این ترمینال وصل باشد. چنین سیستمی از دید کلی TN-C-S می‌باشد؛ و آن را Multiple Earthed Neutral یا MEN به معنای سیستم نول گسترش یافته نامیده‌اند. به علاوه کلیه تجهیزات خارج از ساختمان باید از نوع TT باشند، یعنی یک چاهک زمین مجزا داشته باشند. در معادن، بیمارستان‌ها، روشنایی راهنمای مراکز تجمع، کارخانجات شیمیایی و پمپ بنزین‌ها نیز حتماً باید از IT استفاده شود.

سیستم‌های ولتاژ متوسط

به طور کلی تفاوت‌های زیر در زمین کردن پست‌های فشار متوسط نسبت به برق فشار ضعیف خانگی وجود دارند:

• فقط افراد ماهر اجازه ورود به محوطه را دارند.

• وجود ولتاژهای بسیار بالا

• معمولاً خط ورودی فاقد سیم نول است؛ بنابراین، در پست‌های فشار متوسط، مسائل مهم در سیستم زمین به ترتیب عبارتند از:

• تامین تداوم در تغذیه مشترکین

• عدم آسیب دیدن تجهیزات و تاسیسات در صورت وقوع اتصالی

• قابلیت بالا در تامین حفاظت کارگران

• رد کردن ایمن آذرخش به زمین مخصوصاً از طرف خطوط هوایی

• کم کردن ولتاژ گام به خصوص در محل تردد احشام

اگر فقط یکی از شرایط زیر موجود باشند، یک چاه زمین لازم می‌شود؛ وگرنه باید دو چاه زمین مجزا برای قسمت‌های فشار ضعیف و فشار متوسط + ترانسفورماتور در نظر گرفت:

• در اطراف پست برق، سیستم لوله کشی آب باشد؛

• مقاومت چاه زمین زیر ۱ اهم باشد؛

• کابل با زره در تماس با خاک طویل تر از یک کیلومتر از پست خارج یا داخل شده باشد،

انواع سیستم اتصال زمین