سیستم های ارت گسترده:
در سیستم های ارت گسترده مانند نیروگاهها، پست های انتقال و فوق توزیع، پالایشگاههای نفت و واحدهای صنعتی و تولیدی، به دلیل وسیع بودن مساحت زمین و همچنین وجود نویز ناشی از ولتاژ فاارقوی و نیاز به مقاومت کلی پایین تر برای سیستم ارت ، اندازه گیری مقاومت زمین این سیستم ها با چالش هایی روبرو خواهد شد. در این مقاله به پیش نیازهای اندازه گیری مقاومت زمین در سیستم های ارتینگ گسترده و روش های حل مشکلات موجود در اندازه گیری و مواجهه با این چالش ها خواهیم پرداخت.
1- مقدمه
وقوع اتصال کوتاه در شبکه هاي قدرت به علت وجود اضافه ولتاژهاي موقت و موجی امري عادي به شمار می رود. بدر زمان وقوع
خطاي فاز به زمین، ولتاژ فازهاي سالم نسبت به زمین و نسبت به بدنه تجهیزات به مقدار زیادی افزایش می یابد. زمین کردن موثر
نقاط نول در شبکه هاي قدرت باعث کاهش این اضافه ولتاژها می گردد. عملکرد برقگیرهاي حفاظتی، روش مطمئنی جهت حفاظت
تجهیزات فشارقوي در مقابل اضافه ولتاژهاي موجی محسوب می شود. لازمه این روش اتصال برقگیر به زمین از طریق مقاومت
موجی کوچک است. عملکرد رله هاي حفاظتی در جهت تشخیص و رفع خطاي فاز به زمین بستگی به جریان زمین داشته و لذا وجود
سیستم زمین با مقاومت ثابت (و کوچک) براي عملکرد صحیح رله هاي حفاظتی ضروري است. احتمال شکست عایقی
در تجهیزات و در نتیجه برقدار شدن بدنه تجهیزات همیشه وجود دارد. بنابراین جهت حفظ ایمنی کارکنان، بدنه تجهیزات فشارقوي و
قسمت هاي فلزي در دسترس، توسط هادی هاي با مقاومت کم به زمین متصل می گردند. در اثر بروز اتصال کوتاه فاز به زمین، ممکن
است جریان زیادي به زمین داخل شود و باعث بوجود آمدن گرادیان پتانسیل سطحی بزرگی در محوطه پست گردد وکارکنان را در
معرض شوك ناشی از ولتاژ قرار دهد. وجود یک شبکه زمین با فاصله مناسب بین هادی هاي آن باعث کاهش گرادیان پتانسیل
سطحی خواهد شد. بنابر آنچه گفته شد وجود سیستم زمین در پستهاي فشارقوي ضروري بوده و طراحی این سیستم می بایستی با
دقت فراوان صورت گیرد.
سیستم زمین در یک پست می بایست به گونه اي طراحی و اجرا گردد که افزایش پتانسیل شبکه زمین را در یک سطح قابل قبول
محدود نموده و بدینوسیله ایمنی پرسنل، سلامت تجهیزات و نیز در سرویس باقیماندن تجهیزات پست در شرایط عادي و در شرایط
وقوع خطا تامین گردد.
به طور کلی سیستم زمین میبایستی نیازمندیهاي زیر را برآورده نماید:
– ارائه مقاومت کوچک از طرف سیستم زمین: این امر باعث می شود تا امپدانس مولفه صفر دیده شده در نقطه اتصالی مقداري
کوچک داشته و علاوه بر تضمین عملکرد مطمئن و سریع رله هاي تشخیص خطاي فاز به زمین، اضافه ولتاژهاي ایجاد شده در
فازهاي سالم ،کمتر از مقدار پیش بینی شده و مجاز باشند. ارائه مقاومت متغیر از طرف زمین باعث بروز اختلال در عملکرد رله هاي
مغناطیسی گردیده و مطلوب نخواهد بود.
ارائۀ مقاومت موجی کم در محل اتصال برقگیر به زمین و در نتیجه ایجاد سطح حفاظت مناسب: برقگیرها با هدف تخلیه
ولتاژهاي موجی به زمین در نظر گرفته می شوند، لذا جریان هاي موجی با دامنه و شیب قابل ملاحظه از طریق آن وارد زمین
می شوند. چنانچه مقاومت موجی سیستم زمین در محل اتصال برقگیر به آن مقدار بالایی داشته باشد، تخلیه کامل و سریع
جریان هاي موجی صورت نپذیرفته و ولتاژ موجی قابل ملاحظه اي در طرف زمین برقگیر ظاهر می شود و لذا سطح حفاظت
برقگیر افزایش مییابد.
– ایمنی کارکنان و تجهیزات: سیستم زمین باید به گونه اي طراحی گردد که اولا بًا ایجاد مسیر مناسب براي عبور جریان از
زمین چه در حالت عادي و چه در شرایط خطا، مانع گذشتن از محدوده مجاز عملکرد تجهیزات شود و ثانیاً تضمین کند که
اشخاص در محوطه و در مجاورت پست حتی اگر با تجهیزات زمین شده تماس داشته باشند در معرض شوك الکتریکی
خطرناك قرار نمی گیرند. براي تامین شرایط ایمنی، سیستم زمین باید به گونه اي طراحی گردد که در اثر عبور جریان زمین از
آن، گرادیان سطحی پتانسیل در محوطه، بیش از حدود مجاز نباشد و همچنین مقاومت کل سیستم زمین مقدار کوچکی باشد
تا افزایش ولتاژ زمین در اثر عبور جریان از آن در محدوده قابل قبول قرار گیرد. همچنین براي عملکرد صحیح تجهیزات
کنترل و تجهیزات الکترونیکی، داشتن سیستم زمین امري ضروري است. از آنجائی که میزان حساسیت تجهیزات الکترونیکی
به ولتاژهاي ناخواسته در اثر تداخل الکترومغناطیسی بیشتر است لذا جهت حذف عوامل تداخل و ولتاژهاي القایی از سیستم
زمین مناسبی باید استفاده شود.
هنگامی که جریان هاي موجی نظیر صاعقه وارد پست می شوند، اضافه ولتاژ ایجاد شده بسیار بیشتر از اضافه ولتاژ ناشی از عبور
جریان اتصال کوتاه است. ولی طرح ایمن سیستم زمین فقط براي جریان هاي اتصال کوتاه انجام می گیرد. در توجیه این مسئله باید
گفت که بدن انسان در زمان هاي کوتاه (نظیر تداوم امواج صاعقه) می واند دامنه بسیار بزرگتري از جریان عبوري را تحمل کند.
اصول طراحي شبكه زمين
مقدمه
منظور از طراحی شبکه زمین در این گزارش، یافتن پارامترهایی همچون سطح مقطع هادي هاي شبکه استفاده شده در سیستم
زمین، محاسبه ولتاژ گام، ولتاژ تماس، ولتاژ مش، مقاومت شبکه زمین و بیشترین فاصله بین مشها در زمین هاي مربعی، مستطیلی و
Lشکل به منظور تأمین ایمنی لازم در پست می باشد.
حدود و مشخصات جریان مجاز قابل انتقال از بدن
حداکثر جریان قابل تحمل بدن انسان به عواملی نظیر اندازه جریان عبوري، فرکانس و مدت زمان عبور جریان از بدن و
خصوصیات جسمانی فرد وابسته است. عبور جریان از بدن تا جایی که باعث بروز اختلال در تپش قلب یا تجزیه خون نگردد مجاز
است. در فرکانس 50 یا 60 هرتز ، حداکثر جریان قابل تحمل بدن انسان از رابطه زیر بدست می آید:
مقاومت بدن انسان(Rb)
در جریانهاي مستقیم یا متناوب با فرکانس 50 یا 60 هرتز بدن انسان را میتوان با یک مقاومت تقریب زد. مسیر جریان در نظر
گرفته شده از یک دست به دو پا و یا از یک پا به پاي دیگر است. مقاومت داخلی بدن انسان در حدود 300 اهم است. این در حالی
است که مقاومت بدن انسان با در نظرگرفتن مقاو»ت پوست که در افراد مختلف متفاوت است در حدود 500 تا 3000 اهم میباشد . با
توجه مقاومت هاي مزبور، در محاسبات شبکه زمین پست هاي فشار قوي مقاومت بدن انسان برابر 1000 اهم در نظر گرفته می شود.
مقاومت الکتریکی زمین
بدست آوردن مقاومت ویژه و مدل خاك امري ضروري است، زیرا که تخمین مقاومت سیستم زمین پست فشارقوي و گرادیان
پتانسیل سطحی (شامل ولتاژ گام و تماس) بر اساس مقاومت ویژه و مدل خاك صورت می پذیرد.
در کلیه آزمونهاي زمین، معمولاً جریانی از زمین عبور داده شده و ولتاژ ایجاد شده در اثر عبور این جریان اندازهگیري میشود.
سپس از تقسیم ولتاژ اندازهگیري شده بر جریان عبوري، امپدانس زمین حاصل میگردد. لذا در کلیه روشها لازم است الکترودهایی
وجود داشته باشد تا بتوان توسط آنها جریان آزمون را در زمین مورد نظر جاري ساخت. همچنین وجود الکترودهایی براي اندازه گیري
ولتاژ الزامی است.
براي اندازه گیري مقاومت زمین می توان از روش دو نقطه اي، سه نقطه اي و یا چهار نقطه اي ونر 1 استفاده کرد. (جهت کسب
اطلاعات بیشتر در مورد انواع روش هاي محاسبه مقاومت خاك و چگونگی آن می توان به استاندارد IEEE80-2000 مراجعه نمود.)
