سیستم های نیروی برق از دیدگاه ایمنی و مشخصه های اجزای سیستم منتخب

لازمه ی طرح و اجرای تاسیسات الکتریکی ایمن و موثر و بهره برداری از آن، داشتن شناختی کامل از سیستم نیروی تغذیه کننده آن و انتخاب صحیح روش های ایمنی و وسایل حفاظتی و لوازم و تحهیزت به کار رفته در تجهیزات خواهد بود. به طور کلی سه نوع سیستم نیرو به شرح زیر معمول است. از ذکر روش های غیرمعمول در ایران خودداری شده است. مفهوم حروف اختصاری به کار رفته در نام گذاری سیستم های توزیع نیرو به شرح زیر است. حرف اول از سمت چپ مشخص کننده ی نوع رابطه ی سیستم نیرو با زمین است.

T=یک نقطه از سیتم مستقیما به زمین وصل است.

I=قسمت های برق دار عایق نسبت به زمین عایقند و یا یک نقطه از سیستم از طریق امپدانسی به زمین وصل است. حرف دوم از سمت چپ مشخص کننده ی رابطه ی بدنه ی هادی تاسیسات با زمین است.

T=بدنه ی هادی از نظر الکتریکی به طور مستقیم و مستقل از اتصالات زمین سیستم نیرو، به زمین وصل اند.

N=بدنه ی هادی از نظر الکتریکی مستقیما به نقطه ی زمین شده ی سیستم نیرو وصل شده اند. علاوه بر دو حرف اصلی تعیین کننده ی نوع سیستم نیرو، در سیستم های TNبرای مشخص کردن نحوه ی استفاده از هادی های حفاظتی PEخنثی Nاز حروف اضافی استفاده می شود.

S= در سرتاسر سیستم بدنه های هادی از طریق یک هادی مجزا به PEخنثی Nدرمبدا سیستم وصل اند.

C= در سرتاسر سیستم بدنه های هادی به هادی های مشترک حفاظتی خنثی PENوصل اند. در مواردی که قسمتی از سیستم مبدا تا نقطه تفکیک هادی توام حفاظتی- خنثی PENدارند و از آن به بعد دو هادی حفاظتی PEوخنثی Nاز هم جدا می شوند. از هر دوطرف CوSاستفاده خواهد شد. به نحوی که چنین سیستمی TN-C-S نامیده می شود.

سیستم TNسیستمی است که دارای یک نقطه است که مستقیم به زمین وصل است. بسته به نحوه ی استفاده از هادی خنثیN و هادی حفاظتی PE این سیستم خود به دو گونه تقسیم می شود. سیستم TN-S که خود سرتاسر آن از یک هادی هدایتی مجزا استفاده می شود.

سیستم TN-C-S که در بخشی از آن از یک مشترک به عنوان هادی حفاظتی- خنثی استفاده می شود. TN-C که در سرتاسر آن از یک مشترک به عنوان هادی حفاظتی- خنثی استفاده می شود.

سه گونه ای که برای سیستم TN ذکر شده است، گونه ی TN-C-S متداول ترین آن ها است و در برخی موارد TN-S مورد استفاده است. در کلیه ی تاسیسات تحت پوشش این مقررات از این گونه استفاده خواهد شد مگر مواردی که به طور مشخص استفاده از سیستم های نیروی دیگر مجاز باشد. سیستم TT جز در مواردی خاص که شرایط محلی برای استقرار آن مناسب باشد. یا وسایل حفاظتی مخصوص بهره برداری از آن را ممکن کند قابل استفاده نیست و نظر به این که در کشور ما این گونه موارد به ندرت وجودخواهد داشت این سیستم از این مقررات خارج است و استفاده از آن تنها با مجوز از مقامات مقدور خواهد بود. سیستم IT به علت لزوم استفاده از لوازم حفاظتی مخصوص در آن جز در مواقعی که ضرورت ایجاد می کند، به صورت گسترده مورد استفاده نخواهد بود.

رنگ عایق هادی های مدارای توزیع نیرو

رنگ عایق مدارهای های کابلی باید به صورت زیر باشد:

-قهوه ای و سیاه برای تشخیص فازها در کابل ( در سه فاز : دو قهوه ای و یک سیاه و یا دو سیاه و یک قهوه ای)

-سیاه، زرد، قرمز برای تشخیص فازها ( در مدارهای متشکل از هادی های تک رشته ای )

-آبی کمرنگ برای تشخیص هادی های خنثی (N)

-سبز و زرد برای تشخیص هادی های هدایتی (PEN)

ترجیح دارد هادی مشترک حفاظتی- خنثی دارای عایقی به رنگ زردباشد در غیر این صورت می توان از هادی با عایق آبی کمرنگ استفاده کرد. در هر دو صورت انتهای هادی مشترک حفاظتی- خنثی هر مدار باید با نصب برچسب های مخصوص وظیفه ی دوگانه ی هادی مشترک مشخص شود.

ممنوع بودن نصب مجدد هادی های هدایتی و خنثی پس از تفکیک

اگر در نقطه ای از تاسیسات هادی مشترک حفاظتی-خنثی تفکیک شده و از آن به بعد هادی حفاظتی و خنثی به صورت جداگانه کشیده شوند، نباید در هیچ نقطه ی دیگری بین این دو هادی اتصال برقرار کرد. در نقطه ی تفکیک هادی حفاظتی- خنثی باید به شینه ی مربوط به هادی حفاظتی وصل شود. لزوم دقت در نصب هادی های خنثی و حفاظتی هادی خنثی یا هادی حفاظتی- خنثی باید با همان عایق بندی و دقتی که در نصب هادی های فاز به عمل می آید نصب شود و در صورتی که هادی حفاظتی همراه با مدار اصلی کشیده شود، باید با آن نیز به ترتیب یاد شده رفتار شود.

انواع وسایل حفاظتی قابل استفاده در سیستم های TN

فیوزها
کلیدهای خودکار مینیاتوری
کلید اتوماتیک
کلیدهای خودکار

جریان باقی مانده از کلیدهای خودکار جریان باقی مانده می توان از قسمت هایی در تاسسات استفده کرد که هادی های خنثی یا حفاظتی مجزا دارند استفاده نمود. همبندی برای هم ولتاژ کردن همبندی اصلی برای هم ولتاژ کردن در هرساختمان یک هادی هم بندی اصلی باید کلیه ی قسمت هایزیر را از نظر الکتریکی به هم وصل کند:

هادی حفاظتی اصلی
هادی خنثی
لوله های اصلی فلزی آب
لوله های گاز
لوله های قائم تاسیسات از هر نوع
قسمت های اصلی فلزی ساختمان ها مانند اسکلت ها
الکترودهای اصلی و فرعی اتصال زمین

همبندی اضافی برای هم ولتاژ کردن

چنانچه کمترین شکی به کارایی وسایل قطع خودکار مدار مانند (فیوزها، انواع کلید های خودکار) وجود داشته باشد، باید از هم بندی اضافی برای هم ولتاژ کردن استفاده کرد. هم بندی اضافی ممکن است کلیه ی تاسیسات ، قسمی از آن یک وسیله و یا یک محل را در بر گیرد. همبندی اضافی برای هم ولتاژ کردن باید کلیه ی قسمت های هادی یا فلزی را که به طور هم زمان دسترس اند در برگیرد از جمله :

کلیه ی بدنه های هادی دستگاه ها که به صورت ثابت نصب شده اند.
قسمت هادی بیگانه از هر نوع
قسمت های اصلی فلزی ساختمان ها و آرماتور های بتن
هادی حفاظتی کلیه ی دستگاه های نصب ثابت و هادی حفاظتی پریز ها

قطع خودکار مدار در اثر اتصال کوتاه

قطع خودکار مدار در زمانی مجاز مهم ترین مشخصه ی هر سیستم الکتریکی است. بنابراین از نظر ایمنی در صورت بروز اتصالی بین یک هادی فاز و یکی از مدار های زیر، قطع خودکار مدار در زمانی مجاز الزامی است.

بدنه ی هادی
هادی حفاظتی
هادی حفاظتی- خنثی

ولتاژ ظاهر شده روی بدنه ی هادی در اثر اتصالی نباید هیچگاه به مدت طولانی از 50 ولت تجاوز کند و هرچه این ولتاژ بیشتر باشد لازم است تغذیه ی مدار زمان کوتاه تری قطع شود. سطح مقطع هادی ها هادی های هم بندی کلیه ی هادی های استفاده شده در تاسیسات باید از جنس مس باشند.

چنانچه برای هم بندی های از اواع هادی های لخت استفاده شود. این هادی ها نباید از نوع افشان باشند، مگر در موارد مخصوص که در جای خود ذکر خواهد شد.

هادی های در تماس با زمین به خصوص هادی های اتصال به زمین و هادی های دفن شده به عنوان الکترود زمین نباید از نوع افشان و ضخامت آنها نباید از 2 میلیمتر مس متر باشد.

چنانچه از هادی های چند مفتولی استفاده شود، قطر هر مفتول نباید از 1.8 میلیمتر مس کمتر باشد.

سطح مقطع هادی های گفته شده نباید از مقادیر جدول زیر کمتر باشد.

چنانچه سطع مقطع غیر استاندارد به دست آید، باید از نزدیک ترین سطخ مقطع استفاده کرد. در مورد مدار های با سطح مقطع هادی فاز تا 4 میلی متر مربع چنانچه هادی حفاظتی همراه مدار نبوده، به صورت جدا کشیده باشد سطح مقطع آن نباید از مقادیر زیر کوچکتر باشد:

25 میلی متر مربع اگر هادی حفاظتی از حفاظت مکانیکی کافی برخوردار باشد.
4 میلی متر مربع اگر هادی حفاظتی از حفاظت مکانیکی کافی برخوردار نباشد.

سطح مقطع هادی هم بندی اصلی

سطح مقطع هادی هم بندی اصلی نباید از 6 میی متر مربع کوچکتر باشد، از طرف دیگر سطح مقطع هادی های حفاظتی در تاسیسات هرچه باشد لزومی ندارد سطح مقطع هادی هم بندی از 25 میلی متر مربع بزرگتر باشد. بین این دو حد صطح مقطع هادی هم بندی اصلی نباید از نصف سطح مقطع بزرگترین هادی حفاظتی در تاسیسات کوچکتر باشد.

سطح مقطع هادی هم بندی اضافی

سطح مقطح هادی هم بندی اضافی که بدنه ی دو دستگاه را به هم وصل می کند، نباید از کوچکترین هادی های حفاظتی مدار تغذیه کننده ی دو دستگاه کوچکتر باشند. در مورد هادی همبندی متصل کننده بدنه های هادی بیگانه، سطح مقطع هادی حفاظتی مدار مربوط کوچکتر باشد. صرف نظر از گفته های بالا، سطح مقطع هادی هم بندی اضافی نباید از مقادیر زیر کوچکتر باشد:

25 میلی متر مربع اگر هادی حفاظتی از حفاظت مکانیکی کافی برخوردار باشد.
4 میلی متر مربع اگر هادی حفاظتی از حفاظت مکانیکی کافی برخوردار نباشد. می توان اجزای فلزی ساختمان را، که به صورت ثابت نصب شده باشد، به تنهایی یا به همراه هادی های دیگر به عنوان هادی هم بندی اضافی به کار گرفت.

هادی اتصال زمین

سطح مقطع هادی اتصال به زمین نباید از مقادیر ذکر شده در جدول زیر کمتر باشند:

هادی حفاظتی یا هادی مشترک حفاظتی- خنثی

هادی خنثی

هادی هم بندی اصلی برای هم ولتاژ کردن

ترمینال یا شینه ی اصلی اتصال به زمین باید به نحوی ترتیب داده شود که باز کردن هادی اتصال زمین از آن برای انجام اندازه گیری های دوره ای مقاومت زمین، امکان پذیر باشد. مجزا کردن هادی اتصال به زمین باید فقط به کمک نوعی ابزار امکان پذیر باشد. اتصال هادی زمین به ترمینال یا شینه و اکترودزمین باید قابل اطمینان و محکم باشد و نسبت به برقراری پیوستگی الکتریکی آن نباید هیچ شکی وجود داشته باشد.

مقررات اضافی مربوط به هادی ها

از لوله های فلزی آب، گاز و سایر سوخت رسانی ها نباید به عنوان الکترود زمین یا اصل هادی های حفاظتی و یا هادی های زمین استفاده کرد. البته از نظر همبندی باید لوله هایی که ساختمان کار گذاشته می شود به هادی حفاظتی و هادی زمین متصل گردد. هادی حفاظتی بایددر برابر خرابی های مکانیکی، شیمیایی و الکترودینامیکی حفاظت شده باشند. اتصالات هادی های حفاظتی باید از هر نظر محکم وایمن باشد و هدایت جریان آن ها بی نقص باشد. هیچ م.ع کلید حفاظتی نباید در مسیرهادیهای حفاظتی و خنثی قرار بگیرد. در مورد هادی های خنثی به شرطی می توان از کلید استفاده کرد که کنتاکت مربوط به هادی خنثی قبل از های فاز وصل و قبل از قطع بعد از جدایی فاز قطع شود.

الکترود زمین

خصوصیات سیتم اتصال به زمین باید از طرفی با خواسته های حفاظتی سیستم و از طرف دیگر با مقررات ملی ایمنی در برابر برق گرفتگی در اثر تماس با بدنه هادی مطابقت کند. چنانچه شرایط مناسب باشند، میتوان برای هر دو منظور از یک الکترود زمین استفاده کرد و در غیر این صورت باید از دو سیستم اتصال زمین مجزا ( یکی برای سیستم اتصال به زمین فشار قوی ویکی برای برق گرفتگی و سیستم اتصال به زمین فشار ضعیف) استفاده کرد. در این حالت لازم است دو الکترود طوری ترتیب داده شوند که عملا خارج از حوزه ی ولتاژ یکدیگر قرار گیرند. انواع الکترودهای زمین از انواع روش ها و لوزم زیر می توان به صورت اشتراکی یا انفرادی استفاده کرد:

میله های فولادی مخصوص با روکش مس، به صورت کوبیده شده در زمین با قطر 16 میلی متر.
لوله های گالوانیزه به صورت کوبیده شده یا دفن شده ( قائم) به قطر 1 اینچ.
تسمه فولادی گالوانیزه گرم، با حداقل 100 میلی متر مربع سطح مقطع و 3 میلی متر ضخامت.
صفحه مسی دفن شده در زمین( چاه)، به ابعاد 50*50 سانتی متر و با 2 میلی متر ضخامت.
هادی مسی تسمه با سطح مقطع 50 میلی متر مربع و با 2میلی متر ضخامت.
هادی چند مفتولی 35 میلی متر مربع با حداقل قطر هر مفتول1.8 میلی متر.
الکترودهای جاسازی شده در پیها با حداقل ضخامت فولاد 3 میلیمتر.
میله های فولادی در بتن مسلح.
هر نوع جرم فلزی دفن شده در زمین به شرطی که استفاده از آن ایجاد خرابی نکند.
زره و غلاف فلزی کابل های دفن شده به شرطی که نسبت به برقرار بود دائمی آن ها، اطمینان وجود داشته باشدو در تماس با زمین باشند.

مقاومت الکتریکی الکترود زمین به عوامل فراوانی مخصوصا شرایط خاک در اطراف الکترود وطول الکترود بستگی دارد. برای حجم معینی از فلز الکترود هرچه یکی از ابعاد آن طولانی تر بوده و تماس الکترود با خاک بیشتر باشد، مقاومت آن نسبت به جرم کلی زمین کمتر خواهد بود. بنابراین یک الکترود میله ای یا تسمه ای که به صورت قائم یا میله ای نصب شده باشد، نسبت به الکترود صفحه ای ارجحیت دارد. الکترود صفحه ای کم اثرترین الکترود ها است. نوع خاک وخصوصا نمناک بودن آن در کم شدن مقاومت الکترود اثر زیادی دارد. به این علت رسیدن به نم طبیعی هدف اصلی الکترود های قائم است. برای احراز 2 اهم مقاومت زمین، برای ایمنی ممکن است از یک یا چند روش ذکر شده در بالا به موازات هم استفاده شود. در این صورت باید انتخاب نوع الکترودها با توجه به خورندگی متقابل یا خفاظت کاتدیک انجام شود.

حداقل عمق الکترودهای زمین

عمق دفن یا کوبیده شدن الکترود باید به قدری باشد که خشک شدن یا یخ زدگی زمین در فصول مختلف سال اثر قابل ملاحظه ای بر مقاومت آن نداشته باشد. در عین حال عمق عمر الکترودها نباید از مقادیر زیر کمتر باشد:

الکترودهای دفن شده یا کوبیده به صورت قائم: 2 متر

لبه ی بالایی الکترود صفحه ای از سطح زمین: 1.5 متر

الکترودهای افقی تسمه ای یا هادی مسی: 0.7 متر

الکترودهای زمین نباید در خاک کوبیده یا دفن شوند، به خاطر همین عمق الکترود ها از زمین بکر اندازه گیری شود.

اندازه گیری مقاومت الکتریکی الکترود زمین در پایان کار احداث هر الکترود زمین از آن پس باید به صورت دوره ای مقاومت آن نسبت به جرم کلی زمین به کمک دستگاه های قابل قبول و افراد آزموده اندازه گیری گردد و اگر تغییرات قابل ملاحظه ای در مقاومت مشاهده شد، نسبت به سیتم اتصال زمین و یا الکترودها ی جدید، با هدف احراز مقاومت 2اهم برای سیستم اقدام کرد. برای هر الکترود زمین یا سیستم زمین باید یک پرونده مخصوص تشکیل شود و اندازه گیری های دوره ای با تاریخ دقیق ثبت شود. این پرونده باید در اختیار فرد، افراد بهره بردار از سیستم برای بازرسی در دسترس باشد. برای تقلیل مقاومت الکترود زمین می توان ان راآبیاری کرد، مشروط به این که آبیاری مداوم انجام شود.

الکترود زمین اساسی

در اغلب نقاط کشور، متداولترین روش احداث الکترودزمین همان است که به چاه زمین معروف است و عبارت است از یک صفحه ی مسی که در عمق زمین دفن می شود. عمق نصب الکترود منطقه ای از زمینی محاسبه می شود که در آن نم طبیعی به طور دائم وجود داشته باشد. صفحه ی مس باید به طور قائم در تهچاه قرار داده شود و اطراف آن به ضخامت 20 سانتی متر از هر طرف پودر ذغال ریخته و کوبیده شود. اتصال هادی زمین به صفحه ی مسی ممکن است به یکی از دو روش زیر انجام شود: در انتهای هادی یک کابلشوی مسی، که به حداقل دو پیچ با مهره های قفل کننده مجهز است نصب می شود. این کابلشو ممکن است از نوع پرسی با پرس هیدرولیک باشد. کابلشو به کمک دو عدد پیچ مسی مجهز به مهره های اصلی و قفل کننده به صفحه مسی محکم می شود. به جای استفاده تز پیچ می توان اتصالات را با استفاده از جوش اکسیژن انجام داد. در این حالت باید دقت شود هادی به کابلشو و کابلشو به صفحه مسی در کل سطح تماس خود جوشکاری شده باشد و تنها به جوش کاری در طول محیط کابلشو اکتفا نشود. پس از آن که صفحه ی مسی داخل کابل کار گذاشته شد متنائبا 5 لایه سن نمک خورد و 5 لایه پودر ذغال هر یک به ضخامت 15 سانتی متر داخل چاه ریخته و فشرده شود. از آن به بعد چاه با خاک سرنده شده پر و لایه به لایه فشرده می شود. هنگام انجام عملیات یاد شده باید تا جایی که ممکن است هادی اتصال زمین وسط چاه قرار بگیرد و به هیچ وجه نباید آن را تحت نیروی کششی قرار داد. هادی زمین از محل اتصال به صفحه مسی تا خارج شدن از زمین باید یکپارچه باشد و هیچ گونه زدگی یا خوردگی در آن وجود نداشته باشد.

الکترود زمین ساده

فقط برای اتصال به هادی خنثی فشار ضعیف گاهی احداث الکترود زمین اساسی برای همه ی مشترکان برق عملی و اقتصادی نخواهد بود. برای همین مواردی که تعداد مشترکان درسیستم زیاد است و می توان با احداث تعداد الکترود ساده تر با مقاومت بیشتر به مقاومت زمین مطلوب دست یافت، از این نوع الکترود استفاده خواهد شد. الکترود زمین ساده یک لوله ی گالوانیزه به قط حداقل 1 اینچ یا میله فولادی مخصوص است که در عمق زمین کوبیده میشود. حداقل طول لوله در زمین بکر نباید از 2 متر کمترشود. لوله بایدیکپارچه وسالم باشد و درزمان نصب هیچ گونه خراشیدگی، زنگ زدگی و خمیدگی و فروروفتگی نداشته باشد. اگر لوله به روش کوبیدن نصب شود، انتهای پیشرو آن می تواند در دوطرف دارای بریدگی های 45 درجه باشد، تا لوله راحت تر در زمین فرو برود. در صورتی که لوله دفن شود باید ابتدا چاهی به عمق 2 متر در زمین بکر بکنند. و پس از قرار دادن وله در وسط آن چاه را با 5 لایه پودر ذغال چوب و 5 لایه نمک سنگ خوردشده و سرند شده به تناوب پر کنند و آن را بکوبند. ضخامت هر لایه ذغال یا نمک 15 سانتی متر خواهد بود. از آن پس چاه را با حاک سرند شده پر می کنند و می کوبند. در محل خروج لوله از زمین یک چاهک بتنی یا آجری که ابعاد آن 30*3* 30 سانتی متر خواهد بود سر لوله را که بادی حداقل 20 سانتی متر از کف چاهک بالاتر باشد در بر خواهد گرفت. کف چاهک به قطر 20 سانتی متر خالی از هررگونه مصالح ساختمانی خواهد بود. تا هنگام آبیاری آب به بالای الکترود نفوذ کند. چهارچوب با یک دریچه مجهز به چهارچوب و در فلزی بسته می شود و داخل آن نباید اجسام دیگری غیر از سرلوله و بست اتصال به زمین و انتهای هادی زمین وجود داشته باشد. بست اتصال هادی زمین به لوله نباید از جنس آلومینیوم یا آلیاژهای آن باشد. این بست با پیچ محکم به دور لوله بسته می شود. هادی زمین باید با دو عدد پیچ و مهره به ترمینال مخصوصی که قسمتی از بست را تشکیل میدهد بسته شود. باید بتوان هادی اتصال زمین را در طول عبور از محل اتصال به ترمینال الکترود زمین تا محل ترمینال اصلی زمین در پای کنتور به خوبی دید. مگر در جاهایی که این هادی برای محفوظ بودن از درون یک لوله ی غیر فلزی محافظ رد شده باشد. در پایان کار و سپس به طور دایره ای باید چاهک و هادی زمین را بازدید کرد تا از محکم بودن اتصالات و مصون ماندن آن ها ازخوردگی اطمینان حاصل شود.