تائید قطع خودکار در سیستم IT

در طرح ارتینگ IT همانند مدل های دیگر از ادوات حفاظت اضافه جریان جهت جداسازی خودکار مدار از منبع تغذیه هنگام رخ دادن خطای دوم و حفاظت هادی نول در برابر افزایش جریان استفاده می شود. حفاظت اضافه جریان شامل اضافه بار و اتصال کوتاه بوده و در سطح فشار ضعیف و فشار متوسط با انواع فیوز و بریکرها انجام می شود. در تصویر یک طرح ارتینگ IT بدون حفاظت جریانی و RCD را مشاهده می کنید. این طرح به صورت سه سیمه بوده و هادی نوترال آن در تاسیسات توزیع نشده است.

تصویر 1 طرح ارتینگ IT بدون هادی نول یا نوترال

در مدارهای IT نحوه ی عملکرد مدار و جداسازی خودکار در دو نوع حادثه بررسی می شود. حادثه ی اول مربوط به اتصال کوتاه است. اتصال کوتاه به معنی اتصال هادی های برقدار به یکدیگر با امپدانس صفر یا بسیار پائین است. اتصال کوتاه می تواند بین دوفاز یا بین یک فاز و نول رخ بدهد. در شرایط خاصی این اتصال ممکن است بین دوفاز و نول یا سه فاز نیز باشد. جریان اتصال کوتاه در مدارهای IT بالا بوده و باعث جداسازی خودکار توسط ادوات حفاظت جریانی مانند فیوزها و بریکرها خواهد شد.

حادثه ی دوم مربوط به اتصال هادی های برقدار به زمین است. در این حادثه یکی از هادی های فاز یا نول به زمین متصل خواهد شد. در سیستم IT اولین خطا باعث توقف سیستم نمی شود. این خطا جریان بسیار پائینی ایجاد کرده ولی باید در اسرع وقت شناسایی و برطرف شود. رخ دادن اولین خطای زمین در طرح ارتینگ IT آن را به یکی از حالت های TN یا TT تبدیل می کند. خطای دوم در مدار IT جریان بیشتری ایجاد کرده و توسط ادوات حفاظت جریانی و RCD ها شناسایی می گردد.

جهت تشخیص رخ دادن اولین خطا و تعیین موقعیت آن از رله های مانیتورینگ عایقی یا IM به همراه آلارم صوتی و نورانی استفاده می شود. این موارد در بخش حفاظت در سیستم IT به صورت کامل شرح داده شده اند. در مدارهای IT ممکن است دو خطای زمین به صورت همزمان نیز رخ دهد. در صورت رخ دادن دو خطای زمین متفاوت در سیستم، رفتار این طرح ارتینگ شبیه به مدل های TT و TN می شود.

به منظور جلوگیری از ایجاد ولتاژ خطرناک در خطای اول طرح ارتینگ IT،  باید قانون \(Id\times R_a\le 50V\) رعایت شود. پارامتر Id در این رابطه بیانگر جریان خطای اول بوده و باید به اندازه ی کافی کوچک باشد. سیستم IT پس از رخ دادن اولین خطای فاز به زمین می تواند به کار خود ادامه دهد. طبق استاندارد IEC60364-4-41 اولین جریان خطای هادی فاز یا نول به زمین باید اندازه گیری شود.

در تصویر یک طرح IT به همراه رله ی مانیتورینگ عایقی و محدود کننده ی ولتاژ در محل ترانسفورماتور اصلی را مشاهده می کنید. در این سیستم اولین نقص عایقی رخ داده و باعث جاری شدن جریان If شده است. هنگام رخ دادن خطای اول نباید ولتاژ تماس خطرناک روی بدنه ی تجهیزات ایجاد شود. در این مثال حتی با وجود خاصیت خازنی بالا و در حدود 1 میکرو فاراد، جریان نشتی If به 0.1 آمپر هم نخواهد رسید. این جریان خطا باعث ایجاد ولتاژ تماس غیر خطرناک در حد یک ولت می شود. جداسازی خودکار در این شرایط لازم نبوده ولی باید محل خطا به سرعت شناسایی شود. رخ دادن خطای دوم در این دیاگرام باعث تبدیل آن به سیستم TN می شود. در سیستم های TT و TN خطر شوک الکتریکی وجود داشته و باید جداسازی به صورت خودکار انجام شود.

تصویر 2 ولتاژ تماس هنگام رخ دادن خطای اول در طرح ارتینگ IT

تبدیل مدار IT

جهت تائید جداسازی خودکار در مدار IT باید آن را به یکی از حالت های TT یا TN تبدیل کنید. پس از این کار می توان از قوانین ذکر شده در بخش تائید قطع خودکار در سیستم های TT و TN استفاده کرد. تبدیل مدار در خلال تست انجام شده و الزامات خاص خود را دارد. به عنوان مثال باید از یک هادی با امپدانس پائین در نقطه ی سرویس استفاده شود. این هادی بین هادی نول و هادی حفاظتی قرار گرفته و مدار را به صورت موقت تغییر می دهد. هادی کمکی پس از تست باید جدا شده و مدار به حالت نرمال تبدیل گردد. باقی ماندن هادی کمکی باعث تبدیل مدار IT به TT یا TN شده و سرویس دهی آن را مختل می کند.

نقطه ی سرویس در تاسیسات مختلف به شکل های متنوعی تعریف می شود. نقطه ی سرویس یک منزل در تابلوی اصلی یا جنب کنتور برق آن است. نقطه ی سرویس در تاسیسات بزرگ همان پست برق بوده و در تابلوها نیز همان بریکر اصلی محسوب می شود. سیستم های IT در پست برق یا در تابلوهای خاص با ترانس های ایزوله ساخته می شوند. نقطه ی سرویس طرح ارتینگ IT نقطه ی تبدیل آن از مدل های دیگر یا ساخت آن توسط یک شبکه ی فشار متوسط است.

برای ساخت سیستم IT از ترانس های فشار متوسط به فشار ضعیف یا ترانس فشار ضعیف به فشار ضعیف استفاده می شود. سیستم IT بزرگ در پست برق ساخته می شود. برای این کار کافی است نقطه ی نوترال ترانس فشار متوسط به فشار ضعیف را به زمین متصل نکنید. در طرح ارتینگ IT می توان از مقاومت بالا در اتصال نقطه ی نوترال به زمین نیز استفاده کرد.

شبکه های IT کوچک به شکل موضعی ساخته می شوند. به عنوان مثال برای اتاق عمل بیمارستان از یک تابلو برق با ترانس ایزوله و ادوات حفاظتی استفاده می شود. ورودی این تابلو می تواند سیستم TT یا TN باشد ولی خروجی آن یک شبکه ی IT است. توان دریافتی از شبکه های IT محلی به قدرت ترانس ایزوله بستگی دارد.

تبدیل مدار IT به حالت های TT یا TN در محل تست مجاز نیست. تصور کنید در حالت تست جداسازی خودکار هنگام خطای دوم در یک اتاق عمل هستید. در این حالت نباید مدار را از داخل تاسیسات مثلا سوکت های برق به طرح های ارتینگ TT یا TN تبدیل کنید. این کار باید در نقطه ی سرویس یا همان تابلوی اصلی انجام شود.

تست عملکرد ادوات اضافه جریان

جهت تست جداسازی خودکار می توان از مولتی فانکشن تستر و لوپ تستر استفاده کرد. انتخاب دستگاه و روش تست به حالت مدار IT پس از تبدیل بستگی دارد. اگر مدار IT هنگام تست به طرح ارتینگ TN تبدیل شود، باید از این قوانین در جداسازی خودکار استفاده کنید:

• اطمینان از برقراری رابطه ی رابطه ی \(Z_s\times I_a\le U_0\) طبق استاندارد IEC60364 هنگام آزمایش. در این رابطه Zs امپدانس حلقه‌ی خطا برحسب اهم، U0 ولتاژ نامی سیستم بین فاز و ارت معادل 230VAC در مدارهای تکفاز و سه فاز و Ia جریان قطع خودکار منبع تغذیه در زمان مجاز است.
• زمان مجاز جهت جداسازی خودکار در مدارهای نهایی تا 32 آمپر در مدارهای 230/400 ولت متناوب طبق استاندارد IEC برابر با 400 میلی ثانیه است. این زمان در مدارهای توزیع و بالاتر از 32 آمپر به 5 ثانیه می رسد.

در صورت تبدیل مدار IT به طرح ارتینگ TT هنگام آزمایش باید از این الزامات پیروی کنید:

• اطمینان از صادق بودن رابطه ی \(R_a\times I_a\le 50V\) طبق استاندارد IEC60364 هنگام آزمایش. در این رابطه Ra جمع مقاومت سیستم زمین و هادی حفاظتی تا اتصال به بدنه ی فلزی تجهیزات و Ia جریان قطع خودکار منبع تغذیه در زمان مجاز است.
• زمان مجاز جهت جداسازی خودکار در مدارهای نهایی تا 32 آمپر در مدارهای 230/400 ولت متناوب طبق استاندارد IEC برابر با 200 میلی ثانیه است. این زمان در مدارهای توزیع و بالاتر از 32 آمپر به 1 ثانیه می رسد.

در هردو حالت باید جریان خطای ایجاد شده اندازه گیری یا محاسبه شود. جریان خطا باید با جداکننده های خودکار مانند فیوز و بریکرها مطابقت داشته باشد. در صورت عدم مطابقت باید از راه حل های دیگر مانند کاهش جریان ادوات حفاظتی و افزایش سطح مقطع هادی ها استفاده کنید.

تست عملکرد RCD ها

جهت تست دستگاه های جریان باقی مانده از مولتی فانکشن تستر یا RCD تستر استفاده می شود. قبل از شروع تست باید سیستم IT را به حالت TT یا TN تبدیل کنید. در این حالت مقادیر تست RCD باید با موارد ارائه شده در بخش های قبلی مطابقت داشته باشد. در نظر داشته باشید که جریان \(\mathrm{5}{\mathrm{I}}_{\mathrm{\Delta }\mathrm{N}}\) باید باعث عملکرد بریکر در زمان  مجاز شود. زمان مجاز بر اساس تیپ مدار IT پس از تبدیل انتخاب می گردد. هنگام تست RCD باید به محدودیت های زمانی برای \({\mathrm{I}}_{\mathrm{\Delta }\mathrm{N}}\) در استانداردهای IEC 1009/EN 61009 و IEC1008/EN 61008 توجه شود. این مقادیر در بخش تائید عملکرد RCD ها در سیستم TN شرح داده شد.

تست رله های IM

جهت تشخیص رخ دادن خطای اول و تعیین منطقه ی آن از رله های مانیتورینگ عایقی به شکل های بسیار متنوعی استفاده می شود. وضعیت عایقی مدار به صورت دائم توسط این رله ها کنترل شده و در صورت رخ دادن اولین خطا، یک آلارم صوتی یا نورانی ایجاد می گردد. رله های IM با توجه به برند و مدل می توانند به کنتاکت پیش آلارم، آلارم و قابلیت های دیگر مانند تست خودکار و تست دستی مجهز باشند. به عنوان مثال فشردن دکمه ی تست در رله ی IM10 اشنایدر باعث تست خودکار این رله خواهد شد.

تصویر 3 رله ی مانیتورینگ عایقی IM10 اشنایدر

برای تست عملکرد این رله می توان از مولتی فانکشن تستر نیز استفاده کرد. برای این کار باید مطمئن شوید که مدار IT در حالت نرمال و بدون خطای اول باشد. در ادامه می توانید توسط دستگاه یک جریان کنترل شده از هادی های فاز به سمت زمین هدایت کنید. این روند باید باعث فعال شدن کنتاکت های پیش آلارم یا آلارم روی دستگاه شود. تاکید می شود که در صورت وجود خطای اول در طرح ارتینگ IT این تست باعث جداسازی خودکار و قطع مدار خواهد شد.

در تصویر روند تشخیص خطای عایقی توسط رله ی مانیتورینگ اشنایدر سری IM10 را مشاهده می کنید. پروسه ی عملکرد رله در شرایط مختلف با عدد های 1 تا 5 مشخص شده است. تا قبل از بخش 1 مدار نرمال بوده و شرایط رله به این شکل است:

• کنتاکت Failsafe یا وضعیت نرمال در حالت روشن
• کنتاکت آلارم استاندارد در حالت خاموش
• چراغ یا سیگنال نورانی آلارم در وضعیت خاموش
• نمایش مقدار مقاومت عایقی مدار که در این مثال 500 کیلو اهم است.

تصویر 4 عملکرد رله ی اشنایدر سری IM10

مقدار مقاومت عایقی مدار پس از موقعیت 1 به شدت کاهش پیدا کرده و به 0.5 کیلو اهم یا 500 اهم می رسد. این شرایط بلافاصله روی صفحه نمایش ثبت شده و زمان سنجی رله آغاز می شود. زمان تاخیر در رله قابل تنظیم است. در صورت عدم نرمال شدن مدار تا نقطه ی 2 یا اتمام زمان سنجی، وضعیت رله به این شکل تغییر خواهد کرد:

• خاموش شدن رله ی حالت عادی
• فعال شدن رله ی آلارم
• روشن شدن سیگنال نورانی آلارم
• نمایش وضعیت خطا روی صفحه نمایش

در بخش 3 اپراتور وضعیت خطا را تائید کرده و کنتاکت آلارم رله نرمال خواهد شد. مقدار مقاومت عایقی در این شرایط بحرانی بوده و سیگنال نورانی، کنتاکت وضعیت نرمال و صفحه نمایش به حالت قبل بر نخواهند گشت. در بخش 4 مقاومت عایقی مدار نرمال شده است. در خلال بخش های 4 تا 5 زمان سنجی انجام شده و رله نرمال خواهد شد. در این فاصله وضعیت کنتاکت حالت نرمال، حالت خطا و سیگنال نورانی را مشاهده می کنید.