تائید قطع خودکار در سیستم TT

طبق استاندارد IEC60364 در سیستم TT باید رابطه ی \({\boldsymbol{R}}_{\boldsymbol{a}}\boldsymbol{\times }{\boldsymbol{I}}_{\boldsymbol{a}}\boldsymbol{\le }\boldsymbol{50}\boldsymbol{V}\) صادق باشد. در این رابطه Ra جمع مقاومت سیستم زمین و هادی حفاظتی تا اتصال به بدنه ی فلزی تجهیزات است. جریان قطع خودکار منبع تغذیه در زمان مجاز با Ia نمایش داده می شود. حال ضرب جریان قطع خودکار در مقاومت سیستم زمین باید کوچکتر مساوی 50 ولت باشد. حداکثر ولتاژ تماس در اغلب شرایط 50 ولت بوده ولی در برخی از محل ها می تواند تا 25 ولت نیز کاهش پیدا کند.

قطع خودکار در سیستم TT باید در زمان مجاز انجام شود. 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. همانطور که مشاهده می کنید زمان قطع خودکار در سیستم TT در مقایسه با سیستم TN کاهش پیدا کرده است. زمان مجاز جداسازی در سیستم TN به ترتیب 400 میلی ثانیه و 5 ثانیه است.

به منظور تائید عملکرد سیستم حفاظتی در طرح ارتینگ TT باید حلقه ی خطا و المان های تشکیل دهنده ی آن بررسی شود. نکته ی بسیار مهم در سیستم TT امپدانس بالای آن است. امپدانس مدار TT به مراتب بیشتر از مدار TN بوده و جریان خطا نیز در آن کاهش پیدا می کند.

حلقه ی خطا در سیستم TT

در تصویر یک مدار تغذیه کننده ی پریز با طرح ارتینگ TT را مشاهده می کنید. در این مدار از دو سیستم زمین مجزا با عنوان های R0 و R استفاده شده است. سیستم زمین R0 مخصوص نوترال ترانسفورماتور بوده و سیستم زمین R جهت اتصال به بدنه ی فلزی تجهیزات استفاده می شود. همانطور که مشاهده می کنید سیستم زمین R به هادی حفاظتی PE متصل شده است.

تصویر 1 مدار تغذیه کننده ی پریز دار با طرح ارتینگ TT

مدار سیستم های زمین R0 و R هنگام رخ دادن خطا از طریق زمین بسته خواهد شد. وجود مقاومت بین این دو بخش باعث افزایش امپدانس مدار و کاهش جریان خطا می شود. به عبارت دیگر بعلت مجزا بودن این دو سیستم از یکدیگر، امپدانس نهایی مدار در مقایسه با طرح ارتینگ TN افزایش پیدا می کند.

تصویر 2 رخ دادن خطا در سیستم TT و بسته شدن مدار از طریق زمین

پارامتر Ra در رابطه ی \({\boldsymbol{R}}_{\boldsymbol{a}}\boldsymbol{\times }{\boldsymbol{I}}_{\boldsymbol{a}}\boldsymbol{\le }\boldsymbol{50}\boldsymbol{V}\) جمع مقاومت سیستم زمین و هادی حفاظتی تا اتصال به بدنه ی فلزی تجهیزات است. به منظور اندازه گیری این مقاومت روش های مختلفی وجود دارد. به عنوان مثال می توان مقاومت سیستم زمین و هادی های حفاظتی را به صورت مجزا اندازه گیری کرده و با یکدیگر جمع کرد. جهت اندازه گیری مقاومت سیستم زمین اغلب از ارت تسترهای 3 سیمه استفاده می شود. برای اندازه گیری مقاومت الکترود زمین باید آن را از سیستم زمین جدا کرد.

تصویر 3 اندازه گیری مقاومت سیستم زمین به صورت 3 سیمه

موضوع مهم در این حالت اندازه گیری مقاومت سیم های حفاظتی از الکترود زمین تا محل نصب بار یا مدار نهایی است. برای اندازه گیری مقاومت هادی حفاظتی نیاز به سیم های رابط بسیار بلند یا اطلاعات کافی در خصوص سطح مقطع و طول هادی ها است. تصور کنید نیاز به اندازه گیری Ra در یکی از طبقات یا مدارهای نهایی با طول 200 متر باشد. برای اینکار باید دستگاه اندازه گیری را به سیم های رابط بلند متصل کرد. در این پروسه باید مقاومت سیم های کمکی از مقاومت نهایی کسر شود. به عبارت دیگر نباید مقاومت سیم های رابط در نتیجه ی اندازه گیری تاثیر گذار باشد.

برخی از دستگاه های اندازه گیری دارای قابلیت صفر کردن مقاومت هنگام اتصال سیم های رابط بسیار بلند را دارند. برای صفر کردن مقاومت سیم های رابط باید یک سمت آن ها را به دستگاه متصل کرده و سمت دیگر را اتصال کوتاه کرد. با اندازه گیری در این حالت مقدار مقاومت سیم های رابط روی دستگاه نمایش داده می شود. با فشردن دکمه ی Null در برخی از دستگاه ها، مقدار مقاومت اندازه گیری شده ی سیم های رابط صفر خواهد شد. اندازه گیری پس از صفر کردن مقاومت سیم های رابط با دقت خوبی انجام می شود.

تصویر 4 صفر کردن مقاومت سیم های رابط

روش دیگر استفاده از الکترودهای کمکی و سیم های بسیار بلند برای اندازه گیری مستقیم Ra است. الکترود اصلی ارت در این حالت از سیستم جدا نشده و جهت اندازه گیری از دو الکترود کمکی استفاده می شود. الکترودهای کمکی با توجه به محل الکترود اصلی باید با فاصله و جهت مناسب در زمین قرار بگیرند. الکترودهای کمکی با سیم های بلند به ورودی های P و C ارت تستر متصل خواهند شد. طبق تصویر در این مدل سیم E ارت تستر به جای اتصال به الکترود اصلی به انتهای مدار حفاظتی متصل می گردد. مقدار مقاومت اندازه گیری شده در این حالت همان Ra یا مجموع مقامت الکترود اصلی و سیم های حفاظتی است.

تصویر 5 اندازه گیری Ra به صورت سه سیمه

استفاده از لوپ تستر

جهت ساده تر کردن اندازه گیری Ra می توان از لوپ تستر یا ارت تسترهای دو سیمه کمک گرفت. مقدار Ra با اتصال یک لوپ تستر به پریز برق یا ترمینال های بار قابل اندازه گیری است. از لوپ تستر با کلاس حفاظتی مناسب می توان در تابلوهای برق نیز استفاده کرد. برخی از دستگاه ها هنگام اندازه گیری Ra می توانند خطر ایجاد ولتاژ تماس و شوک الکتریکی را نیز بررسی کنند. مقدار ولتاژ مجاز در این دستگاه ها به صورت 50 یا 25 ولت قابل تنظیم است.

در تصویر اتصال یک لوپ تستر به پریز برق را مشاهده می کنید. در این حالت امپدانس بین هادی فاز و زمین 12.74 اهم اندازه گیری شده است. از تقسیم ولتاژ منبع یعنی 220 ولت بر امپدانس 12.74 مقدار جریان خطای قابل انتظار معادل 18 آمپر محاسبه خواهد شد. این جریان باید سیستم حفاظتی را در زمان مجاز قطع کند.

تصویر 6 اندازه گیری امپدانس لوپ با لوپ تستر

میزان جریان خطای قابل انتظار یکی دیگر از پارامترهای مهم ارائه شده توسط لوپ تسترها است. میزان جریان قابل انتظار به صورت PFC و PSC بیان می شود. عبارت PFC مخفف Prospective Fault Current و به معنی جریان خطا یا اتصال زمین قابل انتظار است. مقدار PFC بیان می کند که در صورت رخ دادن خطای زمین چه میزان جریانی از حلقه ی خطا عبور خواهد کرد. از عبارت PSC به معنی Prospective Short Circuit Current جهت بیان جریان اتصال کوتاه قابل انتظار استفاده می شود. این پارامتر تعیین می کند که جریان اتصال کوتاه بین هادی های فاز با نول یا هادی های فاز با یکدیگر چقدر خواهد بود. مقدار PFC و PSC جهت تائید جداسازی خودکار در سیستم TT بسیار مهم هستند.

لوپ تستر با تقسیم ولتاژ مدار بر مقاومت به دست آمده از اندازه گیری پارامترهای PFC و PSC را محاسبه می کند. از لوپ تستر می توان جهت اندازه گیری امپدانس مدار و محاسبه ی جریان قابل انتظار به شکل های مختلفی استفاده کرد. برخی از حالت های ممکن عبارتنداز:

• اندازه گیری امپدانس بین هادی فاز و زمین یا L-PE و محاسبه ی جریان PFC
• اندازه گیری امپدانس بین هادی فاز و نول یا L-N و محاسبه جریان PSC فاز با نول
• اندازه گیری امپدانس بین هادی های فاز یا L-L و محاسبه ی جریان PSC فاز با فاز

قابل ذکر است برخی از دستگاه ها ممکن است تمام این موارد را اندازه گیری نکنند. قبل از اتصال دستگاه حتما راهنمای آن ها را مطالعه کنید.

لوپ تستر برای اندازه گیری امپدانس مدار از روش خاصی استفاده می کند. این دستگاه ابتدا ولتاژ مدار در حالت نرمال را اندازه گیری کرده و سپس یک مقاومت مشخص را وارد مدار می کند. مقاومت داخلی دستگاه با توجه به نوع تست می تواند به شکل های زیر قرار بگیرد:

• بین هادی فاز و هادی حفاظتی جهت محاسبه ی امپدانس L-PE
• بین هادی فاز و نول جهت محاسبه ی امپدانس L-N
• بین هادی های فاز جهت محاسبه ی امپدانس L-L

ورود مقاومت داخلی دستگاه باعث ایجاد جریان و افت ولتاژ در مدار خواهد شد. میزان افت ولتاژ حاصل از ورود مقاومت توسط دستگاه اندازه گیری شده و با ولتاژ نرمال مدار مقایسه می شود. با توجه به مشخص بودن میزان مقاومت داخلی دستگاه و اندازه گیری ولتاژهای نرمال و افت ولتاژ به سادگی می توان میزان امپدانس مدار را محاسبه کرد. امپدانس مدار توسط دستگاه محاسبه شده و روی صفحه نمایش ارائه خواهد شد. دستگاه های پیشرفته از این پارامتر استفاده کرده و میزان جریان قابل انتظار را به شکل های PFC و PSC محاسبه می کنند.

روش تائید عملکرد سیستم حفاظتی در سیستم TT

اتصال کوتاه در مدارهای TT مانند مدارهای TN بوده و جریان بالایی را ایجاد خواهد کرد. جریان اتصال کوتاه در مدار TT باید با مشخصات بریکرها و فیوزها مطابقت داده شود. جریان اتصال کوتاه در این مدار باید بریکرها و فیوزها را در زمان مجاز قطع کند. زمان مجاز جهت جداسازی خودکار سیستم TT 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.

مشکل اصلی در مدارهای TT مجزا بودن سیستم ارت است. برای دست یابی به جریان خطای بالا و عملکرد بریکرها و فیوزها باید ارت حفاظتی دارای مقاومت بسیار پائینی باشد. معمولا دست یابی به این مقاومت سخت بوده و جریان خطا در این مدارها کاهش پیدا می کند. کاهش جریان خطا باعث عدم عملکرد سیستم های حفاظتی در زمان مجاز می شود. عدم عملکرد سیستم های حفاظتی هنگام رخ دادن خطای زمین در طرح TT به معنی افزایش ریسک آتش سوزی و شوک الکتریکی است.

برای تائید جداسازی خودکار در طرح ارتینگ TT از رابطه ی \(R_a\leq\frac{U_c}{I_a}\)استفاده می شود. در این رابطه Uc معرف ولتاژ تماس بوده که می تواند 50 یا 25 ولت باشد. جریان Ia مربوط به سیستم حفاظت اضافه جریان مانند بریکر یا فیوز است. این جریان باید باعث جداسازی خودکار در زمان مجاز شود. به عنوان مثال برای قطع لحظه ای یک بریکر مینیاتوری 20 آمپر تیپ B، جریان خطا باید حدود 100 آمپر باشد. میزان Ra با در نظر گرفتن ولتاژ تماس 50 ولت و جریان خطای 100 آمپر برابر با 0.5 اهم است. دست یابی به سیستم ارتینگ و هادی های حفاظتی با مجموع مقاومت 0.5 اهم بسیار سخت و هزینه بر است.

جهت اطمینان از جداسازی خودکار هنگام رخ دادن خطای زمین در سیستم های TT از انواع RCD استفاده می شود. تجهیزات جریان باقی مانده یا RCD ها یک حفاظت اضافی در طرح های ارتینگ TT بوده و جداسازی خودکار در زمان مجاز را تضمین می کنند. در صورت استفاده از RCD جریان عامل آن در فرمول و بجای Ia قرار خواهد گرفت. به عنوان مثال در صورت نصب یک بریکر جریان باقی مانده با جریان عامل 30 میلی آمپر، رابطه به صورت \(R_a\leq\frac{\mathrm{50}~V}{\mathrm{3}0~mA}\) خواهد بود.

در این حالت مقدار Ra حدود 1667 اهم محاسبه می شود. مقدار 1667 در مقایسه با 0.5 اهم بسیار معقول بوده و دست یابی به آن ساده تر است. در جدول زیر میزان Ra با توجه به جریان عامل RCD ها در 2 ولتاژ تماس 50 و 25 ولت آورده شده است.

جدول میزان Ra با توجه به جریان عامل RCD و ولتاژ تماس مجاز

همانطور که مشاهده می کنید با افزایش جریان عامل یا کاهش ولتاژ تماس، مقدار Ra کاهش پیدا می کند. به عنوان مثال در صورت استفاده از RCD با جریان عامل 30 میلی آمپر در ولتاژ تماس 50 ولت مقدار مقاومت باید کمتر مساوی 1667 اهم باشد. با کاهش ولتاژ تماس به 25 ولت این مقاومت نیز به 833 اهم خواهد رسید.

به منظور تائید جداسازی خودکار توسط RCD باید از روش های ذکر شده به منظور اندازه گیری Ra مدار استفاده شود. در ادامه مقدار Ra مجاز با توجه به RCD استفاده شده در مدار و ولتاژ تماس محاسبه می شود. مقدار اندازه گیری شده باید کمتر از مقدار محاسبه شده باشد.

علاوه بر این باید از دستگاه های تست RCD جهت اطمینان از عملکرد صحیح دستگاه استفاده شود. جریان \(\mathrm{5}{\mathrm{I}}_{\mathrm{\Delta }\mathrm{N}}\) باید باعث عملکرد بریکر در زمان مجاز شود. تاکید می شود که زمان مجاز جهت جداسازی خودکار سیستم TT 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. 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.

مثال

در یک مدار نهایی با طرح ارتینگ TT یک RCD جنرال تیپ AC با جریان عامل 30 میلی آمپر وجود دارد. حداکثر ولتاژ تماس در این مدار 50 ولت لحاظ شده است. مقدار Ra مجاز این مدار را محاسبه کنید. در این مدار از یک مولتی فانکشن تستر برای اندازه گیری امپدانس حلقه ی خطا به صورت L-PE استفاده شده است. مقدار مقاومت اندازه گیری شده توسط دستگاه 18 اهم می باشد. آیا جداسازی خودکار در این مدار صورت می گیرد؟ آیا جداسازی خودکار در ولتاژ تماس 25 ولت نیز صادق است؟

در صورت نصب یک بریکر جریان باقی مانده با جریان عامل 30 میلی آمپر و ولتاژ تماس 50 ولت، میزان Ra باید کمتر مساوی \(R_a\leq\frac{\mathrm{50}~V}{\mathrm{3}0~mA}\)  یعنی 1667 اهم باشد. مقدار 18 اهم اندازه گیری شده بسیار کمتر از این 1667 اهم بوده و جداسازی خودکار در زمان مجاز صورت می گیرد. در نظر داشته باشید که این بریکر فقط هنگام رخ دادن خطا با جریان AC قادر به تشخیص خطا خواهد بود. در صورت وجود ادوات DC در مدار باید از تیپ های A و موارد دیگر استفاده شود. استفاده از بریکر جریان باقی مانده ی تیپ AC در برخی از کشورها غیر مجاز است. در این مدار اگر ولتاژ تماس به 25 ولت کاهش پیدا کند، مقدار Ra باید کمتر مساوی 833 اهم باشد. این مقدار بسیار بیشتر از 18 اهم بوده و جداسازی صورت می گیرد.