ویژگی های سیستم های TT، TN و IT

در این مقاله سیستم های ارتینگ TT، TN و IT و ویژگی ها، کاربرد و مزایا و معایب هر یک را بررسی می کنیم.

سیستم ارت TT

در تصویر زیر دیاگرام یک شبکه TT را مشاهده می کنید. در این تاسیسات سه بخش مختلف به صورت مجزا به زمین متصل شده اند. ارت اول مربوط به بدنه فلزی تجهیزات فشار متوسط مانند ترانسفورماتور بوده که در طرح های ارتینگ مطرح نمی شود. ارت دوم مختص نقطه ی خنثی سیم پیچ ثانویه ی ترانسفورماتور است. نقطه ی خنثی یا نول ترانسفورماتور اغلب در پست MV/LV و توسط یک چاه ارت جداگانه به زمین متصل می شود. ارت سوم جهت اتصال زمین بدنه ی فلزی تجهیزات و هادی های بیگانه در نظر گرفته شده است. به علت مستقل بودن این ارت ها از حروف T و T در این طرح ارت استفاده می گردد.

در دیاگرام فوق از تجهیزات جریان باقی مانده یا نشتی جریان استفاده شده است. تجهیزات جریان باقی مانده و رله های EF از ترانس کور بالانس یا Core Balance Current Transformer جهت تشخیص خطا استفاده می کنند. همانطور که مشاهده می کنید تمام هادی های برقدار سیم پیچ فشار ضعیف ترانسفورماتور شامل L1-L2-L3 و N از داخل کوربالانس عبور کرده اند. تاکید می شود که هادی حفاظتی یا PE نباید از داخل ترانس کوربالانس عبور داده شود.

مزایا و معایب سیستم TT

اگر بخش های فلزی تجهیزات الکتریکی از طریق الکترودهای مختلف زمین شده باشند، نمی توانید فقط از یک RCD برای حفاظت تمام مدارها استفاده کنید. به عبارت دیگر باید برای مجموعه مدارهای متصل شده به هر  الکترود زمین معین، از یک RCD استفاده شود. این نکته ی بسیار مهم در تصویر بالا به شکل خط چین نمایش داده شده است. خصوصیات اصلی سیستم TT به این شرح است:

• ساده ترین راه حل برای طراحی و اجرا: این سیستم در تاسیساتی استفاده می شود که به شکل مستقیم توسط شبکه ی توزیع فشار ضعیف عمومی تغذیه خواهند شد.
• عدم نیاز به نظارت مداوم بر مدار در حین بهره برداری: توجه داشته باشید که RCD ها نیاز به بررسی دوره ای دارند.
• هر خطای زمین یا شکست عایقی در این سیستم باعث قطع منبع تغذیه خواهد شد: قطع مدار معیوب توسط سیستم های جریان باقی مانده انجام می شود. در صورت افزایش تعداد RCD های سری و موازی در تاسیسات می توان محدوده ی خطا را محدود تر کرد. سیستم های نشتی جریان باقی مانده سری باید از نوع سلکتیو باشند.
• برخی از مصرف کننده ها یا بخش های خاصی از تاسیسات به صورت نرمال دارای جریان نشتی مجاز هستند. مصرف کننده هایی که در حین بهره برداری نرمال باعث ایجاد جریان نشتی زیاد می شوند، نیاز به اقدامات ویژه ای دارند. در نظر داشته باشید که جریان نشتی زیاد برخی از بارها می تواند باعث تریپ RCD ها و بی برق شدن کل مدار شود. از راه حل های کلی برای رفع این مشکل می توان به تغذیه بارها توسط ترانس های جدا کننده یا استفاده از RCD های با جریان نشتی بالاتر اشاره کرد.

سیستم TN

اتصال زمین حفاظتی در سیستم TN از طریق شبکه تامین می شود. سیستم TN دارای دو گروه اصلی TN-C و TN-S بوده که در برخی از تاسیسات با یکدیگر نیز ترکیب می شوند. در ترکیب سیستم های TN باید به قوانین شرح داده شده در بخش های قبلی توجه شود. خصوصیات اصلی سیستم TN به این شرح است:

• مستلزم نصب الکترودهای زمین در داخل تاسیسات با فاصله های منظم است.
• نیاز به بررسی های اولیه جهت قطع سیستم های حفاظتی با رخ دادن اولین خطای زمین یا شکست عایقی دارد. بررسی و اطمینان از عملکرد سیستم های حفاظتی در این طرح با محاسبات دقیق در مرحله ی طراحی آغاز می شود. در ادامه باید تست و اندازه گیری های الزامی انجام شود تا عملکرد سیستم های حفاظتی حین بهره برداری تائید گردد. از تست های الزامی می توان به اندازه گیری مقاومت حلقه و جریان خطای فاز به زمین اشاره کرد.
• هرگونه تغییر و توسعه در سیستم TN باید توسط افراد ماهر انجام شود. تغییرات بدون محاسبه ممکن است باعث خارج شدن یک مدار از طرح حفاظتی گردد.
• با توجه به شناسایی خطاهای فاز به زمین توسط ادوات اضافه جریان، ممکن است شکست عایقی باعث بروز صدمات سنگین تری شود. به عنوان مثال شکست عایقی در الکتروموتور و عبور جریان های بالا، می تواند صدمات بیشتری در سیم پیچ آن ایجاد کند.
• جریان فاز به زمین بالا در این سیستم می تواند ریسک آتش سوزی را افزایش دهد. تاکید می شود که در محیط های با خطر آتش سوزی از طرح ارت مناسب و تجهیزات تکمیلی استفاده گردد.

سیستم ارتینگ tn-c

در تصویر زیر دیاگرام سیستم ارت TN-C را مشاهده می کنید. در این طرح نیز نقطه ی نوترال ترانسفورماتور در پست به صورت مستقیم اتصال زمین می شود. هادی های نول و حفاظتی در این طرح ارت با یکدیگر ترکیب شده و هادی PEN را تشکیل می دهند. اولویت عملکرد حفاظتی هادی PEN نسبت به انتقال انرژی به نقطه ی صفر ترانس بیشتر است. همانطور که در تصویر مشاهده می کنید این هادی ابتدا به ترمینال ارت مصرف کننده ها متصل شده و در ادامه به ترمینال نول جمپر شده است. در این سیستم از چهار هادی برای توزیع شبکه ی سه فاز به همراه نول و حفاظت استفاده می شود.  نکته ی دیگر این دیاگرام استفاده از ارت های مکرر در تاسیسات و اتصال آن ها به هادی PEN است. ارت مکرر به معنی موازی شدن چندین الکترود زمین و کاهش مقاومت کل سیستم خواهد بود.

خصوصیات سیستم TN-C به این شرح است:

• در نگاه اول این طرح ارت هزینه ی کمتری دارد. کاهش هزینه ها با توجه به حذف یک هادی و حذف پل چهارم کلیدها و بریکرها انجام می شود. در این طرح حفاظتی از جداکننده های 3 پل استفاده می شود.
• در این طرح ارت باید از هادی ثابت و سخت استفاده شود.
• استفاده از این طرح ارت در محل های با خطر آتش سوزی بالا و تجهیزات کامپیوتری غیر مجاز است. سیستم های کامپیوتری، منابع تغذیه و بارهای غیر خطی دیگر باعث آلودگی هادی PEN به هارمونیک خواهند شد.

سیستم ارتینگ tn-s

طرح ارت TN-S مدل دیگری از سیستم TN است. در این طرح نقطه ی نوترال ترانسفورماتور در پست به صورت مستقیم به زمین متصل خواهد شد. نکته ی مهم در طرح ارت TN-S جدا شدن هادی های نول و حفاظتی از یکدیگر است. این دو هادی در محل ترانسفورماتور به صورت مشترک به یک الکترود متصل شده ولی بعد از آن به صورت جداگانه در تاسیسات توزیع می شوند. در سیستم TN-S نباید هادی نول و حفاظتی به یکدیگر متصل شوند. استفاده از سیستم TN-S بعد از سیستم TN-C مجاز بوده ولی باید به ملاحظات شرح داده شده توجه گردد. ترکیب سیستم های TN-S با TN-C طرح ارت TN-C-S را تشکیل می دهد.

خصوصیات سیستم TN-S به این شرح است:

• این طرح حفاظتی با هادی ها و لوله های انعطاف پذیر قابل اجرا است.
• در این طرح هادی های نول و ارت از یکدیگر جدا بوده و سیستم PE عاری از هارمونیک ها خواهد بود. با توجه به تمیز بودن هادی PE می توان از این طرح در سیستم های کامپیوتری و اماکن با خطرات خاص استفاده کرد.

سیستم IT

در تصویر زیر دیاگرام طرح ارت سیستم IT را مشاهده می کنید. هادی خنثی در این طرح کاملا ایزوله بوده یا توسط امپدانس به زمین متصل می شود. سیستم IT به شکل 5 سیمه در تاسیسات توزیع شده و هادی نول و ارت آن هیچ ارتباطی با یکدیگر ندارند. هادی PE به صورت مستقل زمین شده و در نهایت به بدنه فلزی تجهیزات و هادی های بیگانه متصل می گردد.

خصوصیات سیستم ارت IT به این شرح است:

• طرح IT بهترین تداوم در سرویس دهی و بهره برداری را دارد زیرا خطای زمین اول، باعث قطع تغذیه نخواهد شد.
• با نصب تجهیزات مانیتورینگ عایقی می توان اولین خطای شکست عایقی یا فاز به زمین را تشخیص داد. مشخص کردن محل خطا و رفع سریع آن باعث جلوگیری از قطع منبع تغذیه به صورت اتوماتیک می شود.
• از سیستم IT می توان در تاسیساتی با یک ترانس MV/LV یا LV/LV استفاده کرد.
• این طرح به افراد ماهر برای مانیتورینگ و نگهداری نیاز دارد.
• شبکه های گسترده با سیستم IT باید دارای انعطاف کافی، عایقی مناسب و ادوات جداکننده باشد. در صورت بزرگ بودن شبکه باید آن را به بخش های کوچکتری تقسیم کرده و از ترانسفورماتورهای جدا کننده استفاده شود. ترانس های جدا کننده برای تغذیه ی بارهای با جریان نشتی بالا در نظر گرفته می شوند.
• عملکرد سیستم های حفاظتی هنگام رخ دادن دو خطای هم زمان باید در مراحل طراحی و با محاسبات دقیق انجام شود. اطمینان از عملکرد سیستم های حفاظتی توسط تست های خاصی در حین بهره برداری انجام می شود. تست ها برای هر گروه از تجهیزات با اتصال داخلی قسمت های فلزی انجام خواهد شد.
• حفاظت هادی خنثی باید طبق الزامات انجام شود. الزامات حفاظت از هادی خنثی در بخش 7.2 فصل G شرح داده شده است.

در این طرح ارتینگ می توان با استفاده از تجهیزات مانیتورینگ عایقی یا IMD: Insulation monitoring device، اولین خطای فاز به زمین را تشخیص داد. توصیه می شود در سیستم های IT یا خطوط هوایی از محدود کننده های ولتاژ نیز استفاده شود. در تصویر یک نمونه رله مانیتورینگ عایقی و محدود کننده ی ولتاژ Cardew از خانواده ی Vigilohm  قابل استفاده در سیستم های IT را مشاهده می کنید.