انواع سیستم ارتینگ

انواع سیستم های ارتینگ یا هر یک از طرح های استاندارد شده ی ارت با چند حرف لاتین مشخص می شود. حرف اول به شکل T یا I بوده و بیان کننده ی ارتباط منبع تغذیه با زمین است. حرف دوم به شکل T یا N بوده و نحوه اتصال بدنه ی فلزی تجهیزات و هادی های بیگانه را تعیین می کند. جهت آشنایی با تعاریف و اجزای سیستم ارتینگ مقاله سیستم اتصال زمین را مطالعه کنید.  پس از این دو حرف ممکن است حروف C و S نیز استفاده شود. مفهوم حروف فوق عبارتند از:

• T برگرفته از کلمه لاتین Terra به معنی زمین: وجود این حرف به معنی اتصال مستقیم به زمین است.
• I برگرفته از کلمه لاتین Insulatum به معنی ایزوله یا جدا: وجود این حرف به معنی عدم اتصال یا عدم اتصال مستقیم به زمین است.
• N به معنی تامین اتصال زمین توسط شبکه ی الکتریکی است. تامین ارت توسط شبکه ی الکتریکی به صورت مشترک یا TN-C و جدا یا TN-S انجام می شود. در برخی از تاسیسات این دو طرح با هم ترکیب شده و سیستم TN-C-S را تشکیل می دهند.
• C برگرفته از کلمه Combined به معنی ترکیب شده است. این عبارت هنگامی استفاده می شود که هادی ارت و نول با یکدیگر ترکیب شده باشند.
• S برگرفته از کلمه Seperate به معنی جدا شده است. این عبارت هنگامی استفاده می شود که هادی ارت و نول از یکدیگر مجزا باشند.

سیستم ارتینگ TT یا نول زمین شده

در سیستم TT یک نقطه از منبع تغذیه مستقیما به زمین متصل می شود. این نقطه  اغلب هادی خنثی یا نول در سمت ثانویه ی ترانس های MV/LV است. در ادامه تمام قسمت های رسانا یا فلزی در دسترس تجهیزات و هادی های خارجی موجود در تاسیسات به یک الکترود زمین جداگانه متصل خواهند شد. الکترود دوم ممکن است از نظر الکتریکی مستقل یا غیر مستقل از الکترود منبع باشد.

دیاگرام سیستم نیروی TT به شکل 5 سیمه در تصویر زیر نمایش داده شده است. همانطور که مشاهده می کنید، ترانسفورماتورهای فشار متوسط اغلب به شکل مثلث-ستاره بوده و در سمت LV دارای چهار بوشینگ هستند. بوشینگ چهارم مرکز ستاره یا نوترال بوده که به زمین مستقل با مقاومت Rn متصل شده است. بدنه فلزی تجهیزات در این طرح به هادی حفاظتی جداگانه با عنوان PE متصل می شوند. هردو ناحیه ی تحت نفوذ الکترودها ممکن است بدون تاثیر بر عملکرد سیستم های حفاظتی، هم پوشانی داشته باشند.

سیستم ارتینگ TN با اتصال قسمت های فلزی تجهیزات به هادی نول

در سیستم TN نیز یک نقطه از منبع تغذیه مانند سیستم TT به زمین متصل می شود. تفات اصلی این نوع سیستم ارتینگ با سیستم نیروی TT مربوط به اتصال بخش های فلزی تجهیزات و هادی های خارجی یا بیگانه است. در سیستم نیروی TN، تمام بخش های رسانای بدنه تجهیزات و هادی های بیگانه به نول متصل خواهند شد. سیستم TN دارای سه نسخه ی مختلف به شکل های TN-C و TN-S و TN-C-S می باشد. هر یک از این سیستم های نیرو دارای اتصالات خاصی بوده که در ادامه بیشتر توضیح داده می شوند.

سیستم TN-C

حرف C در سیستم TN-C به معنی مشترک بودن هادی خنثی و حفاظتی است. به عبارت دیگر در سیستم نیروی TN-C هادی خنثی به عنوان هادی حفاظتی نیز استفاده می شود. هادی مشترک حفاظتی و خنثی به شکل PE+N نام گذاری شده و با عبارت PEN نمایش داده می شود. سیستم نیروی TN-C برای هادی های کمتر از 10 میلی متر مربع یا برای تجهیزات پرتابل مجاز نیست.

سیستم TN-C از انواع سیستم های ارتینگ به یک محیط هم پتانسیل مناسب در داخل تاسیسات با الکترودهای ارت پراکنده نیاز دارد. الکترودهای ارت باید تا حد ممکن با فاصله ی منظم از یکدیگر احداث شده و به هادی PEN متصل شوند. این روش اصطلاحا ارت مکرر نیز نامیده می شود. ارت مکرر PEN به این علت است که جریان های نامتعادلی فاز، هارمونیک سوم و مضرب های آن نیز از این هادی عبور می کند. تاکید می شود که هادی PEN باید به تعدادی از الکترودهای زمین موجود در تاسیسات متصل شده و تنها به یک الکترود اکتفا نشود.

در تصویر زیر دیاگرام سیستم نیروی TN-C را مشاهده می کنید. در این طرح نیز نقطه ی نوترال ترانسفورماتور به یک الکترود با مقاومت Rn متصل شده است. این سیستم به شکل 4 سیمه توزیع شده و می توان از هادی PEN  به صورت مشترک برای حفاظت و تغذیه ی نول تجهیزات استفاده کرد. طبق تصویر، هادی PEN در داخل تاسیسات به الکترودهای زمین دیگر متصل شده است.

سیستم ارت TN-S

حرف S در سیستم TN-S به معنی جدا  بودن هادی خنثی و حفاظتی است. سیستم ارت tns به شکل 5 سیمه برای مدارهای با سطح مقطع کمتر از 10 میلی متر مربع و تجهیزات پرتابل الزامی است. در سیستم های زمینی با کابل های غلاف سربی، عموما غلاف فلزی به عنوان هادی حفاظتی استفاده می شود.

در تصویر زیر دیاگرام سیستم نیروی TN-S را مشاهده می کنید. در این طرح نقطه ی نوترال ترانسفورماتور و هادی حفاظتی به صورت مشترک و توسط یک الکترود با مقاومت Rn به زمین متصل می شوند. در ادامه هادی های نول و ارت از یکدیگر جدا شده و مدار 5 سیمه را به شکل L1-L2-L3-N-PE تشکیل می دهند. طبق تصویر هادی های فاز و نول به ترمینال های بار و هادی PE به بدنه ی فلزی آن متصل خواهد شد. در این مدل نباید هادی های ارت و نول به یکدیگر متصل شده و یا به جای یکدیگر استفاده شوند.

سیستم TN-C-S

حروف C و S به ترتیب به معنی مشترک و جدا بودن هادی های نول و حفاظتی است. در واقع سیستم های ارتینگ TN-C و TN-S می توانند در یک تاسیسات استفاده شوند. نکته ی بسیار مهم در طرح TN-C-S، عدم استفاده از سیستم TN-C چهار سیمه در پائین دست سیستم TN-S پنج سیمه است. اگر ترتیب سیستم های TN-C و TN-S رعایت نشود، هرگونه قطع تصادفی هادی نول در بالادست باعث قطع شدن هادی حفاظتی در پائین دست می شود. قطع شدن هادی حفاظتی پائین دست باعث افزایش ریسک برقگرفتگی و آتش سوزی خواهد شد.

در تصویر زیر دیاگرام طرح ارت سیستم TN-C-S را مشاهده می کنید. در بخش اول دیاگرام از سیستم TN-C استفاده شده است. در طرح TN-C از انواع سیستم ارتینگ، هادی های حفاظتی و نول یکی بوده و شبکه به صورت 4 سیمه توزیع می شود. همانطور که قبلا شرح داده شد، در سیستم TN-C اولویت با هادی حفاظتی بوده و باید به بدنه ی تجهیزات متصل گردد. در صورت نیاز به نول می توانید از یک جمپر استفاده کرده و هادی PEN را به ترمینال N نیز متصل کنید. در ادامه هادی نول و ارت از یکدیگر جدا شده و شبکه ی TN-S را به صورت 5 سیمه تشکیل می دهند. در این قسمت از مدار باید هادی های نول و ارت به صورت جداگانه استفاده شوند.

تاکید می شود که ترتیب مدارهای TN-C و TN-S در طرح TN-C-Sبسیار مهم بوده و نباید جابجا شوند. در تصویر زیر دو اتصال اشتباه پس از جدا شدن هادی های نول و ارت از یکدیگر را مشاهده می کنید. در بخش اول هادی حفاظتی PE به ترمینال ارت دستگاه متصل شده و در ادامه به ترمینال N جمپر شده است. این روش سیم بندی در شبکه ی TN-S غیر مجاز است. در این قسمت باید هادی نول و حفاظتی به صورت مجزا به ترمینال های مشخص شده در بار متصل شوند.

در بخش دوم هادی های مجزای PE و N مجدد به یکدیگر متصل شده تا هادی PEN را تشکیل دهند. این اتصال نیز غیر مجاز بوده و در پائین دست شبکه ی TN-S ممنوع است. تاکید می شود که پس از جدا شدن هادی های نول و ارت نباید آن ها را به یکدیگر متصل کنید. به عبارت دیگر استفاده از طرح TN-C در پائین دست شبکه ی TN-S غیر مجاز است.

در تصویر زیر دو اشتباه مهم هنگام استفاده از طرح ارت TN-C آورده شده است. در بخش اول هادی PEN ابتدا به ترمینال N متصل شده و در ادامه به ترمینال PE جمپر شده است. در شبکه ی TN-C اولویت حفاظت هادی PEN بالاتر از نول بوده و نباید به این شبکه استفاده شود.

در بخش دوم اولویت حفاظتی رعایت شده ولی سطح مقطع هادی ها مناسب نیست. همانطور که قبلا اشاره شد استفاده از سیستم TN-C با هادی های کوچکتر از 10 میلی متر و تغذیه ی دستگاه های پرتابل غیر مجاز است.

سیستم ارتینگ IT با نول ایزوله

سیستم IT از انواع سیستم ارتینگ به دو شکل اجرا می شود. در طرح اول هادی نول به صورت عمدی زمین نشده و اصطلاحا منبع تغذیه به شکل Isolated neutral است. حرف T در این طرح نشان می دهد که بدنه ی فلزی تجهیزات و هادی های بیگانه به صورت مستقیم و توسط یک الکترود به زمین متصل خواهند شد. دیاگرام طرح ارت IT در تصویر زیر آورده شده است. همانطور که مشاهده می کنید نول در این سیستم به زمین متصل نشده و به صورت کامل از هادی حفاظتی PE مجزا است.

در واقعیت هیچ عایقی کامل نبوده و همه ی مدارها دارای امپدانس نشتی به زمین هستند. امپدانس نشتی به صورت توزیع شده بوده و با طول و آرایش شبکه ارتباط مستقیم دارد. امپدانس نشتی توزیع شده، دارای دو مولفه ی مقاومتی و خازنی است. به عبارت دیگر علاوه بر مسیر نشتی توزیع شده ی مقاومتی برای هر فاز، یک مسیر توزیع شده ی خازنی برای هر فاز نیز وجود دارد. طبق تصویر این دو مسیر موازی با یکدیگر امپدانس نشتی نرمال به زمین را تشکیل می دهند.

به عنوان مثال یک شبکه ی کابلی سه فاز و سه سیمه ی فشار ضعیف با طول یک کیلومتر را در نظر بگیرید. مجموع امپدانس نشتی نرمال این شبکه با توجه به عناصر R1-R2-R3 و C1-C2-C3 به شکل Zct نمایش داده می شود. امپدانس Zct به عنوان امپدانس بین نقطه ی خنثی و زمین در نظر گرفته شده است. مقدار Zct در این شبکه بین 3000 تا 4000 اهم بدون احتساب ظرفیت فیلترهای دستگاه های الکترونیکی تخمین زده می شود.

سیستم IT با نول زمین شده توسط امپدانس

در طرح دوم سیستم IT از یک امپدانس استفاده می شود. این امپدانس به شکل Zs بوده و می تواند بین 1000 تا 2000 اهم باشد. طبق تصویر، امپدانس Zs به صورت دائم بین نقطه ی خنثی سیم پیچ ثانویه ی ترانس و زمین قرار می گیرد. در این سیستم تمام بخش های فلزی تجهیزات و هادی های بیگانه به صورت مستقیم و توسط یک الکترود به زمین متصل خواهند شد.

دلایل استفاده از این نوع سیستم در ارتینگ منبع قدرت، تثبیت پتانسیل یک شبکه ی کوچک نسبت به زمین و کاهش سطح اضافه ولتاژها است. در این طرح از انواع سیستم های ارتینگ مقدار Zs نسبت به امپدانس نشتی کوچک تر می باشد. اضافه ولتاژهای کنترل شده در سیستم IT شامل ترنزینت های منتقل شده از سیم پیچ MV، بارهای الکتریسیته ی ساکن و غیره نسبت به زمین است. با این حال سیستم ارتینگ IT با امپدانس دائم، تاثیر کمی روی افزایش جریان خطای اول دارد.