چه مزایایی در استفاده از سیستم زمین‌گذاری مشترک در توزیع برق وجود دارد و چه احتیاطاتی باید رعایت شود

چه می‌باشد زمین مشترک؟

زمین مشترک به عملی اشاره دارد که در آن، زمین عملی (فعال) سیستم، زمین محافظ تجهیزات و زمین محافظت از برق ناشی از طوفان از یک سیستم الکترود زمینی واحد استفاده می‌کنند. یا ممکن است به معنای اتصال رسانه‌های زمینی چند دستگاه الکتریکی با یکدیگر و پیوند آنها به یک یا چند الکترود زمینی مشترک باشد.

1. مزایای زمین مشترک

• سیستم ساده‌تر با تعداد کمتری رسانه زمینی، که نگهداری و بازرسی آن را آسان‌تر می‌کند.

• مقاومت زمینی معادل چند الکترود زمینی متصل شده به صورت موازی کمتر از مقاومت کل سیستم‌های زمینی جدا و مستقل است. هنگامی که فولاد ساختاری یا جوش‌های ساختمان به عنوان الکترود زمینی مشترک استفاده می‌شود - به دلیل مقاومت ذاتی کم آن - مزایای زمین مشترک بیشتر قابل توجه می‌شود.

• افزایش قابلیت اطمینان: اگر یک الکترود زمینی خراب شود، دیگران می‌توانند جبران کنند.

• کاهش تعداد الکترودهای زمینی، کاهش هزینه‌های نصب و مواد.

• در صورت شکست عایق که باعث اختلال فاز-به-پوسته می‌شود، جریان خطا بزرگ‌تری جریان می‌یابد، که مطمئن می‌شود دستگاه‌های محافظ عمل کنند. این همچنین ولتاژ تماس را کاهش می‌دهد وقتی که کارکنان با تجهیزات خراب تماس می‌گیرند.

• کاهش خطرات ناشی از ولتاژ بالای برق طوفان.

تئوریک، برای جلوگیری از بازتاب پشتی برق طوفان، باید زمین محافظت از برق طوفان را در فاصله ای ایمن از سازه‌های ساختمان، تجهیزات الکتریکی و سیستم‌های زمینی آنها نگه داشت. اما در مهندسی واقعی، این امر اغلب غیرعملی است. ساختمان‌ها معمولاً خطوط ورودی متعددی (برق، داده، آب و غیره) در مناطق گسترده‌ای دارند. به ویژه هنگامی که جوش‌های فولادی ساختمان به عنوان رسانه‌های مخفی محافظت از برق طوفان استفاده می‌شوند، تقریباً غیرممکن است تا سیستم محافظت از برق طوفان را از لوله‌های ساختمان، پوسته‌های تجهیزات یا زمینی سیستم برق جدا کرد.

در چنین مواردی، زمین مشترک توصیه می‌شود - اتصال نیوترال ترانسفورماتور، تمام زمین‌های عملی و محافظ تجهیزات الکتریکی و سیستم محافظت از برق طوفان به یک شبکه الکترود زمینی مشترک. به عنوان مثال، در ساختمان‌های بلند، یکپارچه سازی زمین الکتریکی با سیستم محافظت از برق طوفان به طور مؤثر یک قفس فارادی با استفاده از چارچوب فولادی داخلی ساختمان تشکیل می‌دهد. تمام تجهیزات الکتریکی داخلی و رسانه‌های متصل به این قفس از تفاوت‌های پتانسیل ناشی از برق طوفان و بازتاب پشتی محافظت می‌شوند.

بنابراین، هنگام استفاده از ساختار فلزی یک ساختمان برای زمین کردن، زمین مشترک برای چندین سیستم نه تنها امکان‌پذیر است بلکه مزایایی دارد، به شرطی که مقاومت کل زمینی زیر ۱ Ω حفظ شود.

2. نکات مهم برای زمین مشترک

طبیعت جریان‌های زمینی:
خطر ناشی از افزایش پتانسیل زمین (GPR) به اندازه، مدت زمان و فرکانس جریان‌های زمینی بستگی دارد. به عنوان مثال، ممانعت‌کننده‌های برق طوفان یا میله‌های آن ممکن است جریان‌های بسیار بالایی را در زمان ضربه منتقل کنند، اما این حوادث کوتاه و نادر هستند - بنابراین GPR ناشی از آن‌ها خطر محدودی دارد.

با این حال، مقاومت زمین مشترک باید نیازمندی‌های سخت‌گیرانه‌ترین سیستم متصل شده را برآورده کند، بهترین حالت ≤1 Ω.

در سیستم‌های توزیع ولتاژ پایین با نیوترال زمینی محکم، الکترود زمینی مشترک ممکن است جریان‌های نشتی مداوم از تمام بارهای متصل شده را منتقل کند، که جریان‌های زمینی دورانی را تشکیل می‌دهد. اگر مقاومت زمینی بالاتر از حد ایمن شود، می‌تواند تهدیدی برای تجهیزات و کارکنان باشد.

علاوه بر این، با استفاده گسترده از کامپیوترها و تجهیزات الکترونیکی حساس، معمولاً نیاز به زمین فیلتری است. فیلترهای EMI/RFI بزرگ خط-به-زمین ظرفیت‌های نشتی بزرگی به زمین می‌دهند که به جریان کل زمینی می‌افزایند.

تأثیر افزایش پتانسیل زمین بر تجهیزات متصل شده:
به عنوان مثال، یک واحد زیر ایستگاه فشرده داخلی. به طور سنتی، نیوترال ترانسفورماتور، پوسته فلزی و شاسی تجهیزات بار به یک زمین مشترک متصل می‌شدند. در حالی که ممانعت‌کننده‌های برق طوفان غالباً یک زمین جداگانه داشتند تا از افزایش پتانسیل خطرناک در زمان تخلیه جلوگیری کنند.

با این حال، اگر یک دستگاه بار عایق خراب شود و جریان نشتی داشته باشد، کل جریان حلقه خطا از طریق الکترود زمینی مشترک جریان می‌یابد و پتانسیل محلی زمین را افزایش می‌دهد - و در نتیجه ولتاژ پوسته تجهیزات کلیدزنی. اگر کارکنان در این شرایط درب کابین را باز کنند، خطر شوک الکتریکی را دارند. چنین حوادثی بارها رخ داده است.

بنابراین، در عمل مدرن، معمولاً زمین عملی (مانند نیوترال ترانسفورماتور) از زمین محافظ و زمین محافظت از برق طوفان در زیر ایستگاه‌های داخلی جدا می‌شود - حتی اگر این کار پیچیدگی نصب را افزایش دهد.

3. استانداردها و مقررات مربوط (چین)

• بر اساس استانداردهای فعلی صنعت برق چین:

• برای نصب‌های الکتریکی کلاس B، اگر ترانسفورماتور توزیع کننده در یک ساختمان شامل تجهیزات کلاس B قرار ندارد و سمت فشار بالای آن در یک سیستم بدون زمین، زمین‌شده با کویل پیترسن (کویل خاموش‌کننده قوس) یا زمین‌شده با مقاومت بالا عمل می‌کند، آنگاه زمین عملی سیستم ولتاژ پایین می‌تواند از همان الکترود زمینی با زمین محافظ ترانسفورماتور به اشتراک بگذارد، شرطاً مقاومت زمینی R ≤ 50/I (Ω) و R ≤ 4 Ω را برآورده کند.

• برای نصب‌های الکتریکی کلاس A که در سیستم‌های به طور موثر زمین‌شده عمل می‌کنند، زمین عملی ترانسفورماتور باید خارج از شبکه زمین محافظ قرار گیرد - یعنی زمین مشترک مجاز نیست.

• اگر ترانسفورماتور توزیع کننده در داخل یک ساختمان با نصب‌های الکتریکی کلاس B نصب شود و سمت فشار بالای آن از زمین‌شدن با مقاومت پایین استفاده کند، آنگاه زمین عملی ولتاژ پایین می‌تواند از زمین محافظ به اشتراک بگذارد اگر:

• مقاومت زمینی R ≤ 2000/I (Ω) را برآورده کند، و

• ساختمان یک سیستم اتصال ایزوپتانسیل اصلی (MEB) داشته باشد.

• به علاوه، برای سیستم‌های بالای ۱ kV که به عنوان سیستم‌های کوتاه‌مداری زمینی بزرگ طبقه‌بندی می‌شوند، زمین مشترک مجاز است اگر رفع خطا سریع تضمین شود، اما مقاومت زمینی باید < 1 Ω باشد.

• زمین محافظ ترانسفورماتورهای توزیع کننده در نصب‌های کلاس A می‌تواند از همان الکترود زمینی با زمین محافظ ممانعت‌کننده‌های برق طوفان به اشتراک بگذارد.

4. نتیجه‌گیری

تجربه عملی نشان می‌دهد که در سیستم‌های توزیع ولتاژ پایین عمومی، جایی که جدا کردن کامل سیستم‌های زمینی اغلب غیرقابل دستیابی است، زمین مشترک - ترکیب زمین عملی، محافظ و محافظت از برق طوفان - ایمن‌تر، اقتصادی‌تر، ساده‌تر برای نصب و آسان‌تر برای نگهداری است.

برای کاهش خطرات بالقوه زمین مشترک، مهندسان باید:

• به طور کامل از فولاد ساختاری ساختمان به عنوان یک الکترود زمینی طبیعی استفاده کنند،

• مقاومت کل زمینی را زیر ۱ Ω نگه دارند، و

• اتصال ایزوپتانسیل جامع را در سراسر تسهیلات انجام دهند.

این اقدامات به طور مؤثر خطرات را کاهش می‌دهند و عملکرد ایمن و قابل اعتماد نصب‌های الکتریکی مدرن را تضمین می‌کنند.