چه مزایایی برای استفاده از سیستم زمینگذاری مشترک در توزیع برق وجود دارد و چه احتیاطاتی باید رعایت شود
مشترک کردن زمینسازی چیست؟
مشترک کردن زمینسازی به عملی اشاره دارد که در آن، زمینسازی عملی (فعال)، زمینسازی محافظ تجهیزات و زمینسازی محافظ برقآسا با یک سیستم الکترود زمینسازی مشترک استفاده میشوند. یا ممکن است به معنای اتصال رساناهای زمینسازی از چند دستگاه الکتریکی به هم و پیوستن آنها به یک یا چند الکترود زمینسازی مشترک باشد.
1. مزایای مشترک کردن زمینسازی
سیستم سادهتر با تعداد کمتری از رساناهای زمینسازی، که نگهداری و بازرسی آن را آسانتر میکند.
مقاومت زمینسازی معادل چند الکترود زمینسازی متصل شده به موازی کمتر از مقاومت کل سیستمهای زمینسازی جداگانه و مستقل است. وقتی که فولاد ساختمان یا سربند آن به عنوان الکترود زمینسازی مشترک استفاده میشود—به دلیل مقاومت ذاتی کم آن—مزایای مشترک کردن زمینسازی بیشتر قابل توجه میشود.
افزایش قابلیت اطمینان: اگر یک الکترود زمینسازی خراب شود، دیگران میتوانند جبران کنند.
تعداد کمتری از الکترودهای زمینسازی، که هزینههای نصب و مواد را کاهش میدهد.
در صورت خرابی عایقبندی که باعث کوتاهشدن فاز به بدنه میشود، جریان خطا بزرگتری جریان مییابد، که اطمینان میدهد دستگاههای محافظ سریعاً عمل کنند. این همچنین ولتاژ لمس را وقتی که کارکنان با تجهیزات خراب تماس میگیرند، کاهش میدهد.
کاهش خطرات ناشی از ولتاژهای بالای برقآسا.
نظریاً، برای جلوگیری از بازتاب برقآسا، زمینسازی محافظ برقآسا باید در فاصله ای ایمن از ساختارهای ساختمان، تجهیزات الکتریکی و سیستمهای زمینسازی آنها نگه داشته شود. با این حال، در مهندسی واقعی، این امر اغلب غیرعملی است. ساختمانها معمولاً خطوط ورودی متعددی (برق، داده، آب و غیره) در مساحتهای وسیع دارند. به ویژه وقتی که سربند فولادی ساختمان به عنوان رسانای پنهان محافظ برقآسا استفاده میشود، تقریباً غیرممکن است سیستم محافظ برقآسا را از لولههای ساختمان، قاب تجهیزات یا زمینسازی سیستم برق جدا کرد.
در چنین شرایطی، مشترک کردن زمینسازی توصیه میشود—اتصال زمینسازی نیوترال ترانسفورماتور، تمام زمینسازیهای عملی و محافظ تجهیزات الکتریکی و سیستم محافظ برقآسا به یک شبکه الکترود زمینسازی مشترک. به عنوان مثال، در ساختمانهای بلند، یکپارچه کردن زمینسازی الکتریکی با سیستم محافظ برقآسا به طور موثر یک قفس فارادی با استفاده از چارچوب فولادی داخلی ساختمان تشکیل میدهد. تمام تجهیزات الکتریکی داخلی و رساناهای متصل به این قفس از تفاوتهای پتانسیل و بازتاب برقآسا محافظت میشوند.
بنابراین، وقتی از ساختار فلزی یک ساختمان برای زمینسازی استفاده میشود، مشترک کردن زمینسازی برای چند سیستم نه تنها امکانپذیر است بلکه مزایایی دارد، به شرطی که مقاومت زمینسازی کلی زیر 1 Ω حفظ شود.
2. نکات مهم برای مشترک کردن زمینسازی
طبیعت جریانهای زمینسازی:
ریسک مرتبط با افزایش پتانسیل زمین (GPR) به اندازه، مدت و فرکانس جریانهای زمینسازی بستگی دارد. به عنوان مثال، مانعهای برقآسا یا میلههای برقآسا ممکن است در زمان ضربه برقآسا جریانهای بسیار بالایی را منتقل کنند، اما این حوادث کوتاه و نادر هستند—بنابراین GPR ایجاد شده خطر کمتری را مطرح میکند.
با این حال، مقاومت زمینسازی مشترک باید به نیاز سختگیرانهترین سیستم متصل شده برآورده کند، بهترین حالت ≤1 Ω.
در سیستمهای توزیع ولتاژ پایین با نیوترال زمینسازی محکم، الکترود زمینسازی مشترک ممکن است جریانهای لکهای مداوم از تمام بارهای متصل را منتقل کند و جریانهای دورهای زمینسازی را تشکیل دهد. اگر مقاومت زمینسازی بالای حد امنیتی حرکت کند، میتواند هم تجهیزات و هم کارکنان را در معرض خطر قرار دهد.
علاوه بر این، با استفاده گسترده از کامپیوترها و تجهیزات الکترونیکی حساس، اغلب نیاز به زمینسازی فیلتر وجود دارد. فیلترهای EMI/RFI بزرگ خط-به-زمین ظرفیتهای لکهای قابل توجهی به زمین معرفی میکنند که نیز به جریان کل زمینسازی میافزایند.
تأثیر افزایش پتانسیل زمین بر تجهیزات متصل:
به عنوان مثال، واحد زیرстанیون فشرده داخلی. به طور سنتی، نیوترال ترانسفورماتور، قاب فلزی و بدنه تجهیزات بار به یک زمین مشترک متصل میشدند. در حالی که معمولاً مانعهای برقآسا یک زمین جداگانه داشتند تا از افزایش خطرناک پتانسیل در زمان تخلیه جلوگیری کنند.
با این حال، اگر یک دستگاه بار با خرابی عایقبندی جریان لکهای ایجاد کند، کل جریان حلقه خطا از طریق الکترود زمینسازی مشترک جریان مییابد و پتانسیل محلی زمین را افزایش میدهد—و در نتیجه، ولتاژ قاب تجهیزات را افزایش میدهد. اگر کارکنان تحت این شرایط درب کابین را باز کنند، در معرض خطر شوک الکتریکی قرار میگیرند. چنین حوادثی به طور مکرر رخ دادهاند.
به عنوان نتیجه، در عمل مدرن، غالباً زمینسازی عملی (مانند نیوترال ترانسفورماتور) از زمینسازی محافظ و برقآسا در زیرستانیونهای 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 تجهیزات الکتریکی کلاس B، اگر ترانسفورماتور توزیع فراهمکننده در یک ساختمان حاوی تجهیزات کلاس B قرار ندارد، و سمت ولتاژ بالایی آن در یک سیستم بدون زمینسازی، زمینسازی با پیچه پیترسن (پیچه خنثیکننده قوس) یا زمینسازی با مقاومت بالا عمل میکند، در این صورت زمینسازی عملی سیستم ولتاژ پایین میتواند از همان الکترود زمینسازی با زمینسازی محافظ ترانسفورماتور استفاده کند، به شرطی که مقاومت زمینسازی شرایط R ≤ 50/I (Ω) و R ≤ 4 Ω را برآورده کند.
برای تجهیزات الکتریکی کلاس A که در سیستمهای زمینسازی مؤثر عمل میکنند، زمینسازی عملی ترانسفورماتور باید خارج از شبکه زمینسازی محافظ قرار گیرد—یعنی مشترک کردن زمینسازی مجاز نیست.
اگر ترانسفورماتور توزیع در یک ساختمان حاوی تجهیزات الکتریکی کلاس B نصب شده باشد، و سمت ولتاژ بالایی آن از زمینسازی با مقاومت پایین استفاده میکند، در این صورت زمینسازی عملی ولتاژ پایین میتواند با زمینسازی محافظ مشترک شود اگر:
مقاومت زمینسازی شرایط R ≤ 2000/I (Ω) را برآورده کند، و
ساختمان یک سیستم اتصال اصلی همپتانسیل (MEB) داشته باشد.
علاوه بر این، برای سیستمهای بالای 1 kV که به عنوان سیستمهای کوتاهمداری زمینسازی بزرگ طبقهبندی میشوند، مشترک کردن زمینسازی اگر رفع سریع خطا تضمین شود، مجاز است، اما مقاومت زمینسازی باید < 1 Ω باشد.
زمینسازی محافظ ترانسفورماتورهای توزیع در تجهیزات کلاس A میتواند از همان الکترود زمینسازی با زمینسازی محافظ مانع برقآسا استفاده کند.
4. نتیجهگیری
تجربه عملی نشان میدهد که در سیستمهای توزیع ولتاژ پایین عمومی، جایی که جدا کردن کامل سیستمهای زمینسازی اغلب غیرقابل انجام است، مشترک کردن زمینسازی—ترکیب زمینسازی عملی، محافظ و برقآسا—امانبخشتر، اقتصادیتر، سادهتر برای نصب و آسانتر برای نگهداری است.
برای کاهش خطرات بالقوه مشترک کردن زمینسازی، مهندسان باید:
به طور کامل از فولاد ساختاری ساختمان به عنوان یک الکترود زمینسازی طبیعی استفاده کنند،
مقاومت کل زمینسازی را زیر 1 Ω نگهداری کنند، و
اتصال همپتانسیل کامل را در سراسر تسهیلات اجرایی کنند.
این اقدامات به طور موثر خطرات را کاهش میدهند و عملکرد ایمن و قابل اعتماد تجهیزات الکتریکی مدرن را تضمین میکنند.
