تحلیل حفاظت از خطا در سیستم‌های توزیع ولتاژ پایین برای مراکز داده

نیازهای عمومی محافظت در برابر خطاهای زمین‌داری

• سیستم محافظت در برابر خطاهای زمین‌داری باید طراحی شود تا به طور موثر از شوک الکتریکی غیرمستقیم به افراد جلوگیری کند، همچنین از حوادثی مانند آتش‌سوزی الکتریکی و خسارت به کابل‌ها.
• اجزای رسانا و ظاهری تجهیزات الکتریکی باید به طور قابل اعتماد به رسانا محافظ (PE) در ارتباط با شرایط خاص سیستم متصل شوند. اجزای رسانا و ظاهری که می‌توانند همزمان لمس شوند باید به همان سیستم زمین‌داری متصل شوند تا اطمینان از هم‌سطحی پتانسیل حاصل شود.
• در صورتی که محافظت در برابر خطاهای زمین‌داری یک نصب الکتریکی نتواند نیاز به قطع خودکار مدار خطا در زمان مشخص شده را برآورده کند، باید در منطقه محلی بازخورد هم‌سطحی تکمیلی انجام شود تا ولتاژ لمس را کاهش دهد و ایمنی را افزایش دهد.

محافظت در برابر خطاهای زمین‌داری در سیستم‌های TN

در سیستم‌های TN، ویژگی‌های عملیاتی محافظت در برابر خطاهای زمین‌داری برای مدارهای توزیع باید شرایط زیر را برآورده کنند:

Zs × Ia ≤ Uo

که در آن:

• Zs — مجموع امپدانس حلقه خطای زمین‌داری (Ω);
• Ia — جریان لازم برای اینکه دستگاه محافظ به طور خودکار مدار خطا را در زمان مشخص شده قطع کند (A);
• Uo — ولتاژ اسمی بین فاز و زمین (V).

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، وقتی خطای زمین‌داری در فاز L3 رخ می‌دهد، جریان خطا (Id) از رسانای فاز L3، پوشش فلزی تجهیزات و رسانا محافظ (PE) عبور می‌کند و حلقه بسته‌ای را تشکیل می‌دهد. Zs نشان‌دهنده مجموع امپدانس حلقه فاز-رانا محافظ است و Uo برابر 220V است.

نیازهای زمان قطع برای محافظت در برابر خطاهای زمین‌داری در سیستم‌های TN

برای مدارهای توزیع سیستم TN با ولتاژ اسمی فاز-زمین 220V، زمان لازم برای قطع مدار خطا توسط محافظت در برابر خطاهای زمین‌داری باید شرایط زیر را برآورده کند:

• برای مدارهای توزیع یا مدارهای نهایی که تجهیزات الکتریکی ثابت را تغذیه می‌کنند، زمان قطع نباید بیش از 5 ثانیه باشد;
• برای مدارهای تغذیه تجهیزات دستی یا متحرک، یا مدارهای گیره‌های برق، زمان قطع نباید بیش از 0.4 ثانیه باشد.

انتخاب روش‌های محافظت در برابر خطاهای زمین‌داری در سیستم‌های TN:

الف. وقتی که نیازهای زمان قطع فوق برآورده می‌شود، می‌توان از محافظت در برابر جریان بیش از حد برای محافظت در برابر خطاهای زمین‌داری نیز استفاده کرد؛
ب. وقتی که محافظت در برابر جریان بیش از حد نتواند نیازهای فوق را برآورده کند اما محافظت در برابر جریان صفریه می‌تواند، باید از محافظت در برابر جریان صفریه استفاده شود. مقدار تنظیم محافظ باید بزرگتر از بیشینه جریان نامتقارن در شرایط عادی باشد؛
ج. وقتی که هیچ یک از روش‌های فوق نتوانند نیازهای فوق را برآورده کنند، باید از محافظت در برابر جریان باقی‌مانده (RCD یا "محافظت در برابر جریان نشتی") استفاده شود.

محافظت در برابر خطاهای زمین‌داری در سیستم‌های TT

ویژگی‌های عملیاتی محافظت در برابر خطاهای زمین‌داری در مدارهای توزیع سیستم TT باید شرایط زیر را برآورده کنند:

RA × Ia ≤ 50 V

که در آن:

• RA — مجموع مقاومت الکترود زمین اجزای رسانا و ظاهری و مقاومت زمین رسانای N (Ω);
• Ia — جریان لازم برای اطمینان از قطع مدار خطا توسط دستگاه محافظ (A).

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، وقتی خطای زمین‌داری در فاز L3 رخ می‌دهد، جریان خطا (Id) از رسانای فاز L3، پوشش فلزی تجهیزات، مقاومت الکترود زمین تجهیزات، زمین و به نقطه محاوره‌ای زمین‌داری از طریق مقاومت زمین‌داری نوترال عبور می‌کند و حلقه خطا را تشکیل می‌دهد. مقدار 50 V نشان‌دهنده حد ایمنی ولتاژ لمس است و اطمینان می‌دهد که ولتاژی که یک فرد در طول خطا ممکن است با آن مواجه شود خطرناک نباشد.