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

نیازهای کلی محافظت از خطاهای زمین‌بندی

• سیستم محافظت از خطاهای زمین‌بندی باید طراحی شود تا به طور موثر از شوک الکتریکی غیرمستقیم به افراد جلوگیری کند، همچنین از حوادثی مانند حریق الکتریکی و آسیب به سیم‌کشی‌ها.
• اجزای هادی بیرونی تجهیزات الکتریکی باید به رساننده محافظ (رساننده PE) به طور قابل اعتماد و بر اساس شرایط خاص سیستم متصل شوند. اجزای هادی بیرونی که ممکن است به طور همزمان لمس شوند باید به یک سیستم زمین‌بندی مشابه متصل شوند تا اطمینان از یکسان‌سازی پتانسیل حاصل شود.
• در صورتی که محافظت از خطاهای زمین‌بندی یک نصب الکتریکی نتواند نیاز به قطع خودکار مدار خراب در زمان مشخص شده را برآورده کند، یکسان‌سازی پتانسیل تکمیلی باید در منطقه محلی اجرا شود تا ولتاژ تماس را کاهش داده و ایمنی را افزایش دهد.

محافظت از خطاهای زمین‌بندی در سیستم‌های TN

در سیستم‌های TN، ویژگی‌های عملیاتی محافظت از خطاهای زمین‌بندی برای مدارهای توزیع باید شرایط زیر را برآورده کند:

Zs × Ia ≤ Uo

که در آن:

• Zs — امپدانس کل حلقه خطای زمین‌بندی (Ω);
• Ia — جریان مورد نیاز برای قطع خودکار مدار خراب توسط دستگاه محافظ در زمان مشخص شده (A);
• Uo — ولتاژ اسمی بین فاز و زمین (V).

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، هنگامی که خطای زمین‌بندی در فاز L3 رخ می‌دهد، جریان خراب (Id) از رساننده فاز L3، پوشش فلزی تجهیزات و رساننده محافظ PE عبور می‌کند و یک حلقه بسته را تشکیل می‌دهد. Zs نشان‌دهنده امپدانس کل حلقه فاز-رساننده محافظ است و Uo برابر 220V است.

نیازهای زمان قطع برای محافظت از خطاهای زمین‌بندی در سیستم‌های TN

برای مدارهای توزیع سیستم TN با ولتاژ اسمی فاز-زمین 220V، زمان مورد نیاز برای قطع مدار خراب توسط محافظت از خطاهای زمین‌بندی باید شرایط زیر را برآورده کند:

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

انتخاب روش‌های محافظت از خطاهای زمین‌بندی در سیستم‌های TN:

الف. وقتی که نیازهای زمان قطع فوق برآورده شود، محافظت از جریان بیش از حد می‌تواند به عنوان محافظت از خطاهای زمین‌بندی نیز استفاده شود؛
ب. وقتی که محافظت از جریان بیش از حد نتواند نیازها را برآورده کند اما محافظت از جریان دنباله‌ای صفر می‌تواند، باید از محافظت از جریان دنباله‌ای صفر استفاده شود. مقدار تنظیم محافظت باید بیش از جریان نامتقارن ماکزیمم در شرایط عادی باشد؛
ج. وقتی که هیچ یک از روش‌های فوق نتوانند نیازها را برآورده کنند، باید از محافظت عملیاتی جریان باقی‌مانده (RCD یا "محافظت از جریان تسرب") استفاده شود.

محافظت از خطاهای زمین‌بندی در سیستم‌های TT

ویژگی‌های عملیاتی محافظت از خطاهای زمین‌بندی در مدارهای توزیع سیستم TT باید شرایط زیر را برآورده کند:

RA × Ia ≤ 50 V

که در آن:

• RA — مجموع مقاومت الکترود زمین بخش‌های هادی بیرونی و مقاومت زمین رساننده N (Ω);
• Ia — جریان مورد نیاز برای اطمینان از قطع مدار خراب توسط دستگاه محافظ (A).

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، هنگامی که خطای زمین‌بندی در فاز L3 رخ می‌دهد، جریان خراب (Id) از رساننده فاز L3، پوشش فلزی تجهیزات، مقاومت الکترود زمین تجهیزات، زمین و بازگشت به منبع از طریق مقاومت زمین نقطه خنثی عبور می‌کند و حلقه خراب را تشکیل می‌دهد. مقدار 50 V نشان‌دهنده محدوده ایمنی ولتاژ تماس است که اطمینان می‌دهد ولتاژی که یک فرد در زمان خرابی ممکن است با آن مواجه شود خطرناک نباشد.