روش‌های زمین‌سازی
روش‌های زمین‌سازی و مات‌های زمین‌سازی
در سیستم‌های برق، روش‌های متعددی برای زمین‌سازی موجود است، از جمله زمین‌سازی با سیم یا نوار، زمین‌سازی با میله، زمین‌سازی با لوله، زمین‌سازی با صفحه و زمین‌سازی از طریق خطوط آب. در میان این روش‌ها، زمین‌سازی با لوله و صفحه بیشترین کاربرد را دارند و در ادامه به تفصیل بررسی خواهند شد.
مات زمین‌سازی
مات زمین‌سازی با اتصال چندین میله به هم با رساناهای مسی ساخته می‌شود. این ساختار به طور موثر مقاومت کلی زمین‌سازی را کاهش می‌دهد و نقش مهمی در محدود کردن پتانسیل زمین دارد. این روش به ویژه برای مناطقی مناسب است که جریان‌های خطای بزرگ منتظره می‌باشند. در طراحی مات زمین‌سازی، چندین عامل بحرانی باید به دقت مورد توجه قرار گیرد:
ملاحظات ایمنی
در حالت خطا، اختلاف ولتاژ بین زمین و سطح زمین باید در حدی باشد که خطری برای افرادی که ممکن است با سطوح رسانا ولی غیرحمل‌کننده جریان در سیستم برق در تماس باشند، ایجاد نکند. این امر ایمنی کارکنانی که در نزدیکی یا اطراف نصب برق کار می‌کنند را تضمین می‌کند.
عملکرد رеле محافظ
مات زمین‌سازی باید قادر به تحمل جریان‌های خطای بی‌وقفه به اندازه کافی برای فعال کردن رеле محافظ باشد. مقاومت زمین پایین ضروری است تا جریان خطا آزادانه از طریق مات جریان یابد و رеле محافظ به طور سریع عمل کرده و بخش خراب سیستم برق را جدا کند.
جلوگیری از جریان‌های مرگبار
مقاومت مات زمین‌سازی باید به دقت طراحی شود تا جلوی جریان‌های مرگبار از طریق بدن انسان در صورت تماس اتفاقی با بخش‌های زنده را بگیرد. این یک الزام اساسی برای حفاظت از حیات انسان است.
محدود کردن ولتاژ گام
طراحی مات زمین‌سازی باید اطمینان حاصل کند که ولتاژ گام - اختلاف پتانسیل بین دو نقطه روی سطح زمین در فاصله معینی - زیر مقدار مجاز باقی بماند. این مقدار مجاز به عوامل مختلفی مانند مقاومت خاک و شرایط خطا بستگی دارد که برای جدا کردن تجهیزات خراب از سیستم برق زنده ضروری است. با نگه داشتن ولتاژ گام در حدود ایمن، خطر شوک برقی برای افرادی که در نزدیکی نصب زمین‌سازی قدم می‌زنند کمینه می‌شود.
الکترودهای زمین‌سازی
الکترود زمین‌سازی به هر نوع سیم، میله، لوله، صفحه یا گروه رسانا گفته می‌شود که به طور عمودی یا موازی در زمین قرار می‌گیرد. در سیستم‌های توزیع برق، یکی از شکل‌های رایج الکترود زمین‌سازی میله‌ای است که معمولاً حدود ۱ متر طول دارد و به طور عمودی در زمین نصب می‌شود. این طراحی ساده اما مؤثر کمک می‌کند تا ارتباط مطمئنی بین سیستم برق و زمین برقرار شود و جریان‌های خطای را به طور ایمن تخلیه کند.
به طور مخالف، در زیرстанیون‌های تولید، به جای تکیه بر میله‌های فردی، معمولاً از مات زمین‌سازی استفاده می‌شود. مات زمین‌سازی شامل چندین رسانا است که به یک شبکه متصل می‌شوند. این رویکرد چندین مزیت بر استفاده از الکترودهای تکی دارد. سطح بزرگتر و طبیعت متصل شده مات زمین‌سازی مقاومت کلی کمتری فراهم می‌کند و امکان تحمل جریان‌های خطای بزرگتر را فراهم می‌کند. علاوه بر این، کمک می‌کند تا پتانسیل الکتریکی را به طور مساوی در سراسر منطقه زیرستانیون توزیع کند و خطر ولتاژ گام و لمس را که می‌تواند تهدیدی برای کارکنان و تجهیزات باشد، کاهش می‌دهد.
زمین‌سازی با لوله
در میان روش‌های مختلف زمین‌سازی که تحت شرایط خاک و رطوبت مشابه قابل اعمال است، زمین‌سازی با لوله به عنوان یکی از روش‌های بسیار رایج و موثر شناخته می‌شود. در این روش، یک لوله فولادی که با پوشش رویی شده و سوراخ‌دار است، مطابق با مشخصات مورد تایید در مورد طول و قطر، به طور عمودی در خاکی که دائمی رطوبت دارد، نصب می‌شود، همان‌طور که در تصویر همراه نشان داده شده است.
انتخاب اندازه لوله یک مسئله بحرانی است، زیرا توسط دو عامل اصلی تعیین می‌شود: مقدار جریانی که سیستم زمین‌سازی باید رساند و مشخصات خاک. ممکن است لوله‌ای با قطر بزرگتر یا طول بیشتر برای تحمل جریان‌های خطای بزرگتر نیاز باشد تا مطمئن شویم که بار الکتریکی به طور ایمن و مؤثر در زمین تخلیه شود. علاوه بر این، انواع مختلف خاک مقاومت‌های الکتریکی متفاوتی دارند؛ به عنوان مثال، خاک با مقاومت بالاتر ممکن است نیاز به لوله‌ای با اندازه بزرگتر برای دستیابی به اتصال مقاومت کم با زمین داشته باشد. این فرآیند اندازه‌گیری دقیق اطمینان از قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم زمین‌سازی با لوله را فراهم می‌کند و آن را به انتخاب محبوب برای مجموعه وسیعی از نصب‌های برق می‌کند.
برای زمین‌سازی با لوله، معمولاً ابعاد خاصی برای لوله زمین‌سازی تعیین می‌شود که ممکن است بر اساس شرایط خاک متفاوت باشد. معمولاً، در خاک عادی، لوله‌ای با قطر ۴۰ میلی‌متر و طول ۲.۵ متر استفاده می‌شود. اما در خاک خشک و سنگی، لوله‌ای طولانی‌تر نیاز است تا اتصال مؤثری به زمین ایجاد شود. عمقی که لوله در آن دفن می‌شود مستقیماً با محتوای رطوبت خاک مرتبط است، زیرا محیط مرطوب‌تر رسانایی الکتریکی بهتری فراهم می‌کند.
در نصب معمولی، لوله در عمق ۳.۷۵ متر قرار می‌گیرد. برای بهبود عملکرد، پایین لوله با قطعات کوچک کک یا خاکستر احاطه می‌شود، که حدود ۱۵ سانتی‌متر دور از آن قرار می‌گیرند. لایه‌های متناوب کک و نمک به کار می‌روند که هر یک از آن‌ها هدف خاصی دارند. کک مساحت تماس مؤثر با زمین را افزایش می‌دهد، در حالی که نمک مقاومت زمین را کاهش می‌دهد و به طور کلی کارایی سیستم زمین‌سازی را بهینه می‌کند.
لوله‌ای اضافی با قطر ۱۹ میلی‌متر و طول حداقل ۱.۲۵ متر از طریق یک سوکتل کاهش‌دهنده به بالای لوله فولادی رویی (GI) متصل می‌شود. این لوله ثانویه نقش مهمی در حفظ عملکرد سیستم، به ویژه در شرایط آب و هوایی نامساعد، دارد.
در ماه‌های تابستان، محتوای رطوبت خاک به طور طبیعی کاهش می‌یابد، که منجر به افزایش مقاومت زمین می‌شود. برای مقابله با این امر، ساختاری از بتن سیمان ساخته می‌شود تا تامین آب مداوم را تضمین کند. برای حفظ اتصال زمین مؤثر، ۳ تا ۴ دلو آب از طریق یک سطل متصل به لوله‌ای با قطر ۱۹ میلی‌متر که به لوله GI اصلی متصل است، ریخته می‌شود. سیم زمین، که می‌تواند سیم GI یا نوار GI با مقطع کافی برای تحمل جریان‌های خطای باشد، از طریق لوله GI با قطر ۱۲ میلی‌متر که در عمق حدود ۶۰ سانتی‌متر زیر سطح زمین دفن شده است، عبور می‌کند.
زمین‌سازی با صفحه
زمین‌سازی با صفحه شامل دفن یک صفحه زمین‌سازی در زمین است. صفحه می‌تواند از مس با ابعاد ۶۰ سانتی‌متر × ۶۰ سانتی‌متر × ۳ میلی‌متر یا فولاد رویی با ابعاد ۶۰ سانتی‌متر × ۶۰ سانتی‌متر × ۶ میلی‌متر ساخته شود. صفحه به طور عمودی قرار می‌گیرد و قسمت بالای آن حداقل در عمق ۳ متر از سطح زمین قرار می‌گیرد. این عمق برای تضمین زمین‌سازی الکتریکی قابل اعتماد ضروری است، زیرا امکان تماس کافی صفحه با خاک را فراهم می‌کند و تخلیه ایمن جریان‌های الکتریکی در صورت بروز خطا را تسهیل می‌کند.
زمین‌سازی با صفحه
در هنگام اجرای زمین‌سازی با صفحه، صفحه زمین‌سازی در لایه‌های کمکی کک و نمک با ضخامت حداقل ۱۵ سانتی‌متر قرار می‌گیرد. این ترکیب کمک می‌کند تا مقاومت خاک حول صفحه را کاهش دهد و کارایی سیستم زمین‌سازی را افزایش دهد. سیم زمین، که می‌تواند از فولاد رویی (GI) یا مس ساخته شده باشد، به صفحه زمین‌سازی با استفاده از مهره‌ها و پیچ‌ها به صورت محکم متصل می‌شود. با اینکه مس رسانایی الکتریکی بهتری دارد، اما به دلیل هزینه قابل توجه بیشتر نسبت به GI، صفحه‌ها و سیم‌های مسی معمولاً برای زمین‌سازی استفاده نمی‌شوند. این ارزانی GI آن را به انتخاب محبوب برای بسیاری از کاربردهای عملی زمین‌سازی می‌کند.
زمین‌سازی از طریق خطوط آب
زمین‌سازی از طریق خطوط آب یک روش دیگر برای ایجاد اتصال الکتریکی به زمین است. در این روش، سیم GI یا مسی به خطوط آب متصل می‌شود. اتصال با استفاده از سیم پیچ‌پاره فولادی که به یک سیم مسی متصل می‌شود، امن شده است. این روش از شبکه گسترده فلزی خطوط آب که معمولاً تماس خوبی با زمین دارند، بهره می‌برد تا مسیری با مقاومت کم برای جریان الکتریکی در صورت بروز خطا فراهم کند. با این حال، این روش زمین‌سازی باید با مقررات ایمنی و کد‌های سیستم آب مطابقت داشته باشد تا ایمنی الکتریکی و تمامیت سیستم تأمین آب تضمین شود.
لوله‌های آب معمولاً از فلز ساخته شده و در زیر سطح زمین دفن می‌شوند، که به طور مؤثر اتصال مستقیمی با زمین برقرار می‌کند. در صورت بروز خطا، جریانی که از طریق سیم GI یا مسی مورد استفاده برای زمین‌سازی جریان می‌یابد، مستقیماً از طریق لوله آب به زمین تخلیه می‌شود. این مسیری مناسب و مؤثر برای تخلیه جریان‌های خطای فراهم می‌کند، با استفاده از شبکه گسترده زیرزمینی لوله آب و رسانایی ذاتی آن به عنوان ساختار فلزی.
