پروتکتیو مالتی پلار زمین (PME) – TN-C-S – (MEN) و PNB
حفاظ چندگانه زمین (PME) چیست؟
حفاظ چندگانه زمین (PME) یک روش ایمنی برای زمین کردن است که در آن مسیر پیوستگی زمین (سیم زمین) در محل مصرف با هر دو سیستم زمین‌کردن محلی و هادی خنثی منبع تغذیه متصل می‌شود. این سیستم که به TN-C-S یا حفاظ چندگانه نیترال (MEN) نیز معروف است، مطمئن می‌کند که اگر سیم خنثی قطع شود، جریانات خطای همچنان می‌توانند از طریق اتصال زمین به منبع به صورت ایمن بازگردند و خطر شوک الکتریکی و خطرات دیگر را به حداقل می‌رساند.
در سیستم زمین‌کردن PME (همانطور که در زیر نشان داده شده)، هادی خنثی نقش دوگانه‌ای دارد: ارائه حفاظ زمین و عملکرد به عنوان هادی خنثی. علاوه بر این، هادی خنثی در چند نقطه در سمت تأمین زمین می‌شود. بخش بعدی این مقاله پیامدهای یک هادی PEN باز (قطع شدن خنثی منبع) شامل اقدامات محافظتی و خطرات مرتبط با PME را مورد بحث قرار می‌دهد.
TN-C-S PME چیست؟
TN-C-S PME (حفاظ چندگانه زمین) یک تنظیمات خاص از یک سیستم توزیع الکتریکی است که منبع تأمین خارجی مستقیماً در چند نقطه (T = Terre، فرانسوی برای "زمین" یا "گراند") زمین می‌شود. در سمت نصب مصرف‌کننده، بخش‌های هادی تجهیزات از طریق کابل‌های محافظ مدار (CPC) به هر دو هادی خنثی (N) و سیستم زمین‌کردن متصل می‌شوند.
علامت "C-S" نشان می‌دهد که هادی‌های خنثی (N) و حفاظ زمین (PE) در شبکه منبع تأمین (C) ترکیب شده و در نصب مصرف‌کننده (S) جدا شده‌اند.
اجزاء کلیدی TN-C-S PME
T: Terre ("زمین/گراند") — سیستم دارای یک اتصال مستقیم و مستقل زمین مجزا از هادی‌های تأمین است.
N: خنثی — هادی بازگشت جریان در مدار الکتریکی.
C: ترکیب — در شبکه تأمین بالادست (مانند از ترانسفورماتور تا پنل اصلی مصرف‌کننده)، هادی‌های خنثی (N) و حفاظ زمین (PE) به یک هادی واحد به نام PEN (حفظ خنثی زمین) ترکیب می‌شوند.
S: جدا — در پنل اصلی یا نقطه توزیع مصرف‌کننده، هادی PEN به دو هادی مستقل تقسیم می‌شود:
خنثی (N): جریان بازگشت را منتقل می‌کند.
حفاظ زمین (PE): به چارچوب تجهیزات متصل می‌شود و ایمنی را در مواقع خطا تضمین می‌کند.
نحوه عملکرد TN-C-S PME
بالادست (سمت تأمین):
خنثی و حفاظ زمین به عنوان یک هادی PEN ترکیب شده، در منبع (مانند ترانسفورماتور) و ممکن است در نقاط میانی (زمین‌کردن چندگانه) زمین می‌شوند.
پایین‌دست (سمت مصرف‌کننده):
در پنل اصلی مصرف‌کننده، هادی PEN به یک خنثی (N) و حفاظ زمین (PE) جدا شده تقسیم می‌شود.
هادی PE به تمام بخش‌های هادی تجهیزات (مانند پوشش‌های فلزی) متصل می‌شود تا جریان‌های خطا به صورت ایمن به زمین منتقل شوند.
خنثی (N) در داخل نصب مصرف‌کننده (به جز یک نقطه پیوند در پنل اصلی برای حفظ ثبات پتانسیل) از زمین جدا می‌شود.
مزایای ایمنی
حفاظت از خطا: در صورت بروز خطا در فاز به فلز، جریان از طریق هادی PE به زمین جریان می‌یابد و دیود یا برش مدار را به سرعت قطع می‌کند.
ایمنی در صورت قطع شدن خنثی: اگر هادی خنثی در بالادست قطع شود، اتصال PEN/PE مطمئن می‌کند که بخش‌های فلزی معرض خطر در پتانسیل زمین باقی می‌مانند و خطر شوک الکتریکی کاهش می‌یابد.
انعطاف‌پذیری: ترکیب سادگی یک سیستم ترکیبی خنثی-زمین (TN-C) در شبکه تأمین با ایمنی یک سیستم جدا (TN-S) در محل نصب مصرف‌کننده، آن را برای شبکه‌های شهری و نصب‌های ساختمانی مناسب می‌کند.
این تنظیمات تعادل بین کارایی هزینه در شبکه تأمین و افزایش ایمنی در محیط‌های کاربر نهایی را برقرار می‌کند و به طور گسترده در محیط‌های مسکونی، تجاری و صنعتی استفاده می‌شود.
PNB چیست؟
PNB یا حفاظ خنثی پیوند، یک روش زمین‌کردن مشابه با سیستم PME (حفاظ چندگانه زمین) است، اما با یک تفاوت کلیدی: اتصال خنثی به زمین (TN) در سمت مصرف‌کننده (مانند پنل اصلی محل) و نه در منبع تغذیه یا ترانسفورماتور توزیع انجام می‌شود.
در یک سیستم TN-C-S، PNB (حفاظ خنثی پیوند) به تنظیماتی اشاره دارد که در آن هادی‌های PEN (حفاظ خنثی زمین) یا CNE (ترکیب خنثی زمین) مصرف‌کنندگان به منبع تغذیه (مانند ترانسفورماتور) فقط در یک نقطه متصل می‌شوند. این نقطه پیوند واحد مطمئن می‌کند که توابع خنثی و حفاظ زمین در بالادست (از ترانسفورماتور تا پنل اصلی مصرف‌کننده) ترکیب شده و در نصب مصرف‌کننده (ساختار TN-C-S) جدا شده‌اند.
نکات مهم برای PNB
نیاز فاصله زمین: فاصله توصیه شده بین الکترود زمین و پنل اصلی مصرف‌کننده (جایی که پیوند خنثی-زمین اتفاق می‌افتد) کمتر از ۴۰ متر (حدود ۱۳۰ فوت) است. برای کاهش خطرات ولتاژ در صورت قطع شدن خنثی، این فاصله باید به حداقل ممکن (بهترین حالت کنار میله پیوند زمین پنل اصلی) باشد.
مکانیسم ایمنی: با پیوند دادن خنثی به زمین در محل مصرف‌کننده، PNB پتانسیل خنثی را پایدار می‌کند و مسیر پشتیبانی برای جریان‌های خطا در صورت خرابی هادی خنثی بالادست ارائه می‌دهد. این کار خطر تبدیل شدن بخش‌های فلزی معرض خطر به لایو و ایجاد شوک الکتریکی را کاهش می‌دهد.
تفاوت با PME
در حالی که هر دو PNB و PME شامل پیوند خنثی-زمین هستند، PME معمولاً شامل چندین نقطه زمین‌کردن در سمت تأمین (مانند ترانسفورماتور و در طول شبکه توزیع) است، در حالی که PNB روی یک نقطه پیوند در محل مصرف‌کننده در چارچوب TN-C-S تمرکز دارد.
PNB برای توازن بین ایمنی و سادگی در نصب‌های کوچک‌مقیاس طراحی شده است و تضمین می‌کند که با قوانین الکتریکی سازگار باشد در حالی که تأثیر خرابی‌های هادی خنثی در محیط‌های کاربر نهایی را به حداقل می‌رساند.
چرا و در کجا سیستم زمین‌کردن PME استفاده می‌شود؟
بر اساس ESQCR (قوانین ایمنی، کیفیت و پیوستگی برق)، مصرف‌کنندگان از نصب هادی‌های PEN در نصب‌های HV/LV منع شده‌اند؛ این مسئولیت با عملگر مستقل شبکه توزیع (DNO) است. این امر به دلیل این است که سیستم‌های PME شامل تنظیمات زمین‌کردن پیچیده‌ای هستند که مدیریت حرفه‌ای برای تضمین ایمنی و رعایت قوانین نیاز دارند.
مزایای کلیدی PME
مزیت اصلی PME توانایی آن در کاهش خطرات در صورت قطع شدن سیم خنثی (هادی PEN باز) است. اگر خنثی خراب شود، جریان خطا می‌تواند از طریق مسیر موازی زمین (ایجاد شده توسط چندین نقطه زمین‌کردن) به منبع تغذیه بازگردد. این مسیر مقاومت پایین باعث می‌شود دستگاه‌های محافظ (مانند برش‌ها و دیودها) به سرعت عمل کنند، زیرا جریان بالا به دلیل مقاومت پایین فیوز را ذوب یا دیود را فعال می‌کند. در نتیجه، بخش‌های فلزی معرض خطر در پتانسیل نزدیک زمین باقی می‌مانند و خطر شوک الکتریکی از قطع شدن خنثی حذف می‌شود. بدون PME، قطع شدن خنثی هیچ مسیر بازگشتی نخواهد داشت و سیم خنثی انرژی خواهد گرفت و خطر شوک شدیدی را موجب می‌شود.
کاربردهای PME
شرکت‌های تأمین برق و توزیع معمولاً PME را در مناطق روستایی یا زمین‌های چالش‌برانگیز (مانند مناطق کوهستانی) که:
زمین‌کردن پایین مقاومت برای هر ساختمان به تنهایی هزینه‌بر یا غیرعملی است.
به دست آوردن مقاومت حلقه زمین مناسب از ترانسفورماتور تا انتهای‌های مصرف‌کننده دشوار است.
با این حال، استفاده از PME نیاز به تایید کتبی از مراجع مربوطه دارد به دلیل نیازهای فنی و خطرات بالقوه آن.
سایز‌بندی هادی و پیوند برای PME/PNB
برای زمین‌کردن PME، سایز‌بندی هادی باید با مقررات BS 7671:2018+A2:2022 مطابقت داشته باشد:
خطرات بالقوه زمین‌کردن PME
هرچند PME ایمنی را افزایش می‌دهد، اما خطرات خاصی را معرفی می‌کند:
پتانسیل خنثی بالا
اگر هادی خنثی قطع شود (که در خطوط هوایی روستایی رایج است)، تمامی بخش‌های محافظ فلزی (مانند پوشش‌های تجهیزات) که به خنثی پیوند داده شده‌اند می‌توانند انرژی گرفته و خطرناک شوند. به عنوان مثال:
خطاهای خاموش
مغایرت با خطاهای واضح، یک خنثی قطع شده با PME ممکن است فوراً اقدام محافظتی را فعال نکند. سیستم می‌تواند انرژی‌دار بماند تا زمانی که کسی بخش‌های فلزی را لمس کند، منجر به شوک‌های غیرمنتظره می‌شود.
نیازمندی‌های کاهش خطر:
زمین‌کردن چندگانه: خنثی باید در چند نقطه در سیستم زمین شود.
مقاومت زمین پایین: مقاومت هر الکترود زمین نباید بیش از ۱۰ اهم باشد.
شاخه‌های زمین فردی: برای هر نصب توصیه می‌شود تا جریان‌های خطا مشترک را به حداقل برساند.
تاییدیه مراجع: تاییدیه رسمی برای تضمین طراحی و نگهداری صحیح الزامی است.
نتیجه‌گیری
PME یک روش زمین‌کردن مهم و تحت نظارت است که برای مناطق با شرایط زمین‌کردن چالش‌برانگیز مناسب است. کارایی آن به رعایت دقیق استانداردهای پیوند، سایز‌بندی و نگهداری بستگی دارد تا خطرات مانند پتانسیل خنثی بالا را جلوگیری کند. همیشه با مهندسان کارشناس مشورت کنید و تاییدیه نظارتی را در زمان پیاده‌سازی سیستم‌های PME به دست آورید.
