راهنمای جامع سیستم‌های زمین‌سازی
سیستم زمین‌بندی که همچنین به عنوان سیستم گردنده شناخته می‌شود، بخش‌های خاصی از سیستم توان الکتریکی را با زمین (معمولاً سطح رسانا زمین) به منظور ایمنی و عملکرد متصل می‌کند. انتخاب سیستم زمین‌بندی می‌تواند بر ایمنی و سازگاری الکترومغناطیسی نصب تأثیر بگذارد. قوانین مربوط به سیستم‌های زمین‌بندی در کشورها متفاوت است، اما بیشتری از پیشنهادات کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) پیروی می‌کنند. در این مقاله، انواع مختلف سیستم‌های زمین‌بندی، مزایا و معایب آنها و نحوه طراحی و نصب آنها را توضیح می‌دهیم.
چه چیزی است سیستم زمین‌بندی؟
سیستم زمین‌بندی به عنوان مجموعه‌ای از رساناهای و الکترودهایی تعریف می‌شود که مسیری با مقاومت کم برای جریان الکتریکی در صورت بروز خطا یا اختلال فراهم می‌کنند. این موضوع به دلایل مختلفی مهم است:
حفاظت از تجهیزات: سیستم زمین‌بندی به حفظ تجهیزات الکتریکی از آسیب ناشی از ولتاژ بالا یا شرایط خرابی کوتاه مداری کمک می‌کند. همچنین از تجمع الکتریکی ثابت و افزایش ناگهانی توان ناشی از ضربه‌های نزدیک یا عملیات تغییر مداری جلوگیری می‌کند.
حفاظت از افراد: سیستم زمین‌بندی با اطمینان از این که قسمت‌های فلزی بیرونی نصب‌های الکتریکی در همان پتانسیل زمین قرار گرفته‌اند، از خطر شوک الکتریکی جلوگیری می‌کند. همچنین عملکرد دستگاه‌های محافظ مانند قطع‌کننده‌های مدار یا دستگاه‌های کنترل جریان باقی‌مانده (RCDs) که می‌توانند در صورت بروز خطا تأمین را قطع کنند، تسهیل می‌کند.
نقطه مرجع: سیستم زمین‌بندی نقطه مرجعی برای مدارهای الکتریکی و تجهیزات فراهم می‌کند تا بتوانند در سطح ولتاژی ایمن نسبت به زمین عمل کنند. این امر اطمینان می‌دهد که هر انرژی الکتریکی که توسط بار استفاده نشده باشد به صورت ایمن به زمین تخلیه می‌شود.
انواع سیستم‌های زمین‌بندی
BS 7671 پنج نوع سیستم زمین‌بندی را فهرست می‌کند: TN-S، TN-C-S، TT، TN-C، و IT. حروف T و N به معنای:
T = زمین (از کلمه فرانسوی Terre)
N = میانه
حروف S، C، و I به معنای:
S = جداگانه
C = ترکیبی
I = جداشده
نوع سیستم زمین‌بندی به این بستگی دارد که منبع انرژی (مانند تبدیل‌کننده یا ژنراتور) چگونه به زمین متصل شده و چگونه ترمینال زمین‌بندی مصرف‌کننده به منبع یا به الکترود محلی زمین متصل شده است.
سیستم TN-S
در سیستم TN-S که در شکل 1 نشان داده شده است، منبع میانه تنها در یک نقطه به زمین متصل شده که در نزدیکی منبع یا در نزدیک‌ترین نقطه‌ای که عملی است. ترمینال زمین‌بندی مصرف‌کننده معمولاً به پوشش فلزی یا زره کابل خدمات توزیع‌کننده به داخل محل متصل می‌شود.
شکل 1: سیستم TN-S
مزایای سیستم TN-S عبارتند از:
فراهم کردن مسیری با مقاومت کم برای جریان‌های خطا، که اطمینان می‌دهد دستگاه‌های محافظ به سرعت عمل کنند.
جلوگیری از هرگونه تفاوت پتانسیل بین میانه و زمین در محل مصرف‌کننده.
کاهش خطر تداخل الکترومغناطیسی ناشی از جریان‌های مشترک مدل.
معایب سیستم TN-S عبارتند از:
نیاز به رسانای محافظ (PE) جداگانه به همراه رساناهای تأمین، که هزینه و پیچیدگی تأسیسات را افزایش می‌دهد.
ممکن است تحت تأثیر فرسودگی یا آسیب به پوشش فلزی یا زره کابل خدمات قرار گیرد که می‌تواند مؤثریت آن را کاهش دهد.
سیستم TN-C-S
در سیستم TN-C-S که در شکل 2 نشان داده شده است، رسانای میانه توزیع‌کننده اصلی به زمین در منبع و در فواصلی در طول مسیر متصل شده است. این معمولاً به عنوان زمین‌بندی چندگانه محافظ (PME) شناخته می‌شود. با این ترتیب، رسانای میانه توزیع‌کننده نیز برای بازگشت جریان‌های خطا به منبع به صورت ایمن استفاده می‌شود. برای این منظور، توزیع‌کننده ترمینال زمین‌بندی مصرف‌کننده را فراهم می‌کند که به رسانای میانه ورودی متصل شده است.
شکل 2: سیستم TN-C-S
مزایای سیستم TN-C-S عبارتند از:
کاهش تعداد رساناهای مورد نیاز برای تأمین، که هزینه و پیچیدگی تأسیسات را کاهش می‌دهد.
فراهم کردن مسیری با مقاومت کم برای جریان‌های خطا، که اطمینان می‌دهد دستگاه‌های محافظ به سرعت عمل کنند.
جلوگیری از هرگونه تفاوت پتانسیل بین میانه و زمین در محل مصرف‌کننده.
معایب سیستم TN-C-S عبارتند از:
ممکن است خطر شوک الکتریکی ایجاد کند اگر در رسانای میانه بین دو نقطه زمین‌بندی شکافی وجود داشته باشد، که می‌تواند ولتاژ تماسی روی قسمت‌های فلزی بیرونی را افزایش دهد.
ممکن است جریان‌های غیرخواسته را در لوله‌های فلزی یا ساختارهایی که در نقاط مختلف به زمین متصل شده‌اند، ایجاد کند که می‌تواند منجر به فرسودگی یا تداخل شود.
سیستم TT
در سیستم TT که در شکل 3 نشان داده شده است، هر دو منبع و نصب مصرف‌کننده از طریق الکترودهای جداگانه به زمین متصل شده‌اند. این الکترودها هیچ ارتباط مستقیمی بین آنها وجود ندارد. این نوع سیستم زمین‌بندی برای نصب‌های سه‌فازی و تک‌فازی قابل اعمال است.
شکل 3: سیستم TT
مزایای سیستم TT عبارتند از:
حذف هرگونه خطر شوک الکتریکی ناشی از شکاف در رسانای میانه یا تماس بین رساناهای زنده و قسمت‌های فلزی زمین‌بندی شده.
جلوگیری از هرگونه جریان‌های غیرخواسته در لوله‌های فلزی یا ساختارهایی که در نقاط مختلف به زمین متصل شده‌اند.
امکان بیشتر در انتخاب مکان و نوع الکترودهای زمین.
معایب سیستم TT عبارتند از:
نیاز به الکترود محلی موثر برای هر نصب، که ممکن است با توجه به شرایط خاک و فضای موجود دشوار یا پرهزینه باشد.
نیاز به دستگاه‌های محافظ اضافی مانند RCDs یا ELCBs کنترل شده با ولتاژ برای اطمینان از قطع مطمئن در صورت بروز خطا.
ممکن است ولتاژ تماسی روی قسمت‌های فلزی بیرونی را به دلیل مقاومت حلقه زمین بالاتر افزایش دهد.
سیستم TN-C
در سیستم TN-C که در شکل 4 ن
