راهنمای جامع سیستم‌های زمین‌سازی
سیستم زمین‌سازی که همچنین به عنوان سیستم زمین‌گیری شناخته می‌شود، بخش‌های خاصی از یک سیستم برق را با زمین (معمولاً سطح هدایت‌پذیر زمین) برای اهداف ایمنی و عملکردی متصل می‌کند. انتخاب سیستم زمین‌سازی می‌تواند تأثیرات ایمنی و سازگاری الکترومغناطیسی نصب را تحت تأثیر قرار دهد. مقررات سیستم‌های زمین‌سازی در کشورها متفاوت است، اما بیشتر آنها پیشنهادات کمیته بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) را دنبال می‌کنند. در این مقاله، ما انواع مختلف سیستم‌های زمین‌سازی، مزایا و معایب آنها و نحوه طراحی و نصب آنها را توضیح خواهیم داد.
چه چیزی سیستم زمین‌سازی است؟
سیستم زمین‌سازی به مجموعه‌ای از رساناها و الکترودها تعریف می‌شود که مسیری با مقاومت کم برای جریان الکتریکی در صورت وجود خطا یا خرابی فراهم می‌کنند. این موضوع به دلایل مختلفی مهم است:
حفاظت از تجهیزات: سیستم زمین‌سازی به محافظت از تجهیزات الکتریکی از خسارت ناشی از ولتاژ بیش از حد یا شرایط خرابی کوتاه‌مداری کمک می‌کند. همچنین از تجمع الکتریکی و پیک‌های قدرت ناشی از ضربات صاعقه نزدیک یا عملیات سوئیچینگ جلوگیری می‌کند.
حفاظت از افراد: سیستم زمین‌سازی با اطمینان از این که قسمت‌های فلزی عریان نصب‌های الکتریکی در همان پتانسیل زمین قرار گرفته‌اند، از خطرات شوک الکتریکی جلوگیری می‌کند. همچنین عملکرد دستگاه‌های محافظ مانند آبروهای مدار یا دستگاه‌های کنترل جریان باقی‌مانده (RCDs) را تسهیل می‌کند که می‌توانند در صورت خرابی منبع تامین را قطع کنند.
نقطه مرجع: سیستم زمین‌سازی نقطه مرجعی برای مدارهای و تجهیزات الکتریکی فراهم می‌کند تا بتوانند در سطح ولتاژ ایمنی نسبت به زمین کار کنند. این امر اطمینان می‌دهد که هر انرژی الکتریکی که توسط بار مصرف نشده است به صورت ایمن به زمین منتشر می‌شود.
انواع سیستم‌های زمین‌سازی
BS 7671 پنج نوع از سیستم‌های زمین‌سازی 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 = نیوترال
حروف S، C و I به معنای:
S = جدا
C = ترکیبی
I = جدا شده
نوع سیستم زمین‌سازی با توجه به نحوه اتصال منبع انرژی (مانند یک ترانسفورماتور یا ژنراتور) به زمین و نحوه اتصال ترمینال زمین‌سازی مصرف‌کننده به منبع یا به یک الکترود محلی زمین تعیین می‌شود.
سیستم TN-S
در سیستم TN-S، نیوترال منبع انرژی تنها در یک نقطه با زمین متصل می‌شود، در یا به نزدیکی منبع. ترمینال زمین‌سازی مصرف‌کننده معمولاً به غلاف یا زره کابل خدمات توزیع‌کننده وارد محل است.
شکل 1: سیستم TN-S
مزایای سیستم TN-S عبارتند از:
این سیستم مسیری با مقاومت کم برای جریان‌های خرابی فراهم می‌کند که اطمینان می‌دهد دستگاه‌های محافظ سریعاً عمل کنند.
این سیستم هرگونه تفاوت پتانسیل بین نیوترال و زمین در محل مصرف‌کننده را اجتناب می‌دهد.
این سیستم خطر تداخل الکترومغناطیسی ناشی از جریان‌های مشترک مود را کاهش می‌دهد.
معایب سیستم TN-S عبارتند از:
این سیستم نیاز به رسانای محافظ (PE) جداگانه همراه با رساناهای تامین دارد که هزینه و پیچیدگی سیم‌کشی را افزایش می‌دهد.
این سیستم ممکن است تحت تأثیر فرسایش یا خرابی غلاف یا زره کابل خدمات قرار گیرد که می‌تواند مؤثریت آن را کاهش دهد.
سیستم TN-C-S
در سیستم TN-C-S، رسانای نیوترال توزیع‌کننده با زمین در منبع و در فواصلی در طول مسیر آن متصل می‌شود. این ترتیب معمولاً به عنوان زمین‌گیری چندگانه محافظ (PME) شناخته می‌شود. با این ترتیب، رسانای نیوترال توزیع‌کننده همچنین برای بازگشت جریان‌های خرابی زمینی ناشی از نصب مصرف‌کننده به صورت ایمن به منبع استفاده می‌شود. برای دستیابی به این امر، توزیع‌کننده ترمینال زمین‌سازی مصرف‌کننده را ارائه می‌دهد که به رسانای نیوترال ورودی متصل است.
شکل 2: سیستم TN-C-S
مزایای سیستم TN-C-S عبارتند از:
این سیستم تعداد رساناهای مورد نیاز برای تامین را کاهش می‌دهد که هزینه و پیچیدگی سیم‌کشی را کاهش می‌دهد.
این سیستم مسیری با مقاومت کم برای جریان‌های خرابی فراهم می‌کند که اطمینان می‌دهد دستگاه‌های محافظ سریعاً عمل کنند.
این سیستم هرگونه تفاوت پتانسیل بین نیوترال و زمین در محل مصرف‌کننده را اجتناب می‌دهد.
معایب سیستم TN-C-S عبارتند از:
این سیستم ممکن است خطر شوک الکتریکی ایجاد کند اگر در رسانای نیوترال بین دو نقطه زمین شکستی وجود داشته باشد که می‌تواند ولتاژ تماس روی قسمت‌های فلزی عریان را افزایش دهد.
این سیستم ممکن است جریان‌های ناخواسته را در لوله‌های فلزی یا ساختارهایی که در نقاط مختلف به زمین متصل شده‌اند ایجاد کند که می‌تواند به فرسایش یا تداخل منجر شود.
سیستم TT
در سیستم TT، هم منبع و هم نصب مصرف‌کننده از طریق الکترودهای جداگانه به زمین متصل می‌شوند. این الکترودها هیچ ارتباط مستقیمی بین یکدیگر ندارند. این نوع سیستم زمین‌سازی برای نصب‌های سه‌فازی و یک‌فازی قابل استفاده است.
شکل 3: سیستم TT
مزایای سیستم TT عبارتند از:
این سیستم هرگونه خطر شوک الکتریکی ناشی از شکست رسانای نیوترال یا تماس رساناهای زنده با قسمت‌های فلزی زمین‌سازی را حذف می‌کند.
این سیستم جریان‌های ناخواسته در لوله‌های فلزی یا ساختارهایی که در نقاط مختلف به زمین متصل شده‌اند را اجتناب می‌دهد.
این سیستم انعطاف‌پذیری بیشتری در انتخاب مکان و نوع الکترودهای زمین را فراهم می‌کند.
معایب سیستم TT عبارتند از:
این سیستم نیاز به الکترود زمین محلی موثر برای هر نصب دارد که ممکن است به دلیل شرایط خاک و فضای موجود سخت یا گران باشد.
این سیستم نیاز به دستگاه‌های محافظ اضافی مانند RCDs یا ELCBs فعال‌شونده با ولتاژ برای اطمینان از قطع مطمئن در صورت خرابی دارد.
این سیستم ممکن است به دلیل مقاومت حلقه زمین بالاتر، ولتاژ تماس روی قسمت‌های فلزی عریان را افزایش دهد.
سیستم TN-C
