زمین کردن و گراند تجهیزات و صاعقه گیر
در تمامی تاسیسات الکتریکی بخصوص تاسیسات فشار قوي زمین کردن یکی ازمهمترین و اساسی ترین اقدامی است که براي رفاه و سلامتی و اصولا ادامه زندگیاشخاصی که به نحوي با این تاسیسات در تماس هستند می باشد،حال در این فصل بهبررسی انواع زمین کردن می پردازیم.
انواع زمین کردن :
زمین کردن به طور کلی به دو بخش تقسیم میشود:
1- زمین کردن الکتریکی یا زمین کردن نوترال یا نول کردن یا گراندینگ سیستمSystem Groundیعنی زمین کردن نقطه اي از دستگاه هاي الکتریکی و ادوات برقی که جزئی از مدارالکتریکی می باشند مانند زمین کردن مرکز ستاره سیم پیچی ترانس. به طور کلیمنظور از زمین کردن الکتریکی رسیدن به اهداف زیر است :
الف : کاهش تنش الکتریکی ناشی از اثرات کلیدزنی و صاعقه
ب: تامین و کنترل جریان اتصالی در حد قابل قبول
ج: کاهش عدم تعادل ولتاژ
د: محدود کردن ولتاژ نقطه نول
2- زمین کردن حفاظتی یا ایمنی Safety Groundعبارتست از زمین کردن کلیه قطعات فلزي تاسیسات الکتریکی. از این نوع سیستمحفاظتی در ایجادایمنی براي افرادي که بنا به وظیفه شغلی در تماس با تجهیزاتسیستمهاي الکتریکی و نیز براي افراد جامعه که مصرف کننده نهایی انرژي برقمیباشند،استفاده میشود.
هدف دیگر از این نوع سیستم زمین
هدف دیگر از این نوع سیستم زمین ، محدود کردن خطر آتشسوزي از راه قطع سریع مدار معیوب به کمک وصل بدنه هاي فلزي به هادي خنثی یازمین است در برخی موارد تفکیک دو نوع اتصال زمین براي دو هدف بالا ممکن نیستو به همین دلیل ایجاد یک اتصال زمین براي هر دو منظور کافی است.ولی در بعضیشرایط تفکیک دو سیستم زمین لازم و ضروري است.
3- انواع زمین الکتریکی :روشهاي مختلف زمین کردن نوترال عبارتند از :
الف- زمین کردن به شکل مستقیم ground Solidly
ب- زمین کردن از طریق مقاومت ground Resistance
ج- زمین کردن از طریق راکتانس ground Reactance
د- زمین کردن از طریق ترانسفورماتور ground Transformer
ه- زمین کردن ایزوله یا زمین کردن از طریق ارستر Isolated ground or
ungrounded
* زمین کردن مقاومتی :
اتصال زمین در این روش از طریق یک مقاومت بین نقطه ستاره ترانس و زمین
صورت می پذیرد،دلیل این امر بصورت زیر می باشد :
1) کاهش آتش سوزي و ذوب شدن تجهیزات ترانس ، کابل و … در هنگام وقوع خطا
2) کاهش شک الکتریکی خطرناك براي اشخاصی که در مسیر جریان برگشتی زمینقرار دارند
3) کاهش خطر جرقه و قوس الکتریکی براي اشخاصی که تصادفا در محل حضوردارند
4) رفع خطاي فاز به زمین
* زمین راکتانسی :
این نوع زمین جهت محدود کردن جریان کاربرد دارد و معمولا جهت اتصال نقطهصفر ژنراتورها استفاده می شود و علت اصلی این امر آن است که با اولین خطايجریانی ژنراتور از مدار خارج نگردد و همچنین سیم پیچ هایش آسیب نبیند. در این روشیک سلف بین خنثی سیستم و زمین قرار می گیرد و نتیجتا جریان خطاي فاز به زمین ازاین طریق به مقدار جریان خطاي سه فاز محدود می گردد.
هر یک از این روشها ویژگی خاصی دارد که موضوع بحث این پروژه نمیباشد و
اطلاعات کامل را در استاندارد IEEE Std C37.101-1993 میتوان یافت.
– انواع زمین حفاظتی:
سیستم زمین حفاظتی دراستانداردها و مدارك جدید از جهات گوناگون مورد طبقهبندي قرار گرفته که کاملترین و جدیدترین آنرا میتوان به صورت زیر بیان نمود:
گراند تجهیزات Equipment Ground
گراند صاعقه گیر Lightning Ground
گراند بارهاي ساکن Electrostatic Ground
گراند ایزوله Isolated Ground
گراند منفرد یا مستقل Transformer Ground
گراند سیگنال مرجع Reference Signal Ground
گراند تجهیزات
عبارت است از اتصال تمام قسمتهاي فلزي یک دستگاه که در حالت عادي جریانی ازآنها عبور نمی کند. مثل اتصال بدنه لوازم برقی ،موتورها و غیره به زمین این نوعسیستم از معمول ترین و اصلی ترین نوع گراند است.
به این ترتیب در حالت عادي سیم گراند نقشی ندارد و جریانی از آن عبور نمیکند ولیدر حالتی که بنا به دلایلی مثلا به خاطر خراب شدن پوشش و عایق، سیم فاز به بدنهفلزي دستگاه برخورد کند (اتصالی کند) این امر باعث قطع سریع فیوزي که این دستگاهاز آن تغذیه می کند خواهد شد و لذا پیش از وقوع هر خطري دستگاه معیوب بی برقمیشود و از کار می افتد.
نکات قابل ذکر در این سیستم :
1- بهتر است سیم گراند روکش دار باشد و داخل لوله و یا کانالهاي فلزي و هاديعبور داده شود.
2- سیم گراند بایستی درون کانال و یا لوله ( ترجیحا فلزي ) کشیده شود و از لولهمجزا استفاده نشود، زیرا این لوله از سوار شدن نویز روي سیم هاي تغذیه تجهیزاتالکترونیکی حساس جلوگیري میکند.
گراند صاعقه گیر
ایجاد یک مسیر ایمن و غیر مخرب براي عبور جریان ناشی از صاعقه که مستقیما رويساختمان یا تجهیزات فلزي در محوطه تخلیه میشود را از بام تا زمین گراند صاعقه گیرگویند.
در صورتی که صاعقه به طور مستقیم به ساختمان یا تجهیزات فلزي روي بام یاکنار ساختمان برخورد کند و ساختمان سیستم گراند برق گیر نداشته باشد و یا اینسیستم درست طراحی و اجرا نشده باشد جریان صاعقه به جاي عبور از مسیر امن گرانداز طریق دیگر تجهیزات فلزي مثل مخزن آب ،آنتن ،دودکش ،ناودانی، راه پله فلزي وغیره به زمین میرسد و این تخلیه جریان که در بعضی اوقات در حد کیلو آمپر است میتواند خطرات زیادي را براي افراد و تجهیزات داشته باشد.
اجزاي گراند صاعقه گیر:
1- هادیهاي برقگیر (صاعقه گیر)
2- هم بندي بام
3- هادیهاي نزولی
4- رینگ پائین
5- سیستم زمین چاهی یا میله اي( ارتینگ)
– صاعقه چیست و چگونه رخ می دهد؟
وقتی بار الکتریکی انباشته شده در ابرها تخلیه شده و به صورت یک قوس الکتریکیبه زمین برخورد کند صاعقه اتفاق می افتد. هنگام طوفان بار الکتریکی زیادي در ابرهاذخیره می شود و به اصطلاح ابرها باردار می شوند بدین ترتیب ابر تبدیل به یک منبعانرژي بسیار عظیم می شود که بر فراز آسمان در حرکت است .
این ذخیره انرژي آنقدرادامه پیدا می کند تا ابر از انرژي الکتریکی اشباع شده و در اولین فرصت ممکن ، انرژيخود را تخلیه می کند معمولا بهترین محل براي این تخلیه زمین است زیرا زمین آنقدربزرگ است که هرگز از الکتریسیته اشباع نمی شود بنابراین ابر ابتدا هواي اطراف خودرا با یونیزه کردن مستعد عبور جریان برق کرده ، سپس انرژي خود را از میان هوايیونیزه شده عبور داده و در زمین تخلیه می کند.
اما مقدار انرژي تخلیه شده ، سرعت تخلیه و اثرات آن چقدر است ؟
صاعقه یکی از قدرتمندترین ، خطرناکترین و عجیب ترین پدیده هاي طبیعی است .
پدیده اي با میلیاردها وات انرژي و اثراتی متعدد و باورنکردنی مانند تولید هزاران درجهحرارت ، تولید گازهاي مسموم ، ایجاد امواج نیرومند و…
صاعقه چه مشخصاتی دارد ؟
صاعقه ویژگی هاي منحصر به فردي دارد که آنها را در هیچ رخداد طبیعی دیگري نمیتوان یافت . ویژگی هایی که عمدتا از الکتریسیته خاص صاعقه نشات می گیرندمهمترین این خصوصیات عبارتند از : ولتاژ صاعقه، جریان صاعقه ، قدرت صاعقه ،سرعت صاعقه و دفعات تکرار صاعقه.
ولتاژ صاعقه
ولتاژ صاعقه معمولا بین 10 تا 20 میلیون ولت در نوسان است و بعضا تا100000000 ولت هم افزایش پیدا می کند. بزرگی این رقم را وقتی بهتر درك میکنید که آن را با برق شهر ( 220 ولت ) مقایسه کنید به عبارت دیگر ولتاژ صاعقه آنقدرزیاد است که می تواند بر مقاوت بسیار زیاد هوا در برابر عبور جریان برق ، غلبه کرده واز آن بگذرد.
جریان صاعقه
این جریان در حدود 10000 آمپر شدت دارد اما این مقدار همیشگی نیست و گاه تا200 هــــزار آمپر هم می رسد.
قدرت صاعقه
با توجه به مطالب می توان نتیجه گرفت که صاعقه به طور معمول حدود 100میلیارد وات انرژي تـــــولید می کنــد و می تواند این مقدار را تا 16000میلیارد واتنیز بالا ببرد نیرویی که در هیچ کجاي دیگر یافت نمی شود.
سرعت صاعقه
صاعقه با تمام نیروي عظیمش تنها در یک لحظه خود را از ابرهاي آسمانی به زمینمی رساند اما زمان دقیق این لحظه چقدر است ؟ مشاهدات و محاسبات دقیق سازمانفضایی آمریکا ( ناسا ) نشان می دهد که تخلیه الکتریکی ابرها معمولا در مدت زمانیکمتر از چند صدم تا چند هزارم ثانیه رخ می دهند .
دفعات تکرار صاعقه در یک محدوده مشخص:
وقتی در منطقه اي صاعقه اي روي می دهد ، این احتمال هست که صاعقه چندین باردیگر نیز به آن حوالی برخورد کند اما نمی توان تعداد دقیق آن را تعیین کرد با اینوجود می توان گفت در مناطق کویري و کوهستانهاي مرتفع ، احتمال برخورد پی در پیصاعقه بیش از دیگر مناطق است. همچنین برخی از نقاط کره زمین ، صاعقه خیز تر ازجاهاي دیگر هستند .
امروزه ماهواره هاي هواشناسی با عکس برداري هاي دقیق ومداوم از تمام کره زمین ، دفعات بروز صاعقه را در نواحی مختلف شمارش می کنند اینشمارش نشان می دهد که مناطق قطبی با میانگین 3 بار صاعقه در ساعت کمترین ورشته کوه آلپ با 1000 بار صاعقه در ساعت بیشترین آمار بروز صاعقه را دارد مناطقهیمالیایی هم از جمله سرزمین هاي صاعقه خیز جهان محسوب می شوند.
همچنینکوههاي البرز در ایران و کوههاي هندوکش در افغانستان نیز از مناطق پر صاعقه جهانهستند. از دیگر خصوصیات صاعقه زاینده بودن آن است به این معنی که صاعقه میتواند نور ، صدا ، حرارت و … تولید کند و همه اینها تاثیرات چشم گیري بر محیطاطراف خود دارند.
صاعقه به غیر از نور و صدا چه چیزهاي دیگري تولید می کند ؟
صاعقه علاوه بر پیامدهاي مشهودي چون نور و صدا بسیاري تولیدات دیگر نیز داردکه برخی از آنها خطرناك و بعضی دیگر تنها پدیدههایی جالب توجه و عجیب اند ازجمله تولیدات صاعقه می توان ، حرارت، نور ، صدا ، موج ، گاز ، برق زمینی ( ولتاژ گام )، خلاء و … را نام برد.
صاعقه چگونه و چه مقدار حرارت تولید می کند ؟
عبور جریان برق از هر جسمی حرارت تولید می کند ، حال هرچه مقدار جریان برق ومقاومت آن جسم در برابر عبور جریان برق بیشتر باشدحرارت تولید شده هم بیشتراست . صاعقه نیز هنگام شکافتن هوا و پس از آن هنگام برخورد با زمین حرارت تولیدمی کند که مقدار این گرما بسیار زیاد است.
صاعقه در زمان برخورد با زمین 200000درجه سانتی گراد گرما تولید می کند این مقدار حرارت می تواند یک آجر نسوز را ذوبکندالبته این رقم همیشه یکسان نیست و با توجه به جنس خاك ، میزان رطوبت آن وسایر عواملی که مقاومت زمین را در برابر جریان برق ، کم یا زیاد می کند متفاوت است.
در نظر داشته باشید که زمین در برابر جریان عادي برق بسیار مقاوم و کاملا عایق(نارسانا) است و تنها جریانهاي فوق العاده زیادي مانند صاعقه می توانند از زمین عبورکنند. حرارت حاصل از صاعقه می تواند انسانی را در یک لحظه به ذغال تبدیل کندیامشتی از خاك را با ذوب کردن به سنگ تبدیل کند و یا درخت تنومندي را به آتشبکشد.
صاعقه چگونه و چه مقدار نور تولید می کند ؟
همانطور که گفته شد صاعقه یک قوس الکتریکی یا به عبارت دیگر یک جرقه بسیاربزرگ است و با شکافتن ملکولهاي هوا نور تولید می کند نوري که صاعقه تولید میکند از فاصله 100 کیلومتري قابل رؤیت است. این نور می تواند تا شعاع چند کیلومترياطراف خود را روشن کرده و کسانی را که از نزدیک آن را ببینند به طور موقت یا دائمنابیناکند.
صدای صاعقهصدا از پیامدهاي همیشگی صاعقه است این صدا بر اثرشکافته شدن هوا ایجاد میشود و در حقیقت صداي انفجار ناشی از برخورد صاعقه است . صداي صاعقه همیشهچند ثانیه پس از دیده شدن برق آن به گوش می رسد ، علت این مساله بیشر بودنسرعت نور به نسبت سرعت صوت است یعنی هر چند صدا و نور صاعقه همزمان تولیدمی شوند اما ما اول نور صاعقه ( برق ) را می بینیم ، بعد صداي آن ( رعد ) را میشنویم.
