۱-در طراحی سیستم زمین با توجه به جنس خاک و مساحت پست میتوان مقاومت شبکه زمین را بصورت سرانگشتی تقزیب زد.

۲-مقدار فوق کاملا تقریبی است و تاثیر مش بندی شبکه زمین را لحاظ نمیکند. برای اینکار میتوان تقریب فوق را با رابطه لورنت و نیمان (مندرج در استاندارد IEEE)بهبود بخشید.

۳- رابطه Sverak در این زمینه علاوه بر در نظر گرفتن شرایط فوق، عمق دفن شبکه را در محاسبات خود لحاظ میکند. در اینجا برای پرهیز از پیچیده شدن مطلب عین روابط ذکر نمی شود اما هر کدام از این روابط محاسن و معایب ویژه خود را داراست.

۴-تنها نکته ای که متذکر میشوم این است که هیچ کدام از روابط فوق تاثیر میل گراند و دیگر  شبکه های زمین موازی با شبکه مورد نظر را لحاظ نمیکنند و در محاسبات باید با توجه به شرایط مورد مطالعه ، مقادیر محاسبه شده اصلاح شوند.

۵- یکی از روشهای متداول در انجام این اصلاحات استفاده از رابطه شوارز است. در این رابطه تقریبا تاثیر تمام پارامترها در نظر گرفته شده است و نتایج بدست آمده از این روش به مقادیر اندازه گیری شده واقعی بسیار نزدیک است.

1. بسته به کارکرد فیوز ، مشخصات مختلفی موجود و قابل انتخاب است. فیوزهای با مشخصه عملکرد سریع برای حفاظت در برابر اتصال کوتاه و همچنین در کاربردهای محدود سازی جریان مناسب هستند در حالیکه اضافه بارهای گذرای کوتاه مدت هم سبب فعال شدن آنها میگردد. بنابراین در مواردی که عملکرد مدار با اضافه بار کوتاه مدت همراه است معمولا از فیوزهای کندکار استفاده میشود.(دیگر نامهای این فیوز تاخیری یا موتوری است )
2. تفاوت مشخصه این فیوزها، به لحاظ تکنولوژی ساخت در نوع تیغه یا نوار فلزی بکار رفته در فیوز است. به صورتیکه حرارت تولید شده توسط جریان خطا در زمان طولانی تری سبب ذوب شدن تیغه می گردد.
3. معمولا منحنی های ارایه شده از طرف سازنده ، منحنی های میانگین هستند و عملکرد یک فیوز مشخص، لزوما بر منحنی منطبق نیست. بنابراین برای هماهنگ نمودن طراحیها و امکان انجام محاسبات، طبق استاندارد محدوده حداقل و حداکثر زمان عملکرد در برابر جریانهای مشخصی تعیین شده است که عملکرد هر فیوز باید در این محدوده واقع باشد.
4. در انتخاب فیوز می بایست قدرت قطع فیوز متناسب با سطح اتصال کوتاه مدار باشد یعنی در هنگام قطع جریان اتصال کوتاه به هیچ وجه نباید پایه فیوز و سایر قسمتهای مدار آسیب ببینند.
5.  طبق مشخصه فیوز، عبور جریان نامی در زمان بی نهایت مشکلی برای تیغه بوجود نمی آورد اما نکته بسار مهم تر که در عمل باید مورد توجه قرار گیرد این است که طبق استاندارد هر فیوز جریان مشخصی را باید حداقل به مدت 1 یا 2 ساعت (بسته به جریان نامی فیوز) بدون هیچ مشکلی تحمل نماید. مقدار این جریان طبق استاندارد بصورت ضریبی از جریان نامی مشخص شده است  که این ضریب بزرگتر از 1 است مقدار این ضریب به جریان نامی فیوز وابسته است. در فیوزهای کوچکتر مقدار این ضریب بزرگتر است.
6. در مورد موتورها ، انتخاب فیوز تاخیری مستقیما تابع روش  راه اندازی موتور است.
7. در حالت معمول برای سیم نوترال، فیوزی جهت محافظت بکار گرفته نمی شود.
8. برای سیمهای کوتاه با برقراری برخی شرایط خاص میتوان فیوز را حذف نمود.
9. توجه به شرایط دمایی کارکرد مدار یکی از الزامات تقریبا بدیهی انتخاب فیوز مناسب است.
10. از آنجا که در حفاظت موتورها ، فیوز انتخابی به گونه ای انتخاب می شود که جریان راه اندازی موتور  را  از خود عبور دهد معمولا مدار در برابر اضافه بار محافظت نمی شود لذا در اینگونه موارد لازم میشود تا حفاظت اضافه بار توسط حفاظتهای دیگر پوشش داده شود.

ادامه دارد ...

معمولا در پیاده سازی طرحهای حفاظتی ژراتور،حفاظتهای اضافه ولتاژ و اضافه شار بصورت جداگانه و بعنوان حفاظتهای اصلی پیاده سازی می شوند. صرف نظر از ارتباط مستقیم چگالی شار درون هسته با ولتاژ تولیدی ژنراتور و فرکانس که بصورت رابطه ای کلاسیک در مباحث  ماشین های الکتریکی مورد بحث قرار می گیرد ، از نقطه نظر سیستمی هم این دو حفاظت می توانند به هم ارتباط پیدا نمایند و بر یکدیگر تاثیر بگذارند.

این امر بویژه در عملکرد ماشین سنکرون در مد شارژ خط یا Line Charging اهمیت بسیار زیادی پیدا میکند. بنابراین یکی از موارد بسیار مهمی که یک مهندس طراح یا ناظر میبایست در نظر داشته باشد این است که نوع ژنراتور ،نحوه اتصال به سیستم و  آرایش تک خطی چیدمان تجهیزات را کنترل نماید تا از  هماهنگی بین ژنراتور ، مدهای عملکرد با سیستم (از جمله مد Line charging) و کفایت حفاظتهای مورد نیاز ژنراتور اطمینان حاصل کند.

اگر چه برای انجام دقیق  این کار به منحنی حرارتی ژنراتور و اطلاعات سازنده نیاز هست اما برای کنترل طرحها، روشهای مهندسی وجود دارد که از کفایت محدوده انتخابها به سادگی میتوان اطمینان حاصل نمود.

ادامه دارد .....

با معلوم بودن مقاومت شبکه زمین و جریان عبوری از شبکه زمین (در برابر بدترین خطای ممکن)، میزان افزایش پتانسیل زمین پست یا GPR  به سادگی قابل محاسبه است. محاسبه و ارزیابی مقدار GPR به عنوان یک پارامتر کمی جهت تضمین "ایمنی عملکرد تجهیزات" در طی دوره حضور جریان خطا از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. به عبارت دیگر شاخص GPR تاثیر هر دو پارامتر : "مقاومت شبکه زمین" و "جریان عبوری از شبکه زمین" را بصورت همزمان نشان میدهد.

علاوه بر این در مواردی که شبکه زمین از چندین شبکه محلی به هم پیوسته تشکیل میشود ، مقدار GPR نقش بسیار مهمی در ارزیابی و تحلیل عملکرد نهایی این شبکه های به هم پیوسته بازی میکند.

(ادامه دارد)

مقدار هایی که "دالزیل" برای سطح مجاز شوک عبوری از بدن بدست آورد ، روابط اساسی برای تشریح ارتباط بین دامنه جریان مجاز عبوری از بدن فرد با مدت زمان برقراری شوک را مشخص نمود. با توجه به مقدار دامنه جریان مجاز ، مقاومت بدن ، وضعیت قرار گرفتن فرد ( مقاومتهای موازی یا سری پاها)، مقاومت لایه های مختلف خاک و ... ولتاژهای تماس و گام مجاز محاسبه میشوند. این مقادیر به عنوان قیود اساسی در تامین امنیت اپراتور مبنای سایر محاسبات قرار میگیرند.

با توجه به ابعاد زمین،آرایش در نظر گرفته شده برای شبکه زمین، سطح و دوره حضور اتصال کوتاه،  نوع و سطح مقطع هادیهای زمین، عمق دفن و تعداد لایه های زمین، مقاومت ویژه هر لایه، ابعاد در نظر گرفته شده برای مش بندی شبکه زمین، مجموع طول هادیهای بکار رفته در شبکه و ... مقادیر "واقعی" ولتاژهای تماس و گام محاسبه میشوند.

در یک روند تکراری پارامترهای فوق آنقدر تغییر داده میشوند تا مقادیر محاسبه شده برای "ولتاژهای گام و تماس واقعی" قیود مربوط به مقادیر مجاز این پارامترها را اقناع نمایند.بعد از حصول به این هدف  در صورتیکه میزان افزایش پتانسیل زمین یا به  اصطلاح GPR پست در محدوده مجاز باشد، آرایش شبکه زمین در نظر گرفته شده نهایی تلقی میشود. (ادامه دارد)

طبق تحقیقات Dalziel   ، ایست قلبی ناشی از عبور جریان الکتریکی از بدن فرد، به میزان انرژی دریافتی یا انتقال داده شده به بدن وابسته است. درستی این فرضیه در محدوده 3 – 0.3  ثانیه توسط آزمایشهای مختلف اثبات شده است. طبق آزمایشات Dalziel  که نتایج آن در مقالات مختلف IEEE به چاپ رسیده است ، مشخص گردید که 99.5% افراد با مشخصات زیر در برابر شوکهای با سطح انرژی ذکر شده زنده باقی میمانند:

1.       افراد با وزن 50 کیلوگرم – انرژی شوک = 0.0135

2.       افراد با وزن 70 کیلوگرم – انرژی شوک = 0.0247

میزان  تاثیر جریان الکتریکی و آسیبهای ناشی از آن به عوامل زیر وابسته است:

1. دوره زمانی عبور جریان از بدن  (t_s)
2. دامنه جریان عبوری از بدن       (I)
3. فرکانس جریان عبوری از بدن    (f)

شخصی که در معرض شوک الکتریکی قرار میگیرد، بسته به مقادیر پارامترهای فوق ، میتواند دچار آسیب دیدگیهای زیر شود:

1. احساس گزش در پوست و عضلات (Perception)
2. انقباض عضلانی (Muscular Contraction)
3. بیهوشی (Unconsciousness)
4. پارگی عضلات قلب (Fibrillation of heart)
5. ایست تنفسی (Respiratory blockage)
6. سوختگی بافتها (Burning)

بنابراین با توجه به تبعات بسیار زیاد شوکهای الکتریکی و با توجه به حوادث بسیار زیادی که در گذشته رخ داده است، رسالت مهندسین طراح سیستم زمین بسیار سنگین و پر اهمیت است.( ادامه دارد)

پیاده سازی سیستم زمین میبایست بگونه ای باشد که - چه در شرایط خطا و چه در شرایط نرمال – دو شرط زیر محقق شود:

1. انتقال جریان الکتریکی به زمین در محدوده کاری تجهیزات اختلالی ایجاد نکند.
2. ایمنی نفرات نزدیک به تجهیزات در برابر شوکهای الکتریکی تضمین شود.

برای ایمنی نفرات معمولا پارامترهای ولتاژ تماس، ولتاژ گام و ولتاژ مش محاسبه و تحلیل میشوند که به آنها در بحثهای آتی خواهیم پرداخت. اما در همین ابتدا میبایست یک تصور نادرست را اصلاح کنیم.

در بسیاری موارد تصور میشود که مقاومت پایین سیستم زمین ، تضمینی است برای ایمنی که همیشه درست نیست زیرا رابطه ساده ای بین مقاومت سیستم زمین و ماگزیمم جریان شوکی که میتواند از بدن فرد عبور کند وجود ندارد. در اینجا چون نمیخواهم از حلاوت تعبیر استاندارد در این مورد بکاهم عین جمله استاندارد  را مینویسم:

A low station ground resistance is not , in itself, a guarantee of  safety

بحث در زمینه سیستم زمین را با این جمله ازاستاندارد IEEE آغاز میکنم:

" با وجود اینکه مفاهیم زمین کردن تجهیزات عموما آشنا و ملموس هستند با اینحال، بسیاری از طراحیهای ارایه شده در این زمینه ، بیشتر انعکاسی از طرحهای تکراری قبلی هستند تا یک روش کاملا ملموس و درک شده طراحی!"

سیستم زمین از جمله بحث هایی است که در ابتدا ممکن است ، خیلی پیش پا افتاده به نظر برسد اما هر چه بیشتر در آن عمیق شویم ، جذابتر شده و پیچیدگیهای آن آشکارتر  میشود. در ادامه این بحث مراجع اصلی ما استانداردهای IEEEstd80، IEEEstd81 ،IEEEstd142، IEEEstd367 میباشند. که میتوانند مورد استفاده دوستان هم قرار گیرند.  

خیلی پیشتر میخواستم این مطلب را پست کنم اما، در آن زمان به نظرم خیلی پیش پا افتاده
می آمد. دلیل اینکه بعد از مدتها تصمیم گرفتم این مطلب را روی وبلاگ بگذارم شاید این باشد که خودم برای انجام کار دیگری مجبور شدم مجددا به این تعریف و مفهوم اولیه حفاظتی مراجعه کنم، امیدوارم که برای دیگر دوستان هم مفید باشد.

همه دوستان عزیز احتمالا با مفهوم زونهای حفاظتی آشنایی دارند. در پیاده سازی حفاظتهای یک  سیستم، میتوان زونهای مختلفی تعریف نمود اما باید توجه داشت که هر زون حفاظتی باید شامل چهار ویژگی زیر باشد:

1. هر زون میبایست تجهیزات مشخصی را پوشش بدهد
2. هر زون حفاظتی باید به یک کلید (یا سایر وسایل قطع کننده مدار) ختم شود.
3. انتخاب محدوده زون باید بگونه ای باشد که در صورت عملکرد حفاظتهای این زون، کمترین بخش از سیستم دچار خاموشی گردد.
4. زونهای مجاور الزما میبایست همپوشانی داشته باشند.