تحقیق مقاله آیین نامه ایمنی تاسیسات الکتریکی با اتصال به زمین و اهداف آن

فصل اول :‌

تعاریف

آیین نامه ایمنی تأسیسات الکتریکی با اتصال به زمین

بخش اول :‌کلیات

هدف ، ایجاد محیط ایمن از نظر برق گرفتگی با توجه به مقررات ودستور العمل های این آیین نامه می باشد

دامنه کاربرد – این آیین نامه برای اجرا در کلیه کارگاه ها مشمول قانون کار که ولتاژ نامی مؤثر سیستم های برقی آنها حداکثر 1000 ولت جریان متناوب می باشد تدوین گردیده است .

حداکثر مقاومت اتصال زمین مجاز برای هر سیستم حفاظتی ( دو اهم ) بر مبنای ولتاژ فاز 380  ولت تعیین گردیده و همین مقدار برای مدارهای با ولتاژ فاز حداکثر 1000 ولت نیاز قابل قبول است چنانچه در موارد و تحت شرایط خاصی که ایجاد اتصال زمین مؤثر با مقاومت کل سیستم ( دو اهم ) امکان پذیر نباشد باید مجوز لازم در این مورد ازوزارت کار اخذ گردد.

رعایت کلیه مقررات این آیین نامه الزامی بوده و عدم اجرای موارد پیش بینی شده یا انجام نیمه کاره آنها سبب بی اثر شدن و در نتیجه کل سیستم ایمنی مربوطه خواهد گردید.

 بخش دوم – تعاریف 

واژه های به کار رفته در این آیین نامه به شرح زیر تعریف می گردد:

تجهیزات الکتریکی – مصالح و تجهیزاتی که برای تولید ، تبدیل و یا مصرف انرژی الکتریکی به کار می روند از قبیل مولدها ، موتورهای برق ، ترانسفورماتورها ، دستگاه های برقی ، دستگاه های اندازه گیری ، وسایل حفاظتی و مصالح الکتریکی .

تأسیسات الکتریکی – هر نوع ترکیبی از وسایل و مصالح به هم پیوسته الکتریکی در محل یا فضای معین

مدار الکتریکی ( مدار ) ترکیبی از وسایل و واسطه ها که جریان الکتریکی می تواند از آنها عبور نماید .

 قسمت برقدار – هر سیم یا هادی که در شرایط عادی تحت ولتاژ الکتریکی  باشد

بدنه هادی – قسمتی که به سادگی در دسترس بوده و در حالت عادی برقدار نمی باشد ولی ممکن است در اثر بروز نقصی در دستگاه برقدار شود .

 قسمت های بیگانه – هادی زمین شده یا قسمت هادی که جزئی از تأسیسات الکتریکی را تشکیل نداده باشد ( نظیر اسکلت فلزی ساختمان ها ، لوله های فلزی ، گاز ، آب و حرارت مرکزی و غیره )

هادی حفاظتی – هادی هایی که  از آن در اقدامات حفاظتی در برابر برق گرفتگی هنگام بروز اتصالی استفاده شده و بدنه های هادی را به قسمت های زیر وصل می نماید :

بدنه های هادی دیگر

 قسمت های هادی بیگانه

 الکترود زمین برق دار زمین شده

هادی خنثی – هادی ای که به نقطه خنثی وصل بوده و به منظورانتقال انرژی الکتریکی از آن استفاده می شود

الکترود زمین – یک یا چند قطعه هادی که به منظور برقراری ارتباط الکتریکی سیستم یا جرم کلی زمین ، در خاک مدفون شده باشد .

 الکترودهای زمین مستقل از نظر الکتریکی – الکترودهایی هستند که فواصل آنها از یکدیگر به قدری است که در صورت عبور حداکثر جریان ممکن از آنها ولتاژ الکترودهای دیگر به مقدار قابل ملاحظه ای تحت تأثیر قرار نگیرند .

 مقادیر اسمی ( جریان ، توان ، سطح مقطع ..)

 الف ) درمورد ابعاد و دیگر مشخصات مکانیکی ، مقدار اسمی مشخص کننده کمیت معینی در حدود رواداریهای تعیین شده می باشد .

 ب) در مورد کمیت هایی نظیر توان جریان ولتاژ و غیره که مقدار واقعی آنها بستگی به عوامل دیگری مانند تغییرات در مصرف افت ولتاژ و غیره دارد ، مقدار اسمی کمیتی است که در اثر آن دما و تنش های مکانیکی یا الکترومغناطیسی در دستگاه مولد موتور یا وسایل مصرف کننده دیگر در شرایط متعارفی محیط کار از مقادیر مجاز مربوطه تجاوز نخواهد نمود.

12- جریان اتصال کوتاه – اضافه جریانی است که در اثر متصل شدن دو نقطه با پتانسیل های مختلف در موقع کار عادی از طریق امپدانسی بسیار کوچک بوجود آمده باشد .

13- جریان اتصالی – جریانی است که به زمین جاری می شود .

14- جریان اتصالی به زمین – جریان اتصالی است که به زمین جاری می شود

 15- جریان احتمالی اتصال کوتاه – جریانی است که احتمال بروز آن در اثر اتصال کوتاه در یک نقطه یا روی ترمینال های سیستم یاتأسیسات مورد نظر وجود دارد .

 16- جریان برق گرفتگی (‌جریانی که از نظر پاتوفیزیولوی خطرناک است )

 جریانی است که از بدن انسان و حیوانات عبور نموده و مقدار آن ( با در نظر گرفتن هارمونیکها و زمان تأثیر ) به قدری باشد که آسیب بوجود آورد

17- تجهیزات یا وسایل حفاظتی – تجهیزات و وسائلی است که هدف اولیه آنها قطع جریان مدار در صورت  بروز اضافه جریان یا اتصال کوتاه یا اختلال در سیستم ایمنی آن می باشد (‌مانند انواع فیوزها ، کلیدهای خودکار ، کلیدهای جریان تفاضلی و غیره )

18- ولتاژ تماس – ولتاژی که بین قطعاتی که در آن در دسترس باشند بوجود آید

 19- قطعاتی که در آن واحد در دسترس می باشند هادی ها با بدنه های هادی  که در آن واحد توسط یک شخص قابل لمس باشد ، قسمت های  برقدار بدنه های هادی ، بیگانه ، هادی های حفاظتی و الکترودهای زمین قطعاتی هستند که در آن واحد ممکن است در دسترس نباشد .

 20- دسترس – منطقه ایست که حدود آن از محل فعالیت عادی افراد قابل لمس باشد.

 21-مقاومت سیستم اتصال زمین مقاومت معادلی است از مقاومت الکترود زمین و مقاومت هادی های اتصال زمین نسبت به جرم کلی زمین

شکل

فصل دوم :

کلیات

 سیستم توزیع نیرو و اتصال زمین مورد استفاده عموماً‌ سیستم TN از نوع TN-C-S و یا در صورت لزوم TN-S خواهد بود .

به منظور ایجاد ایمنی و حفاظت لازم در برابر برق گرفتگی برای افراد و کارکنانی که از وسایل ،‌ابزارها و دستگاه های برقی استفاده می کنند و همچنین کار صحیح سیستم تأسیسات برقی ، اقدامات زیر باید انجام شود .

الف ) نقطه ‌نول سیم پیچ مولدهای برق در نیروگاه های برق و همچنین نقطه نول سیم پیچ ترانسفورماتور در پستهای برق و سیم نول شبکه خطوط هوایی در ابتدا و انتهای خطوط به طول تا 200 متر و در خطوطی به طول بیش از 200 متر علاوه بر ابتدا و انتهای خط در هر فاصله 200 متری ، نول خطوط مذکور باید به الکترود سیستم اتصال زمین مربوط متصل شود . این سیستم به طور کلی اتصال زمین سیستم نامیده می شود.

ب) بدنه یا محفظه فلزی کلیه وسایل ، ابزارها ، دستگاه ها ، ماشین آلات و تابلوهای برقی وهمچنین اسلکت و اجزای فلزی داخلی هریک ، که حامل جریان برق نمی باشد، باید به سیستم اتصال زمین ساختمان مربوط متصل شود این سیستم به طور کلی اتصال زمین وسایل (حفاظتی )‌نامیده می شود .

در نیروگاه ها و پستهای برق سیستم اتصال زمین سیستم و سیستم اتصال زمین وسایل و همچنین سیستم اتصال زمین بدنه تابلوهای فشار قوی باید کلاً از یکدیگر جدا بوده و استفاده از یک سیستم اتصال زمین با الکترود مشترک مجازنمی باشد .

درنیروگاه ها و پستهای برق سیستم اتصال زمین سیستم و سیستم اتصال زمین وسایل و همچنین سیستم اتصال زمین بدنه تابلوهای فشار متوسط ، در صورتی که حائز شرایط استفاده از یک الکترود اتصال زمین نباشد باید دارای هادیها و الکترود جداگانه باشد در این گونه موارد الکترودهای زمین باید به گونه ای استقرار یابد که در حوزه اثر ولتاژ یکدیگر واقع نشود .

درساختمان هایی که مجهز به سیستم حفاظت در برابر آذرخش (‌قفس فاراده یا الکترونیک) می باشد و ساختمان فاقدیک شبکه اتصال زمین عمومی باشد . سیستم اتصال زمین حفاظت در برابر آذرخش باید از سیستمهای اتصال زمین تأسیسات برقی فشار قوی ( به ویژه ناشی از آذرخش ) به تجهیزات فشار ضعیف وجود داشته باشد فاصله الکترودها از یکدیگر درنزدیکترین فاصله نباید از 20 متر کمتر باشد و در مورد الکترودهای قائم این فاصله نباید از 20 متر یا دوبرابر عمق الکترودها هر کدام که بیشتر باشد نزدیکتر باشد .

 هادیهای اتصال بین الکترودها و یا شبکه اصلی سیستم اتصال زمین باید در صورت امکان ازتسمه مسی حلقه ای با ابعاد لازم باشد ولی در صورت عدم امکان تهیه آن استفاده از سیم  مسی لخت نیز بلامانع است .

در صورتی که سیم اتصال زمین (‌هادی حفاظتی ) با سیمهای فاز ونول کلاً در یک لوله کشیده شود مانند سیم کشی  سیستم روشنایی و یا پریزهای برق یک فاز و نول یا سه فاز و نول و مانند آن ، سطح مقطع سیم اتصال زمین باید مساوی با سطح مقطع سیمهای فاز ونول باشد .

درصورتی که سیم اتصال زمین با سیمهای فاز و نول کلاً در یک پوشش قرار گرفته باشد مانند کابلهای معمولی و یا سیمهای چند رشته قابل انعطاف ارتباطی مانند سیم اطوی برقی ، کتری برقی ، سماور برقی، توستر برقی ، یخچال ، ماشین لباسشویی و مانند آن . سطخ مقطع سیم اتصال زمین باید مساوی سطح مقطع سیمهای فاز و نول باشد .

در کابلهایی که سطح مقطع سیم نول نصف سطح مقطع هر سیم فاز می باشد سطح مقطع سیم اتصال زمین و سیم نول باید یکسان باشد .

 در صورتی که برای اتصال زمین  وسایل وماشین آلات برقی وهمچنین تابلوهای فرعی و اصلی  و غیره از سیم یا شینه جداگانهای استفاده شود سطح مقطع آن باید با سطح مقطع نول کابل اصلی دستگاه های مربوط یکسان باشد . مشروط بر این که سطح مقطع سیم نول از 16میلیمتر مربع کمتر نباشد .

 برای کابلهایی با سیم نول به مقطع کمتر از 16میلیمتر مربع باید سطح مقطع سیم اتصال زمین 16 میلیمتر مربع منظور شود .

 سیستم اتصال زمین شامل چاه اتصال زمین با الکترودهای مختلف و جعبه اتصال آزمون ، و سیم یا تسمه رابط بین شبکه اتصال زمین و چاه اتصال زمین می باشد .

فصل سوم:

زمین کردن

اساس زمین کردن : اساس زمین کردن  بر این است که جرم بزرگ زمین  به عنوان نقطه صفر در نظر گرفته  شود و تمام قسمت هایی که به زمین وصل شده اند هم پتانسیل زمین شوند به عبارت دیگر پتانسیل صفر زمین  را بگیرند . نوع کیفیت ارتباط دهنده زمین با تأسیسات الکتریکی  دارای اهمیت فوق العاده زیادی است .

 اتصال زمین :

اتصال زمین یا داشتن نقطه  زمین در شبکه های الکتریکی  از دو زاویه  مورد توجه قرار می‌گیرد .

الف ) داشتن نقطه ای یا پتانسیل  صفر بعنوان  مبنا در مواردی که به داشتن این مبنا نیاز است .

 ب) داشتن نقطه ای که دارای مقاومت نسبتاً صفر است جهت حفاظت  در مقابل خطاهای اتصال بدنه یا اتصال بدن .

 در شبکه های تأسیسات الکتریکی بیشتر مورد ب یعنی حفاظت در مقابل اتصال بدنه و بدن مورد نظر است . فرض کنید  که یک دستگاه الکتریکی  صنعتی و یا خانگی برروی بدنه خود  دچار خطای  اتصال فاز گردد ، در این حالت بدنه  دستگاه دارای ولتاژ اتصال  خواهد شد . حال اگر در این حالت بدنه  به زمین یعنی یک مقاومت حدود صفر ( مقاومت نقطه زمین در تأسیسات الکتریکی 3 تا 5 اهم  است ) وصل شده باشد ، در مسیر اتصال زمین یک جریان به شکل اتصال کوتاه برقرار می گردد . که باعث می شود عوامل حفاظتی بار مربوطه مانند فیوز و یا کلید اتوماتیک عمل کنند و خطا را قطع نمایند .

اما به لحاظ  خطای انسانی هم ، چنانچه  بدن شخص یا بدنه دستگاهی که دارای خطای اتصال فاز شده است تماس بگیرد . در حقیقت بین بدن شخص و بدنه دستگاه که به زمین وصل شده است یک تقسیم جریان صورت می گیرد . در این حالت بدن شخص به صورت یک مقاومت موازی با مقاومت اتصا زمین بدنه دستگاه قرار می‌گیرد و با توجه به آنکه مقاومت بدن انسان در شرایط مختلف بین 10 تا 80 کیلو اهم است این مقاومت بالا د رموازی شدن با مقاومت بدنه زمین شده دستگاه که قاعدتاً 3 تا 5 اهم است به صورت مدار باز عمل نموده و عملاً‌تمام جریان به زمین می رود و جریان از بدن شخص عبور نمی کند.

 اگر مقاومت اتصال زمین دستگاه را R1 و مقاومت بدن شخص را R2 بنامیم ، حاصل موازی شدن این دو مقاومت عبارتست از :

اما با توجه به آنکه R2>>R1 است بنابراین در مخرج کسر فوق از R1 در مقابل R2 صرف نظر می شود و خواهیم داشت :

 حال اگر جریان را در محل اتصال برای مقاومت R1 معادل I1 و برای مقاومت بدن شخص R2 معادل I2 در نظر بگیریم ، عملاً جریانی از شاخه R2 عبور نمی کند و I2 به سمت صفر می رود و کل جریان  از شاخه R1 عبور خواهد کرد . بنابراین شخص دچار برق گرفتگی نخواهد شد .

فصل چهارم :

 نرم ها و استانداردها

نرم و استانداردها :‌برای تعیین قوانین اصولی و شناخت صحیح خواسته ها و شرایطی را که از انواع زمین کردن ها انتظار داریم  استاندارد و نرم هایی وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از : DIN VDE 0800 , DIN VDE0100, DIN0100, DIN VDE0151 , DIN VDE0141

سیستم اتصال زمین  شبکه های تأسیسات توزیع نیروی برق و خطوط مخابرات باید برابر مشخصات و ضوابط مندرج در نشریه « استاندارد سیستم زمین شبکه های توزیع» که به وسیله وزارت نیرو – امور برق تهیه شده است طراحی و اجرا شود .

 استاندارد ساخت و کاربرد انواع مختلف الکترودهای سیستم اتصال زمین باید بر اساس یکی از استانداردهای شناخته شده بین المللی همچون VDE , NEC , BS 1013 ICE 60364-5-54  یا مشابه آن باشد .

در طراحی واجرای سیستم اتصال زمین تأسیسات برقی ساختمانها در مقررات مندرج در مبحث 13 از مقررات ملی ساختمانی ایران نیز باید رعایت شود .

فصل پنجم :

 احداث چاه زمین :

ایجاد نقطه زمین و چاه های اتصال زمین :

 مقاومت نقطه زمین در تأسیسات الکتریکی بین 3 تا 5 اهم است برای ایجاد ی این نقطه معمول ترین روش ایجاد چاه های اتصال زمین است در این روش در اطراف پست های داخلی و به فاصله حداقل  20 متر تعدادی چاه حفر می کنند تا عمقی که به خاک مرطوب برسند . قاعدتاً این عمق در نقاط مختلف گوناگون است و در برخی از مناطق با حفر چند متر به بخش مرطوب  زمین دست می یابیم اما در برخی نقاط  ، باید تا ده ها متر حفاری ادامه یابد . تا به رطوبت برسیم در هر حال پس از رسیدن به نقطه مرطوب زمین ، کف چاه را تا حدود 50 سانتیمتر از مخلوط نمک و ذغال پودر شده پر می کنیم سپس از صفحات مسی به ضخامت 5 میلی متر که سیم اتصال زمین ( معمولاً سیم های بدون پوشش بالای 50 میلی متر مربع ) به آن پرچ شده است استفاده می نماییم و این صفحات را روی لایه نمک و ذغال قرار می دهیم بعد از انجام این کار تا 50 سانتیمتر دیگر روی آن نمک و ذغال اضافه می کنیم و سپس بقیه چاه را با خاک و مواد معمولی پر کرده و این سیم را از چاه خارج و به نقطه اتصال زمین پست که معمولاً‌نقطه نوترال طرف فشار ضعی ترانسفورماتور است وصل می کنیم برای بهبود مقاومت اتصال زمین و کم کردن آن از چندین چاه که سیم های آن را با یکدیگر موازی کرده ایم استفاده می کنیم در حقیقت با موازی کردن این چاه ها مانند موازی کردن چند مقاومت با یکدیگر به یک مقاومت معادل پایین تر می رسیم گاهی به جای حفر چاه از راد یا میله های اتصال زمین که به صورت میله های نوک تیز به قطر حدود 1 تا 2 سانتیمتر هستند استفاده می کنیم و آنهارا در اطراف پست داخلی به زمین فرو می نماییم از بالای آن سیم اتصال زمین را خارج می سازیم و به نقطه اتصال زمین پست وصل می کنیم این کار بیشتر در مناطقی که سطح رطوبت بالاست و در چند متری زیر سطح زمین می توان به خاک مرطوب رسید . استفاده می شود.

 استفاده از بدنه فلزی سوله ها و ساختارهای فلزی در کارخانجات و اتصال سیم های زمین به آنهانیز از مواردی است که باعث می شود نقطه اتصال زمین بهتر و کم مقاومتتری را بدست آوریم.

احداث چاه زمین

احداث چاه زمین طبق مصوبات مقررات ملی ساختمانی ایران مبحث 12 طرح و اجرای تأسیسات برقی ساختمانها بشرح زیر است که عیناً‌آمده است.

 الکترود زمین اساسی ( برای هر دو نوع زمین ، حفاظت سیستم وایمنی ) در اغلب نقاط کشور متداولترین احداث الکترود زمین همان است که به آن «چاه زمین » می‌گویند و آن عبارتست از یک صفحه مسی که در عمق زمین دفن می شود .

 عمق نصب الکترود منطقه ای از زمینی محاسبه می شود که در آن نم طبیعی به طور دائم وجود داشته  باشد صفحه مسی باید به صورت قائم در ته چاه قرار داهد شود و در اطراف آن حداقل به ضخامت 20 سانتی  متر از هر طرف پودر ذغال هیزم ریخته و کوبیده شده باشد .

اتصالهای زمین به صفحه مسی ممکن است به یکی از دو روش زیر انجام شود:

الف) درانتهای هادی ، یک کابلشوی مسی ، که به حداقل دو عدد پیچ با مهره های قفل کننده مجهز است ، نصب شود این کابلشو ممکن است از نوع پرسی ( با پرس هیدرولیکی ) باشد کابلشو به کمک دو عدد پیچ مجهز به مهره های اصلی وقفل کننده به صفحه مسی محکم می شود ..

ب) به جای استفاده از پیچ می توان اتصالات را با استفاهد از جوش اکسیژن ( لحیم سخت ) انجام داد :در این حالت باید دقت شود هادی به کابلشو و کابلشو به صفحه سی در کل سطح تماس خود جوشکاری شده باشد و تنها به جوشکاری در طول محیط کابلشو اکتفا نشود.

پس از آنکه صفحه مسی در داخل ذغال کار گذاشته شود متناوباً 5لایه سنگ نمک خر و سرند شده  و 5 لایه پودر زغال  هریک به ضخامت 15 سانتی متر در داخل چاه ریخته و فشرده می شود از آن به بعد چاه  با خاک سرند شده پر و لایه به لایه فشرده می شود هنگام انجام عملیات یاد شده باید تا جایی که ممکن است ، هادی اتصال زمین در وسط چاه قرار بگیرد و به هیچ وجه نباید آن را تحت نیروی کششی قرار داد وهادی زمین باید یکپارچه باشد و هیچ نوع زدگی و خوردگی در طول آن وجود نداشته باشد .

 یاد آوری 1

به جای صفحه مسی می توان 5 حلقه هادی اتصال زمین را که قطر متوسط حلقه های آن 50 سانتی متر باشد کنار هم پیچیده  و در زمین قرار دارد بقیه شرایط مانند حالت استفاده از صفحه جدا خواهد بود .

 یاد آوری 2:

در انجام اتصالات نباید از لحیم نرم ( سرب یا قلع) استفاده شود.

یاد آوری 3:

در حالی که عمق لبه بالای صفحه مسی نباید از 5/1 متر کمتر باشد .

 برای حداکثر آن حدی تعیین نمی شود مناسبترین عمق چاه عمقی است که در آن «نم دائمی زمین »  وجود دارد.

یادآوری 4

قبل از اقدام به حفر چاه برای اتصال زمین ، توصیه می شود با شرکت برق منطقه ای یا موسسه جایگزین آن مشورت شود تا نسبت به شرایط محلی زمین اطلاعات کافی کسب شود و آمادگی لازم بدست آید . در هر حال عمق چاه را مقامات صلاحیت دار تعیین خواهند کرد .

 یاد آوری 5

چاهی که به منظور احداث الکترود زمین حفر می شود و باید مختص همان کار باشد و از آن نباید برای هیچ منظور دیگری استفاده شود ، به همین ترتیب ، استفاده از هر گونه چاه دیگری ( آب یا فاضلاب و غیره ) به منظور اتصال زمین تحت هر عنوان و به هر دلیلی ممنوع است .

الکترود زمین ساده ( فقط برای وصل به هادی خنثی های فشار ضعیف )

 گاهی احداث الکترود زمین اساسی برای همه مشترکان برق عملی و اقتصادی نخواهد بود ، برای همین برای مواردی که تعداد مشترکان در سیستم زیاد است و می توان با احداث تعدادی الکترود ساده تر با مقاومت بیشتر به مقاومت زمین مطلوب ، دست یافت ، از این نوع الکترود استفاده خواهد شد.

الکترود زمین ساده یک لوله گالوانیزه به قطر حداقل 1 اینچ ( لوله آب ) است که در زمین کوبیده یا به صورت قائم دفن می شود . حداقل طول در زمین بکر نباید از دو (2) متر کمتر باشد لوله باید یکپارچه ( بدون هر نوع بوشن و جوش ) و سالم باشد و در زمان نصب ، هیچ گونه خراشیدگی ، زنگزدگی ، خمیدگی و فرورفتگی نداشته باشد .

 اگر لوله به روش کوبیدن نصب شود ، انتهای پیشرو آن می تواند از دو طرف دارای بریدگیهای 45 درجه ( فارسی ) باشد تا لوله راحت تر در زمین فرو برود .

در صورتی که لوله دفن می شود ، باید ابتدا چاهقی به عمق حداقل 2 متر در زمین بکر بکنند ( عمق خاک دستی ، در صورت وجود ، به حساب نمی آید ) و پس از قرار دادن لوله در وسط آن ، چاه را با 5 لایه پودرزغال چوب و  5لایه نمک سنگ نمک خرد شده و سرند شده به تناوب پر کنند و آن را بکوبند .