اهداف کلی :

: اهداف کلی

هدف از طراحی سیستم : : ارتینگ

دس�تگاههاي 1 و ل�وازم ک�ار ص�حت ت�امین و بن�دي ع�ایق حف�ظ -

ک�ارکرد ب�ه ک�ردن کم�ک و ولتاژه�ا اض�افه ک�ردن مح�دود و الک�تریکی

ب�ه این اتص�ال ،زمین الک�تریکی .) ص�حیح ل�وازم ب�ا قط�ع م�دارهاي معی�وب

(یا اتصال زمین سیستم گویند

- ایج�اد ایم�نی ب�راي اف�راد در تم�اس ب�ا تجه�یزات الک�تریکی می باش�ند و 2

از از راه قط�ع س�ریع م�دار معی�وب مح�دود ک�ردن خط�ر آتش س�وزي

ط�رف دیگ�ر و ب�ه کم�ک وص�ل بدن�ه تجه�یزات ب�ه ه�ادي خن�ثی ی�ا زمین ) ب�ه

این اتصال زمین، اتصال زمین ایمنی یا حفاظتی گویند (

.حداکثر شدت جریانی که ممکن است از بدن انسان عبور کند

مقاومت بدن انسان اهم 1000برابر

لذا برای اینکه جریان عبوری از بدن انسان را کاهش بدهیم باید مسیرهای موازی با بدن

انسان ایجاد نمود که همان مسیر های اتصال زمین می باشد که باعث تقسی جریان می

گردد.

1000 بر مقاومت 220در صورت صرفنظر نمودن از مقاومت های مسیر ولتاز

. میلی آمپر می گردد 22اهم مقدار

ولتاژ تماسی و گام

در زمان وقوع تکفاز به زمین را بدنه دستگاه یا زمینمقدار ولتاژ توسط کف دست انسان و

ولتاژ تماسی میگویند

برداشت ولتاژ توسط دو پاي انسان به فاصله یک متر از یکدیگر را در زمان وقوع تکفاز به

.زمین را ولتاژ گام میگویند

انواع سیستم ارت فشار ضعیف

مطابق استاندارد IECدر شبکه هاي فشار ضعیف سه نوع سیستم زمین زیر معمول میباشد.

364

IT -

TT -

TN – مشخص کننده نوع اتصال نقطه نوترال منبع توان ( ترانس یا ژنراتور ) نسبت به زمین یا ارت :حرف اول

میباشد

حرف دوم مشخص کننده نحوه ارت بدنه تجهیزات نسبت به نقطه نوترال و یا ارت میباشد.

حرف اول از سمت چپ مشخص کننده رابطه منبع با زمین است

-T )Terra()نقطه خنثی m m به زمین وصل است. )معموٌال یک نقطه از سیستم مستقیما

I )Insulated( قس�متهاي برق�دار سیس�تم نس�بت ب�ه زمین ع�ایق ان�د ی�ا ی�ک نقط�ه از سیس�تم از-

طریق یک امپدانس

-N )Neutral( از طری�ق س�یم ارت ب�ه نقط�ه ن�وترال m بدن�ه ه�ادي از نظ�ر الک�تریکی مس�تقیما

وصل گردد.

-TN-C )Common( و ه�ادي مش�ترك حف�اظتی از طری�ق ه�ادي بدن�ه در سراس�ر سیس�تم

( به نقطه خنثی وصل میشودPENخنثی )

TNS

در سراس�ر سیس�تم بدن�ه ه�ادی از طری�ق ه�ادی جداگان�ه ارت ب�ه نقط�ه خن�ثی ی�ا ن�وترال منب�ع

متصل می گردد

: 1شکل سیستم ایزوله

: سیستم ارت ونول مشترک و 2شکل جداگانه

سیستم منتخب در ایران :

و براي شبکه هاي TN نوع سیستم ارت مورد استفاده در شبکه هاي عمومی فشار ضعیف از نوع

. استفاده میگرددTN یا ITصنعتی برحسب نوع

:نوع حفاظت در انواع سیستم ارتینگ

ثانیه باعث کشته شدن افراد می 10 میلی آمپر در زمان بیش از 30طبق استاندارد جریان بیش از

)IEC)60479-1 .گردد .

ثانیه از بدن شخص عبور کند باعث از بین 0.01 میلی امپر در زمان 500در نمودار زیر اگر جریان

رفتن شخص خواهد شد.

لذا در طراحی ارتینگ بحث حفاظت و زمان عبور جریان فاز به زمین از تجهیزات و بدن انسان

بسیار مهم بوده و رله های مربوط به تریپ ارت در زمان درست عمل نمایند .) درحد میلی ثانیه(

سیستم IT:

در این سیستم بعلت اینکه منبع و مصرف کننده جداگانه به زمین متصل می گردند مقاومت مسیر باٌال

بوده و جریان ارت فالت بسیار محدود است و در صنعتی که نخواهیم قطع برق داشته باشیم استفاده

می گردد .

:TTسیستم

در این سیستم جریان اتصالی به زمین شاید از جریان نامی کمتر باشد لذا بایستی حتما از تجهیزات

استفاده گردد.ELR و RCDمانیتورینگ عایق و

:TNسیستم

می توان استفاده نمودMCCB-MCB-MPCBاین سیستم بعلت باٌال بودن شدت جریان اتصال کوتاه از کلید های معمولی مانند

Isc(min)=0.8Uph/ (Rph+ RPE)

معیار عملکرد حفاظتی :

جهت اطمینان از سیستم عملکرد حفاظتی بایستی حداقل جریان اتصال کوتاه محاسبه گردد که

وسایل حفاظتی سریعا مسیر را در حداقل زمان پاکسازی کنند

Isc(min)=0.8Uph/ (Rph+ RPE)

مقایسه سیستم های شیکه با یکدیگر:

RG1=SOURCE RESISTANCE

RG2=LOAD RESISTANCE

موارد مورد استفاده

نوع حفاظت I lgجریان نوع سیستم

بهره برداری پیوسته

RCD-ELR بسیار محدود IT

عمومی )غیر ازایران(

RCD-ELR V)ph(/)Rg1+Rg2( TT

صنعتی MCCB-MCB V)ph(/Z)loop( TN

نحوه اتصال سیم پیچ ترانسفورماتورها :

زیگزاگ می باشد–مثلث –اتصال ترانس ها معموال به سه صورت ستاره

این نوع از اتصال برای استفاده در سطح ولتاژهای باٌال مقرون به صرفه می :Yاتصال ستاره -•

باشد . وجود نقطه نوترال این امکان را می دهد- کاهش سطح عایق بندی از دیگر مزایای این نوع

اتصال می باشد

D –اتصال مثلث •

این نوع اتصال بر ای جریان های باٌال و ولتاژهای پایین توجیه اقتصادی بهتری دارد . ترکیب این اتصال

با اتصال ستاره امپدانس توالی صفر سیم پیچی را کاهش می دهد. در سیستم های توزیع از این

.اتصال بیشتر برای سیم پیچی اولیه استفاده می شود

Zاتصال زیگزاگ - •

نیاز داشته و ساخت آن نیز مشکل تر Y این نوع اتصال به تعداد دو رهای بیشتری نسبت به اتصال

می باشد . از این اتصال در ترانسفورماتورهای زمین و سیستم های با بار نامتقارن و قدرت های

پایین استفاده می شود.

لذا می توان نتیجه گرفت :

می باشدYdn بصورت HV / MVنحوه اتصال ترانسهای •

می باشWد.)نیWاز بWه DYn نWیز بصWورت MV / LVنحWوه اتصWال ترانسWهای •

(LVنول در

ترانسWهای • اتصWال بصWورت MV / MVنحWوه DYN والWمعم ( باشWد. می

6.6KV می باشWند کWه در موتورهWای 33/6.6KV بصWورت MV/MVترانسWهای

هارمونیWک تولیWد می گWردد اگWر سWمت اولیWه را سWتاره بگWیریم هارمونیWک

تولیدی به شبکه منتقل می گردد(

نحوه اتصال و گروه های برداری متداول ترانسفورماتورهای قدرت در سطوح ولتاژ توزیع

را یک نقطه در LV و MVآیا دریک ترانس می توان ارت سمت نظر گرفت ؟

:110طبق استاندارد

و فشار ضعیف مجاز نمی باشد .MVدر نیروگاه ها و پستهای برق اتصال زمین مشترک برای قسمت

: طراحی سیستم زمین

. GPR ( Ground Potential Rise) :افزايش پتانسيل زمين،

دامنه اين ولتاژ برابر است با ماکزيمم جريان اتصال کوتاه شبکه در مقدار مقاومت شبکه زمين، که رابطه آن در زير آمده است.

GPR=RG . Isc( max )

( Step Voltageولتاژ گام : )

اختالف پتانسيل بين پا های انسان به فاصله يک متر

(Touch Voltage-ولتاژ تماس: )

اختالف پتانسيل بين افزايش پتانسيل زمين و پتانسيل سطح در نقطه ای که شخص با يک دست به استراکچر فلزی مرتبط می گردد.

(Mesh Voltage : ) ولتاژ مش،

ماکزيمم ولتاژ تماس در داخل مش يک شبکه زمين را ولتاژ مش می گويند.

:محاسبه ولتاژ مجاز گام

شکل زیر بیانگر خطا روی استراکچر میباشد و شخص در محیط در حال حرکت است. مطابق شکل جریان

Rf بین دو پای شخص جاری میگردد. همچنین مقاومت کف پای انسان نسبت به جرم کلی زمین را Ifخطا

در نظر گرفته میشود. بنابراین رابطه ولتاژ گام مجاز بین دو پای شخص برابر است با:

جریان مجاز عبوری از بدن

انسان

ولتاژ مجاز گام انسان

مقاومت کف پای انسان

نسبت به زمین

مقاومت بدن انسان برابر

اهم1000

کف پای انسان نسبت به زمین از رابطه زیر

محاسبه میگردد

از رابطه زیر محاسبه bمقدار میگردد.

در 200CM2 مساحت کف پای انسان میباشد و مقدار آن برای پاهای بزرگساٌالن برابر Aکه در آن

نظر گرفته شده است. بنابراین مقدرا

b=0.08 m.محاسبه میگردد

بنابراین مقاومت پایی که با زمین ارتباط دارد برابر است با:

کیلوگرم ، به 70 و 50بنابراین رابطه ولتاژ گام مجاز برای افراد صورت استخراج میگردد.

محاسبه ولتاژ مجاز تماسی:

شخص با لمس کردن استراکچر در زمان وقوع خطای بدنه، در معرض ولتاژ تماس

ناشی از اتصال کوتاه قرار میگرد. بنابراین مقدار ولتاژ تماسی مجاز شخص باید

بیشتر از مقدار ولتاژ تماسی تولید شده توسط اتصال کوتاه فاز به بدنه باشد تا

.شخص در معرض برق گرفتگی قرار نگیرد

مطابق شکل فوق ، جریان از طریق دست جاری و از طریق پای انسان به دو قسمت

( و با تقسیم میگردد. به عبارت دیگر مقاومت بین دو پای انسان با هم موازی )

( سری میگردد بنابراین رابطه ولتاژ تماسی مجاز برابر است با:Rbمقاومت بدن انسان )

و 50بنابراین مقدار ولتاژ تماسی مجاز برای اشخصاص کیلوگرم برابر است با:70

:اثر سنگهای شکسته روی سطح خا در روابط ولتاژهای مجاز

روی سطح خاک، سبب Gravelدر صورت استفاده از یک ٌالیه نازک از سنگهای شکسته مانند

افزایش مقاومت مجاز کف پای انسان نسبت به زمین خواهد شد. اگر مقاومت ویژه ٌالیه نازک

در نظر بگیریم ) مقدار آن نسبت به مقاومت ویژه خاک 𝜌 Sخاک یا سنگریزه اضافه شده را

(𝜌:مقدار مقاومت کف پای انسان نسبت به زمین، برابر است با ، )بسیا زیاد میباشد )

برابر است با: C S رابطه

که در آنها:

h Sویژه سنگریز به ارتفاع 𝜌 Sمقاومت

اضافه شده به خاک

𝜌 S ضریب کاهنده مقاومت ویژه خاک اضافه شده و خاک

طبیعی

h S ( ارتفاع سنگریزه اضافه شده بر حسب m به سطح )

خاک طبیعی

محاسبه مقاومت مشمقاومت یک مش نسبت به جرم کلی زمین برابر است با:

محاسبه ولتاژ مش از اتصال کوتاه

ماکزیمم ولتاژ تماسی را ولتاژ مش می گویند و مقدار آن از رابطه

زیر محاسبه میگردد.

Km : ضریب هندسی

زمین

Ki : ضریب تصحیح متوسط شدت جریان جاری شده در زمین : به طول مش

The geometrical factor Km (Sverak [B132]), is as follows

محاسبه ولتاژ گام ناشی از اتصال کوتاه

سايزينگ هادی ارتينگ

- محاسبه مقاومت زمين

اهم و يا کمتر لحاظ 1برای اکثر خطوط انتقال و پستهای بزرگ ، مقاومت را

اهم می باشد. مقدار 5 تا 1میکنند و برای پستهای توزيع رنج قابل قبول بين

مقاومت زمين را بطور دقيق می توان از رابطه زير محاسبه نمود.

مراحل طراحی سیستم زمین

m هر يک از بلوک دياگرام صفحه بعد ، مراحل طراحی يک شبکه را نشان می دهد که ذيال مراحل بررسی می شود

: جمع آوری اطالعات:1مراحله

A مساحت پست بر حسب =M^2

ρمقاومت ويژه خاکبر حسب = -M Ω

فرض :

wxh=15×30 mمساحت

M Ω30مقاومت ویژه خاک = -

: محاسبه سطح 2مرحله مقطع هادی:

αr factor at 20 °c )1/°c(

k0 at 0 °c )°c(

fusing temp. Tm )°c(

ρr 20 °c )μΩ.cm(

TCAP thermal capacity

[J/)cm3.°c(]

0.00393 234 1083 1.72 3.42

3.420.5

0.003931.72

25.38051A=2341083

5010

میلی متر مربع گردید که طبق استاندارد 25سایز سطح مقطع سیم ارت تقریبا برابر

70 بایستی حداقل سیم ارت انتخابی 110جهت تحمل استحکام مکانیکی طبق نشریه

میلی متر مربع انتخاب می گردد

Diameter of grid conductor:

3104 /d A

70 A89.1719

7 3.14 P

mm9.44309

1 d=

: ولتاژهای گام و تماس 3مرحله قابل تحمل:

حفاظت شخص تابعی از مقدار مجاز ولتاژ شوک و زمان پاک شدن خطا می باشد،

که ماکزييم مقدار ولتاژ مجاز گام و تماس از رابطه زير محاسبه مي گردد.

0.09 11

2 0.09s

ss

Ch

0.772Cs=30P2500Ps0.15hs

2821.514Estep=

864.8128066Etouch=

: طرح اولیه شبکه 4مرحله : زمین

: محاسبه مقاومت زمین5مرحله

L=(30×3)+(7×15)=195+(4×2.5)=205m

h= 1m

A= 450m2

205L1h

0.723738Rg=450A30P

: محاسبه مقدار ماکزيمم جريان عبوری از شبکه.6مرحله

[ ](2 )e

XT s

R f

2

1 (1 )f

e

t

Tef

f

TD e

t

Ig=Df . Sf . If

Ig=1.026x1x10000 = 10260 A

بر قرار باشد طراحی کامل IG.RG < Etouch : در صورتيکه شرط 7مراحله

.است در غير اينصورت مراحل زير بايستی چک گردد

IG.RG<Etouch

> 372 Volts7182

IEEE: مقادير ولتاژ گام و ولتاژ مش طبق روبط بخش 8مراحله محاسبه می گردد.80.16.5

برابر یک فرض می گردد Kiiلذا .Kii=1

1.414214Kh1h=1h0=

4.333333na=195Lc=90Lp=

1.029884nb=450A=90Lp=

90Lx=1nc=450A=

105Ly=

30Lx=1nd=450A=

15Ly=33.54102Dm=

4.33na=4.44258n=1.026nb=

1nc=1nd=

1.30150184Ki=4.44258n=

0.1592363.14P =0.4505641673.0897997.5D =

6.3700420.16d =1.56251h =

-0.806971Kii =1.4Kh =

4.44258n =

0.9Km=1756.712Em=1.3Ki=

30P=10260IG=

205Lm=

: در صورتيکه ولتاژ مش محاسبه شده کمتر از ولتاژ تماسی قابل تحمل 9مرحله

میرويم در غير اينصورت مقادير اوليه در طراحی شبکه بايد 10باشد به مرحله

تغيير يابند.

برقرار نشده است ETouch (865)< Em(1756) همانطور که مشاهده می گردد شرطٍ

لذا بایستی مقادیر در طراحی اولیه تغییر یابند

L= 205 + 160 = 365

365L1h

0.659588Rg=450A30P

1.414214Kh1h=1h0=

Kii=1

1.414214Kh1h=1h0=

8.111111na=365Lc=90Lp=

1.029884nb=450A=90Lp=

90Lx=1nc=450A=

210Ly=

8.1na=8.3349n=1.029nb=

1nc=1nd=

1.8775652Ki=8.3349n=

0.1592363.14P =0.3126092131.5655193.5D =

3.2572320.16d =1.56251h =

-1.297061Kii =1.4Kh =

8.33n =

0.3Km=810.7902Em=1.8Ki=

30P=10260IG=

205Lm=

برویم.10 برقرار شده است پس می توان به مرحله EM (810)< ETouch(864)همانطور که مشاهده می گردد شرطٍ

طرح غیر قابل قبول .

.طرح قابل قبول

: محاسبه ولتاژ 10مرحلهگام

1h=3.5D=

8.33n=

0.319868Ks=

10LR=282.25Ls=365Lc=

0.32Ks=30p=

655.0115Es=1.877Ki=10260IG=

282.25Ls=

برقرار شده است .ES (655)< Estep(2820)همانطور که مشاهده می گردد شرطٍ

Result:

70 mm2 Earthing Conductor Cross Section

0.66 Ohm Earthing Resistance ) Rg(

7200 volt GPR

2820 volt Estep ) Tolerable(

865 volt E touch ) Tolerable(655 < 2820 Fault Step Voltage ) Es(

810 < 865 Fault Mesh Voltage )Em(