انواع حفاظت زمین و کاربرد آن در نیروگاه خورشیدی

در سیستم برق رسانی از نقطه تولید انرژی تا مصرف کننده نهایی، زمین به عنوان بخشی از سیستم مورد استفاده قرار می گیرد. منظور از زمین آنچه که زیر پای ما قرار دارد است و شامل لایه های خاک و سطحی است که ما بر روی آن قدم می گذاریم و ساختمان سازی می کنیم. به طور معمول از زمین به عنوان یک سطح پتانسیل و همینطور مسیر عبور انرژی الکتریکی به منظور حفاظت از سیستم برق رسانی و مصرف کننده الکتریکی استفاده می شود.

به طور مثال صاعقه که ناشی از شرایط جوی است می تواند به صورت لحظه ای، ولتاژی را روی خطوط برق به وجود بیاورد که این ولتاژ باعث آسیب دیدن تجهیزات الکتریکی و مصرف کننده های متصل به شبکه برق شهر می شود که می توان با نصب تجهیزات حفاظتی و انتقال این انرژی به لایه های زمین، از بروز خسارت به تجهیزات جلوگیری نمود. همچنین می توان از زمین برای ایجاد حفاظت به منظور جلوگیری از برق گرفتگی افراد در شبکه استفاده نمود.

روش های مختلفی برای اتصال به زمین در شبکه برق وجود دارد که در ادامه این نوشته قصد داریم به انواع شبکه برق از لحاظ اتصال به زمین بپردازیم پس در ادامه با مجله آموزشی سولارنیرو همراه باشید.

 

روش های زمین کردن شبکه برق

همانطور که در ابتدا به آن اشاره شد، به منظور حفاظت از تجهیزات و افراد در مقابل ولتاژ های ناگهانی ناشی از صاعقه و همینطور نشت جریان ناشی از برق گرفتگی یا اتصال بدنه، از زمین به عنوانی بخشی از شبکه برق رسانی استفاده می شود که روش های متنوعی برای این کار وجود دارد. مهم ترین سیستم های انتقال نیرو بر اساس روش اتصال به زمین به صورت زیر هستند:

• سیستم برق TT
• سیستم برق IT
• سیستم برق TN که خود شامل سه سیستم TNC، TNS و TN-C-S می شود

به منظور ساده سازی سیستم های بالا می توان معادل هر حرف انگلیسی را به صورت زیر معنی نمود:

• حرف T سر واژه لاتین TERRA به معنی زمین و بیانگر اتصال مستقیم به زمین است
• حرف I سر واژه Isolated به معنی عایق و جدا شده بیانگر بدون اتصال به زمین است
• حرف N سر واژه Neutral به معنی خنثی و بیانگر وجود سیم نول در سیستم است
• حرف S سر واژه Seperate به معنی مجزا است
• حرف C سر واژه Combine به معنی ترکیب است

هر کدام از این واژه ها و سیستم به صورت جداگانه در این نوشته معرفی خواهند شد. همچنین گفتنی است هر کدام از این سیستم ها مربوط به کاربری خواصی است اما شبکه برق هر کشور به صورت مشخص، یکی از این سیستم ها است. به طور مثال در ایران و آمریکا از سیستم TN-C-S استفاده می شود. در هند TN-S، آلمان TT و TN-C و در نوروژ از سیستم IT استفاده می شود.

 

سیستم ارت TT

همانطور که در تصویر زیر مشاهده می شود، در سمت ثانویه ترانسفورماتور کاهنده توزیع، همیشه اتصال به صورت ستاره است که در این صورت سه سیم فاز و یک سیم مشترک در دسترس است. در سیستم TT سر مشترک در پست برق، به صورت مستقیم به زمین متصل می شود. سپس سیم مشترک به عنوان سیم نول به همراه سه فاز به مصرف کننده ها منتقل می شوند. در سمت مصرف کننده، سه فاز + نول به مصرف کننده متصل می شود و لازم است بدنه مصرف کننده به صورت مستقیم به زمین متصل شود.

در این سیستم به منظور حفاظت از اتصال کوتاه و جریان نشتی از دو کلید حفاظتی MCB و RCD استفاده می شود. این سیستم به طور معمول در ایران استفاده نمی شود و استفاده از آن نیازمند دریافت مجوز است.

 

 

سیستم ارت IT

در این سیستم سر مشترک اتصال ستاره ترانس یا به زمین متصل نمی شود و یا با استفاده از یک مقاومت بزرگ به زمین متصل می شود. در مصرف کننده نیز بعد از تابلو توزیع، بدنه تجهیزات به ارت محلی متصل می شود. در سیستم TT برق گرفتگی ناشی از اتصال فاز به بدنه وجود ندارد و در نتیجه جریان نشتی نیز بسیار نادر اتفاق می افتد. تنها در این سیستم، اتصال کوتاه ناشی از اتصال فاز به نول و فاز به فاز توسط کلید مینیاتوری قابل تشخیص است.

این سیستم از قطع برق ناشی از اتصال بدنه جلوگیری می کند و همچنین خطر برق گرفتگی در آن کمتر است، بنابر این بیشتر در نقاط حساس مانند معادن و اتاق عمل مورد استفاده قرار می گیرد. در نقاطی که شبکه برق از نوع دیگری است، با استفاده از ترانس ایزوله، اقدام به ایجاد شبکه IT صورت می گیرد.

 

سیستم ارت TN

در این سیستم همانند TT سر مشترک اتصال ستاره ترانس به صورت مستقیم به زمین متصل می شود. همچنین بدنه مصرف کننده نیز به صورت مستقیم به زمین متصل می شود. سیستم TN دارای سه نوع مهم TN-C و TN-S و ترکیب دو نوع قبلی با نام TN-C-S است که در ادامه به معرفی هر یک خواهیم پرداخت.

شبکه TN-C همانند تصویر زیر شبیه به شبکه TT است با این تفاوت که سیم مشترک اتصال ستاره ترانس، پس از ورود به تابلو توزیع به زمین متصل شده و به صورت یکپارچه به تمامی مصرف کننده ها می رود. در این سیستم، بدنه هر مصرف کننده ابتدا به سیم PEN که ترکیب نول و ارت است متصل شده و سپس سیم نول مصرف کننده از این انشعاب یک ورودی دریاف می کند. بنابر این سیم نول و ارت در این شبکه کاملا یکسان بوده و در نتیجه امکان استفاده از کلید نشتی جریان یا RCD در این نوع شبکه قابل استفاده نیست.

 

 

شبکه TN-S بر خلاف سیستم های قبلی، بعد از زمین شدن سر مشترک اتصال ستاره ترانس، ارت و نول به صورت مجزا به مصرف کننده منتقل می شود. در این شبکه ما به جای سه فاز + نول، از کابل 5 سیمه شامل سه فاز + نول + ارت استفاده می کنیم. هزینه راه اندازی این سیستم برق رسانی بالا بوده و می توان از RCD در ساختار آن استفاده نمود.

 

نام آخرین سیستم TN-C-S است که از ترکیب دو سیستم TN-C و TN-S به وجود می آید و شبکه برق ایران از این ساختار استفاده می کند. در این ساختار از ترانس توزیع تا تابلو توزیع ساختمان شبکه به صورت TN-C است و سیم نول و ارت با نام PEN به صورت مشترک منتقل می شود. در تابلو توزیع، سیم PEN به شین ارت متصل می شود و در نهایت شینه ارت و نول با یکدیگر مشترک می شوند و از این نقطه به بعد سیم نول و ارت از یکدیگر جدا می شوند.

در سیستم TN-C-S، می توان از کلید مینیاتوری و کلید RCD به راحتی استفاده نمود و در صورت اتصال کوتاه و نشتی جریان ناشی از اتصال بدنه و برق گرفتگی، برق مصرف کننده قطع خواهد شد.

 

 

سیستم ارت در نیروگاه خورشیدی

نیروگاه برق خورشیدی به عنوان تولید کننده برق نیازمند یک حفاظت الکتریکی کامل به ویژه حفاظت ارت است. به منظور برسی سیستم ارت در نیروگاه خورشیدی بهتر است سیستم را به دو بخش AC و DC تقسیم و به صورت جداگانه برسی نمود. در ادامه به ساختار سیستم ارت در نیروگاه خورشیدی در دو سمت AC و DC به صورت جداگانه پرداخته خواهد شد.

سمت AC نیروگاه خورشیدی

با توجه به اینکه شبکه برق ایران TN-C-S و نیروگاه خورشیدی، تولید کننده برق است، در تابلو برق AC نیروگاه خورشیدی، سیم نول اینورتر به صورت مستقیم به شینه ارت و زمین متصل می شود و سیم نول با یک جامپر به شین ارت متصل می شود. در نهایت چهار سیم شامل سه فاز + نول به شبکه برق شهر متصل خواهد شد.

سمت DC نیروگاه خورشیدی

در سمت DC لازم است فریم پنل های خورشیدی به صورت مستقیم و با همبندی با یکدیگر به ارت متصل شود. همچنین اینورتر، بدنه آن و بدنه تابلو برق در صورت فلزی بودن، به صورت مستقیم به ارت متصل می شوند. از سرج ارستر به منظور حفاظت در مقابل ولتاژ ناگهانی صاعقه در این بخش به صورت الزامی استفاده می شود.

 

در این نوشته سعی کردیم تا به زبان ساده به معرفی سیستم های ارت در شبکه برق بپردازیم. در صورت تمابل به مطالعه مطالب مرتبط با برق خورشیدی می توانید به مجله آموزش برق خورشیدی سولارنیرو مراجعه نمایید.