در ادامه مباحث مربوط به ارتینگ الکتریکی و انواع سیستم های ارتینگ، در این مطلب به محاسبات سایز الکترود زمین، هادی پیوستگی زمین و سیم اتصال ارت خواهیم پرداخت.

محاسبه سایز الکترود زمین، هادی پیوستگی زمین و سیم اتصال ارت

در طراحی سیستم ارتینگ، باید در نظر داشت که سایز هادی پیوستگی زمین، سیم اتصال به زمین و سایز الکترود زمین به سایز  کابل های  استفاده شده در تاسیسات الکتریکی بستگی دارد. به منظور تعیین سایز مناسب این هادی ها به مثال حل شده ای که در ادامه ارائه شده توجه فزمائید.

جزئیات و شرح بارهای موجود (دستگاه ها و تجهیزات الکتریکی در کارخانه) به شرح زیر است:

موتورها:

• ۲ عدد موتور القایی سه فاز ۵۰ اسب بخار ۴۱۵ ولت که سایز کابل های  متصل به موتورها ۳۵ است.
• ۱ عدد موتور القایی سه فاز ۲۰ اسب بخار ۴۱۵ ولت که سایز کابل های متصل به موتور ۱۶ است.
• ۲ عدد موتور القایی سه فاز ۱۵ اسب بخار ۴۱۵ ولت که سایز کابل های متصل به موتورها ۱۰ است.
• ۳ عدد موتور القایی تک فاز ۱۰ اسب بخار ۲۴۰ ولت که سایز کابل های متصل به موتورها ۲۵ است.
• ۱۲ عدد  موتور القایی تک فاز ۲ اسب بخار 240V که سایز کابل های متصل به موتورها ۴ می باشد.

ترانسفورماتور:

یک ترانسفورماتور ۲۵۰ کیلوولت آمپر، سه فاز ۱۱ کیلو ولت/۴۰۰ ولت (Step down) در کارخانه نصب شده است که نول باید ارت شود. اندازه کابل های متصل به LT (Low Tension) 120 است.

سطح آب:

سطح آب در عمق حدودا ۱۰ متری است.

چیدمان کامل سیستم ارت  کارخانه در شکل  زیر نشان داده شده است. در اینجا، بزرگترین منبع ممکن برای جریان خطا، ترانسفورماتور است، بنابراین، حداقل یک صفحه ارت باید در نزدیکی ترانسفورماتور نصب شود و محل مناسب برای نصب صفحه ارت (برای ترانسفورماتور) در شکل زیر (موقعیت A) نشان داده شده است.

از آنجایی که سطح آب در عمق حدودا ۱۰ متری است، بنابراین باید حدود ۱۰ متر  حفاری کنیم و هر دو الکترود صفحه ای را می توان در یک گودال نصب کرد (با این کار نیازی به دو گودال نیست که به تبع آن هزینه های اجرایی کاهش می یابد). با این حال، برای اهداف ایمنی بهتر، می‌توان گودال دیگری در حدود ۴ متری (در موقعیت B) نزدیک به موقعیت A برای نصب صفحه زمین دوم حفر کرد. همچنین مطمئن شوید که در صورت نیاز امکان ریختن آب وجود دارد.

نقطه اتصال نزدیک به برد کلید اصلی در نقطه C ساخته شده است. نقطه دوم در D و نقطه سوم در E که درست زیر فیوز سوئیچ ترکیبی و بالای داکت کابل است. این نقاط از طریق سیم هایی که از طریق داکت های کابل به هم راه دارند به هم متصل می شوند. از آنجایی که مثال به طور کامل فقط مربوط به ارتینگ دستگاه های الکتریکی است، بنابراین، دو هادی پیوستگی زمین به طور جداگانه در کل کارخانه وجود دارد (هادی های پیوستگی زمین سایر فلزات مانند بردهای فیوز توزیع، فیوزهای سوئیچ و سایر سیم کشی های الکتریکی و غیره در تصویر نشان داده نشده است.)

محاسبه سایز هادی پیوستگی زمین

پس از انتخاب صحیح صفحات و نقاط اتصال، اکنون با کمک جدول زیر می توان اندازه مناسب هادی پیوستگی زمین و سیم اتصال ارت را پیدا کرد. در این جدول اندازه مناسب هادی پیوستگی زمین برای هر اندازه کابل آورده شده است. . برای سادگی، کل طرح ارتینگ کارخانه به سه بخش تقسیم شده است.

بخش A:

مطابق جدول زیر

هادی پیوستگی زمین به موتور ۵۰ اسب بخار (کابل ۳۵ یا در سیستم سلطنتی ۱۹/۰۶۴) = 4 SWG
هادی پیوستگی زمین به موتور ۲۰ اسب بخار (کابل ۱۶ یا در سیستم سلطنتی ۷/۰۶۴) = 10 SWG
هادی پیوستگی زمین به موتور ۱۵ اسب بخار (کابل ۱۰ یا در سیستم سلطنتی۷/۰۵۲) = 12 SWG
هادی پیوستگی زمین به موتور ۱۰ اسب بخار (کابل ۲۵ یا در سیستم سلطنتی ۱۹/۰۵۲) = 6 SWG

در این بخش، بزرگترین موتور ۵۰ اسب بخار است، بنابراین، جفت رساناهای مرکزی رسانای پیوستگی زمین باید بتواند هر مقدار از جریان خطا را در موتور عبور دهد. در این بخش، از آنجایی که هر موتور ۵۰ اسب بخاری در انتهای سیستم توزیع نصب می شود، بنابراین اندازه هر هادی پیوستگی زمین در اطراف این بخش 4SWG است. اندازه مناسب هادی های پیوستگی زمین برای سایر موتورهای کوچک به جفت اصلی نیز در جدول دوم آورده شده است.

بخش B:

طبق جدول، اندازه هادی زمین برای این بخش به شرح زیر است.

هادی پیوستگی زمین به موتور ۱۰ اسب بخار (کابل ۲۵ یا در سیستم سلطنتی ۱۹/۰۵۲) = 6 SWG
هادی پیوستگی زمین به موتور ۲ اسب بخار (کابل ۴ یا در سیستم سلطنتی ۷/۰۳۶) = 14 SWG
سیستم توزیع در این بخش به گونه ای طراحی شده است که اندازه هر هادی پیوستگی زمین (از موتور 10Hp تا نقطه اتصال E) 6 SWG باشد اما برای موتورهای 2Hp اندازه هادی زمین 14SWG باشد. اگر خطا در سمت موتور ۱۰ اسب بخار رخ دهد، مسیر امنی وجود خواهد داشت.

بخش C:

اندازه هادی های پیوستگی زمین برای این بخش به شرح زیر است:

هادی پیوستگی زمین به موتور ۵ اسب بخار (کابل ۱۰ یا در سیستم سلطنتی ۷/۰۵۲) = 12 SWG
هادی پیوستگی زمین به موتور ۱۰ اسب بخار (کابل ۴ یا در سیستم سلطنتی ۷/۰۳۶) = 14 SWG
اندازه هادی پیوستگی زمین از 15Hp تا نقطه اتصال D  برابر   12SWG است در حالی که برای 2Hp (هر موتور)، اندازه هادی 14SWG خواهد بود.

محاسبه سایز سیم اتصال ارت

اکنون می توانیم اندازه مناسب سیم های اتصال ارت را پیدا کنیم. از آنجایی که اندازه کابل ترانسفورماتور در سمت  L.T برابر ۱۲۰ (درسیستم سلطنتی برابر  ۳۷/۰۶۳) است. بنابراین می توانیم از نوار مسی ۳/۰ SWG استفاده کنیم. اگر خطا در ترانسفورماتور رخ دهد، جریان خطا از طریق صفحه ارت A یا B یا هر دو به یکباره جریان می یابد و به مقاومت زمین نیز بستگی دارد.

بنابراین، سیم اتصال ارت باید قادر به عبوردادن جریان خطا باشند. برای این منظور باید از ۳/۰ SWG برای تمام سیم های اتصال ارت از ترانسفورماتور به نقطه C از نقطه C به A از نقطه C به D و از نقطه D به B استفاده کنیم. از آنجایی که جریان خطای ترانسفورماتور در سیم‌های بین E تا D جریان نمی‌یابد، بنابراین اندازه آن باید 4SWG باشد (که برابر با بزرگترین هادی پیوستگی زمین متصل به E است).

محاسبه سایز الکترود های زمین

از آنجایی که هر دو صفحه زمین پایین تر از سطح آب هستند، بنابراین، اندازه صفحه ۶۰۰*۶۰۰*۳ برای هر صفحه اصلی و فرعی مناسب ترین است. اگر مقاومت زمین از ۱Ω افزایش یابد، در آن صورت می توان از صفحات اضافی به موازات صفحه ثانویه استفاده کرد تا مقاومت کلی سیستم ارت و زمین را به حداقل برساند. البته بایستی تست پیوستگی انجام شده و  مقاومت زمین را نیز در نظر بگیریم.

برای مطالعه در خصوص نحوه انجام تست پیوستگی به مقاله ای با این عنوان رجوع کنید.

منبع: https://www.electricaltechnology.org/2015/12/size-of-earth-conductor-earthing-lead-earth-electrodes.html