روش های اتصال به زمین ژنراتورهای پشتیبان تجاری نصب شده و قابل حمل

اداره ایمنی و بهداشت حرفه‌ای (OSHA) نصب زمین برای تمامی ژنراتورهای احتراق داخلی را الزامی کرده است. این الزام شامل مدل‌های ثابت و قابل حمل برای کاربردهای اضطراری، اصلی و مداوم می‌شود. اتصال به زمین ژنراتورهای پشتیبان به روش امپدانس مزایای ایمنی و تجهیزات زیر را به همراه دارد:

• کاهش اثرات سوختن و ذوب شدن در تجهیزات الکتریکی در زمان اتصال کوتاه به زمین.
• کاهش ضربه مکانیکی در اجزا و مدارهایی که در معرض اتصال زمین هستند.
• کاهش خطر برق گرفتگی برای افرادی که باعث بروز اتصال به زمین شده‌اند یا در نزدیکی آن هستند
• کاهش افت ولتاژ خطی که در هنگام رفع اتصال زمین رخ می‌دهد.
• کنترل ولتاژهای گذرا را تضمین می کند، بدون اینکه نیاز به خاموش کردن تأسیسات باشد.

این مقاله از دیزل استار به بررسی چند روش معمول برای ارت کردن ژنراتور می‌پردازد. در روش‌های ارت با امپدانس، از ترانسفورماتور و خازن استفاده می‌شود و تنظیمات ترانسفورماتور نیز مورد بررسی قرار گرفته است. این مقاله به‌عنوان یک راهنمای کلی ارائه شده و توصیه می‌شود قبل از کار با ژنراتور، با یک برق‌کار یا پیمانکار برق مجاز مشورت کنید تا از ایمنی و ارت مناسب اطمینان حاصل شود.

ساده‌ترین روش، ارت مستقیم است که در آن سیم یا تسمه ارت از یک طرف به آلترناتور و از طرف دیگر به زمین وصل می‌شود و معمولاً در ژنراتورهای کوچک قابل حمل استفاده می‌شود. تنظیمات ارت با امپدانس بیشتر برای کاربردهای بزرگتر به کار می‌روند. امپدانس به مقاومت کلی مدار در برابر جریان برق اشاره دارد و ترانسفورماتورها، هادی‌ها، میله‌های ارت و اجزای الکترونیکی، مقاومت را در مدارهای ارت ایجاد می‌کنند.

زمین کم امپدانس

بین ژنراتور و میله اتصال به زمین، یک مقاومت به نام مقاومت اتصال به زمین خنثی قرار می‌گیرد. این مقاومت، جریان خطا را در زمان اتصال کوتاه یا قوس فاز به زمین محدود می‌کند و معمولاً جریان را بین 200 تا 400 آمپر محدود می‌سازد. بسیاری از سازندگان، هر مقاومتی که جریان را به 25 آمپر یا بیشتر محدود کند، به عنوان مقاومت کم می‌شناسند.

به عنوان مثال، مشخصات یک مقاومت می‌تواند “1200 ولت L-N، 200 آمپر، 10 ثانیه” باشد. امپدانس این مقاومت اجازه می‌دهد که 1200 ولت با 200 آمپر جریان برای 10 ثانیه قبل از گرم شدن بیش از حد، عبور کند. مقاومت‌های اتصال به زمین می‌توانند 10 درصد بار نامی خود را به‌طور مداوم تحمل کنند؛ بنابراین، یک مقاومت 200 آمپر می‌تواند 20 آمپر را به‌طور مداوم بدون گرم شدن بیش از حد تحمل کند.

برای جلوگیری از آسیب گرمایی به مقاومت، می‌توان دستگاه‌های جریان بیش از حد را در مدار نصب کرد. برخی نکات مهم در طراحی مدار اتصال به زمین کم امپدانس عبارتند از:

1. جریان فاز به زمین محدود به ۲۰۰ تا ۴۰۰ آمپر
2. خطرات قوس الکتریکی و اتصال زمین را کاهش می‌دهد
3. آسیب به روتور و استاتور را کاهش می‌دهد
4. از کار افتادن دستگاه‌های اتصالی را متوقف نمی‌کند
5. سیستم تشخیص خطای زمین الزامی نیست.
6. قابل استفاده در سیستم‌های برق با ولتاژ متوسط یا بالا

زمین مقاوم بالا

مدارهای زمین با امپدانس بالا از یک ترانسفورماتور زمین خنثی برای حفاظت از ژنراتور استفاده می‌کنند. در این سیستم، زمین ژنراتور به ورودی سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور متصل شده و از طریق آن به زمین می‌رسد. مقاومت زمین خنثی در دو طرف سیم‌پیچ ثانویه ترانسفورماتور قرار می‌گیرد و این ساختار از اصل امپدانس منعکس شده برای حفاظت از ژنراتور بهره می‌برد.

سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور زمین به ژنراتور متصل است و سیم‌پیچ‌های ثانویه به تابلوی توزیع برق و مسیر تغذیه به زمین در صورت بروز خطا متصل می‌شوند. برخی نکات مهم در طراحی مدار زمین با امپدانس بالا عبارتند از:

1. جریان فاز به زمین بین ۵ تا ۱۰ آمپر محدود شده است.
2. خطرات قوس الکتریکی و قوس اتصال به زمین را کاهش می‌دهد.
3. از بین بردن آسیب به روتور و استاتور
4. تا زمانی که خطا شناسایی نشود، مانع از کارکرد دستگاه‌های با جریان بیش از حد
5. سیستم تشخیص خطای زمین
6. قابل استفاده در سیستم های ولتاژ پایین یا متوسط

زمین‌سازی جبران‌شده

سیستم‌های اتصال زمین جبران‌شده به عنوان سیستم‌های راکتانسی یا تشدید نیز شناخته می‌شوند و مشابه سیستم‌های امپدانس بالا طراحی می‌شوند. در این سیستم، سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور اتصال زمین به ژنراتور متصل است و سیم‌پیچ‌های ثانویه، تابلوی توزیع و مسیر تغذیه به زمین را در صورت بروز خطای زمین تأمین می‌کنند.

راکتور اتصال زمین جایگزین ترانسفورماتور و مقاومت مورد استفاده در مدارهای اتصال زمین با امپدانس بالا می‌شود. این راکتور ترکیبی از ترانسفورماتور و یک کویل پترسون است که به تنظیم سیستم کمک می‌کند. زمانی که اندوکتانس و خازنی سیستم با هم مطابقت داشته باشند، سیستم به‌طور کامل جبران می‌شود. در غیر این صورت، اگر امپدانس راکتور با خازنی مطابقت نداشته باشد، سیستم خاموش می‌شود.

برخی نکات مهم در طراحی مدار اتصال زمین جبران‌شده عبارتند از:

1. به دلیل اضافه شدن راکتور اتصال به زمین خنثی، نسبت به سیستم‌های با امپدانس بالا یا پایین، گران‌تر است.
2. از ترانسفورماتور زمین برای زمین کردن سیستم استفاده می‌کند.
3. از طراحی امپدانس منعکس شده به عنوان سیستم های با امپدانس بالا استفاده می‌کند.
4. آسیب‌دیدگی ژنراتور در اثر اتصال کوتاه به زمین وجود ندارد.
5. واکنشگر در مقابل خازن ژنراتور به زمین تنظیم شده است. جریان های اتصال کوتاه به زمین ممکن است کمتر از ۱ آمپر باشد.

زمینه سازی ترکیبی

سیستم‌های زمین‌گذاری ترکیبی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که مزایای هر دو سیستم زمین‌گذاری با امپدانس بالا و پایین را داشته باشند. این سیستم‌ها در صورت بروز خطای زمین، آسیب بسیار کمی به ژنراتور و اجزای سیستم وارد می‌کنند. در چنین شرایطی، سیستم از بخش زمین‌گذاری با امپدانس بالا استفاده می‌کند تا آسیب به ژنراتور را به حداقل برساند.

این طراحی برای ژنراتور ایمن‌تر است، زیرا برخلاف سیستم‌های با امپدانس پایین، هرگز بدون زمین باقی نمی‌ماند. همچنین، این پیکربندی مزایای سیستم‌های با امپدانس پایین را ارائه می‌دهد، زیرا تمام خطاهای زمین هماهنگی انتخابی خواهند داشت و در نقطه خطا آسیب بسیار کمی وارد می‌کنند. جریان خطای زمین به مجموع سیستم با امپدانس پایین محدود می‌شود.

حفاظت ژنراتور

• خطا توسط 78 GD شناسایی شده است.
• مسیر زمین با امپدانس کم، توسط سوئیچ (خلاء یا هوا) باز می شود.
• تنها مسیر موجود به سمت زمین، مسیر با امپدانس بالا است.

منابع اضافی

• الزامات NEC برای ژنراتورهای پشتیبان نصب شده به طور دائم روی ساختمان‌ها اعمال می‌شود.
• سازمان ایمنی و بهداشت حرفه‌ای (OSHA) نیازمندی‌ها و ایمنی

نتیجه گیری

تمام ژنراتورهای موتور دار باید به‌طور مناسبی زمین شوند. مجموعه‌های قابل حمل کوچکتر می‌توانند از زمین ساده استفاده کنند، اما این نوع زمین هیچ محافظتی برای ژنراتور یا دستگاه‌ها فراهم نمی‌کند. زمین امپدانس در سیستم‌های متوسط و بزرگ محبوب است و ترکیبی از زمین امپدانس پایین و بالا را ارائه می‌دهد.