مقاومت زمین (NGR)

در طراحی شبکه های برقی صنعتی  روشهای مختلفی  برای زمین کردن الکتریکی وجود دارد. یکی از متداول ترین این روشها ، با توجه به مزایای مناسبی  که در شبکه ها ایجاد می کند، سیستم اتصال به زمین با استفاده از یک مقاومت می باشد که این تجهیز با نام مقاومت اتصال زمین(Neutral Grounding Resistor) شناخته می شود .

مزایای مقاومت اتصال زمین NGR

سه ایراد در یک سیستم زمین نشده وجود دارد.

1. تشدید خطاهای ناشی از اضافه ولتاژهای مربوط به کلیدزنی
2. افزایش اثر دو خطای تکفاز همزمان در حد خطای خط به خط
3. افزایش ولتاژ فاز و ایجاد صدمات عایقی در لحظه خطای تکفاز به دلیل شناور بودن نقطه صفر

نصب دستگاه NGR در شبکه علاوه بر رفع عیوب فوق الذکرموجب احراز مزایای دیگری نیز هست.

مقاومتهای اتصال زمین در زمین کردن الکتریکال در شبکه های AC با بارمتقارن استفاده می شوند و بین نقطه صفر ژنراتور یا ترانس و زمین نصب میشوند، بدین ترتیب شبکه علاوه بر استفاده از مزایای یک سیستم زمین شده، درصورت بروز اتصال کوتاه تکفاز نیز عملکرد بسیار خوبی داشته و جریان اتصالی در حد قابل قبولی کاهش می یابد در چنین شرایطی چنانچه در قطع شبکه، تاخیری ایجاد شود، جریان اتصالی موجب بروز آسیب درعناصر شبکه نمی شود چرا که جریان خطا توسط NGR به حد قابل تحملی تقلیل یافته است.

با توجه به استاندارد IEEE142-1991  مزایای استفاده از دستگاه مقاومت اتصال زمین به شرح ذیل می باشد:

1.  کاهش میزان خسارت ناشی از ذوب شدگی و سوختگی در محل وقوع اتصال کوتاه
2.  کاهش میزان فشار مکانیکی برای تجهیزات و دستگاه های که جریان خطا از آن عبور می کند
3.  کاهش خطرات شوک الکتریکی به پرسنل ناشی از جریان های خطای تک فاز در مسیر بازگشت به نقطه نوترال
4.  کاهش قوس الکتریکی و کاهش خطر برای پرسنلی که در مجاورت خطای تک فاز قرار می گیرند
5.  کاهش افزایش ولتاژ ناشی از اتصال کوتاه برای فازهای دیگر
6.  کاهش بروز اضافه ولتاژ لحظه ای ناشی از اتصال کوتاه

چگونگی محاسبه متغیرهای لازم برای NGR

مقاومت های زمین خنثی برای کاهش مشکلاتی مانند خرابی عایق ناشی از اضافه ولتاژهای گذرا ناشی از خطاهای زمین قوس در سیستم های زمین نشده و آسیب به موتورها و تابلو برق ناشی از قوس در سیستم های زمین جامد استفاده می شود.

دو روش اصلی اتصال به زمین خنثی سیستم عبارتند از:

• مقاومت کم

• مقاومت بالا

 

• مقاومت کم

در صورت بروز خطای خط به زمین، سیستم خاموش می شود.

مقاومت زمین خنثی خطای زمین را به حداکثر 100 تا 1000 آمپر محدود می کند.

ترانسفورماتورهای جریان توالی صفر و رله های خطای زمین عیب را تشخیص داده و در 5 تا 20 درصد حداکثر جریان خطای زمین خاموش می شوند.

مقاومت به طور کلی برای 10 ثانیه با حداکثر افزایش دما 760 درجه سانتیگراد درجه بندی می شود.

حداکثر جریان خطای زمین مجاز توسط مقاومت باید به اندازه کافی زیاد باشد تا رله خطای زمین اعمال شده را به طور مثبت فعال کند.

مقاومت‌های زمین خنثی با ولتاژ 200 تا 400 آمپر معمولاً در سیستم‌های 6.9 تا 34.5 کیلوولت استفاده می‌شوند

مقاومت‌های زمینی خنثی 100 تا 400 آمپر معمولاً در سیستم‌های 2.4 تا 4.16 کیلوولت استفاده می‌شوند

پس از تعیین رتبه جریان، مقاومت یا مقدار اهمی مقاومت با تقسیم خط به ولتاژ خنثی بر رتبه‌بندی جریان محاسبه می‌شود.

به عنوان مثال برای یک مقاومت زمین خنثی سیستم 4.16 کیلوولت با ولتاژ 400 آمپر.

خط به ولتاژ خنثی 2400V خواهد بود.

مقاومت مورد نیاز  6ohms خواهد بود.

• مقاومت بالا

در صورت بروز خطای خط به زمین، سیستم هشدار می دهد اما خاموش نمی شود.

برای سیستم‌هایی توصیه می‌شود که قطع برق ناشی از قطع خطا خط به زمین برای فرآیند مضر است.

مقاومت زمین خنثی خطای زمین را به حداکثر 5 تا 10آمپر محدود می کند. ترانسفورماتورهای جریان توالی صفر و رله های خطای زمین عیب و هشدار را در 10 تا 20 درصد حداکثر جریان خطای زمین تشخیص می دهند.

این مقاومت برای کار مداوم با حداکثر افزایش دما 375 درجه سانتیگراد درجه بندی شده است.

حداکثر جریان خطای زمین مجاز توسط مقاومت باید از کل ظرفیت تا جریان شارژ زمین سیستم بیشتر باشد و مجموع بردار جریان شارژ سیستم به اضافه جریان مقاومت نباید از 8 آمپر تجاوز کند.

پس از تعیین رتبه جریان، مقاومت یا مقدار اهمی مقاومت با تقسیم خط به ولتاژ خنثی بر رتبه‌بندی جریان محاسبه می‌شود.

به عنوان مثال برای یک مقاومت زمینی خنثی سیستم 480 ولت دارای امتیاز 5 آمپر.

خط به ولتاژ خنثی  277V خواهد بود.

مقاومت مورد نیاز 55.4ohmsخواهد بود.

نکته مهم :

در سیستم‌های قدرت معدنی با ولتاژ متوسط، مقاومت کم معمولاً با یک مقاومت زمین خنثی استفاده می‌شود که خطای زمین را حداکثر به ۲۵ تا ۵۰ آمپر محدود می‌کند. این برای محدود کردن ولتاژ لمسی به ۱۰۰ ولت یا کمتر ضروری است. ترانسفورماتورهای جریان توالی صفر و رله های خطای زمین خطا را تشخیص می دهند و در کمتر از یک سوم درجه مقاومت خاموش می شوند. این مقاومت برای کار مداوم با حداکثر افزایش دما 375 درجه سانتیگراد درجه بندی شده است.

سیستم های قدرت معادن مدرن می توانند مقدار قابل توجهی از ظرفیت سیستم توزیع شده داشته باشند و مانند تمام مقاومت های زمین خنثی، حداکثر جریان خطای زمین مجاز توسط مقاومت باید از ظرفیت کل نسبت به جریان شارژ زمین سیستم و مجموع برداری جریان شارژ سیستم بیشتر باشد. به علاوه جریان مقاومت نباید از 8 آمپر تجاوز کند.