تأسیسات الکتریکی در صنعت و ساختمان، جلد اول: ارتینگ و همبندی

مؤلف: دکتر علی اصغر امینی

مقدمه

بیش از صد سال از مناظره ادیسون و تسلا بر سر برق DC و AC می‌گذرد و این در حالی است که هم‌اکنون صنعت برق راه خود را به خوبی در عمق زندگی انسان، باز کرده است، به گونه‎ای که دل کندن از آن برای چند ثانیه هم تلخ و عذاب‌آور است. بی‌شک تصور جهانی بدون خنک‌کننده، گرماساز، روشنایی، حمل ونقل و موتورهای الکتریکی که چرخ کارخانه‌ها را می‌چرخانند، غیرممکن است. اما برق، این نعمت بی‌جایگزین، اگر به خوبی به کار گرفته نشود، عذاب جان می‌شود و مسبب خسران. نصب و بهره‌برداری از برق (تأسیسات الکتریکی) اگر اصولی و صحیح باشد موجب امنیت است و اگر ناصحیح و ناقص، باعث اذیت.

نزدیک صد سال از ابداع سیستم‌های  ارتینگ می‌گذرد و هنوز باید حسرت نقص آن یا حتی نبود آن را در بزرگترین سرمایه‌های کشور (کارخانه‌ها و ساختمان‌ها) بخوریم، آمار برق‌گرفتگی خود نشان‌دهنده اوج مشکلات است.

هدف اصلی این کتاب تفهیم مبانی، اصول اولیه و اشکال‌های متداول در تأسیسات الکتریکی به‌ویژه در صنعت و ساختمان است به‌گونه‌ای که نه‌تنها پاسخگوی سؤالات متخصصین و تکنیسین‌های صنعت برق باشد بلکه از دیدگاه دانشجویان و دانشگاهیان نیز سرفصل درس تأسیسات الکتریکی را به خوبی پوشش دهد. دو هدفی که در نگاه اول بسیار متفاوت به نظر می‌رسد و تجمیع آن قابل درک نخواهد بود. اما شکی نیست که دو معضل اصلی دانشگاه و صنعت در کشور ما، اولاً نامناسب بودن مطالب دانشگاهی برای متخصصان و دست‌اندرکاران صنعت و همچنین خشک و غیرکاربردی بودن مطالب درسی برای دانشجویان و ثانیاً عدم حل منطقی، علمی و تحلیلی مشکلات و مسائل صنعت توسط متخصصان است. به‌گونه‌ای که همیشه از دست به قلم بردن و اثبات کردن مطالب، فراری هستند.

امید است کتاب حاضر بتواند سهمی هر چند کوچک از نیاز مهندسان و متخصصان برق را برآورده سازد و روحیه تحلیل و یادگیری را گسترش دهد.

سخنی با خوانندگان گرامی

در این کتاب به منظور مطالعه بهتر و راحت تر از رنگ‌های متنوعی استفاده شده، سربرگ و کناره‌های کتاب برای هر فصل به رنگ متفاوت انتخاب شده تا دسترسی به فصل‌های کتاب راحت‌تر باشد. برای آدرس دادن شماره شکل‌ها از رنگ مشخصی استفاده شده تا به راحتی محل شماره شکل‌ها در متن مشخص باشد. مطالب به صورت گام به گام و از ساده به مشکل تنظیم شده‌اند تا بهترین بازدهی ممکن را داشته باشد. مسائل و مثال‌های عددی و  تحلیلی در کادر مشخص با رنگ متفاوت چاپ شده‌اند تا برای امتحانات دانشگاهی، امتحان طراحی و سایر موارد، ساده‌تر در دسترس قرار گیرند.

با توجه به حجم،تنوع زیاد مطالب و جزئیات فراوان، همچنین محدودیت اطلاعات اینجانب، حتماً اشکالاتی در این کتاب وجود خواهند داشت که بسیار خوشحال خواهم شد که از طریق ایمیل [email protected]   و یا آی‌دی تلگرام [email protected] اینجانب را در جریان اشکالات احتمالی کتاب و پیشنهاد‌های سازنده خود قرار دهید. هرگونه انتقاد یا پیشنهاد شما عزیزان گرانقدر را با دل و جان پذیرا هستم.

سخنی با همکاران و اساتید گرانقدر – تشکر و قدردانی

شکی نیست که جایگاه کنونی ایمنی و استاندارد در کشور ما به ویژه صنعت برق بسیار ناگوار و نگران‌کننده است که دلایل بسیاری دارد و نیازی به بازگویی آنها نیست.

متأسفانه براساس یک عادت در اکثر دانشگاههای کشور درس تأسیسات الکتریکی، به مبحث ارتینگ کمتر اهمیت داده می‌شود. شاید یکی از عوامل این نارسایی مراجعی مانند کتاب دکتر کلهر عزیز است که فقط یک فصل در انتهای کتاب به موضوع ارتینگ پرداخته ولی برای مبحث روشنایی یک کتاب مجزا نوشته شده است، به گونه‌ای که معمولاٌ آنقدر درگیر جزئیات و محاسبات روشنایی می‌شویم که دیگر فرصتی برای مباحثی چون سیستم‌های برق‌رسانی و همبندی باقی نمی‌ماند. البته هدفم کمرنگ کردن علوم مرتبط با مهندسی روشنایی نیست ولی باید قبول کنیم در کشور ما در حق ارتینگ که به زودی صدساله می‌شود، بسیار ظلم شده است.

خواهشی که دوستانه و دلسوزانه از شما همکاران گرانقدر و اساتید درس تأسیسات الکتریکی دارم این است که زمان بیشتری به مباحث ارتینگ، حفاظت و سیستم‌های برق‌رسانی اختصاص دهید تا به تدریج از معضلات موجود در این مباحث کاسته شود.

امید که با حمایت همه شما بزرگواران، آینده‌ای بهتر برای کشور عزیزمان بسازیم.

سرفصل  کتاب تأسیسات الکتریکی درصنعت و ساختمان

جلد اول: ارتینگ و همبندی

• ایمنی در برق
• الزامات سیستم‌های برق‌رسانی
• مبانی و اصول اجرایی اتصال زمین

جلد دوم: تابلو و مدارهای آن (حفاظت، کابل و توان)

• سیم و کابل
• مبانی و اصول حفاظت و کنترل در تابلوها
• محاسبات توان و انرژی
• طراحی روشنایی

جلد سوم: منابع تغذیه،  جریان ضعیف، آسانسور

• منابع تغذیه نرمال (ترانسفورماتور)
• منابع تغذیه اضطراری و ایمنی (ژنراتور و یوپی‌اس)
• سیستم‌های جریان ضعیف (اعلام حریق، آنتن مرکزی، صوت)
• آشنایی با آسانسور و پله برقی

فهرست جلد اول

فصل اول: ایمنی در برق.. 1

1-1) مقدمه     1

1-2) ولتاژهای ایمن و خطرناک… 1

1-3) جریان‌های ایمن و خطرناک… 3

1-4) آثار دیگر عبور جریان برق از بدن انسان.. 5

1-5) جریان یا ولتاژ کدام خطرناک است؟. 5

1-6) امپدانس بدن انسان.. 6

1-7) انواع برق‌گرفتگی.. 7

1-8) عدد حفاظت در برابر نفوذ  (IP) 10

1-9) مروری بر روش‌های پیشگیری از تماس مستقیم.. 14

1-10) حریم شبکه‌های برق.. 16

1-10-1) حریم زمینی خط… 17

1-10-2) حریم هوایی خط… 18

1-11) کابل خودنگهدار. 19

1-12) مروری بر تاریخچه ارتینگ (سیستم‌های برق‌رسانی) 22

1-12-1) سیستم توزیع اولیه. 22

1-12-2) سیستم استاندارد IT.. 24

1-12-3) سیستم استاندارد TT.. 25

1-12-4) سیستم استاندارد TN… 25

1-12-5) نام‌گذاری سیستم‌های برق‌رسانی.. 27

1-12-6) سیستم‌های برق‌رسانی در حالت سه‌فاز. 27

فصل دوم: الزامات سیستم‌های برق‌رسانی 33

2-1) مقدمه     33

2-2) انواع سیستم IT.. 33

2-3) بررسی اولیه سیستم IT.. 34

2-4) بررسی خواص سیستم‌های برق‌رسانی TT و TN… 42

2-5) آشنایی با کلید جریان باقیمانده (RCD) 48

2-6) کاربردهای کلید جریان باقیمانده. 56

2-7) معضل برق‌دار شدن نول در سیستم TN و روش‌های مقابله با عوارض آن.. 60

2-8) مقایسه سیستم‌های TNS  و TNC… 72

2-9) سایر الزامات سیستم‌های TNS  و TNC… 79

2-10) سیستم‌ برق سنتی و اصلاح آن.. 86

2-11) همبندی       91

2-11-1) همبندی اصلی.. 91

2-11-2) همبندی اضافی یا کمکی.. 97

2-11-3) طرحواره سیستم ارتینگ و همبندی در ساختمان‌ها 99

2-12) خواص تکمیلی سیستم برق‌رسانی IT.. 100

2-13) شرایط قطع و وصل هادی‌های فاز، نول و حفاظتی در سیستم‌های برق‌رسانی.. 111

2-14) استفاده از الکترود زمین مجزا و مستقل در سیستم‌های برق‌رسانی.. 114

2-15) تبدیل سیستم‌های برق‌رسانی به یکدیگر. 116

2-15-1) تبدیل سیستمIT  به Tx.. 117

2-15-2) تبدیل سیستم Tx به IT.. 117

2-15-3) تبدیل سیستم TT به TN… 118

2-15-4) تبدیل سیستم TNS به TT.. 118

2-15-5) تبدیل سیستم TNC به TT.. 119

2-15-6) تبدیل سیستم TNC به TNS.. 120

2-15-7) تبدیل‌های مختلف بین سیستم‌های TNS و TNC و انواع تابلوها 120

2-15-8) مثال‌های کاربردی از تبدیل‌های مختلف در سیستم  TN… 121

 فصل سوم: مبانی و اصول اجرایی اتصال زمین 125

3-1) مقدمه     125

3-2) اجزای اتصال زمین… 125

3-3) انواع الکترود زمین از نظر شکل الکترود و نحوه اجرا 126

3-4) مقاومت اتصال زمین و مفاهیم کاربردی آن.. 126

3-4-1) ولتاژ گام.. 133

3-4-2) الکترودهای مستقل و غیرمستقل.. 135

3-5) پارامترهای مؤثر در کیفیت اتصال زمین… 137

3-6) روش‌های کاهش مقاومت اتصال زمین… 142

3-7) انواع اتصال زمین از نظر کاربرد. 142

3-8) همبندی اتصال زمین‌های مختلف در یک ساختمان.. 145

3-9) اندازه‌گیری مقاومت اتصال زمین… 147

3-9-1) روش افت پتانسیل.. 149

3-9-1-1) طرز کار ارت‌سنج و نحوه اندازه‌گیری مقاومت الکترود. 151

3-9-1-2) اندازه‌گیری به روش افت پتانسیل کلاسیک…. 153

3-9-1-3) اندازه‌گیری به روش افت پتانسیل 62%…. 156

3-9-1-4) اندازه‌گیری مقاومت الکترود زمین توسط ارت‌سنج چهارترمیناله و مزایای آن.. 158

3-9-2) اندازه‌گیری به روش دو نقطه (ارت مرده) 160

3-9-3) اندازه‌گیری به روش تزریق جریان کلمپی.. 161

3-10) روش‌های اجرای الکترود زمین… 164

3-10-1) الکترود صفحه‌ای… 164

3-10-2) الکترود حلقه به جای صفحه. 168

3-10-3) الکترود عمودی (قائم) 170

3-10-4) الکترود میله‌ای متعدد. 173

3-10-5) الکترود افقی مدفون در کانال.. 176

3-10-6) الکترود فونداسیونی (یوفر) 178

3-10-7) الکترود مش….. 180

3-11) الکترود زمین ساده و الکترود اساسی.. 182

3-12) اندازه‌گیری مقاومت ویژه خاک… 182

3-12-1) اندازه‌گیری مقاومت ویژه خاک به کمک ارت‌سنج سه‌ترمیناله و میله کمکی.. 183

3-12-2) اندازه‌گیری مقاومت ویژه خاک به کمک ارت‌سنج چهارترمیناله و روش چهار میل.. 183

3-12-2-1) روش ونر. 184

3-12-2-2) روش اشلومبرگر. 185

3-12-2-3) تحلیل نتایج اندازه‌گیری مقاومت ویژه خاک… 185

3-12-3) اندازه‌گیری مقاومت ویژه خاک به کمک ارت‌سنج چهارترمیناله و جعبه آزمایش….. 187

3-13) انواع خوردگی و تأثیر آن در انتخاب الکترود زمین… 188

3-13-1) خوردگی شیمیایی.. 188

3-13-2)خوردگی الکتروشیمیایی.. 189

3-13-2-1) خوردگی الکترود زمین و اجسام مدفون در خاک… 191

3-13-2-2)خوردگی در اتصالات… 193

3-13-2-3) خوردگی در محل تغییر محیط… 194

3-14) الکترود زمین مخصوص مشترکان برق.. 194

3-15) الکترود زمین‌های ایمنی و حفاظتی در پست‌های توزیع.. 196

3-15-1) انواع روش‌های احداث الکترود زمین در پست‌های توزیع برق.. 197

3-15-2) نکات اجرایی روش‌های احداث الکترود زمین در پست‌های توزیع برق.. 200

3-15-3) بررسی ارتباط حوزه ولتاژ الکترودهای داخلی ساختمان و الکترودهای پست برق.. 203

 پیوست   209