انواع سیستم‌های زمین در استاندارد IEC 60364

در استاندارد بین‌المللی IEC 60364، سیستم‌های اتصال زمین (Earthing Systems) بر اساس نوع ارتباط میان منبع تغذیه و زمین، و همچنین نحوه اتصال بدنه‌های فلزی تجهیزات به زمین، به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند. این سه سیستم عبارت‌اند از TT، TN و IT که هرکدام دارای ویژگی‌ها، مزایا و کاربردهای خاص خود هستند.

🔹 سیستم TT

در سیستم TT، نقطه نول منبع تغذیه به زمین متصل می‌شود و بدنه‌های فلزی تجهیزات نیز به الکترود زمین محلی مستقل متصل هستند.
در این حالت، بین زمین منبع و زمین مصرف‌کننده ارتباط الکتریکی مستقیم وجود ندارد.
از آنجا که در صورت بروز اتصال بدنه، جریان خطا ممکن است کم باشد، معمولاً از دستگاه‌های جریان نشتی (RCD) برای تشخیص و قطع مدار در زمان خطا استفاده می‌شود.
این سیستم بیشتر در شبکه‌هایی به کار می‌رود که مقاومت زمین در محل مصرف نسبتاً پایین است و مسیر بازگشت جریان خطا از طریق زمین انجام می‌شود.

در تصویر بالا شماتیکی از سیستم اتصال زمین نوع TT مشاهده می‌شود. در این سیستم، الکترود زمین مصرف‌کننده (Earth Electrode) به‌صورت مستقل در محل نصب تجهیزات اجرا می‌شود و هیچ اتصال الکتریکی مستقیمی بین زمین مصرف‌کننده و نقطه نول ترانسفورماتور شرکت برق وجود ندارد.

هادی زمین (Earthing Conductor) از بدنه فلزی تابلو یا تجهیزات به این الکترود متصل شده و مسیر تخلیه جریان خطا را فراهم می‌کند. به عبارت دیگر، در صورت بروز اتصال بدنه (Fault to Earth)، جریان از طریق سیم ارت و الکترود محلی عبور کرده و کلید حفاظت جان (RCD یا RCCB) خطا را شناسایی و مدار را در کسری از ثانیه قطع می‌کند.

ویژگی مهم سیستم TT این است که ایمنی افراد در برابر برق‌گرفتگی افزایش می‌یابد، زیرا مسیر جریان خطا از شبکه جدا بوده و در محدوده محلی کنترل می‌شود. با این حال، مقاومت زمین در این سیستم اهمیت بسیار بالایی دارد و باید با اجرای چاه ارت مناسب، به مقادیر مجاز (معمولاً توصیه می شود کمتر از ۲ اهم در تأسیسات صنعتی) کاهش یابد.

در سیستم زمین TT، چون الکترود زمین مصرف‌کننده از زمین منبع (نقطه نول ترانس) جداست، جریان خطای زمین خیلی کوچک است و نمی‌تواند فیوز یا کلید مینیاتوری را به‌تنهایی قطع کند.
به همین دلیل، وسیله اصلی حفاظت در سیستم TT، کلید حفاظت جان (RCD یا RCCB) است.

🔹 سیستم TN

در سیستم TN، نقطه نول منبع به زمین متصل بوده و بدنه‌های فلزی تجهیزات نیز به همان نقطه از طریق هادی حفاظتی متصل می‌شوند.
به این ترتیب، مسیر بازگشت جریان خطا از طریق هادی فلزی برقرار می‌شود که موجب عملکرد سریع وسایل حفاظتی در زمان اتصال بدنه خواهد شد.

این سیستم خود شامل سه نوع فرعی است:

TN-S: در این حالت، هادی نول (N) و هادی حفاظتی (PE) از ابتدا تا انتهای مدار به‌صورت جداگانه اجرا می‌شوند.
TN-C: در این حالت، هادی نول و حفاظتی در تمام مسیر با یکدیگر ترکیب شده و یک هادی مشترک به نام PEN را تشکیل می‌دهند.
TN-C-S: در بخشی از مسیر، هادی‌ها مشترک هستند (PEN) و پس از نقطه‌ای از شبکه، به دو هادی مجزا (N و PE) تقسیم می‌شوند.

سیستم TN به دلیل ایمنی بالا و امکان قطع سریع جریان خطا، در تأسیسات صنعتی و ساختمان‌های بزرگ به‌صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اصول عملکرد و حفاظت

در سیستم TN، در صورت وقوع اتصال به زمین (Earth Fault)، جریان خطا به اندازه‌ای بزرگ است که می‌تواند دستگاه حفاظتی مانند فیوز یا کلید مدار را فعال کند( اصلی ترین وسیله حفاظتی در سیستم TN فیوز است که ارزان ترین هم محسوب می شود) و مدار را قطع نماید. این امر به‌ویژه در سیستم‌های TN-C-S که در آن‌ها هادی‌های مشترک وجود دارند، اهمیت دارد.

برای اطمینان از حفاظت کافی، جریان خطا باید از رابطه زیر بیشتر باشد:

Id=Uo/Zs

که در آن:

$I_d$ : جریان خطا
$U_o$ : ولتاژ نامی فاز به خنثی
$Z_s$ : امپدانس حلقه خطا

در برخی موارد، برای کاهش ولتاژ لمسی (Touch Voltage) و افزایش ایمنی، از الکترودهای زمین اضافی در اطراف تأسیسات استفاده می‌شود.

شرایط مقدماتی

برای اجرای صحیح سیستم TN، باید شرایط زیر رعایت شود:

اتصال منظم هادی محافظ (PE) به زمین
عدم عبور هادی PE از کانال‌های فِرومغناطیسی یا نصب آن بر روی سازه‌های فلزی، زیرا این موارد می‌توانند امپدانس مؤثر هادی را افزایش دهند.

در ساختمان‌های بلندمرتبه، تمامی قسمت‌های هادی خارجی در هر طبقه باید به هادی محافظ متصل شوند تا ایمنی به‌طور مؤثر تأمین شود.

قطع خودکار مدار:
هنگام خطای زمین باید مدار سریع قطع شود (حداکثر ۰٫۴ ثانیه برای پریزها، تا ۵ ثانیه برای مدارهای دیگر).
شرط امپدانس حلقه خطا:
مقاومت مسیر خطا باید به‌قدری کم باشد که جریان خطا بتواند وسیله حفاظتی را فعال کند.
استفاده از RCD:
در TN-S و TN-C-S مجاز است؛ در TN-C ممنوع است چون نول و ارت یکی‌اند.
الکترود زمین:
باید در مبدأ شبکه و در محل مصرف‌کننده وجود داشته باشد تا ولتاژ تماس کم شود.

🔹 سیستم IT (Isolated Terra یا سیستم زمین ایزوله)

سیستم IT در تأسیسات الکتریکی

در سیستم IT:

نقطه خنثی منبع تغذیه به زمین از طریق امپدانس بالا (معمولاً ۱۵۰۰ اهم یا بیشتر) متصل می‌شود.
بدنه‌های فلزی تجهیزات به زمین محلی متصل هستند.
در صورت وقوع اولین خطای اتصال بدنه، جریان خطا بسیار کم است و معمولاً مدار قطع نمی‌شود؛ بنابراین تداوم تأمین برق بدون وقفه در این سیستم‌ها ممکن است.
قطع خودکار و سریع مدارشکن‌ها تنها در صورت وقوع خطای دوم قبل از تعمیر خطای اول انجام می‌شود.

تجهیزات حفاظتی و نظارتی در سیستم IT

رله نظارت بر عایق (Insulation Monitoring Device – IMD)
- برای پایش پیوسته مقاومت عایق نسبت به زمین و اعلام وقوع خطای اول.
محدودکننده ولتاژ نسبت به زمین (Earth Fault Limiter / Neutral Grounding Resistor)
- برای محدود کردن ولتاژ نقطه خنثی ترانسفورماتور نسبت به زمین.
کلید یا مدارشکن خودکار (Circuit Breaker)
- برای قطع سریع در صورت وقوع خطای دوم یا سایر خطاهای خطرناک.

نکات کلیدی در بهره‌برداری

مقاومت عایقی سیستم باید به‌طور پیوسته پایش شود تا در صورت بروز خطای دوم، خطر برق‌گرفتگی یا آسیب به تجهیزات کاهش یابد.
این سیستم به دلیل امکان ادامه عملکرد پس از اولین خطای زمین، مناسب تأسیسات حیاتی و حساس است.

سیستم IT معمولاً در مراکزی مانند بیمارستان‌ها، آزمایشگاه‌ها، صنایع حساس و تأسیسات حیاتی که نیاز به تداوم تغذیه دارند مورد استفاده قرار می‌گیرد.

🔸 جمع‌بندی

انتخاب نوع سیستم زمین در طراحی تأسیسات الکتریکی باید بر اساس شرایط شبکه، مقاومت زمین، نوع مصرف‌کننده و الزامات ایمنی انجام شود.
استاندارد IEC 60364، الزامات و روش‌های حفاظتی هر سیستم را به‌صورت دقیق مشخص کرده است تا از بروز خطرات ناشی از برق‌گرفتگی و اتصالی جلوگیری شود.
به‌کارگیری صحیح سیستم ارتینگ، یکی از عوامل اصلی در تضمین ایمنی افراد، پایداری تجهیزات و افزایش عمر بهره‌برداری از شبکه‌های الکتریکی به شمار می‌رود.

استاندارد IEC 60364 چیست؟

استاندارد IEC 60364 مجموعه‌ای از مقررات بین‌المللی برای طراحی و اجرای تأسیسات الکتریکی فشار ضعیف است که توسط کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک تدوین شده است.
هدف آن، تضمین ایمنی افراد و تجهیزات در برابر خطرات برق مانند برق‌گرفتگی، اتصال کوتاه و اضافه‌بار است.

این استاندارد کلیه تأسیسات تا ولتاژ ۱۰۰۰ ولت AC و ۱۵۰۰ ولت DC را پوشش می‌دهد و شامل اصول طراحی، انتخاب تجهیزات، سیستم زمین و روش‌های حفاظت الکتریکی است.

بخش‌های مهم IEC 60364

بخش 1: اصول کلی و تعاریف
بخش 4-41: حفاظت در برابر برق‌گرفتگی
بخش 4-43: حفاظت در برابر جریان بیش از حد
بخش 5-54: روش‌های ارتینگ و هادی‌های حفاظتی
بخش 6: آزمون و تأیید تأسیسات

اهمیت IEC 60364

رعایت الزامات این استاندارد در طراحی برق ساختمان‌ها و صنایع موجب می‌شود:

ایمنی سیستم تضمین گردد،
تجهیزات در برابر خطا محافظت شوند،
و تأسیسات با استانداردهای جهانی هماهنگ باشند.

در ایران نیز مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان و استاندارد ISIRI 60364 بر پایه همین استاندارد بین‌المللی تدوین شده‌اند.

منابع مرجع سیستم‌های اتصال زمین (TN, TT, IT)

IEC 60364 – Low-voltage electrical installations
استاندارد بین‌المللی طراحی و حفاظت سیستم‌های برق ولتاژ پایین، شامل TN، TT و IT.
راهنمای مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان
الزامات حفاظت افراد و تجهیزات، زمان قطع وسایل حفاظتی و روش‌های همبندی و ارت سیستم‌ها.
Electrical Installation.org

سیستم TN – اصول، حفاظت با فیوز و زمان قطع مجاز.

سیستم TT – اتصال زمین تجهیزات، الزامات حفاظت و وسایل حفاظتی.

سیستم IT – نقطه خنثی ایزوله، رله نظارت بر عایق، محدودکننده ولتاژ و عملکرد در خطای اول و دوم

دوره تصویری مبانی برق

اگر می‌خواهید سیستم‌های نیرو TN، TT و IT را به‌صورت کامل و عملی یاد بگیرید،
بهترین مسیر شرکت در دوره تصویری مبانی برق است.

این دوره شما را با مفاهیم پایه و کاربردی برق صنعتی آشنا کرده و یادگیری سیستم‌های نیرو را آسان می‌کند.

ثبت‌نام در دوره

5108HSi3_1b08_1b04_1230T1P_2449

پست قبلی

ضریب سرویس (Service Factor) موتور الکتریکی چیست؟ کاربرد و استانداردها

پست بعدی

آموزش سیستم‌های TN، TT و IT: راهنمای عملی و دوره تصویری مبانی برق