اتصال زمین، اتصال نقطه خنثی یک سیستم منبع تغذیه به زمین است. هدف اصلی اتصال زمین، جلوگیری یا به حداقل رساندن خطر برق گرفتگی، آتش سوزی ناشی از نشت جریان از طریق مسیر نامطلوب و اطمینان از این است که پتانسیل یک هادی حامل جریان نسبت به زمین از عایق طراحی شده آن بالاتر نرود. همانطور که ممکن است بدانید، پنج نوع سیستم اتصال زمین وجود دارد. در این مقاله، سیستم اتصال زمین TNCS را مورد بحث قرار خواهیم داد. 

سیستم‌های ارتینگ TNCS نوعی سیستم الکتریکی هستند که افراد و سازه‌ها را از خطرات الکتریکی محافظت می‌کنند. این سیستم‌ها ایمنی و قابلیت اطمینان فرآیند نصب را تضمین می‌کنند. با توجه به اینکه سیستم ارتینگ مناطق مسکونی و بسیاری از مراکز صنعنی و تجاری در ایران TNCS است لذا لازم است در این خصوص اطلاعات جامعی را ارایه دهیم.

در سیستم‌های TNCS، در داخل کابل تغذیه، سیم‌های خنثی و زمین یکی هستند و به نام PEN یعنی ترکیبی از ارت و نول شناخته می شوند. سیم مشترک خنثی- زمین در محل مورد نظر در تابلوی ورودی مشترک به شینه ارت متصل شده و با یک جامپر به شینه نول متصل می شود و به این ترتیب از هم تفکیک می‌شوند. بنابراین سیستم TN-CS سیستمی است که تا قبل از ورود به تابلوی توزیع مشترک TN-C تغذیه شده و بعد از آن برای انشعابات داخل واحدها باید از سیستم منبع تغذیه TN-S استفاده کند.

هنگامی که جریان نامتعادل خط زیاد باشد، حفاظت نول تجهیزات الکتریکی تحت تأثیر پتانسیل خط نول قرار می‌گیرد. سیستم TN-C-S می‌تواند ولتاژ محفظه موتور را به زمین کاهش دهد، اما نمی‌تواند این ولتاژ را از بین ببرد. بزرگی این ولتاژ به عدم تعادل بار سیم‌کشی و طول این خط بستگی دارد. هرچه بار نامتعادل‌تر و سیم‌کشی طولانی‌تر باشد، انحراف ولتاژ محفظه دستگاه به زمین بیشتر می‌شود. بنابراین، لازم است که جریان عدم تعادل بار خیلی زیاد نباشد و خط PE به طور مکرر زمین شود. خط PE تحت هیچ شرایطی نمی‌تواند وارد محافظ نشتی شود، زیرا محافظ نشتی در انتهای خط باعث می‌شود محافظ نشتی جلویی عمل کند و باعث قطع برق در مقیاس بزرگ شود.

علاوه بر این، هادی PE باید به هادی N در تابلوی عمومی متصل شود و هادی N و هادی PE نباید در اتصالات بعدی به دیگر متصل شوند. 

پس بطور کلی سیستم‌های TNCS (TN-C-S) از یک هادی ترکیبی خنثی و زمین (C و S) به نام PEN استفاده می‌کنند. این هادی، تاسیسات الکتریکی را به زمین متصل می‌کند. در این مقاله، به سوالات مختلفی در مورد سیستم‌های ارتینگ TNCS خواهیم پرداخت. هدف از اجرای آن ها، تفاوت آنها با سایر سیستم‌ها، مزایا و معایب آنها و اجزای اصلی را پوشش خواهیم داد. همچنین در مورد نحوه طراحی، نصب و نگهداری یک سیستم TNCS بحث خواهیم کرد. علاوه بر این، خطرات مرتبط با این سیستم و نحوه کاهش آنها را بررسی خواهیم کرد. در نهایت، عوامل انتخاب یک سیستم TNCS برای یک مکان یا نوع ساختمان خاص را بررسی خواهیم کرد. چه برقکار باشید، چه مهندس برق، یا فقط علاقه‌مند به کسب اطلاعات بیشتر، این مقاله یک مرور کلی مفید در مورد سیستم‌های ارتینگ TNCS ارائه می‌دهد.

سیستم‌های ارتینگ TNCS (TN-C-S) در بسیاری از کاربردها، از جمله ساختمان‌های مسکونی، تجاری و صنعتی استفاده می‌شوند. این سیستم‌ها برای تأسیسات الکتریکی که در آن‌ها هادی نول باید بارهای نامتعادل و متعادل را حمل کند، ایده‌آل هستند. این سیستم‌ها همچنین در صورت بروز خطا یا اتصال کوتاه، مسیری با امپدانس کم به زمین فراهم می‌کنند. کاربردهای رایج سیستم‌های ارتینگ TNCS شامل سیستم‌های توزیع، تابلوهای برق، تابلوها، سیستم‌های روشنایی و پریزهای برق است. این سیستم ها همچنین ممکن است در تأسیسات فضای باز مانند روشنایی خیابان یا پست‌های برق استفاده شوند، جایی که هادی ترکیبی نول و زمین، یک سیستم ارتینگ مؤثر را تضمین می‌کند.

در شکل زیر سیستم TNCS سه فاز و تکفاز ارایه شده است.

هدف از استفاده از هادی ترکیبی نول و زمین (C و S) به نام PEN در سیستم ارتینگ TNCS (TN-C-S)، فراهم کردن مسیری با امپدانس کم به زمین در طول خطا یا اتصال کوتاه است. در یک سیستم TNCS، هادی ترکیبی نول و زمین (C) بارهای نامتعادل و متعادل را حمل می‌کند. هادی زمین جداگانه (S) تأسیسات الکتریکی را به الکترود ارتینگ متصل می‌کند. این طراحی به سیستم TNCS اجازه می‌دهد تا یک اتصال کم مقاومت به زمین ایجاد کند. این امر به رفع مؤثر خطا یا اتصال کوتاه کمک می‌کند و افراد و اموال را از خطرات الکتریکی محافظت می‌کند.

استفاده از یک هادی ترکیبی نول و زمین در سیستم TNCS همچنین سیم‌کشی برق را ساده می‌کند، زیرا نیاز به یک هادی نول جداگانه را از بین می‌برد. این می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و بهبود کارایی نصب برق کمک کند چرا که به جای هادی سه سیمه هادی دو سیمه از ترانس توزیع تا تابلوی مشترک کشیده شده است(در خصوص مشترکین تکفاز)

با این حال، استفاده از یک هادی ترکیبی نول و زمین می‌تواند به روش‌های خاصی بر عملکرد سیستم ارتینگ تأثیر بگذارد:

    -استفاده از این ترکیب می‌تواند جبران ولتاژ ناشی از بارهای نامتعادل را کاهش دهد.

    -سیستم‌های TNCS می‌توانند با حذف نیاز به یک هادی نول جداگانه، سیم‌کشی برق را ساده کنند.

    -سیستم‌های TNCS ممکن است به اندازه سایر انواع سیستم‌های ارتینگ، مانند سیستم‌های TNS (TN-S)، در برابر جریان‌های خطای زمین محافظت نکنند.

    -سیستم‌های TNCS ممکن است نسبت به نوسانات ولتاژ حساس‌تر باشند و ممکن است نیاز به نگهداری مکرر بیشتری داشته باشند.

عیب اصلی سیستم TNCS زمانی رخ می دهد که هادی ترکیبی زمین/خنثی PEN شبکه پاره ‌شود. این منجر به ایجاد ولتاژ روی فلزکاری‌های در معرض دید در ملک مشتری می‌شود که می‌تواند خطر برق‌گرفتگی را به همراه داشته باشد.

همچنین ممکن است جریان‌های گردشی غیرمعمول زمین بین ملک‌ها ایجاد شود، به خصوص در مواردی که برخی از ملک‌ها لوله‌های آب فلزی و برخی دیگر پلاستیکی دارند و این امر ممکن است در سیستم های تکفاز ولتاژ را تا 400 ولت افزایش داده و سبب سوختن تجهیزات شود.

اگر هادی PEN در منبع تغذیه به یک مدار باز تبدیل شود، چیدمان TN-C-S می‌تواند خطرناک باشد زیرا جریان مسیر برگشت فوری به سطح پست نخواهد داشت. به همین دلیل، برخی از تأسیسات از جمله پمپ بنزین‌ها، کارگاه‌های ساختمانی، پارکینگ‌ها و برخی از ساختمان‌های فرعی مجاز به استفاده از آن نیستند.

سیستم ارتینگ TNCS در برابر TNS

یکی از تفاوت‌های اصلی بین سیستم‌های ارتینگ TNS و TNCS نحوه اتصال آنها به زمین است. در یک سیستم TNS، تأسیسات الکتریکی از طریق یک هادی زمین جداگانه به زمین متصل می‌شوند. این هادی جریان‌های خطا و اتصال کوتاه را به الکترود ارتینگ منتقل می‌کند. در یک سیستم TNCS، تأسیسات از طریق یک هادی ترکیبی خنثی و زمین (C و S) به نام PEN به زمین متصل می‌شوند. این هادی بارهای نامتعادل و متعادل را حمل می‌کند و تأسیسات را به الکترود ارتینگ متصل می‌کند.

تفاوت کلیدی دیگر، چگونگی تأثیر بارهای نامتعادل بر سیستم‌ها است. در یک سیستم TNS، بارهای نامتعادل می‌توانند باعث شوند که هادی خنثی جریان‌های قابل توجهی را حمل کند. این می‌تواند منجر به جبران ولتاژ بین هادی‌های خنثی و زمین شود. در یک سیستم TNCS، هادی ترکیبی خنثی و زمین PEN، بارهای نامتعادل را حمل می‌کند و جبران ولتاژ را کاهش می‌دهد.

همچنین در نصب و نگهداری تفاوت‌هایی وجود دارد. سیستم‌های TNS ممکن است به چندین الکترود زمین نیاز داشته باشند که هزینه و پیچیدگی را افزایش می‌دهد. در مقابل، سیستم‌های TNCS از آنجا که فقط به یک الکترود زمین نیاز دارند، نصب و نگهداری ساده‌تر و ارزان‌تری دارند.

با این حال، سیستم‌های TNCS دارای برخی اشکالات بالقوه هستند که بر نگهداری و تعمیر تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، سیستم‌های TNCS ممکن است به اندازه سیستم‌های TNS در برابر جریان‌های خطای زمین محافظت نکنند. این ممکن است نیاز به نظارت و آزمایش مکرر داشته باشد. علاوه بر این، سیستم‌های TNCS نسبت به نوسانات ولتاژ حساس‌تر هستند که ممکن است برای حفظ عملکرد نیاز به تنظیمات منظم داشته باشند.

استفاده از سیستم ارتینگ TNCS با سایر سیستم‌ها

شما می‌توانید از سیستم ارتینگ TNCS (TN-C-S) با سایر سیستم‌های ارتینگ، مانند سیستم‌های TN-S (TN-S)، TN-C (TN-C) و IT (IT) استفاده کنید. با این حال، مناسب بودن ترکیب سیستم‌های ارتینگ مختلف به عواملی مانند کدهای الکتریکی محلی، شرایط خاک، مصالح ساختمانی و اندازه و پیچیدگی تاسیسات الکتریکی بستگی دارد.

هنگام استفاده از سیستم ارتینگ TNCS با سایر سیستم‌ها، اطمینان حاصل کنید که سیستم‌ها به درستی هماهنگ شده‌اند. تمام الکترودهای ارتینگ باید به گونه‌ای متصل شوند که ایمنی و قابلیت اطمینان تاسیسات را تضمین کند.

به عنوان مثال، اگر یک سایت ساختمانی از روش TN-C برای تامین برق موقت خود استفاده می‌کند اما برای انطباق به TN-S نیاز دارد، می‌توانید جعبه توزیع اصلی را برای نگهداری سیستم TNCS تقسیم کنید. هادی زمین (خط PE) باید جداگانه از بقیه سیستم متصل شود.

انتخاب مواد برای اتصال زمین TNCS

ملاحظات متعددی وجود دارد که باید هنگام انتخاب مواد مورد استفاده در سیستم ارتینگ TNCS (TN-C-S) در نظر گرفته شوند:

اندازه هادی: انتخاب اندازه هادی مناسب برای سیستم ارتینگ TNCS بر اساس اندازه تاسیسات الکتریکی و جریان خطای مورد انتظار بسیار مهم است. استفاده از هادی خیلی کوچک ممکن است نتواند جریان خطا را به طور ایمن منتقل کند، در حالی که استفاده از هادی خیلی بزرگ ممکن است به طور غیرضروری گران باشد.

نوع الکترود ارتینگ: انواع مختلفی از الکترودهای ارتینگ وجود دارد که می‌توانند در سیستم ارتینگ TNCS استفاده شوند، از جمله صفحات مسی، میله‌ها و لوله‌ها. انتخاب الکترود ارتینگ باید بر اساس شرایط خاک، اندازه تاسیسات الکتریکی و جریان خطای مورد انتظار باشد.

مقاومت در برابر خوردگی: انتخاب موادی برای سیستم ارتینگ TNCS که در برابر خوردگی مقاوم باشند، بسیار مهم است، زیرا خوردگی می‌تواند اثربخشی سیستم ارتینگ را کاهش دهد و ممکن است نیاز به نگهداری مکرر داشته باشد.

رسانایی الکتریکی: انتخاب موادی برای سیستم ارتینگ TNCS که رسانایی الکتریکی بالایی داشته باشند، بسیار مهم است، زیرا این امر می‌تواند به اطمینان از اینکه سیستم ارتینگ قادر است جریان‌های خطا و اتصال کوتاه را به طور مؤثر به الکترود ارتینگ منتقل کند، کمک کند.

آزمایش و تأیید سیستم TNCS

مطابق با مبحث 13، مبحث 2 و مبحث 22 مقررات ملی هر ساختمانی در بدو تحویل و بهره برداری و یا در صورت تغییرات اساسی و یا حتی در دوره های مختلف زمانی نیاز به آزمایش های ادواری توسط متخصصین به کمک تجهیزات و ادوات تخصصی دارند.

استفاده از تجهیزات تست تخصصی: استفاده از تجهیزات تست تخصصی، مانند مولتی فانکشن ها و ارت تسترها، برای اندازه‌گیری دقیق عملکرد سیستم ارتینگ TNCS بسیار مهم است.

از رویه‌های تست مناسب پیروی کنید: هنگام تست سیستم ارتینگ TNCS، پیروی از رویه‌های تست توصیه شده توسط سازنده و ضوابط و استانداردهای الکتریکی محلی بسیار مهم است.

تمام اجزای سیستم را آزمایش کنید: آزمایش تمام اجزای سیستم ارتینگ TNCS، از جمله الکترودهای ارت، هادی‌های ارتینگ و دستگاه‌های حفاظت در برابر خطای زمین، بسیار مهم است.

ثبت نتایج آزمایش: ثبت نتایج آزمایش و هرگونه اقدام اصلاحی انجام شده برای اطمینان از نگهداری و عملکرد صحیح سیستم ارتینگ TNCS بسیار مهم است.

برنامه‌ریزی برای تست منظم: برنامه‌ریزی برای تست منظم سیستم ارتینگ TNCS بسیار مهم است تا از عملکرد مداوم آن اطمینان حاصل شود و هرگونه مشکل احتمالی قبل از تبدیل شدن به مشکلات جدی شناسایی شود.