اقدامات حفاظتی در تجهیزات برقی

 

 

  • حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی

تجهیزات برقی هم مانند دیگر تجهیزات دچار نقص و خرابی می شوند. نقطه ضعف اكثر تجهیزات برقی، عایق بندی الکتریکی آن هاست. استقامت عایق بندی ها در برابر عومل مختلف معمولاً از استقامت مواد هادی برق، کمتر است.

عایق بندی می تواند در اثر کهنگی، استفاده نادرست از تجهیزات برقی و عوامل محیطی خراب شود. با خراب شدن عایق بندی، قسمت های برقدار می تواند در دسترس قرار گیرد.

 به علاوه عوامل جوی و سوانح طبیعی، تصادم و تصادف و غیره هم می تواند موجب در دسترس قرار گرفتن قسمت های برقدار یا برقدار شدن بدنه تجهیزات برقی شود.

معمولاً برق گرفتگی در صورتی پیش می آید که انسان و دام تماس تک قطبی یا دو قطبی با قسمت های برقدار برقرار کند.

امپدانس کل بدن انسان …………… ZT

مقاومت کف………………………….. Rst

مقاومت اتصالي ……………………… RF

ولتاژ تماس …………………………… UT

 ولتاژ سیم فاز نسبت به زمین ……….U

 

 

معمولاً برق گرفتگی در صورتی پیش می آید که انسان با حیوان:

  • با زمین ارتباط الکتریکی داشته باشد و هم زمان با یک قسمت برقدار تجهیزات برقی هم تماس ایجاد کند.
  • هم زمان با دو قسمت برقدار تماس داشته باشد و این دو قسمت اختلاف پتانسيل داشته باشند.
  • با زمین ارتباط الکتریکی داشته باشد و هم زمان با یک قسمت هادی در دسترس که به علت خراب شدن عایق بندی تجهیزات برقی برقدار شده، تماس پیدا کند.
  • همزمان با یک قسمت هادی در دسترس که به علت خراب شدن عایق بندی تجهیزات برقی برقدار شده و هادی دیگری که دارای پتانسیل متفاوت است، تماس پیدا کند. این هادی ممکن است یک هادی در دسترس دیگر از همان تجهیزات برقی یا یک هادی بیگانه باشد.
  •  با زمین ارتباط الکتریکی داشته باشد و در اثر تماس با سطوح عایقی که جریان نشت آنها زیاد است، جریان برق گرفتگی دریافت کند.
  • بارهای الکترواستاتیکی ذخیره شده در بعضی از قطعات تجهیزات برقی حتی در حالت قطع برق هم می تواند موجب برق گرفتگی شود.

 هدف از حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی جلوگیری از آسیب رسیدن به انسان و دام است. حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی با اقدامات حفاظتی تأمین می شود.


  •  اقدامات حفاظتی می توانند:

  • از طریق سیستم توزیع نیرو تأمین شود.
  • با اقدامات حفاظتی هماهنگ در سیستم توزیع نیرو و تجهیزات برقی تأمین شود، با اقدامات حفاظتی در تجهیزات برقی تأمین شود.
  • با اقدامات حفاظتی هماهنگ در تجهیزات برقی و محیط بهره برداری شود.
  • هماهنگ در سیستم توزیع نیرو و تجهیزات برقی تأمین شود.

 اگر در اثر خراب شدن عایق بندی یک وسیله برقی، هادی های در دسترس آن برقدار شوند و انسانی که دارای ارتباط الکتریکی با زمین است با این هادی ها تماس برقرار کند، جریانی برابر IB از بدن او می گذرد.

در هر حال بهره برداری از تجهیزات برقی باید برای انسان و دام ایمن باشد. اگر با یک اقدام حفاظتی نتیجه رضایت بخش یا مورد نظر بدست نیایید باید با اقدام سازگار دیگر نتيجه منظور را تأمین کرد.

 پاره ای از این اقدامات در طراحی و تولید و پاره ای دیگر در نصب و بهره برداری تجهیزات برقی قابل اجراست. باید در نظر داشت اقدامات حفاظتی ناقص با ایجاد نقص در اقدام حفاظتی خود می تواند به برق گرفتگی بیانجامد. حفاظت در برابر برق گرفتگی باید هم در شرایط عادی کار و بهره برداری از تجهیزات برقی و هم هنگامی که تجهیزات برقی دچار عیب و نقص اند تأمین باشد.

 عیب و نقص که از این به بعد اتصالی نامیده می شود به حالتی گفته می شود که یا عایق بندی یا تجهیزات برقی خراب شده است یا در سیستم توزیع نیروی برق مثلاً سيم فاز به سیم نول اتصال پیدا کرده است. در نظر گرفتن عیب هم زمان و مستقل از هم معمولاً ضرورتی ندارد.

 

 

  • تقسیم بندی اقدامات حفاظتی

اقدامات حفاظتی را می توان به سه گروه زیر تقسیم کرد:

الف – حفاظت پایه که تامین کننده حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی در شرایط عادی کار و بهره برداری است.

ب- حفاظت در برابر اتصالی که تامین حفاظت به هنگام وجود اتصالی است.

ج- حفاظت مضاعف که تامین کننده حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی هم در شرایط عادی کار و بهره برداری از تجهیزات برقی و هم هنگام وجود اتصالی است.

حفاظت پایه از تماس مستقیم انسان و دام با قسمت های برقدار جلوگیری می کند، از این رو حفاظت در برابر تماس مستقیم با قسمت های برقدار هم نامیده می شود.

 حفاظت به هنگام اتصالی، حفاظت در برابر تماس غیرمستقیم با قسمت های برقدار است یعنی یک هادی در دسترس تجهیزات برقی در اثر اتصالی برقدار شده و انسان با حیوان غیرمستقیم به واسطه این هادی با قسمت های برقدار، ارتباط الکتریکی برقرار کرده است.

 

 

 

  • تجهیزات برقی

همه اقلامی که برای تولید انتقال، توزیع و مصرف نیروی برق به کار می آید تجهیزات برقی نامیده می شود، مانند: ژنراتورها، ترانسفورماتورها، وسایل حفاظت و اندازه گیری، وسایل سیم کشی و دستگاه ها و وسایل مصرف کننده نیروی برق.

 

 

  • تأسیسات برق

مجموعه ای از تجهیزات برقی که برای تامین منظور خاص به هم پیوسته اند و مشخصه های معینی از این مجموعه با هم هماهنگی دارد.

 

  • سیستم توزیع نیروی برق

 تأسیسات برق برای توزیع نیروی برق است و تأسیسات مصرف کننده برق به آن وصل می شود.

 

  • ولتاژ نامی تأسیسات برق

 ولتاژی است که به تأسیسات برق یا قسمتی از آن نسبت داده می شود. مقدار واقعی ولتاژ تأسیسات برق در حد رواداری مجاز و با ولتاژ نامی اختلاف دارد.

 

  • ولتاژ اسمی

مقدار ولتاژی است که سازنده تجهیزات برقی به آن نسبت می دهد و مشخصه های کار و بهره برداری به آن مربوط می شود. تجهیزات برقی می توانند چند ولتاژ اسمی با گستره ی ولتاژ اسمی داشته باشند.

 

  • ولتاژ اسمی عایق بندی

 ولتاژ اجزاء وسیله با یک قلم تجهیزات که فواصل خزش ولتاژ آزمون دی الکتریکی به آن مربوط می شود برای تجهیزاتی که ولتاژ اسمی عایق بندی ندارند بالاترین مقدار ولتاژ اسمی همان ولتاژ اسمی عایق بندی است.

 

  •  ولتاژ کار

حداکثر مقدار مؤثر ولتاژ متناوب یا حداکثر مقدار ولتاژ مستقیمی است که به هنگام تغذيه تجهیزات با ولتاژ اسمی، در شرایط مدار باز یا شرایط عادی کار در محل معینی به عایق بندی اعمال می شود. ولتاژ کار شامل ولتاژهای گذرا نیست.

 

  • ولتاژ گذرا

 ولتاژ ضربه ای که در شرایط قطع و وصل (کلید زنی)، تغيير بار، برق آسمانی و کار بعضی از تجهیزات برقی به وجود می آید ولتاژ گذرا نامیده می شود.

 

  • قسمت برقدار

قسمتی از تجهیزات برقی که در شرایط عادی کار و بهره برداری، تحت ولتاژ است. سیم نول (هادی خنثی) یک قسمت برقدار است ولی برحسب قرارداد سيم نول حفاظتی (PEN) یک قسمت برقدار نیست. تماس با هر قسمت برقدار الزاماً به برق گرفتگی منجر نمی شود.

 

  • هادی در دسترس

به آن هادی های تجهیزات برقی گفته می شود که در دسترس قرار دارند. این هادی ها در شرایط عادی کار و بهره برداری، برقدار نیستند ولی به هنگام وجود اتصالی می توانند برقدار شوند.

 

  • قسمت قابل دسترس، سطح قابل دسترس

قسمت سطحی که با انگشتک آزمون می توان آن را لمس کرد. 

 

 

 

  • حفاظت پایه یا حفاظت در برابر تماس مستقیم با قسمت های برقدار

 

حفاظت پایه تأمین کننده حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی در شرایط عادی، کار و بهره برداری از تجهیزات برقی است یعنی از تماس مستقیم انسان و دام با قسمت های برقدار جلوگیری می کند.

حفاظت پایه حفاظت در برابر تماس مستقیم با قسمت های برقدار هم نامیده می شود. تأمین حفاظت پایه، به جز چند مورد، برای همه تجهیزات برقی ضروری و الزامی است.

مواردی که حفاظت پایه برای آن ها ضروری نیست عبارتند از: جوشکاری برقی، کوره های صنعتی، تأسیسات شیمیایی، سرپیچ بدون لامپ و اسباب بازی های مدارهای کنترل که به ولتاژ خیلی ضعیف زمین شده، تغذیه می شوند. حفاظت پایه را می توان با:

  • عایق بندی پایه یعنی عایق بندی قسمت های برقدار تجهیزات برقی.
  •  محفظه یا دیواره، یعنی قراردادن قسمت های برقدار تجهیزات برقی در داخل محفظه یا در پشت دیواره.
  • مانع، یعنی ایجاد مانع در سره راه دسترسی به قسمت های برقدار.
  • دور از دسترس قراردان، یعنی دور از دسترس قراردادن قسمت های برقدار، تأمین کرد.
  • حفاظت کامل، یعنی حفاظت در برابر تماس عمدی و غیر عمدی با قسمت های برقدار، برای همه موارد مجاز است.
  • حفاظت محدود، یعنی حفاظت در برابر تماس غیرعمد با قسمت های برقدار، تنها در موارد مشخصی مجاز می باشد.
  • حفاظت مضاعف برای مواردی ضروری است که به علت وجود عوامل خطر آفرین با شرایط بهره برداری ویژه سنگر حفاظتی دومی ضروری است. نظیر حمام Ranen miher و آزمایشگاه هایی که تجهیزات برقی تحت ولتاژ کار می کنند.

 

 

  •  عایق بندی پایه

عایق بندی پایه اولین و مهمترین سنگر حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی در تجهیزات برقی است. عایق بندی پایه برای جلوگیری از تماس مستقیم انسان یا دام با قسمت های برقدار تجهیزات برقی است. قسمت های برقدار چنان با عایق پوشانده می شوند که فقط در صورت خراب شدن عایق بندی، در دسترس قرار گیرند.

در خیلی از موارد عایق بندی پایه علاوه بر نقش حفاظت در برابر تماس مستقیم با قسمت های برقدار، نقش عایق بندی عملکردی را هم بر عهده دارد. یعنی قسمت های برقدار را از هم و از بدنه جدا می کند.

عایق بندی از سه جزء عایق جامد، فواصل هوایی و فواصل خزشی تشکیل شده است. مشخصات عایقی این سه جزء هم از نظر کار و بهره برداری از تجهیزات برقی و هم از نظر عوامل گذرا، موقت و دائمی که در محیط داخلی و محیط خارجی تجهیزات برقی ایجاد می شوند باید هماهنگ و همبسته باشند، تامین این هماهنگی از جمله برای حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی، امری ضروری است.

 

 

  • عایق جامد

عایق جامد جزء اصلی عایق بندی است که بعنوان دی الکتریک، در معرض تنش های دی الکتریکی شدید و در مواردی بعنوان جداکننده و تكيه گاه در معرض تنش های دی الکتریکی به مراتب ضعیف تر قرار می گیرد.

مشخصه های الکتریکی و غیرالکتریکی عایق جامد باید چنان باشد که در طول عمر مفید تجهیزات برقی، تنش های دی الکتریکی، تنش های حرارتی و تنش های مکانیکی و تاثير عوامل شیمیایی پیش بینی شده را تحمل کند یعنی در برابر عوامل محیطی درونی و بیرونی تجهیزات برقی مقاوم باشد.

استقامت دی الکتریکی و مقاومت عایقی بالا و ثابت دی الکتریک و ضریب تلفات پایین از مشخصات اساسی عایق جامد است.

استقامت دی الكتريک عايق جامد، متناسب با بالاترین ولتاژی که در معرض آن قرار می گیرد انتخاب می شود. 

از آن جا که استقامت دی الکتریکی به مدت زمان برقراری ولتاژ هم وابسته است، اعمال ولتاژ به مقدار ۱۰۰۰۷ +۲u به مدت یک دقیقه ملاک دیگری برای تعيين استقامت دی الکتریک مناسب، در ولتاژ کار است.

ولتاژ متناوب با فرکانس ۶۰-۴۵ هرتز و مقدار موثر ۱۰۰۰۷+ ۲V به مدت یک دقیقه به عایق بندی اعمال می شود. در صورتی که اعمال ولتاژ متناوب عملی نباشد یا به عایق بندی تجهیزات صدمه بزند، ولتاژ مستقیم بدون تموج و با همین مقدار برای یک دقیقه اعمال می شود. ولتاژ به تدریج و حداقل در ظرف ده ثانیه به مقدار نهایی رسانده می شود تا ولتاژگذاری قابل توجه ای ایجاد شود.

 اعمال ولتاژ نباید سبب فروپاشی عایق بندی جامد يا تخلیه نورانی سطح بين الكترودها شود.

هماهنگی و همبستگی اجزاء عایق بندی ایجاب می کند که تراز تحمل ولتاژ ضربه ای عایق بندی جامد بالاتر از تراز تحمل ولتاژ ضربه ای فاصله هوایی باشد. 

 استقامت دی الکتریکی عایق جامد با بالارفتن دما، مقدار رطوبت، کهنگی و غیره کاهش می یابد. از اینرو استقامت دی الکتریکی عایق جامد تجهیزاتی که دمای کار آنها بالاست یا گرمازا هستند، در حین کار عادی آنها هم بررسی می شود. برای بررسی تأثیر رطوبت مورد انتظار در کار و بهره برداری بر استقامت الکتریکی، پس از انجام عملیات رطوبی بر تجهیزات برقی، استقامت دی الکتریکی عایق آن ها دوباره آزمون می شود.

 مقاومت عایقی بالا و ثابت دی الکتریک پایین برای پایین نگه داشتن جریان نشت حجمی (مقاومتی و ظرفیتی) است. مقاومت عایقی عایق بندی جامد مانند سایر پارامترهای الکتریکی آن، کاملاً مشخص و غیرقابل تغییر نیست و به عوامل متعددی مانند ناخالصی های موجود در آن، دما، رطوبت، ولتاژ اعمال شده، مدت زمان اعمال ولتاژ و غيره وابسته است.

رطوبت باعث کاهش مقاومت عایقی می شود. از این رو پس از عملیات رطوبی با خشک شدن عایق جامد، مقاومت عایقی آن افزایش می یابد و سپس در اثر حرارت معمولاً کاهش می یابد.

مقاومت عایقی معمولاً با اندازه گیری جریان نشت در ولتاژ کار و دمای کار، کنترل می شود. تغييرات ابعادی عایق جامد در تجهیزات برقی باید در نظر گرفته شود، این تغییرات می تواند فواصل هوایی و فواصل خزشی را تقلیل دهد.

این تغييرات ممكن است به علت تبخير اجزاء متشكله، تنش های مکانیکی و حرارتی، جذب آب، تغییرات شیمیایی و غیره باشد. به تغییر شکل برگشت پذیری که به هنگام بازرسی وجود ندارد ولی در شرایطی می تواند ایجاد شود باید توجه ویژه ای مبذول داشت.

 

 

 

  • فاصله هوایی

حفاظت تجهیزات برقی در برابر اضافه ولتاژهای گذرایی که مستقیماً یا از طریق سیستم توزیع نیروی برق به آنها منتقل می شود و یا در خود آنها ایجاد می شود از نظر ایمنی، عدم وقفه در بهره برداری و غیره، ضروری است.

برای مهار اضافه ولتاژهای گذرا از وسایلی استفاده می شود که با انباشت یا اتلاف انرژی ضربه ولتاژ گذرا، عمل می کند. برق گیرها، ضربه شكن ها و واریستورهای اکسید فلز، نمونه هایی از این قبیل اند.

در آن سیستم های تأسیساتی که برای مهار اضافه ولتاژهای گذرا اقدامی نشده است، اضافه ولتاژهای گذرا در مسیری که استقامت دی الكتریكی آن کمتر است، از راه فاصله بین هادی ها یا از طریق عایق بندی جامد، شکسته می شود. عواقب کار می تواند جزئی یا فاجعه آمیز باشد. این عواقب به مقدار انرژی ضربه ای اضافه ولتاژ گذرا، ولتاژ نامی تأسیسات و ایجاد جریان اتصالی وابسته است.

 ایجاد جریان اتصالی غیرقابل پیش بینی است. چون به انطباق مراحل زمانی ولتاژ گذرا و مراحل زمانی ولتاژ سیستم توزیع، گازهای یونیزه بين الكترودها در اثر جرقه ناشی از ولتاژ ضربه ای، همگن یا ناهمگن بودن میدان الکتریکی بین الکترودها، جنس ماده الكترودها و همچنین مشخصه امپدانس مدار در برابر ضربه ولتاژ وابسته است.

حداکثر مقدار قله ولتاژ ضربه ای (با شکل موج استاندارد) را که عایق بندی می تواند در شرایط استاندارد تحمل کند، تراز تحمل ولتاژ ضربه ای می گویند.

به ولتاژ اسمی عایق بندی و تراز تحمل ولتاژ ضربه ای تراز عایق بندی گفته می شود. تراز عایق بندی برای تجهیزات برقی از نظر هماهنگی اجزاء عایق بندی، امری ضروری است.

 

 

 

  •  رده تاسیساتی تجهیزات برقی

تنها در صورت مهار کردن اضافه ولتاژهای گذرا می توان بین اجزاء عایق بندی هماهنگی برقرار کرد. از این رو چهار تراز تحمل ولتاژ ضربه ای تعيين شده که برای چهار رده تأسیساتی تجهیزات برقی اند. از آنجا که ولتاژهای گذرا معمولاً بطور طبیعی در سیستم توزیع نیروی برق مستهلک می شوند، هرچه رده ها از منبع نیروی برق دورتر باشند، تراز تحمل برای آن ها پایین تر انتخاب می شود.

رده تأسیساتی ۱:

تجهيزات ویژه یا قطعاتی از تجهیزات مخابراتی یا الکترونیکی که پس از رده تأسیساتی ۲ قرار می گیرند. (تراز سیگنال) جریان ضعيف

 رده تأسیساتی ۲:

وسایل، تجهیزات قابل حمل که پس از رده ۳ قرار می گیرند. (تراز محلی)

رده تأسیساتی ۳:

تأسیسات ثابت که پس از رده ۴ قرار می گیرند. (تراز توزیع)

رده تأسیساتی ۴:

خطوط هوایی، سیستم کامل و غيره (تراز منبع اصلی نیروی برق)

منشأ اضافه ولتاژهای یک رده تأسیساتی ممکن است رده تأسیساتی بالاتر با تجهیزات برقی خود این رده باشد. از این رو تجهیزاتی که در رده تاسیساتی معینی وصل می شوند نباید اضافه ولتاژی تولید کنند که از تراز ولتاژ ضربه ای تعیین شده برای آن رده زیادتر باشد.

هماهنگی بین ولتاژ اسمی سیستم توزیع نیروی برق، تراز تحمل ولتاژ ضربه ای (تحمل ولتاژ گذرا) و رده تاسیساتی در جدول به ارائه شده است.

تجهیزات یک ردهی تأسیساتی را می توان در رده تأسیساتی بالاتر مورد بهره برداری قرار داد، مشروط بر آن که وسیله ای مناسب برای مهار اضافه ولتاژ گذرای رده اخير در نظر گرفته شود.

 

 

 

  • فاصله هوایی به عنوان وسیله مهار اضافه

 ولتاژ عوامل موثر بر فاصله هوایی در جاهاییکه انرژی ضربه اضافه ولتاژ گذرا محدود است و تراز تحمل ولتاژ ضربه ای از ۱۰۰۰ ولت بیشتر است، می توان در تجهیزات برقی از فاصله هوایی بعنوان وسیله ای ساده برای مهار اضافه ولتاژ گذرا استفاده کرد، بدون آنکه بهره برداری دچاره وقفه شود و به تجهیزات و اطراف صدمه ای برسد. در این صورت این امر باید واضح و آشکار اظهار شود تا سهو و غفلت در طراحی یا تغيير فواصل هوایی در اثر دست کاری در مونتاژ یا تعمیر و غیره هماهنگی عایق بندی را از بین نبرد.

برحسب تعریف فاصله هوایی کوتاهترین فاصله بين دو قسمت هادی از راه هوا است. در اندازه گیری فاصله هوایی سطوح قابل دسترس محفظه عایقی تجهیزات برقی هم یک قسمت هادی به حساب می آید. ملاک در دسترس بودن، امکان برقراری تماس با انگشتان دست یا انگشتک استاندارد است.

هر فاصله هوایی دارای تراز تحمل ولتاژ ضربه ای مربوط به خود است که به عوامل عمده ای مانند شكل هادی ها یا الکترودها که فاصله بین آنها قرار دارد، فشار هوا و آلودگی، وابسته است.

 اگر اندازه الکترودها خیلی بزرگتر از فاصله بین آن ها باشد، میدان در فاصله هوایی همگن و در غیر اینصورت میدان ناهمگن است. در میدان ناهمگن، تنش های دی الکتریکی یکنواخت و همگن توزیع نمی شود یعنی تنش دی الکتریکی در نقطه یا نقاطی بیشتر از سایر نقاط است. از این رو فاصله هوایی بزرگتر انتخاب می شود تا از فروپاشی دی الکتریک جلوگیری شود.

ارتفاع هم عامل عمده است، در دمای ثابت و فشار بالاتر از فشار بحرانی، در میدان همكن مقدار ولتاژ فروپاشی متناسب با حاصل ضرب فشار هوا در فاصله بين الكترودهاست. این رابطه با تقریب برای میدانهای ناهمگن هم معتبر است. عامل مؤثر دیگر برتر از تحمل ولتاژ ضربه ای فاصله هوایی، آلودگی است.

آلودگی عبارت از افزایش مواد خارجی اعم از جامد، مایع و گاز است که می تواند به تقليل استقامت دی الکتریکی هوا، تقليل فاصله هوایی و خزشی و مقاومت سطحی عایق جامد، منتهی می شود.

آلودگی ریز محیط هایی را که فواصل هوایی و فواصل خزشی در آن قرار دارند به درجه های ۱، ۲ ، ۳ ، ۶ تقسیم می شود.

هدایت الکتریکی مواد آلوده کننده عمدتاً به علت وجود ، آب، دوده، غبار فلز، ذغال و اجزاء مشابه است. آلودگی هادی در اثر گازهای یونیزه و رسوب فلزی که بیشتر در ادوات قطع و وصل پیش می آید موضوع بحث ما نیست. در صورت وجود گازهای یونیزه نمی توان از فاصله هوایی برای مهار اضافه ولتاژ گذرا استفاده کرد، بلکه باید روشی مناسب قوس را خفه کرد.

برای جلوگیری از آلودگی برحسب مورد می توان از محفظه یا درزبندی که برای آلوده کننده موردنظر غيرقابل نفوذ است، استفاده کرد. ولی اگر در تجهیزات ذرات آب متراکم شود یا مواد آلوده کننده ایجاد شود، این تمهیدات هم کارساز نیست. به هرحال و در هر صورت اصل بر این است که فواصل هوایی منظورشده برای مهار اضافه ولتاژ گذرا، در طول عمر مفید تجهیزات برقی، برقرار و مؤثر باشد.

فواصل هوایی در آن قسمت هایی از مدار داخلی تجهیزات برقی که تأثیر شرایط مدار خارجی بر آن ها زیاد است یا خود این قسمت ها بر شرایط مدار خارجی تأثیر زیادی می گذارند تعبیه می گردد. در این صورت فواصل هوایی دیگر در همان تجهیزات بزرگتر انتخاب می شود یعنی تراز تحمل ولتاژ ضربه ای آنها بالاتر است.

برای سایر قسمت ها یا مدارهای داخل تجهیزات که تأثیر شرایط مدار خارجی بر آنها زیاد نیست و یا خود آنها بر شرایط مدار خارجی تأثیر زیادی ندارند، فواصل هوایی و خزش به رده تاسیساتی وابسته نیستند بلکه شرایط موجود آنها را باید درنظر گرفت. اظهار یک مقدار برای تراز تحمل ولتاژ ضربه ای تجهیزات بدین معناست که رده تأسیساتی تجهیزات معلوم است و برای رده تأسیساتی پایین تر مناسب نیست مگر با استفاده از وسیله محدود کننده ی ولتاژ گذرای مناسب برای وسایلی که خود اضافه ولتاژ تولید می کنند مانند ادوات قطع و وصل اظهار یک مقدار برای تراز تحمل ولتاژ ضربه ای بدین معناست که اگر مطابق استاندارد از وسیله استفاده شود، ولتاژ گذرایی که ایجاد خواهد شد از تراز اظهار شده بیشتر نخواهد بود.

اگر دو مقدار برای تراز تحمل ولتاژ ضربه ای اظهار شود، تراز بالاتر مربوط به تحمل اضافه ولتاژ گذرا و تراز پایین تر برای ولتاژ گذرایی است که در خود تجهیزات تولید می شود.

حداقل فواصل هوایی برای میدان ناهمگن را می توان بدون توجه به ترتیب قرارگیری الکترودها و بدون آزمون استقامت دی الكتریكی بكار برد. این فواصل در هر شرایطی تراز تحمل ولتاژ ضربه ای مربوطه را حفظ می کنند.

حداقل فواصل هوایی برای میدان همگن برای شرایط ایده آل است، یعنی ترتیب قرارگیری الكترودها چنان طراحی شده، که تنش های دی الکتریکی در محل به حداقل برسد. فواصل هوایی که مقادیر آنها بین مقادیر مربوط به میدان ناهمگن و میدان همکن است باید با آزمون استقامت دی الکتریکی کنترل شوند.

اگر فاصله هوایی کوچک باشد، آلودگی یکنواختی میدان را از میان می برد. برای تراز تحمل ولتاژ ضربه ای بالاتر از ۶۰۰۰ ولت، به علت بزرگ بودن فاصه هوایی، آلودگی نمی تواند بر یکنواختی میدان تاثیر چندانی بگذارد.

اساساً آزمون استقامت دی الکتریکی فاصله هوایی با آزمون تراز تحمل ولتاژ ضربه ای باید با ولتاژ ضربه ای انجام شود. ولی چنانچه ولتاژ غیرگذرایی که مقدار آن برابر ولتاژ آزمون ضربه ای باشد به اجزائی که با فاصله هوایی موازی بسته شده اند صدمه نرساند، می توان ولتاژ مستقیم را به جای ولتاژ ضربه ای برای آزمون بکار برد.

اگر علاوه بر شرایط ذکر شده در فوق اعمال ولتاژ متناوب به عایق بندی جامد، تنش بیش از حد وارد نسازد، می توان از ولتاژ متناوب به جای ولتاژ ضربه ای استفاده کرد.

فاصله بین ضربه های ولتاژ یک ثانیه است. ولتاژ مستقیم آزمون عاری از تموج بوده و مقدار آن برابر پیک ولتاژ ضربه ای آزمون است ولتاژ مستقیم سه بار و هر بار به مدت ده ملی ثانیه در یک وضعیت قطب ها و به همین ترتیب با تعویض قطب ها اعمال می شود.

مقدار قله ولتاژ متناوب آزمون (با فرکانس ۶۰-۵۰ هرتز) برابر مقدار پیک ولتاژ ضربه ای آزمون است. این ولتاژ سه سیكل كامل اعمال می شود. پس از اعمال ولتاز آزمون تخلیه نورانی بین الکترودها یا فروپاشی دی الکتریک نباید پیش آید. ولتاژ ضربه آزمون برای ترازهای تحمل ولتاژ ضربه ای تجهیزات برقی در استانداردهای مربوطه عرضه می شود.

 

 

 

  • فواصل خزش

جریان نشت مجموعه جریان نشت حجمی (ظرفیتی و مقاومتی) و جریان نشت سطحی است. جریان نشت سطحی بین دو قسمت هادی (الكترود) دارای پتانسیل متفاوت، از روی سطح عایق جامد می گذرد. برحسب تعريف كوتاه ترين فاصله بین دو الكترود از روی سطح عایق جامد، فاصله خزش نامیده می شود.

در بررسی و اندازه گیری فاصله خزش، سطوح در دسترس محفظه های عایقی تجهیزات برقی هم یک الكترود محسوب می شود. ملاک در دسترس بودن امکان برقراری تماس با انگشتان دست یا انگشتک آزمون است. آلودگی هایی که هادی جریان برق اند و یا آلودگی هایی که خود هادی نیستند ولی با جذب آب یا رطوبت هادی می شوند، در فاصله خزش می نشینند و در نتیجه جریان نشت سطحی عبور می کند. مقدار جریان نشت سطحی به ولتاژ و امپدانس منبع نیروی برق، هدایت الکتریکی آلودگی، فاصله خزش و پهنای مسیر، وابسته است.

پوشیده شدن فاصله خزش با آلودگی هایی مانند غبار فلزات موجب عبور جریان نشست سطحی به مقدار خیلی زیاد شده و در نتیجه عایق خراب می شود.

آلودگی هایی که با نم کشیدن یا جذب آب هادی شده اند هم جریان نشت سطحی را عبور می دهند. رطوبت در محلی از این مسیر زودتر از بقیه نقاط خشک می شود و ریز قوس های الکتریکی ایجاد می شود. اگر انرژی این ریز قوس ها کافی باشد عایق جامد را تجزیه می کند و پس ماند کربنی از خود برجای می گذارد و مسیری هادی در سطح عایق تشکیل می شود.

وجود مسير هادی در سطح عایق جامد می تواند:

الف) اگر امپدانس مدار بقدر کافی کوچک باشد به اتصال کوتاه و عمل کردن وسیله حفاظت در برابر اضافه جریان منجر شود.

در این صورت میزان صدمه و آسیبی که به عایق جامد می رسد به مقدار جریان اتصال کوتاه و مشخصه های وسیله حفاظت در برابر اضافه جریان، وابسته است.

ب) اگر امپدانس مدار خیلی بزرگ باشد، وسیله حفاظت در برابر اضافه جریان عمل نمی کند و منجر به آتش سوزی می شود.

ج) در مدارهایی که توان الکتریکی آنها زیاد است، توان قوس اتصالی ایجاد شده هم زیاد است. در اینصورت اگر وسیله حفاظت در برابر اضافه جریان خیلی سریع عمل کند، یا حتی جریان را محدود کند، انرژی آزاد شده بقدری زیاد است که به صدمه مکانیکی (فشار) و آتش سوزی می انجامد.

د) در بعضی از موارد امپدانس مدار چنان زیاد است یا ریز محيطی که فاصله خزش در آن قرار دارد، چنان مساعد است که ایجاد مسیر هادی در سطح عایق بعید است.

در این موارد اگر اتصال کوتاه به آتش سوزی، برق گرفتگی یا اختلال در کار و بهره برداری نیانجامد، می توان فاصله خزش را با فاصله هوایی برابر گرفت.

 اگر مقدار جریان های نشتی که به قسمت های در دسترس می رسد از مقدار جریان آستانه ادراک بیشتر باشد و انسانی که دارای ارتباط الکتریکی با زمین است، این قسمت های در دسترس را لمس کند، می تواند دچار برق گرفتگی شود.

در این صورت جریان دریافتی انسان، مجموع جریان نشت سطحی و نشت مقاومتی و ظرفیتی است. مبنا نخاب حداقل فاصله خزش، مقدار ولتاژ متناوب یا مقدار ولتاژ مستقیمی است که بر ، مدت زمان طولانی بین دو الكترود، در فاصله خزش برقرار است.

این ولتاژها برحسب مورد به صورت ولتاژ اسمی تجهیزات برقی، ولتاژ اسمی عایق بندی تجهیزات یا ولتاژ کار قطعه بیان می شود. اضافه ولتاژهای گذرا چون معمولا تاثیری در ایجاد مسير هادی در سطح عایق ندارند، صرفنظر می شوند.

اضافه ولتاژهای موقتی و اضافه ولتاژهایی که به علت کار خود تجهیزات به وجود می آیند، برحسب دفعات و مدت زمان برقراری، کم و بیش در ایجاد مسير هادی در سطح عایق مؤثرند.

 با اینکه مبنای انتخاب فاصله خزش مقدار ولتاژی است که در مدت زمان طولانی بین الکترودها برقرار است، معذلک عوامل متعدد دیگری در طول عمر مفید آن موثرند و باید در انتخاب حداقل فاصله خزش درنظر گرفته شوند. در هر حال اصل براین است که فاصله خزش در طول عمر مفید تجهیزات برقی برقرار و مؤثر باقی بماند.

 

 

  • عوامل موثر بر فاصله خزش
  • آلودگی ها

تأثير آلودگی بر ریز محیطی است که فاصله خزش یا فاصله هوایی در آن قرار می گیرند. از این رو حتی در قسمت های مختلف تجهیزات برقی واحد هم ممکن است فواصل خزش از هم متفاوت باشند. آلودگی دوروبر فواصل هوایی و خزشی برابر جدول ۸ به چهار درجه تقسیم می شود:

در آلودگی های درجه ۲، ۳، ۴ امکان تراکم ذرات آب باید در نظر گرفته شود. تراکم می تواند در اثر پايين رفتن درجه حرارت تجهیزات به پایین تر از نقطه شبنم محیط، آلوده شدن سطح عایق با غبارهای نم گیر، آلوده شدن سطح عایق با نمک در جایی که رطوبت نسبی آن زیاد است، و غیره ایجاد شود.

جهت و محل قرارگیری فاصله خزش، و فاصله هوایی می تواند از نظر انباشت آلودگی در اثر نیروهای گرانش، گریز از مرکز، جریان طبیعی یا مصنوعی هوا، مؤثر باشد.

فواصل خزشی که در مجاورت المان گرمازا یا اجزاء دارای تلفات حرارتی قرار می گیرند به علت خشک شدن سریع سطح عایق، کمتر آسیب پذیرند. ولی اگر امکان تراکم ذرات آب بطور مکرر دراین فواصل وجود داشته باشد، خطر احتمال ایجاد مسير هادی در سطح عایق افزایش می یابد.

 

  • رفتار مواد عایق در برابر ریزقوس

با خشک شدن سطح آلوده، مسير جریان نشست سطحی بر روی سطح عایق قطع می شود، حال اگر جریان نشت سطحی از مقدار معینی بیشتر باشد، ریزقوس هایی در این

مسیر ایجاد می شود. انرژی متراکم ریز قوس ها ممكن است:

۱- اثری بر روی ماده عایق نداشته باشد،

۲- باعث تجزیه ماده عایق به اجزاء فرار شود یعنی باعث فرسایش ماده عایق شود،

۳- باعث تجزیه ماده عايق و پس ماند کربن شود و درنتیجه مسير هادی در سطح عایق ایجاد کند. رفتار مواد عایق در آلودگی ها و ولتاژهای مختلف، فوق العاده پیچیده است. در شرایط مختلف خیلی از مواد در دو گروه و حتی در هر سه گروه بالا قرار می گیرند.

 شاخص مقایسه ای CTI مطابق ۱۱۲ IEC معیاری مقایسه ای، برای ایجاد مسیر هادی در سطح مواد عایق جامد در شرایط مرطوب است. شاخص مقایسه ای برای مقایسه عملکرد مواد عایق در شرایط آزمون طراحی شده است.

الکترودهای دارای شکل معین به ترتیب بر روی نمونه، قرار داده می شوند. قطره های آمونیم کلراید ۰٫۱ از قطره چکان بر روی سطح نمونه چکانده می شود.

بالاترین ولتاژی که بین الکترودها برقرار باشد و ماده عایقی تا فروافتادن ۵۰ قطره آمونیم کلراید، مسیری هادی در سطح تشکیل ندهد، CTI ماده عایق است.

CTI اساساً یک مقایسه کیفی است ولی در مورد مواردی که استعداد تشکیل مسير هادی در سطح خود را دارند CTI را می توان یک مقایسه کمی هم محسوب کرد.

 

 

  • مدت زمان برقراری تنش های دی الکتریکی

هرچه عایق جامد برای مدت طولانی تحت ولتاژ باقی بماند به همان اندازه احتمال پیش آمدن ریز قوس هائیکه دارای انرژی کافی برای ایجاد مسير هادی باشند، زیادتر می شود. احتمال ایجاد ریز قوس ها در موارد زیر زیاد است.

– تجهیزاتی که برای کار مداوم درنظر گرفته شده اند و در داخلشان حرارت کافی ایجاد نمی کنند تا نم و رطوبت را کاملا خشک کنند.

 – تجهیزاتی که تراکم ذرات آب در آن ها برای مدت طولانی ادامه دارد و برق آن ها مرتباً قطع و وصل می شود.

۱- مواد گروه ۱ یا مواد گروه ۲۰۲ الف و ۲ب جائيکه احتمال ایجاد مسير هادی در سطح عایق کم باشد.

۲- مواد گروه ۱، ۲، ۳ الف و ۳ب

۳- مواد گروه ۱، ۲ و ۳ الف

۴- مقادير فواصل خزش در این شرایط تعيين نشده است. بهتر است مواد گروه ۳بدر ولتاژهای بیش از ۱۳۰ ولت در آلودگی درجه ۲، ۳ و ۴ مصرف شود.

 

 

  • عوامل دیگر، شكل سطح عایق جامد، جذب الکترواستاتیکی عایق جامد و غیره

بهتر است با ایجاد برآمدگی یا فرورفتگی عمود بر مسير نشت، پیوستگی آلودگی در مسير قطع شود. با ایجاد فرورفتگی یا برآمدگی همچنین می توان، مسير جریان قطرات آب را به جاهائیکه تحت تنش دی الکتریکی قرار ندارند، منحرف کرد.

شیار، ترک و فرورفتگی را نباید موازی مسیر خزش ایجاد کرد، چون ممکن است مانند لوله های موئین آب را به خود بكشد و نگهدارد و یا آلودگی ها در آنها انباشته شود.

در صورتیکه عایق جامد در میدان الکترواستاتیکی قرار داشته باشد آلودگی هایی که هادی نیستند به میزان بیشتری انباشته می شود، در این صورت جذب و انباشت آلودگی به وضع و محل قرارگیری عایق بستگی ندارد. باید دقت کرد تا در ترمینال ها مقدار فاصله خزش مؤثر بوسيله هادی متصل به ترمینال ها تقليل نيابد، مثلاً با نم گیری عایق بندی کابل و غيره.

خواص مواد الكترودها را نباید از نظر دور داشت. مواد بعضی از الکترودها در اثر جریان نشت از الكترودی به الكترود دیگر منتقل می شود و دندانه تشکیل می شود.

این دندانه ها می تواند فواصل خزش و نشت را تقلیل دهد. بعضی از آلیاژها در طول سالیان ساختمان کریستالی جدیدی پیدا می کنند و در نتيجه ابعادشان بزرگتر می شود. بعضی از الكترودها در آلودگی های الکترولیتی حل می شوند و قابلیت هدایت الکتریکی را زیاد کرده و در نتیجه احتمال ایجاد مسير هادی و تخلیه الکتریکی افزایش می یابد.

 

 

 

  • رابطه فواصل خزش و فواصل هوایی

 یک فاصله خزش نمی تواند از فاصله هوایی هم بسته کوتاه تر باشد. یعنی کوتاه ترین فاصله خزش برابر فاصله هوایی گرفته می شود. مثلاً در مورد مواد عایق معدنی که استعداد ایجاد مسیر هادی در سطح را ندارند می توان فاصله هوایی را برابر فاصله خزش گرفت. جز این محدودیت هیچ رابطه فیزیکی دیگری بین فاصله هوایی و فاصله خزش وجود ندارد.

 در ولتاژ کار کمتر از  ۳۲ ولت ایجاد مسیر هادی در سطح عایق یا فرسایش عایق پیش نمی آید و تعیین حداقل فاصله خزش فقط برای خوردگی الکترولیتی است.

 

 

  • تأمين حفاظت پایه به وسیله محفظه یا دیواره

محفظه قسمتی از تجهیزات برقی است که حفاظت در برابر تماس مستقیم خواسته و  ناخواسته با قسمت های برقدار را در همه جهات تأمین می کند. علاوه بر این محفظه ممكن است تجهیزات برقی را در برابر عوامل محیطی معینی هم محفوظ نگهدارد.

دیواره قسمتی از تجهیزات برقی است که حفاظت در برابر تماس مستقیم خواسته و ناخواسته با قسمت های برقدار را در جهات معمول تأمین می کند. برای جلوگیری از تماس مستقیم قسمت های برقدار در داخل محفظه یا پشت دیواره، قرار داده می شوند.

محفظه و دیواره حداقل حفاظتی برابر IP2X را تأمین می کند، یعنی از ورود اشیایی که اندازه آن ها بیش از mm ۲ است جلوگیری می کند. در مواردی که به هر علت مثلاً تعویض لامپ در سرپیچ و فیوز در پایه فیوز یا نوعاً به علت نحوه کار تجهیزات برقی تعبیه دهانه ای ضروری شود که از حد مجاز IP2X خارج باشد با اقداماتی مناسب از تماس ناخواسته انسان و دام با قسمت های برقدار جلوگیری می شود یا احتمال خطر تماس مستقیم هشدار داده می شود.

برای سطوح افقی محفظه یا دیواره که کاملاً در دسترس قرار دارند حفاظتی برابر IP4X ضروری است یعنی اجسام بزرگتر از mm ۱ نتوانند وارد محفظه یا دیواره شوند. محفظه و دیواره چنان ساخته و نصب می شوند که در شرایط کار و بهره برداری در جای خود محکم و استوار بمانند.

بازکردن محفظه و در آوردن دیواره یا قسمتی از محفظه باید فقط با استفاده از ابزار امکان پذیر باشد یا با باز کردن محفظه یا در آوردن دیواره یا قسمتی از محفظه، برق قسمت حفاظت شده هم قطع شود و وصل مجدد برق فقط پس از نصب مجدد آن ها امکان پذیر باشد.

 

 

  • حفاظت در برابر تماس مستقیم بوسیله ایجاد مانع

مانع قسمتی از تجهیزات برقی است که فقط حفاظت در برابر تماس مستقیم ناخواسته با قسمت های برقدار را تأمین می کند. در آوردن مانع بدون استفاده از ابزار امکان پذیر است ولی نباید خود به خود و ناخواسته از تجهیزات برقی جدا شود. با در آوردن مانع برق قسمتهای حفاظت شده باید قطع شود.

 

 

  • حفاظت در برابر تماس مستقیم با خارج از دسترس قراردادن قسمت های برقدار

حفاظت با خارج از دسترس قراردادن قسمت های برقدار برای جلوگیری از تماس ناخواسته با آن هاست. قسمت های دارای پتانسیل متفاوت اگر فاصله شان از هم از ۲٫۵ متر کمتر باشد، برحسب تعریف قسمت هایی اند که همزمان در دسترس قرار دارند. اگر بر سطحی که انسان بر روی آن می ایستد مانع بطور مثال در کشویی یا توری با درجه حفاظتی کمتر از IP2X قرار داشته باشد، فاصله ۲٫۵ متری دسترسی از این مانع اندازه گیری می شود. در بالای سر هم فاصله دسترسی ۲٫۵ متر است و مانع واسطی که درجه حفاظتی کمتر از IP2X تأمین کند درنظر گرفته نمی شود.

فاصله دسترسی بدون در دست داشتن ابزار و یا ایستادن برروی نردبان است. در جائیکه اشياء هادی طویل یا بزرگ وجود ندارند فواصل دسترسی در راستای افق و راستای قائم به اندازه ابعاد این اشياء زیاد می شود.

 

 

 

 

مقالات مرتبط