حفاظت الکتریکی و انسان

 

  • حفاظت اشخاص

عامل مؤثر خطر برای انسان یا هر موجود زنده دیگر در تأسیسات الکتریکی (کارخانجات و منازل و…) جریان می باشد. البته وجود اختلاف پتانسیل که باعث عبور این جریان می شود نیز مهم است. در سیستم های فشار ضعیف و در هنگام برق گرفتگی، عبور جریان های از ۰٫۱ آمپر به بالا از قلب، خطر جانی به دنبال دارد. آزمایش ها و بررسی های مختلف نشان می دهد که:

 – جریان های تا ۰٫۰۲ آمپر برای انسان قابل تحمل است.

 – جریان های تا حدود ۰٫۰۵ آمپر خطرناک است.

– جریان های از ۰٫۱ آمپر به بالا خطر جانی دارد.

در صورت اتصال یک فاز به بدنه هادی دستگاه، اختلاف پتانسیلی بین بدنه و زمین به وجود می آید. حال اگر شخصی بدنه دستگاه را لمس نماید، بین محل تماس بدن این شخص و زمین ولتاژی به وجود می آید که ولتاژ تماس نامیده می شود.

با توجه به اینکه معمولا مقاومت بدن یک شخص بین ۱۳۰۰ تا ۳۰۰۰ اهم می باشد و جریال بیش از ۵۰ میلی آمپر (۰٫۰۵ آمپر) برای بدن انسان خطراتی دربردارد، بنابراین می توان ولتاژ قابل تحمل برای انسان را با ضرب نمودن مقاومت بدن در جریان خطرناک برای بدن، محاسبه نمود.

 

 الیکا-الکتریکنکته:

در صورتیکه ولتاژ تماس  از ۶۵ ولت بیشتر شود برای انسان خطرناک خواهد بود.

به طور کلی سیستم های حفاظتی که شخص را در مقابل ولتاژهای تماسی بیش از ۶۵ ولت محافظت می کنند عبارتند از:

 – حفاظت توسط زمین یا سیم ارت و مجزا از سیم نول (سیستم TT)

– حفاظت بوسیله سیم نول (سیستم TN- C)

– حفاظت بوسیله هادی مشترک حفاظتی و نول سیستم (TN-C–S)

– حفاظت بوسیله کلید خطای جریان FI

– حفاظت بوسیله کلید ولتاژ FU

– حفاظت بوسیله عایق کردن

 – حفاظت بوسیله ولتاژ کم

– حفاظت بوسیله ترانسفورماتور ایزوله یا یک به یک

 

 

  • حفاظت توسط سیم زمین

حفاظت توسط سیم زمین، نوعی از حفاظت است که در آن قسمت های هادی دستگاه که با شبکه تغذیه، ارتباط الکتریکی ندارند، توسط سیم به زمین (تأسیسات زمین ) وصل می شوند.

تا زمانی که اتصال بدنه در دستگاه الکتریکی وجود نداشته باشد، قسمت های حفاظت شده دستگاه هم پتانسیل با زمین خواهند بود و اگر به هر دلیل قسمت های الکتریکی دستگاه به بدنه اتصال پیدا کنند جریانی از بدنه دستگاه و از طریق سیم وصل شده به میل زمین و زمین به نقطه صفر ستاره ترانسفورماتور شبکه جاری می شود. به عبارتی دیگر نوعی اتصال کوتاه فاز به زمین رخ خواهد داد.

برای انجام درست حفاظت، باید مقدار جریان اتصال کوتاه پیش آمده، به اندازه ای باشد که باعث قطع سريع وسیله حفاظتی مانند فیوز یا رله شود تا ولتاژ تماس قطع گردد.

این جریان را جریان قطع می نامند و با ما نشان می دهند. مقدار این جریان بستگی به جریان مجاز فیوز یا رله ای دارد که سر راه دستگاه قرار می گیرد. مقدار این جریان را می توان از رابطه زیر بدست آورد:

 

IA=K IN

در رابطه فوق IN جریان نامی فیوز یا رله بوده و K ضریبی است که برای حالات مختلف به شرح زیر در نظر گرفته می شود:

 

۱- برای کلیدهای خودکار مغناطیسی با قطع سريع 

۱/۲۵ =K (در مورد کلیدهای خودکار، جریان IN جریان نامی رله مغناطیسی است).

۲- برای کلیدهای محافظ خانگی (برای فیوزهای اصلی ورودی بعد از کنتور) تا ۲۵ آمپر و برای مدارات اصلی اعم از کابل ها و سیم های هوایی و سیم های اصلی:

K=2/5

٣- برای تمام فيوزهای تندکار (زود ذوب) و برای کلیدهای محافظ خط (LS) تا جریان ۲۵ آمپر و برای فیوزهای کند کار (دیر ذوب) کوچکتر یا مساوی ۵۰ آمپر و همچنین برای کلیدهای خودکار مینیاتوری

K=2/5

۴- برای فیوزهای کند کار بزرگتر یا مساوی ۶۳ آمپر

۵=K

 

الیکا-الکتریکنکته:

مقاومت زمین از مجموع مقاومت سیم زمین و مقاومت محدوده محل تماس میل زمین با زمین تشکیل می شود. مقدار جریان قطع که در زمان اتصال بدنه، باعث قطع وسیله حفاظتی می شود، بستگی به مقاومت زمین دارد. 

 

الیکا-الکتریکنکته:

اگر چندین مصرف کننده با یک سیم زمین محافظت شوند، باید برای محاسبه مقاومت زمین، جریان نامی مصرف کننده با قدرت قطع بیشتر را منظور کنیم.

 

الیکا-الکتریکنکته:

موارد استفاده از سیستم حفاظتی سیم زمین برای مصرف کننده های با قدرت کم می باشد. زیرا در صورت بالا بودن جریان مصرف کننده، باید مقدار مقاومت زمین خیلی کم باشد که رسیدن به آن مشکل است.

به دست آوردن مقاومت زمین با این مقدار کم مشکل است به همین دلیل می توان با شیوه های دیگر از خطرات اتصال بدنه مصرف کننده های پر قدرت جلو گیری نمود.

 

الیکا-الکتریکنکته:

مقاومت زمین که از جمع مقاومت های محل اتصال الكترود با میل با زمین و سیم های رابط بدست می آید نباید از ۱۰ اهم بیشتر شود. در استانداردهای جدید، مقدار مقاومت مجاز زمین ۲ اهم ذکر شده است. مقاومت زمین را می توان توسط دستگاهی به نام میگر اندازه گیری نمود.

 

الیکا-الکتریکنکته:

معمولاً برای کاهش مقاومت زمین، به خاک درون چاه حفر شده برای نصب میل زمین، درصدی براده مس، زغال و نمک نیز اضافه می کنند.

 

 

 

  • سیم زمین

 سیم زمین ارتباط بین میل زمین و بدنه ها و قطعاتی که باید زمین شوند را برقرار می کند. سیم زمین در صورت امکان باید طوری کشیده شود که قابل رویت باشد.

هنگام انتخاب سطح مقطع سیم زمین، توجه به این نکته مهم است که در زمان بروز اتصال بدنه، معمولاً جریانی معادل جریان اتصال کوتاه از این سیم عبور خواهد کرد و سیم زمین باید بتواند این جریان را تحمل کند بدون اینکه ولتاژ تماس قابل ملاحظه ای تولید شود.

گاهی یک شین موسوم به شین زمین، رابط بین سیم زمین و میل زمین می شود و تمام سیم های زمین از آن منشعب می شوند. سطح مقطع این شین که از جنس آهن روی اندود انتخاب می شود در هیچ حالتی نباید از کمتر باشد. همچنین باید هر یک از سیم های زمین که از بدنه دستگاهی منشعب می شوند مستقیماً به شین زمین وصل شوند و از سری و زنجیر کردن آن ها به یکدیکر اجتناب نمود.

روش های ایجاد سیستم اتصال زمین برای آنکه یک سیستم زمین مؤثر برای شبکه های الکتریکی ایجاد شود، می توان از میل ها یا الکترودهای زمین مختلفی بهره گرفت که عمده ترین آنها عبارتند از:

۱- استفاده از تسمه ها یا نوارهای تابیده شده مسی به شکل های شبکه ای، حلقوی یا شعاعی

۲- استفاده از میله ها یا لوله های مسی یا فولادی قلع اندود شده

۳- استفاده از صفحات مسی یا فولادی قلع اندود در عمق زمین

 

  •   میله های زمین نوع نواری

در مواردی که خاک محکم باشد و نتوان از میله های مسی یا فولادی آهنی در عمق زمین استفاده کرد معمولاً میله های سطحی (نواری) در عمق ۰٫۵ تا ۱ متری زمین به کار گرفته می شود. میله های سطحی یا نواری به صورت های مختلف ساخته می شود.

 

الیکا-الکتریکنکته:

به طور متوسط حداقل عمق دفن الکترودها یا میله های نواری طبق استاندارد جدید برابر با ۰٫۸ متر انتخاب می شود.

۱- تسمه فولادی با سطح مقطع ۱۰۰ میلیمتر مربع و با ضخامت حداقل ۳ میلیمتر ( میلیمتر)

۲- سیم فولادی به هم تابیده قلع اندود شده که از رشته هایی به قطر ۲۵ میلیمتر تشکیل می شود و سطح مقطع آن ۹۵ میلیمتر مربع باشد.

۳- تسمه مسی با سطح مقطع حداقل ۵۰ میلیمتر مربع و ضخامت ۲ میلیمتر.

۴- سیم به هم تابیده مسی که از رشته هایی به قطر ۱/۸ میلیمتر تشکیل شده و سطح مقطع کلی آن حداقل ۳۵ میلیمتر مربع باشد.

مقاومت زمین برای تسمه هایی با سطح مقطع و سیم هایی با قطر بیشتر از ۸mm که حداقل در نیم متری از سطح زمین دفن شده و دارای طولی بین ۲۵ تا ۱۰۰ متر باشد.

 

جدول (۱) جدول مقدار مقاومت مخصوص زمین برای محل های مختلف

نوع زمین  مقاومت بر حسب اهم متر
مرداب و زمین باتلاقی ۳۰
خاک رس و زمین زراعی ۱۰۰
ماسه نرم و مرطوب ۲۰۰
سنگریزه (شن) مرطوب ۵۰۰
ماسه یا شن خشک ۱۰۰۰
زمین سنگلاخ ۳۰۰۰
صخره ۱۰۰۰۰

 

با توجه به رابطه  به مقدار مقاومت زمین به جنس الكترود زمین بستگی ندارد بلکه نسبت مستقیم با مقاومت مخصوص زمین  و نسبت عکس با طول تسمه با سیم دارد، به عبارت دیگر مقاومت زمین نسبت عکس با سطح تماس تسمه با زمین و قابلیت هدایت الکتریکی خاک اطراف فلز دارد.

 

  • الکترودهای زمین نوع میله ای

 برای ایجاد سیستم زمین به کمک الکترودهای میله ای یا لوله ای، می توان از میله های فولادی مخصوص با روکش مس به صورت کوبیده شده در زمین با حداقل ۱۶ میلی متر قطر استفاده نمود.

همچنین می توان لوله های گالوانیزه آب به قطر ۱ تا ۲ اینچ و به طول ۱ تا ۶ متر یا هر پروفیل قلع اندود شده دیگری را در این حالت بکار گرفت. معمولاً این لوله ها به صورت عمودی در زمین قرار می گیرند.

در بسیاری از موارد برای کاهش مقاومت زمین می توان بجای یک میله یا لوله، از دو یا چند میله یا لوله استفاده کرد. لازم به ذکر است که در این حالت برای جلوگیری از اثر متقابل میله ها، باید حداقل فاصله میله ها از یکدیگر به اندازه طول یک میله انتخاب شود ( در برخی موارد این فاصله، دو برابر طول میله در نظر گرفته می شود.

 

 

 

  • الکترودهای زمین نوع صفحه ای

 

در الکترودهای نوع صفحه ای، می توان از یک صفحه مسی با ضخامت ۲ mm که سطح هر طرف آن حداقل نیم متر مربع می باشد، استفاده کرد. همچنین می توان یک صفحه فولادی قلعه اندود شده با ضخامت حداقل ۳ میلی متر را جایگزین صفحه مسی کرد. الکترودهای صفحه ای باید به طور عمودی در زمین قرار گیرند به گونه ای فاصله لبه بالای صفحه از سطح زمین حداقل یک متر باشد. مقاومت محدوده زمین در یک صفحه مربع شکل به اضلاع که به صورت عمودی در زمین قرار می گیرد.

 


بیشتر بخوانید:

الیکا-الکتریک

حفاظت تجهیزات الکتریکی


 

 

 

مقالات مرتبط