انواع حفاظت الکتریکی

[علیرضا پورحبیب]

 منظور از حفاظت الکتریکی اقداماتی است که باید در تأسيسات الكتریکی بعمل آورد تا خطرات ناشی از جریان برق سبب صدمه زدن به شخص، دستگاه ها، مصرف کننده ها و سیم های حامل جریان برق نشود. برای جلوگیری از این نوع خطاها باید از انواع حفاظت الکتریکی استفاده کرد.

 
[list]
[*]انواع حفاظت الکتریکی
[/list][list]
[list]
[*]حفاظت الکتریکی توسط سیم زمین
[/list][/list]

 در این حفاظت، قسمت های هادی دستگاه هایی که با شبکه تغذیه ارتباط الکتریکی ندارند توسط سیم به زمین متصل می شوند. تا هنگامیکه اتصال بدنه در دستگاه الکتریکی وجود نداشته باشد، قسمت های حفاظت شده دستگاه، هم پتانسیل با زمین می باشند و چنانچه قسمت های الكتريكی دستگاه به بدنه آن متصل شوند، از بدنه دستگاه جریانی به نقطه صفر ستاره ترانسفورماتور شبکه – از طریق سیم متصل شده به زمین و زمین جاری می شود.

مقدار این جریان باید به اندازه ای باشد که جریان خطا، باعث قطع سريع فيوز شده و ولتاژ تماس قطع شود. این جریان را، جریان قطع می گویند و مقدار آن به جریان مجاز فيوز که در سر راه دستگاه قرار گرفته است بستگی دارد.

 

الف) زمین کردن توسط نوار

در نوع نواری، از تسمه فولادی قلع اندود با ضخامت ۳  میلی متر و با سطح مقطع  ۱۰۰ میلی مترمربع و یا از سیم فولادی بهم تابیده شده قلع اندود که حداقل قطر هر سیم آن، ۲/۵ میلی متر و سطح مقطع كل ۹۵ میلی مترمربع است استفاده می شود.

چنانچه از تسمه مسی استفاده شود باید ضخامت آن حداقل ۲ میلی متر و سطح مقطع آن ۵۰ میلی مترمربع و اگر از سیم مسی تابیده شده باشد باید دارای حداقل سطح مقطع ۳۵ میلی مترمربع باشد.

نکته: این تسمه ها باید در عمق ۰٫۵ تا یک متری سطح زمین قرار گیرد و با افزایش طول آن، به همان نسبت مقاومت محدوده زمین نیز کاهش می یابد.

 

 ب) زمین کردن توسط میله یا لوله

 در این زمین کردن، از لوله هایی به قطر ۱ تا ۲ اینچ و به طول ۱ تا ۶ متر و یا پروفیل قلع اندود که بصورت عمودی در زمین قرار می گیرند استفاده میشود.

نکته: می توان بجای یک لوله، از دو یا چند لوله که بصورت موازی به یکدیگر متصل  شده اند استفاده نمود که در اینصورت باید فاصله لوله ها از یکدیگر حداقل به اندازه طول یک لوله باشد.

البته می توان بجای یک لوله ۱۲ متری از ۳ لوله ۴ متری که فاصله آنها از یکدیگر ۳ متر باشد استفاده نمود.

 

ج) زمین کردن توسط صفحه

در این زمین کردن از یک صفحه آهنی قلع اندود شده که سطح هر طرف آن حداقل ۲٫۵ میلی متر و ضخامت آن ۳ میلی متر باشد، استفاده می شود.

این صفحه باید بصورت عمودی در حالیکه فاصله لبه بالای آن از سطح زمین، حداقل ۱ متر باشد، در زمین قرار میگیرد.

نکته: مقاومت زمین به جنس تسمه، لوله یا صفحه بستگی ندارد بلکه به سطح مقطع آنها و قابلیت هدایت خاک اطراف آن بستگی دارد.

نکته: قابلیت هدایت خاک را می توان با استفاده از اضافه نمودن نمک طعام، پودر کربن و براده فلزاتی که زنگ نمی زنند افزایش داد.

 
 
[list]
[list]
[*]حفاظت توسط سیم نول
[/list][/list]

 در این نوع حفاظت، بجای سیم زمین، از سيم نول استفاده میشود که به بدنه دستگاه وصل میشود.

 در این نوع حفاظت، اگر سيم نول (صفر) به هر علتی قطع شود، اگر هم مصرف کننده اتصال بدنه نداشته باشد، باز هم ولتاژ تماس برابر با ولتاژ بین فاز شبکه و زمین (VE) در دستگاه ایجاد می شود بطوری که اگر شخص، دستگاه را لمس کند و در همان حالت به هادی دیگری که به زمین متصل است، دست بزند، جریان خطرناکی از بدن او عبور می نماید.

 
 
[list]
[list]
[*]حفاظت توسط ولتاژ کم
[/list][/list]

در این روش از ولتاژهای کمتر از ۲۴ ولت برای حفاظت استفاده میشود که این ولتاژ از یک ترانسفورماتور با دو سیم پیچ جداگانه فراهم می شود.

نکته: دستگاه هایی که از این سیستم حفاظت می شوند، برای سیم حفاظتی، به ترمینال نیازی ندارند و مدار جریان آنها را نباید به هیچ عنوان به زمین یا سیم نول و حتی به دستگاه های دیگری که با ولتاژ بالا کار میکنند وصل کرد.

 

نکته: دو شاخه دستگاه هایی که با ولتاژ کم کاری میکنند، باید با دو شاخه های معمولی (۲۲۰ ولت) فرق داشته باشد تا نتوان آنرا به پریزهای با ولتاژ بالا وصل کرد.

 
 
[list]
[list]
[*]حفاظت توسط ترانسفورماتور
[/list][/list]

این روش مشابه روش حفاظت توسط ولتاژ کم، از یک ترانسفورماتور برای تغذیه مصرف کننده استفاده می شود. فقط تنها فرق آن این است که در این روش، ولتاژ مصرف کننده از ۶۰ ولت بیشتر بود، و حتی میتواند برابر با ولتاژ شبکه باشد.

 لازم به ذکر است که به ثانویه ترانسفورماتور حفاظتی تنها باید یک مصرف کننده وصل شود زیرا اولا با اتصال بیش از یک مصرف کننده به ثانويه آن، احتمال خطر برق گرفتگی در صورت بروز اتصال بدنه همزمان دو مصرف کننده وجود خواهد داشت، ثانيا با صدمه دیدن یکی از سیمهای رابط و اتصال آن به زمین، اگر سیم رابط دیگر نیز به بدنه دستگاه اتصال یابد، باعث عبور جریان دیگری از شخص می شود که این خطرناک است زیرا اگر خود دستگاه با زمین در تماس باشد، فقط بخشی از جریان از بدن شخص عبور میکند که اغلب به علت کمتر بودن مقاومت محل تماس دستگاه به زمین از مقاومت بدن شخص این جریان کم است.

ولی اگر در همین حالت دستگاه توسط شخص از زمین جدا شود، جریان زیادی از بدن شخص عبور میکند که بسیار خطرناک است.

 
 
[list]
[list]
[*]حفاظت توسط کلید خطای جریان (FI)
[/list][/list]

کلید خطای جریان یا محافظ جان از یک محفظه که در آن یک کلید مغناطیسی و یک مبدل جریان قرار دارد، تشكيل می شود بطوریکه سیم پیچ ثانویه این مبدل، جریان رله مغناطیسی را تأمین می کند مجموع جریان یک یا سه فاز مربوط به دستگاهی که باید حفاظت شود از میان هسته حلقه ای شكل این مبدل جریان عبور می کند. (به علت اینکه دربار غیر متعادل، از سيم نول نیز جریان عبور میکند بنابراین این سیم نیز باید از داخل این حلقه عبور کند.)

                         اتصال محافظ جان در مدار

 

در صورتی که در مصرف کننده اتصال بدنه یا برق گرفتگی شخص وجود نداشته باشد، جریان ورودی و خروجی مصرف کننده با یکدیگر برابر و در خلاف جهت یکدیگر می باشند و میدان مغناطیسی ایجاد شده بوسیله هر یک از جریان ها نیز در هر لحظه برابر و در خلاف جهت یکدیگر می باشند لذا از هسته مبدل هیچ فوران مغناطیسی عبور نمی کند که در نتیجه در سیم پیچ ثانویه نیز هیچ ولتاژی القاء نشده و رله مغناطیسی عمل نمی کند.

ولی در صورت بروز اتصال بدنه در مصرف کننده یا برق گرفتگی شخص، جریانی از زمین به طرف نقطه صفر ترانسفورماتور شبکه عبور می کند در نتیجه جریانی که از داخلی حلقه به طرف مصرف کننده جاری می شود، بیشتر از جریانی خواهد بود که از داخل همان حلقه به شبکه باز می گردد، که این تفاوت جریان در هسته، عبور می کند، بیشتر باشد، مقدار جریان عبوری از سیم پیچ رله نیز بیشتر خواهد بود. در صورتیکه این جریان در حد نامی باشد، رله عمل کرد، و کلید اصلی را قطع می کند.

 
                                                                                                       نصب محافظ جان اشنایدر
 

 نکته ۱: این کلید، ولتاژهای تماس خطرناک را در مدت ۰/۲ ثانیه قطع می کند در صورتیکه از حفاظت توسط سیم نول یا توسط زمین استفاده شود، مدت زمانی زیادی تا عمل قطع طول می کشد.

 

نکته ۲: برخلاف سیستم حفاظتی نول و حفاظت توسط اتصال زمین، حفاظت توسط کلید FI به جریان نامی فیوز بستگی ندارد.

 

: نکته ۳: در صورت بروز اتصال کوتاه یا اضافه بار، فیوز FI عمل نمی کند و تنها در صورت برق گرفتگی و نشتی جریان عمل میکند لذا لازم است قبل از آن از فيوزهای معمولی استفاده شود.

 

نکته ۴: نصب و سیم کشی كليد FI ساده بوده و حفاظت توسط آن از انواع دیگر حفاظت مقرون بصرفه تر است.

 

توجه: هر کلید FI دارای یک شستی تست است که با آن می توان صحت عمل كليد را سنجید البته هنگامی که برق دار شود و در مدار قرار گیرد.

 

حفاظت توسط عایق کاری در این روش، نمای قسمت های در دسترس مصرف کننده را که در صورت بروز اتصال بدنه میتوانند نسبت به زمین ولتاژ داشته باشبند را عایق می نمایند.

(تمام بدنه دستگاه یا قسمت های الکتریکی) بطوری که موتور را توسط جسم عایق از بدنه و چرخ دنده ها و … جدا می کنند. (جسم عایق باید مقاوم بوده و فرسوده نشود.) این نوع حفاظت دارای علامت مشخصه می باشد.