اهمیت حفاظت الکتریکی

[علیرضا پورحبیب]

انرژی الکتریکی در زندگی ما کاربرد فراوانی دارد و به جرات می توان گفت که امروزه تمامی فعالیت های ما به نیروی برق وابسته است. ابزارهایی که ما با آن ها کار می کنیم یا با نیروی برق کار می کنند یا برای تولید شدن به نیروی برق احتیاج دارند. اما این نیروی حیاتی در کنار مزایا و منافع بیشمار، معایب و خطراتی نیز به همراه دارد و به راحتی می تواند به تجهیزات یا انسان ها آسیب برساند و همین مساله اهیمت حفاظت الکتریکی را دو چندان می کند.
حفاظت الکتریکی به دو دسته عمده تقسیم می شود:
-حفاظت تجهیزات الکتریکی 
-حفاظت الکتریکی و انسان
که برای هر دسته روش های مختلفی برای حفاظت الکتریکی تعریف شده است. اما سوال اینجاست که انرژی الکتریکی در چه شرایطی برای ما و تجهیزات و تاسیسات الکتریکی خطرساز است؟
 
۱- ولتاژ تماس

سیستم نیروی برق از یک شبکه توزیع فشار متوسط که انواع مختلفی دارد به شبکه توزیع فشار ضعیف می رود و مطابق شکل به خانه های ما می رسد. ولتاژ ۲۰ کیلو ولت شبکه های توزیع سه فاز، توسط ترانسفورماتور به ولتاژ ۲۰۰ ولت بین دو فاز و ۱۳۱ ولت بین فاز و نول کاسته شده و در اختیار مصرف کننده ها قرار می گیرد (از به هم وصل شدن یک سر سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور نقطه مرکزی N  یا نول بوجود می آید).

در این نوع ترانسفورماتورها نقطۀ مرکزی (N) به زمین وصل می شود. اتصال یک قسمت از شبکۀ الکتریکی، مستقیماً یا توسط امپدانس را با زمین (اتصال زمین الکتریکی) می نامند.

               شبکه توزیع و ترانسفورماتور محلی و چگونگی اتصال نقطۀ نول

 

به علت وجود نقطه اتصال به زمین در سیستم فشار متوسط، در ﺻﻮرت اﺗﺼﺎل ﻳﻚ ﻓﺎز ﺑﻪ ﺑﺪنۀ ﻓﻠﺰي دﺳﺘﮕﺎه اﺧﺘﻼف ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ ﺑﻴﻦ ﺑﺪﻧﻪ و زﻣﻴﻦ ﺑﻪ وﺟﻮد ﻣﻲآﻳﺪ. ﺣﺎل اﮔﺮ ﺷﺨﺼﻲ ﺑﺪنۀ دﺳﺘﮕﺎه را ﻟﻤﺲ ﻛﻨﺪ ﻣﺪار ﺑﺴﺘﻪ اي ﺷﺎﻣﻞ ﺳﻴﻢ ﻓﺎز، ﺑﺪن ﺷﺨﺺ، زﻣﻴﻦ و اﺗﺼﺎل ﺑﻴﻦ زﻣﻴﻦ و ﻧﻘطۀ  ﻣﺮﻛﺰي ﺗﺮاﻧﺴﻔﻮرﻣﺎﺗﻮر ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻣﻲ ﺷﻮد. جریان بوجود آمده در این مدار، از بدن شخص عبور می کند و چنانچه مقدار این جریان از ۰٫۰۵ آمپر بیشتر شود، خطرناک خواهد بود و ممکن است سبب برق گرفتگی و مرگ آن شخص شود و اهمیت حفاظت الکتریکی مشخص می شود.

[list]
[*]هر چه مقدار جریان عبور بدن زیادتر شود خطر مرگ از برق گرفتگی بیشتر می شود.

[*]ولتاژ تماس عبارت است از اختلاف پتانسیلی که در بدن شخص در هنگام برق گرفتگی ایجاد می شود.
[/list] 
 
۲- عبور جریان از زمین

ﻛﺮه زﻣﻴﻦ ﻣﺘﺸﻜﻞ از ﻋﻨﺎﺻﺮ و ﺗﺮﻛﻴﺒﺎت ﮔﻮﻧﺎﮔﻮن ﺑﻪ ﺧﺼﻮص ﻧﻤﻚ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ و رﻃﻮﺑﺖ اﺳﺖ. ﺣﺠﻢ ﻛﺮه زمین بسیار زیاد و بار الکتریکی آن ﺧﻨﺜﻲ اﺳﺖ ﻫﺮﭼﻪ از ﺳﻄﺢ زﻣﻴﻦ ﺑﻪ ﻃﺮف ﻋﻤﻖ آن ﺑﺮ روي پوسته زﻣﻴﻦ پیش می رویم ﺑﻪ دﻟﻴﻞ اﻓﺰاﻳﺶ رﻃﻮﺑﺖ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ زﻣﻴﻦ ﻛﻤﺘﺮ و درﻧﺘﻴﺠﻪ ﻫﺎدي ﺗﺮ ﻣﻲ ﺷﻮد. ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ ﺑﻪ ﻫﺮ ﻋﻠﺖ ﻳﻚ ﻓﺎز ﺑﺎ زﻣﻴﻦ ارﺗﺒﺎط ﺑﺮﻗﺮار ﻛﻨﺪ (ﻣﺴﺘﻘﻴﻤﺎً و ﻳﺎ ﺗﻮﺳﻂ ﺷﺨﺺ)، ﺟﺮﻳﺎن اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ در زﻣﻴﻦ ﺑﺮﻗﺮار ﻣﻲ ﺷﻮد.

اﮔﺮ ﺳﻴﻢ ﻓﺎز ﻣﺴﺘﻘﻴﻤﺎً ﺑﻪ زﻣﻴﻦ وﺻﻞ ﺷﻮد ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻛﻢ ﺷﺪن ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﺪار ﺷﺪت ﺟﺮﻳﺎن ﺑﻴﺸﺘﺮي در زﻣﻴﻦ ﺟﺎري ﻣﻲ ﺷﻮد.

 
۳- ولتاژ گام

نقطه ای که سیم فاز با زمین ارتباط برقرار می کند دارای بیشترین پتانسیل الکتریکی است و هرچه از آن نقطه (در جهات مختلف) دور شویم افت پتانسیل بیشتر و در نتیجه پتانسیل الکتریکی کمتر می شود.  هر چه از محل اتصال دور شویم پتانسیل الکتریکی کمتر می شود و در فاصلۀ تقریباً ۲۰ متری به صفر می رسد.

                             نحوه توزیع پتانسیل الکتریکی در اطراف نقطۀ تماس سیم فاز با زمین
 

چنانچه شخصی در داخل دایرۀ به مرکز نقطۀ اتصال سیم فاز به زمین به شعاع تقریباً ۲۰ متری ایستاده باشد، بین دو پای این شخص اختلاف پتانسیل V=V1 – V2 برقرار می شود که جریانی را در داخل بدن شخص عبور می دهد. این اختلاف پتانسیل را ولتاژ گام می نامند چنانچه ولتاژ گام از ۶۵ ولت تجاوز کند برای شخص خطر برق گرفتگی شدید ایجاد می شود.

                                                                             ولتاژ گام و ولتاژ تماس
 

ﺑﺮﺧﻲ ﻣﻮاﻗﻊ ﺑﺪون ارﺗﺒﺎط ﺷﺨﺺ ﺑﺎ ﺳﻴﻢ ﻓﺎز ﺷﺒکۀ اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ، ﺧﻄﺮ ﺑﺮق ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ اﻳﺠﺎد ﻣﻲ ﺷﻮد ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﺜﺎل،  ﻣﻲﺗﻮان از اﺻﺎﺑﺖ ﺻﺎﻋﻘﻪ ﺑﻪ زﻣﻴﻦ ﻧﺎم ﺑﺮد. ﻫﻨﮕﺎم اﺻﺎﺑﺖ ﺻﺎﻋﻘﻪ ﺑﻪ زﻣﻴﻦ ﻣﻘﺪار ﺑﺴﻴﺎر زﻳﺎدي ﺑﺎر اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ در ﺟﻬﺎت ﻣﺨﺘﻠﻒ و ﺑﺎ ﺳﺮﻋﺖ ﺑﺴﻴﺎر زﻳﺎد در زﻣﻴﻦ ﺟﺎري ﻣﻲ ﺷﻮد و ﭼﻨﺎن ﻛﻪ ﻣﻲداﻧﻴﻢ ﺣﺮﻛﺖ ﺑﺎر ﻫﻤﺎن ﺟﺮﻳﺎن اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ اﺳﺖ.

در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻣﺤﻞ وﻗﻮع ﺻﺎﻋﻘﻪ ﺑﻴﺸﺘﺮﻳﻦ ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ را داراﺳﺖ و ﻧﻘﺎط زﻣﻴﻦ، ﺑﻪ ﺗﺪرﻳﺞ ﻛﻪ از ﻣﺤﻞ وﻗﻮع ﺻﺎﻋﻘﻪ دور ﺷﻮﻳﻢ در اﺛﺮ اﻓﺖ ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ (در زﻣﻴﻦ) داراي ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﻛﻤﺘﺮي ﻣﻲﺷﻮﻧﺪ. در اﻳﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ ﺷﺨﺼﻲ ﻣﺴﺘﻘﻴﻤﺎً در ﻣﺤﻞ اﺻﺎﺑﺖ ﺻﺎﻋﻘﻪ ﻗﺮار ﮔﻴﺮد، ﻣﺮگ او ﺣﺘﻤﻲ ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد و ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ در دایرۀ ﺧﻄﺮ ﻣﺤﻞ اﺻﺎﺑﺖ ﺻﺎﻋﻘﻪ ﻗﺮار ﮔﻴﺮد، وﻟﺘﺎژ ﮔﺎم ﺑﻪ وي اﻋﻤﺎل ﻣﻲ ﺷﻮد. به دلیل اهمیت حفاظت الکتریکی ، تمامی دستگاه های برقی باید دارای سیستم ارت (سیستم اتصال به زمین) باشند تا بتوانند این پتانسیل زیاد به وجود آمده را به زمین منتقل کرده و ایمن باقی بمانند.