آنچه که در این مقاله خواهید خواند:

سیستم ارت

اختلاف ولتاژ و جریان الکتریکی بین دو نقطه با پتانسیل الکتریکی متفاوت رخ می دهد و یک جریان تنها زمانی می تواند از نقطه ای به نقطه ای دیگر، جاری شود که یک هادی یا مقاومت بین این دو نقطه غیر هم پتانسیل باشد. این موضوع در مورد بدن انسانی که دچار شوک الکتریکی می شود نیز صدق می کند. بدن باید بین دو پتانسیل ولتاژی متفاوت قرار گیرد، تنها در این صورت است که جریان الکتریکی می تواند از  بدن عبور نماید و دوباره خارج شود. در واقع جریان الکتریکی از یک نقطه یا عضوی از بدن وارد و از نقطه یا عضوی دیگر خارج می شود. از این فرآیند، به برقگرفتگی یاد می شود.

لمس تنها یکی از سیم های فاز یا نول  باعث برقگرفتگی نمی شود. به همین دلیل است که پرندگان می توانند با خیال راحت روی یک خط یا کابل برق فشار قوی بنشینند بدون اینکه دچار شوک الکتریکی شوند چرا که آنها فقط با یک سیم در تماس هستند و در نتیجه حلقه بسته یا مدار الکتریکی تشکیل نمی شود. جریان همواره در یک مدار بسته، جاری می شود و الکترون ها را از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل می کند، این مهمترین خصوصیت یک مدار الکتریکی است و تا زمانیکه دو نقطه از نظر پتانسیل الکتریکی در شرایط یکسان قرار نگیرند، انتقال الکترون بین دو نقطه، ادامه خواهد داشت.

از سوی دیگر،  فردی که پایش با زمین در ارتباط باشد و با همان سیم برق تماس بدنی داشته باشد،  دچار شوک الکتریکی می شود. این مورد دو دلیل دارد:

 اول اینکه فرد روی زمین ایستاده است .

دوم اینکه ترانسفورماتور یا ژنراتور برق نیز به زمین متصل است.

 از آنجایی که زمین رسانای الکتریسیته است و در این حالت مانند یک سیم یا هادی عمل می کند، مدار الکتریکی یا حلقه بسته تشکیل می شود و جریان الکتریکی یا جریان برق با میزان خطرناکی از بدن فرد عبور می کند. در شکل 1، شماتیک این فرآیند، نشان داده شده است.

شکل 1

فازمتر بر اساس همین عملکرد ساخته شده است، بطوریکه  یک جریان الکتریکی(بسیار کوچک) از خط فاز و از طریق یک لامپ نئون و یک مقاومت اهمی بالا در داخل پیچ گوشتی، از طریق بدن تکنسین به زمین می گذرد، از آنجایی که نول در شبکه الکتریکی و تاسیسات به زمین متصل می شود، مدار بسته تشکیل می شود و لامپ نئون هنگام تماس با خط روشن می شود و به این طریق وجود یا عدم وجود برق در یک هادی را مشخص می نماید. در شکل شماره 2 یک نمونه فازمتر را مشاهده می کنید.

شکل 2

سیستم زمین TNCS

به دلایل ایمنی، تاسیسات الکتریکی در ساختمان ها باید استاندارد های خاصی را رعایت کنند. استاندارد زمین، روش طراحی و آرایش سیستم ارتینگ را مشخص می کند و پیروی از آن و اجرای صحیح آن،  اهمیت ویژه ای در حفاظت دارد. یکی از رایج ترین سیستم های ارتینگ در جهان، از جمله کشورهای در حال توسعه،  سیستم زمین TNCS است.

TN-C-S: Terre Neutral combined Separate

مشخصه اصلی سیستم زمین TN-C-S اتصال هادی PEN ترکیبی به ساختمان و جداسازی هادی PE و هادی نول (N) بعد از نقطه ابتدایی و پنل اصلی برق یا در تابلو برق اصلی است.

در شکل شماره 3  ، سیستم زمین TN-C-S استاندارد به همراه  یک مصرف کننده فرضی نشان داده شده است.

شکل 3

یک طرف ترانسفورماتور به زمین اتصال دارد  و همچنین به عنوان هادی ترکیبی حفاظتی و نول (PEN) به سمت مصرف کننده ها و مشترکین هدایت می شود. هادی دیگر هادی فاز است. در نقطه توزیع خارج از خانه یا داخل تابلو توزیع ساختمان، هادی PEN جدا می شود و به دو هادی PE و نول(N) تقسیم بندی می شود. هادی PE را می توانیم در محل مصرف کننده، به زمین محلی یا زمین لوکال متصل نماییم. در نهایت سه سیم : هادی فاز، هادی حفاظتی یا PE و هادی نول یا  N به مصرف کننده تحویل می شود.

اما چرا در یک شبکه الکتریکی و مصرف کننده برق به یک سیستم ارتینگ نیاز است؟ و چرا سیستم ارتینگ به این روش اجرا می شود؟

سناریوهای خطا

جهت درک بیشتر خطر برقگرفتگی نیاز است سناریوهای خطا را بشناسیم، بطور کلی دو حالت خطای برقگرفتگی، متصور است:

• برقگرفتگی غیر مستقیم
• برقگرفتگی مستقیم

سناریو 1: خطر برقگرفتگی غیر مستقیم

اگر به دلیل نقص یا خطایی در یک دستگاه یا سیستم الکتریکی، اتصال فاز و یا نشت بخشی از فاز به بدنه آن دستگاه الکتریکی اتفاق بیافتد، موارد زیر رخ می دهد:

برق از خط فاز بر روی بدنه فلزی دستگاه معیوب، وارد می شود و در واقع به بدنه نشت می کند و با توجه به اینکه دستگاه مجهز به هادی زمین حفاظتی (هادی PE)  است و امپدانس و مقاومت مسر این هادی نسبت به قسمت های دیگر کم می باشد، جریان خطایی که به بدنه راه پیدا کرده یا نشت نموده است، از هادی PE می گذرد. از آنجایی که در سیستم زمین TNCS، هادی PE به هادی خنثی (N) متصل است، اتصال کوتاه رخ می دهد و فیوز یا قطع کننده مدار قطع می شود و در واقع حفاظت لازم را بعمل می آورد. دستگاه الکتریکی معیوب که باعث ایجاد خطا شده است، قطع شده و به اصطلاح، از مدار الکتریکی خارج می شود و به این طریق، عملکرد حفاظتی بدرستی انجام می شود.

در شکل شماره 4 مسیر عبور جریان خطا را مشاهده می کنید.

شکل 4

اگرسیستم الکتریکی به هادی PE مجهز نبود یا اتصال PE قطع شده بود، کلید حفاظتی خطا را تشخیص نمی داد و در نتیجه عمل حفاظت را انجام نمیداد و برق در بدنه فلزی دستگاه معیوب باقی می ماند و عواقب جانی و مالی را به دنبال داشت. در این حالت با لمس بدنه دستگاه معیوب، شوک الکتریکی حتمی است و امکان خطر جانی وجود دارد.

در این سناریو، با ایجاد اتصال کوتاه فاز با زمین و سپس با نول شبکه، کلید مینیاتوری یا MCB مدار را به طور ایمن قطع می کند، همانطور که می دانیم یکی از وظایف کلید MCB حفاظت در زمان اتصال کوتاه است. کلید مینیاتوری همچنین زمانی عمل می کند که جریان مصرفی یا جریان عبوری از آن، بسیار بیشتر از حد معمول باشد و جریان مصرفی از جریان نامی MCB یا کلید مینیاتوری بیشتر شود.

در سناریو اول خطر برقگرفتگی غیر مستقیم توضیح داده شد و فهمیدیم یک سیستم ارتینگ مناسب که بر اساس استاندارد اجرا شده باشد، چگونه می تواند خطر برقگرفتگی را تشخیص و مهار نماید و جان اشخاص را در مواقع خطر، نجات دهد.

سناریو 2: خطر برقگرفتگی مستقیم

در این سناریو، فرض می کنیم جریان برق بطور مستقیم از بدن شخص عبور کند، بعنوان مثال شخص به هر طریقی با هادی فاز بدون روکش و محافظ، برخورد بدنی داشته باشد یا به اصطلاح آنرا لمس نماید. در این حالت برق از بدن وی عبور کرده و از طریق پای وی که با زمین در ارتباط است، خارج شده و از طریق زمین، حلقه مدار را کامل می کند. در اینحالت با توجه به اینکه اتصال کوتاه اتفاق نمی افتد، کلید MCB یا کلید های مینیاتوری، جریان برق را قطع نخواهند کرد. از طرفی جریان برق عبوری از بدن شخص، ممکن است خیلی کم باشد و برای عملکرد کلید MCB کافی نباشد و یا در زمان مناسب حفاظت نکند، ولی این جریان  به اندازه کافی بزرگ هست که جان شخص را به خطر بیاندازد. بدن انسان در مقابل جریان های برق عبوری تا حداکثر 30 میلی آمپر می تواند تا لحظاتی، مقاومت نماید. البته زمان مقاومت هر شخص در مقابل عبور جریان برق، بسته به شرایطی مانند وزن وی و میزان مقاومت بدن و میزان رطوبت بدن و  محیط، متفاوت است.

در شکل شماره 5، یک تکنسین به طور تصادفی با یک المنت گرمایشی و در واقع خط فاز تماس پیدا می کند. این شکل، برقگرفتگی مستقیم را نشان می دهد، در واقع شخص بطور مستقیم با خط فاز برخورد یا تماس دارد.

شکل 5

از آنجایی که تکنسین روی زمین ایستاده است، جریان خطا از بدن او و از طریق هادی PEN به منبع انرژی باز می گردد. حتی اگر تکنسین مستقیماً خط را لمس نکند (نصف ولتاژ شبکه در تصویر)، ولتاژ و جریان عبوری به اندازه‌ای بالا هست که او را مجروح یا  جان وی را تهدید کند. مشکل مرگبار این است که جریان عبوری از بدنه دستگاه تنها چند میلی آمپر است و باعث تحریک کلید حفاظتی نمی شود.

یک MCB یا کلید مینیاتوری نمی تواند جریان های کوچک خطا را تشخیص دهد و بنابراین نمی تواند از افراد در برابر شوک الکتریکی و خطر برقگرفتگی مستقیم محافظت کند. برای حل این مشکل و حفاظت در این مواقع کلید یا تجهیزی با نام ” کلید جریان باقیمانده یا کلید RCD” اختراع و طراحی شده است.

کلید جریان باقیمانده یا RCD

کلید جریان باقیمانده یا Residual-Current Device که به اختصار به آن کلید RCD گفته می شود، یک سیستم ایمنی ساده و بسیار مهم است که از انسان در برابر شوک الکتریکی محافظت می کند. کلید RCD، جریان های خطای کوچکی که می تواند برای انسان کشنده باشد را تشخیص داده و برق مصرفی خروجی خود را قطع می کند. کلید RCD از تجهیزات متصل، در برابر خطاهایی مانند اضافه بار، آتش سوزی و سایر آسیب ها محافظت نمی کند. در نتیجه کلید های حفاظتی مانند کلید مینیاتوری و MCB ها همچنان مورد نیاز هستند. RCD ها معمولا بعد از کلید اصلی و قبل از MCB ها و کلید های مینیاتوری در تابلو برق توزیع نصب می شوند. در شکل 6 شماتیک قرارگیری یک کلید RCD، نشان داده شده است.

شکل (6)

انرژی الکتریکی از طریق خط فاز یا هادی زنده وارد مصرف کننده الکتریکی می شود و از طریق هادی نول به منبع بازمی گردد، در نتیجه در شرایط عادی و نرمال، جریان عبوری از خط فاز و جریان بازگشتی از هادی نول تقریبا یکسان خواهند بود.، ولی در شرایط خطا، بعنوان مثال تماس بدن یک شخص با هادی فاز، بخشی از جریان از طریق زمین و هادی PE به منبع بر می گردد. این بدان معنی است که بخشی از جریان برگشتی در حال دور زدن کلید RCD است. در نتیجه جریان برگشتی نول و جریان عبوری از فاز در این حالت متفاوت خواهند بود. RCD این نسبت جریان نامتعادل را تشخیص می دهد، یک کنتاکت داخلی را خاموش می کند و برق همه مصرف کنندگان را قطع می کند.  در شکل 7 این فرآیند نشان داده شده است.

شکل 7

فناوری داخل RCD در عین سادگی، پیچیدگی های خود را دارد. RCD دارای دو ترمینال ورودی فاز(L) و نول (N) و دو خروجی فاز و نول می باشد. هر دو هادی فاز و نول از کنتاکت های رله داخلی RCD عبور می کنند و سپس به سیم پیچ های روی یک هسته حلقوی متصل می شوند. در سیم پیچ سوم، زمانی که میدان مغناطیسی به وجود می آید، ولتاژ ایجاد می شود. این ولتاژ رله را تحریک کرده و سپس باعث تحریک RCD شده و در نهایت ولتاژ تغذیه را قطع می کند. در شکل 8، شماتیک داخلی یک کلید RCD نشان داده شده است.

شکل 8

در حالت عادی و بدون خطای عملکرد در شبکه مصرفی، این اتفاق نمی افتد، یعنی اختلافی بین جریان عبوری از دو سیم پیچ وجود ندارد، زیرا جریان عبوری ازسیم پیچ L و  سیم پیچ N یکسان هستند اما یکی از آنها معکوس است. هر دو در هنگام جریان یک میدان مغناطیسی ایجاد می کنند. اما به دلیل تغییر فاز 180 درجه ای، ولتاژ دریافتی در سیم پیچ سوم 0 ولت است و در نتیجه رله فعال یا تحریک نمی شود.

فقط اگر جریان عبوری از طریق هادی های L و N متفاوت باشد، ولتاژی ایجاد می شود که رله را خاموش می کند و کنتاکت ها را باز می کند. چنین جریان خطایی تنها زمانی می تواند اتفاق بیفتد که بخشی از جریان که وارد یک بار مصرفی می شود از طریق نول RCD برنگردد بلکه از طریق PE  یا هر مسیری دیگری غیر از مسیر اصلی، عبور کند.

آزمایش سالم بودن کلید RCD

کلیدهای RCD مجهز به یک دکمه فشاری هستند. هنگامی که دکمه فشار داده می شود یک جریان خطا ایجاد می شود که باعث تحریک رله و عمل نمودن آن می شود. این دکمه جهت تست و اطمینان از سالم بودن کلید  RCDبر روی آن در نظر گرفته شده است.

اکثر RCD ها با جریان 30 میلی آمپر تحریک می شوند. هر جریانی بالاتر از این میزان، به عنوان جریان باقیمانده یا خطا در کلید RCD طبقه بندی می شود. تنظیم RCD بر روی 30 میلی آمپر برای اکثر مصرف کننده ها مانند منازل مسکونی و بیمارستان ها، مناسب هستند.

در شکل 9 یک کلید RCD تکفاز را مشاهده می کنید.

شکل 9

برای جریان های مصرفی سه فاز RCD های سه فاز طراحی شده است. در کنار هادی نول، هر سه خط فاز از کلید RCD عبور می کنند. در نتیجه در صورتیکه جریان عبوری از هر یک از سه فاز از نول برنگردد، کلید RCD تشخیص داده و عمل کرده و از خطر احتمالی حفاظت می نماید.

در شکل 10 یک کلید RCD سه فاز، نشان داده شده است.

شکل 10

سیستم حفاظت تغذیه و مکمل ارتینگ سحاتاپ

دستگاه سحاتاپ سیستمی حفاظتی است که توسط کارشناسان شرکت تورال آذرخش پرگاس طراحی و تولید شده است، سحاتاپ یک سیستم حفاظتی و مکمل ارتینگ است، مهمترین عملکرد سحاتاپ کاهش چشمگیر مقاومت حلقه اتصال کوتاه است. سحاتاپ حداقل به اجرای یک الکترود میله ای نیازمند است و با اتصال به الکترود زمین، امپدانس کل اتصال به زمین را به کمتر از دو اهم کاهش می دهد.

یکی از مهمترین مشکلات در یک سیستم ارتینگ، دستیابی به مقاومت پایین الکترود اتصال به زمین است. در بسیاری موارد با توجه به نوع خاک منطقه و همچنین کمبود زمان و یا موقتی بودن محل اجرای سیستم زمین، امکان ایجاد سیستم زمین با مقاومت مناسب وجود ندارد و یا صرفه اقتصادی ندارد. از طرفی مقاومت الکترود زمین اجرا شده در گذر زمان و یا با تغییرات مشخصات زمین مانند تغییرات فصلی، کاهش رطوبت خاک، تغییرات آب و هوایی و تغییرات دمای خاک، تغییرات عمده ای خواهد داشت، این تغییرات شاید بر عملکرد یک دستگاه الکتریکی مانند موتور الکتریکی ، تاثیری محسوسی نداشته باشد ولی به راحتی می تواند بر عملکرد سیستم حساس الکترونیکی، کامپیوتری و مخابراتی تاثیر مخربی گذاشته و محیطی همراه با نویز را ایجاد نماید که در نهایت بهره وری سیستم های حساس را کاهش داده و در بسیاری موارد باعث آسیب های سخت افزاری و ضرر و زیان شود.

با مجهز نمودن شبکه الکتریکی خود  به سیستم سحاتاپ، سیستم های حساس علاوه بر حفاظت بیشتر، محیطی امن و عاری از نویزهای القایی و الکترومغناطیسی خواهند داشت و بهره وری آنها به شدت افزایش می یابد. سحاتاپ بصورت سری با مصرف کننده ها قرار می گیرد و بر اساس نوع مصرف کننده و میزان توان الکتریکی آنها، طراحی و تولید می شوند.

جهت اطلاعات بیشتر به سایت شرکت تورال آذرخش پرگاس مراجعه نمایید و با کارشناسان تورال در تماس باشید.

سخن پایانی 

در این مقاله از اهمیت حفاظت اشخاص از شوک الکتریکی و برقگرفتگی، صحبت کردیم، برق علاوه بر تمام مزیت هایی که برای ما دارد، خطراتی را نیز به دنبال دارد. ما در ابتدا باید خود و خانواده خود و دوستانمان را از این خطرات آگاه نماییم و سپس با کمک نظر کارشناسان این حوزه، تا آنجا که می توانیم خود و خانواده و همکاران خود را نسبت به خطرهای برق، ایمن نماییم.

کلید جریان باقیمانده یا RCD یک سیستم حفاظتی بسیار مهم در حفاظت از برقگرفتگی می باشد. همچنین مجهز بودن شبکه مصرف کننده به سیستم ارتینگ و اتصال زمین از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. ارتینگ مناسب علاوه بر حفاظت از اشخاص، باعث افزایش طول عمر تجهیزات و دستگاه های برقی و الکترونیکی و کامپیوتری می شود و بهره وری آنها را افزایش می دهد.