حفاظت در مقابل جریان نشتی(Residual current) و حفاظت جان
قسمت اول:با توجه به خسارت های زیادی كه به علت برق گرفتگی و یا آتش سوزی ناشی از جریان نشتی، عارض انسان می گردد، استفاده از رله های نشتی یاب و یا محافظ جان اهمیت زیادی پیدا می كند. برای آشنایی شما دوستان عزیز، تصمیم گرفتم كه مطالبی را در این مورد ارایه نمایم.
دلیل استفاده از قطعات حفاظت از جریان نشتی:
عبور جریان الكتریكی از وسایل برقی همواره با خطر همراه بوده است. لوازمی كه دارای عایق‌بندی ضعیف و یا سیم‌كشی اشتباه هستند و یا استفاده غیر صحیح از آن‌ها می‌شود می‌توانند موجب خطرات عمده‌ای مانند آتش سوزی و برق گرفتگی شوند.
اتصال‌كوتاه و اضافه‌بار توسط قسمت حرارتی و مغناطیسی كلیدهای مینیاتوری محافظت می‌شوند ولی این قطعات نمی‌توانند مدارات را در مقابل جریان‌های نشتی كه خسارت‌های شدیدی را ایجاد می‌كنند، حفاظت نمایند.
جریان نشتی:
جریان نشتی اغلب بر اثر از بین رفتن و فرسودگی عایق بین رساناهای برق‌دار ویا بین رسانای برق‌دار و زمین، ناشی می‌شود . این مساله باعث می‌شود كه جریان الكتریكی از مسیر اصلی خود خارج شود كه به دنبال بالا رفتن حرارت می‌تواند تولید آتش‌سوزی كند. همچنین سطوح مرطوب وآلوده، این خطر را تشدید می نمایند. به دنبال بوجود آمدن جریان نشتی، 1- خطر آتش سوزی و صدمه دیدن تجهیزات برقی و 2- خطر برق‌گرفتگی تشدید می‌شود.
1- خطر آتش سوزی ناشی از جریان نشتی:
به دنبال بوجود آمدن جریان نشتی، افزایش حرارت ناشی از ازدیاد جریان (جریان نشتی + جریان بار) عایق رسانا را می‌سوزاند و یك رسانای لخت و یا با لایه‌ی نازكی از عایق به جا می‌گذارد. جریان نشتی كه از این رسانا عبور می‌كند تولید جرقه نموده و حرارت ناشی از این جرقه، رسانا را سوزانده و منجر به آتش سوزی می شود. در صورتی‌كه سطوح نزدیك به این رسانا آلوده و یا در مجاورت مواد آتش‌زا مانند چوب و غیره باشند آتش سوزی به سرعت گسترش می‌یابد. 30% از آتش سوزی‌های انبار و اماكن مسكونی ناشی از این آتش سوزی‌های الكتریكی می‌باشند. قابل ذكر است كه تنها 270 میلی آمپر كافی است تا آتش سوزی بوجود آید.
2- خطر برق گرفتگی ناشی از جریان نشتی :
برای تعریف خطر برق گرفتگی و یا خطرات ناشی از اتصالات برق، احتیاج به تعاریف اولیه‌ی زیر داریم:
تعریف آستانه :
- آستانه‌ی درك و یا آستانه‌ی واكنش: كه برای انسان تقریبا" غیر قابل محسوس بوده و به چندین پارامتر بستگی دارد:
الف- ناحیه‌ی تماس: ناحیه‌ای از بدن كه در تماس با جریان برق قرار گرفته باشد.
ب- شرایط تماس : خشكی, رطوبت، فشار و دما
ج- خصوصیات فیزیكی و مقاومت بدن افراد: مقدار متداول برای این واكنش، 5/0 میلی آمپر مستقل از زمان فرض شده است . - آستانه‌ی لرزش : كه آستانه‌ی قابل محسوس برای انسان می‌باشد و این آستانه، علاوه بر پارامترهای موجود در آستانه‌ی درك و واكنش، به پارامترهای دیگری مانند مقدار و فرم جریان، نیز بستگی دارد. به‌طور متوسط مقدار 10 میلی آمپر برای آستانه‌ی لرزش فرض می شود.
- آستانه‌ی انقباض عضلات و حمله قلبی: این آستانه، علاوه بر این‌كه به پارامترهای فیزیولوژیكی از قبیل آناتومی بدن، مقاومت بدن انسان و ... بستگی دارد به پارامترهای جریان (مقدار و فرم آن) نیز بستگی دارد. به طور مثال، برای شكل موج‌های كمتر از 1/0 ثانیه، انقباض عضلات برای مقدار جریان بیشتر از 500 میلی آمپر رخ می‌دهد و برعكس اگر مدت زمان عبور جریان از بدن انسان بیشتر باشد با چند میلی‌آمپر، همان آسیب به بدن انسان می‌رسد. از این‌رو‌ اگر مدت زمان عبور جریان و دامنه‌ی آن زیاد باشند امكان ایست قلبی وجود دارد.
قسمت دوم:تاثیرات جریان متناوب :
AC-1) غیر قابل محسوس و فاقد واكنش است.
AC-2) قابل محسوس می‌باشد ولی فاقد اثرات و آسیب فیزیولوژیكی است.
AC-3 (ممكن است اختلالات قابل برگشت در كاركرد و ضربان قلب رخ دهد كه معمولا" به اندام آسیب نمی‌رساند ولی احتمالگرفتگی و انقباض عضلات ماهیچه‌ای و مشكلات تنفسی وجود دارد.
AC-4) احتمال حمله قلبی، ایست تنفسی و سوختگی علاوه بر اثرات حوزه 3 وجود دارد.
C1: خطر حمله قلبی 5% است.
C2: احتمال وقوع حمله قلبی 50% است.
C3: احتمال وقوع حمله قلبی بیش از 50% است.
تاثیرات جریان مستقیم DC :
برخلاف جریان متناوب , تنها قطع و وصل جریان مستقیم احساس میشود و هیچگونه حس دیگری در طول عبور جریان در مرحله آستانه درك احساس نمی شود. تحت شرایطی در مقایسه با جریان متناوب , آستانه واكنش حدود 2 میلی آمپر در نظر گرفته شده است.
قسمت سوم:خطر خسارت و آسیب به تجهیزات برقی:
در بعضی از سیستم‌های earthing ممكن است جریان فاز به بدنه، چندین برابر جریان مجاز برسد و حرارت ناشی از این جریان زیاد، به سیم پیچ موتور و یا مدارهای مغناطیسی آن صدمه بزند.
تماس مستقیم و غیر مستقیم :
در تماس مستقیم، شخص به طور مستقیم یك سیم برق و یا قسمت برق‌دار یك وسیله‌ی برقی را لمس می‌كند.
درتماس غیر مستقیم، یك شخص، بدنه‌ی فلزی یك دستگاه را كه به طور اتفاقی برق دار شده است، لمس می‌كند.
به طور مثال، اگر مقاومت یك شخص كه روی كف عایق ایستاده است حدود 5 كیلو اهم باشد، این شخص با تماس با قسمت برق دار با ولتاژ 220 ولت دستگاه، جریان 44 میلی آمپر از بدنش می‌گذرد كه این جریان برای ایست تنفسی و حمله قلبی كافی است.
پارامتر مهم دیگر در برق گرفتگی، ولتاژ تماس یا Uc است. Uc حداكثر ولتاژی است كه خطری برای جان انسان ندارد. این ولتاژ حدود 50 ولت می‌باشد.
قسمت چهارم: استفاده از قطعات حفاظت در مقابل جریان نشتی (RCD) :
پس از توضیحات ارائه شده در مورد خطرات ناشی از جریان‌های نشتی ، لزوم استفاده از قطعاتی احساس می‌شودكه مدارات ، تجهیزات و از همه مهم‌تر جان انسان را در مقابل این جریان حفاظت می‌كنند. وظیفه‌ی كلید محافظ جان، قطع خودكار مدار در مواقع وجود جریان‌های نشتی است. در واقع كلیدهای RCD(Residual Current Detector) بر اساس حداكثر جریانی تعریف می‌شوند كه در بیشترین زمان می‌تواند از بدن انسان بگذرد و خطر برق گرفتگی نداشته باشد و همین‌طور حداكثر جریانی كه به تجهیزات و وسایل برقی صدمه نزند كه به این مقدار اصطلاحا" حساسیت كلید محافظ جان گفته می‌شود(این مقادیر از جدول‌های مربوط به تاثیرات جریان متناوب بربدن انسان گرفته شده‌اند).
حساسیت كلیدهای RCD با توجه به نوع حفاظت انتخاب می‌شوند:
-حفاظت انسان در مقابل تماس مستقیم : معمولا" 6 ، 10 و 30 میلی آمپر در نظر گرفته می‌شود. ولی به‌ دلیل قطع مكرر مدار به هنگام وقوع جریانهای نشتی 6 و 10 میلی آمپر ، بیشترین حساسیت مورد استفاده 30 میلی آمپر است.
- حفاظت انسان در مقابل تماس غیر مستقیم : معمولا" 300 و 500 میلی آمپر در نظر گرفته می‌شود. این نوع قطعات به صورت اجباری در سیستمهای TT و جهت ایمنی جانبی در سیستمهای TN وIT توصیه می‌شوند.
- حفاظت تجهیزات در مقابل خطر آتش سوزی : معمولا" 300 میلی آمپر در نظر گرفته شده می‌شود.
قسمت پنجم: عملكرد كلیدهای محافظ جان :
عملكرد كلیدهای محافظ جان در 3 بخش مختلف انجام می‌شود:
1. آشكارسازی جریان نشتی یا قسمت Detection كه وظیفه‌ی ردیابی جریان نشتی را برعهده دارد كه این قسمت توسط یك ترانس جریان (CT) انجام می شود.
2. اندازه‌گیری جریان نشتی بوجود آمده توسط یك رله كه جریان نشتی در مدار را با جریان حد كه همان حساسیت كلید و یا آستانه قطع است، مقایسه می‌كند.
3. واحد قطع مدار یا Tripping ، در این قسمت اگر جریان نشتی اندازه گیری شده، بیشتر از حساسیت كلید محافظ جان باشد، مدار قطع می‌شود.
DC-1: معمولا" فاقد واكنش می‌باشد, وقتی كه جریان قطع و وصل می‌شود، درد و سوزش كمی بروز می‌كند.
DC-2: معمولا" فاقد اثرات و آسیب فیزیولوژیكی است.
DC-3: ممكن است اختلالات قابل برگشت در كاركرد و ضربان قلب رخ دهد كه معمولا به اندام آسیب نمی‌رساند. ولی احتمالگرفتگی و انقباض عضلات ماهیچه‌ای و مشكلات تنفسی وجود دارد.
DC-4: احتمال حمله قلبی، ایست تنفسی و سوختگی علاوه بر اثرات حوزه‌ی 3 وجود دارد.
C1: خطر حمله قلبی 5% است.
C2: احتمال وقوع حمله قلبی 50% است.
C3: احتمال وقوع حمله قلبی بیش از 50% است.
لازم به ذكر است كه ارقام مربوط به اثرات جریان در مسیر دست چپ تا دو پا در نظر گرفته شده است.
برگرفته از " آشنایی بیشتر با قطعات حفاظت از جریان نشتی یا محافظ جان" ، اشنایدر
منبع :hydropower.blogfa.com
کلید محافظ جان انسان :
کلید محافظ جان انسان رله دیفرانسیل اتوماتیک که ظرف 2/0 ثانیه بر اثر بروز عیب مدار را به صورت تک فاز یا سه فاز قطع می کند . ( جدول مهندسی وسترمان )
کلید های حفاظت از جان از اصول حفاظت دیفرانسیل استفاده می کنند . بدین صورت که کلیه سیمهای فاز و نوترال شبکه وارد این کلید می شوند در داخل این کلید یک CT ترانسفورماتور جریان قرار دارد که کلیه سیمها از وسط هسته این CT عبور میکنند اولیه ترانس را تشکیل میدهند با این عمل و با توجه به خصوصیات CT جمع جبری جریانهای عبوری از داخل کلید بدست می آید حال در صورتیکه این مقدار بیشتر از 30میلی آمپر باشد کلید فیدر خروجی را قطع میکند .
به بیان ساده درصورت وجود جریان جریانهای وارد شده به سیستم توسط سیمهای فاز از طریق سیمها فاز و نول برنمی گردد.
مسلما هنگام برق گرفتگی مسیر جریان از فاز به بدن شخص و از بدن شخص به زمین خواهد بود جریان نشتی که باعث ایجاد جریان در خروجی CT کلید حفاظت از جان خواهد شد .
30 میلی آمپر حداکثر جریان مجاز عبوری از بدن انسان است که نمی تواند باعث بروز برق گرفتگی شود .
کلید محافظ جان به صورت سه فاز و تک فاز موجود است . که در نصب، این کلید ها در مسیر ورودی فاز و نول مصرفی قرار دارد . به عبارت دیگر فاز و نول داخل این کلید شده و به صورت سری در مسیر ورودی برق قرار می گیرد . به عنوان نمونه در منازل مسکونی این کلیدها بعد از کنتور برق قرار می گیرد و فاز و نول داخل این کلید شده و سپس به کلید مینیاتوری ها وارد می شود .
مقاوت بدن انسان در برابر جریان برق
آیامید انید :مقاومت بدن کاملاً خشک در برابر جریان برق >متناوب حدود اهم1640 >مستقیم حدود اهم 4250
اگرکف دست یک فرد روى زمین و نوک انگشتان به فاز بزند :
مقاومت نوک انگشتان تا کف دست حدود 16000 اهم و جریان غیر خطرناک براى انسان 25 میلى آمپر است.
U=R*I=16000*0.025=400V
شخص تا 400 ولت بدون خطر تحمل میکند.
کف دست زمین وکف دست فاز :
شخص تا 70 ولت بدون خطر تحمل میکند.
آلودگى ، روغن ، رطوبت و... مقاومت بدن را در برابر جریان برق کاهش میدهد.