اصول حفاظت الکتریکی و انواع تجهیزات حفاظتی

منظور از حفاظت الکتریکی اقداماتی است که باید در تأسیسات الکتریکی به عمل 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. در این مقاله انواع حفاظت الکتریکی را معرفی می کنیم و مهم ترین تجهیزات حفاظتی را بررسی می کنیم که سلامت انسان و دستگاه ها را تضمین می کنند و کاربرد زیادی دارند.

به طور کلی انواع حفاظت الکتریکی شامل موارد زیر می شود:

حفاظت انسان در برابر برق گرفتگی
حفاظت مصرف کننده ها و تجهیزات الکتریکی
حفاظت سیم و کابل

جریان اضافه بار مدار: اضافه جریانی که علاوه بر جریان نامی در مدار برقرار شود و مدار آسیب نبیند.

جریان اتصال کوتاه : اضافه جریان ناشی از بروز اتصالی با امپدانس بسیار کم بین هادی های برق دار مانند هر یک از فازها یا نول با ارت

همه اقلامی که برای تولید انتقال، توزیع و مصرف نیروی برق به کار می آید تجهیزات الکتریکی یا برقی نامیده می شود، مانند: ژنراتورها، ترانسفورماتورها، وسایل حفاظت مانند فیوزها، کلیدهای مینیاتوری، کلیدهای محافظ جان (RCD)، رله های کنترلی مانند رله ارت فالت، رله کنترل فاز و …، وسایل سیم کشی و دستگاه ها و وسایل مصرف کننده نیروی برق.

حفاظت از تجهیزات و مصرف کننده های الکتریکی باید در برابر هرگونه خطای احتمالی هم چون اتصال کوتاه و اضافه جریان صورت پذیرد. به منظور حفاظت تجهیزات به طور معمول قبل از دستگاه و مصرف کننده، تجهیزاتی مانند فیوزها، رله های حرارتی، کلید محافظ موتوری و … در مدار قرار می دهند. در واقع جهت حفاظت تجهیزات و مصرف کننده ها در مقابل اضافه بار از رله های حرارتی و برای حفاظت در مقابل اتصال کوتاه از فیوزهای ذوب شونده یا مغناطیسی استفاده می کنند. هم چنین برای دستگاه ها و مصرف کننده های الکتریکی خانگی از کلیدهای مینیاتوری بهره گرفته می شود که از تجهیزات هم در برابر اضافه بار و هم در مقابل اتصال کوتاه محافظت می کنند.

حفاظت اضافه جریان و اتصال کوتاه توسط بی متال، کلید حرارتی مغناطیسی، فیوز، کلید مینیاتوری، کلید اتوماتیک و کلید هوایی انجام می شود.

به طور مثال در یک ساختمان هادی حفاظتی یا ارت به منظور اتصال بدنه دستگاه های الکتریکی به زمین از طریق شینه یا ترمینال اتصال زمین حفاظتی در تابلو توزیع فرعی و هم چنین اتصال دو شینه ارت در تابلو توزیع فرعی و اصلی و سپس اتصال شینه ارت تابلو توزیع اصلی به ترمینال اصلی اتصال زمین، استفاده می شود.

هادی اتصال زمین به قسمتی از سیم زمین می گویند که الکترود زمین را به ترمینال اصلی اتصال زمین وصل می کند.

به یک یا چند قطعه هادی که با زمین به صورت مستقیم در تماس هستند و با آن اتصال الکتریکی دارند، الکترود زمین می گویند.

الکترود زمین از لحاظ شکل و نحوه قرارگیری در زمین به موارد زیر تقسیم بندی می شود:

الکترود صفحه ای

الکترود قائم

الکترود افقی

الکترودها به اشکال مختلف ساخته می شوند:

(الف) میله های مسی معمولاً با چکش در زمین کوبیده می شوند این میله ها دارای نوک تیز فولادی هستند که فرو رفتن در زمین را آسان می کند. پس از کوبیدن یک میله می توان میلۀ دیگری به آن پیچ کرد و کوبیدن را ادامه داد تا میله با طول مورد نظر تا حدود ۳ متر به دست آید.

(ب) صفحه های مسی یا الکترودهای صفحه ای در مناطق مرطوب حداقل پوشش خاک از لبه بالایی صفحه باید ۱/۵ متر باشدو در غیر این صورت الکترود صفحه ای در عمق بیش تر از ۳ متر برای رسیدن به لایه های نمناک زمین نصب می شود. در هر حالت صفحه به صورت عمودی در زمین قرار می گیرد.

(ج) غلاف یا زره فلزی کابل های زیر زمینی امروزه بیش تر به عنوان الکترود زمین و سیم زمین مورد استفاده قرار می گیرد. غلاف و زره کابل در پست به نوترال متصل هستند. در این سیستم ها در صورت اتصالی، جریان از غلاف یا زره عبور کرده و به زمین نفوذ نمی کند. در بسیاری از موارد برای کاهش دادن مقاومت زمین از مجموعه میله ها استفاده می کنند و با اتصال الکتریکی آن ها به یکدیگر آنها را به صورت الکترود واحد مورد استفاده قرار می دهند. اما نکته قابل توجه این است که مقاومت بین الکترود و زمین بستگی به مقاومت ویژه زمین دارد که خود بسته به جنس زمین و میزان رطوبت دارد.

– در ابتدا هر تابلو باید به یک کلید اصلی جدا کننده قابل قطع و وصل زیر بار و یا کلیدخودکار به عنوان مجزا کننده مجهز شود.

– وسیله حفاظتی هر تابلو (فیوز، کلید مینیاتوری) باید مجزا و مخصوص به آن تابلو باشد. جریان نامی این وسیله حفاظتی باید متناسب با مصارفی که توسط آن تابلو تغذیه می شوند و جریان مصرفی کل تابلو انتخاب شود.

– در صورتی که کلید اصلی تابلو، کلید اصلی جدا کننده زیر بار بود، باید فیوز در طرف مصرف کلید یعنی بعد از کلید قرار بگیرد تا امکان تعویض فیوز در حالت بی بار وجود داشته باشد.

– مدار تغذیه کننده وسایل کنترل و اندازه گیری که از سیستم برق تابلو تغذیه می شوند، مانند لامپ سیگنال، آمپرمتر، وات متر یا پاورمتر باید دارای وسیله حفاظتی مناسب باشند.

۱- اگر فیوز در ابتدای خط قرار گیرد هم مصرف کننده و هم خط را در برابر اتصال کوتاه و اضافه جریان محفاظت می کند اما اگر فیوز در انتهای خط و نزدیک مصرف کننده قرار بگیرد، فقط مصرف کننده را در برابر اتصال کوتاه و اضافه جریان محافظت می کند.

٢- هنگام نصب فیوزها مخصوصاً در تابلوهای توزیع همواره باید فیوزهای اول خط دارای مقادیر بیشتری نسبت به فیوزهای انتهای خط باشند و همچنین فیوزهای کند کار باید جلوتر از فیوزهای تند کار نصب شوند.

توجه به این مطلب بسیار مهم است که در صورت بروز اتصال کوتاه در یک دستگاه، ابتدا باید فیوزی عمل کند که در نزدیکترین فاصله نسبت به آن دستگاه قرار دارد.

٣- فیوزهایی که بر اساس جریان راه اندازی موتور انتخاب می شوند قادر نیستند موتور را در برابر اضافه بار (افزایش جریان کمی بیشتر از جریان نامی) محافظت کنند. در این موتورها معمولاً حفاظت اضافه بار به کمک رله حرارتی یا بی متال انجام می شود.

۴- در موتورهای آسنکرون رتور قفسی که مستقیماً به شبکه وصل می شوند از فیوز کند کار با جریان نامی به اندازه ۱/۵ تا ۲/۵ برابر جریان نامی موتور می توان استفاده کرد.

۵- در موتور آسنکرون با رتور سیم پیچی شده با موتورهای آسنکرون با راه انداز ستاره، مثلث از فیوز کند کار می توان استفاده کرد.

۶- در لحظه وصل ترانسفورماتور به شبکه به دلیل اشباع هسته، جریان زیادی از سیم بندی اولیه می گذرد که به جریان هجومی معروف است.

به همین دلیل در اولیه ترانسفورماتور از فیوز کند کار با جریان نامی به اندازه دو برابر جریان نامی اولیه و در ثانویه از فیوز کند کار با جریان نامی به اندازه جریان نامی ثانویه می توان استفاده کرد.

۷- هنگام وصل خازن ها به بار یا شبکه، جریان زیادی در لحظه وصل از مدار آن ها می گذرد. به همین دلیل می توان از فیوز کند کار با جریانی برابر با ۱/۵ برابر جریان نامی خازن ها برای حفاظت مدار استفاده کرد.

به منظور حفاظت موتورهای الکتریکی در مدار به ترتیب از تجهیزات زیر استفاده می شود:

۱- کلید جدا کننده زیر بار مثل کلید گردان

۲- جهت حفاظت اتصال کوتاه نیز از فیوز استفاده می شود که این فیوز بر اساس جریان نامی موتور طراحی می شود و به روش راه اندازی موتور الکتریکی بستگی ندارد. ( می توان کلید-فیوز را جای گزین کلید گردان و فیوز نمود.)

۳- کنتاکتور جهت قطع و وصل و کنترل موتور

۴- از رله حرارتی که به کنتاکتور وصل می شود، به منظور حفاظت در برابر اضافه بار استفاده می شود.

۵- رله کنترل فاز