روش حفاظت الکتریکی و بررسی سیستم هماهنگی حفاظت الکتریکی
منظور از حفاظت الکتریکی چیست؟ حفاظت الکتریکی به مجموعه اقدامات و تجهیزاتی گفته میشود که برای جلوگیری از وقوع خطراتی نظیر شوک الکتریکی، حریق و خرابی دستگاه‌های الکتریکی و الکترونیکی به کار می‌رود. در تاسیسات برق ساختمان، موضوع هماهنگی حفاظت الکتریکی بسیار مهم است. پیاده سازی سیستم و هماهنگی حفاظت الکتریکی، یک سری استاندارد دارد که در ادامه به طور مفصل در موردشان توضیح داده شده است. شما به عنوان یک دانش پژوه، مهندس برق، پیمانکار، مهندس مکانیک ساختمان و… نیاز است تا با مفهوم هماهنگی حفاظت الکتریکی به طور کامل آشنا شوید. پس ادامه مطلب این تخصصی را بخوانید.
این اقدامات و تجهیزات لازم برای پیاده سازی و هماهنگی حفاظت الکتریکی
قبل از اینکه به سراغ مفهوم و روش هماهنگی حفاظت الکتریکی برویم، لازم است شما را با انواع روش های حفظات الکتریکی طبق مبحث سیزدهم آشنا کنیم.
قطعات حفاظتی: قطعات حفاظتی نظیر قطعات حفاظتی مدارهای الکتریکی، مدارهای محافظ حرارتی، قطعات حفاظت از شوک الکتریکی و قطعات حفاظت از ولتاژ بالا به کار می‌روند.
محافظ حرارتی: محافظ حرارتی به منظور جلوگیری از افزایش دمای دستگاه‌های الکترونیکی و الکتریکی به کار می‌رود. این محافظ‌ها دمای دستگاه را به طور مداوم نظارت می‌کنند و در صورت افزایش دما، دستگاه را خاموش می‌کنند.
سیستم‌های گرانشی: سیستم‌های گرانشی به منظور جلوگیری از سقوط دستگاه‌های الکترونیکی و الکتریکی به کار می‌روند. این سیستم‌ها با استفاده از وزن دستگاه و قوانین فیزیکی، در صورت افتادن دستگاه را محافظت می‌کنند.
سیستم‌های خنک کننده: سیستم‌های خنک کننده در دستگاه‌های الکترونیکی و الکتریکی به منظور جلوگیری از افزایش دما و خرابی دستگاه‌ها به کار می‌روند.
سیستم‌های قطع برق: سیستم‌های قطع برق در صورت وقوع خطراتی نظیر شوک الکتریکی و یا حریق، برق را قطع می‌کنند تا از وقوع صدمات جدی جلوگیری کنند.
به طور کلی، حفاظت الکتریکی به منظور جلوگیری از وقوع خطرات مربوط به برق و دستگاه‌های الکترونیکی و الکتریکی به کار می‌رود. این حفاظتها در صنایع، ساختمان‌ها، خانه‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی به کار می‌روند. در مبحث ۱۳ مقررات ملی ساختمان، به این موارد پرداخته شده است.
دوره پیشنهادی در حوزه تاسیسات الکتریک
از رایج ترین روش های حفاظت الکتریکی چیست؟
استفاده از قطعات حفاظتی رایج ترین روش حفاظت الکتریکی است. این روش شامل استفاده از قطعات حفاظتی نظیر قطعات حفاظتی مدارهای الکتریکی، مدارهای محافظ حرارتی، قطعات حفاظت از شوک الکتریکی و قطعات حفاظت از ولتاژ بالا میشود. در ادامه به طور تخصصی وارد این مبحث شده ایم.
هماهنگی حفاظت الکتریکی یعنی چه؟
هماهنگی حفاظت الکتریکی به معنای تنظیم و هماهنگی درست عملکرد تجهیزات حفاظتی در سیستم‌های الکتریکی است. در واقع، در یک سیستم الکتریکی، برای جلوگیری از خطرات برق و حریق، باید تجهیزات حفاظتی شامل فیوزها، قطعات حفاظتی مدارها، قطعات حفاظت از شوک الکتریکی، قطعات حفاظت از ولتاژ بالا و غیره با یکدیگر هماهنگ شوند.
به عنوان مثال، تنظیم فیوزها و قطعات حفاظتی مدارها باید با جریان و ولتاژ مدار سازگار باشد. همچنین، نصب قطعات حفاظتی در محل مناسب و با توجه به شرایط محیطی نظیر دما و رطوبت نیز بسیار مهم است. با هماهنگی درست تجهیزات حفاظتی، عملکرد سیستم الکتریکی بهبود می‌یابد و خطرات برقی به حداقل ممکن کاهش پیدا میکند. در نتیجه، هماهنگی حفاظت الکتریکی نیازمند شناخت دقیق از سیستم الکتریکی و تجهیزات حفاظتی آن است و برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم، باید توسط تکنسین‌های مجرب الکتریکی انجام شود.
برررسی و هدف از پیاده سازی سیستم حفاظت الکتریکی
از مهمترین اهداف شبکه‌‌های توزیع، شناسائی و جداسازی منطقه ای که در معرض خطا واقع شده است، تقلیل آثار مخرب یک خطا در مناطق سالم، کاهش خسارت به تجهیزات در محدوده وقوع خطا، تضمین پشتیبانی کافی در صورت عدم کارکرد وسیله حفاظتی در نظر گرفته شده، دستیابی تعادلی منطقی بین قابلیت اعتماد، سادگی و هزینه تجهیزات و تداوم برق رسانی به استفاده کنندگان است.
تامین اهداف فوق به طراحی صحیح سامانه حفاظتی شبکه بستگی دارد. یکی از وجوه مهم طراحی حفاظت الکتریکی، هماهنگی تجهیزات آن با یکدیگر است، که به طور مفصل به آن ها اشاره خواهد شد.
یک سیستم حفاظت الکتریکی خوب باید چه ویژگی هایی داشته باشد؟
۱ -به هنگام بروز خطا محل دقیق آن را تشخیص داده و از قطع بی‌مورد قسمت‌هائی از شبکه که در خطا سهمی ندارند جلوگیری کند.
۲ -تا آنجا که ممکن است به سرعت عمل کرده تا آسیب‌های وارد آمده محدود شوند.
شرایط فوق در تضاد با یکدیگر هستند و در صورت اهمیت به یک شرط، دیگری نقش کمتری پیدا میکند. بنابراین راه حل میانه ای باید برگزید.
پیاده سازی سیستم حفاظت الکتریکی برای چه بخش هایی ضرورت دارد؟
مقررات ملی ایران در مورد هماهنگی حفاظتها اشاره ای ندارد. استاندارد NEC در موارد زیر وجود حفاظت موضعی را اجباری دانسته است:
۱ -در تاسیسات درمانی حفاظت اتصال زمین
۲ -در مدار آسانسورها وقتی بیش از یک آسانسور با یک فیدر تغذیه میشود.
۳-در سیستم‌های برق اضطراری
در طراحی های سیستم‌های توزیع در کشور ما فرض میشود با یک سایز بالاتر بردن آمپراژ وسیله حفاظتی سمت تغذیه نسبت به سمت بار مشکل حل میشود. توضیحات بعدی نشان میدهد این عمل تا چه اندازه نادرست است.
تعریف شاخص ها و اصطلاحات در سیستم حفاظت الکتریکی
منظور از جداسازی کامل Total Selectivity (Discrimination) در حفاظت الکتریکی چیست؟
هماهنگی بین دو حفاظت سری بطوریکه در صورت بروز خطا در نقطه ای از شبکه تنها حفاظت بلافاصله بالادست آن قطع میشود و حفاظت بالادست به کار خود ادامه می دهد. البته جریان اتصال کوتاه نباید از میزان قابل تحمل حفاظت اول تجاوز کند.
جداسازی جزئی Partial Selectivity (Discrimination)
هماهنگی بین دو حفاظت سری بطوریکه در صورتی جریان اتصال کوتاه در نقطه خطا تا حد معینی باشد (در شکل زیر Is) نزدیکترین کلید به محل خطا قطع خواهد کرد، ولی در صورت تجاوز از این حد، هر دو حفاظت عمل خواهند نمود.
مسلم است که جداسازی کامل وضعیت مطلوب تری نسبت به حالت جزئی می باشد. ولی تامین آن در همه شرایط ممکن نیست که بعدا به آن پرداخته میشود.
منحنی های قطع نیز این دو وضعیت را نشان می دهند
جداسازی کامل – حداکثر جریان اتصال کوتاهی که کلید پائین دست میتواند تحمل کنند IscB است. هر جریانی کمتر از این میزان، باعث عمل ابتدا کلید B میشود.
جداسازی جزئی- جریان اتصال کوتاه نمیتواند از IscB بیشتر باشد و الا کلید B تحمل نخواهد کرد. حد جداسازی جزئی Imاست. در جریانهای کمتر از آن، ابتدا کلید B و در بیشتر از آن هر دو باهم عمل خواهند کرد.
جداسازی انتخابی Over current Trip Selectivity
هماهنگی دو یا چند وسییله حفاظتی به صورتی که در صورت وجود جریان خطائی در محدوده مشخصی تنها وسیله انتخاب شده عمل می کند و بقیه به کار خود ادامه می دهند.
حفاظت پشتیبان Back-up Protection
هماهنگی بین دو حفاظت به صورتی که وسیله بالادست تامین حفاظت در برابر جریان خطا را به تنهائی یا با کمک وسیله پائین دست به عهده می‌گیرد.
اضافه بار – (Overload Current)
میزان جریانی است که از جریان نامی یک حفاظت تجاوز می کند ولی از ۴ تا ۱۰ برابر جریان نامی بیشتر نیست. جریان اتصال کوتاه (Short-Circuit-Current) جریانهای خطای بالاتر از ۴-۱۰ برابر جریان نامی. اضافه جریان (Over Current) اضافه جریان به هر دو تعریف بالا اطلاق میشود. در منحنی های جریان زمان تجهیزات حفاظتی دو منطقه قابل تشخیص هستند.
منطقه اضافه بار Overload که از جریان نامی وسیله حفاظتی آغاز میشود و تا ۴-۱۰ برابر جریان نامی، بسته به نوع کلید ادامه دارد. منطقه اتصال کوتاه Short-Circuit Zone که جریانهای بالاتر از محدوده فوق را شامل میشود.
منطقه اتصال کوتاه منطقه اضافه بار
کلیدهای اتوماتیک از نظر تنظیم محدوده های عملکرد به ۳ دسته تقسیم می‌شوند:
قابلیت تنظیم محدوده عملکرد اضافه بر قابلیت تنظیم محدوده عملکرد اضافه بار غیر قابل تنظیم و اتصال کوتاه
اگر دو کلید بدون هیچ مدار دیگری، متوالی هم قرار داشته باشند، IA=IB خواهد بود. اگر در سمت بار علاوه بر کلید مورد نظر کلیدهای دیگری وجود داشته باشد.
LLOADS+IB=IA در این رابطه LLOADS مجموع جریان‌هائی است که در حالت کار عادی شبکه توسط همه بارها به غیر از مدار B که در آن اتصالی رخ داده است مصرف میشود. در حالت سوم علاوه بر مدارات متعدد در سمت بار کلیدهائی در تغذیه نیز داریم. تعریف LLoads همانند بالا است. n تعداد مدارات موازی با مدار اصلی در سمت تغذیه است. این‌ها جریانهای واقعی به هنگام بروز خطا شناخته می‌شوند.
شکل زیر وضعیت را بهتر نشان می دهد :
جداول حفاظت موضعی
رعایت قواعد جداسازی (حفاظت موضعی) به کمک منحنی های جریان-زمان امری وقت گیر و مشکل است. باید به گونه ای این منحنی ها به ترتیب روی یکدیگر قرار گیرند که همپوشانی با هم نداشته باشند. البته در پاره ای موارد صرف عدم همپوشانی منحنی ها کافی نیست و حاشیه ایمنی زمانی نیز باید وجود داشته باشد. سازندگان تجهیزات حفاظتی اعم از کلید اتوماتیک، فیوز و کلید مینیاتوری جداولی ارائه می دهند که در آنها مشخص میشود کدام وسایل حفاظتی با یکدیگر جداسازی کامل یا جزئی ایجاد می کنند و در کدام موارد هیچگونه جداسازی بین حفاظتها ممکن نیست.
کلید مینیاتوری با فیوز
نمونه ای از جداول جداسازی فیوز با کلید مینیاتوری دیده میشود. مقادیر عددی داخل جدول مقدار جریان اتصال کوتاهی را نشان میدهد که بالاتر از آن جداسازی کامل رخ نمی دهد. بنابراین با مقادیر اتصال کوتاه پائین تر از مقادیر جدول ابتدا کلید پائین دست و سپس بالادست قطع مینماید.
تعاریف مشخصه های قطع کلیدهای مینیاتوری مطابق با IEC 60898 چنین است:
کلید مینیاتوری با کلید مینیاتوری
جدول زیر هماهنگی کلیدهای مینیاتوری یک تولیدکننده را نشان میدهد. مسلم است نتایج حاصله فقط در مورد نوع خاص تعریف شده صدق می کند. علامت T نشان دهنده Total Selectivity یا جداسازی کامل است. بدین معناست که در هر جریان اتصال کوتاهی که در حد تحمل کلیدها باشد، کلید سمت بار زودتر از کلید سمت تغذیه عمل می کند. اعداد ذکر شده حداکثر جریان اتصال کوتاهی را نشان میدهد که حفاظت موضعی برقرار خواهد بود. بالاتر از آن جریان هر دو کلید با هم عمل می کنند.
کلید مینیاتوری با کلید اتوماتیک
توضیحات جدول همانند جدول جداسازی دو کلید مینیاتوری است.
جدول تولیدات یکی از سازندگان :
فیوز با فیوز
وسیله ای برای حفاظت مدارهای الکتریکی که در هنگام عبور جریان قوی مدار را قطع میکند فیوز است. منظور از فیوز با فیوز این است که جداسازی کامل بین دو فیوز از نوع یکسان ( فرضا هر دو gL یا هر دو gG ) که به صورت سری قرار گرفته اند در صورتی تامین میشود که جریان فیوز بالادست حداقل ۱/۶ برابر فیوز پائین دست باشد. بعضی از مراجع نسبت ۲ به یک را لازم دانسته اند.
سخن آخر در مورد هماهنگی حفاظت الکتریکی
تا اینجا مطلب در مورد مفهوم و پیاده سازی هماهنگی حفاظت الکتریکی آشنا شدید. اکنون اگر سوالی در این زمینه دارید میتوانید در زیر بنویسید. مهندسین سودا در اسرع وقت پاسخ میدهد. همچنین برای یادگیری عمیق تاسیسات برق ساختمان میتوانید در دوره های سودا شرکت کنید.
