روش های حفاظت در برابر برق گرفتگی و آتش سوزی
در بحث حفاظت در برابر برق گرفتگی ابتدا به معرفی خطرات ناشی از برق و انواع برق گرفتگی می پردازیم. خطرات عمده ناشی از برق شامل دو مورد است:
- برق گرفتگی
- آتش سوزی
حفاظت اشخاص در برابر خطر برق گرفتگی
حفاظت افراد در برابر خطر برق گرفتگی
عامل مؤثر خطر برای انسان یا هر موجود زنده دیگر در تأسیسات الکتریکی (کارخانجات و منازل و…) جریان است. البته وجود اختلاف پتانسیل که باعث عبور این جریان می شود نیز مهم است. در سیستم های فشار ضعیف و در هنگام برق گرفتگی، عبور جریان های از ۰٫۱ آمپر به بالا از قلب، خطر جانی به دنبال دارد. آزمایش ها و بررسی های مختلف نشان می دهد که:
– جریان های تا ۰٫۰۲ آمپر برای انسان قابل تحمل است.
– جریان های تا حدود ۰٫۰۵ آمپر خطرناک است.
– جریان های از ۰٫۱ آمپر به بالا خطر جانی دارد.
در صورت اتصال یک فاز به بدنه هادی دستگاه، اختلاف پتانسیلی بین بدنه و زمین به وجود می آید. حال اگر شخصی بدنه دستگاه را لمس نماید، بین محل تماس بدن این شخص و زمین ولتاژی به وجود می آید که ولتاژ تماس نامیده می شود.
با توجه به اینکه معمولاً مقاومت بدن یک شخص بین ۱۳۰۰ تا ۳۰۰۰ اهم است و جریان بیش از ۵۰ میلی آمپر (۰٫۰۵ آمپر) برای بدن انسان خطراتی در بر دارد، بنابراین می توان ولتاژ قابل تحمل برای انسان را با ضرب نمودن مقاومت بدن در جریان خطرناک برای بدن، محاسبه نمود.
روش های حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی
برق گرفتگی در دو حالت ممکن است رخ دهد:
- برق گرفتگی ناشی از تماس مستقیم : به برق گرفتگی در اثر تماس مستقیم با قسمت های برق دار تأسیسات برقی گفته می شود. در واقع مانند زمانی که فرد مستقیماً با فاز تماس پیدا کند.
- برق گرفتگی ناشی از تماس غیر مسقیم : به برق گرفتگی در اثر تماس با بدنه های هادی یک وسیله برقی یا قسمتی از تجهیزات گفته می شود. مانند زمانی که بدنه فلزی دستگاه در اثر اتصال با فاز برق دار شده و فرد بدنه دستگاه را لمس می کند.
بر همین اساس روش های مختلفی برای جلوگیری و حفاظت از افراد در برابر خطر برق گرفتگی تعریف می شود که در این مقاله بررسی می کنیم :
۱- حفاظت در برابر برق گرفتگی ناشی از تماس مستقیم
روش های پیش رو به منظور این حفاظت شامل موارد زیر است:
- حفاظت با استفاده از عایق بندی قسمت های برق داری که می توانند در دسترس افراد باشند.
- حفاظت از طریق حصارکشی (به طور مثال در پست های برق) و هم چنین استفاده از محفظه ها مثل تابلو برق و جعبه کلید و پریز
- حفاظت از طریق استقرار خارج از دسترس: به طور مثال حفظ حریم شبکه های برق رسانی
- ایجاد محدودیت جریان احتمالی عبوری از بدن شخص به مقدار کمتر از جریان برق گرفتگی ۳۰ میلی آمپر با استفاده از تجهیزاتی جریان تفاضلی مانند کلید محافظ جان (RCD) به عنوان حفاظت اضافی. این یعنی به منظور حفاظت در تماس مستقیم به صرف استفاده از کلید جریان باقیمانده یا RCD، نباید از دیگر حفاظت های گفته شده در این حالت چشم پوشی کرد، زیرا ممکن است کلید محافظ جان در شرایطی مانند تماس هم زمان دو فاز یا یک هادی و نول، عمل نکنند.
- بهره گیری از ولتاژ در حد پایین که به این منظور از منابع تغذیه با ولتاژ ایمنی خیلی پایین (SELV، PELV، FELV)، (تجهیزات کلاس III) استفاده می شود.
بیشتر بخوانید:
برای جلوگیری از برق گرفتگی چه کنیم؟
شناسایی خطرات برق گرفتگی
– تامین حفاظت در برابر برق گرفتگی از طریق لباس و کف پوش عایق
یکی از روش های اساسی حفاظت کارگران، جدا نمودن فرد به وسیله دست کش، کلاه، لباس و کفش حفاظتی که از مواد عایق ساخته شده و فرد را در مقابل ورود جریان الکتریکی به بدن محافظت می کند. همچنین برای جلوگیری از خروج جریان الکتریکی از بدن، کف محل کار را با مواد عایق مانند فرش لاستیکی پوشانیده و یا از زیر پایی یا چهار پایه با پایه های عایق استفاده گردد.
– حفاظت در برابر برق گرفتگی به وسیله عایق کردن
در این روش تمام قسمت در دسترس مصرف کننده را که در صورت اتصال به بدنه می توانند نسبت به زمین ولتاز داشته باشند عایق می نمایند برای این کار می توان تمام بدنه دستگاه را عایق نمود و یا اینکه تمام قسمت های الکتریکی مانند کلید و ترمینال ها و موتور را توسط جسم عایق از بدنه و چرخ دنده و… جدا نمود. سیم عایقی که بدین منظور به کار می رود باید مقاوم بوده، فرسوده نشده و صدمه نبیند.
دستگاه هایی که به وسیله عایق کردن حفاظت می شوند دارای سیم های رابط بدون سیم حفاظتی هستند (مانند دستگاه های متحرک خانگی از قیبل جاروبرقی، رادیو و …) می توان با عایق کردن اطراف محل قرار گرفتن دستگاه مانند کف زمین و دیوار نیز اشخاص را در برابر ولتاژ تماس نسبت به زمین حفاظت نمود، باید توجه داشت که چنین حفاظتی تنها برای دستگاه هایی که در یک محل ثابت هستند می توانند اجرا شوند این نوع حفاظت دارای علامت مشخصه هستند.
بیشتر بخوانید: عایق بندی الکتریکی و بررسی کلاس عایقی تجهیزات
۲- حفاظت در برابر برق گرفتگی ناشی از تماس غیر مستقیم
به طور کلی این نوع حفاظت به دو صورت با قطع تغذیه مدار یا بدون قطع مدار انجام می گیرد.
حالتی که حفاظت منجر به قطع خودکار مدار شود:
در این حالت وجود الکترود اتصال به زمین در همه سیستم های TN، TT و IT لازم است. مشخصات سیستم اتصال زمین در این سیستم ها ممکن است متفاوت باشد و سیستم اتصال به زمین مناسب یکی از این سیستم ها الزاماً برای سیستم دیگر مناسب نباشد. انواع حفاظتی که منجر به قطع مدار می شود شامل موارد زیر است:
۱- حفاظت با ایجاد محدودیت جریان احتمالی عبوری از بدن شخص از طریق کلید محافظ جان (RCD)
شدت جریان باقی مانده عامل در کلید محافظ جان بسته به این که به چه منظور و در کجا استفاده می شود می تواند در حد چند میلی آمپر تا چند آمپر باشد.
استفاده از کلید RCD بدون هادی حفاظتی یا ارت (PE) ممنوع است. بنابراین در سیستم TNC که ارت جداگانه وجود ندارد، باید سیم ارت را به قسمتی از مدار که می خواهیم تحت پوشش کلید جریان باقیمانده (RCD) اضافه کنیم تا ان قسمت از مدار به سیستم TN-S تبدیل شود.
به طور کلی کلید RCD به تنهایی فایده ندارد و استفاده از آن، نصب سایر تجهیزات حفاظت در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه مانند کلید اتوماتیک، کلید مینیاتوری و فیوز را نفی نمی کند. کلید محافظ جان یا RCD باید یعنی بعد از سایر قطعات هم چون کلید مجزا کننده، فیوز، کلید اتوماتیک یا کلید مینیاتوری در مدار نصب شود. یعنی در واقع RCD باید آخرین قطعه ای باشد که در طرف مصرف مدار نصب می شود. در ادامه مقاله به توضیحات بیشتر در مورد حفاظت افراد از طریق محافظ جان می پردازیم.
۲- حفاظت در برابر برق گرفتگی با استفاده از هادی حفاظتی ارت و قطع اتوماتیک تغذیه مدار به وسیله تجهیزاتی مانند کلید مینیاتوری و فیوز در زمان برابری جریان یا افزایش جریان به بیش تر از جریان برق گرفتگی
حالتی که حفاظت بدون قطع تغذیه و مدار و بدون استفاده از سیم ارت، حفاظت صورت می گیرد شامل موارد زیر است:
۱- حفاظت در برابر برق گرفتگی با استفاده از تجهیزات با عایق بندی دوبل که در رده عایق بندی کلاس II قرار می گیرند. نماد تجهیزات کلاس II به شکل زیر است:
۲- استفاده از تجهیزات با ولتاژ ایمنی خیلی پایین که در رده عایق بندی کلاس III قرار می گیرند. (منابع SELV، PELV، FELV) نماد تجهیزات کلاس III به شکل زیر است:
۳- حفاظت از طریق هم بندی به منظور هم ولتاژ نمودن و بدون اتصال زمین
۴- حفاظت از طریق کف پوش و عایق
۵- حفاظت از طریق جدایی الکتریکی مثل ترانسفورماتور ایزوله در سیستم IT
همان طور که قبلاً اشاره شد یکی از راه های حفاظت در برابر برق گرفتگی ناشی از تماس غیر مستقیم و با قطع مدار، حفاظت از طریق هادی حفاظتی یا ارت است:
حفاظت به وسیله سیستم زمین یا ارت
روش دیگر برای حفاظت در برابر برق گرفتگی ایجاد سیم اتصال به زمین است. حفاظت توسط سیم زمین، نوعی از حفاظت است که در آن قسمت های هادی دستگاه که با شبکه تغذیه، ارتباط الکتریکی ندارند، توسط سیم به زمین (تأسیسات زمین) وصل می شوند
در سیستم اتصال زمین بدنه هادی تمام تجهیزات الکتریکی از طریق هادی حفاظتی ارت به شینه اتصال زمین در تابلو توزیع متصل می شوند. هادی هم بندی نیز به شینه اتصال زمین در تابلو متصل می شود. پس از آن شینه اتصال زمین تابلو توزیع فرعی از طریق سیم ارت به شینه اتصال زمین در تابلو توزیع اصلی وصل می شود که این شینه نیز از طریق سیم ارت به ترمینال اصلی اتصال زمین وصل می شود. در نهایت این ترمینال از طریق هادی اتصال زمین به الکترود زمین متصل می شود.
در صورت اتصال اتفاقی فاز با بدنه دستگاه الکتریکی در شرایطی که از سیستم زمین استفاده نشود و بدنه دستگاه الکتریکی توسط ارت زمین نشود، با تماس دست انسان با بدنه دستگاه، همان طور که در شکل زیر می بینید، جریان الکتریکی از بدن انسان عبور می کند و موجب برق گرفتگی می شود.
تا زمانی که اتصال بدنه در دستگاه الکتریکی وجود نداشته باشد، قسمت های حفاظت شده دستگاه هم پتانسیل با زمین خواهند بود و اگر به هر دلیل قسمت های الکتریکی دستگاه به بدنه اتصال پیدا کنند جریانی از بدنه دستگاه و از طریق سیم وصل شده به الکترود زمین و زمین به نقطه صفر ستاره ترانسفورماتور شبکه جاری می شود. به عبارتی دیگر نوعی اتصال کوتاه فاز به زمین رخ خواهد داد.
در شکل زیر مشاهده می کنید که در صورت بروز اتصال اتفاقی سیم فاز به بدنه دستگاه و تماس دست با بدنه، اگر سیستم زمین اجرا شده باشد مسیر عبور جریان از سیم ارت متصل به بدنه و به زمین خواهد بود و فرد از برق گرفتگی در امان می ماند.
در شکل زیر مشاهده می کنید که در صورت بروز اتصال اتفاقی سیم فاز به بدنه دستگاه و تماس دست با بدنه، اگر سیستم زمین اجرا نشده باشد چون مسیر دیگری بر سر راه جریان نیست، مسیر عبور جریان از بدن انسان خواهد بود و فرد دچار برق گرفتگی خواهد شد.
تأمین حفاظت افراد به وسیله محافظ جان
محافظ جان وسیله ای است که در ورودی تابلو ها به منظور حفاظت در برابر برق گرفتگی نصب شده و در صورت وجود اختلاف بین جریان ورودی و خروجی دستگاه، عمل کرده و چنانچه اتصال بدنه در دستگاه ایجاد شود و به فرار جریان به زمین منجر گردد، میزان جریان خروجی دستگاه کمتر از جریان ورودی خواهد شد. جریان ورودی و خروجی در دو سیم پیچ که در جهت مخالف یکدیگر پیچیده شده، وارد می شوند در حالت عادی که اتصال بدنه وجود ندارد. جریان در هر دو سیم پیچ یکسان بوده ، میدان مغناطیسی ایجاد نمی گردد، ولی در اثر اختلاف بین دو جریانی که در این دو سیم پیچ وارد می شود، میدان مغناطیسی ایجاد شده و هسته مغناطیسی باعث قطع مدار می گردد.
زمان قطع مدار در حدود ۳۰ میلی ثانیه بوده و به این طریق اتصال به بدنه در این مدت کوتاه قطع می گردد و اگر فرد با دستگاهی که به این وسیله مجهز است تماس پیدا کند، از خطر برق گرفتگی محافظت می گردد.
این کلید به گونه ای طراحی شده است که با بروز هرگونه عدم تعادل غیر معمول در جریان های تک فاز یا سه فاز تجهیزات (عمدتاً ناشی از اتصال بدنه) عمل کرده، مدار تغذیه این تجهیزات را قطع می کند. در کلید محافظ جان سیم های حامل جریان تک فاز یا سه فاز دستگاهی که بوسیله این کلید حفاظت می شود، از میان هسته حلقوی ترانسفورماتور جریان عبور می کنند. از آنجا که در بار نا متعادل سه فاز، از سیم نول (MP یا N) نیز جریان عبور می کند، این سیم نیز باید از داخل هسته حلقوی عبور کند.
جریان هر یک از فازها در هسته حلقوی میدانی ایجاد می کند. در حالت تک فاز، در صورتی که در مصرف کننده، اتصال بدنه وجود نداشته باشد جریان سیم های ورودی و خروجی مصرف کننده (جریان های فاز و نول) با یکدیگر برابر و در خلاف جهت یکدیگر بوده و میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط هر یک از جریان ها نیز در هر لحظه برابر و در خلاف جهت یکدیگر است و در نتیجه میدان ها همدیگر را خنثی کرده، از هسته ترانسفورماتور جریان، هیچ فورانی عبور نمی کند و هیچ ولتاژی نیز در سیم پیچ ثانویه آن القا نخواهد شد، در نتیجه رله مغناطیسی تحریک کننده کلید عمل نخواهد کرد.
در صورتی که قسمت های الکتریکی دستگاهی که به وسیله کلید محافظ جان حفاظت می شود به بدنه آن اتصال پیدا کنند، جریانی از زمین به طرف نقطه صفر ترانسفورماتور شبکه عبور خواهد کرد.
این جریان باعث می شود که تعادل جریان های عبوری از هسته حلقوی ترانسفورماتور کلید محافظ جان، از بین برود و در نتیجه فوران عبوری از این هسته دیگر برابر صفر نخواهد بود. فوران ایجاد شده باعث القای ولتاژ در رله مغناطیسی و عملکرد کلید اصلی خواهد شد.
در صورتی که کلید محافظ جان RCD یا محافظ جان ترکیبی RCBO همان طور که در شکل زیر نشان داده شده، در مدار نصب شده باشد؛ در صورت اتصال اتفاقی فاز به بدنه و تماس دست با بدنه دستگاه، با عبور جریان از بدن شخص و ایجاد اختلاف جریان بین I1 و I2 به میزان ۳۰ میلی آمپر و بیشتر، کلید RCD یا RCBO تریپ می کند و منجر به قطع مدار و نجات فرد از برق گرفتگی می شود. لازم به ذکر است وجود هادی حفاظتی (سیم ارت) جهت اتصال بدنه دستگاه الکتریکی به زمین ضروری است. در این حالت، در صورت اتصال اتفاقی فاز با بدنه مسیر جریان از سیم ارت به زمین بسته می شود و کلید محافظ جان نیز با تشخیص اختلاف جریان بین فاز و نول تریپ می کند. استفاده از RCD بدون سیم ارت به طور کلی ممنوع است.
برای انجام درست حفاظت، باید مقدار جریان اتصال کوتاه پیش آمده، به اندازه ای باشد که باعث قطع سریع وسیله حفاظتی مانند فیوز یا رله شود تا ولتاژ تماس قطع گردد.
نکته: مقدار جریان قطع که در زمان اتصال بدنه، باعث قطع وسیله حفاظتی می شود، بستگی به مقاومت زمین دارد.
نکته: اگر چندین مصرف کننده با یک سیم زمین محافظت شوند، باید برای محاسبه مقاومت زمین، جریان نامی مصرف کننده با قدرت قطع بیشتر را منظور کنیم.
نکته: مقاومت زمین که مقاومت بین ترمینال اصلی اتصال زمین و جرم کلی زمین است، نباید از ۲ اهم بیشتر شود. مقاومت زمین را می توان توسط دستگاهی به نام میگر اندازه گیری نمود.
نکته: معمولاً برای کاهش مقاومت زمین، به خاک درون چاه حفر شده برای نصب الکترود زمین، می توان از مواد شیمیایی مجاز یا به اصطلاح کاهنده مقاومت مخصوص خاک استفاده کرد. این مواد عبارتند از: بنتونیت و ترکیبات مشابه آن، بتن، بتن هایی که در ان از گرانول های کربن یا خاک زغال استفاده می شود.
حفاظت در برابر برق گرفتگی ناشی از هر دو نوع تماس مستقیم و غیر مستقیم
استفاده از ولتاژ خیلی پایین یکی از راه حل های ارائه شده در این راستاست که این نوع حفاظت در تأسیسات محیط هایی هم چون حمام، استخر و سونا و … استفاده می شود. سیستم استفاده از ولتاژ خیلی پایین شامل سه دسته SELV، PELV و FELV است.
منابع تغذیه SELV (ولتاژ خیلی پایین ایمنی)
در منابع تغذیه SELV هیچ گونه اتصال زمینی نداریم و بدنه های هادی مدار نباید زمین شوند. منابع SELV ترانسفورماتور ایزوله ایمن و یا منبع معادل آن است و نیز شامل مدارهای با جدایی حفاظتی هستند.
منابع تغذیه PELV (ولتاژ خیلی پایین حفاظتی)
منبع تغذیه PELV ساختاری مشابه منابع تغذیه SELV دارند اما تفاوت آن ها در شرایط مورد استفاده آن هاست. از منابع تغذیه PELV زمانی که نمی توان بین سیستم و زمین، جدایی الکتریکی برقرار کرد و سیستم از زمین مجزا نیست، استفاده می کنند.
به طور کلی در حالت استفاده از منابع تغذیه PELV می توان از مدارهای با اتصال به زمین استفاده نمود. هم چنین این امکان وجود دارد که بدنه های هادی به زمین متصل شوند. در واقع باید گفت در این حالت اتصال زمین اختیاری است. در محیط های حساس مثل محیط در ارتباط با آب و مانند استخر حتماً باید از منابع SELV استفاده کرد. اما در محیط های کم تر حساس (فقط مرطوب) از SELV یا PELV هم می توان استفاده کرد.
منابع تغذیه FELV (ولتاژ خیلی پایین عملیاتی)
در این حالت ایمن بودن منابع تغذیه لزومی ندارد و منظور این است که نیازی به پرده فلزی محافظ میان اولیه و ثانویه ترانسفورماتور وجود ندارد. مدارها نیز فاقد جدایی حفاظتی هستند. در این منابع بدنه های هادی به ارت باید متصل شوند. وصل ارت این مدارها به زمین مجاز است.
از منابع تغذیه FELV به منظور تأمین ولتاژ خیلی پایین عملیاتی در سیستم ها و شبکه هایی که دستگاه های موجود در آن ها به این میزان ولتاژ کم نیاز دارند، مانند سیستم ها و شبکه های ارتباطات و مخابرات، سیستم های ابزار دقیق، سیستم های کنترل و … بهره گرفته می شود.
حفاظت اشخاص در برابر اضافه جریان
این حفاظت یا به صورت قطع اتوماتیک تغذیه هنگامی که اضافه جریان رخ می دهد تا قبل از رسیدن این جریان به مقدار خطرناک صورت می گیرد و یا با ایجاد محدودیت در حداکثر اضافه جریان، با در نظر گرفتن مدت زمان برقراری آن در حد بی خطر حفاظت تأمین می شود.
– تأمین حفاظت در برابر برق گرفتگی به وسیله جدا کردن سیم نول ترانسفورماتور از زمین
برای این که شدت جریان الکتریکی موجود در یک جسم هادی، که به منبع تولید جریان الکتریکی متصل شده است از بدن فرد عبور کند، کافی است که مدار جریان آن بسته شود و بسته شدن مدار در این مورد فقط با اتصال سیم خنثی (نول) ترانسفورماتور به زمین عملی می شود. بهترین راه جلوگیری از عبور جریان الکتریکی از بدن، حذف سیم زمین ترانسفورماتور است.
این مهم زمانی عملی می شود که محل دارای یک ترانسفورماتور مخصوص به نام ترانسفورماتور جداساز باشد و تغذیه کلیه دستگاه ها مستقیماً به وسیله این ترانسفورماتور انجام گیرد.
همچنین، ممکن است ترانسفورماتورهایی را به اسم ترانسفورماتورهای جدا ساز روی مدار تغذیه هر یک از دستگاه های مورد نظر نصب نمود. ولی در این مورد اگر در نقطه ای از شبکه اتصال زمین ایجاد گردد، چون مداری بسته از راه زمین ایجاد می شود خطر برق گرفتگی پیش می آید.
برای جلوگیری از خطر برق گرفتگی، شبکه باید در تمام طول خط کاملاً عایق باشد و دستگاه های برقی روی پایه های عایق نصب شده باشند. و اگر روپوش عایق سیم های حاوی جریان (فاز با نول) دارای عیبی مانند پارگی ،سائیدگی و … باشد، بلافاصله باید به تعمیر و یا تعویض آن ها اقدام گردد.
در شکل زیر، مشاهده می شود که اگر سیم نول یا یکی از فازهای ترانسفورماتور به زمین اتصال پیدا کند و در داخل دستگاه نیز سیم هادی به بدنه متصل شود در این حالت چنانچه دست فرد به بدنه دستگاه برخورد کند مدار بسته ای ایجاد شده و فرد دچار برق گرفتگی خواهد شد.
نمونه دیگر در شکل زیر نشان داده شده است. اگر در نظام جداساز در دستگاه الف اتصال بدنه ایجاد شود، فردی که با دستگاه ب و دستگاه الف در یک زمان تماس پیدا کند، دچار برق گرفتگی نخواهد شد، چون سیم نول ترانسفورماتور به زمین اتصال ندارد و مداری بسته را ایجاد نمی کند. ولی اگر دستگاه ب هم اتصالی بدنه پیدا کند چنانچه فرد در یک زمان با این دو دستگاه تماس حاصل کند جریان الکتریکی از بدن او عبور خواهد کرد. برای رفع این خطر بدنه دستگاه های الف و ب را باید به وسیله یک جسم هادی یا یک سیم ضخیم به یکدیگر متصل نمود.
حفاظت اشخاص در برابر اضافه ولتاژ
اضافه ولتاژ ممکن است در اثر ایجاد اتصالی میان مدارهای دارای ولتاژهای متفاوت رخ دهد. هم چنین ولتاژهای زیاد ممکن است در اثر صاعقه یا قطع و وصل مدار (کلید زنی، اضافه ولتاژ ناشی از سوئیچینگ) ایجاد شود، که در این راستا اقدامات حفاظتی مناسب باید به کار گرفته شود.
میزان خطری که با عبور جریان برق در یک مسیر از بدن انسان ایجاد می شود عمدتاً به مقدار و مدت زمان عبور آن بستگی دارد. بنابراین در طراحی حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی در خیلی از موارد نمی توان مستقیماً از منحنی هایی که بر حسب مقدار جریان و مدت زمان عبور آن رسم شده (آثار عبور جریان برق در محدوده های مختلف شدت – زمان عبور جریان) استفاده کرد، بلکه باید ولتاژ تماس Ur را معیار قرارداد.
برحسب تعریف ولتاژ تماس برابر است با حاصل ضرب مقدار جریان عبوری از بدن (IB) در یک مسیر در امپدانس همان مسیر (ZT) یعنی UT=ZT×IB. در طراحی حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی سعی می شود ولتاژ تماس ناچیز درحد مجاز نگه داشته شود و یا دو عامل عمده یعنی مقدار و مدت زمان برقراری ولتاژ تماس نسبت به هم چنان نگه داشته شود که عبور جریان از بدن خطر آفرین نباشد.
امپدانس بدن انسان
کلیات بافت ها و اندام ها در برابر عبور جریان برق دارای امپدانس الکتریکی هستند. در این بخش وابستگی امپدانس پوست، امپدانس داخل بدن و امپدانس کل بدن انسان به ولتاژ تماس، مسیر عبور جریان، فرکانس، وسعت سطح تماس با قسمت های برقدار، رطوبت پوست و غیره مورد بررسی قرار می گیرد.
امپدانس پوست
پوست بزرگترین اندام بدن انسان و عمده ترین حفاظ برای جلوگیری از تأثیر عوامل نامساعد محیطی بر اندام های داخلی است. امپدانس پوست جزء عمده امپدانس کل بدن انسان را تشکیل می دهد. امپدانس پوست را می توان شبکه ای از اجزاء مقاومتی و اجزاء ظرفیتی دانست.
برای اندازه گیری امپدانس پوست الکترودی را روی آن قرار داده و امپدانس بین این الکترود و بافت زیرپوست، خوانده می شود. امپدانس پوست با افزایش جریان عبوری از بدن (IB) کاهش می یابد. مقدار امپدانس پوست با افزایش ولتاژ تماس (UT) و افزایش سطح تماس کاهش می یابد. با درنظر گرفتن این که امپدانس داخل بدن انسان تقریباً ثابت است، کم شدن امپدانس کل بدن با زیاد شدن ولتاژ تماس و سطح تماس در اثر کم شدن امپدانس پوست است.
در ولتاژهای تماس تا ۵۰ ولت، امپدانس پوست حتی در یک شخص معین هم با افزایش دمای پوست، زیاد شدن سطح تماس، بالا رفتن مقدار اکسیژن پوست کاهش می یابد. در ولتاژهای تماس ۱۰۰-۵۰ ولت، امپدانس پوست کاهش قابل توجهی پیدا می کند و اگر استقامت دی الکتریکی آن شکسته شود، امپدانس آن ناچیز می شود.
در ولتاژ تماس بیشتر از ۱۵۰ ولت که اغلب در هنگام ایجاد اتصالی در تجهیزات الکتریکی پیش می آید، سطح تماس دیگر نقش تعیین کننده ای ندارد. اگر سطح تماس با پوست وسیع باشد یعنی چگالی جریان پایین باشد، پس از برقراری ولتاژ تماس، جریان عبوری از بدن بلافاصله به بالاترین مقدار خود می رسد.
اگر سطح تماس الکترودها با پوست کوچک باشد، حدود یک میلیمتر مربع یعنی چگالی جریان زیاد باشد، جریان عبوری از بدن (IB) پس از مدت زمان کوتاهی استقامت دی الکتریکی پوست را درهم می شکند و درنتیجه جریان عبوری از بدن افزایش می یابد.
امپدانس داخل بدن انسان
امپدانس داخل بدن انسان برای مسیرهای مختلف جریان برق متفاوت است. این امپدانس عمدتاً مقاومتی است و جزء ظرفیتی آن بسیار کوچک است. برای اندازه گیری امپدانس داخل بدن در یک مسیر معین، پوست را در ابتدا و انتهای مسیر به اندازه الکترون ها کنار زده و با قراردادن الکترودها در این دو محل، امپدانس را می خوانیم.
امپدانس کل بدن انسان
امپدانس کل بدن انسان، جمع برداری امپدانس پوست و امپدانس اندام های داخلی است.
شکل بالا مدار معادل برای امپدانس کل بدن انسان است. در این شکل ZP1 و ZP2 امپدانس پوست، ZI امپدانس اندام های داخلی و ZI امپدانس کل بدن است. جزء ظرفیتی ناچیز داخل بدن با خط های بریده نشان داده شده است.
شرایط محیطی جریان ها و ولتاژهای مجاز برای بدن انسان
مقدار جریانی که ممکن است بدون هیچ گونه خطری از بدن انسان عبور کند به ویژگی های جسمی شخص، دامنه جریان، نوع جریان، مسیر و طول مدت جریان بستگی دارد.
شرایط محیطی هم از جمله عواملی است که می تواند در تأثیر جریان برق بر روی بدن انسان مؤثر باشد و موجب می شود که مقاومت بدن در شرایط مختلف محیطی تغییر کند، مثلاً در جایی که رطوبت زیاد است یا این که زمین زیر پای فرد مرطوب است چون که رطوبت خود انتقال دهنده جریان برق است و ذرات آب می توانند جریان برق را هدایت کنند باعث کاهش مقاومت بدن می شود و باعث می شود حداقل ولتاژ و جریان مجاز برای بدن کاهش یابد و در مناطق خشک مقاومت بدن حداکثر است. بنابراین در محیط های مرطوب خطر برق گرفتگی و تأثیر جریان و ولتاژ برق برای بدن بیش تر از محیط ها و آب و هوای خشک است.
خراش، زخم و سوختگی می تواند باعث پایین آمدن مقاومت بدن شود و فرد در مقابل جریان یک میلی آمپر (mA۱) واکنش نشان می دهد حتی جریان کم در حد ۱۲میلی آمپر نیز باعث خواهد شد که عضلات دست منقبض شود.
به طور کلی جریان ۵۰ میلی آمپر به بالا کشنده است. جریان های کم تر از این هم در صورتی که از مسیر قلب عبور کند خطرناک هستند. هنگامی که فردی به علت عبور جریان برق بی هوش شده باشد حدس زدن مقدار جریانی که باعث این بی هوشی شده است غیر ممکن است در صورتی که تنفس قطع شده باشد باید فوراً تنفس مصنوعی را شروع کرد.
جریان مستقیم به مراتب خطر کم تری نسبت به جریان متناوب با مقدار مساوی دارد. مثلاً در جریان ۵ تا ۷ میلی آمپر در جریان مستقیم در بدن درد با خارش و احساس گرما وجود دارد و در جریان متناوب تشنج دست ها وجود دارد در جریان های بالاتر از این مقدار هم جریان مستقیم تأثیر کم تری دارد.
جریان ۹۰ تا ۱۰۰ میلی آمپر در هر دو جریان مستقیم و متناوب بسیار خطرناک است. به طوری که در جریان مستقیم موجب بند آمدن تنفس و در نهایت خفگی را باعث می شود و در جریان متناوب قطع تنفس که اگر بیش از ۳ ثانیه طول بکشد قلب فلج شده و حرکات بطن های قلب قطع می شود و در نهایت باعث مرگ فرد می شود.
تقسیم بندی تأسیسات الکتریکی از نظر ولتاژ | |
ولتاژهای خیلی ضعیف | تا ۵۰ ولت در جریان مستقیم و تا مقدار مؤثر ۲۴ ولت بین هادی و زمین در جریان متناوب تا ۲۴ ولت بین فازهایی که دارای جریان سه فاز بوده و سیم نول آن به زمین متصل باشد. |
ولتاژهای ضعیف | تا ۶۰۰ ولت در جریان مستقیم، ۲۴ تا ۲۵۰ ولت بین فاز و زمین در جریان متناوب ۴۲ تا ۴۳۳ ولت بین فازها اگر جریان سه فاز باشد. با توجه به عوامل مختلف مانند: مقاومت زمین در محل- مقاومت بدن شخص- رطوبت زمین و … |
ولتاژهای قوی | ۶۰۰ تا ۶۰۰۰ ولت در جریان مستقیم، ۲۵۰ تا ۳۳۰۰۰ ولت بین هادی ها و زمین در جریان متناوب، ۴۳۳ تا ۵۷۰۰۰ ولت بین فازها در جریان سه فاز است. |
ولتاژهای خیلی قوی | ولتاژهای بیش از ۶۰۰۰ ولت در جریان مستقیم و بیش از ۳۳۰۰۰ ولت بین هادی ها و زمین در جریان متناوب و بیش از ۵۷۰۰۰ ولت بین فازها در جریان سه فاز در ردیف ولتاژهای خیلی قوی قرار دارند. |
آتش سوزی ناشی از جریان برق
جریان نشتی بیش از ۳۰۰ میلی آمپر قابلیت ایجاد آتش سوزی دارد. از کلید RCD با جریان باقی مانده عامل ۳۰۰ میلی آمپر معمولاً در ورودی تابلوها و در همه سیستم های برق رسانی برای حفاظت در برابر حریق استفاده می شود.
الکتریسیته یکی از شایع ترین علل حریق و سوختگی های حرارتی در منازل و کارگاه ها است. استفاده غیر مؤثر یا نادرست از تجهیزات برقی از علل اصلی حریق های الکتریکی است. اگر حریق کوچکی از نوع الکتریکی رخ دهد، مطمئن باشید که تنها خاموش کننده های نوع C یا چند منظوره (ABC) مناسب خواهند بود.
همۀ اطفاء کنندگان حریق با حرف یا حروفی مشخص می شوند که به شما می گویند چه نوع حریقی را می توانید با آن خاموش نمایند. بعضی از آن ها نشانه ها و علائم مخصوصی دارند. سعی نکنید حریق را خاموش کنید مگر اینکه آموزش مناسب را دیده باشید. اگر آموزش ندیده اید، بهترین کاری که می توانید انجام دهید تخلیه محل و تلفن برای کمک است.
بیشتر بخوانید:
اصول حفاظت الکتریکی و انواع تجهیزات حفاظتی
درجه حفاظت تجهیزات الکتریکی IP
سه نکته مهم ایمنی در برق