اصول و قواعد ریاضی در ایمنی برق

اصول و قواعد ریاضی در ایمنی برق

فرمت: Pdf  تعداد صفحات: 18

فهرست:

• مقدمه
• تعریف ریاضی ایمنی
• ریسک تماس مستقیم و غیرمستقیم
• ریسک باقیمانده قابل قبول
• ایمنی و ریسک عایق‌بندی اصلی
• ایمنی و ریسک تجهیزات کلاس 0
• ایمنی و ریسک تجهیزات کلاس I
• ایمنی و ریسک مربوط به تجهیزات کلاس II
• ایمنی و ریسک جداسازی الکتریکی
• مقایسه کیفی بین ایمنی و ریسک اقدامات حفاظتی
• پرسش و پاسخ

1. مقدمه

برای اینکه از صدمه به افراد جلوگیری کنیم، تجهیزات الکتریکی باید با توجه به مشخصات حفاظتی (مثال عایق‌بندی اصلی، عایق‌بندی مضاعف، تجهیزات هم‌بندی و غیره) تولید شوند که بعد از نصب، علاوه بر آن اقدامات حفاظتی استاندارد در برابر تماس مستقیم/غیرمستقیم در هر طراحی الکتریکی ممکن است به آنها اضافه شود (بطور مثال تجهیزات حفاظتی مانند کلیدهای خودکار، تجهیزات جریان باقی‌مانده و غیره).

این عملکرد باعث می‌شود که ریسک شوک الکتریکی به میزان کمتر از حد تعیین شده مجاز در استانداردها و قوانین برسد. اقدامات حفاظتی مانند هر مورد دیگر در تولید، می‌توانند دچار نقص شوند. در نتیجه ممکن است تجهیزات الکتریکی افراد را در معرض خطر شوک الکتریکی قرار دهند. نقص در اقدامات حفاظتی مانند هر مورد دیگری، می‌تواند از نظر آماری پیش‌بینی شود. در این بخش امکان تعیین کمیت چنین ریسکی را بررسی خواهیم کرد.

2. تعریف ریاضی ایمنی

ایمنی الکتریکی قسمتی از تجهیزات داخل محفظه در برابر بروز ولتاژهای خطرناک، پارامتری است که می‌تواند به عنوان تابعی از زمان مد نظر قرار گیرد. ما می‌توانیم ایمنی را در زمان t به عنوان احتمال (به طور مثال مقداری بین 0 و 1) تعریف کنیم که در این مورد عامل مواجه شدن با ولتاژ خطرناک نمی‌تواند در نتیجه وقوع یک سری خطا باشد. ایمنی الکتریکی یک ECP باید به عنوان عدم وجود ولتاژهای خطرناک “سطحی” در محفظه در نظر گرفته شود که نباید با عملکرد آن اشتباه گردد. در حقیقت بعضی از خطاها ممکن است ایمنی در برابر شوک الکتریکی را مورد تهدید قرار دهند ولی این حالت مربوط به عملکرد تجهیزات در حال کار نمی‌شود. این مفهوم در نمودار ون  شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1: خطاهایی که ایمنی را به خطر می‌اندازند

خطاهایی که در مجموعه III قرار میگیرند، موقعیت بسیار خطرناکی را ایجاد می‌کنند، هر چند در این موارد، فقدان ایمنی به وسیله کاهش عملکرد تجهیزات نشان داده نشده است.

در فرمول زیر:

S(t) = (N – F(t)) / N

مشخص کننده تعداد کل موارد مشابه، در حالیکه  تعداد تجهیزات در میان  می‌باشد.

محفظه آنها بعد از مدت زمان  برقرار می‌گردد. صورت کسر معادله (۱) نشان دهنده تعداد موارد “ایمن” در برابر شوک الکتریکی بعد از مدت زمان  می‌باشد که در طول آن مدت زمان این موارد عملکرد خود را انجام می‌دهند. وقتی مدت زمان مواجهه با ریسک به اندازه  افزایش می‌یابد، تعداد مواردی که “برقرار” هستند افزایش می‌یابد و ایمنی به صورت مناسب به صفر نزدیک می‌شود. اگر بخواهیم به طور فرضی سخن بگوییم، بعد از مدت زمان نامحدود، حتماً یک حادثه الکتریکی رخ خواهد داد، چون عایق‌بندی اصلی و همچنین اقدامات حفاظتی دیگری که استفاده شده‌اند، در اثر فرسودگی غیرقابل اجتناب، دیگر عملکرد حفاظتی خود را انجام نمی‌دهند. از طرف دیگر، در صورتیکه هیچ موردی برقرار نشده و یا نقص در آن بتواند باعث هیچگونه موقعیت خطرناکی گردد (مثال عملکرد در ولتاژهای خیلی پایین)، آنگاه ایمنی در حداکثر مقدار ممکن قرار دارد (بطور پیوسته).

شکل ۲. ایمنی که توسط یک کلید خودکار تامین می‌گردد

ما می‌توانیم ایمنی را به نرخ خرابی یک سیستم حفاظتی انفرادی که بر روی یک مورد به کار رفته است، مرتبط کنیم (مثال تجهیزات کلاس I). اگر یک اقدام حفاظتی عملکرد بدی داشته باشد (مثال نقص و ایراد عایق‌بندی اصلی)، آنگاه حفاظت سیستم غیرایمن می‌شود. قابلیت اطمینان اقدامات حفاظتی برابر است با ایمنی در برابر تماس غیرمستقیم تمام تجهیزات.

در نتیجه می‌توانیم از توزیع نمایی منفی استفاده کنیم تا کمیت ایمنی را برای اقدام حفاظتی i ام کلی:

به صورت زیر تعیین نماییم:

S_i(t) = e^{(-λ_i t)}

که در اینجا  نشان دهنده نرخ خرابی است که به عنوان تعداد میانگین خرابی‌ها در هر واحد زمان، مثلا سال، تعریف می‌شود (به عنوان مثال، نرخ خرابی برای یک کلید خودکار ۰.0۰۵۲ در هر سال می‌باشد). در اینجا ما نرخ خرابی را یک مقدار ثابت فرض می‌کنیم، یعنی خرابی که مربوط به مدت زمان وضعیت ثابت اجزاء حفاظتی می‌باشد. بنابراین، خرابی‌های ناشی از دلایل تصادفی مد نظر قرار خواهند گرفت، نه به خاطر تخریب در ابتدای عمر مفید خود یا فرسودگی ناشی از عمر مفید اقدام حفاظتی.

میزان ایمنی که به وسیله یک کلید خودکار برای یک قطعه از تجهیزات ارائه می‌شود در شکل 2 نشان داده شده است.

اگر n اقدام حفاظتی به طور همزمان به کار گرفته شوند، آنگاه لازم است که اثرات حفاظتی آنها را با هم منطبق کنیم تا بتوانیم مقدار ایمنی کلی که به وسیله واحد حفاظتی در برابر شوک الکتریکی ارائه می‌شود را محاسبه نماییم. اگر تمام n واحد باید به صورت همزمان کار کنند برای تضمین ایمنی، آنگاه سیستم حفاظتی به عنوان “سری” تعریف می‌شود. برعکس اگر تمام اقدامات حفاظتی باید به ترتیب وارد عمل شوند، آنگاه سیستم به عنوان موازی یا افزوده تعریف می‌شود. اینرسی برای سیستم‌های سری و موازی به ترتیب از طریق معادله (3) و (4) ارزیابی می‌شود:

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ تعاریف پایه و واژگان ایمنی برق

⇐ جزوه ایمنی برق پیشرفته

⇐ ایمنی برق فشار قوی