ایمنی در برابر اضافه ولتاژ

ایمنی در برابر اضافه ولتاژ

فرمت: Pdf  تعداد صفحات: 14

فهرست:

• ۱. مقدمه
• ۲. ایمنی و اضافه ولتاژهای موقت
  • ۱.۲. خطاهای زمین فشارقوی در سیستم‌های TN
  • ۲.۲. خطاهای زمین فشارقوی در سیستم‌های TT
  • ۳.۲. خطاهای زمین فشارقوی در سیستم‌های IT
• ۳. اضافه ولتاژهای خارجی
  • ۱.۳. توصیف سیستم‌های اتصال زمین تحت شرایط ضربه
  • ۲.۳. اضافه ولتاژهای القاء شده

۱. مقدمه

اضافه ولتاژ به عنوان ولتاژهای ناخواسته‌ای تعریف می‌شود که در سیستم‌های الکتریکی بین‌های تک فاز و زمین (تحت عنوان ولتاژ حالت مشترک نامیده می‌شود) یا بین‌های فاز (به نام حالت دیفرانسیل، یا متقاطع، ولتاژ نامیده می‌شود) رخ می‌دهد و دارای یک مقدار پیک می‌باشد که از مقدار پیک بزرگترین ولتاژ اسمی سیستم بیشتر می‌باشد.

اضافه ولتاژها می‌توانند با تخلیه در جو ایجاد شوند که در آن حالت خارجی نامیده می‌شوند یا تغییر سریع شرایط سیستم ایجاد شود (مثال خطاهای زمین، عملکردهای سوئیچینگ، تجهیزات بزرگی که خاموش می‌شوند و غیره) که در آن حالت‌الکتریکی نامیده می‌شوند.

اضافه ولتاژهای داخلی که طی رویدادهای سوئیچینگ ایجاد می‌شود، پدیده‌های گذرایی هستند و مدت زمان آن چند میکروثانیه یا کمتر است؛ این نوسانات که معمولاً خیلی سریع می‌را می‌شوند، فرکانس آن‌ها حدود ۱۰۰ kHz است. خطاهای زمین که در سمت اولیه یا ثانویه پست ها رخ می‌دهد، ممکن است باعث اضافه ولتاژهای موقت داخلی در فرکانس قدرت با مدت زمان نسبتاً طولانی بر حسب ثانیه گردد؛ چنین اضافه ولتاژهای موقتی معمولاً برای نمی‌شوند و یا می‌توان آنها خیلی اندک است.

اگر اضافه ولتاژ از مقدار قابلیت دی الکتریکی عایق که طبق آن عمل می‌کند بیشتر شود، ممکن است خطای ناگهانی رخ دهد و متعاقبا جریان بین قسمت‌های برقدار یا بین قسمت‌های برقدار و زمین تخلیه گردد. ایجاد گرما ممکن است باعث تشدید خسارت و تخریب گسترده عایق‌بندی شود، مگر اینکه منبع تغذیه جریان الکتریکی سریعاً قطع شود.

بنابراین ولتاژ‌استرس بیش از حد می‌تواند با ایجاد آتش‌سوزی یا انفجار، افراد را در معرض خطر قرار دهد و / یا تداوم سرویس‌دهی دستگاه‌های حساس را به مخاطره بیندازد. علاوه بر این، اضافه ولتاژ موجب صدمه به دستگاه‌های الکترونیکی که معمولاً قدرت دی الکتریکی پایین‌تری دارند، می‌گردد.

۲. ایمنی و اضافه ولتاژهای موقت

خطاهای زمین که در سمت اولیه پست‌ها رخ می‌دهد، از طریق سیستم‌های توزیع که در ولتاژهای متوسط/ قوی کار می‌کنند، تغذیه می‌شوند و ممکن است باعث انتشار جریان‌های قوی (یعنی ده‌ها کیلوآمپر) در سیستم‌های اتصال زمین شوند. شدت جریان‌های خطای زمین به چگونگی عملکرد بخش خنثی در سمت اولیه سیستم توزیع بستگی دارد. این نقطه خنثی به عنوان نقطه مشترک یک سیستم تغذیه چندفازه تعریف می‌شود که ممکن است به طور مستقیم اتصال به زمین شده باشد، نسبت به زمین عایق شده یا از طریق امپدانس یا مقاومت‌هایی به زمین اتصال داده شود.

سمت فشار قوی و ضعیف پست‌ها، ممکن است در سیستم اتصال زمین با هم مشترک باشند.

بنابراین در شرایط بروز خطای اولیه، ECP های فشار ضعیف که به آن متصل هستند برقرار می‌شوند. مدت زمان ولتاژ تماس احتمالی ایجاد شده در سیستم فشار ضعیف، برحسب هزار ولت، ممکن است بیش از حد باشد (هر چند موقت) و در نتیجه برای سیستم فشار ضعیف غیرایمن است. در حقیقت رله‌های حفاظتی ولتاژ متوسط/ قوی که مسئولیت آنها حفاظت از سمت اولیه پست‌ها است ممکن است جهت تسهیل هماهنگی شان با دستگاه‌های دیگر تاخیر زمانی داشته باشند.

خطای فشار قوی ممکن است با ایجاد ولتاژ زیاد بر روی عایق‌بندی و اتصال زمین، تجهیزات فشار ضعیف را تحت فشار زیادی قرار دهد. ولتاژهای استرس ممکن است عایق را خراب کنند و باعث ایجاد خطا و همچنین آتش سوزی شوند.

در بخش‌های زیر، موضوعات بالا را زمانی که در سیستم‌های مختلف اتصال زمین رخ می‌دهند، بررسی می‌کنیم:

۱.۲ خطاهای زمین فشار قوی در سیستم‌های TN

در سیستم‌های TN، سیستم اتصال زمین پست به بدنه ترانسفورماتور، ECP های دستگاه‌های فشار قوی و فشار ضعیف و تمام EXCP های موجود متصل خواهد شد. در شکل 1، سمت فشار ضعیف و سمت فشار قوی ترانسفورماتور در یک سیستم اتصال زمین مشترک می‌باشند.

شکل ۱. سمت فشار قوی و ضعیف پست‌ها که اشتراک الکترود زمین در سیستم‌های  TN دارند

در صورتی که خطای زمین در سیستم فشار قوی رخ می‌دهد، تمام بخش‌های فلزی فوق الذکر به خاطر اتصال آنها به سیستم زمین برقرار می‌شوند. این موضوع ممکن است باعث شود که افراد در صورت تماس با تجهیزات فشار ضعیف در معرض ولتاژهای تماس خطرناک قرار گیرند.

برای اینکه ایمنی تضمین شود، اندازه و مدت زمان ولتاژ تماس V_T باید مطابق با معادله زیر باشد:

V_G = R_N I_G ≤ V_T (۱)

همانگونه که در شکل 2 نشان داده شده است، I_G جریان زمین ناشی از خطای فشار قوی و V_T ماکزیمم مقدار مجاز برای ولتاژ تماس به عنوان تابعی از مدت زمان خطای فشار قوی می‌باشد. (مطابق با استاندارد IEC 60364-4-44)

منحنی شکل 2 رابطه بیشترین مدت زمان خطاها در وسیله‌های حفاظتی فشار قوی مجاز هستند را با ولتاژ تماس مجاز در ECP هایی که با سمت ثانویه ترانسفورماتور تغذیه می‌شوند، را نشان می‌دهد.

شکل ۲. ولتاژ تماس مجاز به عنوان تابعی از مدت زمان خطاهای فشار قوی

زمانی که معادله (1) اجرا می‌گردد، هم‌های خنثی و هم‌های حفاظتی یک سیستم فشار ضعیف ممکن است به یک الکترود زمین یکسان متصل شده باشند.

در سیستم‌های TN که در الکترود اتصال زمین مشترک هستند، هادی حفاظتی، ولتاژ بین خود الکترود و ECP های فشار ضعیف را با هم برابر می‌کند. بنابراین، حتی در زمان وجود ولتاژ خطای V_G و V_ECP اختلاف پتانسیل در عایق‌بندی اصلی دستگاه‌های فشار ضعیف (یعنی V_S و V_ECP = 0) خواهد بود و هیچ اضافه ولتاژی ایجاد نخواهد شد.

اگر معادله (1) اجرا نشود، هادی خنثی و هادی حفاظتی سیستم فشار ضعیف باید به طور مستقل از سیستم اتصال زمین پست، اتصال به زمین شوند (شکل ۳).

در شرایط خطای فشار قوی، ECP های فشار ضعیف در ولتاژ صفر باقی می‌مانند (یعنی V_ECP = 0) و V_G = R_H I_G هر چند ممکن است محفظه ترانسفورماتور در پست به ولتاژ خطای V_ECP = 0 باشد. در عایقی که محفظه ترانسفورماتور و سیم پیچ‌های ثانویه را از هم جدا می‌کند یا در هر سیستم فشار ضعیفی که به راحتی متصل است، به وجود می‌آید. این اضافه ولتاژ موقتی بر روی تاسیسات فشار ضعیف فشار وارد می‌کند و اگر از قدرت دی الکتریک آن تجاوز نماید، ممکن است یکپارچگی دستگاه در معرض خطر قرار گیرد.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ ایمنی سیستم های ولتاژ خیلی پایین

⇐ سیستم اتصال به زمین TT، TN، IT و TN-C-S

⇐ اثرات جریان های الکتریکی عبوری از بدن و الزامات ایمنی