بررسی انواع حفاظت الکتریکی : حفاظت الکتریکی، مجموعه اقدامات و تجهیزاتی است که برای جلوگیری از وقوع حوادث الکتریکی و حفاظت از تجهیزات الکتریکی و انسان‌ها در برابر خطرات ناشی از آن‌ها طراحی شده است. هدف اصلی حفاظت الکتریکی، جلوگیری از وقوع حوادث احتمالی ناشی از شرایط نامطلوب در سیستم برق است.
حوادث الکتریکی، می‌توانند شامل شوک الکتریکی، آتش سوزی، انفجار و خرابی تجهیزات الکتریکی باشند. این حوادث، می‌توانند عواقب جدی برای انسان‌ها، تجهیزات و سیستم‌های الکتریکی داشته باشند. بنابراین، حفاظت الکتریکی یک جزء بسیار مهم از طراحی و عملکرد سیستم‌های برق است. در این مقاله، به بررسی انواع حفاظت الکتریکی و روش‌های آن، می‌پردازیم. با فرنام الکتریک همراه باشید.
حفاظت الکتریکی چیست؟
حفاظت الکتریکی یا حفاظت برق، مجموعه‌ای از اقدامات و تجهیزات است که با هدف جلوگیری از وقوع حوادث و خسارات ناشی از عوامل الکتریکی نظیر افزایش ولتاژ، جریان، دما، اتصال کوتاه و سایر نقص‌های سیستم برق، به کار می‌رود. حفاظت الکتریکی در سیستم‌های برقی از اهمیت بسیاری برخوردار است؛ زیرا به حفظ ایمنی افراد، محافظت از تجهیزات الکتریکی و کاهش خسارت‌های مالی کمک می‌کند.
حفاظت الکتریکی شامل استفاده از تجهیزات و روش‌های مختلف است و به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
- حفاظت فعال
- حفاظت غیرفعال
حفاظت فعال شامل تجهیزاتی است که به صورت خودکار عمل کرده و در صورت وقوع نقص در سیستم برق، اقدامات لازم را برای خنثی کردن نقص و جلوگیری از گسترش آن انجام می‌دهند.
برخی از تجهیزات حفاظت فعال، شامل رله‌های حفاظتی، قاطع‌های مداری، رله‌های دیفرانسیل و سیستم‌های قدرت هستند. این تجهیزات با تشخیص سریع نقص و اقدامات مناسب، مانند قطع جریان، قطع تغذیه، انتقال بار و یا اعلام خطر به اپراتورها، می‌توانند از وقوع حوادث جدی جلوگیری کنند.
حفاظت غیرفعال، شامل تجهیزات و روش‌هایی هستند که به صورت پیشگیرانه استفاده می‌شوند تا خطرات احتمالی را در سیستم برق کاهش دهند. این موارد، شامل استفاده از عایق‌های مناسب، نصب سیستم‌های اتصال دهی صحیح، حفاظت از تجهیزات در برابر شرایط جوی نامساعد و کاربرد استانداردهای ایمنی هستند. همچنین، آموزش کارکنان در مورد رفتار صحیح در برابر خطرات الکتریکی و استفاده از تجهیزات حفاظتی نیز جزء حفاظت غیرفعال محسوب می‌شود.
برخی از مزایای حفاظت الکتریکی، شامل جلوگیری از آسیب به تجهیزات الکتریکی، کاهش خسارات مالی ناشی از از کار افتادن سیستم، افزایش ایمنی و بهره‌وری سیستم، جلوگیری از حوادث جدی مانند حریق و افزایش ولتاژ، حفاظت از افراد و محیط زیست، امکان تشخیص و ردیابی نقص‌ها، مشکلات سیستم و افزایش عمر مفید تجهیزات الکتریکی می‌باشد.
حفاظت الکتریکی یک بخش حیاتی از هر سیستم برقی است و نقش بسیار مهمی در ایجاد ایمنی، عملکرد بهینه و کاهش خطرات الکتریکی دارد. استفاده از تجهیزات حفاظت الکتریکی مناسب و اجرای صحیح استانداردها و قوانین مربوطه در حوزه حفاظت الکتریکی از اهمیت بالایی برخوردار هستند.
اهمیت حفاظت الکتریکی در تابلو برق
حفاظت برای تابلوهای برق از اهمیت بالایی برخوردار است و باعث افزایش ضریب اطمینان و امنیت تجهیزات و دستگاه‌های مصرف‌کننده برق می‌شود و از آن‌ها در برابر هر نوع آسیب و ضرر احتمالی در آینده محافظت کرده و همین‌طور باعث بالا رفتن عمر کاری و عملکرد تجهیزات می‌شود. انواع مختلفی از حفاظت برای تابلوهای برق وجود دارد که در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌کنیم.
8 روش حفاظت الکتریکی چیست؟
حفاظت الکتریکی دارای اصول و روش‌هایی است که برای حفظ امنیت و کارایی سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی در برابر خطراتی مانند اتصال کوتاه، افت ولتاژ، برق‌گرفتگی و سایر رخدادهای ناخواسته طراحی شده است. در ادامه، به بررسی این اصول می‌پردازیم.
- اتصال کوتاه
حفاظت از اتصال کوتاه یک روش حفاظت الکتریکی و جز اصول اولیه آن است. در صورتی که یک اتصال کوتاه در سیستم الکتریکی رخ دهد، جریان نامحدود به سمت محل اتصال کوتاه جاری می‌شود که می‌تواند تجهیزات را به خطر بیندازد. سوئیچ‌های اتصال کوتاه و دستگاه‌های حفاظتی مانند مدارهای جریان قطع، می‌توانند در این مورد کمک کنند. - افت ولتاژ
حفاظت از افت ولتاژ در سیستم‌های برقی، از اهمیت بالایی برخوردار است؛ زیرا افت ولتاژ می‌تواند باعث عملکرد نامناسب تجهیزات الکتریکی شود و در برخی موارد خطرات ایمنی را افزایش دهد. استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند رله‌های افت ولتاژ و استابلایزرهای ولتاژ، می‌تواند از این خطرات جلوگیری کنند. - برق گرفتگی
حفاظت در برابر برق‌گرفتگی، می‌تواند از جان و مال افراد در برابر آسیب‌های ناشی از آن محافظت کند. در این رابطه، استفاده از دستگاه‌های قطع برق و رله‌های جریان نشت، می‌توانند گزینه‌های مناسبی باشند. - حفاظت در برابر سوئیچینگ ناشی از رله
سوئیچینگ ناشی از رله می‌تواند جریان‌های بسیار بالا را در سیستم الکتریکی ایجاد کند که باعث خرابی تجهیزات می‌شود. استفاده از رله‌های حفاظتی، می‌توانند از این خطر جلوگیری کنند. - حفاظت در برابر افت و خروجی ولتاژ
در صورتی که ولتاژ یک سیستم الکتریکی به طور ناگهانی کاهش یابد، تجهیزات ممکن است در معرض خطر قرار بگیرند و عملکرد نامناسب داشته باشند. در این مورد، استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند رله‌های افت ولتاژ و ترانس‌های ولتاژ، می‌تواند باعث جلوگیری از بروز خطر شوند. - حفاظت در برابر حمله‌های الکترومغناطیسی (EMI)
حمله‌های الکترومغناطیسی، ممکن است باعث تداخل در عملکرد سیستم‌های الکتریکی شوند. استفاده از شیلدهای الکترومغناطیسی و تجهیزات حفاظتی مانند فیلترهای EMI، می‌تواند در جلوگیری از این تداخلات مفید باشند. - حفاظت در برابر حمله‌های الکترواستاتیکی (ESD)
حمله‌های الکترواستاتیکی، می‌توانند باعث آسیب به تجهیزات الکترونیکی و از بین رفتن کارایی آن‌ها شوند. استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند ضد ESD، می‌تواند در جلوگیری از این خطرات مورد استفاده قرار گیرد. - حفاظت در برابر آتش سوزی
حفاظت در برابر آتش‌سوزی یکی از جنبه‌های مهم حفاظت الکتریکی است. استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند آژیرها، آتش نشانی و سیستم‌های اطفا حریق، از بروز این مشکلات جلوگیری می‌کنند.
بررسی انواع حفاظت الکتریکی ازطریق ولتاژ پایین
یکی دیگر از اصول حفاظت الکتریکی و انواع تجهیزات حفاظتی، استفاده از ولتاژ پایین است. در این شکل از حفاظت، از ولتاژ‌های کمتر از 24 ولت به منظور حفاظت از دستگاه‌ها و تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود. این ولتاژ توسط یک ترانسفورماتور دارای دو سیم‌پیچ جداگانه تامین می‌شود. در دستگاه‌هایی که از این سیستم حفاظتی استفاده می‌کنند، مدار جریان نباید به سیم نول، زمین یا دستگا‌های ولتاژ بالا وصل شود.
حفاظت الکتریکی به وسیله ترانسفورماتور ایزوله
حفاظت الکتریکی به وسیله ترانسفورماتور ایزوله نیز از دیگر اصول حفاظت الکتریکی و انواع تجهیزات حفاظتی به شمار می‌رود. این سیستم حفاظتی دارای عملکردی شبیه به سیستم حفاظت ازطریق ولتاژ پایین است با این تفاوت که ولتاژ مصرف‌کننده می‌تواند از 60 ولت نیز بیشتر باشد. این ولتاژ حتی می‌تواند برابر با ولتاژ شبکه باشد.
به این نکته توجه داشته باشید که امکان اتصال تنها یک مصرف‌کننده به ترانسفورماتور ایزوله وجود دارد. در غیر اینصورت، خطر برق گرفتگی افزایش می‌یابد. علاوه بر این، امکان عبور جریان خطرناک از سیم رابط مصرف‌کننده دیگر وجود دارد. جریان عبوری می‌تواند بسیار شدید باشد و آسیب‌های جانی و مالی جبران‌ناپذیری به همراه داشته باشد. این جریان به ویژه زمانی خطرناک‌تر می‌شود که دستگاه توسط فرد از زمین بلند شود.
حفاظت الکتریکی به وسیله کلید محافظ جان
استفاده از کلید محافظ جان از دیگر اصول حفاظت الکتریکی و انواع تجهیزات حفاظتی به حساب می‌آید. این کلید که با نام کلید خطای جریان نیز شناخته می‌شود، شامل یک کلید مغناطیسی و یک مبدل جریان است. جریان کلید مغناطیسی توسط مبدل جریان تامین می‌شود.
در صورتی که برق گرفتگی رخ ندهد، جریان ورودی و خروجی دستگاه مورد نظر برابر خواهند بود. این جریان‌ها خلاف جهت یکدیگر هستند و میدان مغناطیسی ناشی از آن‌ها نیز خلاف جهت همدیگر تشکیل می‌شود. به این ترتیب، هیچ فوران مغناطیسی در هسته مبدل ایجاد نمی‌شود. در نتیجه، ولتاژ به سیم‌پیچ ثانویه مبدل القا نمی‌شود و رله مغناطیسی غیرفعال باقی می‌ماند.
با این وجود، اگر بدنه دستگاه مورد نظر برق‌دار شود، جریانی از زمین به نقطه صفر ستاره ترانسفورماتور جاری می‌شود. جریان جاری شده از درون حلقه به سمت مصرف‌کننده از جریان بازگشتی از درون حلقه به شبکه بیشتر خواهد بود. تفاوت میان این دو جریان از درون هسته مبدل عبور می‌کند و باعث می‌شود تا رله مغناطیسی عمل کند. به این ترتیب، کلید اصلی قطع می‌شود.
حفاظت الکتریکی ازطریق تابلوهای برق
حفاظت در تابلوهای برق توسط قرار دادن یک کلیدجداکننده زیر بار در ابتدای هر تابلو انجام می‌شود. این کلیدها دارای قابلیت قطع و وصل هستند. علاوه بر این، از فیوز و کلیدهای مینیاتوری نیز برای حفاظت از تابلوهای برق استفاده می‌شود. جریان نامی این تجهیزات حفاظتی باید با توجه به جریان مصرفی کل تابلو باشد. به این نکته توجه کنید که فیوز باید بعد از کلید جداکننده قرار گیرد چراکه کلید جداکننده همان کلید اصلی تابلو است.
اگر در تابلوهای برق از کلیدهای مینیاتوری استفاده می‌شود، نصب فیوز یا کلیدهای محدودکننده جریان اتصال کوتاه ضروری خواهد بود. در اصول حفاظت الکتریکی و انواع تجهیزات حفاظتی بیان شده است که این کلیدها باید قبل از کلید مینیاتوری نصب شوند. لازم به ذکر است که فیوزی که بالادست کلید مینیاتوری قرار می‌گیرد، با نام فیوز پشتیبان شهرت دارد. انتخاب فیوز پشتیبان باید با توجه به جریان نامی کلید مینیاتوری انجام شود.
به طور کلی، برای کلیدهای مینیاتوری با جریان نامی کمتر از 5/1 کیلوآمپر، فیوزی با جریان نامی کمتر یا برابر با 63 آمپر نیاز خواهد بود. این در حالی است که فیوز پشتیبان با جریان نامی کمتر یا برابر 100 کیلوآمپر برای کلیدهای مینیاتوری با جریان نامی کمتر از 10 کیلوآمپر مناسب هستند.
حفاظت الکتریکی از طریق فیوز
فیوز یکی از مهم‌ترین انواع حفاظت الکتریکی در مدارهای مختلف به شمار می‌رود. این وسیله در مسیر جریان فازهای مختلف قرار می‌گیرد و مانع از عبور جریان‌های شدید در مدار می‌شود. به عبارت دیگر، رعایت اصول حفاظت الکتریکی و انواع تجهیزات حفاظتی بدون استفاده از فیوز امکان‌پذیر نخواهد بود. فیوزها دارای انواع مختلفی هستند و به صورت سری با تجهیزات الکتریکی در مدار قرار می‌گیرند.
در اصول حفاظت الکتریکی و انواع تجهیزات حفاظتی، فیوزها بر اساس ساختمان داخلی و عملکرد به چهار دسته تقسیم می‌شوند:
- فیوز حرارتی ذوب شونده (فشنگی)
- آلفا یا اتوماتیک
- فیوز مینیاتوری
- فیوز کاردی یا چاقویی
از انواع فیوزها معمولاً به منظور حفاظت از سیم‌ها، کابل‌ها، موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها، دستگاه‌های اندازه‌گیری و مصرف‌کننده‌های دیگر استفاده می‌شود. به این نکته توجه داشته باشید که امکان استفاده از فیوز برای حفاظت از موتور در برابر اضافه بار وجود ندارد. حفاظت از موتورها در برابر اضافه بار معمولاً ازطریق رله حرارتی یا بی متال انجام می شود.
مهم‌ترین نکات در زمان انتخاب کلیدها و تجهیزات حفاظت الکتریکی در تابلو برق
- تعداد فاز، فرکانس کاری، اسم کشور سازنده، برند شرکت سازنده و استاندارد طراحی کلید جزو مشخصاتی هستند که باید بر روی کلید قرار داده شوند.
- جریان اسمی کلید با در نظر گرفتن نوع بار تغذیه‌شده از کلید باید مساوی یا بزرگ‌تر از مقادیر تعیین‌شده در استاندارد ساخت کلید باشد.
- درجه حفاظت کلید باید با درجه حفاظت تابلو برق هماهنگ باشد و درجه حفاظت تابلو برق را کاهش ندهد.
- کلیدهای مینیاتوری قابلیت قطع اتصال کوتاه پایینی رادارند و نباید به‌عنوان کلید معمولی برای قطع و وصل ساده مدار از آن‌ها استفاده شود.
- با کمک اینترلاک استاندارد و خوب میان کلیدها کم‌ترین میزان ایمنی لازم برای محافظت از افراد و تجهیزات تأمین می‌شود.
- مدار تغذیه تجهیزات کنترلی و اندازه‌گیری مورد تغذیه از سیستم تابلو برق باید دارای نوعی تجهیزات حفاظتی مثل فیوز باشد.