پیشگیری از صدمات ناشی از نوسانات برق شبکه و ضربات صاعقه

سؤال !

1- رعد و برق موجب سوختن وسایل برقی ام شده است و یا بهنگام صاعقه، برق محل کلا" قطع می شود. تجهیزات الکتریکی که دارای مدارات هوشمند است هَنگ می کنند و مجبور به راه اندازی مجدد آنها هستم. اطلاعات حافظه های کامپیوتری یا برنامه های بارگزاری شده روی تجهیزات پاک شده اند.

2- در اطراف محل من، گارگاههای ساختمانی و صنعتی وجود دارد. دائما" مشغول جوشکاری هستند یا دستگاههای انرژی بر در فضای کارگاهی آنها وجود دارد. کم نور و پر نور شدن لامپها، تلویزیون، مانیتورها دائما مشاهده می شود.  شب گذشته دستگاه مایکروویو کار می کرد ولی امروز صبح روشن نشد. فریزر از کار افتاد و آب از زیر آن روان شد. در اطراف محل من، سرقت کابل برق متداول است و هر بار که سرقتی انجام می شود، به برخی از لوازم برقی من صدمه می خورد یا اختلالی در عملکرد آنها پیش می آید.

3-  ولت متر روی تابلوی برق من اکثرا کمتر از 200 ولت نمایش می دهد. پمپ آب کم زور است و فشار آب کمی ایجاد می کند. به موتور که دست میزنم، احساس دمای غیر طبیعی می کنم. لامپها سو سو می زنند.

4- اصابت صاعقه به بام موجب تخریب فیزیکی و آتش سوزی شده است.

 

ویدئوی کوتاه زیر را مشاهده فرمایید.  بهتر است پیش از انتخاب گزینه مناسبتان، مطالب زیر را مطالعه کرده باشید.

 

 

خطرات و آسیب های ناشی از اضافه ولتاژ:

 

علل نقص دستگهای الکترونیکی بر اساس آمار

 

در شبکه های الکتریکی (یا بعبارت ساده تر در شبکه برق شهر از نیروگاه تا داخل محل مصرف برق) دو نوع نوسان ولتاژ وجود دارد. یکی نوسان ولتاژ ناگهانی به شکل ضربه که با ولتاژِی به میزان زیاد و زمان بسیار کوتاه به وقوع می پیوندد و در اصطلاح فنی به سِرج ( به کسر سین و سکون ر و جیم) معروف است و دیگری اضافه ولتاژ کم اما در بازه زمانی بلند مدت اتفاق می افتاد. مفهوم مدت کوتاه، زمانی به اندازه چند میلی ثانیه و مفهوم مدت زیاد، بازه زمانی دهم ثانیه و بیشتر است.

محافظت لوازم الکتریکی در هریک از نوسانات فوق الذکر، به شکل متفاوتی انجام می پذیرد و تکنیکهای متفات و گاها" ترکیبی از این روشها به کار گرفته می شوند.

 

مخاطرات برای افراد:

نوسانات سِرج به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی آسیب می زند و عایق کابلها را تخریب کرده و خطوط انتقال را از بین می برد. در موارد حاد می تواند موجب اتصال کوتاه بین سیم ها، کابلها و اتصالات شده که جرقه ناشی از آن موجب آتش سوزی و تهدید جانی افراد حاضر در اطراف محل جرقه می گردد. بنابراین در استانداردهای تاسیساتی، محافظت در برابر اضافه ولتاژ ناگهانی حاصل از نوسانات سِرج که عمدتا" بر اثر سوئیچینگ داخل شبکه و صاعقه می باشد، الزامی است. مضافا" اینکه بهنگام رعد و برق که یکی از عوامل اضافه ولتاژ هست، برخورد صاعقه به عناصر فیزیکی و تخریب و ریزش آنها (مثلا" درختان، سقف و دیوار بناها و ...) موجب جراحات بعضا" سنگین می گردد. همچنین برخورد صاعقه به زمین و افزایش سطح ولتاژ زمین موجب برق گرفتگی افراده پیاده در محدوده اصابت صاعقه می شود. همچنین برخورد صاعقه با تجهیزات فلزی (مانند دکلها، سوله های فلزی، سازه های فلزی روی بامها و ...) موجب برق گرفتگی افرادی که در آن لحظه بنحوی تماس فیزیکی با آن سازه دارند، شده و خطر مرگ به همراه دارد.

 

سوئیچینگ (کلیدزنی) شبکه چیست؟

باز و بستن کلید‌های قدرت در خطوط انتقال و توزیع برق باعث ایجاد اضافه ولتاژ و جریان‌های شدید گذرا می‌گردد. این اضافه ولتاژ‌ها درکلید رخ داده ولی بخش‌های مجاور را نیز تحت تاثیر قرار می دهد. این ناپایداری‌ها در مدارات اصلی اتفاق می‌افتد و به دلیل همجواری با سیستم‌های ولتاژ پایین ممکن است باعث ناپایداری‌ هایی در مدار کنترلی و سایر مدارها شود. ناپایداری‌ های سوئیچینگ با گستره‌ای از تنش‌های مکانیکی ناشی از عایق‌ها در تجهیزات ولتاژ بالا در ارتباط است و ممکن است باعث تخریب لحظه‌ای و یا تدریجی تجهیزات و سیستم شود. در مقیاس کوچکتر، ورود و خروجی بارهای الکتریکی سنگین (بعنوان نمونه قطع و وصل موتورهای الکتریکی مثل موتور یخچال، موتور آسانسور و ...) نوعی کلیدزنی محسوب می شود.  برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه کلیدزنی می توانید به مقالات IEEE مراجعه نمایید.

 

مخاطرات برای اموال و دارایی ها:

اضافه ولتاژ ممکن است در ساختمان رخ دهد. کاربری ساختمان هر چه باشد، اعم از مسکونی، اداری، تجاری، صنعتی، بیمارستان و ... می توانند طعمه اضافه ولتاژ و نوسانات باشند. بسته به کاربری ساختمان، میزان نوسانات ولتاژ، تعداد و دامنه ضربات ولتاژ متفاوت است. مخرب ترین نوع اضافه ولتاژ، نوسانات حاصل از برخورد صاعقه به کابهای هوایی برق، تیرها و دکلهای انتقال انرژی، ساختمانها و ... است. ویدئویی که در ادامه خواهید دید، نمونه های مستند کوتاهی از چنین حوادث ناخواسته ای به نمایش می گذارد:

 

منازل و مجتمع های مسکونی:

لامپ ها و لوزم روشنایی، تلویزیون، کنسولهای بازی و وسایل سرگرمی، سیستم تلفن، کامپیوتر و وسایل جانبی آن، سیستم صوتی، وسایل آشپزخانه (یخچال، فریزر، فر مایکروویو و ... )، سیستمهای حفاظتی (دزدگیر و اعلام حریق) و ...

مجموعه های صنعتی:

دستگاهها و ماشین آلات خطوط تولید، قالب سازی، تجهیزات رباتیک ، موتورها، پمپها، رکتیفایرها، ابزارهای برقی، تجهیزات آزمایشگاههای کنترل کیفیت، اجزاء تابلوهای برق،سیستمهای کنترل صنعتی، ابزار دقیق و سنسورها، انتقال اطلاعات، شبکه های صنعتی،کامپیوتر و وسایل جانبی آن و تجهیزات شبکه، سردخانه و یخچالهای صنعتی، تجهیزات انبارداری و بسته بندی و ...

محیط های پزشکی:

دستگاههای تصویربرداری، سونوگرافی، دیالیز، اپتومتری، دندانپزشکی، تجهیزات آزمایشگاهی، اندازه گیری، اتوکلاوها، انواع اسکوپها، کامپیوتر و وسایل جانبی آن و تجهیزات شبکه، یخچالها، گرم کننده ها، سانتریفیوژها، پروژکتورها، تخت بیماران و ...

همچنین صدمه به تجهیزات سیستم گرمایشی و سرمایشی، آبرسانی، پمپها و مشعلها، آسانسور، دوربینهای مدار بسته،جکهای درب پارکینگ،کرکره های برقی، سیستمهای اعلام و اطفاء حریق و ... بسیار متداول است.

 
این همه، هزینه های سنگین تعویض و تعمیرات در کنار محرومیت از امکان بهره گیری و تبعات آن حین دوره تعمیر را به استفاده کنندگان تحمیل می کند.
 
نمونه هایی از صدمات به تجهیزات و بنا

نمونه هایی از خسارات وارده بر اثر نوسان ولتاژ، سِرج و اضافه ولتاژ ناگهانی

به این ترتیب اتخاد تمهیداتی برای مقابله با نوسانات ولتاژ و سرج از ضرورتی ترین اصول طراحی و اجرای کابلکشی و سیم کشی ساختمانی برای هر کاربردی است. این امر در استانداردهای الکتریکی و تاسیساتی منتج به الزام استفاده از لوازم حفاظتی در همه تابلوهای برق نصب شده در بناها و بعضا" استفاده از ادواتی در نزدیکترین نقطه یا بدون واسطه در کنار تجهیزات الکتریکی شده است.

 

دلایل وقوع نوسان ولتاژ

 

دلایل زیادی برای ایجاد نوسان ولتاژ در مدار وجود دارد. بسته به علت، اندازه ضربات وارده بر تجهیزات و تاثیرات آن متفاوت بوده و شیوه های مستقلی برای حذف این آثار مخرب و حفاظت از لوازم الکتریکی پیشنهاد می گردد. میزان و طول زمان حضور ولتاژ اضافی در مدار، در میزان تخریب یا صدمه ایجاد شده نقش اساسی ایفا می کند.

با نمودار زیر به تمامی اشکال اضافه ولتاژ اشاره می کنیم:

دلایل به وقوع پیوستن اضافه ولتاژ

1- نوسانات ولتاژ در بازه زمانی طولانی (منظور از طولانی، زمان بیشتر از یک دهم ثانیه است)
2- هارمونیکهای ایجاد شده بواسطه نوسانات سریع یا کند ولتاژ
3- نوسانات گذرا
4- ضربات امواج حاصل از کلیدزنی در شبکه
5- ضربات امواج حاصل از صاعقه
6- محدوده ای که در آن می بایست از تجهیزات حفاظت از موج استفاده نمود.

 

1- نوسانات ولتاژ در بازه زمانی طولانی

این نوع نوسان حاصل اختلالات شبکه می باشد. معمولا دامنه نوسان بین %30- تا %30+ ولتاژ نامی می باشد. (ولتاژ نامی شبکه 220/380 است. به این ترتیب میزان این نوسان در حالت تکفاز بین 160 تا 280 ولت و در حالت سه فاز بین 260 تا 500 ولت است) چنین نوسانات در بازه های زمانی طولانی به وقوع می پیوندند و به سادگی روی دستگهاای اندازه گیری قابل ملاحظه و ثبت هستند. تجهیزات الکتریکی چنانچه در زمان مناسبی از شبکه دچار نوسان جدا نگردند، صدمه می خورند. ساختار فیزیک وسیله الکتریکی، شاخص مهمی در مهلت جداسازی آن از شبکه است. در این گونه از نوسان، افت ولتاژ شایع تر است.

2- هارمونیکها

هارمونیکها، مولفه هایی با فرکانس بالاتر از فرکانس مولفه اصلی ولتاژ یا جریان الکتریکی هستند (فرکانس شبکه برق ایران 50 هرتز است) که در شبکه قدرت، بطور ناخواسته و بر اثر بارهای (مصرف کنندگان) غیر خطی (مانند یکسوکننده ها) تولید می شوند. افزایش جریان یکی از اثرات خطرناک هارمونیکهاست که باعث به هم خوردن تعادل فازها و افزایش شدید جریان در سیم نول می شود.

 3- نوسانات گذرا

نوسانات گذرا، افزایش ولتاژی است که در بازه زمانی میکرو ثانیه ای به وقوع می پیوندند اما اندازه آن چندین برابر ولتاژ دائمی شبکه است. موجهای دائمی ناشی از شرایط غیر مجاز در شبکه اصلی برق بعنوان نواسان گذرا در نظر گرفته نمی شوند.

4- ضربات امواج حاصل از کلیدزنی

سرج یا ضربات موج حاصل از کلید زنی از منابع مختلفی بر می خیزند. بعنوان مثال قطع و وصل بارهای القایی بزرگ مانند موتورها. بعنوان یک قانون کلی، میزان ضربات سرج حاصل از سوئیچینگ در شبکه (کلید زنی) دو تا سه برابر ولتاژ نامی شبکه است. تعداد این واقعه در هر ساعت بسیار زیاد است. بسته به منطقه جغرافیایی و نوع و تعداد تجهیزات برقی در محدوده، ضربات سرج حاصل از کلیدزنی متفاوت است. در مناطق مسکونی این ضربات تا چند صد بار در ساعت و در محدوده های صنعتی تا چند هزار بار در ساعت تکرار می شوند. عوامل بسیار ساده ای چون جوشکاری، روشن و خاموش شدن یخچال، جارو برقی، به حرکت افتادن  آسانسور، کار افتادن دستگاه پرس یا ابزارهای برقی دستی و بهمین ترتیب دستگاه های پر مصرف تر یا قطع و وصل کلید های قدرت در شبکه توزیع بهنگام نگهداری و تعمیرات خطوط انتفال انرژی از مصادیق سوئیچینگ در شبکه هستند. درنظر داشته باشید، پیک ولتاژ القا شده در تاسیسات ساختمانها و کابلهای برق، شبکه و تلفن می توانند چندین برابر ولتاژ نامی شبکه باشند و می تواند باعث قطع و از کارافتادگی فوری سیستم گردد.

5- ضربات امواج حاصل از صاعقه

بزرگترین سطح پیک ولتاژ در شبکه فشار ضعیف بواسطه صاعقه ایجاد می گردد. امواج ضربات صاعقه گاهی اوقات تا 100 برابر ولتاژ نامی شبکه افزایش پیدا می کنند و انرژی عظیمی روی خطوط برق منتقل می کنند. هنگامیکه ضربه مستقیم صاعقه به آنتن صاعقه گیر یا کابلی که ار فضای باز عبور می کند، اصابت کند - چنانچه حفاظتی پیش بینی نشده باشد - خسارت شدیدی به عایق تجهیزات الکتریکی متصل به شبکه ایجاد می کند و سوختگیهایی فراوانی به جای می گذارد.

 

 

تاثیرات سرج:

جریان شدید و پر انرژی صاعقه اغلب موجب تخریب بلافاصله وسایل برقی محافظت نشده می گردد. در مواردی که اندازه سرج کوچک است (ردیفهای 3 و 4)، ضربات بصورت مستمر و موذیانه، بدون آنکه براحتی مشهود باشند موجب تضعیف مقاومت عایقی سیمها و تجهیزات الکتریکی شده و باعث استهلاک آنها می گردد. در نتیجه بهنگامیکه در ظاهر همه چیز درست است، وسایل برقی دچار سوختگی ناگهانی می شوند.

نکته مهم دقت در عدم همپوشانی راههای حفاظت در برابر نوسان ولتاژ است. بسیاری افراد بر این باورند که با استفاده از UPS، رله یا محافظ یخچال ها می توانند با ضربات سرج مقابله کنند. در حالیکه سرج حاصل از کلید زنی و صاعقه، با قدرت بسیار زیاد و در چنان مدت کوتاهی رخ می دهد، که نه تنها رله و UPS متوجه عبور سرج از مدار نمی شوند، که خود نیز قربانی تخریب مقاومت عایقی می شوند. بالعکس، تجهیزات مقابله با سرج، نمی توانند نوسان ولتاژ مستمر را تحمل نموده و پس از عبور ولتاژ از حد مشخص شده، منهدم می گردند. لذا شناخت درست از خطر محتمل و بکارگیری شیوه درست مقابل با آن یا استفاده از شیوه های ترکیبی حفاظت، علاوه بر کاهش هزینه ها، موجب بهره وری بیشتر و اطمینان خاطر می گردد.

 

شما با کدامیک از مشکلات زیر مواجه هستید؟ انتخاب کنید و راه حل را از ما بخواهید.

 

1- رعد و برق موجب سوختن وسایل برقی ام شده است و یا بهنگام صاعقه، برق محل کلا" قطع می شود. تجهیزات الکتریکی که دارای مدارات هوشمند است هَنگ می کنند و مجبور به راه اندازی مجدد آنها هستم. اطلاعات حافظه های کامپیوتری یا برنامه های بارگزاری شده روی تجهیزات پاک شده اند.

2- در اطراف محل من، گارگاههای ساختمانی و صنعتی وجود دارد. دائما" مشغول جوشکاری هستند یا دستگاههای انرژی بر در فضای کارگاهی آنها وجود دارد. کم نور و پر نور شدن لامپها، تلویزیون، مانیتورها دائما مشاهده می شود.  شب گذشته دستگاه مایکروویو کار می کرد ولی امروز صبح روشن نشد. فریزر از کار افتاد و آب از زیر آن روان شد. در اطراف محل من، سرقت کابل برق متداول است و هر بار که سرقتی انجام می شود، به برخی از لوازم برقی من صدمه می خورد یا اختلالی در عملکرد آنها پیش می آید.

3-  ولت متر روی تابلوی برق من اکثرا کمتر از 200 ولت نمایش می دهد. پمپ آب کم زور است و فشار آب کمی ایجاد می کند. به موتور که دست میزنم، احساس دمای غیر طبیعی می کنم. لامپها سو سو می زنند.

4- اصابت صاعقه به بام موجب تخریب فیزیکی و آتش سوزی شده است.

تماس با ما

لطفا برای ارسال نظرات و پیشنهادات خود فرم زیر را تکمیل و ارسال فرمایید .