سيستم زمين تجهيزات الکترونيکی حساس(قسمت نهم)

3- سيستم توزيعی : عبارت از سيستمی است که اجزا و عناصر آن‌ها به‌صورت فيزيکی از هم جدا هستند و از طريق پريزها و فيدرهای جداگانه و يا از فازهای مختلف يک سيستم سه فازه و يا حتی از ترانسفورماتورهای توزيع مختلف تغذيه می شوند.

 

 در يک سيستم توزيعی، گراندهای جداگانه‌ي ايمنی (Safety ground) و صاعقه‌گير مورد نياز است.

مشخصه‌ي ديگر يک سيستم توزيعی اين است که طول هادي‌های ارتباطی که بسيار پرتعداد هم هستند بزرگتر از 1/0 طول موج سيگنال‌های سرگردان می‌باشد.

نمونه‌هايی از اين سيستم، شامل سيستم‌های کنترل‌ فرآيندهاي صنعتی (PLC يا DCS) ، سيستم‌های مانيتورينگ و کنترل، سوييچ‌های مخابراتی و شبکه‌های کامپيوتری مادر می باشند (Large main frame computers)

 

گراندينگ موثر در يک سيستم توزيعی، استفاده از گراندهای حفاظتی مجزای صاعقه‌گير و ايمنی است تا نويز و EMI تا حد امکان کاهش يابد. در ضمن توصيه ها و موارد زير نيز بايستی مراعات شوند:

 

a) اگر سيستم با برق AC تغذيه شود هر عنصر اصلی (شامل يک يا چند تجهيز قرار گرفته در يک محل مشخص) با عنصر ديگر يک سيستم ايزوله يا گروهی تشکيل می دهد . در اين‌ حالت مانند گراندينگ سيستم های ايزوله و گروهی، آن‌ها را گراند می نماييم و همه‌ي پورت‌های سيگنال اين زير سيستم‌های ايزوله يا گروهی را که بايد با ديگر بخش ها در تبادل اطلاعات باشند، به‌عنوان يک فضای نويزی برای آن بخش فرض می نماييم. در اين حالت بايستی تکنيک‌هايی برای کنترل کوپلينگ ناخواسته‌ي تداخلی در مسير سيگنال‌ها بکار گرفته شود. اين تکنيک ها بستگی به خواص سيگنال منتقل شده از ترمينالی به ترمينال ديگر، مسير و بستر سيگنال و نيز ماهيت EMI محيط دارد.

به‌طور کلی بايستی ايزولاسيون کافی بين ورودي‌های سيستم و محيط نويز و نيز بستر سيگنال تعبيه گردد.

b) اگر سيستم توزيعی از باتری تغذيه شود، چالش ديگری در پيش روی ماست که نمونه چنين سيستمی را می توان در هواپيما يافت.

برگرفته از "سيستم زمين تجهيزات الكترونيكي حساس" - شركت ولكانيك

سيستم زمين تجهيزات الکترونيکی حساس(قسمت هشتم)

2- سيستم گروهی :

 سيستم گروهی مانند شکل 1و 2 دارای چند جزء از جمله رک های تجهيزات (Equipment racks) يا کنسول‌های قرار گرفته در يک محدوده می باشد.

                                          شكل ۱

 

 

سيستم‌های گروهی معمولی شامل مينی‌کامپيوترها، سيستم های استريوی صوتی، داده پردازهای متوسط و نيز پردازنده‌های چندجزئی می باشند.

روش تشخيص سيستم گروهی اين است که همه‌ي آن‌ها از يک منبع مشترک تغذيه شوند. اين منبع تغذيه می تواند يک باتری يا يک فيدر مجزای برق AC باشد.

بين اجزاي يک سيستم گروهی، اتصالات سيمی و کابلی چندگانه از جمله کابل‌های سيگنال، کنترل و قدرت وجود دارد ولی با سيستم‌های ديگر هيچ‌گونه ارتباطی ندارند.

جهت گراندينگ يک سيستم گروهی بايستی تمامی اجزا به يکديگر متصل شده و به گراند ساختمان (Safety ground) متصل شوند. اگر منبع تغذيه تک‌فاز باشد با سيم سوم که همان سيم ارت است اين کار انجام می شود و اگر منبع تغذيه سه فاز باشد يک هادی مکمل گراند، بايد در سيستم کشيده شود.

سيستم های گروهی که از طريق باتری تغذيه می شوند نبايد با گراند ساختمان اتصال داشته باشند و صرفاً اجزاي خود سيستم به هم متصل می شوند.

مبحث مهم در گراندينگ سيستم گروهی، بحث گراند سيگنال بين اجزاي اين سيستم می باشد که بايستی به نحوی انجام گردد که مشخصه‌های مجزای سيگنال مثل فرکانس، دامنه و غيره را تخريب نکند. اين‌کار ممکن است به دو روش تک نقطه‌اي (Single point) و يا چند نقطه‌اي (Multiple point) انجام گيرد.

اگر روش چند نقطه ای استفاده شود گراندينگ سيگنال ممکن است با استفاده از شيلد کابل‌ها، هادي‌های کمکی، يک شبکه‌ي سيمی يا صفحه فلزی نصب شده در پايين يا بالای تجهيزات تحقق يابد.

در يک محيط Quiet که دارای EMI کمی می باشد؛ گراندينگ سيگنال بوسيله شيلد کابل‌ها و هادي‌های کمکی کارساز خواهد بود اما در محيط های دارای سطح آلودگی EMI بالا، اين روش گراندينگ (شيلد کابل ها) ممکن است بعنوان يک آنتن عمل کرده و از محيط آلوده، سيگنال‌های ناخواسته‌ای برداشت نمايد.

القا و کوپل سيگنال‌های ناخواسته روی هادي‌های زمين، موجب  توليد ولتاژهای حالت مشترک                                     (Common mode voltages) يا CMV بين اجزا گرديده و تداخل سيگنال‌ها را افزايش خواهد داد.

روش بهتر گراندينگ در اين حالت، استفاده از مسيرهای عريض فلزی (بجای شيلدها) بين قطعات تجهيزات سيستم گروهی است. سينی های کابل، باس داکت ها و کانالهای هادی در اين حالت می توانند به‌عنوان گراندينگ سيگنال استفاده شوند.

بهترين حالت و يکی از راه‌های توصيه شده برای استفاده در محيط های دارای سطح RF بالا، استفاده از مش های ريز يا يک صفحه فلزی يک پارچه در زير تمامی اجزاي سيستم گروهی می‌باشد.

در محيط‌های بسيار نامطلوب از لحاظ وجود نويزهای EM ، نظير جاهايي‌که مبدل ها و سنسورهای زيادی وجود دارد علاوه بر مش‌های ريز، تعبيه صفحه‌های فلزی يک‌پارچه روی مش‌ها نيز توصيه می‌گردد.

در اين‌حالت هر کابينت با دقت به شبکه يا صفحه‌ي زمين متصل می‌گردد. تمام کابل‌های سيگنال و قدرت نيز بهتر است از طريق لوله‌های فلزی يا Raceway عبور داده شوند.

اين روش در محيط‌های دارای سيگنال‌های راديويی VHF, HF و UHF مثل استوديوها، مراکز مخابره سيگنال و غيره استفاده می‌شود.

برگرفته از" سيستم زمين تجهيزات الكترونيكي حساس" - شركت ولكانيك

 

سيستم زمين تجهيزات الکترونيکی حساس(قسمت هفتم)

 *انواع سيستم های الکترونيکی حساس (System configuration)

سيستم های الکترونيکی که بايستی سيستم گراند را برای آنها طراحی نمود از يک مدار الکترونيکی با محفظه و کابينت مجزا تا يک مجموعه‌ي وسيع و پيچيده از تجهيزات و کنسول‌های توزيع شده در يک محدوده‌ي فيزيکی  وسيع را شامل می شود که   بر اين اساس نيازمندي‌های گراندينگ و روشهای زمين کردن اين سيستم ها متقاوت خواهند بود.

 معيار تفکيک و تميیز دادن انواع مختلــف سيستم های الکترونيکی به منظور طراحی سيستم گراند،  بررسی دو موضوع است، يکی وضعيت تغذيه و انرژی ورودی اين سيستم ها و ديگری چگونگی اتصال آنها به يکديگر.

بر اساس اين دو موضوع، سيستم های الکترونيکی به 5 زيرگروه زير تقسيم می شوند :

1-   سيستم ايزوله  ) Isolated) 

2-  سيستم گروهی  ) Clustered) 

۳- سيستم توزيعی    Distributed)  

4-    Multiple-distribute)  سيستم چندگانه توزيعی

5-  سيستم مرکزی قابل توسعه (Central with extensions  

 

 

1- سيستم ايزوله : سيستمی است که همه‌ي  تجهيزات فرعی به‌صورت متمرکز داخل يک محفظه (Enclosure) جمع شده‌اند و تنها يک منبع تغذيه‌ي منفرد به اين سيستم انرژی می دهد.

اين سيستم هيچ‌گونه تبادل سيگنال و قدرتی با ساير تجهيزات زمين شده ندارد و تنها يک اتصال گراند برای محافظت پرسنل يا صاعقه در اين سيستم تعبيه می گردد. ماشين حساب روميزی برقی، کامپيوتر شخصی (بدون مودم)، راديو و تلويزيون، نمونه هايی از سيستم ايزوله‌ي الکترونيکی می باشند.

نيازمنديهای گراند سيستم های ايزوله در شکل های ۱و ۲مشخص گرديده است.

شكل(۱)

 

 

همانطور که مشاهده می شود تنها يک سيم يا کابل مجزا، جهت اين کار استفاده شده است و اگر تغذيه‌ي اين سيستم به‌جاي شبکه‌ي برق از باتری باشد، نياز به اين سيم ارت نيز ندارد به شرط اين‌که کاملاً به‌صورت فيزيکی و الکتريکی از ساير سيستم ها ايزوله باشد.

نکته‌ي مهم در سيستم های ايزوله اين است که آن‌ها نزديک هادي‌های نزولی Down conductors)) سيستم صاعقه گير يا نزديک ديگر تجهيزات فلزی زمين شده يا جاهايي‌ که ولتاژ با فرکانس های بالای راديويی روی آن‌ها ظاهر می شود، قرار نگيرند.

برگرفته از" سيستم زمين تجهيزات الكترونيكي حساس" - شركت ولكانيك

 

 

به نقل از " سيستم زمين تجهيزات الكترونيكي حساس" - شركت ولكانيك

سيستم زمين تجهيزات الکترونيکی حساس(قسمت ششم)

* انواع سيستم زمين (گراند)

بطور کلی 4 نوع گراند در يک Plant صنعتی يا تجاری  امروزی قابل تفکيک می باشند:

 

1-   گراند صاعقهLightning ground)  ): عبارتست از مجموعه تمهيداتی که جهت جلوگيری از تخليه‌ي مستقيم انرژی صاعقه در يک Plant به‌کار گرفته می شود.

2-   گراند قدرت( Power ground ): عبارتست از اتصال بدنه‌ي فلزی تجهيزات مکانيکی و الکتريکی برقی يا حتی بدون برق به همديگر و نهايتاً اتصال آن‌ها به زمين از طريق يک يا چند الکترود زمين.

3-   گراند سيستم( System ground ) يا گراند الکتريکی يا نول الکتريکی:  عبارتست از اتصال مستقيم،  سلفی يا مقاومتی نقطه‌ي صفر ثانويه‌ي ترانسفورماتورهای تغذيه‌ي برق به زمين که معمولاٌ همان سيستم نول است.

4-   گراند سيستم های الکترونيکی حساس (Computer ground) يا Signal ground : جهت تجهيزات حساس به نويز و دستگاه‌های تبادل داده از جمله کامپيوترها، سنسورها، عملگرها (actuators) و غيره استفاده می شود  كه موضوع اصلی اين مبحث می باشد.

 

اولين نکته حائز اهميت و قابل بحث و بررسی اين است که آيا می توان 4 سيستم گراند ذکر شده در بالا را با هم ترکيب نمود يا بايستی کاملاً از هم تفکيک باشند يا بعضی از آنها قابل تفکيک و برخی قابل جمع شدن می باشند که به اين مهم در ادامه مبحث خواهيم پرداخت.

 

به نقل از " سيستم زمين تجهيزات الكترونيكي حساس" - شركت ولكانيك

 

 

سيستم زمين تجهيزات الکترونيکی حساس(قسمت پنجم)

*   انواع خطاها و خطرات احتمالی در يک سيستم 

 

در يک سيستم صنعتی و تجاری،  سه گروه خطا، قابل وقوع می باشد که بايستی با طراحی سيستم های ارت از آنها جلوگيری نمود. اين 3 گروه عبارتند از :

 

1-      خطر تخليه طبيعی ابرها (Lightning)

2-      خطاهای انسانی و دستگاه‌ها که موجب وقوع شوک الکتريکی در سيستم می شود (Surge

3-   خطای ميدان‌های سرگردان الکترومغناطيسی (EMI ) که اثر سوء و مخرب روی سيستم های پردازش داده‌ها دارد و بايستی با طراحی گراند سيگنال، و روشهای مدرن از آثار سوء اين خطا جلوگيری نمود.

سيستم زمين تجهيزات الکترونيکی حساس(قسمت چهارم)

* نويز در سيستم زمين قدرت

با گسترش فن آوری تبادل اطلاعات بين کامپيوترها از طريق ماهواره يا server محلی (اينترنت، اينترانت و ...) که گاهی server ، مايل ها از کامپيوترهای فرعی دور بود، بحث نويز هم جدی شد. به اين ترتيب که کامپيوترهای دور از هم دارای  تغذيه های جداگانه ودور از هم هستند و در اينصورت امکان هم بندی (Bonding) سيستم هايی که با هم در حال تبادل داده هستند عملاً غير ممکن بود، دراين‌صورت بر اثر عبور جريان‌های سرگردان و اضافی در زمين، بين کامپيوترهای در حال تبادل داده، اختلاف ولتاژ ايجاد مي‌شد. اين اختلاف ولتاژ گذرا ممکن است دارای فرکانس شبکه‌ي برق (60 هرتز، 50 هرتز) يا فرکانس های بالاتر باشد.

بنابراين در صورتی که کامپيوترهای اصلی و فرعی دور از هم، به همراه سيستم زمين قدرت، به شبکه‌ي زمين ساختمان خود وصل شده باشند، اختلاف پتانسيل قابل توجهی درحد چندولت بين دو کامپيوتر توليد می شود که می تواند روی سيگنال های معمولی ارتباطی بين کامپيوترها، اثر سوء داشته باشد.

درصورتي‌که سيستم‌های سنتی بيان شده در تاريخچه‌ي فوق، يعنی اتصالات کامپيوترها از طريق پريز برق به ارت و سپس اتصال به نول استفاده شده باشد، مسير برگشت نول، جريان غيرقابل کنترلی روی سيستم زمين جاری می کند.

در هر نقطه که نول به زمين متصل شده و مسيرهای موازی وجود دارد جريان به نسبت عکس امپدانس ها طبق قانون اهم تقسيم می‌شود.

 

 

بر اثر اين جريان غيرقابل کنترل که روی سيستم زمين اعمال می شود و روی سيستم برق شهر هم تاثير سوء می‌گذارد(چون نول برق شهر به ارت متصل شده) اصطلاحاً شبکه‌ي برق با زمين نويزی(noisy) يا کثيف (dirty) خواهيم داشت. (شکل بالا)

در اين‌صورت کامپيوترهايی که از اين شبکه‌ي برق شهر با ارت نويزی برق می گيرند، دچار اختلال خواهند شد. 

برگرفته از " سيستم زمين تجهيزات الكترونيكي حساس" - شركت ولكانيك

 

سيستم زمين تجهيزات الکترونيکی حساس(قسمت سوم)

* تاريخچه‌ی اجرای سيستم زمين کامپيوتر:

در ابتدا ترمينال زمين کامپيوترها به سيستم زمين تجهيزات الکتريکی قدرت که در آن ساختمان وجود داشت متصل می شدند. هادي‌های زمين تجهيزات با يک سيم روکش‌دار سبز و زرد يا بدون روکش، پس از متصل شدن به کامپيوترها و ديگر تجهيزات غيرحساس مثل تهويه، لباسشويی، يخچال و غيره، به نقطه نول ورودی به ساختمان متصل می گرديدند و يک ميله يا صفحه ارت هم در ساختمان دفن شده و به تمامی سيم‌ها از طريق يک باس متصل می شدند. سازه‌ی فولادی ساختمان نيز در داخل يا خارج به اين شبکه ارت اضافه می گرديد.

 

هيچ‌گونه اتصال مجزا و يا رابط خاصی بين شبکه ارت ايجاد شده و کامپيوترها وجود نداشت و کامپيوترها از طريق سوکت و پريز برق خود به ارت متصل می شدند اين روش تنها می توانست از آسيب رسيدن به اشخاص در صورت تماس مستقيم با بدنه کامپيوتر و در هنگام وقوع اتصال فاز به زمين جلوگيری نمايد.

با پيچيده تر شدن تنوع اجزاء و تجهيزات جانبی کامپيوتر که عمدتاً نيز به ولتاژهای پايين حساس بودند  بايستی تمهيدات ويژه ای جهت غلبه بر ولتاژهای گذرا ( (EMIکه موجب وقوع خسارت به سخت افزار و نرم افزار کامپيوترها می گرديد انديشيده شود.

ولتاژهای گذرا و ناخواسته در وضعيت اتصال معمولی، از طريق هادی نول به تمامی اتصالات سيستم زمين اعمال می گرديد.

در يک ساختمان تجاری و غير صنعتی معمولاً نقطه نول خروجی ترانس تغذيه ساختمان به ارت متصل می گردد(سيستم(TN. اين نحوه‌ی اتصال سيستم ارت حتی در ساختمان‌های تجاری هم روش مناسبی نمی باشد و از نظر استاندارد NEC تخلف محسوب می شود؛ يعنی تابلوهای برق که باس بار نول آنها به باس بار ارت آن وصل شده اند غير ايمن می باشند.

 

يک مطالعه نشان داده که 20% هاديهای نول در مدارات روشنائی به زمين متصل می گردند (سيم نول از نظر تکنيسين برق‌کار خنثی است و آن‌را بدون عايقکاری و يا با عايقکاری ضعيف درون لامپها و کليدها و غيره متصل می کند) دز اين‌حالت و درصورتي‌که نحوه‌ی اتصال زمين نيز مانند روش سنتی بالا باشد، کامپيوترهای متصل به پريزهای برق، ولتاژ ناخواسته‌ی ناشی از اتصال نول به زمين را دريافت می کنند و در عملکرد آنها اخلال ايجاد می شود.

شکل زیر اين گونه اتصال را نشان می دهد. در اين شکل مشاهده می شود که بدنه‌ی ساختمان بر اثر جريان سرگردان 50 آمپری (مثلاً در چندين متر دورتر) به ميزان 5 ولت پتانسيل برداشت کرده است که چون بدنه‌ی ساختمان به کامپيوترها نيز وصل است پس کامپيوترها و تجهيزات حساس نيز 5 ولت را دريافت خواهند کرد. حال اگر به فرض پرينتری با 12 ولت کار کند و ترانس ايزوله هم نداشته باشد، 5 ولت نيز به‌طور ناخواسته به آن اعمال می گردد که ممکن است موجب آسيب به آن شود.

 

 

بحث ارت آرام يا تميز از اواخر سال 1960 جدی شد و در مقابل ارت نويزی مطرح گردیدکه به سيستم زمين تجهيزات قدرت با اتصالات زمين چندگانه نيز معروف است و در حال حاضر يکی از مباحث مهم مهندسی سيستم زمين صنايع دارای تجهيزات حساس محسوب می گردد.

 

 برگرفته از "سیستم زمین تجهیزات الکترونیکی حساس" ، شرکت ولکانیک

سيستم زمين تجهيزات الکترونيکی حساس(قسمت دوم)

 *تعاريف:

کامپيوتر (computer) در اين مبحث به طور کلی به همه‌ي تجهيزات حساس به جريان‌های ناخواسته، کامپيوتر گفته می‌شود.

به تمامي اجزاي يک سيستم اتوماسيون صنعتی که شامل زير سيستم های زير است نيز  تجهيزات الکترونيکی حساس گفته مي‌شود: 

• PLC
• Industrial computers
• Operator interface terminals
• Display devices
• Communication network

 

الکترود(electrode) به سازه های فلزی مدفون درخاک الکترود زمين می گويند که می‌توانند مسير جريان‌های سرگردان زمين را تسهيل يا گراديان پتانسيل زمين ناشی از اين جريان‌ها را تغيير دهند.

اين الکترودها می توانند شامل موارد زير باشند:

1-    لوله‌ي  آب فلزی مدفون

2-    شبکه‌های فلزی ساختمان که به‌طور موثر در زمين قرار گرفته است.

3-    ميل‌گردهای داخل بتن

4-    شبکه های مسی موسوم به رينگ زمين

 

يکی از موثرترين الکترودهای زمين، يک رينگ يا شبکه‌ي فلزی است که به اسکلت ساختمان در فاصله‌هاي مناسب متصل گرديده است.

 

سيستم زمين قدرت(power system ground): شبکه‌ي زمين عمومی که جهت جلوگيری از خطرات ناشی از  اتصال بدنه تجهيزات برقی معمولی و غير حساس ايجاد می شود، به‌طور مثال به شبکه‌ي ارت ماشين‌‌آلات يک کارخانه، سيستم زمين قدرت گفته می شود.

 

نول(neutral) نقطه ای که پتانسيل در آن نقطه از لحاظ مقدار برابر با نقاط ديگر هادی است، نول گفته می شود. در استاندارد NEC نول به هادی معين معروف است . در سيستم تک‌فاز، به سيم برگشت جريان که پتانسيل آن نسبت به زمين صفر است و در سيستم سه فاز نقطه گره ستاره را نول می‌گويند. در اين مبحث، نول سيمی  است که می تواند در بعضی حالات به زمين متصل شود.

 

زمين نويزی(noisy ground) برخلاف زمين آرام، زمين نويزی، يک شبکه‌ي زمين  الکتريکی  است که استعداد القا يا تزريق ولتاژهای ناخواسته ومزاحم را به سيستم کامپيوتر دارد.

 

زمين آرام (Quiet ground يا (Clean earth استاندارد IEEE 100 ، زمين آرام را اين‌گونه تعريف می‌کند: شبکه‌ي زمين ويژه که از بخش‌های قراردادی سيستم زمين قدرت  system ground Power  ايزوله می باشد و نويز الکترومغناطيسی و ولتاژهای ناخواسته موجود در لحظات خطا يا عادی زمين، روی آن اثر نمی کند و موجب اخلال در عملکرد مطلوب کامپيوتر نخواهد شد .

معيار دقيقی جهت تعيين مقاومت زمين آرام در دست نمی باشد و زمينی که ولتاژهای ناخواسته ناشی از جريانهای داخل زمين را به کامپيوتر منتقل نکند خواه يک الکترود باشد خواه يک شبکه وسيع ايزوله، زمين آرام می باشد.

 

تداخل ناشی از ميدان الکترو مغناطيسی Electro Magnetic Interference (EMI) به ميدانهای الکترومغناطيسی راه‌يافته در زمين، به‌خاطر وقوع صاعقه، اتصال کوتاه در زمين های مجاور و نظاير آن، که از سيگنال‌های با فرکانس پايين شهری تا فرکانسهای راديويی(RF) و سيگنال‌های با  فرکانس بالای صاعقه را شامل می شود  EMIگويند.

 

Bonding : is the connecting together of metal parts of chasis,assemblies,frames shields and enclousers to reduce the effects of EMI & ground.

 

Grounding:  is the connection to the grounding–electrode system to place equipment at earth ground potential.

 

برگرفته از "سيستم زمين تجهيزات الكترونيكي حساس" ، شركت ولكانيك

 

سيستم زمين تجهيزات الکترونيکی حساس(قسمت اول)

 *مقدمه :

سيستم اتصال زمين تجهيزات الکترونيکی حساس نظير کامپيوترها، کنترل‌كننده‌های قابل برنامه ريزی(PLC)، سيستم های کنترل گسترده (DCS) و مشابه اين‌ها يکی از ضروری ترين بخش های عملکرد اين سيستم ها بوده و جزء لاينفک آن‌ها محسوب می گردد.

از آنجا که تجهيزات الکترونيکی، نسبت به سايرتجهيزات برقی و خانگی معمولی با ولتاژهای پايين‌تري کار می کنند ميزان حساسيت آن‌ها به ولتاژهای ناخواسته بيشتر خواهدبود. به‌طوري‌که براي مثال، آسيب پذيری يک کامپيوتر  نسبت به ساير دستگاه‌های غيرالکترونيکی، درمقابل  بارهای ساکن توليدی به‌وسيله‌ي حرکت انسان که بعضاً ولتاژ ناچيزی هم دارند بيشتر است.

ممکن است صاعقه‌ای چند صد متر دورتر از محل استقرار دستگاه‌های حساس ما رخ دهد و ولتاژهای تزريق شده به زمين ناشی از اين صاعقه موجب اخلال در اطلاعات اين دستگاه‌ها گرديده يا موجب خسارت به آنها شود.

اگر نمی‌توانيم جلوی عوامل تداخل و نفوذ جريان‌های سرگردان و ناخواسته را بگيريم بايستی سيستم زمين و تجهيزات حفاظتی را طوری طراحی و نصب نمائيم که قابليت حذف و اطفاء هرگونه اخلال و خسارت ناشی از ولتاژهای منتقل شده به زمين، داشته باشد.

برگرفته از "سيستم زمين تجهيزات الكترونيكي حساس" ، شركت ولكانيك

 

حفاظت در مقابل جریان نشتی(Residual current) و حفاظت جان(قسمت پنجم)

 

عملکرد کليدهاي محافظ جان :

عملکرد کليدهاي محافظ جان در 3 بخش مختلف انجام مي‌شود:

 

 

1.       آشکارسازي جريان نشتي يا قسمت Detection  که وظيفه‌ی رديابي جريان نشتي را برعهده دارد که اين قسمت توسط يک ترانس جريان (CT) انجام مي شود.

2.        اندازه‌گيري جريان نشتي بوجود آمده توسط يک رله که جريان نشتي در مدار را با جريان حد که همان حساسيت کليد و يا آستانه قطع است، مقايسه مي‌کند.

3.       واحد قطع مدار يا  Tripping ، در اين قسمت اگر جريان نشتي اندازه گيري شده، بيشتر از حساسيت کليد محافظ جان باشد، مدار قطع مي‌شود.

 

برگرفته از " آشنایی بیشتر با قطعات حفاظت از جریان نشتی یا محافظ جان" ، اشنایدر

 

حفاظت در مقابل جریان نشتی(Residual current) و حفاظت جان(قسمت چهارم)

 

استفاده از قطعات حفاظت در مقابل جريان نشتي (RCD) :

پس از توضيحات ارائه شده در مورد خطرات ناشي از جريان‌های نشتي ، لزوم استفاده از قطعاتي احساس می‌شودکه مدارات ، تجهيزات و از همه مهم‌تر جان انسان را در مقابل اين جريان حفاظت مي‌کنند. وظيفه‌ی کليد محافظ جان، قطع خودکار مدار در مواقع وجود جريان‌های نشتي است. در واقع کليدهاي RCD(Residual Current Detector) بر اساس حداکثر جريانی تعریف می‌شوند که در بیشترین زمان مي‌تواند از بدن انسان بگذرد و خطر برق گرفتگي نداشته باشد و  همین‌طور حداکثر جرياني که به تجهيزات و وسايل برقي صدمه نزند که به اين مقدار اصطلاحا" حساسيت کليد محافظ جان گفته مي‌شود(اين مقادير از جدول‌های مربوط به تاثيرات جريان متناوب بربدن انسان گرفته شده‌اند).

حساسيت کلیدهای RCD با توجه به نوع حفاظت انتخاب مي‌شوند:

-         حفاظت انسان در مقابل تماس مستقيم :  معمولا" 6 ، 10 و 30 ميلي آمپر در نظر گرفته مي‌شود. ولي به‌ دليل قطع مکرر مدار به هنگام وقوع جريانهاي نشتي 6 و 10 ميلي آمپر ، بيشترين حساسيت مورد استفاده 30 ميلي آمپر است.

 

-         حفاظت انسان در مقابل تماس غير مستقيم :  معمولا" 300 و 500 ميلي آمپر در نظر گرفته مي‌شود. اين نوع قطعات به صورت اجباری در سيستمهاي TT و جهت ايمني جانبي در سيستمهاي TN وIT توصيه مي‌شوند.

-         حفاظت تجهيزات در مقابل خطر آتش سوزی : معمولا" 300 ميلي آمپر در نظر گرفته شده می‌شود.

 

حفاظت در مقابل جریان نشتی(Residual current) و حفاظت جان(قسمت سوم)

خطر خسارت و آسيب به تجهيزات برقي:

در بعضي از سيستم‌هاي earthing ممکن است جريان فاز به بدنه،  چندين برابر جريان مجاز برسد و حرارت ناشي از اين جريان زياد، به سيم پيچ موتور و يا مدارهاي مغناطيسي آن صدمه بزند.

 

تماس مستقيم و غير مستقيم :

در تماس مستقيم،  شخص به طور مستقيم يک سيم برق و يا قسمت برق‌دار يک وسيله‌ي برقي را لمس مي‌کند.

 

درتماس غير مستقيم،  يك شخص، بدنه‌ي فلزي يک دستگاه را که به طور اتفاقي برق دار شده است،  لمس مي‌کند.

 

به طور مثال،  اگر مقاومت يک شخص که روي کف عايق ايستاده است حدود 5 کيلو اهم باشد، اين شخص با تماس با قسمت برق دار  با ولتاژ 220 ولت دستگاه، جريان 44 ميلي آمپر از بدنش مي‌گذرد که اين جريان برای ايست تنفسي و حمله قلبي کافي است.

پارامتر مهم ديگر در برق گرفتگي، ولتاژ تماس يا Uc  است.  Uc حداكثر ولتاژی است که خطري برای جان انسان ندارد. اين ولتاژ حدود 50 ولت مي‌باشد.

 

 

حفاظت در مقابل جریان نشتی(Residual current) و حفاظت جان(قسمت دوم)

تاثيرات جريان متناوب :

 

AC-1) غير قابل محسوس و فاقد واکنش است.

AC-2) قابل محسوس مي‌باشد ولي فاقد اثرات و آسيب فيزيولوژيکي است.

AC-3 (ممکن است اختلالات قابل برگشت در کارکرد و ضربان قلب رخ دهد که معمولا" به اندام آسيب نمي‌رساند ولي احتمال گرفتگي و انقباض عضلات ماهيچه‌ای و مشکلات تنفسي وجود دارد.

AC-4) احتمال حمله قلبی، ايست تنفسي و سوختگي علاوه بر اثرات حوزه 3 وجود دارد.

C1: خطر حمله قلبی 5% است.

C2:  احتمال وقوع حمله قلبی 50% است.

C3: احتمال وقوع حمله قلبی بيش از 50% است.

 

 

 

 تاثيرات جريان مستقيم DC :

برخلاف جريان متناوب , تنها قطع و وصل جريان مستقيم احساس ميشود و هيچگونه حس ديگري در طول عبور جريان در مرحله آستانه درک احساس نمي شود. تحت شرايطي در مقايسه با جريان متناوب , آستانه واکنش حدود 2 ميلي آمپر در نظر گرفته شده است.

 

DC-1: معمولا" فاقد واکنش مي‌باشد, وقتي که جريان قطع و وصل مي‌شود، درد و سوزش کمي بروز مي‌كند.

DC-2:  معمولا" فاقد اثرات و آسيب فيزيولوژيکي است.

DC-3: ممکن است اختلالات قابل برگشت در کارکرد و ضربان قلب رخ دهد که معمولا به اندام آسيب نمي‌رساند. ولي احتمال گرفتگي و انقباض عضلات ماهيچه‌اي و مشکلات تنفسي وجود دارد.

DC-4: احتمال حمله قلبی، ايست تنفسي و سوختگي علاوه بر اثرات حوزه‌ي 3 وجود دارد.

C1: خطر حمله قلبی 5% است.

C2:  احتمال وقوع حمله قلبی 50% است.

C3: احتمال وقوع حمله قلبی بيش از 50% است.

لازم به ذکر است که ارقام مربوط به اثرات جريان در مسير دست چپ تا دو پا در نظر گرفته شده است.

 

 

 

به نقل از "آشنائی بيشتر با قطعات حفاظت از جريان نشتی يا محافظ جان" ، شرکت اشنایدر

 

حفاظت در مقابل جریان نشتی(Residual current) و حفاظت جان(قسمت اول)

با توجه به خسارت های زیادی که به علت برق گرفتگی و یا آتش سوزی ناشی از جریان نشتی، عارض انسان می گردد، استفاده از رله های نشتی یاب و یا محافظ جان اهمیت زیادی پیدا می کند. برای آشنایی شما دوستان عزیز، تصمیم گرفتم که مطالبی را در این مورد ارایه نمایم.

 

دليل استفاده از قطعات حفاظت از جريان نشتي:

 

عبور جريان الکتريکی از وسايل برقي همواره با خطر همراه بوده است. لوازمي که دارای عايق‌بندی ضعيف و يا سيم‌کشي اشتباه هستند و يا استفاده غير صحيح از آن‌ها مي‌شود می‌توانند موجب خطرات عمده‌ای مانند آتش سوزی و برق گرفتگي شوند.

اتصال‌کوتاه و اضافه‌بار توسط قسمت حرارتي و مغناطيسی کليدهای مينياتوري محافظت مي‌شوند ولي اين قطعات نمي‌توانند مدارات را در مقابل جريان‌های نشتی که خسارت‌های شديدی را ايجاد مي‌کنند، حفاظت نمایند.

 

جريان نشتي:

جريان نشتي اغلب بر اثر از بين رفتن و فرسودگي عايق بين رساناهای برق‌دار ويا بين رساناي برق‌دار و زمين، ناشي مي‌شود . اين مساله باعث مي‌شود که جريان الکتريکی از مسير اصلي خود خارج شود که به دنبال بالا رفتن حرارت مي‌تواند توليد آتش‌سوزی کند. همچنين سطوح مرطوب وآلوده، اين خطر را تشديد مي نمايند. به دنبال بوجود آمدن جريان نشتي، 1- خطر آتش سوزی و صدمه ديدن تجهيزات برقي و  2- خطر برق‌گرفتگي تشديد می‌شود.

 

1- خطر آتش سوزي ناشی از جریان نشتی:

به دنبال بوجود آمدن جريان نشتي،  افزایش حرارت ناشي از ازدياد جريان (جريان نشتي + جريان بار) عايق رسانا را مي‌سوزاند و يک رسانای لخت و يا با لايه‌ی نازکی از عايق به جا مي‌گذارد. جريان نشتي که از اين رسانا عبور مي‌کند توليد جرقه نموده و حرارت ناشي از اين جرقه، رسانا را سوزانده و منجر به آتش سوزی می شود. در صورتي‌که سطوح نزديک به اين رسانا آلوده و يا در مجاورت مواد آتش‌زا مانند چوب و غيره باشند آتش سوزی به سرعت گسترش مي‌یابد. 30% از آتش سوزی‌هاي انبار و اماکن مسکونی ناشی از اين آتش سوزی‌های الکتريکی مي‌باشند. قابل ذکر است که تنها 270 ميلي آمپر کافي است تا آتش سوزي بوجود آيد.

 

2- خطر برق گرفتگي ناشی از جریان نشتی :

براي تعريف خطر برق گرفتگي و يا خطرات ناشي از اتصالات برق، احتياج به تعاريف اوليه‌ی زیر داريم:

 

تعريف آستانه :

-         آستانه‌ی درک و يا آستانه‌ی واکنش: که برای انسان تقريبا" غير قابل محسوس بوده و به چندين پارامتر بستگي دارد:

    الف- ناحيه‌ی تماس: ناحيه‌ای از بدن که در تماس با جريان برق قرار گرفته باشد.

    ب- شرايط تماس : خشکی,  رطوبت، فشار و دما

    ج- خصوصيات فيزيکي و مقاومت بدن افراد: مقدار متداول براي اين واکنش، 5/0 ميلي آمپر مستقل از زمان فرض شده است .

 

-         آستانه‌ی لرزش : که آستانه‌ی قابل محسوس برای انسان مي‌باشد و اين آستانه، علاوه بر پارامترهاي موجود در آستانه‌ی درک و واکنش، به پارامترهاي ديگري مانند مقدار و فرم جريان، نيز بستگي دارد. به‌طور متوسط مقدار 10 ميلي آمپر برای آستانه‌ی لرزش فرض مي شود.

 

-         آستانه‌ی انقباض عضلات و حمله قلبی: اين آستانه، علاوه بر اين‌که به پارامترهاي فيزيولوژيکي از قبيل آناتومي بدن، مقاومت بدن انسان و ... بستگي دارد به پارامترهاي جريان (مقدار و فرم آن) نیز بستگي دارد. به طور مثال، براي شکل موج‌هاي کمتر از 1/0 ثانيه، انقباض عضلات برای مقدار جريان بيشتر از 500 ميلي آمپر رخ مي‌دهد و برعکس اگر مدت زمان عبور جريان از بدن انسان بيشتر باشد با چند ميلي‌آمپر، همان آسيب به بدن انسان مي‌رسد. از این‌رو‌ اگر مدت زمان عبور جريان و دامنه‌ی آن زياد باشند  امکان ايست قلبي وجود دارد.

 

به نقل از "آشنائی بيشتر با قطعات حفاظت از جريان نشتی يا محافظ جان" ، شرکت اشنایدر