کلید محافظ جان و نقش آن در جلوگیری از حوادث برقگرفتگی

محمد امیری‌نژاد، سازمان آتش‌نشانی مشهد

Amirinejad_m@yahoo.com

یکی از عوامل اصلی در بروز خسارات مالی‌، صدمات و تلفات‌ جانی به ویژه در منازل مسکونی‌، مراکز اداری‌، تجاری و مجتمع‌های صنعتی، عدم رعایت مسائل ایمنی در استفاده از انرژی برق می‌باشد‌.

به منظور حفاظت از جان افراد در مقابل خطر برق‌گرفتگی و جلوگیری از خطرات جریان نشت الکتریسیته از کلیدهای حفاظت در برابر خطر برق گرفتگی (‌محافظ جان‌) استفاده می‌شود.

طی بررسی‌ای که نسبت به ماهیت حوادث صورت گرفته است، آمارها نشان از مراتب وقوع حوادث به شرح زیر دارند: حوادث ناشی از سقوط، حوادث داربست‌ها، مسمومیت‌ها، حوادث الکتریکی و آتش‌سوزی‌ها. لیکن در بررسی درصد حوادث منجر به مرگ، آمارها عکس توالی فوق را نشان می‌دهند. یعنی درصد تلفات منجر به مرگ حوادث برقی، علیرغم کمتر بودن تعداد آنها، بسیار بیشتر بوده است. این نشان از آن دارد که می‌بایست به طور جدی چاره‌ای اندیشیده شود. این دغدغه از گذشته در کشورهای مختلف جهان مطرح بوده و با روش‌های مختلف تلاش نموده‌اند تا آنرا حل نمایند. از جمله این موارد کاهش ولتاز توزیع شهری مثلاً ۱۱۰ ولت‌، اتصال به زمین‌کردن تجهیزات و این اواخر استفاده از کلیدهای به اصطلاح حفاظت جان می‌باشد.

تاریخچه کلید محافظ جان‌:

خطر برق در معادن طلای آفریقای جنوبی بسیار مورد توجه بود. در سال ۱۹۹۵ مهندسی به نام رابین (کارمند شرکت صنایع برق F.W.J ) سیستم کاتد سرد را که با ولتاز ۵۲۵ ولت و حساسیت جریان قطع mA 250  کار می‌کرد اختراع و در چندین معدن طلا نصب کرد. باتوجه به نتایج اطمینان ‌بخش این اختراع، رابین کار بر روی حساسیت این دستگاه را ادامه داد تا در اوایل سال ۱۹۶۵ توانست از یک نمونه سیستم بالانس هسته‌ای، تقویت کننده‌ مغناطیسی هارمونی دوم را تولید کند. درسال ۱۹۶۱ چارلز اف دال زیل، دستگاه ترانزیستوری برای حفاظت جریان نشتی را ارائه داد که به عنوان قطع‌کننده مدار خطاهای زمین شناخته شد و بعدها با نام مختصر‌GFI  مشهور گردید. GFI در آمریکا به عنوان یک حفاظ مناسب در مقابل جریان نشتی زمین با حساسیت بالا استفاده شد تا در اوایل سال ۱۹۷۰ اکثر GFI ‌ها به صورت کلیدهای مینیاتوری ساخته شدند. استفاده از این کلید از سال ۱۹۷۵ شروع شد و با حساسیت ۱ و ۲ و یا ۳ آمپر موجود بود که با پیشرفت تکنولوژی امروزه با حساسیت ۳۰ میلی‌آمپر ساخته می‌شود. کلمه‌RCD  مخفف  Residual current device(دستگاه جریان نشتی) می‌باشد و با نام‌های ذیل نیز موجود است.

RCCB= Residual current breaker

ELCB= Earth leakage circuit breaker

کلید محافظ جان Residual current device‌:

این کلیدها که به منظور جلوگیری از برق‌گرفتگی طراحی شده‌اند، به محض تشخیص نشت جریان، وارد عمل می‌شوند که این جریان مقدار بسیار کمی می‌باشد. معمولاً بین mA 5-30، از جریان فعال کننده‌های کلیدهای معمولی بسیار کم‌تر است که براساس حساسیت خود به دو نوع خانگی و صنعتی تقسیم می‌شوند‌، علاوه بر حفاظت افراد در مقابل تماس مستقیم و یا غیر مستقیم برق‌، با جلوگیری از نشتی جریان در حفاظت دستگاه‌ها و تجهیزات صنعتی نیز مؤثر می‌باشند‌. براین اساس در‌صورتی که حساسیت کلیدها تا‌۳۰ میلی‌آمپر باشد، این کلید به عنوان حفاظت از جان و در‌صورتی که حساسیت آن بیشتر از ۳۰ میلی‌آمپر باشد، به عنوان حفاظت از تجهیزات صنعتی بکار می‌رود .

سیم برق ورودی (فاز) و هادی خنثی (نول) به ترمینال‌های (۱) و سیم‌‌های خروجی به ترمینال‌های (۲) وصل می‌شوند. سیم اتصال زمین، از طریق خط تغذیه به بار، بدون قطعی وصل می‌شود. موقعی که دکمه ریست (۳) فشرده می‌شود، کنتاکت‌های (۴) و (۵‌) پشت آنان وصل می‌شوند و اجازه به عبور جریان را می‌دهند. سیم‌پیچ (۵) کنتاکت‌ها را موقعی که ریست‌ها شود، بسته نگه می‌دارد. سیم‌پیچ حساس (یک ترانسفورماتور جریان اختلافی) است که هادی‌های جریان و خنثی (فازونول) را احاطه کرده است.

درحالت عادی تمام جریان وارده از سیم‌ برق‌دار از طریق سیم خنثی بر می‌گردد، لذا مقدار جریان در هر دو‌ سیم یکی است و اثر میدان مغناطیسی حاصل یکدیگر راخنثی می‌کنند، اما هر خطای به زمین (مثلاً اگر توسط شخصی یک جزء برق‌دار یک وسیله‌، لمس شود‌) باعث می‌شود که مقدار جریان در دو مسیر متفاوت شده یا جمع جریان‌ها مخالف صفر می‌شود (درحالت سه فاز و یک خط نول)، این اختلاف باعث جریانی در سیم‌پیچ حساس (۶) می‌شود که از طریق مدار حساس (۷) تغذیه آن کامل می‌گردد، آنگاه مدار حساس قدرت را از روی سولونوئید (۵) برداشته و کنتاکت‌های (۴) را با فشار فنر از هم دور می‌نماید که باعث قطع جریان تغذیه به وسیله می‌گردد، این دستگاه چنان طراحی شده که جریان جاری در کسری از ثانیه قطع می‌شود و خطر ایجاد شک الکتریکی را کاهش می‌دهد، دکمه تست (۸) نیز کنترل عملکرد صحیح دستگاه را جهت اطمینان فراهم می‌نماید که با عبور جریان کمی از سیم‌– تست نارنجی (۹) در اصل خطا را با ایجاد عدم تعادل در سیم‌پیچ حساس شبیه‌سازی می‌کند، اگر RCD با فشردن دکمه تست عمل ننماید و برق را قطع نکند، دستگاه خراب بوده و باید تعویض شود.
[auth]
مکانیزم عملکرد کلید محافظ جان‌:

محاسبه اختلاف جریان رفت و برگشتی در مدار است که اگر این اختلاف از حد خاصی تجاوز کند‌، نشان دهنده وقوع جریان نشتی در مدار است و بلافاصله دستور قطع توسط کلید محافظ جان صادر می‌شود.

کلید محافظ نشتی جریان بصورت دو پل (‌برای مدار تکفاز‌) و چهار پل (‌برای مدار سه‌فاز‌) عرضه شده و دارای سه تیپ کلی می‌باشد.

جدول ۰۱

کلید محافظ نشتی جریان تیپ AC:

کلید محافظ جان یا کلید محافظ نشتی جریان RCCB تیپ AC قابلیت تشخیص جریان‌های نشتی با شکل موج متناوب AC را دارند. این گروه از کلید محافظ جان بصورت ۲ پل و ۴ پل در دسترس است. رنج جریان نامی از ۱۶ تا ۱۲۵ آمپر و رنج جریان نشتی‌ A 0.5A ,‌۰٫۳A ,‌۰٫۱،  A 0.01A  ,‌۰٫۰۳ بوده و ولتاژ کاری ۲۰۰ تا ۴۰۰ ولت می‌باشد.

  کلید محافظ نشتی جریان تیپ ‌A:

کلید محافظ جان یا کلید محافظ نشتی جریان RCCB تیپ A قابلیت تشخیص جریان نشتی با شکل موج متناوب AC و مستقیم DC پالسی را دارند. این گروه کلید محافظ جان در انواع ۲ پل و ۴ پل ارائه می‌گردند. رنج جریان نامی از ۱۶ تا ۸۰ آمپر و رنج جریان نشتی A 0.5‌ A ,‌۰٫۳A ,‌  ۰٫۱ A ,‌  ۰٫۰۱ A  ,‌۰٫۰۳ بوده و ولتاژ کاری ۲۰۰ تا ۴۰۰ ولت است. مدل خاصی از این کلید محافظ جان برای شبکه‌هایی با ولتاژ ۵۰۰ ولت نیز ارائه شده است.

کلید محافظ نشتی جریان تیپ   :‌B

کلید محافظ جان یا کلید محافظ نشتی جریان RCCB تیپ B قابلیت تشخیص جریان نشتی با شکل موج متناوب AC و مستقیم DC پالسی تا فرکانس ۱ مگاهرتز و مستقیم DC صاف را دارند. این گروه کلید محافظ جان نیز در انواع ۲ پل و ۴ پل ارائه می‌گردند. رنج جریان نامی از ۱۶ تا ۱۲۵ آمپر و رنج جریان نشتی  A0.03 تا A 0.3 بوده و ولتاژ کاری ۲۳۰ تا ۴۰۰ ولت است. همچنین مدل‌های خاصی از این تیپ محافظ جان با قابلیت کار تا ولتاژ ۵۰۰ ولت و یا رنج جریان نشتی تا ۰٫۵ آمپر نیز وجود دارند.

دستور‌العمل نصب‌:

باتوجه به مقررات و استانداردهای بین‌المللی‌، رعایت موارد ذیل در نصب کلیدهای محافظ جان ضروری می‌باشد‌:

۱-  قبل از نصب بایستی با آمپرمتر مخصوص، میزان نشتی جریان در مداری که قرار است کلید فوق نصب گردد اندازه‌گیری شود و در صورتیکه میزان جریان نشتی بیشتر از ۲% حساسیت نامی کلید باشد، پس از نشت‌یابی و رفع نقص‌، اقدام به نصب کلید گردد. این نشتی می‌تواند بین فاز و زمین‌، نول و زمین‌، فاز یا نول با فازها و نول‌ها مدارهای مجاور باشد که در تمام حالت‌های فوق کلید اقدام به قطع مدار می‌نماید‌.

۲-  در مورد کلیدهای دو پل سیم نول به ترمینال مشخص شده با علامت N و سیم فاز به ترمینال مشخص شده با علامت L متصل می‌شود‌.

۳- در سیستم تکفاز‌، دو سیم نول، فاز و در سیستم سه‌فاز‌، چهار سیم (‌سه‌فاز و نول‌) بایستی به ورودی و خروجی کلید متصل گردد.

۴- باتوجه به موقعیت نصب‌، سیم‌های ورودی و خروجی می‌توانند از بالا و یا پائین به کلید متصل شوند که این امر در کارکرد کلید اثری نخواهد داشت‌.

۵- درجه حفاظت کلیدها برای جلوگیری از ورود اجسام خارجی برابر با IP 40 می‌باشد.

۶- کلید عملیات نصب و رفع نقص بایستی توسط فرد متخصص انجام شود‌.

۷-  ترمینال‌های ورودی و خروجی کلیدها با توجه به آمپر کلید برای بالاترین قطر کابل یا سیم در نظر گرفته شده و از این نظر مشکلی وجود نخواهد داشت‌.

۸-  همراه با کلید امکان استفاده از کنتاکت کمکی نیز وجود دارد‌.

دستور‌العمل دوره بهره‌برداری‌:

قطع جریان برق توسط کلید محافظ جان، نشان دهنده آن است که حداقل یکی از وسایل برقی موجود در مدار و یا اینکه سیم‌کشی ساختمان دارای جریان نشتی می‌باشد که در این صورت باید ابتدا دو شاخه کلیه وسائل برقی را از پریزها بیرون آورده و پس از وصل مجدد کلید حفاظت از خطر برق گرفتگی مطابق با موارد زیر عمل نمود:

 ۱-  چنانچه کلید دوباره جریان برق را قطع نمود‌:

این امر بدین معنی است که در سیستم سیم‌کشی داخل ساختمان و یا سیم‌های خروجی از مدار، کلید حفاظت از خطر برق‌گرفتگی جریان نشتی بوجود آمده است و تا زمانی که این نشتی وجود داشته باشد، کلید قابل وصل نخواهد بود و هر بار پس از وصل کلید‌، بلافاصله فرمان قطع می‌دهد که در این صورت بایستی توسط فرد متخصص نسبت به رفع نقص اقدام گردد‌.

 ۲- در صورتی که بعد از خارج نمودن کلیه وسایل‌برقی از مدار‌، کلید حفاظت از خطر برق گرفتگی‌، جریان برق را قطع نکند‌:

تصاویر ۰۴ و ۰۵

این امر بدین معنی است که در سیستم سیم‌کشی ساختمان مشکلی ندارد و یکی از وسائل برق‌داری، جریان نشتی به بدنه می‌باشد که در این صورت وسائل برقی را تک‌تک به برق وصل نموده تا کلید قطع نماید‌، قطع کلید نشانه آن است که آن وسیله برقی دارای جریان نشتی به بدنه می‌باشد که بایستی نسبت به رفع نقص آن اقدام گردد‌.

نتیجه‌گیری:                                                            

استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی، جلوگیری از بروز آتش‌سوزی در اثر وجود جریان نشتی می‌باشد‌. با توجه به اینکه یک جریان ۵/۰ آمپری می‌توان باعث بروز آتش‌سوزی شود‌، کلید حفاظت از خط برق‌گرفتگی با تشخیص جریان نشتی و قطع جریان ورودی‌، مانع از بروز آتش‌سوزی می‌شود‌. همچنین از آنجا که در صورت وجود جریان نشتی در بدنه وسایل‌برقی و یا سیستم سیم‌کشی ساختمان‌، این جریان به مرور زمان یاد می‌شود و احتمال سوختن وسایل برقی و سیستم سیم‌کشی ساختمان را به وجود می‌آورد، لذا استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق‌گرفتگی‌، با توجه به کاهش میزان هدر‌رفتن انرژی الکتریکی و برق مصرفی، صرفه‌جوئی اقتصادی و حفظ ثروت‌های ملی را نیز در بر خواهد داشت.

منابع :

Electrical installations Handbook of Siemens

مبحث سیزدهم مقررات ملی ساختمان
[/auth]