مقدمه

ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺍﻧﺮﮊﻱﺍﻟﮑﺘﺮﻳﮑﻲ ﮐﻪ ﻳﮑﻲ ﺍﺯ ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ ﻭ ﺑﻬﺘﺮﻳﻦ ﺍﻧﺮﮊﻱ‌ﻫﺎﺋﻲ ﺍﺳﺖ ﮐﻪ ﺩﺭ ﺍﺧﺘﻴﺎﺭ ﺑﺸﺮ ﻗﺮﺍﺭ ﺩﺍﺭﺩ ﺧﻴﻠﻲ ﺁﺳﺎﻥ ﻭ ﺗﺒﺪﻳﻞ ﺁﻥ ﺑﻪ ﺍﻧﺮﮊﻱ‌ﻫﺎﻱ ﺩﻳﮕﺮ ﺧﻴﻠﻲ ﺳﺎﺩﻩ ﻣﻴﺒﺎﺷﺪ ﻭﻟﻲ ﻃﺮﻳﻘﻪ حفاﻇﺖ ﻭ ﺑﻬﺮﻩ ﺑﺮﺩﺍﺭﻱ ﺻﺤﻴﺢ ﺍﺯﺁﻥ ﻫﻤﻴﺸﻪ ﻭ ﺩﺭ ﻫﻤﻪ ﺟﺎ ﺑﺎ ﻣﺸﮑﻼﺗﻲ ﺭﻭﺑﺮﻭ ﺑﻮﺩﻩ ﺍﺳﺖ .ﺩﺭﺧﻮﺍﺳﺖ ﺍﻳﻦ ﺍﻋﺘﻤﺎﺩ ﺑﺮﺍﻱ ﺣﻔﺎﻇﺖ ﺟﺎﻥ ﺍﻧﺴﺎﻥ ﻭ ﺣﻴﻮﺍﻧﺎﺕ ﺍﻫﻠﻲ ﻭ ﺟﻠﻮﮔﻴﺮﻱ ﺍﺯ ﺧﻄﺮﺍﺕ ﺁﺗﺶ ﺳﻮﺯﻱ ﻭ ﺍﻧﻔﺠﺎﺭﻫﺎﻱ ﻋﻈﻴﻢ ﺩﺭ ﻣﻌﺎﺩﻥ – ﺍﻧﺒﺎﺭﻫﺎﻱ ﺑﺰﺭﮒ – ﺑﺨﺼﻮﺹ ﭘﺎﻻﻳﺸﮕﺎﻩ ﻫﺎﻱ ﻧﻔﺖ ﻭ ﮔﺎﺯ ﻭﻏﻴﺮﻩ ﺑﺴﻴﺎﺭ ﻣﻬﻢ ﻭ ﺑﺎ ﺍﺭﺯﺵ می‌باشد. ﺑﺎ ﺑﺎﻻ ﺭﻓﺘﻦ ﻣﺼﺮﻑ ﺍﻧﺮﮊﻱ ﺑﺮﻕ ﻭ ﺗﻮﺻﻌﻪ ﺻﻨﻌﺖ ﻭ ﺷﻬﺮ ﻫﺎ ﺩﺭ ﻫﻤﻪ ﮐﺸﻮﺭ ﻫﺎﻱ ﺟﻬﺎﻥ ﺍﻣﮑﺎﻥ ﭼﻨﺪﻳﻦ ﺑﺮﺍﺑﺮ ﺷﺪﻥ ﺗﻠﻔﺎﺕ ﺯﻳﺎﺩﺗﺮ ﺧﻮﺍﻫﺪ ﺷﺪ. ﺭﻓﺎﻩ ﻳﮏ ﺟﺎﻣﻌﻪ ﺍﻗﺘﺼﺎﺩ ﺁﻥ ﺟﺎﻣﻌﻪ ﺍﺳﺖ ﺍﻗﺘﺼﺎﺩ ﻳﮏ ﺟﺎﻣﻌﻪ ﺑﺴﺘﮕﻲ ﺑﻪ ﺻﻨﻌﺖ ﺁﻥ ﺟﺎﻣﻌﻪ ﺩﺍﺭﺩ، ﺻﻨﻌﺖ ﺁﻥ ﺟﺎﻣﻌﻪ ﺑﺴﺘﮕﻲ ﺑﻪ ﺗﻮﺍﻥ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻭ ﻣﺼﺮﻑ ﺩﻗﻴﻖ ﺍﻧﺮﮊﻱ ﺍﻟﮑﺘﺮﻳﮑﻲ ﺁﻥ ﺟﺎﻣﻌﻪ ﺩﺍﺭﺩ. ﺗﺤﻘﻴﻘﺎﺕ، ﺑﺎﺯﺩﻳﺪﻫﺎ ﻭ ﻣﻄﺎﻟﻌﺎﺕ ﺁﻣﺎﺭ ﭘﺰﺷﮑﻲ ﻗﺎﻧﻮﻧﻲ ﺍﺯ ﮐﺸﻮﺭ هاﻱ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺩﺭ ﻣﻮﺭﺩ ﺑﺮﻕ‌ ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ‌هایی ﮐﻪ ﺑﺎﻋﺚ ﻣﺮﮒ ﺷﺪﻩ ﺛﺎﺑﺖ می‌کند ﮐﻪ ﭘﻨﺠﺎﻩ ﺩﺭﺻﺪ ﺁﻥ‌ها ﺩﺭ ﺍﺛﺮ ﺗﻤﺎﺱ ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﺑﺎ ﺳﻴﻢ ﺣﺎﻣﻞ ﺑﺮﻕ ﺩﺭ حمام، ﺍﺳﺘﺨﺮ، ﺣﻴﺎﻁ، ﺯﻳﺮ ﺯﻣﻴﻦ، ﭘﺎﺭﮎ‌ﻫﺎ ﻭ ﻳﺎ ﺟﺎﻫﺎﻱ ﻣﺮﻃﻮﺏ ﺑﻮﺩﻩ ﮐﻪ ﺟﺮﻳﺎﻥ ﺑﺮﻕ ﻣﺴﺘﻘﻴﻤﺎً ﺍﺯ ﺑﺪﻥ ﺍﻓﺮﺍﺩ ﺑﻪ ﺯﻣﻴﻦ ﺑﺮﻗﺮﺍﺭ ﺷﺪﻩ ﻭ بقیه به علت ﻓﺮﺳﻮﺩﮔﻲ کابل‌ها ﻭ ﻳﺎ ﻋﺎﻳﻖ ﻧﺒﻮﺩﻥ ﺻﺤﻴﺢ ﻟﻮﺍﺯﻡ ﺻﻨﻌﺘﻲ ﻭ ﺧﺎﻧﮕﻲ ﻭ ﺩﺳﺘﮕﺎﻩ‌ﻫﺎﻱ ﺑﺮﻗﻲ ﻭ ﻳﺎ ﺳﻴﻢ‌ﮐﺸﻲ‌ﻫﺎﻱ ﻏﻠﻂ ﻭ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﻟﻮﻟﻪ‌ﻫﺎﻱ ﻓﻠﺰﻱ ﻭ ﺳﻴﻢ ﺍﻓﺸﺎﻥ ﺍﺗﻔﺎﻕ ﺍﻓﺘﺎﺩﻩ ﺍﺳﺖ. ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺗﻮﺯﻳﻊ ﺍﻧﺮﮊﻱ ﺍﻟﮑﺘﺮﻳﮑﻲ ﮐﻪ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺍﺭﺕ ﺁﻥ ﺩﺭ کلیه ﻧﻘﺎﻁ ﺷﺒﮑﻪ ﺑﺨﺼﻮﺹ ﺩﺭ ﻓﺸﺎﺭ ﺿﻌﻴﻒ ﺑﺎ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺣﻔﺎﻇﺘﻲ ﺯﻣﻴﻦ متصل ﮔﺮﺩﻳﺪﻩ ﺍﻳﻦ ﺍﻋﺘﻤﺎﺩ ﺭﺍ ﺑﺮﻗﺮﺍﺭ می‌نماید ﮐﻪ ﻭﻟﺘﺎﮊﻫﺎﻱ ﺍﻳﺠﺎﺩ ﺷﺪﻩ ﺩﺭ کلیه ﻗﻄﻌﺎﺕ ﻓﻠﺰﻱ ﺩﺭ ﺻﻨﺎﻳﻊ ﻭ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻥ ﻭ ﺑﺮﻕ‌ﮔﻴﺮﻫﺎ ﻃﺒﻖ ﻗﻮﺍﻧﻴﻦ ﻭ ﺍﺳﺘﺎﻧﺪﺍﺭﺩﻫﺎﻱ ﺑﻴﻦ‌ﺍﻟﻤﻠﻠﻲ ﻣﺴﺎﻭﻱ ﺻﻔﺮ ﺑﺎﺷﺪ.  ﻗﺒﻮﻝ ﻭ ﺭﻋﺎﻳﺖ ﺍﺳﺘﺎﻧﺪﺍﺭﺩﻫﺎﻱ ﺑﻴﻦ ﺍﻟﻤﻠﻠﻲ ﻣﻮﺟﻮﺩ ﻭ ﺍﺟﺮﺍﻱ ﺩﺳﺘﻮﺭﺍﻟﻌﻤﻞﻫﺎﻱ ﻣﻮﺭﺩ ﻟﺰﻭﻡ ﺩﺭ ﺭﺍﻩ ﺟﻠﻮﮔﻴﺮﻱ ﺍﺯ ﺧﻄﺮﺍﺕ ﺑﺮﻕ ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ ﮐﻤﮏ موثری ﺩﺭ ﺍﻳﻦ ﻣﻮﺭﺩ می‌باشد ﮐﻪ ﮐﺸﻮﺭﻫﺎﻱ ﭘﻴﺸﺮﻓﺘﻪ ﺁﻧﺮﺍ ﺭﻋﺎﻳﺖ ﻭ ﺗﻌﺪﺍﺩ ﺳﻮﺍﻧﺢ ﺑﺮﻕ ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ ﺭﺍ ﺗﺎ ﺣﺪ ﺍﻣﮑﺎﻥ ﮐﺎﻫﺶ می‌دهند. ﺩﺭ ﻣﻮﺍﻗﻊ ﺭﻋﺪ ﻭ ﺑﺮﻕ ﻭ ﻳﺎ ﺷﻌﻠﻪﻭﺭ ﺷﺪﻥ ﺩﺳﺘﮕﺎﻩﻫﺎﻱ ﺑﺮﻗﻲ ﭼﻪ ﺩﺭ ﻭﻟﺘﺎﮊ ﻫﺎﻱ ﭘﺎﺋﻴﻦ ﻭ ﻳﺎ ﻭﻟﺘﺎﮊ ﻫﺎﻱ ﺑﺎﻻ ﺩﺭ ﻧﺰﺩﻳﮑﻲ ﺍﻧﺴﺎﻥ ﺍﻣﮑﺎﻥ ﺑﺮﻕ‌ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ ﻧﻴﺰ ﻭﺟﻮﺩ ﺩﺍﺭﺩ ﮐﻪ ﺧﻄﺮﺍﺕ ﻭ ﺧﺴﺎﺭﺍﺕ ﺁﻥ ﺭﺍ ﺑﻄﻮﺭ ﺳﺎﺩﻩ ﻧﻤﻲ‌ﺗﻮﺍﻥ ﺩﺭ ﺍﻳﻦ ﺑﺨﺶ ﺗﺸﺮﻳﺢ ﮐﺮﺩ. ﺟﺮﻳﺎﻥ ﻭ ﻓﺸﺎﺭ ﺑﺮﻕ ﺩﺭ ﺑﺪﻥ ﺍﻧﺴﺎﻥ ﺩﺭ ﺟﺎﻫﺎیی ﮐﻪ ﻣﻘﺎﻭﻣﺖ ﺍﻫﻤﻲ ﺑﺪﻥ ﮐﻤﺘﺮ ﺑﺎﺷﺪ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﻭ ﺭﺍﺣﺖﺗﺮ ﺟﺮﻳﺎﻥ می‌نماید ﻭ ﺳﻌﻲ ﻣﻴﮑﻨﺪ ﮐﻪ ﺍﻳﻦ ﻣﻮﺍﻧﻊ ﺭﺍ ﺑﺮﻃﺮﻑ ﻧﻤﺎﻳﺪ ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ ﺍﻳﻦ ﻣﻮﺍﻧﻊ ﻣﻘﺎﻭﻣﺖ ﺩﺭ ﻣﻘﺎﺑﻞ ﻓﺸﺎﺭ ﺑﺮﻕ ﺭﺍ ﻧﺪﺍﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﻨﺪ ﺟﺮﻳﺎﻥ ﺑﺮﻕ ﺑﺎﻋﺚ ﺍﺯ ﻫﻢ ﻣﺘﻼﺷﻲ ﮐﺮﺩﻥ، ﺳﻮﺯﺍﻧﺪﻥ ﻭ ﺑﻪ ﺁﺗﺶ ﮐﺸﻴﺪﻥ ﻭ ﺑﺮﻃﺮﻑ ﮐﺮﺩﻥ ﺍﻳﻦ ﻣﻮﺍﻧﻊ ﺧﻮﺍﻫﻨﺪ ﺷﺪ. ﺩﺭ ﺑﺪﻥ ﺍﻧﺴﺎﻥ ﻭ ﻫﺮ ﺟﺎﻧﻮﺭ ﺯﻧﺪﻩ ﻫﻨﮕﺎﻡ ﺑﺮﻕ ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ ﻫﻤﻴﻦ ﻭﺍﻗﻌﻪ ﺭﺥ می‌دهد. ﺑﺎﺭﻫﺎ اتفاق ﺍﻓﺘﺎﺩﻩ ﺍﺳﺖ ﮐﻪ ﺩﺭ ﺍﺛﺮ ﻳﮏ ﺍﺷﺘﺒﺎﻩ ﻭ ﻳﺎ دقت ﻧﻨﻤﻮﺩﻥ ﻭ ﺭﻋﺎﻳﺖ ﻧﮑﺮﺩﻥ ﺩﺳﺘﻮﺭالعملﻫﺎﻱ ﻣﻮﺟﻮﺩ حتی ﮐﺎﺭﮔﺮﺍﻥ ﻭ ﻣﻬﻨﺪﺳﻴﻦ ﺑﺎ ﺗﺠﺮﺑﻪ ﻫﻢ ﺩﭼﺎﺭ ﺑﺮﻕ ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ ﺷﺪﻩ ﺍﻧﺪ ﮐﻪ ﺗﻮﺍﻡ ﺑﺎ ﻣﺮﮒ ﺑﻮﺩﻩ‌ﺍﺳﺖ. ﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻥ ﺑﺪﻥ ﺍﻧﺴﺎﻥ ﻭ ﻫﺮ ﺟﺎﻧﻮﺭ ﺯﻧﺪﻩ ﺩﺭ ﻣﻘﺎﺑﻞ ﺟﺮﻳﺎﻥ ﺑﺮﻕ ﺍﺯ ﻣﻘﺎﻭﻣﺖ ﻫﺎﻱ ﺯﻳﺎﺩﻱ ﺗﺸﮑﻴﻞ ﺷﺪﻩ ﮐﻪ ﺑﻄﻮﺭ ﺳﺎﺩﻩ می‌توان نشان داد. ﮐﻤﺘﺮﻳﻦ ﻣﻘﺎﻭﻣﺖ‌ﻫﺎﻱ ﺑﺪﻥ ﺍﻧﺴﺎﻥ ﻋﻀﻼﺕ ﻭ ﻣﺎﻫﻴﭽﻪﻫﺎ ﻭ ﺁﺋﻮﺭﺕ ﻭ حساﺱ ﺗﺮﻳﻦ ﻭ ﻇﺮﻳﻒ ﺗﺮﻳﻦ ﺁﻧﻬﺎ ﺩﺭﻳﭽﻪ ﻫﺎﻱ ﻗﻠﺐ – ﮐﺒﺪ – ﮐﻠﻴﻪ – ﺭﻳﻪ – غده ﺗﻴﺮﻭﺋﻴﺪ ﻭ ﻏﻴﺮﻩ می‌باشند. ﺑﺰﺭﮔﺘﺮﻳﻦ ﺍﻳﻦ ﻣﻘﺎﻭﻣﺖ‌ﻫﺎ ﺍﺯ ﭘﻮﺳﺖ ﺑﺪﻥ ﺷﺮﻭﻉ ﻭ ﺳﭙﺲ ﺳﻠﺴﻠﻪ ﻣﻮﻳﺮﮒ‌ﻫﺎ می‌باشند ﮐﻪ ﺩﺭ ﻣﻘﺎﺑﻞ ﺟﺮﻳﺎﻥ ﺑﺮﻕ ﺑﺎ ﺳﻮﺧﺘﮕﻲ ﻧﺎﮔﻮﺍﺭﻱ ﻣﻮﺍﺟﻪ می‌شوند. ﺍﻳﻦ ﺳﻮﺧﺘﮕﻲﻫﺎ ﻋﻤﻘﻲ ﺑﻮﺩﻩ ﻭ ﻣﺪﺍﻭﺍﻱ ﺁﻥ ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ ﺯﻳﺎﺩ ﺑﺎﺷﻨﺪ ﺑﺴﻴﺎﺭ ﺳﺨﺖ ﻭ ﺩﺭ ﺑﻌﻀﻲ ﻣﻮﺍﻗﻊ ﻏﻴﺮﻗﺎﺑﻞ ﻋﻼﺝ می‌باشد ﺑﺨﺼﻮﺹ ﮐﻪ ﺍﮔﺮ ﺳﻮﺧﺘﮕﻲ ﺩﺭ ﺑﺮﻕ ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ ﺑﺎ ﻭﻟﺘﺎﮊ ﺯﻳﺎﺩ اتفاق ﺍﻓﺘﺎﺩﻩ‌ﺑﺎﺷﺪ (ﺗﺨﺮﻳﺐ ﺳﻠﻮﻝﻫﺎ) ﻭ ﺯﺧﻢﻫﺎﻱ ﺍﻳﺠﺎﺩ ﮔﺮﺩﻳﺪﻩ ﻋﻤﻘﻲﺗﺮ ﺑﻮﺩﻩ ﮐﻪ ﻫﻤﻴﺸﻪ ﺑﺎ ﺩﺭﺩﻫﺎﻱ ﺯﻳﺎﺩ ﻭﻋﻔﻮﻧﺖ ﻫﺎﻱ ﺳﺨﺘﻲ ﻫﻤﺮﺍﻩ ﺧﻮﺍﻫﻨﺪ ﺑﻮﺩ. ﻋﺒﻮﺭ ﺟﺮﻳﺎﻥ ﺑﺮﻕ ﺍﺯ ﺑﺪﻥ ﺍﻧﺴﺎﻥ ﺍﻳﻦ ﻣﻘﺎﻭﻣﺖ‌ﻫﺎ ﺩﺭ ﻣﻘﺎﺑﻞ ﻭﻟﺘﺎﮊ ﺑﺮﻗﺮﺍﺭ ﺷﺪﻩ ﺩﺭﻧﺴﻮﺝ ﺑﺪﻥ ﺍﻣﭙﺪﺍﻧﺴﻲ ﺭﺍ ﺗﺸﮑﻴﻞ می‌دهند ﮐﻪ به‌وسیله ﺁﻥ می‌توان ﺟﺮﻳﺎﻥ ﺭﺍ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﻧﻤﻮﺩ. ﺍﻳﻦ ﻣﻘﺎﻭﻣﺖ‌ﻫﺎ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻥ ﻧﺴﻮﺝ ﺑﺪﻥ ﻣﺨﺘﻠﻒ بوده ﻭ ﺟﻬﺖ ﻭ ﻃﺮﻳﻘﻪ ﻋﺒﻮﺭ ﺟﺮﻳﺎﻥ ﺑﺮﻕ ﻧﻴﺰ ﻣﺘﻔﺎﻭﺕ ﺍﺳﺖ. با توجه به مطالب گفته‌شده برق‌گرفتگی مسئله‌ای جدی در صنعت برق است و همینطور امروزه روش‌های زیادی برای حل این مشکل ارائه شده که مهمترین آن‌ها حفاظت سيم‌ها، کابل‌ها، فيوز، استفاده از سیم زمین و استفاده از حفاظت رله‌ای می‌باشد. در مرجع 1 همه این روش‌ها بررسی شده و حفاظت رله ای بر اساس نمونه‌گیری روشی پرکاربرد در سطوح ولتاژ بالا، متوسط و پایین است.

در مرجع 2 بررسی دقیقی روی جریان عبوری که در آن مشکلی برای انسان پیش نمی‌آید اندازه‌گیری شد، این جریان برابر با 30 میلی آمپر در مدت 20 ثانیه است. در مرجع 3، برای سیستم‌های ولتاژ بالا چندین روش بررسی شده و نهایتاً مشخص شد که این طرح تنها می‌تواند 10 درصد از حوادث را کم کند چرا که برﻕ‌ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ ﺩﺭ ﻭﻟﺘﺎﮊﻫﺎﻱ ﺑﺎﻻ به دلیل سوختن ماهیچه‌ها، سلول‌ها و عضلات در دمای بیش از  دو هزار درجه ناشی از ﻗﻮﺱﻫﺎﻱ ﺍﻟﮑﺘﺮﻳﮑﻲ به‌طور کامل ﺍﺯ ﺑﻴﻦ می‌روند. در مرجع 4، استفاده رله مکانیکی پیشنهاد شد که تا حدودی مشکل برق‌گرفتگی را حل می‌نماید. اما در مرجع 5 و 6 این طرح رد شد زیرا استفاده از رله مکانیکی بدون حفاظت زمین امکان ندارد (لطفی زاده, حامد؛ سیدمحمدتقی بطحائی و مجتبی خدرزاده، ۱۳۸۸).

در این مقاله روشی جدید برای حفاظت انسان در سیستم ها فشار قوی ارائه می­شود، و این روش ساده و دارای سرعت زیاد است. با توجه به اینکه در ولتاژ های بالا امکان حفاظت از انسان وجود ندارد، لذا باید ابتدا سطح ولتاژ را کاهش داد و سپس از طریق مدار پیشنهادی حفاظت انجام شود. در این روش ابتدا از ترانس کاهنده استفاده کرده و سپس از مداری الکترونیکی و پرسرعت برای تشخیص برق گرفتگی استفاده شده و از طریق رله جریان قطع می­شود.

حفاظت جان

کلید محافظ جان که با RCCB یا RCD نیز شناخته‌ می‌شوند بر اساس اختلاف جریان رفت و برگشتی در مدار عمل می‌کند که اگر این اختلاف از حد خاصی تجاوز کند، جریان نشتی در مدار رخ داده و بلافاصله کلید محافظ جان دستور قطع را صادر می‌نماید. می‌توان گفت یک از مهمترین علل بروز خسارات مالی و جانی به‌ویژه در منازل مسکونی، اداری، تجاری و صنعتی عدم رعایت مسائل ایمنی در استفاده از انرژی برق می‌باشد . به‌منظور حفاظت از جان افراد در مقابل خطر برق گرفتگی و جلوگیری از خطر آتش سوزی در اماکن مسکونی و صنعتی، از کلید محافظ جان استفاده شده که این کلیدها که براساس حساسیت خود و با توجه به نوع کاربرد به دو نوع خانگی و صنعتی تقسیم می‌شوند، علاوه بر حفاظت افراد در مقابل تماس مستقیم و یا غیر مستقیم برق، از نشتی جریان در حفاظت دستگاه‌ها و تجهیزات صنعتی نیز جلوگیری می‌کند. جریان نشتی می‌تواند ناشی از تماس تصادفی بدن فردی باشد که با زمین تماس دارد. شکل‌ 1 عملکرد کلید حفاظت جان را در حالت تماس غیرمستقیم انسان نشان می‌دهد. (Sh.farhangi, 1388 and hasan monsef; Tehran, M)

که در روابط (1) تا (3)، R_F مقاومت خطا، R_A مقاومت زمین، U_L ولتاژ حقیقی کنتاکت، I_D جریان نشتی خطا، I_Dn جریان نشتی نامی و U_Lzul. ولتاژ مجاز کنتاکت است. شکل 2 حفاظت کلید در هنگام تماس مستقیم را نشان می‌دهد.

که در رابطه (4)، R_M مقاومت بدن است.

کلیدهای محافظ جان باید به گونه‌ای طراحی شوند که در فاصله زمانی کوتاهی و پیش از آسیب جانی به فرد مدار را قطع کنند. این کلیدها برای قطع مدار در برابر اضافه‌بار و اتصال‌کوتاه طراحی نشده‌اند. به نوع دیگری از این کلیدها که علاوه بر جریان نشتی به اضافه‌بار هم واکنش نشان می‌دهند RCBOگفته‌می‌شود. از آنجایی‌که یک جریان نیم آمپری می‌تواند باعث بروز آتش‌سوزی شود، کلید محافظ جان با تشخیص جریان نشتی و قطع آن می‌تواند مانع از  بروز آتش‌سوزی شود. همچنین در صورت وجود جریان نشتی در بدنه، وسائل برقی و یا سیستم سیم‌کشی ساختمان، این جریان به مرور زمان زیاد شده و می‌تواند منجر به سوختن وسایل برقی و سیستم سیم‌کشی ساختمان شود. بنابراین استفاده از کلیدهای محافظ جان، با توجه به کاهش میزان تلفات انرژی الکتریکی و برق مصرفی،  صرفه جوئی اقتصادی و حفظ ثروتهای ملی را در بر خواهد داشت.

کلید محافظ جان بصورت دو پل ( برای مدار تک‌فاز ) و چهار پل ( برای مدار سه‌فاز ) عرضه شده و دارای سه تیپ کلی می‌باشد که در جدول 1 تشریح شده‌است.

جدول 1: انواع کلیدهای حفاظت جان

کلید محافظ نشتی جریان تیپ AC

کلید محافظ جان یا کلید محافظ نشتی جریان تیپ AC قابلیت تشخیص جریان‌های نشتی متناوب یا AC را دارند. این گروه از کلیدهای محافظ جان بصورت دو پل (مدارات تک‌فاز) و چهار پل (مدارات سه‌فاز) در دسترس است. محدوده جریان نامی از 16 تا 125 آمپر و محدوده جریان نشتی   0.01  ، 0.03، 0.1، 0.3 و 0.5 آمپر هستند که در ولتاژ کاری 200 تا 4000 ولت کار می‌کنند.

کلید محافظ نشتی جریان تیپ A

کلید  محافظ نشتی جریان تیپ A می‌تواند جریان نشتی با شکل موج متناوب AC و مستقیم DC پالسی را تشخیص دهد. این گروه کلید محافظ جان نیز در انواع دو . چهار پل ارائه می گردند. محدوده جریان نامی از 16 تا 80 آمپر و محدوده جریان نشتی  0.50.01  ، 0.03، 0.1، 0.3 و 0.5 آمپر بوده که در ولتاژ کاری 200 تا 400 ولت کار می‌کنند. مدل خاصی از این کلید محافظ جان برای شبکه هایی با ولتاژ 5000 ولت نیز ارائه شده‌است.

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 1 مگاهرتز و مستقیم DC صاف را دارند. این گروه کلید محافظ جان نیز در انواع دو و چهار پل ارائه می گردند. رنج جریان نامی از 16 تا 1255 آمپر و رنج جریان نشتی از 0.03 تا 0.3 آمپر بوده و ولتاژ کاری 230 تا 400 ولت است. همچنین مدل‌های خاصی از این تیپ محافظ جان با قابلیت کار تا ولتاژ 5000 ولت و یا رنج جریان نشتی تا 0.55 آمپر نیز وجود دارند.

روش پیشنهادی

ابتدا در همه نقاطی که امکان اتصال بدنه وجود دارد حفاظت جان که متشکل از ترانسفورماتور نشتی جریان و رله مربوطه هست استفاده می­نماییم. رله حفاظت جان باید در کسری از میلی‌ثانیه و قبل از ایجاد آسیب قلبی ناشی از عبور جریان عمل نماید. چنانچه مشاهده شد در سیستمی که اتصال بدنه پیدا کرده جریان رفت و برگشت با هم فرق دارد، بر عکس حالتی که سیستم اتصال بدنه ندارد، و در این حالت برای تشخیص این تفاوت می­توان از سنسور جریان برای تشخیص جریان هر شاخه استفاده کرد و با تشخیص تفاوت در جریان، فرمان قطع به رله صادر شود. موارد گفته شده در شکل 3 قابل مشاهده است. در روش پیشنهادی، جهت قطع و وصل حفاظتی سیستم قدرت از کلید الکترونیک قدرتی IGBT استفاده می‌شود. مزیت استفاده از کلید های قدرت سریع مانند IGBT سرعت بالای آنها بوده به‌گونه‌ای که می‌تواند قبل از زمان آستانه فیبراسیون یا ایست قلبی عمل نموده و فرد را از شوک الکتریکی ایزوله نماید.

جهت بررسی عملکرد حفاظت جان با IGBT، مداری متشکل از منبع ولتاژ سه‌فاز 380 ولت و 50 هرتزی که موتور القایی‌سه فاز را تغذیه می‌نماید را در محیط Matlab شبیه‌سازی می‌نماییم. در این شبیه‌سازی پس از 30 میلی‌ثانیه تماس مستقیمی با یک فاز از منبع ولتاژ سه‌فاز که ولتاژی حدود 220 ولت دارد برقرار می‌شود. مقاومت الکتریکی بدن انسان در ولتاژ‌های مختلف  مطابق با استاندارد IEC 60947 در جدول 2 آمده‌است.

جدول 2: امپدانس کل بدن برای مسیر جریانی دست تا دست در قزکانس‌های 50 و 60 هرتز در صورت تماس سطح بزرگ هدایتی خشک

مطابق جدول 2، مقاومت دست تا دست بدن 95 درصد افراد در ولتاژ 225 ولت 1900 اهم است. چنانچه در نکته 1 زیر جدول آمده، برای تعیین مقاومت دست تا پا می‌توان از ضریب 1.1 تا 1.3 استفاده کرد. لذا برای تعیین تقریبی مقاومت بدن انسان می‌توان نوشت:

(5)

برای اطمینان بیشتر، مقاومت بدن را برای ولتاژ 220 ولت، مقدار 2000 اهم انتخاب می‌نماییم. مقاومت زمین را در حین تماس مستقیم 10 اهم انتخاب می‌نماییم. مدار شبیه‌سازی‌شده حفاظت جان در شکل 3 نمایش داده‌شده‌است. مطابق شکل 3 منبع ولتاژ سه فاز پس از عبور از IGBTهای حفاظتی به موتور القایی سه‌فاز متصل می‌شود. مشخصاتIGBT  انتخابی جهت حفاظت جان مطابق IGBT ساخت شرکت Fairchild مدل 60n60 انتخاب شده‌است. این IGBT  قابلیت تحمل ولتاژ معکوس 600 ولت و جریان 60 آمپر را دارد. با توجه به فرکانس کلیدزنی 20 کیلوهرتز IGBT، زمان تاخیر IGBT برابر 50 میکروثانیه است. پس از تماس مستقیم فرد با فاز c و بروز خطا، CT نشتی جریان، اختلاف جریان مشاهده شده را به درایور IGBT اعمال نموده و IGBT را در فاصله زمانی بسیار کوتاهی خاموش می‌نماید. (ایمان عینی, صنایع پسند؛ 1388)

شکل 3: شبیه‌سازی حفاظت جان با IGBT در Matlab

نتایج شبیه‌سازی حفاظت جان با IGBT در شکل 4 و 5 آمده‎است. مطابق شکل 4 پس از 30 میلی‌ثانیه جریان خروجی ترانسفورماتور نشتی جریان در اثر تماس مستقیم فاز c به حدوداً 135 میلی‌آمپر می‌رسد. مطابق شکل 4 سیگنال خروجی ترانسفورماتور جریان، پس از تاخیر 50 میکرو‌ثانیه IGBT را از طریق درایور قطع نموده و جریان عبوری از فرد صفر می‌شود. ولتاژ سه‌فاز استاتور قبل، حین و پس از خطا نیز در شکل‌های 5 آمده‌است. مشاهده می‌شود بروز خطا و عملکرد IGBT هیچ خللی در ولتاژ استاتور ایجاد نمی‌نماید.

شکل 4: جریان خطا و ترانسفورماتور نشتی جریان قبل، حین و پس از تماس مستقیم

شکل 5: ولتاژ سه‌فاز استاتور قبل، حین و پس از تماس مستقیم

شکل 6 جریان‌های فیبراسیون را نسبت به زمان خطا نشان می‌دهد. مطابق شکل …. در خطای فوق جریان عبوری از بدن فرد 135 میلی‌آمپر است. شکل 6 جریان آستانه فیبراسیون یا ایست قلبی را نسبت به زمان شوک نشان می‌دهد. طبق این نمودار حفاظت جان در ضعیف‌ترین فیزیولوژی بدنی باید در زمانی کمتر از 262 میلی‌ثانیه عمل نموده تا از فیبراسیون یا ایست قلبی فرد جلوگیری نماید. زمان موردنیاز جهت عملکرد حفاظت جان با IGBT 50 میکروثانیه بوده که از حداقل زمان مطابق شکل 6 بسیار کمتر است.

شکل 6: جریان فیبراسیون نسبت به زمان شوک

 نتیجه گیری

در این مقاله ابتدا روش های مورد استفاده در حفاظت جان مورد بررسی قرار گرفت و در نتیجه این بررسی ها روش مداری جدید برای حفاظت جان در فشار قوی ارائه شد. در این روش، از کلید های قدرت پر سرعت نظیر IGBT یاد Silicon Carbid(SIC) استفاده می­شود. دلیل انتخاب کلید قدرت از لحاظ سرعت بالا این است که به محض شناسایی عدم تعادل در خط بار که ناشی از یک حادثه برق گرفتگی می­باشد سیستم در سریعترین زمان ممکن قطع شود همینطور برای اثبات کلیه اداعاهای مطرح شده دو شبیه سازی در نرم افزار MATLAB، یکی از آنها مربوط به تست عملکرد IGBT و دیگری پیاده سازی مداری در فضای MATLAB هست لذا در هر دو این شبیه سازی ها هم سرعت IGBTو هم خروجی مدار حفاظت جان قابل قبول و تا حد بسیار زیادی دقیق بوده است.

– منابع انتهای مقاله:

ایمان عینی, حسین و مجید صنایع پسند، ۱۳۸۳، ارائه ساختاری نو برای طراحی و پیاده سازی رله اضافه جریان بوسیله FPGA، نوزدهمین کنفرانس بین المللی برق، تهران، شرکت توانیر.

لطفی زاده, حامد؛ سیدمحمدتقی بطحائی و مجتبی خدرزاده، ۱۳۸۸، الگوریتم انتخاب نوع و اندازه محدود کننده جریان خطا برای حفظ هماهنگی ادوات حفاظتی با حضور تولیدات پراکنده در شبکه های توزیع، چهارمین کنفرانس حفاظت و کنترل سیستم های قدرت، تهران، دانشکده فنی دانشگاه تهران.

Farhangi, Shahrokh and hassan Monsef. (2008). HVDC Converter Fault Discrimination using Probabilistic RBF Neural Network Based on Wavelet Transform. چهارمین کنفرانس حفاظت و کنترل سیستم های قدرت، تهران، دانشکده فنی دانشگاه تهران.

مجتبی خان پور،‌ دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی ایمنی صنعتی

احمد اصلانی،‌ دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی ایمنی صنعتی

مصطفی عباسی، دانشجوی دکترای برق قدرت