مقالات عمومی
ولتاژ گام و ولتاژ لمسی چیست و چگونه می توانید ریسک آن را کاهش دهید؟
آگاهی از خطرات بالقوه ولتاژ گام و ولتاژ تماسی (ولتاز لمسی)، ناشی از افزایش اختلاف پتانسیل یک نقطه ای از سیستم الکتریکی با زمین مرجع یا زمین لوکال (زمین محلی) برای هر کارشناس و شخصی که به هر طریقی با برق و انرژی الکتریکی سر و کار دارد، مهم و ضروری است. خصوصا برای کارشناس شبکه برق و متخصصان فنی که بر روی انتقال برق با ولتاژ بالا کار می کنند، اهمیت ویژه ای دارد. البته ولتاژ گام و ولتاژ تماسی ممکن است برای هر شخصی ایجاد شود، ولی این مشکلات در شبکه توزیع و سیستم های الکتریکی که با برق بیش از 1KV کار می کنند، از اهمیت بالایی برخوردار است.
افزایش پتانسیل زمین
افزایش پتانسیل زمین یا Earth Potential Rise که به اختصار به EPR معروف است، ناشی از خطاهایی است که ممکن است در یک شبکه الکتریکی، رخ دهد.این خطاها در نزدیکی پست های برق، دکل ها و خطوط انتقال فشار قوی و نیروگاه ها بسیار شایع تر است و نیاز است حفاظت کافی در مقابل آنها صورت پذیرد تا خطری متوجه اشخاص نشود. ولتاژ گام و ولتاژ تماسی در این نقاط می تواند باعث تهدید های جانی شود. شایان ذکر است که این خطاها ممکن است در هر مکانی با انرژی الکتریکی و برق سر و کار دارد، رخ دهد و نیاز است تمهیدات لازم جهت حفاظت در زمان خطر، در نظر گرفته شود.
یکی از مهمترین خطاهایی که ممکن است ایجاد شود، اتصال کوتاه است.بر اساس استاندارد در یک سیستم الکتریکی جریان اتصال کوتاه باید از طریق پیکربندی شبکه الکتریکی، تجهیزات حفاظتی ، سیستم ارتینگ و الکترود ارتینگ به زمین هدایت می شود.
از آنجایی که مقاومت خاک صفر نیست، بنابراین هر جریانی که در الکترود زمین به زمین تزریق شود، می تواند باعث افزایش پتانسیل زمین شود. این افزایش پتانسیل زمین یا EPR مربوط به یک نقطه مرجع بی نهایت دور است. افزایش پتانسیل زمین EPR می تواند باعث ایجاد ولتاژهای خطرناکی شود که صدها متر دورتر از محل واقعی خطا رخ داده است و تاثیر آن در مکانی دیگر قابل احساس باشد. با این حال، عوامل زیادی مانند میزان جریان خطای ایجاد شده، سطح خطر را تعیین می کنند. همچنین نوع خاک، رطوبت خاک، دما، لایه های سنگی زیرین، تعیین کننده هستند.
افزایش پتانسیل زمین یک مسئله ایمنی در شبکه های برق و خدمات الکتریکی است. بنابراین، یک رویداد EPR در یک سایت مانند پست توزیع برق، ممکن است پرسنل، کاربران یا سازه ها را در معرض ولتاژهای خطرناکی قرار دهد. این خطرات به عنوان خطرات بالقوه ولتاژ گام و خطرات بالقوه ولتاژ تماسی، نامگذاری شده اند.
ولتاژ گام
ولتاژ گام یا Step Potential، بر اساس تعریف به میزان اختلاف پتانسیل بین دو نقطه ای که پا های شخص بر روی قرار می گیرند، اشاره دارد. در صورتیکه شخصی نزدیک به یک سیستم الکتریکی پرقدرت مانند پست های برق و دکل های فشار قوی که با زمین در ارتباط هستند، در حال گام برداشتن و راه رفتن باشد، ممکن است ولتاژ گام ایجاد شود، در اینصورت با توجه به اختلاف ولتاژ بین پا های شخص، برق می تواند از یک پای وی وارد بدن شود و از پای دیگر، خارج شود، در این حالت شخص دچار برقگرفتگی شده و بسته به میزان جریان خطا و میزان اختلاف ولتاز بین دو نقطه، دچار آسیب خواهد شد.
ولتاژ تماسی
ولتاژ تماسی، به عنوان تفاوت بین حداکثر افزایش پتانسیل زمین تعریف می شود و حداقل میزان اختلاف پتانسیل سطح در شعاع 1 متر از آن را در بر می گیرد. همچنین، مواردی وجود دارد که ولتاژ تماسی می تواند تقریباً ولتاژ کامل در سراسر جسم زمین شده باشد. اگر آن جسم در نقطه ای دور از محلی که فرد با آن در تماس است زمین شده باشد. بعنوان مثال در صورتیکه جرثقیل با خط انتقال انرژی و کابل های انتقال قدرت تماس داشته باشد، می تواند باعث ولتاژ های لمسی بسیار خطرناکی شود و هر شخصی را که با بدنه جرثقیل در ارتباط باشد را با خطر موجه نماید.
چارلز دالزیل
دانشمندی که پیشگام بسیاری از کارهای اولیه در مورد چگونگی واکنش بدن انسان به برق گرفتگی است، چارلز دالزیل بود که در تصویر زیر نشان داده شده است. او آزمایشاتی را انجام داد و واکنش بدنش به برق گرفتگی را مطالعه کرد. قاعدتا داوطلبان زیادی برای آزمایش های وی، وجود نداشت و وی مجبور شد برخی از آزمایش ها را بر روی بدن خود، انجام دهد. خوشبختانه، او زنده ماند و 86 سال عمر کرد و نتایج حاصل از آزمایشات او اساس تدوین استاندارد IEC 60479-1، اثرات جریان بر انسان و دام را پایه گذاری کرد. صنعت برق و صنعت حفاظت الکتریکی و شاید تمامی انسان ها به گونه ای مدیون تلاش ها و تحقیقات چالز دالزیل می باشد. او با تحقیقات خود توانست میزان خطر، مقاومت بدن انسان در مقابل عبور جریان الکتریکی، تاثیر عبور جریان برق از بدن، تاثیر شوک لحظه ای و تا حدودی میزان مقاومت بدن و زمان مقاومت بدن انسان در مقابل عبور جریان الکتریکی را برسی نماید و از این نظر صنعت حفاظت از برق گرفتگی را مدیون خود سازد.
چیزی که دالزیل توانست تعیین کند این است که پاسخ بدن به ولتاژهای تنش و شوک الکتریکی احتمالی است، به این معنی که وقتی یک آستانه ولتاژ و جریان معین را به عنوان میزان قابل تحمل پذیرفتیم، همه انسان ها یا حیوانات را در بر نمی گیرد، دلیل اصلی موضوع آن است که ساختار بدن هر انسانی با دیگری متفاوت است، یکی از مهمترین مشخصه های تعیین کننده میزان مقاومت بدن شخص و بافت های بدن وی است، یک مشخصه دیگر سن شخص و همچنین سالم بودن یا بیمار بودن وی است. یکی از خطرهای عبور جریان الکتریکی از اشخاص، میزان استرس و تحمل تنش قبل از فیبریلاسیون قلب است. به عنوان مثال، یک فرد مسن با بیماری قلبی یا یک کودک بسیار خردسال به احتمال زیاد بیشتر از یک فرد بزرگسال و سالم در معرض خطر است.
در استانداردهای مختلف و بر اساس نظر کارشناسان و دانشمندان حوزه برق، تا به امروز اختلافاتی در مورد میزان جریان قابل تحمل برای اشخاص مختلف وجود دارد و به قطعیت نمی توان در مورد آن نظر داد. با این حال، مهمترین موردی که مورد برسی و تحلیل قرار گرفته است، میزان زمان تحمل اشخاص و میزان زمانی است که باید حفاظت از برق گرفتگی، انجام شود.
بر اساس استانداردهای اخیر BS EN 50522 و IEEE Std.81، ایمنی ولتاژ گام و ولتاژ تماسی، به معیاری برای طراحی زمین ایمنی و سیستم های ارتینگ، تبدیل شده است. مهمترین مساله ای که توسط IEEE و IEC مورد برسی قرار گرفته، این است که در زمان ایجاد ولتاژ گام و ولتاژ تماسی، یک انسان چقدر می تواند دوام بیاورد و سیستم های ارتینگ چگونه طراحی شوند تا میزان خطا را کاهش دهند و در نهایت چگونه از خطا در این زمان تحمل، حفاظتی مطمئن انجام شود.
در تصویر خطرات بالقوه ولتاژ گام و ولتاژ تماس را مشاهده می نمایید، در تصویر ریسک خطر در هر دو مدل خطا برای قلب، نشان داده شده است.
همانطور که در تصویر مشاهده می نمایید، در زمان خطای ولتاژ گام، میزان کمتری از جریان خطا از قلب عبور می کند و در واقع محل عبور جریان خطا بین دو پای شخص است و از قلب دورتر است. در حالی که، در سناریوی پتانسیل لمسی، الکترون ها تقریباً مستقیماً از درون و اطراف خود قلب جریان می یابند.
کاهش خطرات پتانسیل استپ و پتانسیل لمسی
جلوگیری از ایجاد خطاهای ولتاژ گام و ولتاژ تماسی در بسیاری نقاط، غیر ممکن است ولی با کمک کارشناسان حوزه طراحی ارتینگ و زمین ایمنی؛ می توان سطح خطر را تا میزان بسیار بالایی، کاهش داد. در واقع مهمترین روشی که امروزه جهت جلوگیری و کاهش میزان خطا و ضربه ولتاژ گام و ولتاژ تماسی وجود دارد، پیکربندی مناسب ارتینگ و سیستم زمین دقیق و با ضریب اطمینان بالا و استفاده صحیح کلید های حفاظتی در مکان مناسب است تا در نهایت ولتاژ های خطا را کنترل نموده و از آسیب جلوگیری نمایند و یا سطح آسیب را کاهش دهند، به گونه ای که جریان خطای عبوری از بدن، از آستانه های مجاز قلب تجاوز نکند.
برخی از خصوصیات مهم یک سیستم حفاظت الکتریکی مناسب که باید در طراحی ها در نظر گرفته شود، عبارتند از:
1- درجه بندی هادی ها
2- شبکه های هادی
3- الکترود های عمودی
4- الکترودهای افقی
5- الکترودهای عمقی
8- رادهای کوبیده شده در زمین
9- همبندی ها
10- شرایط و خصوصیات زمین منطقه.
11- لایه های سطحی با مقاومت بالا، مانند سنگ خرد شده،لاستیک، آسفالت و غیره
در بیشتر موارد، لایه‌های سطحی با مقاومت بالایی باید بیشتر به عنوان یک روش کاهش ثانویه در نظر گرفته شوند. در نتیجه، سایر اقدامات کاهشی غیر سخت افزاری ممکن است شامل رویکرد مدیریت ریسک باشد. جایی که ریسک ها از طریق اعمال فرآیند ها و یا روش هایی برای جلوگیری از آسیب “مدیریت” می شوند.
سیستم ارت الکترونیکی
ارت الکترونیکی سیستمی حفاظتی و مکمل ارتینگ می باشد که توسط کارشناسان شرکت کنزا صنعت الموت طراحی و به شماره اختراع 46660 در سازمان ثبت اختراعات و مالکیت معنوی به ثبت رسیده است. این سیستم با عناوینی مانند ” ارت الکترونیکی” یا ” ارت مجازی” یا ” ارت الکتریکی” شناخته می شود.
ارت الکترونیکی با استفاده از یک اتصال به زمین ساده، علاوه بر تخلیه الکتریکی بدنه سیستم های حساس از ولتاژهای القایی، الکتریسیته ساکن و امواج الکترومغناطیسی، اشخاص را در مقابل خطای اتصال بدنه حفاظت می نماید، برق گرفتگی غیر مستقیم یکی از مهمترین مشکلات در شبکه برق است که ارت الکترونیکی اشخاص را در ولتاژ کمتر از 50 ولت متناوب نسبت به زمین لوکال در مقابل این خطا، حفاظت می نماید و از برق گرفتگی و شوک الکتریکی جلوگیری می نماید.
یکی از مهمترین کاربردهای ارت الکترونیکی کنزا صنعت، تامین نقطه رفرنس و نقطه صفر جهت عملکرد صحیح سیستم های حساس کامپیوتری و مخابراتی می باشد. ارت الکترونیکی با تخلیه و فیلتر نویزهای بدنه تجهیزات حساس، علاوه بر افزایش بهره وری و بالا بردن دقت عملکرد آنها، از آسیب به آنها جلوگیری نموده و ضرر و زیان را بصورت چشمگیر کاهش می دهد.
مهمترین عملکرد سیستم ارت الکترونیکی تامین ” ارت عملیاتی” و ” ارت مخابراتی” می باشد
کاربردهای ارت الکترونیکی
مهمترین کاربردهای ارت الکترونیکی حفاظت و تامین ایمنی در سیستم حساس مخابراتی و کامپیوتری می باشد:
- حفاظت الکتریکی و تامین ارت خودپردازهای بانکی و تجهیزات حساس شعب بانکی
- تامین ارت و حفاظت از سیستمهای کامپیوتری و سرورها
- تامین حفاظت و ارتینگ ماشین نظامی و مخابراتی
- مکمل ارتینگ و حفاظت در دکل های مخابراتی
- حفاظت و افزایش بهره وری سیستمهای پزشکی و آزمایشگاه های تشخیص طبی
- تامین ارتینگ و حفاظت از رکهای مخابراتی و رکهای شبکه دیتا
- حفاظت و تامین ارت سالن های ورزشی
- سیستم های صنعتی و کارخانه ها
در مقاله ارت الکترونیکی چیست؟ اطلاعات کاملی در مورد این سیستم منحصر بفرد ارائه شده است.