برق‌گرفتگی، یعنی تماس انسان با یک قسمت برق‌دار و متعاقباً عبور جریان از بدن وی، به دو صورت ممکن است رخ دهد. حالت اول آن‌که، کسی یک فاز یا نول که پتانسیل بالایی دارد را لمس کند. به این تماس، تماس مستقیم گفته میشود.
حالت دوم به این صورت است که فرد در معرض تماس با بدنه‌ای که به‌دلیل نقص عایقی برق‌دار شده و پتانسیل بالایی دارد، قرار بگیرد. به این حالت، تماس غیرمستقیم می‌گویند.
طبیعتاً اگر به آمار حوادث برق‌گرفتگی در کشور رجوع کنیم، آمار حالت مستقیم کمتر از حالت غیرمستقیم است؛ زیرا به‌هرحال همه مردم می‌دانند که تماس مستقیم با برق کار خطرناکی است و منجر به حادثه و آسیب میشود. اگر هم گاهی تماس مستقیم اتفاق بیفتد، به‌صورت سهوی و ناشی از خطای انسانی است.
اما در حالت دوم، اصولاً نه خطایی رخ داده نه سهوی. فرد مطابق معمول همیشه به سراغ دستگاهی رفته و بدنه برق‌دار آن را بی‌خبر از همه‌جا لمس کرده است. در نتیجه، این حالتِ برق‌گرفتگی، آمار بالاتری را به خود اختصاص می‌دهد و گاهی دامن‌گیر افراد متخصص و محتاط نیز میشود.
در این مقاله، راهکارهای حفاظتی استاندارد برای تماس مستقیم و غیرمستقیم با برق را شرح می‌دهیم. همچنین اگر به مسائل مرتبط با ایمنی و حفاظت از خطرات برق علاقه‌مند هستید؛ دوره آموزش ارت با تدریس دکتر شاهرخ شجاعیان را به شما پیشنهاد می‌کنیم.
حفاظت در برابر تماس مستقیم
برای ایمنی افراد در برابر تماس مستقیم اقدامات متعددی را می‌توان انجام داد. در ادامه، برای بررسی برخی از آن‌ها با ما همراه باشید.
عایق‌بندی
این امری بدیهی است که با پوشاندن همه قسمت‌های برق‌دار در معرض تماس می‌توان حفاظت لازم را در برابر برق‌گرفتگی ایجاد کرد. عایق‌ها موادی با مقاومت الکتریکی بسیار زیاد (به‌طور ایده‌آال، بی‌نهایت) هستند.
وقتی عایق در مسیر جریان برق قرار می‌گیرد، در رابطه i=v/R مقدار R معادل را به سمت بی‌نهایت می‌برد؛ در نتیجه i به صفر میل می‌کند و خطر برق‌گرفتگی به‌شدت کاهش می‌یابد. در عالم واقع، هیچ عایقی نمی‌توان یافت که مقاومتش بی‌نهایت باشد. حتی اگر عایقی دارای مقاومت بسیار بزرگی باشد، نمی‌توان تضمین کرد که در همین مقدار مطلوب باقی بماند.
مرور زمان باعث میشود که هر عایقی تحت فشارهای مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و شیمیایی قرار گیرد و پیرشدگی (Aging) بر آن غالب شود. نتیجه چنین امری، کاهش مقاومت عایقی و فاصله گرفتنِ بیشتر از مقدار بی‌نهایت یا مقدار مقاومت روز اول است. در نتیجه، جریان i در رابطه مذکور افزایش می‌یابد.
معمولاً برای چک کردن کیفیت عایق و اطلاع از سلامت آن، تست‌های عایقی با استفاده از دستگاه سنجش مقاومت عایقی (Insulation Tester) به‌صورت دوره‌ای (مثلاً سالی یک‌بار) انجام میشود. هرچند، معیار بررسی کیفیت عایق، عدد مطلق به دست آمده از تست است، اما روند تغییرات این عدد در قیاس با اعداد گذشته نیز مورد توجه قرار می‌گیرد و بر اساس آن در مورد ماندن یا تعویض عایق، تصمیم‌گیری میشود.
استفاده از محفظه‌ها
منظور از محفظه (Enclosure) جعبه یا پوششی است که در تجهیزات به‌عنوان بدنه استفاده میشود. مانند بدنه یخچال، بدنه مایکروفر، بدنه تابلوی برق و بدنه چراغ. استفاده از این بدنه مانعی در مقابل لمس قسمت‌های برق‌دار است؛ اما میزان تأثیر آن به‌عنوان یک مانع از دو جنبه قابل بررسی است.
- از نظر ورود اشیا یا انگشت به داخل محفظه
- از نظر میزان نفوذپذیری رطوبت و مایعات
هر دو عامل را با استفاده شاخصی به نام IP یا حفاظت نفوذپذیری (Ingress Protection) مشخص میشود. وقتی وسیله‌ای در کارخانه ساخته میشود، در آزمایشگاه مخصوصی آن را از هر دو جنبه بررسی گرده و کد قابل تخصیص به آن را تعیین می‌کنند. کد IP دارای دو رقم است ([][]IP). رقم سمت چپ امکان نفوذ اشیا، انگشت و ذرات جامد را بیان می‌کند و رقم سمت راست بیانگر امکان نفوذ رطوبت و مایعات است.
برای هر کاربردی در مقررات، عدد IP مربوطه ذکر میشود. برای مثال، در یک محیط مرطوب ممکن است تنها استفاده از پریزهای IP55 مجاز باشد؛ یا در دیواره و کف استخر فقط چراغ‌های IP68 را بتوان استفاده کرد تا از تماس مستقیم جلوگیری شود.
مانع‌گذاری و حصارکشی
در مکان‌هایی که قسمت‌های برق‌دار در مسیر گذر عمومی و دسترسی عامه مردم است، برای جلوگیری از نزدیک شدن دخالت احتمالی افراد در تأسیسات برق‌دار موانعی به‌صورت نرده، فنس و سیم خاردار و امثال آن نصب میشود.
به‌عنوان نمونه این تأسیسات، می‌توان دکل‌های ۶۳ کیلوولت که از داخل شهر عبور می‌کنند و پست‌هایی که رو به معابر عمومی قرار دارند را نام برد.
قرار دادن در خارج از حیطه دسترس
اگر قسمت‌هایی برق‌دار در محل‌هایی مرتفع و مخفی قرار داده شوند، امکان دسترسی عموم به آن‌ها و تماس مستقیم به حداقل می‌رسد. برای مثال، کابل‌های لخت خطوط ۲۰ کیلوولت که در کوچه و خیابان‌ها وجود دارند.
در ارتفاع ۱۵ متری زمین قرار گرفته‌اند و حریم ۲.۱ متر نیز بین آن‌ها و بدنه ساختمان‌ها رعایت میشود. به این ترتیب، امکان این‌که فردی سهواً آن را لمس کند یا وسایل نقلیه‌ای مانند ماشین حمل بار و جرثقیل‌ها تماسی با شبکه پیدا کنند، به شدت کاهش می‌یابد.
استفاده از RCD
استفاده از کلید RCD یا «حفاظت جریان باقیمانده» (Residual-current Device) می‌تواند در صورت تماس مستقیم فرد با فاز و تماس بخش دیگری از بدن وی (مثلاً پا) با زمین، مدار را قطع کرده و او را نجات می‌دهد.
مثلاً اگر فردی در حالی که کفش به پا دارد، فاز و نول را همزمان با دو دست لمس کند، دچار برق‌گرفتگی میشود. کلید هم ممکن است کوچکترین عکس‌العملی نشان ندهد.
در ایران به غلط به کلید RCD، «کلید محافظ جان» گفته میشود. این کلید مطلقاً شایسته این عنوان نیست؛ زیرا تنها در حالتی خاص (وجود جریان باقیمانده) می‌تواند مفید باشد، نه در تمام حالاتی که جان افراد تهدید میشود.
حفاظت در برابر تماس غیرمستقیم
چنان‌که گفته شد، احتمال برق‌گرفتگی به دلیل تماس غیرمستقیم نسبت به تماس مستقیم بیشتر است. در ادامه راههای حفاظت انسان در برابر تماس غیرمستقیم را معرفی می‌کنیم.
قطع سریع مدار
پس از آن‌که یک اتصالی فاز به بدنه رخ داد، مدار باید مجهز به یک تجهیز حفاظتی باشد تا اتصالی را تشخیص دهد و مدار را قطع کند. معمولاً در سیستم TN این کار بر عهده تجهیزات حفاظت اضافه‌جریان گذاشته میشود که ساده‌ترین و ارزان‌ترین نوع تجهیزات حفاظتی مانند کلید مینیاتوری (MCB) و فیوز هستند.
معمولاً زمانی که انتظار می‌رود تا این تجهیزات حفاظتی عمل کنند، برای وسایل برقی کوچک، دستی، خانگی و سیّار، ۰.۴ ثانیه و برای تجهیزات بزرگ و نصب‌ثابت (مانند تابلوهای توزیع، چیلر و امثال آن‌ها) ۵ ثانیه است.
عملاً با فرض استفاده از حفاظت اضافه‌جریان، باید مدار دچار «اضافه‌جریان» شده باشد تا حفاظتش تحریک شود. این اضافه‌جریان می‌تواند محصول طبیعی یک اتصال کوتاه باشد. عمل کردن تجهیز حفاظتی، مشروط بر این است که امپدانس حلقه اتصال کوتاه به قدر کافی کوچک باشد.
خوشبختانه، در یک سیستم TN که جریان اتصال کوتاه از هادی فاز رفته و از هادی PE برمی‌گردد، این شرط برقرار است و امپدانسِ بسیار کوچکِ مسیر، جریان اتصال کوتاه را به چند‌صد آمپر می‌رساند. در نتیجه، ادوات حفاظتی، اضافه‌جریان را به سرعت تشخیص داده و مدار را قطع می‌کنند.
عایق‌بندی مضاعف
هرگاه عایق‌بندی یک موتور لباسشویی دچار مشکل شود و فاز به بدنه آن راه یابد، اگر بدنه این وسیله از جنس هادی باشد، برق‌دار شده و باعث ایجاد خطر تماس غیرمستقیم میشود. اگر بدنه از پلاستیک یا هر جنس نارسانای دیگر ساخته شود، حتی در صورت اتصال الکتریکی، خطر تماس غیرمستقیم پیش نمی‌آید. این روش را عایق‌بندی مضاعف می‌نامند. وسایلی که مجهز به این نوع حفاظت باشند، روی پلاک مشخصاتشان علامت مخصوصی دیده میشود (شکل ۴).
همبندی هم‌پتانسیل‌کننده
همه ما پرندگانی را دیده‌ایم که روی سیم‌های لخت شبکه فشار‌متوسط و فشار‌قوی نشسته‌اند و گرچه بدنشان با چندده کیلوولت در تماس است، کوچکترین آسیبی نمی‌بینند. دلیل این مسئله آن است که عامل برق‌گرفتگی، در‌واقع عبور جریان است، نه پتانسیل الکتریکی.
پتانسیل هر دو پای پرنده یکی است؛ لذا اگر مقاومت بدن آن را R در نظر بگیریم، جریان عبوری از این مقاومت برابر است با ولتاژ پای اول، منهای ولتاژ پای دوم، تقسیم بر مقاومت R. بنابراین، چون این دو ولتاژ برابرند جریان الکتریکی صفر میشود. از این ایده می‌توان برای حفاظت در برابر تماس غیرمستقیم استفاده کرد و آن را به نام «همبندی هم‌پتانسیل‌کننده» می‌شناسیم.
در این روش، بدنه هادیِ همه تجهیزات به واسطه هادیِ حفاظتی (PE) به شینه زمین متصل می‌شوند. هر نوع «هادی بیگانه» دیگری در محل که در معرض تماس افراد باشد را نیز می‌توان به همین شینه متصل کرد. به این ترتیب، پتانسیلی بین آن دو نخواهد بود. هادی بیگانه به کلیه اجرام فلزی در تأسیسات گفته میشود که ربطی به تجهیزات برقی ندارند؛ اما می‌توانند برق‌دار شده و یا جریان برق‌گرفتگی را هدایت کنند.
برای مثال، فرض کنید آرماتورهای کف یک ساختمان را به شینه زمین وصل کرده باشیم. فردی بدنه یک ماشین ظرفشویی معیوب را لمس می‌کند. بدنه به‌دلیل اتصالی با فاز برق‌دار شده است. ولی چون این بدنه به شینه زمین متصل است و آرماتورها هم به همین شینه متصل هستند، در واقع دست و پای فرد پتانسیل یکسانی دارند.
بر اساس آنچه پیش‌تر در مورد قطع سریع مدار گفته شد، یک تجهیز حفاظتی در سیستم هست که در زمان کوتاهی این اتصالی را تشخیص داده و قطع می‌کند؛ اما در خلال همین زمان کوتاه، وجود همبندی هم‌پتانسیل‌کننده، فرد را ایمن نگه می‌دارد.
نصب در محیط‌های غیرهادی
اگر تجهیزات برقی دارای بدنه فلزی در محیطی نصب شده باشند که کف و گاهی دیوارهای آن با پوش عایق پوشانده شود، حتی در صورت بروز اتصالی فاز به بدنه، کسی که بدنه را لمس می‌کند، دچار حادثه نخواهد شد. باید دانست که اجرای این روش، آسان و ارزان نیست و کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
یک سوال:
آیا تا به‌حال استفاده از روش عایق‌بندی محیط را در جایی دیده‌اید؟ فکر می‌کنید این روش برای چه جاهایی مناسب است؟
پاسخ خود را در قسمت نظرات این مقاله با ما به اشتراک بگذارید.
ایزولاسیون الکتریکی
در این‌که در سیستم‌های TN تماس مستقیم یا غیرمستقیم با فاز منجر به برق‌گرفتگی میشود آن است که جریان می‌تواند از مسیر فاز منبع، بدن فرد، زمین و الکترود زمین منبع، حلقه خود را ببندد. اگر بتوان این مسیر را به طریقی قطع کرد، برق‌گفتگی متنفی میشود.
با استفاده از یک ترانسفورماتور ایزوله یعنی ترانسی که نسبت تبدیل آن یک‌به‌یک (۱:۱) است و هیچ یک از خطوط خروجی آن به زمین متصل نیست، می‌توان این کار را انجام داد. آن‌چنان که شکل ۷ نشان می‌دهد، اگر جریان فاز از نقطه A وارد بدن فرد شده از طریق بدن وی بخواهد به زمین زیر پایش برود، هیچ مسیری برای بازگشت به منبع نخواهد یافت؛ در نتیجه، حلقه جریان تکمیل نشده و مقدار آن صفر میشود و از این رو برق‌گرفتگی رخ نخواهد داد.
استفاده از RCD
برای حفاظت در برابر تماس غیرمستقیم نیز می‌توان از RCD استفاده کرد. ساختمان RCD به گونه‌ای است که وجود جریان باقیمانده برای عمل کردن آن کافی است. خواه این جریان به‌واسطه یک تماس غیرمستقیم انجام شده باشد، خواه به‌دلیل یک تماس غیرمستقیم.
جمع‌بندی
حفاظت جان و سلامت افراد مهمترین هدف اجرای سیستم زمین (ارتینگ) است. تماس افراد با برق می‌تواند به دو صورت مستقیم یا غیرمستقیم برقرار شود. اگر کسی، به هر دلیلی، فاز یا نول دارای پتانسیل را لمس کند، این نوع تماس را تماس مستقیم می‌نامند.
اگر بدنه هادی وسایل برقی، به‌صورت ناخواسته به فاز وصل شده و برق‌دار شود و شخصی نا‌دانسته آن را لمس کند، به این تماس، تماس غیرمستقیم گفته میشود. در این مقاله راههای مختلف مقابله با هر دو نوع تماسِ یاد شده را مطرح کردیم.
برای ایمنی از تماس مستقیم، راهکارهایی مانند عایق‌بندی، استفاده از محفظه‌ها، مانع‌گذاری و حصارکشی اطراف تأسیسات برقی، قرار دادن آن‌ها دور از دسترس و استفاده از کلید RCD مطرح شد. نیز، برای حفاظت از تماس غیرمستقیم، روش‌هایی مانند قطع سریع مدار، عایق‌بندی مضاعف، همبندی هم‌پتانسیل‌کننده، نصب در محیط‌های غیرهادی، ایزولاسیون الکتریکی و به‌کارگیری کلید RCD به‌عنوان راهکارهای اصلی ارائه شدند.
در صورتی که تجربه اجرا و به‌کارگیری هر یک از راهکارهای حفاظت در برابر برق‌گرفتگی را در محل کار یا زندگی خود داشته‌اید، تجربه خود را با ماهر در میان بگذارید.
سوالات متداول
استفاده از عایق‌بندی مناسب، محفظه‌های محافظ، مانع‌گذاری و حصارکشی، و قرار دادن تجهیزات برقی در خارج از حیطه دسترس افراد.
عایق‌بندی مضاعف یک لایه اضافی حفاظتی ایجاد می‌کند که در صورت خرابی عایق اولیه، از تماس غیرمستقیم با برق جلوگیری می‌کند.
همبندی هم‌پتانسیل‌کننده فرآیندی است که در آن تمام قسمت‌های فلزی غیر برقی در یک ساختمان به هم متصل می‌شوند تا از ایجاد اختلاف پتانسیل خطرناک جلوگیری شود.
ایزولاسیون الکتریکی با جدا کردن قسمت‌های برق‌دار از محیط اطراف، از تماس تصادفی با برق و برق‌گرفتگی جلوگیری می‌کند.
سلام مهندس.سوالی داشتم این بود وقتی اتصال کوتاه داریم مثلا فاز به بدنه جریان اتصال کوتاه از طریق چاه ارت و زمین مسیر خودشو تا نقطه ی خنثی ترانس میبنده یا از طریق هادی نول یاPEN?
یعنی وقتی اتصال کوتاه داریم این جریان کجا میره؟آیا میتونه از طریق شینه اصلی اتصال زمین که ارت تمام تجهیزات وصله بهش به تجهیزات آسیب بزنه؟
سلام وقت شما بخیر
در صورت اتصال کوتاه فاز به بدنه، جریان اتصال کوتاه عمدتا از طریق هادی حفاظتی (PE) به منبع (معمولاً مرکز ستاره ترانسفورماتور) بازمی‌گردد و سهم عبوری از زمین بسیار ناچیز است. اگر سیستم ارتینگ به درستی طراحی شده باشد، نباید به تجهیزات آسیب برساند.
سلام حفاظت بدون استفاده از هادی حفاظتی و قطع خودکار مدارتغدیه با همبندی هم ولتاژ کننده بدون اتصال زمین عملکردش چجوریه؟ چجوری اتصال زمین نداریم ولی همبندی انجام شده؟
با سلام خدمت شما جناب مهندس
در استاندارد ایران، حفاظت همیشه با حضور هادی حفاظتی انجام میشود
سلام وقت بخیر. سوالی داشتم درمورد همبندی اضافی!
خواندم جایی که با همبندی اضافی مسیر جریان اتصال کوتاه زیاد شده و بهمین دلیل جریان اتصال کوتاه هم افزایش یافته و کلید حافظت کننده سریع قطع میکنه!
آیا با همبندی اضافی امپدانس مسیر اتصال کوتاه افزایش پیدا نمی‌کند؟
درود بر شما جناب مهندس. وقت بخیر
خیر؛ با همبندی اضافی امپدانس مسیر اتصال کوتاه افزایش پیدا نمی‌کند.
سلام مهندس. در بحث ترانس ایزوله پس فرق استفاده از این تجهیز با حالتی که اصلا زمین نکنیم چیه؟
درود بر شما جناب مهندس
از نظر اصول مداری فرقی ندارند. اما ترانس ایزوله زمانی استفاده میشود که منبع قبلاً با آرایش خاص خودش وجود داشته و شما نمیتوانید آن را تغییر دهید.