اردیبهشت
ولتاژ گام
ولتاژ گام
خطر افزایش ولتاژ زمین
کاهش خطر ولتاژ گام و تماس از طریق یک یا چند تکنیک اصلی زیر انجام‌می‌شود. درک درستی از تکنیک‌های مورد بحث، کلید کاهش و حذف هر گونه خطرات افزایش ولتاژ(پتانسیل) زمین‌است.
شکل1 – پتانسیل گام در یک خط انتقال برق
فهرست:
- کاهش مقاومت تا زمین (resistance to ground)(RTG)سیستم زمین‌کردن
- قرار‌دادن مناسب هادی‌های زمین
- اضافه کردن لایه‌های سطحی مقاومتی
یک مهندس تنها با استفاده از نرم‌افزار شبیه سازی سه بعدی بسیار پیچیده که ساختارهای خاک را با لایه‌های مختلف و حجم محدود مواد مختلف مدل‌سازی و طراحی دقیق یک سیستم زمین‌کردن مناسب را می‌تواند انجام‌دهد که تا به راحتی بتواند از پس خطاهای ولتاژ بالا بر بیاید.
مطالب مرتبط:
حفاظت از خطوط هوایی – خطاها و رله های حفاظتی
طرح های پایلوت برای حفاظت خطوط انتقال برق
سیستم های توزیع برق اولیه و ثانویه
۱-کاهش مقاومت تا زمین (RTG)
در جایی که امکان‌پذیر‌است، کاهش RTG سایت اغلب بهترین راه برای کاهش اثرات منفی افزایش پتانسیل زمین‌است .
افزایش پتانسیل زمین، محصول جریان خطا‌است که به سیستم زمین وارد شده و مقدار آن از ضرب جریان خطا و مقدار RTG به دست‌می‌آید.
بنابراین، کاهش RTG موجب کاهش پتانسیل زمین‌می‌شود.برای مثال، اگر جریان خطا برای یک دکل برق با ولتاژ بالا 5000 آمپرباشد و RTG سیستم زمین‌کردن 10اهم‌باشد ، افزایش پتانسیل زمین 50،000 Vخواهد‌بود.
اگر RTG سیستم زمین‌کردن را به 5 کاهش‌دهیم و جریان خطا به به مقدار 7000آمپر افزایش یابد، افزایش پتانسیل زمین 35،000 V خواهد‌شد!
کاهش RTG می‌تواند موجب افزایش جریان زمین در محل خطاشود،اما همیشه باعث کاهش سطح پتانسیل زمین و ولتاژ لمس و ولتاژ گام در محل خطامی‌شود.
از سوی دیگر، فاصله بیشتر از محل خطا، در تجهیزات مجاور که به ساختار خطا متصل‌نیستند،افزایش جریان در زمین موجب جریان بیشتر در نزدیکی این تجهیزات مجاور‌می‌شود و بنابراین باعث افزایش در پتانسیل زمین، ولتاژ لمس کردن و ولتاژ گام در این تجهیزات‌می‌شود.
البته، اگر این کمترین مقدار برای شروع باشد، افزایش‌ممکن‌است یک مشکل نباشد، اما مواردی وجود دارد که‌ممکن‌است نگرانی وجود داشته‌باشد.
۲-قرار دادن مناسب هادی‌های زمین
یک مشخصات معمول برای هادی‌های زمین در دکل برق‌ها یا ایستگاه‌های ولتاژ بالا نصب یک حلقه زمین در اطراف تمام اشیاء فلزی‌است که به اشیا متصل‌هستند. به یاد داشته‌باشید که ممکن‌است ضروری‌باشد تا عمق و یا فاصله ای که حلقه‌های زمین از که از ساختار ایجاد شده‌اند راتغییر دهید تا حفاظت لازم تامین شود.به طور معمول این حلقه‌های زمین باید از هادی‌های مس با حداقل اندازه ۳۵ میلیمتر‌باشد و در زیر زمین دفن شده و تماس مستقیم با زمین و 0.9 متر از از اطراف جسم، 5.5 متر زیر جسم‌باشد.
هدف حلقه این‌است که ولتاژ بین جسم و سطح زمین را تا جایی که ممکن‌است در هنگام دست زدن فرد به جسم کاهش داد ، یعنی پتانسیل لمسی، را به حداقل برساند .
مهم‌است که همه اشیاء فلزی در یک محیط مستعد افزایش پتانسیل زمین به سیستم زمین متصل شوند تا هرگونه اختلاف در پتانسیل را از بین ببرند.
همچنین مهم‌است که مقاومت خاک تابعی از عمق در محاسبه ولتاژ تماسی و گام و در تعیین اینکه در چه عمقی هادی‌ها قرار بگیرند در نظر گرفته‌شود.
مثال
به عنوان مثال، در یک خاک با یک سطح خشک و مقاومت بالا ، هادی‌ها در این لایه بی‌اثر خواهد‌بود. یک لایه با مقاومت کم در زیر آن یکی از بهترین مکان هادی‌های زمین‌است. از سوی دیگر، اگر یک لایه مقاومت بالا دیگر وجود‌دارد، میله‌های زمین بلند و یا چاه‌های عمیق در این لایه‌ها هم بی اثر خواهد‌بود گاهی اوقات اعتقاد بر این‌است
که قرار دادن حلقه‌های زمین افقی بسیار نزدیک به سطح، موجب کاهش بیشتر پتانسیل‌های لمسی‌می‌شود.
این لزوما به این معنی نیست هادی‌ها نزدیک به سطح زمین احتمالا در خاک خشک تر با مقاومت بیشتری خواهند بود، بنابراین کارایی‌های این هادی‌ها را کاهش‌می‌دهد.
علاوه بر این، در حالی که‌ممکن‌است پتانسیل لمس بلافاصله بر روی حلقه کاهش‌یابد، پتانسیل‌های لمسی‌ممکن‌است در فاصله کوتاهی به دلیل کاهش ناحیه نفوذ این هادی‌ها، افزایش یابد. در نهایت، پتانسیل گام به احتمال زیاد در این مکان‌ها افزایش می‌یابد.
در واقع، پتانسیل گام در نزدیکی هادی‌های نزدیک به سطح زمین می‌تواند نگران‌کننده باشد، به ویژه در اطراف یک سیستم زمین‌کننده. هادی‌های محیطی در اطراف یک سیستم زمین در عمق ۱ متری شایع‌است تا این مشکل را حل کند
۳-لایه‌های سطحی مقاومتی
یکی از ساده ترین روش‌های کاهش خطرات پتانسیل گام و تماس ، پوشیدن کفش‌های عایق الکتریکی‌است . هنگامی که ، کفش‌های خشک و با درجه عایق مناسب دارای میلیون‌ها مقاومت اهمی در کف خاک‌است یک ابزار عالی برای ایمنی پرسنل‌است. از سوی دیگر، هنگامی که این چکمه ها مرطوب و کثیف هستند، جریان ممکن‌است از لایه‌های کفش عبور کند.
یک بوت چرم مرطوب می‌تواند مقاومتی در حدود100Ω داشته‌باشد. علاوه بر این، نمی‌توان فرض کرد که عموم مردم، که ممکن‌است به محیط بیرونی برخی از سایت‌ها دسترسی داشته باشند، چنین وسیله‌ای محافظتی را بپوشند.
یکی دیگر از تکنیک‌های استفاده‌شده در کاهش ولتاژ گام و تماس ، افزودن لایه‌های سطح با مقاومت‌است.
اغلب یک لایه سنگ خرد‌شده به یک دکل برق یا پست اضافه‌می‌شود تا یک لایه عایق بین پرسنل و زمین فراهم‌شود. این لایه مقدار جریان که‌می‌تواند از طریق یک فردو زمین جریان یابد را کاهش می‌دهد. کنترل علف‌های هرز یکی دیگر از عوامل مهم‌است،
زیرا گیاهان در طول خطا ولتاژ‌های خطرناک را به فرد انتقال دهند.
آسفالت یک جایگزین بسیار عالی‌است، زیرا مقاومت بیشتری نسبت به سنگ خرد شده‌دارد
و دارای مشکل رشد علف‌های هرز نیست. اضافه شدن لایه‌های سطح مقاومتی همیشه در طول یک رویداد افزایش پتانسیل زمین، ایمنی کارکنان را افزایش می‌دهد.
ارتباطات در محیط‌های ولتاژ بالا
هنگامی که خطوط ارتباطات مخابراتی در یک سایت ولتاژ بالا مورد نیاز‌است، برای حفاظت از ایستگاه‌های سوئیچینگ از ولتاژ ناخواسته، احتیاط‌های خاصی لازم‌است.
نصب سیم در یک ایستگاه یا در یک دکل برق‌می‌تواند وضعیت خطرناکی را نشان‌دهد و بنابراین احتیاطات خاصی لازم‌است.
استانداردهای صنعت مربوط به این اقدامات احتیاطی و الزامات حفاظتی در استاندارد IEEE 387، 487 و 1590 مورد بررسی قرار گرفته‌است .
این استانداردها مستلزم آن‌است که یک مطالعه ی افزایش پتانسیل زمین به گونه‌ای انجام‌شود تا خطوط پیک 300 V بتوانند به درستی محاسبه شوند.
برای محافظت از ایستگاه‌های سوئیچینگ تلفن، استانداردهای ارتباطات مخابراتی نیاز به استفاده از کابل‌های فیبر نوری به جای سیم مسی دارند.
جعبه تبدیل مس به فیبر باید در خارج از منطقه رویداد پتانسیل زمین در فاصله بیش از حداکثر پیک 300 V و خط 212-ولت RMS واقع شود (شکل 4).
این در صنعت به عنوان “خط 300-V” شناخته‌شده‌است .
این بدان معنی‌است که بر اساس نتایج محاسبات، سیم مسی از شرکت مخابراتی نباید نزدیک تر از فاصله 300 ولت پیک قرار بگیرند. این فاصله‌ای‌است که سیم مسی باید به فیبر نوری تبدیل‌شود.
این‌می‌تواند از هر گونه ورود ولتاژ ناخواسته به شبکه مخابراتی شرکت‌های تلفن جلوگیری‌کند.
یکی از مهمترین موارد استاندارد جدید IEEE Std است. 1590-2003 ، که علامت 150 متری (حدود 500 فوت) را به عنوان فاصله پیش فرض فهرست‌می‌کند، اگر مطالعات افزایش پتانسیل زمین در یک مکان مشخص انجام نشود.
مرجع
Reference // Standard handbook for electrical engineers – Grounding systems by David R. Stockin and Michael A. Esparza