سیستم های الکتریکی در اطراف ما هستند. در محل کار، خانه، فروشگاه های مواد غذایی، کارخانه های تولید و غیره. زندگی روزمره ما به این بستگی دارد که این سیستم های الکتریکی بدون وقفه بهترین عملکرد خود را دارند. اگر در هنگام طوفان رعد و برق برق قطع شود، بدون Wi-Fi یا برق یخچال می تواند برای خانه دردسر ساز شود.
با این حال، در تاسیساتی که به تجهیزات حیاتی برای ماموریت متکی است، مانند یک بیمارستان یا کارخانه تولید، حتی قطع‌های کوتاه مدت برق می‌تواند هزینه‌های مالی زیادی را به همراه داشته باشد. علی‌رغم تلاش‌های بسیار طراحان برق، خطاهای زمین الکتریکی، گذراهای الکتریکی و سایر اختلالات می‌توانند، و اغلب، در سیستم‌های توزیع برق ساختمان رخ دهند .
خبر خوب این است که راه هایی برای کاهش احتمال این آسیب پرهزینه و خرابی عملیات وجود دارد.
حفاظت الکتریکی تسهیلات یک رویکرد سیستم های مهندسی شده nVent ERICO برای محافظت از اموال در برابر آسیب صاعقه و سایر رویدادهای گذرا الکتریکی با ارائه نوآورانه ترین سیستمی است که با بهترین شیوه های مهندسی مطابقت دارد. مشکلات الکتریکی ناشی از برخورد صاعقه، خطای زمین یا نوسانات برق، تهدیدی جدی برای ساختمان‌ها و لوازم الکترونیکی حساس است. این سه عملکرد اصلی را انجام می دهد:
- حفاظت ساختمان
- حفاظت از تجهیزات
- کاهش نویز الکتریکی
هزینه خسارت اموال ناشی از حوادث صاعقه و موج می تواند بسیار قابل توجه باشد. هزینه ها شامل تعمیر/تعویض تجهیزات در مواد فرآیند، خرابی عملیات و هزینه فرصت می باشد. آزمایشگاه Underwriter (UL) تخمین می زند که هزینه آسیب های سازه ای ناشی از صاعقه بیش از یک میلیارد دلار در سال است، بدون احتساب هزینه خرابی، تعمیرات و از دست دادن کسب و کار.
مقدمه ای بر حفاظت الکتریکی تاسیسات
طراحی کامل حفاظت الکتریکی تاسیسات تضمین می‌کند که انرژی الکتریکی در همه اشکال به منبع خود باز می‌گردد، در حالی که قابلیت اطمینان تجهیزات را در همه شرایط حفظ می‌کند، حتی زمانی که کد ملی برق انجمن ملی حفاظت از آتش (NEC) الزامات خاصی ندارد. یک تسهیلات همچنین می تواند به چندین ساختمان اشاره داشته باشد. به عنوان مثال، یک شرکت تولیدی ممکن است یک ساختمان اداری، ساختمان تولیدی جداگانه و ساختمان توزیع داشته باشد. در نظر گرفتن سیستم های ارتباطی و قدرت بین هر سه ساختار مجزا بسیار مهم است.
یک طراحی کامل حفاظت الکتریکی تسهیلات شامل سه سیستم به هم پیوسته است:
- حفاظت در برابر صاعقه
- زمین و اتصال
- حفاظت از موج
هر یک از این سه به دیگری بستگی دارد تا به درستی عمل کند تا از آسیب ناشی از انواع مختلف اختلالات الکتریکی جلوگیری کند. به عنوان مثال، هیچ ترمینال هوایی نمی تواند به طور موثر انرژی رعد و برق را بدون یک مسیر قابل اعتماد به زمین جذب کند. به همین ترتیب، حتی گران‌ترین دستگاه‌های حفاظت از نوسانات (SPDs) عملکرد ضعیفی دارند، بدون اینکه زمین الکتریکی با امپدانس پایین داشته باشند. این رشته‌های وابسته به هم در هنگام نگاه کردن به یک مرکز، به جای یک تکه تجهیزات یا بخشی از یک تسهیلات، بهترین کاربرد را دارند.
همانطور که به سه سیستم به هم پیوسته طراحی حفاظت الکتریکی تأسیسات می پردازیم، به خواندن زیر ادامه دهید.
1. حفاظت در برابر صاعقه
رعد و برق تخلیه الکتریکی درون ابرها یا از ابر به زمین است. سیستم های حفاظت از صاعقه برای محافظت در برابر آسیب های ناشی از صاعقه یا جریان های القا شده در زمین از صاعقه مورد نیاز هستند. این انرژی الکتریکی می‌تواند از طریق جهش به سیستم‌های برق و ارتباط یا تجهیزات درون یک سازه برسد، حتی اگر ضربه در فاصله‌ای دورتر باشد. برخورد مستقیم صاعقه می تواند باعث آسیب ساختاری یا مادی، آتش سوزی و برق گرفتگی شود. اثرات غیر مستقیم شامل آسیب به کنترل ها یا سایر تجهیزات الکترونیکی است. در هر صورت، هدف اصلی سیستم حفاظت از صاعقه، هدایت انرژی جریان بالا به طور ایمن به زمین است.
هنگام طراحی یک سیستم حفاظت از صاعقه، همه چیز در مورد کاهش خطر است. رعد و برق یک رویداد غیرقابل پیش بینی است. حتی اگر هواشناس ممکن است بتواند پیش بینی کند که چه زمانی شرایط مناسب برای برخورد نور است، پیش بینی دقیق زمان و مکان برخورد صاعقه غیرممکن است. همچنین نمی توان گفت که کجا ضربه نمی زند. به عنوان مثال، صاعقه همیشه به بلندترین جسم در یک منطقه برخورد نمی کند، و همچنین همیشه بیش از یک بار برخورد نمی کند. به عنوان مثال، یک ساختمان می تواند 80 سال پابرجا بماند و هرگز مستقیماً ضربه نزند. سپس در طول یک طوفان در سال 81 خود چهار بار مورد اصابت قرار گیرد .
در حالی که کدها و استانداردهای زیادی برای طراحی و نصب سیستم‌های حفاظت در برابر صاعقه وجود دارد (NFPA 780، BS IEC/EN 62305، و غیره)، رعایت این حداقل الزامات نصب لزوماً محافظت از تجهیزات حساس الکترونیکی و اتصالات داده‌ای را فراهم نمی‌کند.
یک سیستم حفاظت از صاعقه که به خوبی طراحی شده باشد:
تفاوت های پتانسیل بین مناطق یک ساختمان یا تأسیسات را به حداقل برسانید
از آتش سوزی یا آسیب های ساختاری جلوگیری کنید
حفاظت از تجهیزات و یکپارچگی داده ها و عملیات
گرفتن آن انرژی و انتقال آن به زمین اولین چالش است، اما به شدت به توانایی سیستم زمین در پراکنده کردن تکانه بزرگ انرژی به زمین بستگی دارد. بدون پایه اتصال زمین با امپدانس کم، سایر سیستم های حفاظتی آسیب خواهند دید.
2. زمین و اتصال
NEC زمین را به صورت زیر تعریف می کند:
«ایجاد ارتباط عمدی یا سهوی بین مدار یا تجهیزات الکتریکی و زمین یا جسم رسانایی که به جای زمین عمل می‌کند».
اساس یک سیستم حفاظت الکتریکی تأسیسات، سیستم زمین است. آن را یک سیستم – نه فقط یک زمین – می نامند، زیرا بهترین عملکرد چیزی بیش از یک اتصال واحد به زمین است. این سیستمی از الکترودهای زمین است که برای ایجاد یک سیستم الکترود زمین با امپدانس کم به یکدیگر متصل می شوند. NEC فقط به الکترود دوم برای پایه های سیستم الکتریکی با اندازه گیری بیش از 25 اهم نیاز دارد.
یک سیستم الکترود زمین دو هدف را انجام می دهد:
انرژی رعد و برق را از بین ببرید
ارائه مرجع برای دستگاه های الکتریکی
مقاومت زمین به طور قابل توجهی بر امپدانس کلی سیستم زمین تأثیر می گذارد. نوع خاک، رطوبت، محتوای مواد معدنی و آلاینده ها، مقاومت زمین را تعیین می کنند و ممکن است در طول سال یا در طول زمان تغییر کنند. مواد تقویت کننده زمین را می توان برای بهبود اتصال تک تک الکترودها به زمین به منظور در نظر گرفتن شرایط خاک یا تغییرات سالانه استفاده کرد.
NEC پیوند را اینگونه تعریف می کند:
“اتصال دائمی قطعات فلزی برای تشکیل یک مسیر رسانای الکتریکی که تداوم الکتریکی و ظرفیت هدایت ایمن هر جریانی را که احتمالاً تحمیل می شود تضمین می کند.”
اتصال سیستم حفاظت در برابر صاعقه به سیستم اتصال به زمین تضمین می کند که اختلاف ولتاژها در سراسر تاسیسات به حداقل می رسد. حوادث فلاش در هنگام برخورد صاعقه به حداقل می رسد.
اتصالات اغلب نقطه ضعف مدارهای الکتریکی هستند، به ویژه مدارهایی که در معرض خوردگی و جریان زیاد هستند. ظرفیت مدار اتصال زمین برای محافظت از اموال و پرسنل به کیفیت اتصالات آن بستگی دارد. اتصالات گرمازا باید گزینه اصلی برای اتصالات پیوند زیرزمینی باشد. اتصالات مکانیکی با ایجاد رطوبت و آلودگی بر روی سطوح اتصال، مستعد خوردگی هستند.
3. حفاظت از موج
تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی در محاسبات، ارتباطات و تاسیسات کنترل/آژیر بسیار مستعد آسیب ناشی از گذرگاه‌های برق هستند. این تکانه ها ممکن است در خارج از تاسیسات توسط رعد و برق مستقیم یا نزدیک یا عملکرد پست های برق تولید شوند. در داخل، تعداد بیشتری از تکانه های کوچکتر توسط عملیات تجهیزات الکتریکی مجاور تولید می شود.
اغتشاشات بیرونی، مانند برخورد صاعقه، ممکن است به طور ایمن و موثر توسط سیستم زمین به داخل زمین پراکنده شوند. از طرف دیگر، اگر رعد و برقی در نزدیکی آن اصابت کند، این انرژی می تواند از طریق زمین به سیستم زمین منتقل شود و سپس با همان نتیجه پایان یابد. این به عنوان افزایش پتانسیل زمین یا کوپلینگ خازنی یا القایی شناخته می شود.
در داخل، رویدادهای افزایش ولتاژ و اضافه ولتاژ وجود دارد. درایوهای موتور، سوئیچینگ برق، قوس قطع کننده مدار در حین رفع عیوب، و سوئیچینگ بارها، همگی باعث ایجاد اختلال در یک سیستم الکتریکی می شوند. فرسودگی تجهیزات – ولتاژ پایین یا موارد دیگر را می توان با کاهش شنوایی برابر دانست. در طول زمان به آرامی اتفاق می افتد و قبل از اینکه متوجه شوید، شکست می خورد. بهترین عملکرد سیستم حفاظت از نوسانات می‌تواند ضربه‌ای را که تجهیزات شما از رویدادهای گذرا غیرقابل پیش‌بینی می‌برند را کاهش دهد.
یک طرح حفاظت هماهنگ بهترین روش عملی است که در آن فیدرهای برق AC ورودی و همچنین مدارهای داده/ارتباطات ولتاژ پایین محافظت می شوند.