Tel: 021 3390 3552 , 021 3390 1804
آخرین مقاله ها در سایت

فصل هفتم _ حفاظت مدارها در برابر اضافه جریان

فصل هفتم

حفاظت مدارها در برابر اضافه جریان

700- پیشگفتار

700-1- ملاحظات عمومی

     هر شدت جریانی که بیش از شدت جریان نامی باشد، اضافه جریان نامیده می شود. اما آیا هر اضافه جریان به یک اندازه اهمیت دارد و به یک نوع باید برای آن چاره جویی شود؟و مهمتر آن، شدت جریان نامی یک مدار چگونه تعیین یا انتخاب یا محاسبه می شود؟ در اینجا راجع به این مسائل صحبت خواهد شد. اما اول کمی درباره چند اصطلاح صحبت کنیم:

هر مدار ممکن است به دو علت دچار اضافه جریان شود:

  • در اثر اضافه بار (جریان اضافه بار)
  • در اثر اتصال کوتاه (جریان اتصال کوتاه)

برای محاسبه، انتخاب یا تعیین مقادیر اسمی مدار و وسایل حفاظتی آن، سلسله مراتب و روشهایی وجود دارند که رعایت آنها لازم است و در بخشهای بعدی درباره آنها صحبت خواهد شد. اما قبل از وارد شدن به جزئیات، به طور کلی و تا جایی که به انتخاب هادی مربوط می شود، باید شرایط زیر برقرار باشد:

  • شدت جریان مجاز هادی (نسبت به زمان) در شرایط محل، بیش از شدت جریان قطع وسیله حفاظتی (نسبت به زمان) باشد.
  • چناچه دو وسیله حفاظتی به طور سری نصب شده باشند (مانند یک فیوز و یک کلید خودکار)، تا یکی پشتیبان دیگری باشد یا یکی برای حفاظت در برابر اضافه بار و دیگری برای حفاظت در برابر اتصال کوتاه باشد، بین دو وسیله حفاظتی از نظر حوزه عمل هر یک باید هماهنگی لازم وجود داشته باشد. مدارها باید هم در برابر اضافه بار و هم در برابر اتصال کوتاه حفاظت شوند.

شکل 700-1 اصول اولیه حفاظت در برابر اضافه جریان

7001-1- جریان اضافه بار

    جریان اضافه بار در یک مدار سالم بوجود می آید و ممکن است به علل مختلف بروز کند. از آن جمله:

1-اشتباه در محاسبه و انتخاب غلط اجزای مدار در مرحله طراحی و اجرا؛

2-رشد طبیعی بار به مرور زمان؛

3-بروز ایرادی در یک دستگاه (مانند زیاد شدن اصطکاک در یاتاقانها) و نظایر آن؛

4-هر دلیل موجه دیگر.

 جریان اضافه بارممکن است نسبت به جریان نامی چند درصد بیشتر باشد یا حتی تا دو سه برابر آن هم بالا رود. در اثر اضافه بار، که گذشت زمان هم در آن نقش عمده دارد و ممکن است از چند دقیقه تا چند یا حتی چندین ساعت طول بکشد، دمای هادیها مخصوصاً کابلها و سیمها و وسایل قطع و وصل، امکان دارد به حدی برسد که عایقبندی آنها را زودتر از موعود فرسوده و خراب کند یا محل اتصالات و ترمینالها بیش از حد داغ شوند یا اضافه دمای یخ بوجود آمده برای محیط مضر یا خطرناک باشد.

در حال حاضر عمده ترین عایقبندی به کار رفته در مدارهای فشار ضعیف،PVC   است.   خاصیت این ماده به گونه ای است که دمای بیش از حد مجاز(با توجه به مدت زمان برقراری آن)، آن را از حالت قابل انعطاف و قابل برگشت به حالت اولیه خارج کرده و به حالت صلب و شکننده (غیر قابل برگشت به حالت پلاستیک) در می آورد که در اثر نیروهای مکانیکی نسبتاً کوچکی، خرد شده و پودر می شود. بنابراین برای هر مدار، با توجه به مشخصه های آن (جنس، سطح مقطع، نوع عایقبندی، نوع اضافه بار و مدت زمان برقراری احتمالی آن) لازم است وسایل حفاظتی با جریان نامی مناسب (فیوز، کلید مینیاتوری، کلید خودکار، کلید جریان تفاضلی) انتخاب شوند تا جریان مدار را قبل از رسیدن آسیب به عایقبندی، که در نهایت منجر به آتش سوزی و یا اتصال کوتاه و یا برقگرفتگی می شود، قطع کنند.

700-1-2- جریان اتصال کوتاه

      جریان اتصال کوتاه در یک مدار معیوب بروز می کند. در طول هر مدار یا در داخل دستگاهی که آن را تغذیه یا کنترل می کند ممکن است اتصال کوتاه بروز کند. اتصال کوتاه شدن یک مدار یعنی وصل شدن یک یا چند هادی از آن مدار که در حالت عادی دارای پتانسیلهای مختلف می باشند از طریق امپدانسی بسیار کوچک به هادیهای دیگر، که ممکن است به قرار زیر باشند:

  • هادیهای برقدار دیگر همان مدار (هر ترکیبی از یک یا دو یا سه فاز+ هادی خنثا(N):
  • هادیهای برقدار مدارهای دیگر؛
  • هادی حفاظتی (PEN
  • بدنه های هادی تجهیزات الکتریکی؛
  • بدنه های هادی بیگانه؛
  • هادیهای اتصال به زمین.

در محاسبات، امپدانس نقطه اتصال کوتاه برابر صفر اختیار می شود.

بسته به دوری و نزدیکی نقطه اتصال کوتاه به منبع تغذیه و مشخصه های مدار، شدت جریان اتصال کوتاه ممکن است چند ده برابر با چند صد برابر و حتی در بعضی موارد چند هزار برابر جریان نامی باشد.

تاثیر جریان اتصال کوتاه بر هادیهای مدار و محیط اطراف و لوازم و دستگاههای حفاظتی، دو گانه است:

700-1-2-1- اثر حرارتی

     از نظر آسیب رسانی به عایقبندی، مانند حالت اضافه بار، در اینجا نیز زمان نقشی عمده دارد با این تفاوت که به علت وجود شدتهای جریان بسیار بزرگ، زمان قطع باید بسیار کوتاهتر از حالت اضافه بار باشد تا دما از حد مجاز تجاوز نکند.

700-1-2-2- اثر مکانیکی

    جریانهای بسیار شدید اتصال کوتاه که از هادیهای مدارها و بدنه های هادی و بدنه های بیگانه ای که در مسیر آنها قرار دارند عبور می کنند، علاوه بر آثار حرارتی، اجزای مدار را تحت تاثیر نیروهای الکترودینامیکی قرار می دهد.این نیروها در حالت اضافه با راهمیت نداشتند و به این   دلیل در آنجا راجع به آنها صحبتی نشد، اما در مورد شدت جریانهای اتصال کوتاه، نیروهای جذب و دفع در هادیها به قدری بزرگند که ممکن است سبب له شدن شینه ها و شکستن مقره های آنها، چسبیدن هادیهای کابلها به هم و له شدن عایقبندیهای بین آنها و کنده شدن اجزای مدارها و بدنه ها و به طور کلی خرابیهای مکانیکی شدید دیگر شود.

یاد آوری- درباره حداکثر و حداقل جریان اتصال کوتاه

       بسته به اینکه لحظه وقوع اتصال کوتاه با کدام یک از نقاط موج سینوسی ولتاژ مصادف شود، موج شدت جریان نسبت به محور زمان ممکن است جابجا شود و در حد، عدم تقارن کامل ایجاد شود یا اینکه اصلاً عدم تقارن بروز نکند و موج جریان کاملاً قرینه باقی بماند. در عمل لحظه وقوع اتصال کوتاه اتفاقی و قابل پیش بینی نمی باشد و لذا ممکن است در هر نقطه ای بین دو حد بالا قرار گیرد.

در مورد حداقل و حداکثر شدت جریان اتصال کوتاه در پیوست چهارم از فصل ششم صحبت شده است. مخصوصاً شکل 6P4-7 و توضیحات مربوط به آن دیده شوند.

اتصال کوتاه در تاسیسات ساختمانها و سیستمهای توزیع نیروی برق، باید از دو نظر مورد بررسی قرار گیرد:

1)حداکثر شدت جریان اتصال کوتاه در بدترین شرایط:

          در این مورد “بدترین شرایط” هنگامی اتفاق می افتد که نقطه اتصال کوتاه مصادف با لحظه ای است که جابجایی موج جریان کامل بوده و حداکثر جریان از مدارعبور کند. علاوه بر آن شرایط دما و غیره باید به نحوی انتخاب شود که به زیاد شدن جریان اتصال کوتاه کمک کند. شدت جریانی که به ترتیب به دست می آید،

الف) برای انتخاب شینه ها و مقره ها و کنترل ایستادگی کابلها و لوازم قطع و وصل و کنترل و حفاظت، از نظر توانایی ایستادگی آنها در برابر نیروهای دینامیکی، و

ب) برای کنترل همه اجزای مدار از نظر ایستادگی آنها در برابر دمایی که بوجود می آید، مورد استفاده قرار گیرد.

2) حداقل شدت جریان اتصال کوتاه بین یک فاز و بدنه هادی یا هادی حفاظتی در بدترین شرایط:

        در این مورد”بدترین شرایط” هنگامی اتفاق می افتد که نقطه اتصال کوتاه مصادف با لحظه ای است که جابجایی موج جریان وجود نداشته باشد و بنابراین، حداقل جریان از مدار عبور کند. علاوه بر آن شرایط دما و غیره باید به نحوی انتخاب شود که جریان اتصال کوتاه احتمالی کمترین مقدار را داشته باشد.

شدت جریانی که به این ترتیب به دست می آید، برای کنترل لوازم حفاظتی (فیوز، کلیدمینیاتوری، کلید خودکار) به کار می رود که معلوم کند حداقل جریان اتصال کوتاه در برخورد یک فاز به هادی حفاظتی یا بدنه هادی، برای قطع مدار در 4، 0 ثانیه یا 5 ثانیه(بسته به کاربرد مدار) کافی خواهد بود یا نه.(پیوستهای 4و5 از فصل ششم دیده شوند).

در شکل 700-2، انواع اضافه جریان به صورت طرحواره نشان داده شده اند.

مطالب مرتبط