چیست ولتاژ انتقال خطا و چه عللی آن را در سیستم‌های کم‌ولتاژ ایجاد می‌کند؟

ولت فشار خطای انتقالی

در سیستم‌های توزیع ولتاژ پایین، نوعی حادثه شوک الکتریکی شخصی وجود دارد که مکان وقوع حادثه و نقطه خرابی سیستم در یک مکان نیستند. این نوع حادثه به این دلیل رخ می‌دهد که پس از وقوع خرابی زمین‌بندی در جای دیگری، ولتاژ خطا تولید شده از طریق سیم PE یا PEN به بدنه‌های فلزی تجهیزات دیگر منتقل می‌شود. وقتی ولتاژ خطا روی بدنه فلزی تجهیز بالاتر از ولتاژ ایمن بدن انسان باشد، با تماس بدن انسان با بدنه فلزی تجهیز، حادثه شوک الکتریکی رخ می‌دهد. این ولتاژ خطا از جای دیگری منتقل می‌شود، بنابراین به آن ولتاژ خطا انتقالی گفته می‌شود.

دلایل اصلی ایجاد ولتاژ خطا انتقالی که منجر به عدم همسویی نقطه خرابی زمین‌بندی و نقطه حادثه می‌شود عبارتند از:

• خرابی زمین‌بندی در سیستم ولتاژ متوسط منجر به ولتاژ خطا انتقالی در سیستم ولتاژ پایین می‌شود؛

• خرابی بدنه یک دستگاه در سیستم TN و زنده شدن آن، منجر به ولتاژ خطا انتقالی روی بدنه‌های تمام تجهیزات الکتریکی می‌شود؛

۱. انتقال ولتاژ خطا از سیستم ولتاژ پایین به سیستم ولتاژ پایین

در سیستم TN، بدنه‌های تمام تجهیزات الکتریکی به هم متصل هستند. در این حالت، اگر یک دستگاه خراب شود و بدنه آن زنده شود، اختلاف پتانسیلی به زمین در تجهیزات دیگر ایجاد می‌شود و منجر به ولتاژ خطا انتقالی می‌شود.

نوع سیستم زمین‌بندی ولتاژ پایین سیستم TN است. وقتی خرابی تک‌فازی در مدار خط خروجی تک‌فاز ولتاژ پایین رخ می‌دهد، جریان خرابی زمین‌بندی از نقطه خرابی، زمین و مقاومت زمین‌بندی ترانسفورماتور توزیع عبور کرده و به ترانسفورماتور بر می‌گردد تا حلقه‌ای تشکیل شود. به دلیل مقاومت بالا در نقطه خرابی، جریان خرابی کوچک است و کافی نیست تا کلیدبردار عمل کند. جریان خرابی از طریق مقاومت زمین‌بندی ترانسفورماتور عبور می‌کند و ولتاژ خطا روی مقاومت زمین‌بندی آن ایجاد می‌شود. این ولتاژ خطا از طریق سیم PE به بدنه‌های فلزی تجهیزات منتقل می‌شود و منجر به ولتاژ خطا انتقالی و وقوع نقطه حادثه شوک الکتریکی می‌شود؛

۲. انتقال ولتاژ خطا از سیستم ولتاژ متوسط به سیستم ولتاژ پایین

یک ترانسفورماتور توزیع ۱۰/۰٫۴ کیلوولت باید دو دستگاه زمین‌بندی مستقل داشته باشد: زمین‌بندی محافظ برای ترانسفورماتور و زمین‌بندی کاربردی برای سیستم ولتاژ پایین. با این حال، برای ساده‌سازی زمین‌بندی و کاهش هزینه‌های ساخت، زمین‌بندی محافظ بیشتر ترانسفورماتورهای توزیع ولتاژ متوسط یک الکترود زمین‌بندی مشترک با زمین‌بندی کاربردی سیستم ولتاژ پایین دارند. این بدان معناست که اگر خرابی بدنه در قسمت ولتاژ متوسط ترانسفورماتور توزیع رخ دهد، ولتاژ خطا انتقالی در خطوط سیستم ولتاژ پایین و حتی روی بدنه‌های تمام تجهیزات ایجاد خواهد شد.

این خرابی اساساً از یک خرابی تک‌فازی در سیستم ولتاژ متوسط ناشی می‌شود.

وقتی خرابی بدنه در ترانسفورماتور توزیع رخ می‌دهد، جریان خرابی زمین‌بندی ایجاد می‌شود. اگر سیستم ولتاژ پایین از روش زمین‌بندی TN استفاده کند، زمین‌بندی مجدد سیم PE باعث تقسیم جریان خرابی می‌شود. بخشی از جریان از طریق مقاومت زمین‌بندی کاربردی سیستم ولتاژ پایین به زمین بازمی‌گردد و بخش دیگر از طریق مقاومت زمین‌بندی مجدد سیم PE به زمین بازمی‌گردد و سپس به منبع تغذیه ولتاژ متوسط بازمی‌گردد. جریان خرابی از طریق مقاومت زمین‌بندی کاربردی سیستم ولتاژ پایین عبور می‌کند و ولتاژی روی این مقاومت ایجاد می‌شود. این باعث اختلاف پتانسیل بین نقطه خنثی منبع تغذیه سیستم ولتاژ پایین و زمین می‌شود. این اختلاف پتانسیل به خطوط توزیع ولتاژ پایین منتقل می‌شود و منجر به ولتاژ اضافی انتقالی می‌شود. در سیستم زمین‌بندی TN، این ولتاژ اضافی انتقالی می‌تواند حتی از طریق سیم PE به بدنه‌های تمام تجهیزات ولتاژ پایین منتقل شود.

مقدار جریان خرابی بیشتر به روش زمین‌بندی سیستم ولتاژ متوسط و جریان ظرفیت توزیع شده بستگی دارد. دامنه ولتاژ خطا انتقالی به روش‌های زمین‌بندی هر دو سیستم ولتاژ متوسط و ولتاژ پایین مرتبط است، با اینکه روش زمین‌بندی سیستم ولتاژ متوسط تعیین‌کننده است.

مرتب‌سازی دامنه ولتاژ خطا انتقالی: سیستم زمین‌بندی مقاومت کوچک > سیستم بدون زمین‌بندی > سیستم زمین‌بندی با سیم خنثی‌کننده قوس؛
یک سیستم ولتاژ متوسط با نقطه خنثی زمین‌بندی شده با مقاومت کوچک و یک سیستم ولتاژ پایین با استفاده از روش زمین‌بندی TN بیشتر در معرض خطر حادثه شوک الکتریکی هستند و تهدید قابل توجهی برای ایمنی شخصی کاربران ایجاد می‌کنند.

نتیجه‌گیری

• ولتاژ خطا انتقالی موجب عدم همسویی نقطه خرابی زمین‌بندی و نقطه حادثه در دو سناریو اصلی می‌شود: ۱) خرابی زمین‌بندی در سیستم ولتاژ متوسط منجر به ولتاژ خطا انتقالی در سیستم ولتاژ پایین می‌شود؛ ۲) خرابی و زنده شدن بدنه یک دستگاه در سیستم TN منجر به ولتاژ خطا انتقالی روی بدنه‌های تمام تجهیزات الکتریکی می‌شود؛

• برای این دو نوع ولتاژ خطا انتقالی، نقطه خرابی زمین‌بندی و نقطه حادثه شوک الکتریکی همزمان نیستند. نقطه زمین‌بندی سخت‌پذیر است و علت اساسی حادثه ولتاژ خطا انتقالی سخت تجزیه و تحلیل می‌شود. با شارژ شدن بدنه‌های تجهیزات با ولتاژ خطا انتقالی، خطر شوک الکتریکی برای افراد به میزانی افزایش می‌یابد.