چگونه عایق‌بندی و زمین‌کشی در جلوگیری از حوادث برقی در سیستم‌های فشار قوی کمک می‌کنند
ایزولاسیون و زمین‌گذاری دو تدابیر حیاتی هستند که به جلوگیری از حوادث برقی در سیستم‌های پرتوان کمک می‌کنند. این دو عامل از طریق مکانیزم‌های مختلف عمل می‌کنند تا ایمنی سیستم را تضمین کرده و خطر شوک الکتریکی، خازنهای کوتاه و دیگر خطاهای الکتریکی را کاهش دهند. در ادامه توضیحات دقیقی درباره آنچه ایزولاسیون و زمین‌گذاری برای ایمنی سیستم‌های پرتوان انجام می‌دهند ارائه شده است.
1. نقش ایزولاسیون
ایزولاسیون شامل استفاده از مواد غیرهادی (مانند سرامیک، شیشه یا پلاستیک) برای جدا کردن قطعات الکتریکی زنده از محیط اطراف است تا جریان الکتریکی از مسیرهای غیرمورد نظر عبور نکند. اهداف اصلی ایزولاسیون عبارتند از:
جلوگیری از شوک الکتریکی: مواد ایزولاسیون جریان الکتریکی را از قطعات زنده به بدن انسان یا اجسام هادی دیگر متوقف می‌کنند، که باعث محافظت از افراد و تجهیزات از شوک الکتریکی می‌شود.
جلوگیری از خازن کوتاه: ایزولاسیون مانع تماس مستقیم بین هادی‌هایی با پتانسیل‌های مختلف می‌شود، که می‌تواند منجر به خازن کوتاه و افزایش ناگهانی جریان شود و موجب حریق یا خسارت به تجهیزات شود.
حفظ سطوح ولتاژ: مواد ایزولاسیون می‌توانند ولتاژهای بالا را بدون تجزیه تحمل کنند، که باعث می‌شود سیستم به‌طور ایمن در محدوده ولتاژ طراحی‌شده خود عمل کند.
کاربردهای ایزولاسیون:
ایزولاسیون کابل: کابل‌های پرتوان معمولاً با لایه‌های ضخیم ایزولاسیون پوشیده شده‌اند تا جلوی فرار جریان به محیط خارج را بگیرند.
ایزولاتورها: برای پشتیبانی از خطوط انتقال پرتوان استفاده می‌شوند، ایزولاتورها جلوی جریان از هادی به زمین یا ساختارهای دکل را می‌گیرند.
سوئیچ‌ها و برش‌ها: این دستگاه‌ها از مواد ایزولاسیون بین تماس‌های داخلی و هادی‌ها استفاده می‌کنند تا از دیسچارژ تصادفی در طول عملیات جلوگیری کنند.
2. نقش زمین‌گذاری
زمین‌گذاری شامل اتصال بخش‌های فلزی غیرزنده تجهیزات الکتریکی (مانند پوسته‌ها، پشتیبانی‌ها و غیره) به زمین است، که مسیری با مقاومت کم برای جریان فراهم می‌کند. اهداف اصلی زمین‌گذاری عبارتند از:
فراهم کردن مسیر ایمن برای جریان‌های خطا: در صورت رخ دادن خطا و فرار جریان به پوسته فلزی یا بخش‌های غیرزنده دیگر، زمین‌گذاری مسیر ایمنی برای این جریان فراهم می‌کند تا به جای عبور از شخص یا تجهیزات آسیب‌پذیر، به زمین جریان یابد.
ثابت کردن پتانسیل سیستم: زمین‌گذاری پتانسیل سیستم را به پتانسیل زمین ثابت می‌کند، که مانع از نوسانات ناشی از تجمع الکتریکی یا برخورد برق شده و می‌تواند باعث خسارت به تجهیزات شود.
محافظت از سربار ولتاژ: در زمان برخورد برق یا خطا در سیستم برق، زمین‌گذاری به جذب و پخش سربار ولتاژ کمک می‌کند و تجهیزات را از خسارت محافظت می‌کند.
تشخیص خطا: در صورت رخ دادن خطا تک‌فاز به زمین، سیستم زمین‌گذاری می‌تواند تغییرات جریان را تشخیص دهد و دستگاه‌های محافظ (مانند برش‌ها یا رله‌ها) را فعال کند تا به سرعت مدار خراب را جدا کرده و از خسارت بیشتر جلوگیری کند.
کاربردهای زمین‌گذاری:
زمین‌گذاری پوسته تجهیزات: تمام پوسته‌های فلزی تجهیزات پرتوان باید زمین‌گذاری شوند تا از شوک الکتریکی جلوگیری شود. حتی اگر یک خطا داخلی رخ دهد، جریان از طریق سیم زمین‌گذاری به زمین خواهد رفت، نه از طریق بدن اپراتور.
زمین‌گذاری نقطه نیوترال ترانسفورماتور: در سیستم‌های برق سه‌فاز، نقطه نیوترال ترانسفورماتور معمولاً زمین‌گذاری می‌شود تا پتانسیل سیستم را ثابت کرده و نقطه مرجع فراهم کند.
زمین‌گذاری نیروگاه‌های ضدبرق و دکل‌های انتقال: در زیرстанسیون‌های پرتوان و خطوط انتقال، نیروگاه‌های ضدبرق و سیستم‌های زمین‌گذاری ضدبرق نصب می‌شوند تا به طور موثر از سربار ولتاژ ناشی از برخورد برق جلوگیری کنند و هم تجهیزات و هم افراد را محافظت کنند.
3. اثرات همکاری ایزولاسیون و زمین‌گذاری
ایزولاسیون و زمین‌گذاری تدابیر جداگانه‌ای نیستند بلکه با هم کار می‌کنند تا یک سیستم ایمنی الکتریکی چندلایه تشکیل دهند:
حفاظت دوگانه: ایزولاسیون جلوی عبور جریان از مسیرهای غیرمورد نظر را می‌گیرد، در حالی که زمین‌گذاری مسیر ایمنی برای جریان‌های خطا فراهم می‌کند. حتی اگر ماده ایزولاسیون نقصان ببیند، سیستم زمین‌گذاری همچنان افراد و تجهیزات را محافظت می‌کند.
تشخیص و جدا کردن خطا: وقتی مواد ایزولاسیون به دلیل پیری، خسارت یا عوامل دیگر تجزیه می‌شوند، سیستم زمین‌گذاری می‌تواند تغییرات جریان را تشخیص داده و دستگاه‌های محافظ (مانند برش‌ها) را فعال کند تا خطا را جدا کرده و از تشدید وضعیت جلوگیری کند.
ثبات پتانسیل: زمین‌گذاری پتانسیل سیستم را ثابت می‌کند و خطر تجزیه ایزولاسیون به دلیل نوسانات پتانسیل را کاهش می‌دهد. این موضوع عمر مواد ایزولاسیون را افزایش می‌دهد و هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد.
4. ملاحظات عملی در کاربرد
بازرسی و نگهداری منظم: مواد ایزولاسیون می‌توانند با گذشت زمان تجزیه شوند، بنابراین بازرسی‌ها و تعویض‌های منظم ضروری هستند. سیستم‌های زمین‌گذاری نیز باید دوره‌ای آزمایش شوند تا مقاومت آن‌ها در حدود ایمنی باقی بماند.
انتخاب مواد ایزولاسیون مناسب: بر اساس سطح ولتاژ و محیط عملیاتی سیستم، مواد ایزولاسیون مناسب را انتخاب کنید. برای مثال، در محیط‌های با دما بالا، رطوبت یا گرد و غبار، مواد ایزولاسیون با مقاومت قوی در برابر آب و هوای بد را انتخاب کنید.
طراحی صحیح زمین‌گذاری: طراحی سیستم زمین‌گذاری باید عواملی مانند مقاومت خاک و ترتیب تجهیزات را در نظر بگیرد تا مقاومت زمین‌گذاری به اندازه کافی کم باشد تا جریان‌های خطا را به‌طور مؤثر پخش کند.
5. خلاصه
ایزولاسیون و زمین‌گذاری تدابیر ایمنی غیرقابل اجتناب در سیستم‌های پرتوان هستند. ایزولاسیون به صورت فیزیکی قطعات زنده را از محیط اطراف جدا می‌کند تا جلوی فرار جریان را بگیرد، در حالی که زمین‌گذاری مسیر ایمنی برای جریان‌های خطا فراهم می‌کند و افراد و تجهیزات را محافظت می‌کند. با همکاری این دو، یک سیستم ایمنی الکتریکی جامع تشکیل می‌شود که به طور موثر از شوک الکتریکی، خازن کوتاه، سربار ولتاژ و دیگر حوادث الکتریکی جلوگیری می‌کند. با طراحی، نگهداری و استفاده صحیح از این تدابیر، ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم‌های پرتوان به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد.
