بحث حفاظت الکتریکی :
به مجموعه اقداماتی گفته می شود که برای کاهش و یا جلوگیری خطرات برق گرفتگی و آتش سوزی انجام می شود.
نکته : ما هیچوقت نمی توانیم خطرات ناشی از برق را به صفر برسانیم. همیشه احتمالات هست و بسیار هم خطرناک است و ما تنها کاری که می توانیم انجام دهیم این است که با حفاظت بیشتر و با مجموعه اقدامات بیشتر و مهمتر و بهتر این احتمال را به حداقل برسانیم.
در بحث حفاظت الکتریکی 3 نوع خطا داریم :
1- خطای اتصال کوتاه
2- خطای اتصال به زمین
3- خطای اتصال به بدنه
بحث اتصال کوتاه و زمین دوتا از خطا هایی هستند که به عینه هم خود خطا را می بینیم و هم پیامد هایی که دارد اما خطای اتصال به بدنه به این صورت نیست. یک مار خوش خط و خالی است که سر و صدایی ندارد و جیغ و داد نمی کند ولی جان و مال انسان ها را گرفته و خواهد گرفت.
موضوع ولتاژ و جریان :
ولتاژ را با V نمایش می دهیم و یکای اندازه گیری آن در SI ، ولت است . اسم های دیگر علاوه بر ولتاژ به آن اختلاف سطح ، اختلاف سطح انرژی و اختلاف پتانسیل می گویند و این ها تماماً به این اشاره می کند که ولتاژ به عنوان یک مولفه 2 نقطه ای است یعنی یک نقطه را نسبت به یک نقطه دیگر مقایسه می کنیم و اسم آن را ولتاژ می گذاریم.
مثال ) مانند ولتاژ یک نقطه ، ولتاژ فاز نسبت به ولتاژ نول ، ولتاژ پایانه مثبت باتری نسبت به ولتاژ پایانه منفی باتری.
در واقع ما زمانی که از ولتاژ یاد می کنیم در عمل به 2 نقطه اشاره می کنیم هیچوقت نمی توانیم بگوییم ولتاژ این نقطه چقدر است همیشه باید بگوییم ولتاژ یک نقطه نسبت به نقطه دیگر چقدر است و همانطور که از اسم آن پیداست که می گوییم اختلاف پتانسیل یا اختلاف سطح ، از 2 اختلاف سطح برداشته شده یعنی یک پتانسیل بیشتر و یک پتانسیل کمتر.
جریان :
جریان برخلاف ولتاژ یک مولفه تک نقطه ای است که واحد اندازه گیری آن در SI ، آمپر است.
مانند این می ماند که یک سطحی را برش بزنیم و فقط آن نقطه را ببینیم که جریان چقدر است دیگر نگاه نمی کنیم که نسبت به نقطه دیگر چه رفتاری دارد. به صورت تک محور و نقطه ای است.
2 مولفه ولتاژ و جریان با یک مولفه R (مقاومت) به یکدیگر ربط پیدا می کنند. این دوتا مانند دو روی یک سکه اند که با مقاومت از همدیگر تبعیت می کنند. هرچقدر که ولتاژ تغییر کند به تناسب آن جریان تغییر می کند و هرچقدر که جریان تغییر کند به تناسب آن ولتاژ تغییر می کند.
مثال ) یک سرسره شهربازی در نظر بگیریم و این سرسره قرار است یک شخص را به پایین سُر بدهد ، این سرسره اگر اختلاف سطح داشته باشد (سطح قسمت بالا و پایین) در آخر منجر به سُر خوردن و لیز خوردن شخص می شود.
اگر این سطح با سطح دیگر برابر باشد هیچوقت سُر خوردنی اتفاق نمی افتد ، ولتاژ دقیقاً همین است یعنی باید بین ولتاژ کمتر و بیشتر اختلافی وجود داشته باشد تا جریانی بوجود بیاید و این سرسره به منزله ولتاژ هست و این شخص به منزله جریان ، یعنی جریان زمانی در مدار به حرکت می افتد و جاری می شود که اولاً ولتاژ و اختلاف سطح وجود داشته باشد.
سه شرط وجود جریان :
1- مسیر بسته باشد.
2- هادی وجود داشته باشد.(رسانا)
3- ولتاژ وجود داشته باشد.
نکته مثال قبل : شخصی که قرار است سُر بخورد روی سطح بالاتری قرار گیرد و در زاویه ای که دارد سُر بخورد هرچقدر این سطح اختلاف بیشتر باشد و زاویه تند تری داشته باشد ، شدت سُر خوردن شخص بیشتر است.
همینطور است که هرچقدر ولتاژ بیشتر باشد ما جریان قوی تری را می توانیم در مدار جاری کنیم.
مسئله اصلی وجود مقاومت :
اگر وسط سر خوردن این شخص یک مانع وجود داشته باشد سرعت آن را می گیرد که همان مقاومت است.
تعریف مقاومت :
هرآنچه که باعث تضعیف جریان الکتریکی شود به آن مقاومت الکتریکی گفته می شود.
مثال ) یک لوله آب را در نظر بگیریم. این لوله آب به منزله ولتاژ است و آبی که در آن جاری ست به منزله جریان و اگر یک بسطی به دور این لوله ببندیم و این لوله را فشار دهیم باعث ایجاد مقاومت می شود و عبور جریان را مختل می کند.
در بحث مدار الکتریکی هم به همین صورت است اما یک اختلافی وجود دارد. در مدار الکتریکی زمانی که ما مقاومت می گذاریم جریانی که می خواهد از آن عبور کند دچار انباشتگی نمی شود. درحالت فیزیکی اگر مانعی در لوله آب بگذاریم آب پشت این مانع انباشته می شود و به میزانی که دریچه هست خروج پیدا می کند.
اما در بحث برق و الکتریکال منبع ولتاژ و منبع توان تشخیص می دهد که این درگاه نیاز به اینقدر جریان دارد و همانقدر ساطع می کند ، جریان را نمی فرستد که در پشت مانع انباشته شود به همان مقدار که مدار نیاز دارد درگاه اجازه عبور می دهد و جریان را از خودش رد می کند.
تعریف علمی ولتاژ :
ولتاژ در واقع میزان کاری است که انجام می دهیم تا یک بار الکتریکی را از یک نقطه به نقطه دیگ انتقال دهیم.
تعریف علمی جریان :
به میزان باری که در واحد زمان از یک سطح مقطع مشخص و در یک زمان مشخصی عبور می کند به آن جریان می گوییم.
از ترکیب این دو مولفه ولتاژ و جریان ، مولفه جدیدی بوجود می آوریم به نام توان الکتریکی.
ما در بحث سیستم های الکتریکی دو تا مفهوم داریم :
1- توان
2- انرژی
تعریف توان به زبان عامیانه :
توان در واقع توانایی انجام یک کار در یک لحظه است.
P=V*I
مثال ) مثلاً می خواهیم یک آجر را بلند کنیم می گوییم ما توان بلند کردن آن را داریم . انرژی ، واحد زمان را در خودش دخالت می دهد و آن جسم را بلند می کند و می گوید چقدر می تواند آن را نگه دارد.
تعریف انرژی :
بلند کردن آن جسم در واحد زمان (چقدر می تواند آن جسم را نگه دارد)
در برق مثلاً توان الکتریکی یک لامپ 20 وات است یعنی در لحظه برای آن که روشن باشد نیاز به 20 وات دارد و حالا این که چقدر روشن باشد باید زمان بیاوریم که می شود بحث انرژی. قبوض برق برحسب انرژی محاسبه می شود.
توان :
ضرب ولتاژ در جریان . واحد توان وات (W) است.
P=V*I
اگر بجای V در رابطه توان RI بگذاریم.
V=R*I
شکل دیگر توان به این صورت است (توان تلفاتی) :
P=R*I*I=RI2
شکل دیگر توان (توان تلفاتی) :
P=V*I=V*V/R=V2/R
جریانی که ازش صحبت میکنیم : عبور الکترون ها
ما می دانیم اتم از پروتون و نوترون تشکیل شده و الکترون هایی که به دور این هسته درحال چرخش هستند. وظیفه انتقال نیرو و انرژی توسط همین الکترون ها هستند. الکترون هایی که با برخورد با همدیگر در بستر یک هادی جریان الکتریکی را به ما می دهند.
تا زمانی که انرژی به این الکترون ها وارد نشوند و بهم برخورد نکنند جریانی ایجاد نمی شود. پس وجود ولتاژ یا اختلاف سطح برای این است که الکترون ها به هم برخورد کنند و درنهایت جریان الکتریکی برای ما داشته باشند.
مجموعه اقداماتی وجود دارند که ما برای کاهش خطرات برق گرفتگی و جلوگیری از آسیب های ناشی از برق گرفتگی مانند آتش سوزی انجام می دهیم.
همانطور که گفتیم اتصال کوتاه و اتصال به زمین ، از جمله اتصالات یا خطاهایی هستند که شهودی اند و دیده می شوند و سروصدا دارند.
مثال ) زمانی که سیم فاز و نول به همدیگر برخورد می کنند صدای وحشتناک یا جرقه ای از آن ساطع می شود و حرارت ایجاد می کند و همین باعث می شود خیلی ها از آن ها دوری کنند.
اتصال به زمین هم همینطور است یعنی اینکه اگر ما یک سیم فاز را به زمین اتصال بدهیم یا یک کابلی روی زمین بیفتد و به زمین اتصال کند ، این هم چیزی است که شهودی است و معمولاً خیلی همه ما گرفتارش نمی شویم با اینکه جزو خطاهای خطرناک هست و باعث ایجاد آسیب های جانی و مالی می شود اما معمولاً چون شهودی ان و ما آن را می بینیم و ظاهری منزجر دارند ، از آن دوری میکنیم و مراقب هستیم که به آن ها گرفتار نشویم.
متاسفانه خطای اتصال به بدنه اینطور نیست همانطور که گفتیم یک مار خوش خط و خالی است که صدا ندارد و جیغ و داد نمی کند و به همین آسانی جان انسان ها را می گیرد.
نمونه ساده : مثلاً خیلی وقت ها هست که ما دست به یخچال یا ماشین لباس شویی یا … می زنیم و میبینیم که برق دارد حال این برق دار بودن میزان و نسبتش امکان دارد کم باشد یا زیاد و خیلی جاها تحت شرایط خاصی ایجاد خطر می کند.
مثلاً اگر ما دمپایی پلاستیکی پایمان باشد و دست به یخچال فریزر و ماشین لباس شویی و یا گاز هرچیزی که برق دارد بزنیم ، شاید به میزان خیلی کمی فقط بدنمان مورمور کند یا شاید کمی بدنمان را بلرزاند اما اگر همان را پای لخت باشیم به نوعی کف زمین هم خیس باشد امکان دارد که آسیب های بیشتری به ما بزند.
به همین خاطر این نوع خطا یا این نوع اتصال خیلی گول زنندست و معمولاً هم اوایل آن خودش را با یک نشانه کم درواقع به معرض نمایش می گذارد و بعد کم کم به حالت خطرناک می برد.
جالب است بدانیم بالغ بر 90 درصد آتش سوزی هایی که در کشور های مختلف اتفاق می افتد خطا های برقی و اتصالات الکتریکی هستند.
نکته : اتصال به بدنه بیشتر از همه باعث ایجاد خطا و آتش سوزی شده است.
اتصال به بدنه :
فرض کنیم کولر آبی ما بالای پشت بام است ، کابل برق آن را بهش متصل کردیم درابتدا همه چیز خوب پیش می رود .
اگر هم خطایی مثلاً رخ داده باشد ، کابل زیاد کشیده شده باشد یا کابل مرغوبی استفاده نکرده باشیم معمولاً 6 ماه اول خوب است بعد از یکسال یا دوسال از اینکه کولر جلوی نور آفتاب قرار دارد یا برف و باران به آن می خورد و موارد دیگر، آن کابل کم کم و به مدت زمان آن خاصیت عایق بودنش را شاید از دست بدهد یا برق کار کابل را زیاد از حد لخت کرده باشد یا کشیدگی برایش ایجاد کرده باشد و امکان دارد چند تا رشته از آن سیم فاز که برق دار هست به بدنه کولر متصل شده باشد و کسی ندانسته به کولر دست بزند ، باعث برق گرفتگی آن شخص می شود و این یکی از عامل آن .
عامل بعدی که در بحث برق صنعتی به آن می رسیم. خیلی از تجهیزات از موتور درواقع تشکیل شده اند. موتور ها دارای سیم پیچی هستند. این سیم پیچی هایی که داخل موتور هستند از داخل شان جریان عبور می کند. اگر این موتور تحت هر شرایطی برروی آن فشار بیاید یا اینکه محورش به سختی بچرخد این سیم پیچ ها جریان می کشند تا بتوانند آن موتور را به حرکت دربیاورند و وقتی این اتفاق می افتد جریان بیش از حد مجاز وارد این سیم پیچ ها می شود و باعث می شود که عایق شان ضعیف شود یا از بین برود چون این سیم پیچ ها روی بدنه آهنی این موتور ها سوار هستند امکان دارد که این بار الکتریکی و این جریان به بدنه منتقل بشود و از طریق بدنه به بدنه تجهیز و انسان دچار برق گرفتگی می شود.
در نتیجه :
اتصال به بدنه درصد آتش سوزی و خطای بیشتری دارد. معمولاً هم زمانی اتفاق می افتد که شخص یا اشخاص داخل منزل یا مجموعه نیستند چون خیلی به صورت تدریجی موجب آتش سوزی می شود.
مثلاً یک اتصال به بدنه رخ داده است ، اگر در کنار آن مواد اشتغال زایی باشد باعث ایجاد جرقه می شود و بعد باعث ایجاد آتش و شعله ور شدن و… می شود.
