شکل 1 و 2 نشان می دهند که در پست چه ولتاژهایی ممکن است شخص در معرض آن قرار گیرد. تعاریف بسیاری در مورد این ولتاژها وجود دارد، اما شش مورد از آنها مهم تر هستند. این شش ولتاژ عبارتند از:

  1. افزایش ولتاژ نقطه زمین در محل وقوع اتصال کوتاه یا (Ground Potential Rise (GPR
  2. ولتاژ مش یا Mesh Voltage
  3. ولتاژ تماس فلز به فلز یا Metal-to-Metal Touch Voltage
  4. ولتاژ گام یا Step Voltage
  5. ولتاژ تماس یا Touch Voltage
  6. ولتاژ انتقالی یا Transfered Voltage

 1. افزایش ولتاژ نقطه زمین در محل وقوع اتصال کوتاه یا (Ground Potential Rise (GPR:

GPR یکی از پارامترهای کلیدی در بحث سیستمهای اتصال زمین پست است. به طور خلاصه، در هنگام وقوع اتصال کوتاه، بسته به میزان جریان اتصال کوتاه و مقاومت اتصال زمین، ولتاژ نقطه زمین شده (که جریان اتصال کوتاه از آن عبور می کند) افزایش می یابد. بدیهی است که پتانسیل این نقطه را نمی توان همان پتانسیل رفرنس یا زمین فرض کرد. به همین منظور، معمولاً در بحث مطالعات سیستمهای زمین، نقطه رفرنس ولتاژ صفر، زمین دور یا Remote Earth نامیده می شود.


شکل 1: موقعیتهای وارد شدن شوک

شکل 1


2. ولتاژ مش یا Mesh Voltage:

حداکثر ولتاژ تماس در یک مش از شبکه زمین است که به صورت زیر محاسبه می شود:

این ولتاژ وقتی حاصل می شود که شخص درنقطه حداقل پتانسیل سطحی زمین قرار گرفته، ولی به واسطه اتصال فلزی (مثل بدنه باسداکت) به محل وقوع اتصال کوتاه، در معرض GPR است.

3. ولتاژ تماس فلز به فلز یا Metal-to-Metal Touch Voltage:

این ولتاژ در شکل 1 با Emm نشان داده شده است. همانطورکه ملاحظه می شود، شخصی دو بدنه فلزی را لمس نموده است. ولتاژ تماس فلز به فلز، ولتاژ ایجاد شده بین انگشتان دو دست شخص خواهد بود (می تواند ولتاژ بین دست با پا باشد). بدنه اول (سمت چپ) زمین شده و پسیو است (مثل فنس فلزی پستها که احتمال عبور جریان اتصال کوتاه از آن وجود ندارد) و بدنه دوم (سمت راست) که محل عبور جریان اتصال کوتاه بوده و یک بدنه اکتیو است. ولتاژ فوق برابر اختلاف پروفیل ولتاژ سطح زمین در نقاط چپ و راست شخص خواهد بود. بدیهی است که ولتاژ تماس فلز به فلز  را می توان بین هر دو نوع بدنه اکتیو  یا پسیو بررسی نمود.


شکل 2: مثالی از ولتاژ خارجی منتقل شده


نکته مهم:

ولتاژ تماس فلز به فلز بین اشیاء فلزی یا سازه های متصل به شبکه زمین، در پست های متعارف مبهم است. با این حال، ولتاژ تماس فلز به فلز بین اشیاء فلزی یا ساختارهای متصل به اشیاء شبکه زمین و فلز در داخل سایت پست، با اشیای فلزی غیر همبند شده مانند حصار جداسازی شده (بین بدنه اکتیو و پسیو) ممکن است قابل توجه باشد.

در مورد پستهای گازی عایق، ولتاژ تماسی فلز به فلز بین اشیاء فلزی یا ساختارهای اتصال به شبکه زمین ممکن است به دلیل خطاهای داخلی یا جریان های القا شده در محفظه ها قابل توجه باشد.

4. ولتاژ گام یا Step Voltage:

ولتاژ گام در واقع تفاوت در سطح ولتاژ تجربه شده بین پاهای یک فرد است (در حالت نرمال، فاصله دو پا یک متر فرض می شود)، بدون تماس با هیچ جسم زمین شده ی دیگر. در شکل 1، این ولتاژ با Es نشان داده شده است.

5. ولتاژ تماس یا Touch Voltage:

اختلاف ولتاژ بین دست و پای شخص در شرایطی است که دست به بدنه برقدار وصل شده است. (به عنوان نمونه بدنه برقدار محل عبور جریان اتصال کوتاه باشد). این ولتاژ در شکل 1 در پروفایل ولتاژ سطح زمین با Et نشان داده شده است.


Grounding Mats for Step and Touch Voltage Protection


6. ولتاژ انتقالی یا Transfered Voltage:

یک مورد خاص از ولتاژ تماس که در آن ولتاژ به داخل یا خارج از پست منتقل می شود، از یا به نقطه دور از خارج از سایت پست. در این ولتاژ فاصله نقطه تماس تا محل پا، بواسطه وجود بدنه فلزی طولانی (مثل بدنه باسداکت یا بدنه تجهیزات GIS) افزایش یافته است. در بدترین حالت، که شخص در خارج محیط پست بدنه فلزی متصل به نقطه خطا (مثل فنسهای همبندی شده با زمین پست) را لمس کند، پا در ولتاژ مرجع (remote earth) قرار می گیرد و بیشترین ولتاژ ممکن بین دست و پای شخص ایجاد می شود (GPR~Etrrd).

حداکثر ولتاژ هر مدار تصادفی نباید بیش از حدی باشد که جریان جاری شده در بدن بتواند موجب فیبریلاسیون شود. با فرض وزن بدن 50 کیلوگرم، برای تعیین جریان جسمی مجاز و در نظر گرفتن مقاومت بدن در 1000 ولت، ولتاژ تماسی قابل تحمل عبارت است از:

و ولتاژ گام برابر است با:

که:

  • Estep: ولتاژ گام
  • Etouch: ولتاژ تماس
  • rs: مقاومت مواد سطح، V-m
  • ts: مدت زمان جریان شوک، در ثانیه

از آنجا که تنها مقاومت در برابر ولتاژ تماسی فلز به فلز مقاومت بدن است، ولتاژ محدود می شود به:

مدت زمان شوک معمولا برابر با مدت زمان خطای رخ داده است، اگر دوباره بسته شدن یک مدار برنامه ریزی شده است، مدت زمان خطا باید برابر با مجموع خطاهای منفرد رخ داده در مدار باشد و به جای ts استفاده شود.


منبع: The electric power engineering handbook – L.L. Grigsby