شکل 1 و 2 نشان می‌دهند که شخصی در پست در معرض چه ولتاژهایی ممکن است قرار گیرد. تعاریف بسیاری در مورد این ولتاژها وجود دارد، اما شش مورد از آنها مهم‌تر 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 Transferred 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 می‌کند) افزایش می‌یابد. بدیهی است که پتانسیل این نقطه را نمی‌توان 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 می‌شود.


شکل 1

شکل 1: موقعیت‌های وارد شدن شوک

2. ولتاژ مش یا Mesh Voltage

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

Em = (ρKmKiIG) / LM

این ولتاژ وقتی حاصل می‌شود که شخص در نقطه 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. همانطور که ملاحظه می‌شود، شخصی دو بدنه فلزی را لمس نموده است. ولتاژ تماس فلز به فلز، ولتاژ ایجاد شده بین انگشتان دو دست شخص خواهد بود (می‌تواند 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 می‌توان 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 سازه‌های متصل به شبکه زمین، در پست‌های 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 جریان‌های القا شده در محفظه‌ها 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 می‌شود)، بدون تماس با هیچ جسم زمین شده‌ی 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 Transferred Voltage

یک مورد خاص از ولتاژ تماس که در آن ولتاژ به داخل یا خارج از پست منتقل می‌شود، یا به نقطه دور خارج از سایت پست. در این ولتاژ فاصله نقطه تماس تا محل پا، به واسطه 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 می‌گیرد و بیشترین ولتاژ ممکن بین دست و پای شخص ایجاد می‌شود (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
  • CS: 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 می‌شود به:

مدت زمان شوک معمولا برابر با مدت زمان خطای رخ داده است، اگر دوباره بسته شدن یک مدار برنامه‌ریزی 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