یکی از عوامل اصلی در بروز خسارت مالی، صدمات و تلفات جانی به ویژه در منازل مسکونی، مراکز اداری، تجاری و مجتمع های صنعتی عدم رعایت مسائل ایمنی در استفاده از انرژی برق است. به منظور حفاظت از جان افراد در مقابل خطر برق گرفتگی و جلوگیری از خطرات جریان نشتی، از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی یا محافظ جان استفاده می شود.
استفاده از محافظ جان براساس قوانین نظام مهندسی در ساختمان ها اجباری است و به عنوان حفاظت اضافی در سیستم برق به شمار می رود. چون کلید محافظ جان فقط جریان نشتی را تشخیص می دهد و قادر به تشخیص جریان اضافه بار و اتصال کوتاه نیست. حالا سؤال این جاست که جریان نشتی چه مفهومی دارد و کلید محافظ جان چطور کار می کند؟
محافظ جان چطور کار می کند؟
محافظ جان نوعی کلید اتوماتیک اشنایدر است که برای حفاظت از انسان و تجهیزات در برابر جریان نشتی و برق گرفتگی ساخته شده است. اساس کار محافظ جان (Residual current Circuit Breaker(RCCB))، مقایسه جریان ورودی با جریان خروجی کلید است. ورودی محافظ جان فاز و نول است. وقتی محافظ جان در مدار قرار می گیرد می تواند از افراد در برابر برق گرفتگی ناشی از تماس مستقیم و یا تماس غیرمستقیم جلوگیری کند. تماس مستقیم وقتی اتفاق می افتد که فرد مستقیماً با فاز تماس داشته باشد و تماس غیرمستقیم وقتی است که بدنۀ هادی تجهیزات برقی در اثر اتصالی برقدار شده باشد و فرد بدنۀ برقدار را لمس کند. زمان تماس با بدنه برقدار یا خود فاز، جریانی از بدن انسان عبور می کند که به آن جریان نشتی گفته می شود.
کلید محافظ جان می تواند این جریان را تشخیص دهد و براساس میزان حساسیت خود به جریان نشتی به دو نوع خانگی و صنعتی تقسیم می شود و علاوه بر حفاظت افراد در مقابل تماس مستقیم و یا غیرمستقیم برق، با جلوگیری از نشتی جریان از دستگاه ها و تجهیزات صنعتی هم محافظت می کند. بنابراین اگر جریان نشتی در مداری که محافظ جان در آن قرار دارد بیشتر از حساسیت کلید باشد، کلید عمل کرده و جریان ورودی و در نتیجه مدار را قطع می کند. محافظ جان به دو دستۀ کلی زیر تقسیم می شود:
محافظت انسان در برابر تماس مستقیم با قطعات الکتریکی (حساسیت ۳۰ میلی آمپر)
محافظت قطعات الکتریکی در برابر خطر آتش سوزی (حساسیت ۳۰۰ میلی آمپر)
مدار داخلی محافظ جان
شکل زیر اجزای داخلی محافظ جان را نشان می دهد. محافظ جان از هستۀ حلقه ای شکل، سیم پیچ و یک رله مغناطیسی که در یک محفظه قرار دارد تشکیل شده است. همانطور که گفتیم در کلید محافظ جان هم فاز هم نول ورودی کلید هستند و هر دو از وسط هستۀ حلقه ای شکل عبور می کنند. چون در بار غیرمتعادل از سیم نول (MP) نیز جریان عبور می کند، پس این سیم هم باید از داخل این حلقه عبور کند. محافظ جان در دو نوع تک فاز ( دوپل) و سه فاز (چهار پل) ساخته می شود. شکل زیر ساختار داخلی محافظ جان دو پل و چهار پل را نشان می دهد. حالا این ساختار چه کمکی به تشخیص جریان نشتی در مدار می کند؟
شکل زیر به این سؤال پاسخ می دهد. وقتی از یکی از سیم هایی که در داخل حلقه فلزی قرار گرفته است جریان عبور کند (درست مشابه سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور)، باعث ایجاد میدان مغناطیسی متغیر در هسته می شود. اگر در سمت مصرف کننده اتصال بدنه یا اتصال مستقیم با فاز اتفاق نیفتاده باشد،جریان ورودی و خروجی مصرف کننده یعنی جریان فاز و نول که از حلقه عبور می کنند با یکدیگر برابر و در خلاف جهت یکدیگر هستند. در نتیجه از هسته هیچ فوران مغناطیسی عبور نمی کند و در سیم پیچ هم هیچ ولتاژی القاء نمی شود. این سیم پیچ جریان رله مغناطیسی را تأمین می کند که در این حالت هیچ جریانی تولید نمی شود و رله عمل نمی کند.
عملکرد محافظ جان اشنایدر
در صورتی که بدن انسان به طور مستقیم با فاز تماس داشته باشد جریان نشتی ایجاد شده باعث می شود که کلید خیلی سریع و در زمان مشخص مدار را قطع کند. اما اگر فاز به بدنۀ دستگاه متصل شده باشد، جریانی از زمین به طرف نقطۀ صفر ترانسفورماتور شبکه عبور خواهد کرد. در نتیجه جریانی که از داخل حلقه به سمت مصرف کننده جاری می شود بیشتر از جریانی است که از داخل همان حلقه به شبکه برمی گردد. این تفاوت جریان در هسته یک فوران مغناطیسی متغیری ایجاد کرده و در سیم پیچ ثانویه آن نیروی محرکه القایی ایجاد می شود که باعث عبور جریانی از داخل سیم پیچ رله مغناطیسی می شود. در صورتی که این جریان در حد مقدار حساسیت جریان کلید هوایی اشنایدر باشد، رله عمل کرده و کلید اصلی قطع خواهد شد.