تأثیر عوامل جوی بر روی سطح عایقی و رنج جریان تجهیزات

تأثیر عوامل جوی بر روی سطح عایقی و رنج جریان تجهیزات! محاسبات صحیح و انتخاب تجهیزات مناسب در پروژه های برق صنعتی و قدرت، بسیار حائز اهمیت است. به طور مثال فرض کنید موتوری با جریان نامی 20 آمپر داریم و برای حفاظت از آن بی متالی با جریان مجاز 50 آمپر قرار دادیم. بنا به هر دلیلی اگر این موتور جریانی برابر با 40 آمپر بکشد، بی‌متال عمل نخواهد کرد و تجهیزات مختلف مدار ما مورد تهدید قرار خواهند گرفت. مثلاً اگر کابلهای ما نتوانند این جریان را تحمل کنند، احتمالاً قبل از عمل کردن بی متال، سیم‌های ما ذوب خواهند شد. و در صورت آتش‌سوزی ممکن است خسارات جبران ناپذیری (اقتصادی و جانی) وارد شود.

میانگین دمای محیط، رطوبت هوا و ارتفاع از سطح دریا از پارامترهای مؤثر در سطح عایقی تجهیزات به شمار می‌روند که نسبت به عوامل دیگر کمتر مورد توجه قرار گرفته اند. در حالیکه گاهاً (به خصوص در تجهیزات فشار قوی) صرفاً به همین دلایل، مجبور به استفاده از تجهیزات با یک سطح بالاتر خواهیم بود.

1- ارتفاع از سطح دریا

• کاهش فشار اتمسفر:

با افزایش ارتفاع، فشار اتمسفر کاهش می یابد. این کاهش فشار بر چگالی الکترون‌ها و یون‌های آزاد موجود در هوا که وظیفه هدایت الکتریسیته را بر عهده دارند، تأثیر می‌گذارد. در نتیجه هدایت الکتریکی هوا با افزایش ارتفاع کم می شود.

با افزایش ارتفاع، تراکم هوا کاهش می یابد و این امر می تواند بر راندمان تجهیزات الکتریکی مانند ترانسفورماتورها، موتورها و ژنراتورها تأثیر بگذارد. کاهش چگالی هوا می تواند منجر به کاهش اتلاف گرما شود و در نتیجه باعث شود تجهیزات در دماهای بالاتر کار کنند. (کاهش هدایت الکتریکی) این به نوبه خود ممکن است بر ظرفیت حمل جریان و عملکرد کلی تجهیزات تأثیر بگذارد.

ارتفاع می تواند بر خواص عایق بودن تجهیزات الکتریکی نیز تأثیر بگذارد. در ارتفاعات بالاتر، کاهش چگالی هوا می تواند منجر به استحکام دی الکتریک کمتر شود، که توانایی مواد عایق برای مقاومت در برابر ولتاژهای بالا بدون شکست است.

توجه به این نکته ضروری است که همه تجهیزات الکتریکی به یک اندازه تحت تأثیر ارتفاع قرار نمی گیرند و تأثیر ارتفاع از سطح دریا می تواند بسته به طراحی، مشخصات و شرایط عملکرد تجهیزات متفاوت باشد. سازندگان اغلب دستورالعمل‌های خاصی در این خصوص تدوین و ارائه میکنند تا از عملکرد مناسب تجهیزات در ارتفاعات مختلف اطمینان حاصل شود. بنابراین توصیه می شود در هنگام کار با تجهیزات الکتریکی در ارتفاعات به مستندات سازنده (manufacturer) مراجعه کنید یا از متخصصان مشاوره بگیرید.

• تغییرات دما:

افزایش ارتفاع اغلب با کاهش دما همراه است. دمای پایین تر می تواند تحرک ذرات باردار  (یون ها و الکترونها) را کاهش داده و منجر به کاهش رسانایی شود.

• میزان رطوبت:

ارتفاع نیز می تواند بر میزان رطوبت هوا تأثیر بگذارد. ارتفاعات بالاتر معمولاً سطوح رطوبت کمتری دارند که می تواند بر رسانایی تأثیر بگذارد. هوای خشک به دلیل کاهش حضور مولکول های آب که می توانند به عنوان مسیرهای رسانا عمل کنند در مقایسه با هوای مرطوب رسانایی کمتری دارد.

• وجود آلاینده ها:

میزان ذرات آلاینده و جنس این ذرات در ارتفاعات مختلف متفاوت می باشد.  این آلاینده‌ها می‌توانند رسانایی الکتریکی را تحت تأثیر قرار دهند. مطابق با استاندارد در صورتی که تجهیزات در شرایط محیطی با ارتفاع بیش از۱۰۰۰ متر نصب شده باشند، نیاز به اعمال ضریب تصحیح در محاسبات مربوطه خواهیم داشت. چرا که با افزایش ارتفاع ،بعلت کم شدن غلظت هوا، استقامت عایقی کاهش می یابد.

2- رطوبت

میزان رطوبت هوا با تغییر دما تغییر می کند. هر چه دما بالاتر باشد، فاصله ی بین مولکول های تشکیل دهنده هوا بیشتر شده و در نتیجه ظرفیت جذب رطوبت هوا بیشتر خواهد شد. همچنین هر چه دما کمتر باشد، ظرفیت جذب رطوبت هوا ضعیف تر می شود.

بنابراین، در طول روز که دمای هوا به طور میانگین بیشتر است، هوا رطوبت بیشتر را جذب کرده و در خود نگه می‌دارد. در طول شب، با کاهش دما، رطوبت نسبی هوا (بخار در مترمکعب هوا) افزایش می‌یابد. در نتیجه حداکثر رطوبت هوا باید در شب اتفاق بیفتد که دما در پایین ترین حد است. با این حال، ما همچنین می دانیم که رطوبت نسبی هوا  برای عملکرد ایمن تجهیزات الکتریکی نباید از 90٪ تجاوز کند. بنابراین رطوبت بالا عامل اصلی در ایجاد حوادث تجهیزات در طول شب است.

رطوبت بیش از حد ممکن است استحکام عایق تجهیزات الکتریکی را کاهش دهد. از یک طرف، رطوبت بالا باعث کاهش مقاومت الکتریکی هوا شده و  بنابراین عملکرد شبه عایقی هوا کاهش می یابد و ( در بسیاری از موارد در تابلو شکاف هوا به عنوان عایق بین تجهیزات در نظر گرفته شده است.)

از طرف دیگر، رطوبت بالا به تدریج منجر به فرسودگی عایق تجهیزات شده و دوام عایق تجهیزات را کاهش می‌دهد. این امر به ویژه در تجهیزات با عمر بالا بسیار حائز اهمیت به شمار می‌رود. این قضیه به تدریج منجر به ایجاد و افزایش جریان نشتی در تجهیزات و در نتیجه خرابی  عایق و بروز حوادث می شود.

رطوبت بالا محیط را برای رشد انواع قارچ‌ها مانند کپک‌ها مساعد میکند. تحقیات نشان می دهد که دمای 25 تا 30 درجه و رطوبت نسبی 75 تا 95 درصد شرایط خوبی برای رشد کپک است. بنابراین، اگر تهویه تابلو خوب نباشد، سرعت فرسایش عایق ها بیشتر خواهد بود. اسید ترشح شده توسط فرآیند متابولیک کپک با عایق بر همکنش داشته و منجر به فرسایش آن خواهد شد. هوای مرطوب باعث افزایش سرعت زنگ زدن تجهیزات فلزی و در نتیجه باعث کاهش کارایی و عمر مفید تجهیزات و حتی خرابی الکتریکی می شود.

3- دما

دما تأثیر بسزایی بر هدایت الکتریکی تجهیزات دارد. درک تأثیر دما بر رسانایی برای طراحی و راه اندازی تجهیزات الکتریکی به طور کارآمد و ایمن بسیار مهم است.

با افزایش دما اتم‌ها و مولکول‌های موجود در ماده با شدت بیشتری ارتعاش می کنند، که به نوبه خود امکان حرکت آسان‌تر الکترون‌ها و رسانایی بهتر الکتریسیته را فراهم می‌کند. (این رابطه برای همه مواد خطی نیست، زیرا برخی از مواد ممکن است در دماهای بسیار بالا به دلیل عوامل دیگری مانند انبساط حرارتی یا تغییر در ساختار مواد، کاهش رسانایی را نشان دهند.) با این حال، توجه به این نکته مهم است که افزایش دما بر پارامترهای دیگری نیز تأثیرگذار می‌باشد.

افزایش دما می تواند منجر به پدیده ای به نام انبساط حرارتی در سیم های برق شود. این انبساط می‌تواند باعث شود که سیم‌ها در هدایت الکتریسیته راندمان پایین‌تری از خود نشان دهند.

در اثر انبساط حرارتی علاوه بر طول، سطح مقطع سیم‌های الکتریکی نیز افزایش می‌یابد که به جبران اثرات انبساط حرارتی و حفظ رسانایی مطلوب کمک می‌کند. (بایستی در محاسبات مربوط به انتخاب کابل برآیند هر دو عامل  در نظر گرفته شود.)

در ادامه بخوانید: عملکرد کاذب رله آندر ولتاژ

مقاومت ماده در دمای T از رابطه زیر تعیین می شود:

نکته: در کاربردهای حساس و یا برای کاهش هزینه ها حتماً بایستی محاسبات انجام شود ولی در بسیاری از موارد میتوان به همین جدول ها اعتماد کرد.