يكي از عوامل اصلي در بروز خسارت مالي، صدمات و تلفات جاني به ويژه در منازل مسكوني، مراكز اداري، تجاري و مجتمع هاي صنعتي عدم رعايت مسائل ايمني در استفاده از انرژي برق است. به منظور حفاظت از جان افراد در مقابل خطر برق گرفتگي و جلوگيري از خطرات جريان نشتي، از كليدهاي حفاظت از خطر برق گرفتگي يا محافظ جان استفاده مي شود.

استفاده از محافظ جان براساس قوانين نظام مهندسي در ساختمان ها اجباري است و به عنوان حفاظت اضافي در سيستم برق به شمار مي رود. چون كليد محافظ جان فقط جريان نشتي را تشخيص مي دهد و قادر به تشخيص جريان اضافه بار و اتصال كوتاه نيست. حالا سؤال اين جاست كه جريان نشتي چه مفهومي دارد و كليد محافظ جان چطور كار مي كند؟

محافظ جان چطور كار مي كند؟

محافظ جان نوعي كليد اتوماتيك اشنايدر است كه براي حفاظت از انسان و تجهيزات در برابر جريان نشتي و برق گرفتگي ساخته شده است. اساس كار محافظ جان (Residual current Circuit Breaker(RCCB))، مقايسه جريان ورودي با جريان خروجي كليد است. ورودي محافظ جان فاز و نول است. وقتي محافظ جان در مدار قرار مي گيرد مي تواند از افراد در برابر برق گرفتگي ناشي از تماس مستقيم و يا تماس غيرمستقيم جلوگيري كند. تماس مستقيم وقتي اتفاق مي افتد كه فرد مستقيماً با فاز تماس داشته باشد و تماس غيرمستقيم وقتي است كه بدنۀ هادي تجهيزات برقي در اثر اتصالي برقدار شده باشد و فرد بدنۀ برقدار را لمس كند. زمان تماس با بدنه برقدار يا خود فاز، جرياني از بدن انسان عبور مي كند كه به آن جريان نشتي گفته مي شود.

كليد محافظ جان مي تواند اين جريان را تشخيص دهد و براساس ميزان حساسيت خود به جريان نشتي به دو نوع خانگي و صنعتي تقسيم مي شود و علاوه بر حفاظت افراد در مقابل تماس مستقيم و يا غيرمستقيم برق، با جلوگيري از نشتي جريان از دستگاه ها و تجهيزات صنعتي هم محافظت مي كند. بنابراين اگر جريان نشتي در مداري كه محافظ جان در آن قرار دارد بيشتر از حساسيت كليد باشد، كليد عمل كرده و جريان ورودي و در نتيجه مدار را قطع مي كند. محافظ جان به دو دستۀ كلي زير تقسيم مي شود:

محافظت انسان در برابر تماس مستقيم با قطعات الكتريكي (حساسيت ۳۰ ميلي آمپر)

محافظت قطعات الكتريكي در برابر خطر آتش سوزي (حساسيت ۳۰۰ ميلي آمپر)

مدار داخلي محافظ جان

شكل زير اجزاي داخلي محافظ جان را نشان مي دهد. محافظ جان از هستۀ حلقه اي شكل، سيم پيچ و يك رله مغناطيسي كه در يك محفظه قرار دارد تشكيل شده است. همانطور كه گفتيم در كليد محافظ جان هم فاز هم نول ورودي كليد هستند و هر دو از وسط هستۀ حلقه اي شكل عبور مي كنند. چون در بار غيرمتعادل از سيم نول (MP) نيز جريان عبور مي كند، پس اين سيم هم بايد از داخل اين حلقه عبور كند. محافظ جان در دو نوع تك فاز ( دوپل) و سه فاز (چهار پل) ساخته مي شود. شكل زير ساختار داخلي محافظ جان دو پل و چهار پل را نشان مي دهد. حالا اين ساختار چه كمكي به تشخيص جريان نشتي در مدار مي كند؟

 شكل زير به اين سؤال پاسخ مي دهد. وقتي از يكي از سيم هايي كه در داخل حلقه فلزي قرار گرفته است جريان عبور كند (درست مشابه سيم پيچ اوليه ترانسفورماتور)، باعث ايجاد ميدان مغناطيسي متغير در هسته مي شود. اگر در سمت مصرف كننده اتصال بدنه يا اتصال مستقيم با فاز اتفاق نيفتاده باشد،جريان ورودي و خروجي مصرف كننده يعني جريان فاز و نول كه از حلقه عبور مي كنند با يكديگر برابر و در خلاف جهت يكديگر هستند. در نتيجه از هسته هيچ فوران مغناطيسي عبور نمي كند و در سيم پيچ هم هيچ ولتاژي القاء نمي شود. اين سيم پيچ جريان رله مغناطيسي را تأمين مي كند كه در اين حالت هيچ جرياني توليد نمي شود و رله عمل نمي كند.

عملكرد محافظ جان اشنايدر

در صورتي كه بدن انسان به طور مستقيم با فاز تماس داشته باشد جريان نشتي ايجاد شده باعث مي شود كه كليد خيلي سريع و در زمان مشخص مدار را قطع كند. اما اگر فاز به بدنۀ دستگاه متصل شده باشد، جرياني از زمين به طرف نقطۀ صفر ترانسفورماتور شبكه عبور خواهد كرد. در نتيجه جرياني كه از داخل حلقه به سمت مصرف كننده جاري مي شود بيشتر از جرياني است كه از داخل همان حلقه به شبكه برمي گردد. اين تفاوت جريان در هسته يك فوران مغناطيسي متغيري ايجاد كرده و در سيم پيچ ثانويه آن نيروي محركه القايي ايجاد مي شود كه باعث عبور جرياني از داخل سيم پيچ رله مغناطيسي مي شود. در صورتي كه اين جريان در حد مقدار حساسيت جريان كليد هوايي اشنايدر باشد، رله عمل كرده و كليد اصلي قطع خواهد شد.