الزامات ایمنی الکتریکی به منظور دریافت گواهینامه در محصولات خانگی

مقدمه

رعایت الزامات ایمنی در محصولات الکتریکی و الکترونیکی و دریافت گواهینامه مرتبط با آن اغلب پیشنیازی برای فروش محصولات در بازار هدف می باشد. به خصوص در محصولاتی که ایمنی-بحرانی هستند یعنی در صورت عدم رعایت ایمنی در آنها ممکن است آسیب های جانی و مالی جدی به انسان و دیگر وسایل و تجهیزات برسد. در این آموزش به اصول اولیه ایمنی الکتریکی در محصولات خانگی خواهیم پرداخت که در واقع میتوان آن را آموزش ایمنی عمومی نام گذاری کرد. چرا که در محصولات خانگی به علت ارتباط انسان با آن بایستی سطح ایمنی عمومی یعنی ایمنی در برابر شوک الکتریکی رعایت شود. ایمنی در برابر شوک الکتریکی علاوه بر محصولات خانگی در محصولات صنعتی، پزشکی و دیگر محصولاتی که انسان مستقیما با آن در ارتباط است بایستی رعایت شود و این آموزش برای کلیه آنها کاربرد دارد. همچنین این آموزش شامل اصول اولیه ای است که در بخش های مختلف حوزه ایمنی محصول مورد نیاز می باشد.

استانداردهای بین المللی ایمنی عمومی در محصولات

استانداردها به طور گسترده توسط دولت ها و نهادهای مربوطه به منظور رگولاتوری و تعیین انطباق محصول و حد و مرزهای مورد پذیرش برای اعطای صلاحیت برای آن محصول به کار می روند. از استانداردهای بین المللی میتوان روش ها و تکنیک های ایمنی که با محصول ما مطابقت دارد را دریافت نمود. این استانداردهای بین المللی دائما در حال بروزرسانی می باشند و توسط آژانس های بین المللی، صنایع و دیگر زینفعان مورد پذیرش هستند. اگرچه انواع مختلفی از استانداردها برای گروه های مختلفی از محصولات نظیر دستگاه های پزشکی، خانگی، صنعتی و … وجود دارد، تقریبا همه آن ها از یک هدف و الزامات عمومی واحد استفاده می کنند که در بخش عمومی ( General ) استاندارد درج می شود. نمونه ای از این الزامات عبارت است از:

“Product must be designed and manufactered so that they function safely without causing any danger or unacceptable risk both in INTENDED USE, FORESEEABLE MISUSE, and in SINGLE FAULT condition.”

معنی پاراگراف فوق به شرح زیر است:

یک محصول باید طوری طراحی و ساخته شود که به صورت ایمن و بدون ایجاد خطر یا ایجاد ریسک ناخواسته کار کند. این عملکرد نه تنها در طول استفاده صحیح ( بر اساس دستور العمل کاربر یا Instruction Manual ) بلکه در مواردی که از آن استفاده ناصحیح ( misuse ) می شود و زمانی که یک خطا ( Fault ) اتفاق می افتد نیز باید پایدار بماند.

مثال هایی از استفاده ناصحیح کاربر میتواند ناشی از عدم تمرکز یا بی دقتی در هنگام استفاده، انتخاب راحت ترین مسیر از میان مسیرهای مختلف که کمترین مقاومت نسبت به آن وجود دارد، اعمال غیر ارادی در هنگام عملکرد ناصحیح سیستم یا در هنگام روی دادن حادثه، خرابی یا رویدادهای ناخواسته باشد.

استانداردهای بین المللی چگونه ساخته می شوند؟

یک استاندارد بین المللی در طول یک پروسه اجماع داوطلبانه ساخته می شود که از چندین کشور مختلف در آن حضور دارند. ویژگی ها و قوانین استاندارد ابتدا توسط کارگروه های جداگانه بررسی می شوند و سپس برای جزئی از استاندارد بودن به رای گذاشته می شوند. ویژگی های استانداردهای ISO مثل ISO 9001 ( در خصوص سیستم مدیریت کیفیت ) یا ISO 7176 ( در خصوص ویلچر ) با حداقل رای مثبت 75 درصد اعضا پذیرفته می شوند. ویژگی های استاندارد IEC مثل IEC 60335 ( در خصوص محصولات خانگی ) در صورتی پذیرفته می شود که:

دو سوم رای دهندگان (اعضای شرکت کننده) موافق باشند.
مجموع تعداد رای های منفی اخذ شده از تمام کمیته های ملی از یک چهارم کل رای دهندگان بیشتر نباشد.

بنابراین بندهای یک استاندارد توسط اکثریت شرکت ها و کشورهای مهم مورد پذیرش هستند. وظیفه شرکت کنندگان در تدوین یک استاندارد حصول اطمینان از عملکرد ایمن محصول یا عملکرد با ریسک قابل قبول می باشد. استانداردها در دسترس همه در سراسر جهان هستند اما برای دسترسی به آخرین ورژن از اکثر استانداردها معمولا بایستی هزینه پرداخت شود. قوانین دولتی ( رگولاتوری ) از این استانداردها به عنوان مرجعی برای ایمنی محصولات قابل فروش استفاده می کنند.

در مواردی که رجوع به استاندارد خاص ضروری نیست، اگر استانداردی در طول پروسه توسعه محصول استفاده نشده باشد از طراح/سازنده محصول خواسته می شود که با خوداظهاری در مورد نحوه پیاده سازی ایمن محصول خود برای تضمین ایمنی توجیهات و مدارک مناسب ارائه کند.

استانداردها هم برای محصولات و هم برای سیستم های مدیریت محصول توسعه داده شده اند. برای مثال چند نمونه از استانداردهایی که برای محصولات هستند عبارت است از:

IEC 60601 : تجهیزات پزشکی الکتریکی
IEC 60335 : تجهیزات لوازم خانگی
IEC 60065 : تجهیزات صوتی و تصویری
IEC 60950 : تجهیزات IT

چند نمونه از استانداردهای مدیریت محصولات عبارت است از:

ISO 9001 : سیستم مدیریت کیفیت
ISO 14001 : سیستم مدیریت محیط
ISO 16949 : سیستم مدیریت کیفیت برای خودرو

لیست سازمان های استاندارد سازی حوزه برق الکترونیک

در ابتدای نام استاندارد مخفف سازمان صادر کننده آن استاندارد آورده می شود. در زیر لیست مهمترین سازمان های استاندارد سازی که در زمینه تجهیزات مربوط به برق و الکترونیک فعالیت می کنند و توضیحات هر یک آورده شده است.

استاندارد DIN: مخفف deutsches institute fure norming (موسسه استاندارد آلمان) می باشد که از سال 1917 به عنوان استاندارد صنعتی آلمان گسترش پیدا کرد.
استاندارد IEC: سازمان IEC (International Electrotechnical Commission) یا کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک که در سال 1906 با همت دانشمندان متخصص کشورهای مختلف تأسیس شده است وظیفه تدوین و انتشار استانداردهای بین المللی IEC در حوزه گسترده برق و الکترونیک و زمینه های مرتبط را بر عهده دارد.
استاندارد IEEE: مخفف عبارت Institute of electrical and Electronics Engineer و نشان مؤسسه مهندسان برق و الکترونیک است. استانداردها در این مؤسسه شامل زمینه های برق، الکترونیک، مخابرات، فناوری اطلاعات، مهندسی پزشکی و … است.
استاندارد ISO: مخفف International standard association یعنی مؤسسه بین الملل استاندارد، یک مجموعه ی بین الملل تشکیل شده از نهادهای ملی استاندارد است که وظیفه آن توسعه استانداردسازی و فعالیت های مرتبط به آن در جهان است. در واقع سازمان ISO در سطح وسیع به وضع استانداردهای کلی و جزئی برای هماهنگ کردن استانداردهای متفاوت جهانی، از جمله استانداردهای برق، می پردازد. استانداردهای ایزو شامل دو نوع فنی و مدیریتی هستند.
استاندارد BS: استانداردهای بریتانیا British Standards استانداردهای تولید تحت یک منشور سلطنتی تحت عنوان Body national Standards می‌باشد. استاندارد BSI موسسه استانداردهای بریتانیا (British Standards Institute) بزرگترین مرجع تدوین استانداردهای انگلستان می باشد. این گروه استانداردهای بریتاتیایی را تحت نظارت این منشور تدوین می کند.
کمیته استانداردسازی اروپا (CEN): کمیته استانداردسازی اروپا در حوزه الکترونیک CENELEC می باشد. CENELEC انجمنی است که کمیته های ملی الکتروتکنیکی 34 کشور اروپایی را گرد هم می آورد تا کار تولید و هماهنگ سازی استانداردهای اروپایی در ارتباط با بدنه ی جهانی را عهده دار باشند.
استاندارد NEMA: اتحادیه تجاری تولیدکنندگان الکتریکی صنعتی در آمریکاست که در سال 1926 تاسیس شده است و دفتر مرکزی آن در شهر واشنگتن آمریکا واقع شده است. در این اتحادیه، 450 کمپانی تولیدکننده فعال در حوزه های تولید، انتقال، توزیع، کنترل و کاربری الکتریکی عضویت دارند. محصولات این کمپانی ها در تصویربرداری پزشکی، بازرگانی، کاربردهای صنعتی به کار می روند.
استاندارد NFPA: توسط سازمان ایمنی و حریق آمریکا وضع شده است و شامل یک سری قوانین و دستورالعمل های ایمنی در خصوص تجهیزات و صنایع مختلف است. این انجمن در اواخر قرن 19 میلادی و در سال 1895 در بوستون ماساچوست آمریکا تشکیل شد و شروع به نوشتن استاندارد کردند و در ادامه این استاندارد طی قرن بیستم و بیست و یکم توسعه داده شده است.
استاندارد UL: مخفف underwriters laboratory، به منظور تست محصولات در آمریکا پایه گذاری شد. بازرسان این شرکت، چندین بار در سال به واحد تولیدی مراجعه کرده و محصولات را تست می کنند. UL در 5 زمینه مختلف از جمله محیط زیست، بهداشت و حیات، ایمنی و پروژه های دانشگاهی به صورت تخصصی فعالیت می کند.

زمانی که آژانس های ملی یک استاندارد را سازگار با کشور یا منطقه خود می کنند نام خود را در ابتدای آن اضافه می کنند. برای مثال استاندارد CEI EN IEC 60335 از استاندارد مادر IEC 60335 ایجاد شده است که ابتدا در کمیته استاندارد اروپا (EN) سازگار شده است و سپس در کمیته استاندارد کشور ایتالیا (CEI) منطبق شده است.

انواع استانداردهای بین المللی از نظر محتوایی

سه نوع استاندارد وجود دارد:

نوع عمومی ( General ) یا نوع A یا استاندارد افقی که شامل احتیاجات عمومی و پایه ای برای دسته ای از محصولات می باشد و معمولا -1 دارد برای مثال IEC 60601-1

نوع موازی ( Collateral ) یا نوع B یا استانداردهای مربوط به گروهی از محصولات دارای جنبه های مشترک خاص که نسبت به استاندارد نوع پایه به جزئیات بیشتری می پردازد اما آنقدر جزئی نیست که بتوان به یک نوع محصول خاص آن را نسبت داد. برای مثال IEC 60601-1-2 که در خصوص سازگاری الکترومغناطیسی برای تجهیزات پزشکی الکتریکی می باشد.

نوع خاص ( Particular ) یا نوع C یا استاندارد عمودی که به طور خاص الزامات نوع خاصی از محصولات را فراهم می نماید. این نوع استاندارد معمولا -2 همراه دارند. برای مثال IEC 60601-2-52 در خصوص تخت های پزشکی و IEC 60335-2-7 در خصوص ماشین های شستشو

استانداردهای خاص بر استانداردهای موازی و افقی تقدم دارند. شکل زیر این موضوع را نشان می دهد.

بنابراین اگر در حال توسعه محصولی هستیم که استاندارد خاص برای آن وجود دارد، باید در وهله اول از الزامات آن تبعیت کنیم. اگر برای محصولی نتوان استاندارد خاص پیدا کرد مستقیما به سراغ استاندارد جنرال می رویم.

چگونه استاندارد بین المللی مناسب برای محصول خود را پیدا کنیم؟

به محض اینکه تصمیم گرفتیم چه محصولی میخواهیم بسازیم باید دنبال استانداردهای بین المللی مناسب برای آن محصول باشیم. با مراجعه به وبسایت رسمی IEC به نشانی iec.ch میتوانیم استانداردهای موجود را از بخش جستجو پیدا و بعد از خرید دانلود کنیم. استانداردهایی که در اتحادیه اروپا سازگار شدند ( آن هایی که در ابتدایشان EN دارند ) قیمت به مراتب ارزان تری دارند که میتوانید با مراجعه به سایت استاندارد کشور استونی به نشانی evs.ee به آنها دسترسی پیدا کنید. همچنین در این سایت ها امکان مشاهده استانداردها بدون دانلود نیز با هزینه کمتر وجود دارد. در سایت الکترو ولت نسخه اصلی آخرین ورژن برخی از استانداردهای ایمنی از فروشگاه قابل دریافت است:

دانلود استاندارد IEC 60730 و IEC 60335 ایمنی عملکردی در محصولات خانگی

دانلود استاندارد IEC 60601 و IEC 62304 ایمنی عملکردی در محصولات پزشکی

تعاریف اولیه استانداردهای ایمنی

برخی از تعاریف اولیه که در متون استانداردهای حوزه ایمنی محصول نیز وجود دارد عبارت است از:

بخش قابل دسترس ( Accessible Part )

بخش یا سطحی از محصول که قابل لمس باشد. قابل لمس بودن بخش های مختلف یک محصول توسط پروب های مخصوص تست که شکل و ویژگی های دست انسان را دارد، تست می گردد. اگر سطح محصول فلزی باشد، کلیه بخش های فلزی بدنه به عنوان بخش قابل دسترس تلقی می گردد.

بخش زنده ( Live Part )

بخش های هادی جریان مانند ترمینال ها و کنتاکتورها که ممکن است در حالت عملکرد عادی سیستم برقدار باشد را بخش زنده یا بخش در حال کار می گویند. فاز و نول هر دو بخش های زنده هستند اما زمین محافظتی یا ارت بخش زنده نمی باشد. نول در صورتی که به ارت متصل شود بخش زنده در نظر گرفته نمی شود.

سیم تغذیه ( Supply Cord )

به سیم انعطاف پذیری که به محصول متصل است و جهت تامین تغذیه دستگاه می باشد، گفته می شود.

اثر جریان روی بدن انسان

بدن انسان عایق جریان نیست و دارای مقاومت می باشد. بنابراین بر اساس شدت جریان عبوری ممکن است بدن انسان از خود واکنش های متفاوتی نظیر تکان خوردن، آریتمی قلبی، بالارفتن دما نشان دهد. بالا رفتن دما که به آن اثر ژول ( Joule Effect ) نیز گفته می شود میتواند باعث سوختن پوست بدن شود. شکل زیر اثر جریان های مختلف را روی بدن نشان می دهد.

همانطور که مشاهده می کنید، در صورتی که جریانی حدود 0.5 میلی آمپر و فرکانس 50-60 هرتز از دست ها عبور کند، دچار شوک و تپش عضله ها می شویم. در صورتی که جریان حدود 35 میلی آمپر و در بازه فرکانسی 10 تا 100 هرتز باشد، سیستم عضلانی بازو ها از کار می افتد. همچنین در جریان 10 میلی آمپر و فرکانس 15 تا 100 هرتز نیز دست ها و پاها دچار آریتمی قلبی و اختلال در عملکرد دست ها و پاها قلب شود. شکل زیر مقاومت نقاط مختلف بدن را نشان می دهد.

مقاومت بدن در حالتی که پوست خیس باشد یا زمانی که مقدار زیادی آب مصرف کرده باشیم پایین تر از حالت عادی است. در حالت پوست خشک مقاومت از یک دست تا دست دیگر در حالت حدود 1 کیلو اهم می باشد. بنابراین اگر در این حالت ولتاژی در حدود 110 ولت اعمال شود جریان 110 میلی آمپر میتواند از این ناحیه عبور کند. این جریان بسیار بالا بوده و باعث سوختگی پوستی می گردد. علت این که سوختگی بیشتر در پوست بدن اتفاق می افتد، اثر پوستی ( Skin Effect ) جریان می باشد. یعنی جریان الکتریکی تمایل دارد از سطح بیرونی اجسام عبور کند.

عایق سازی ( ایزوله سازی ) الکتریکی

همانطور که اشاره کردیم بدن انسان می تواند در صورت عبور جریان آسیب پذیر باشد. بنابراین در محصولات الکتریکی باید از آسیب به انسان پرهیز شود و این محصولات ایمنی در برابر انسان را داشته باشد. یکی از راههای ایمنی استفاده از ایزوله سازی الکتریکی از طریق عایق سازی ( Insulation ) می باشد. در این نوع ایزوله سازی اطمینان حاصل می شود که میان بدن انسان و کلیه هادی های ولتاژی و جریانی موانعی از جنس عایق قرار می گیرد. بنابراین جریان نمی تواند به بدن انسان وارد شود. عایق سازی دارای انواع مختلفی هستند که در شکل زیر مشاهده می کنید.

عایق سازی عملکردی ( Functional Insulation )

عایق سازی بین بخش های رسانا به طوری که فقط تضمین دهنده عملکرد سیستم در حالت خواسته شده باشد. بنابراین عایق سازی عملکردی ایمنی بیشتری از حد عملکرد عادی برای محصول به همراه نمی آورد و محافظت ( Protection ) محسوب نمی گردد. برای مثال فاصله هوایی که در کمترین حالت ممکن خود بین دو بخش رسانا در سیستم قرار گرفته است. اگر این محافظت در محصولی وجود نداشته باشد آن محصول عملکرد عادی خود را به درستی انجام نخواهد داد و از طرفی هم در صورت عملکرد ناصحیح هیچ تضمینی برای محافظت از انسان در برابر سیستم نیز وجود نخواهد داشت.

عایق سازی پایه ای ( Basic Insulation )

عایق سازی که به کلیه بخش های در حال کار ( Live Part ) اعمال می شود و تضمین کننده محافظت از انسان در برابر شوک الکتریکی می باشد. این نوع عایق سازی به اندازه کافی قابل اطمینان هست که از انسان در برابر شوک الکتریکی محافظت نماید و در واقع اولین لایه محافظتی محسوب می شود. اما این نوع عایق سازی جهت فراهم کردن ایمنی به تنهایی نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد بلکه باید همراه با عایق سازی مکمل باشد تا به ایمنی در برابر یک خطا برسیم.

عایق سازی مکمل ( Supplementary Insulation )

این نوع عایق سازی یک سطح محافظتی اضافی و مستقل از عایق سازی پایه ای را فراهم می کند و تضمین می کند که در صورتی که عایق سازی پایه ای از کار بیوفتد، شوک الکتریکی نتواند به انسان آسیب وارد نماید. در واقع این نوع عایق سازی دومین سطح محافظتی در برابر شوک الکتریکی می باشد.

عایق سازی دوگانه ( Double Insulation )

عایق سازی سیستم زمانی که هر دو عایق سازی پایه ای و عایق سازی مکمل وجود داشته باشد را عایق سازی دوگانه می گویند. این نوع عایق سازی دقیقا چیزی است که باید طراحان در پروژه های خود پیاده سازی کنند. مفهوم عایق سازی دوگانه را میتوان در تصویر زیر مشاهده کرد.

همانطور که مشاهده می کنید اولین روکشی که دور بخش مسی وجود دارد عایق Basic و دومین روکشی که هر دو سیم را در بر می گیرد عایق Supplementary و هر دو با هم عایق Double می باشند.

عایق سازی تقویت شده ( Reinforced Insulation )

تکنیک عایق سازی می باشد که درجه محافظتی معادل عایق سازی دوگانه را به صورت تضمین شده فراهم می کند. این عایق سازی هر چند که یک لایه است اما آنقدر قوی است که میتواند جایگزین هر دو عایق پایه ای و مکمل شود.

دسته بندی محصولات بر اساس نوع عایق بندی

محصولات کلاس صفر ( CLASS 0 )

این محصولات برای محافظت در برابر شوک الکتریکی تنها به عایق سازی پایه ای متکی هستند. در این محصولات ترمینال های فاز و نول جزو بخش قابل دسترس هستند و به زمین ( Earth ) وصل نشده اند. بنابراین در صورتی که عایق سازی پایه ای از بین برود ایمنی کاربر در برابر شوک الکتریکی از بین می رود. استفاده از این دسته از محصولات اکنون ممنوع شده است.

محصولات کلاس صفر-یک ( CLASS 0I )

تجهیزاتی که دارای عایق سازی پایه ای هستند و یک ترمینال ارت دارند اما سیم تغذیه آن ها دارای ارت نمی باشد و بنابراین ترمینال ارت به جایی متصل نمی باشد. استفاده از این دسته از محصولات نیز به دلیل متصل نبودن ارت ممنوع می باشد.

محصولات کلاس یک ( CLASS I )

تجهیزاتی که دارای عایق سازی پایه ای هستند و در آن کلیه بخش های قابل دسترس در محصول فلزی بوده و به ارت متصل می باشد. همچنین ترمینال ارت در این نوع تجهیزات وجود دارد و از طریق سیم تغذیه به ارت ساختمان متصل شده است. بنابراین در صورتی که عایق پایه خراب شود، به علت اتصال بدنه به زمین جریان به زمین وارد می شود و دیگر خطری برای کاربر ایجاد نمی شود.

محصولات کلاس دو ( CLASS II )

در این کلاس محافظت در برابر شوک الکتریکی توسط عایق سازی دوگانه یا عایق سازی تقویت شده فراهم می شود. در این کلاس اتصال به ارت وجود ندارد و محافظت به عوامل خارجی نظیر شرایط نصب بستگی ندارد. در محصولاتی که دارای کیس پلاستیکی هستند این نوع عایق سازی پیاده می شود. این کلاس از کلاس یک ایمن تر در نظر گرفته می شود چرا که ایمنی به صورت ذاتی در طراحی وجود دارد.

محصولات کلاس سه ( CLASS III )

در این کلاس محافظت در برابر شوک الکتریکی به وسیله بسیار پایین بودن ولتاژ یا SELV ( مخفف Safety extra-low voltage ) بین کلیه قسمت های هادی فراهم می گردد. یعنی محصولاتی که در آن ولتاژهای پایین تر از 42 ولت DC چه در بخش های قابل دسترس و چه در مدار داخلی محصول وجود دارد. شرایط مورد نیاز برای SELV بودن یک محصول:

محدود کردن ولتاژ درون مدار به 42 ولت
جداسازی کامل بخش های محافظتی با استفاده از عایق سازی دوگانه/تقویت شده از دیگر بخش های مدار. برای مثال ترانس هایی که دارای دسته بندی کلاس دو هستند جزو مدارهای محافظتی دارای ولتاژ بسیار پایین یا PELV ( مخفف Protective extra-low voltage ) تلقی می شوند.
جداسازی بخش SELV با استفاده از عایق سازی پایه ای از ارت و دیگر بخش های SELV و PELV

در شکل فوق مداری را مشاهده می کنید که از سه بخش اولیه، ثانویه و ترانس ایمنی تشکیل شده است. ترانس نقش جداسازی دو سمت مدار را به صورت ایمن دارد.

همچنین در این کلاس بخش های قابل دسترس رسانا نمی تواند به طور خواسته به زمین یا ترمینال محافظتی دیگری متصل شود.

مثالی از SELV میتواند یک شارژر باتری کلاس سه باشد که از یک منبع تغذیه کلاس دو تغذیه می کند.

اگر محصول ما کلاس دو یا سه باشد روی آن یکی از اشکال زیر درج می گردد.

کلاس یک شکل مشخصی ندارد بنابراین اگر هیچ کدام از اشکال فوق روی محصولی مشاهده نشود، کلاس یک در نظر گرفته می شود. به ویژه اگر شکل زمین روی محصول درج شود به معنی محافظت با زمین می باشد و جزو کلاس یک در نظر گرفته می شود.

زمین محافظ ( Protective Earth )

زمین محافظ ارتباط میان بخش های رسانا یک محصول با ارت را فراهم می کند. به دلیل اینکه امپدانس ارت از امپدانس بدن انسان بسیار کمتر است و جریان تمایل به عبور از امپدانس کمتر دارد، به آن زمین محافظ گفته می شود. مقاومت بین ترمینال اصلی ارت و بخش های قابل دسترس از محصول بایستی کمتر از یک مقدار حداکثری باشد که معمولا 0.1 اهم می باشد. مقاومت سیم تغذیه در این مقدار لحاظ نشده است. اگر کابل تغذیه به تجهیز ثابت شده است و قابل جدا کردن نباشد، مقاومت کابل نیز بایستی در نظر گرفته شود و مجموع آن مقاومت ها کمتر از 0.2 اهم شود. تفاوت این دو مقدار را در شکل زیر مشاهده می کنید.

همچنین امپدانس میان ترمینال و چاه ارت نیز باید کمتر از 1.5 اهم باشد. البته در استانداردهای مختلف ممکن است این مقادیر قدری بالاتر یا پایین تر ذکر شده باشد. موارد زیر نیز در هنگام طراحی زمین محافظ بایستی لحاظ شود:

از فیوز نباید در مدار مربوط به محافظ جان استفاده شود.
رنگ عایق کلیه سیم های زمین محافظ باید زرد-سبز باشد.
کلیه زمین های محافظ در تجهیزات بایستی توسط ترمینال، پیچ و مهره جداگانه به زمین وصل شود.
مقاومت زمین هم در تجهیز هم در ساختمان باید به صورت دوره ای بررسی و در محدوده مجاز بودن آن تایید شود. ارتینگ ضعیف ساختمان موجب بی فایده شدن ارت می گردد. به همین دلیل است که محصولات کلاس دو که در آن ها نیازی به ارت وجود ندارد ایمن تر از کلاس یک در نظر گرفته می شود.

استقامت الکتریکی مواد

به حداکثر میدان الکتریکی که یک ماده می تواند تحمل کند بدون اینکه شکسته یا ویژگی های عایق بودن آن ماده تخریب شود استقامت الکتریکی ( Electric Strength ) آن ماده گفته می شود. استقامت الکتریکی به صورت ولتاژ یا ولتاژ در میلی متر بیان می شود. مواد جامد دارای استقامت الکتریکی بالاتری نسبت به مایعات و گازها دارند. برای مثال استقامت الکتریکی هوا 1000V/mm و برای پلی استر 19700V/mm می باشد. بنابراین اگر فاصله هوایی به اندازه 1 میلی متر داشته باشیم و دو سمت آن ولتاژ بالاتر از 1000 ولت قرار گیرد، جرقه Spark از طریق هوا بوجود می آید.

عواملی که روی استقامت الکتریکی مواد تاثیر می گذارند عبارت است از:

دما: افزایش دما موجب کاهش قدرت الکتریکی می شود.
فرکانس: با افزایش فرکانس، استقامت الکتریکی کاهش می یابد.
رطوبت: با افزایش رطوبت در محیط استقامت الکتریکی مواد کاهش می یابد.

مقاومت عایق ( Insulation Resistance )

مقاومتی که یک عایق در برابر جریان از خود نشان می دهد. واحد این مقاومت همانند بقیه مقاومت های الکتریکی بر حسب اهم محاسبه می شود. مهم است که این مقاومت به اندازه کافی بزرگ باشد ( در حد چند مگا اهم ) چرا که جریان در حالت کار عادی محصول نباید از آن عایق عبور کند.

نشتی ( Leakage )

به جریان الکتریکی ناخواسته ای که در شرایط کار نرمال ممکن است از یک مسیر ناخواسته عبور کند جریان نشتی یا Leakage Current گفته می شود. به جریان الکتریکی که هنگام لمس بخش قابل دسترسی یک تجهیز از بدن ما عبور می کند جریان لمسی یا Touch Current گفته می شود. این جریان در حالت کار عادی باید تحت کنترل باشد. برای تجهیزات پزشکی طبق استاندارد IEC 60601-1 جریان لمسی محدود به مقادیر زیر می شود:

برای حالت کار عادی: حداکثر 0.1 میلی آمپر
برای حالت کار با یک خطا: 0.5 میلی آمپر

به جریانی که از بخش های اصلی یک تجهیز ناشی شده و از عایق عبور کرده و به ارت می رود جریان نشتی ارت یا Eart Leakage می گویند. این جریان نیز در حالت کار عادی باید تحت کنترل باشد. برای تجهیزات خانگی جریان نشتی بین هر دو قطب منبع تغذیه با زمین و بین بخش های فلزی قابل دسترس با زمین ( اگر بخش قابل دسترس فلزی نباشد با یک فویل پوشانده می شود ) اندازه گیری می شود. این جریان برای هر کلاس محصول بر اساس استاندارد IEC 60335-1 به صورت زیر محدود می شود:

برای محصولات کلاس دو : 0.35 میلی آمپر
برای محصولات پرتابل کلاس یک: 0.75 میلی آمپر

کلیرنس ( Clearence ) و کریپیج ( Creepage )

به کوتاه ترین فاصله هوایی بین دو بخش رسانا یا یک بخش رسانا و یک سطح قابل دسترس کلیرنس گفته می شود. این فاصله هوایی در اثر شکست باعث ایجاد جرقه ( Spark ) یا آرک ( Arc ) می شود.

به کوتاه ترین فاصله عایقی بین دو بخش رسانا یا یک بخش رسانا و یک سطح قابل دسترس کریپیج گفته می شود. در اثر شکست، عایق تخریب می شود و ممکن است عملکرد مدار دچار مشکل شود.

برای محاسبه کلیرنس اگر مانعی وجود داشته باشد باید نزدیکترین فاصله هوایی لحاظ شود اما برای کریپیج باید از سطح عایق عبور کرد. شکل زیر این موضوع را نشان می دهد.

عوامل زیر برای فاصله کلیرنس بایستی در نظر گرفته شود:

ولتاژ کاری عایق: برای ولتاژ های کاری بالاتر به فاصله هوایی بیشتری مورد نیاز است
نوع مدار: مدار اولیه ( تغذیه اصلی ) یا مدار ثانویه ( بعد از ترانس )
درجه آلودگی: اگر محیط آلوده باشد گرد و غبار ریسک جرقه را افزایش می دهد
رطوبت: در صورتی که هوا مرطوب باشد باید فاصله هوایی زیادتر شود.
نوع عایق سازی: پایه ای، مکمل، دوگانه یا تقویت شده بودن عایق
فاصله از سطح دریا: در ارتفاعات بالا به دلیل کاهش فشار نیاز به افزایش کلیرنس می باشد
دسته بندی ازدیاد ولتاژ: بسته به اینکه ولتاژ درون محصول چقدر بالا می رود و منبع تغذیه چقدر نزدیک یا دور است
برنامه کنترل کیفیت: اگر محصول طبق شرایط خاصی تولید شود میتوان با افزایش کیفیت آن، کلیرنس را کاهش داد.

برای فاصله کریپیج نیز عوامل فوق بایستی در نظر گرفته شود با این تفاوت که فاصله از سطح دریا و وجود برنامه کنترل کیفیت تاثیری در فاصله کریپیج ندارد و حذف می شود. چرا که در ارتفاعات مختلف خاصیت عایق میان دو هادی بر خلاف هوا تغییری نمی کند. همچنین یک پارامتر جدید که به آن CTI گفته می شود در فاصله کریپیج موثر است.

مدارهای اولیه که به ولتاژ برق شهر متصل می شوند بایستی دارای کلیرنس بالاتری نسبت به مدارهای ثانویه که بعد از ترانس هستند، داشته باشند. اگر ولتاژ کاری مدار ( Working voltage ) از ولتاژ نامی مدار ( Rated voltage ) بالاتر باشد. طبق استاندارد IEC 60664-1 بایستی ملاحضات اضافی نظیر افزایش کلیرنس برای آن در نظر گرفته شود.

بسته به نوع عایق سازی کلیرنس میتواند بزرگتر یا کوچکتر در نظر گرفته شود. برای مثال کلیرنس در عایق سازی تقویت شده میتواند کمتر از عایق سازی پایه ای در نظر گرفته شود.

تاثیر ارتفاع از سطح دریا

با توجه به ارتفاع از سطح دریا برای کلیرنس سه گروه بندی زیر تعریف می گردد:

ارتفاع از سطح دریا کوچکتر یا مساوی 2000 متر (6600 فوت)

ارتفاع از سطح دریا بزرگتر از 2 هزار متر ( 6600 فوت) و کوچکتر یا مساوی 3 هزار متر (9800 فوت)

ارتفاع از سطح دریا بزرگتر از 3 هزار متر ( 9800 فوت) و کوچکتر یا مساوی 4 هزار متر (13200 فوت)

ارتفاع از سطح دریا بزرگتر از 4 هزار متر ( 13200 فوت) و کوچکتر یا مساوی 5 هزار متر (16400 فوت)

دسته بندی زیادی ولتاژ (Overvoltage)

دسته اول: برای اتصال به مداراتی که ولتاژهای گذرا را تا حد مطلوبی محدود نگه می دارند. این دسته از مدارها دارای محافظت های مناسب در برابر ولتاژهای گذرا هستند. برای مثال مدارات ثانویه، مداراتی که از USB تغذیه می شوند و …

دسته دوم: تجهیزاتی که از تغذیه نصب شده به صورت ثابت انرژی مصرف می کنند. مانند دستگاه های خانگی، ابزارهای پرتابل و دیگر دستگاه های مشابه

دسته سوم: در تجهیزاتی که از تغذیه نصب شده به صورت ثابت انرژی مصرف می کنند و در آنها قابلیت اطمینان یا در دسترس بودن مورد نیاز است. مانند فیوزها، آسانسور و …

دسته چهارم: تجهیزاتی که در خطوط انتقال استفاده می شوند. مانند ترانسفورماتورها، تجهیزات محافظت از جریان بیش از حد و …

درجه آلودگی ( Pollution Degree )

به میزان آلودگی موجود در محیطی که محصول در آن نصب می شود، درجه آلودگی گفته می شود. بر همین اساس محصولات به چهار دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

دسته اول: تجهیز در محیطی است که آلودگی وجود ندارد یا در برابر کلیه آلودگی ها به طور کامل مهر و موم شده است. مانند اتاق های تمیز ( Clean room ) و قطعات مهر و موم شده

دسته دوم: تجهیز در محیطی است که فقط آلودگی غیر رسانا ( non-conductive ) وجود دارد. البته در صورت تجمع آلودگی، میتواند رسانایی به صورت لحظه ای اتفاق بیوفتد و باعث اتصال کوتاه در مدار شود. مانند محیط های آزمایشگاهی و اداری

دسته سوم: تجهیر در محیطی است که آلودگی های رسانا و غیر رسانا وجود دارد که در صورت تجمع آلودگی میتواند اتصال کوتاه رخ دهد. مانند محیط های صنعتی

دسته چهارم: تجهیز در معرض دائمی گرد و خاک عایق / غیر عایق یا باران / رطوبت می باشد. مانند محیط بیرونی ( Outdoor )

چک لیست طراحی محصول ایمنی

قبل از طراحی مدار هر محصول در حوزه ایمنی نیاز است تا موارد زیر برای آن مشخص شود:

ولتاژ کاری
نوع مدار از نظر اولیه یا ثانویه بودن
درجه آلودگی ( بین 1 تا 4)
دسته بندی عایق سازی ( پایه ای – مکمل – دوگانه – تقویت شده )
ارتفاع از سطح دریا
دسته بندی ازدیاد ولتاژ ( بین 1 تا 4)
تعیین تکلیف پروسه کنترل کیفیت و نحوه اجرای آن
دیگر استانداردهای مورد نیاز

به این کار پروفایل سازی برای محصول نیز گفته می شود. برای مثال فرض کنید که میخواهیم یک تجهیز خانگی نظیر یک همزن برقی را طراحی کنیم. برای این محصول موارد زیر مشخص می گردد:

ولتاژ کاری 220 ولت ( بدون افزایش ولتاژ داخلی )
نوع مدار اولیه
درجه آلودگی 3
عایق سازی ( یکی از عایق سازی های موجود )
ارتفاع کمتر از 2000 متر از سطح دریا
دسته بندی ازدیاد ولتاژ 2 ( به علت اتصال به پریز برق )
وجود پروسه کنترل کیفیت بر اساس استاندارد IEC 60335-1 ضروری نیست
برای دستگاه های آشپزخانه ای نیاز است استاندارد IEC 60335-2-14 رعایت شود

در حقیقت بخش اول استاندارد IEC 60335 مربوط به ایمنی عمومی محصولات خانگی می گردد که برای محصول ما ( همزن برقی ) باید رعایت شود. و بخش 14-2 این استاندارد مربوط به الزامات خاص برای محصولاتی که در آشپزخانه ها مورد استفاده قرار می گیرد، می باشد.

این آموزش تنها قسمتی از آموزش کامل الزامات ایمنی الکتریکی در محصولات خانگی بود. در ادامه این آموزش سرفصل های زیر توضیح داده شده است:

پروسه محاسبه کلیرنس طبق استاندارد IEC 60335

شاخص CTI در مواد عایق و تاثیر آن بر فاصله کریپیج

پروسه محاسبه کریپیج طبق استاندارد IEC 60335

تست عایق و نحوه طراحی محفظه مناسب برای محصول

دیاگرام عایق ( Insulation Diagram )

قطعات حیاتی برای ایمنی ( Safety Critical Components )

قطعات پذیرفته شده ( Approved )

خازن های X و Y

استاندارد درجه حفاظت ( Ingress Protection )

پروسه طراحی محصول ایمنی

طراحی محصول نمونه: توستر الکتریکی

برای دریافت فایل PDF آموزش کامل به لینک زیر مراجعه نمایید: