Rakım: Neden önemli

Elektrikle çalışmak tehlikelidir, bu nedenle elektrikle çalışanların olası kazalardan korunmasına yardımcı olmak için kıyafet, eldiven, bot vb. güvenlik ekipmanları kritik öneme sahiptir. Güvenlikle ilgili daha az belirgin olan nokta ise elektrik sisteminin bakımı için kullanılan test ekipmanının tasarımıdır.

Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) 61010 standardı, elektrikli ekipmanlar için ölçüm, kontrol ve laboratuvar kullanımına yönelik güvenlik gerekliliklerini kapsar. Test ve ölçüm devreleri ile cihazlar için gereklilikleri içerir.

Cihazın Ölçüm Kategorisi (CAT) sınıfı, cihazın güvenli bir şekilde kullanılmak üzere sistemin neresinde tasarlandığını gösterir. Sınıf ne kadar yüksek olursa kaçak ve açıklık mesafeleri de o kadar büyük olur. Genellikle göz ardı edilen bir faktör, testin yapıldığı rakımdır. Deniz seviyesinde yapılan test, dağlarda yapılan testle aynı değildir. Bu makale, yüksek rakımların güvenlik sonuçları hakkında tespitler sunmaktadır.

Açıklık mesafesi

Açıklık mesafesi, yeterli izolasyon sağlayan iki iletken parça arasında havadaki en kısa yolu ifade eder. Bu mesafe, izolasyon malzemesinin yüzeyi boyunca en kısa mesafeyi ölçen kaçak mesafesinden farklıdır. Açıklık, kaçak mesafesine eşit olabilir ancak hiçbir zaman bu mesafeden daha uzun olamaz.

Uygun açıklığın korunması, güvenli baskılı devre kartı (PCB) tasarımının kritik bir parçasıdır. PCB ve bileşen düzenleri; iletkenler ve elektronik bileşenler arasında yüksek gerilim arklarını veya arızaları önlemek ve cihaz ile kullanıcıyı korumak için yeterli güvenlik aralığı mesafelerine sahip olmalıdır.

Havanın yoğunluğu ve izolasyon gücü deniz seviyesinde oldukça iyidir, yani belirli CAT sınıfları için gerekli açıklık en düşük seviyededir. Ne yazık ki rakım değiştikçe havanın izolasyon kuvveti değişir.

Paschen Yasası

Adını Alman fizikçi Friedrich Paschen'den alan Paschen Yasası, bir gazdaki iki elektrot arasında elektrik arkı başlatmak için gereken gerilimi, gaz basıncı ve elektrotlar arasındaki mesafenin bir fonksiyonu olarak veren bir denklemdir. Belirli bir gaz için gerilim, yalnızca basınç ve boşluk uzunluğunun bir işlevidir. Basınç düştükçe sabit bir boşluğun kırılma gerilimi de düşer. Bu koşullar altında, sabit bir kırılma gerilimini korumak için boşluk genişletilmelidir. Bu yasa, hava bir gaz olduğu için cihaz tasarımında etkilidir.

Rakımın etkisi

Hava, elektrikli ekipmanların tasarımında bir elektrik izolasyon aracı olarak kullanılır. Atmosfer basıncı, herhangi bir yükseklikte bir birim alan üzerindeki havanın toplam ağırlığı olarak tanımlanabilir. Havanın yoğunluğu ve gücü deniz seviyesinde çok iyidir. Hava, daha yüksek rakımda daha ince olur ve bu nedenle izolasyon oranı azalır. Yükseklik arttıkça bu birim alan üzerindeki hava miktarı azalır. Rakım arttıkça atmosfer basıncı azalır ve bu da havanın dielektrik (izolasyon) kuvvetini azaltır.

Daha düşük hava basıncında, elektrik iletkenleri arasında daha az izolasyon vardır ve bu da daha fazla elektrik arklanması riski oluşturur. Azalan basınç, havanın daha kolay parçalanmasına neden olarak iyonlaşmaya yol açar ve bu da elektriği daha kolay iletmesine neden olur.

Daha düşük hava basıncında, elektrik iletkenleri arasında daha az izolasyon vardır ve bu da daha fazla elektrik arklanması riski oluşturur. Azalan basınç, havanın daha kolay parçalanmasına neden olarak iyonlaşmaya yol açar ve bu da elektriği daha kolay iletmesine neden olur.

Rakım arttıkça havanın izolasyon özellikleri azaldığı için güvenliği sağlamak üzere gereken açıklık mesafesi artar. Aşağıdaki tabloda (IEC 62368-1, Tablo 22'den alınmıştır), rakıma göre açıklık için çarpım faktörü gösterilmektedir.

Elektrikli test ekipmanı tasarlarken (ve satın alırken), öngörülen çalışma yüksekliği dikkate alınır. IEC 61010-1:2001, 2000 metre veya altı için çalışmayı belirtir. 2000 metre veya altı için bir CAT sınıfına sahip bir cihaz, 3000 metre veya üzerinde CAT sınıfını karşılamayabilir.

Sonuç

Test ekipmanının kullanılacağı ortamı anlamak, güvenli olacak cihazları seçmek için kritik önem taşır. Çalışma rakımı veya yüksekliği de farklı değildir. Dünyanın çoğu 2000 metrenin altındadır ancak hâlâ bu yüksekliğin üzerinde elektrikle çalışan önemli sayıda insan vardır; Bolivya'nın La Paz kenti ortalama 3689 metre yüksekliğe, Şili'deki Escondida Bakır Madeni (dünyanın en büyük bakır madeni) 3010 metre yüksekliğe ve Peru'daki Antamina Bakır madeni 4200 metre yüksekliğe sahiptir. Bunlar yalnızca birkaç örnektir. Çoğu kayak merkezi, doğası gereği 2000 metrenin üzerinde yer alır.

Elektrikli test ekipmanının kullanıcısı olarak CAT sınıfıyla ilişkili rakımı kontrol etmeniz önemlidir. Standardın 2000 metre olduğunu unutmayın. Test cihazı yüksek rakımda kullanılacaksa gerekli açıklıklar üzerindeki etkinin farkında olmanız gerekir.