Touch voltage, Step voltage ও Disconnection time

ঝড়ের পর রাস্তায় একটি 11 kV-এর তার পড়ে আছে, চারপাশে পানি। একটি গরু তারের কয়েক মিটার দূরে পড়ে গেল, যদিও তারটি ছোঁয়নি। মাটির ভেতর দিয়ে Current ছড়িয়ে পড়েছিল। তাতে মাটির ওপরে এক জায়গা থেকে আরেক জায়গায় Voltage-এর পার্থক্য তৈরি হয়েছিল। আর গরুর চার পায়ের মাঝের দূরত্ব বড়। একেই বলে Step voltage। মানুষের শকের বিপদও একই নিয়মে চলে। দুটি Point-এর মধ্যে Voltage পার্থক্য কত, আর তা কতক্ষণ থাকে।

Touch voltage

ধরুন কেউ চালু হয়ে যাওয়া একটি যন্ত্রের Body ছুঁয়ে মাটিতে বা অন্য ধাতুর ওপর দাঁড়িয়ে আছেন। তাঁর হাত আর পায়ের মধ্যে যে Voltage, সেটাই Touch voltage।

• প্রচলিত সীমা হলো, সাধারণ শুকনো অবস্থায় AC-তে 50 V। একে লম্বা সময়ের জন্য তুলনামূলক নিরাপদ ধরা হয়। ভেজা বা বিশেষ জায়গায় সীমা আরও কম।
• Voltage এর বেশি থাকলে Fault দ্রুত বিচ্ছিন্ন করতে হবে। Voltage যত বেশি, সময় তত কম।
• Touch voltage কমানোর উপায় হলো কম Impedance-এর PE (Lesson 7), Equipotential bonding আর দ্রুত Trip।

Disconnection time

IEC 60364-4-41 অনুযায়ী (230 V Phase-Earth ব্যবস্থায়), Earth fault হলে সুরক্ষা যন্ত্রকে সর্বোচ্চ এই সময়ের মধ্যে বিচ্ছিন্ন করতে হবে:

TT-তে সময় কম রাখা হয়েছে, কারণ সেখানে Fault-এর সময় Body-র Voltage সাধারণত বেশি থাকে।

TN: Earth fault loop impedance

TN ব্যবস্থায় Fault current-এর পথ হলো: Transformer → Phase তার → Fault → PE → Transformer-এর Neutral। এই পুরো লুপের Impedance-কে বলে Zs। শর্ত হলো:

$$Z_s \times I_a \le U_0$$

এখানে $I_a$ হলো নির্ধারিত সময়ের মধ্যে সুরক্ষা যন্ত্রকে Trip করাতে যত Current লাগে, আর $U_0$ = 230 V।

উদাহরণ: C16 MCB

C Curve-এ নিশ্চিত Magnetic trip হয় প্রায় 10 × 16 = 160 A-এ। তাই Zs সর্বোচ্চ ≈ 230 ÷ 160 ≈ 1.44 Ω। বাস্তবে Voltage-এর ওঠানামা আর গরম Cable-এর কথা ভেবে এটি আরও কম ধরা হয়। মাপা Zs এর বেশি হলে Fault-এ MCB সাথে সাথে Trip করবে না। কারণ হতে পারে লম্বা Cable, সরু PE বা ঢিলা সংযোগ।

একই কারণে লম্বা Circuit-এ B Curve সুবিধাজনক, কারণ এটি 5 × In-এ Trip করে। আর D Curve-এ Zs অনেক কম লাগে।

Transformer থেকে Cable-এর দৈর্ঘ্য, সাইজ আর PE দিয়ে হিসাব করুন Cable-এর শেষে Fault current-এ। মাঠে মাপতে Loop impedance tester ব্যবহার করুন।

TT: RCD-ই মূল সুরক্ষা

TT-তে Fault current মাটি দিয়ে ফেরে, তাই মাত্র কয়েক A চলে। এখানে শর্ত হলো RA × IΔn ≤ 50 V। তাই সুরক্ষা প্রায় সবসময় দিতে হয় RCD দিয়ে (TT Touch Voltage Calculator, Earthing system)।

RCD: বাড়তি সুরক্ষা

সাধারণ ব্যবহারের Socket (32 A পর্যন্ত), বাইরের যন্ত্র, বাথরুম আর ভেজা জায়গায় 30 mA RCD দিন। এটি শুধু Fault-এ নয়, কেউ সরাসরি চালু তার ছুঁলেও (Direct contact) দ্রুত বিচ্ছিন্ন করে। অন্য সুরক্ষা ব্যর্থ হলেও, যেমন PE ভেঙে গেলে, এটি কাজ করে। সাধারণ 30 mA RCD 30 mA-তে 300 ms-এর মধ্যে, আর 150 mA-তে 40 ms-এর মধ্যে Trip করার কথা (Testing ও রক্ষণাবেক্ষণ)।

তবে কেউ দুই হাতে একসাথে Phase আর Neutral ছুঁলে RCD রক্ষা করে না। কারণ তখন Current Earth দিয়ে যায় না, তাই কোনো পার্থক্যও থাকে না।

Step voltage

কোনো Electrode বা মাটিতে পড়া তার দিয়ে মাটিতে Current ঢুকলে তার চারপাশের মাটির Voltage দূরত্বের সাথে কমতে থাকে। কাছে বেশি, দূরে কম, অনেকটা পুকুরে ঢিল ছুড়লে ঢেউ ছড়ানোর মতো। দুই পায়ের মাঝে (প্রায় এক মিটার) যতটা Voltage পার্থক্য, সেটাই Step voltage।

• Fault-এর জায়গার কাছে এটি সবচেয়ে বেশি।
• চার পায়ের প্রাণী, যেমন গরু আর ছাগল, বেশি ঝুঁকিতে থাকে। কারণ তাদের পায়ের মাঝের দূরত্ব বড়, আর Current বুক দিয়ে যায়।
• ভেজা মাটি আর পানি আরও বেশি বিপজ্জনক।

কাছে চলে গেলে কী করবেন

পড়ে থাকা তারের কাছে চলে গিয়ে পায়ে ঝিনঝিন অনুভব করলে দুই পা একসাথে রাখুন। তারপর ছোট ছোট পা ঘষে (Shuffle), বা জোড়া পায়ে ছোট লাফ দিয়ে দূরে সরে আসুন। দুই পায়ের মাঝে দূরত্ব না থাকলে Step voltage কম হয়। দৌড়াবেন না, বড় পা ফেলবেন না। পড়ে যাবেন না, আর মাটিতে হাত রাখবেন না।

Substation-এ Step আর Touch voltage নকশা করে নিয়ন্ত্রণ করা হয় (Lesson 9)।

সংক্ষেপে

• Touch voltage হলো হাত আর পায়ের মধ্যে Voltage পার্থক্য। সাধারণ সীমা 50 V AC।
• Disconnection time (230 V): 32 A পর্যন্ত Final circuit-এ TN-এ 0.4 s আর TT-তে 0.2 s। Distribution circuit-এ TN-এ 5 s আর TT-তে 1 s।
• TN-এ শর্ত Zs × Ia ≤ U0। C16-এ Zs প্রায় 1.44 Ω-এর কম রাখতে হবে। লম্বা Cable আর সরু PE সমস্যা তৈরি করে।
• TT-তে শর্ত RA × IΔn ≤ 50 V। এখানে RCD-ই মূল সুরক্ষা।
• Socket আর ভেজা জায়গায় বাড়তি সুরক্ষার জন্য 30 mA RCD দিন।
• পড়া তারের কাছে Step voltage থাকে। দুই পা একসাথে রেখে সরে আসুন, আর 10 m দূরে থাকুন।

পরের Lesson পড়ুন: Substation earthing।