تجهیزات اصلی تابلو برق

یک نگاه کلی به تابلو برق های ولتاژ پایین (فشار ضعیف) و ولتاژ متوسط (فشار متوسط)

بسته به اندازه ساختمان یا کارخانه و اینکه برق ورودی ولتاژ بالا یا ولتاژ پایین باشد ممکن است به یک تابلو ولتاژ بالای اصلی و چند تابلو ولتاژ پایین و یا فقط یک تابلو ولتاژ پایین نیاز داشته باشیم. نام رسمی که برای تابلو های برق به کار می رود Switchgear and Control Assembly (SCA) (مجمع سوئیچینگ و کنترل) می باشد.

وظیفه اصلی تابلو برق گرفتن انرژی الکتریکی (برق) از منبع تغذیه ی اصلی (مثلا خطوط توزیع) و توزیع آن بین مدارات ساختمان می باشد. تابلو برق باید به گونه ای ساخته شود که کنترل جریان خوب و مناسبی داشته باشد و در مقابل آسیب خطاهای احتمالی از حفاظت الکتریکی مناسبی برخوردار باشد. پیش بینی این حفاظت ها برای جلوگیری از خطرات جانی پرسنل، خطرات آسیب به تجهیزات و احتمال آتش سوزی لازم می باشد. بسته به شدت خطا باید قادر باشد که بخش معیوب را در حداقل زمان از سیستم جدا کند.

همچنین تابلو برق ها باید به گونه ای طراحی شوند که در هنگام کار عادی یا غیر عادی شان خطراتی مثل شوک الکتریکی را برای اپراتور ها و کارکنان نداشته باشند. انفجار در تابلو برق ها اتفاق نادری نیست که می تواند عامل صدمات جدی و جبران ناپذیری برای کارکنان باشد.

در بسیاری از موارد کار بر روی تابلو های برق دار انجام می شود.

تجهیزات اصلی تابلو برق ولتاژ متوسط و ولتاژ ضعیف

با وجود اینکه تابلو های ولتاژ متوسط و ولتاژ ضعیف خیلی شبیه هم هستند ولی تفاوت هایی با هم دارند. یکی از چیزهایی که بین آن ها مشابه است توزیع انرژی الکتریکی می باشد که آن هم سر سطوح ولتاژ متفاوتی انجام می پذریرد. تابلو های ولتاژ وتوسط همیشه پاسخگوی سیستم های ولتاژ ضعیف هستند در صورتی که برعکس این قضیه به هیچ عنوان صادق نیست.

1-    اجزای اصلی تابلو برق ولتاژ متوسط:

1. کابل های ورودی
2. کنتاکتورها
3. کلید تیغه ای
4. سوئیچ قطع بار
5. سوئیچ زمین
6. مدارشکن (بریکر)
7. فیوز
8. رله های حفاظتی

2-    اجزای اصلی تابلو برق ولتاژ ضعیف:

1. کابل های ورودی و خروجی / باس بار ها (شینه ها)
2. سوئیچ عایق
3. باس بار ها (شینه ها) ی داخلی
4. سوئیچ قطع بار
5. مدار شکن (بریکر)
6. کنتاکتورها
7. کلید فیوز
8. تجهیزات اندازه گیری
9. تجهیزات حفاظت جریانات بالای گذرا

تابلو برق ولتاژ متوسط

1.1 کابل های ورودی

این کابل ها می توانند برای ولتاژ بالا، ولتاژ متوسط و ولتاژ ضعیف استفاده شوند. کابل های ولتاژ بالا معمولا با کاغذ آغشته به روغن (که امروزه دیگر محبوب نیستند)، یا با پلی اتیلن متقاطع (XLPE) یا لاستیک اتیلن پروپیلن (EPR) عایق می شوند.

دو نوع آخر ارجح تر از نوع اول هستند و رایج ترین آن ها نوع XLPE است.

نکته: کابل های EPR انعطاف پذیر تر بوده و برای کارهای خاص مثل هدایت واگن ها در معادن استفاده می شوند. برای کابردهای ولتاژپایین می توان از نوع XLPE یا EPR استفاده نمود .

در برخی مواردی می توان به جای کابلها از باس بار ها (شینه ها) استفاده نمود. استفاده از شینه بسیار گران تر از کابل می باشد ولی در عوض قابلیت اطمینان بیشتری دارد. از نظر ما در جایی که محدودیت اجرا نداریم استفاده از سیستم باس بار مناسب تر است.

 

 

 

1.2 هادی مدار خروجی :

1. کابل های عایق
2. باس بار های عایق
3. سیستم باس بار ترانکینگ
4. کابل های با عایق معدنی غلاف فلزی (MIMS)
5. کابل های ضد آتش

1.3 کلید تیغه ای

کلید تیغه ای در تابلو های ولتاژ متوسط برای جدا کردن تجهیزات خاص یا فیدر ها برای انجام تعمیرات و نگهداری یا برای کارهای دیگر مثل زمین کردن استفاده می شوند. کلید های تیغه ای در شرایط بدون بار به صورت دستی کنترل می شوند و در مواردی که بصورت کنترل از راه دور نصب شده باشند به وسیله موتور یا هوای فشرده کنترل می شوند.

تیغه های این کلید ها نباید به گونه ای باشد که تحت تاثیر وزن خود حرکت کند، خواه به صورت ایستاده یا معلق نصب شده باشند. اندازه فیزیکی این سوئیچ ها را باید در طراحی تابلو برق ها در نظر بگیریم. که در این صورت معمولا تابلو ها را عمیق تر می سازند.

1.4 سوئیچ قطع بار

این سوئیچ ها به طور فزاینده ای در سیستم های توزیع فشار متوسط استفاده می شوند. برای مثال، واحد های اصلی حلقه از این سوئیچها در دو فیدر ورودی استفاده می کنند که پست مصرف کننده را به شبکه وصل میکند.

نکته: سوئیچ قطع بار می تواند تحت بار نیز استفاده شود. آنها به گونه ای ساخته می شوند که می توانند تمام اعمال سوئیچینگ را انجام دهند.

دو مکانیزمی که می توان برای عملکرد سوئیچ قطع بار در نظر گرفت:

1. مکانیزم اسنپ اکشن: یک فنر فشرده می شود و با فاصله کمی قبل از اینکه زاویه سوئیچ تکمیل شود آزاد می شود. نیروی فنر برای حرکت کنتاکت ها استفاده می شود. این روش برای بستن و باز کردن استفاده می شود.
2. مکانیزم انرژی ذخیره شده: در این روش یک فنر برای باز کردن و یک فنر برای بستن در نظر گرفته شده. در حین بسته شدن فنر بازکننده تحت فشار قرار گرفته و چفت می شود. انرژی ذخیره شده برای باز کردن به وسیله ی یک فیوز یا نیروی مغناطیسی آزاد می شود.

به طور عمده دو نوع از سوئیچ های قطع بار مورد استفاده هستند: نوع کنتاکت تیغه ای با فیوز یا بدون فیوز و نوع کشویی با فیوز یا بدون فیوز.

با توجه به تصویر:

1. سوئیچ: سوئیچ قطع کننده و سوئیچ زمین کننده در یک محفظه پر از گاز SF6 قراردارند که نیاز ما به یک سیستم آب بندی تحت فشار را تامین می کند.
2. باس بار ها: همگی در یک صفحه افقی قرار دارند بنابراین امکان توسعه تابلو در آینده و نصب تجهیزات موجود فراهم می شود.
3. اتصال: از سمت جلو در دسترس می باشد. اتصال به ترمینال سوئیچ قطع کننده پایین تر و سوئیچ زمین و یا نگهدارنده فیوز پایین. این محفظه همچنین با یک سوئیچ زمین تجهیز شده که پایینتر از فیوز های ولتاژ متوسط برای حفاظت بخش ها قرار گرفته است.
4. مکانیزم عملکرد: شامل عناصر مورد استفاده در کارکرد سوئیچ-جداکننده و سوئیچینگ زمین و فعال کردن نشانه های مربوطه (شکست مثبت) است.
5. ولتاژ پایین نصب یک بلوک ترمینالی (اگر موتور نصب کنیم) فیوز های ولتاژ پایین و دستگاه های رله ای جمع و جور. اگر فضای بیشتری نیاز باشد یک محفظه اضافی بالای تابلو اصللی نصب می شود.

1.5 سوئیچ زمین

سوئیچ زمین معمولا در تابلو برق ها نصب شده و مورد استفاده قرار می گیرند. هنگام جدا کردن یکی از فیدر ها (چه خروجی چه ورودی) برای انجام خدمات تعمیر و نگهداری، فیدر باید با بستن این کلید زمین شود و تمام بار استاتیک روی آن تخلیه شود.

نکته: سوئیچ زمین به صورت جداگانه جلوی تابلو یا در پایه سوئیچ قطع بار و یا درست زیر مدار شکن (بریکر) نصب می شود.

سازنده تابلو باید سوئیچ زمین را به صورت مکانیکی با مدار شکن (بریکر) یا سوئیچ قطع بار اینترلاک کند تا در صورت بسته شدن همزمان از اتصال کوتاه جلوگیری شود.

1.6 مدار شکن (بریکر)

وظیفه اصلی مدار شکن قطع و وصل مدار است. مدارشکن یک سوئیچ مکانیکی است که می توانند مدار را تحت بار در شرایط عادی و همچنین در شرایط غیرعادی مانند اتصال کوتاه قطع و وصل کنند.

عناصر اصلی یک مدار شکن عبارتند از: مکانیزم عملکرد، عایق ها، محفظه اینتراپت، خازن و مقاومت.

انواع اصلی مدار شکن ها (بریکرها) عبارتند از:

• روغنی
• با روغن کم
• با هوا
• دمیدن هوا
• با گاز SF6
• خلا
• انفجاری

1.7 فیوز های ولتاژ متوسط

این فیوزها از دستگاه ها و تجهیزات در مقابل اثرات دمایی و دینامیکی اتصال کوتاه حفاظت می کنند.

ویژگی های برجسته این فیوزها عبارتند از:

• ظرفیت بالای شکست
• محدودیت جریان بالا
• ولتاژ سوئیچینگ پایین
• شکست سریع
• عمر زیاد

باید در نظر بگیرید که فیوزهای فشار متوسط را در ولتاژ نامی خودشان استفاده کنید. بر این اساس ولتاژ کاری با بیشترین ولتاژ نامی فیوز مطابقت دارد. به دلیل ولتاژ سوئیچینگ که در زمان قوس الکتریکی رخ می دهد فیوز ها را نمی توان در ولتاژ های پایین تر و بدون محدودیت استفاده کرد.

فیوزهای ولتاژ متوسط به طور کلی در دو دسته قرار می گیرند: فیوزهای expultion و فیوز های محدود کننده جریان.

1.8 رله حفاظتی

به عبارت ساده هدف نهایی رله حفاظتی این است که عنصر معیوب سیستم را با بیشترین سرعت از مدار قطع مند. حساسیت و قابلیت انتخاب نیز برای اطمینان از عملکرد صحیح مدار شکن ها مهم است.

اینها برای ولتاژ های بالاتر همراه با ترانس های جریان (CT) و ترانس های ولتاژ (VT) استفاده می شوند.

واحد های حفاظت اضافه جریان برای فعال کردن رله های تایمینگ استفاده می شوند که در واقع به عملیات حفاظت در مقابل خطا کمک می کنند.

انواع مختلفی از رله ها برای حفاظت از تجهیزات پست ها مانند: ترانسفورماتورها، فیدرها، خازن ها، ژنراتورها، موتورها و... وجود دارد.

2. تابلو برق ولتاژ پایین

2.1 کابل ها / باس بار های ورودی و خروجی

همانند تابلو برق فشار متوسط، کابل ها می توانند از نوع XLPE یا EPR باشد. به طور کلی باس بار ها در تابلو های ولتاژ پایین بیشتر از تابلو های ولتاژ متوسط استفاده می شوند.

 

2.2 سوئیچ قطع کن (سکشن سوئیچ / قطع کن)

این سوئیچ بخش های مختلف تابلو یا تجهیزات سوار بر آن را به منظور تعمیر و نگهداری تفکیک می کند که معمولا به صورت دستی عمل می کنند ( در برخی موارد با مکانیزم باز و بست اتوماتیک مجهز می شوند)، قابل قفل شدن هستند و در دو وضعیت با و بسته قرار می گیرد.

نکته: این سوئیچ در حالت باز شرایط امنی را برای بخش مورد نظر از مدار فراهم می کند. سوئیچ قطع کن برای ایجاد یا قطع جریان طراحی نشده و در استاندارد های آن چیزی راجع به این عملکرد ها آورده نشده است.

سوئیچ قطع کن باید ظرفیت مقاومت در برابر جریان اتصال کوتاه برای مدت محدودی را داشته باشد (ظرفیت مقاومت کوتاه مدت) که این زمان معمولا یک ثانیه می باشد. برای اضافه جریانات کاری این زمان طولانی تر است.

بنابراین قطع کن ولتاژ پایین اساسا قسمتی از مدار را به حالت بدون ولتاژ در می آورد که بتوان روی آن عملیات تعمیر و نگهداری انجام داد. این سوئیچ غالبا در ارتباط با یک بریکر که در بالادست آن قرار می گیرد مورد استفاده قرار میگیرد.

2.3 باس بار داخلی

جنس این باس بار ها می تواند از مس یا آلومینیوم، با عایق یا بدون عایق در تابلو های بزرگ و یا کابل های عایق دار تک فاز برای تابلو های کوچک باشد.

در تابلو های بزرگ هر فاز ممکن است تعدادی هادی را به خودش اختصاص دهد.

باس بار های بدون عایق ولتاژ پایین خیلی نزدیک به هم قرار میگیرند و به همین دلیل در خطای اتصال کوتاه و نیروهای رزونانسی تحت تاثیر نیروی الکترو دینامیکی شدیدی قرار میگیرند که این موضوع باید در تعیین حمایت ها در نظر گرفته شود.

فرکانس های رزونانسی باید محاسبه شوند تا مطمئن شویم به 100 Hz نزدیک نیستند.

 

2.4 سوئیچ قطع بار

سوئیچ قطع بار یک سوئیچ کنترلی غیر اتوماتیک و دو وضعیته (باز/بسته)است که به صورت دستی کار می کند و گاهی هم برای راحتی اپراتور به صورت تحریک برقی هستند.

سوئیچ قطع بار برای باز و بست مدار بار در حالت عادی (نرمال) استفاده می شود و هیچ گونه حفاظتی برای مدار تحت کنترل خود فراهم نمی کند.

مشخصات آن با دفعات سوئیچ آن در واحد زمان (ماکزیمم، 600 سوئیچ در هر ساعت )، تحمل الکتریکی و مکانیکی و ظرفیت شکست در موقعیت های عادی و نادر تعیین می شود.

2.5 مدار شکن ها (بریکر ها)

مدار شکن تنها قسمت یک تابلو برق است که همزمان تمام عملیات پایه ضروری یک وسیله برقی را فراهم می کند که عبارتند از: قطع کردن، کنترل و حفاظت.

برای واحد های ولتاژ پایین (کمتر از 1000 ولت) بریکر ها از نوع شکست هوا می باشند که از اصل de-ion پیروی می کنند. تابلو های مدرن از بریکر های MCCBs برای نرخ جریان های بالا (بیشتر از 100 آمپر) و بریکر های مینیاتوری (MCBs) برای نرخ جریان های پایین (کمتر از 100 آمپر) استفاده می کنند.

بریکرهای مینیاتوری (MCBs) معمولا در تابلوهای کوچک در ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند.

بریکرهای ولتاژ پایین برای انجام چهار عمل اصلی بخش های اصلی زیر را دارد:

• اجزای مدار شکن شامل کنتاکت های ثابت و متحرک و محفظه احتراق
• مکانیزم چفت شدن که در شرایط جریانی غیرعادی باز می شود. این مکانیزم به دسته بریکر نیز متصل است.

• دستگاه فعال کننده مکانیزم تریپ که به دو صورت می تواند باشد:
  • دستگاه حرارتی-مغناطیسی که در آن دو نوار فلزی حساس به حرارت (thermal operated bimetal strip) شرایط اضافه بار را تشخیص می دهند و هنگامی که میزان جریان به شرایط اضافه بار می رسد پین الکترو مغناطیسی عمل می کند.
  • رله الکترونیکی که به کمک ترانس جریان کار می کند که برای هر فاز به صورت مجزا نصب میشود.

همچنین برای داشتن ویژگی های بیشتر مثل تشخیص حساس نشت جریان (30 میلی آمپر) به زمین با بریکر، کنترل از راه دور و... می توانید ماژول هایی را به بریکر اضافه کنید. و برای بریکر های صنعتی سنگین کار که نرخ جریان بالایی دارند هم عملکرد های ارتباطی و الکترونیکی متعددی در دسترس می باشد.

2.6 کنتاکتور ها

کنتاکتور یک دستگاه بسیار ساده است. در واقع کنتاکتور یک سوئیچ برقی است. انواع مختلف چفت مکانیکی آن برای کاربرد های خاصی مثل استارت موتور و سوئیچ خازن ها استفاده می شود.

کنتاکتورها برای سیکل باز و بست متعددی طراحی شده اند که معمولا با شستی های on/off کنترل می شوند. همچنینبرای استفاده در فرایند های کنترلی می توانند کنتاکت های کمکی نرمال بسته (N.C.) و نرمال باز(N.O.) داشته باشند.

خصوصیات کنتاکتورها به صورت زیر مشخص می شود:

• مدت زمان عملکرد
• جایی که از آن استفاده می شود
• تعداد استارت/استپ در هر ساعت
• مقاومت (پایداری) الکتریکی و مکانیکی

2.7 فیوز های HRC و سوئیچ فیوز ها

این تجهیزات در تابلو های ولتاژ متوسط و ولتاژ پایین برای حفاظتسطح بالا در مقابل خطا استفاده می شود در بسیاری از موارد به دلایل اقتصادی ترکیبی از فیوز های HRC ( High Rupturing Capacity: ظرفیت قطع بالا) و سوئیچ های اضافه بار (over load switches) با ظرفیت وقفه محدود شده (واحد های ترکیبی سوئچ-فیوز یا CFS) استفاده می شود.

این واحد شامل سه تیغه سوئیچ می باشد که هر کدام یک دابل برک در هر فاز تشکیل می دهند. این تیغه ها ساختار پیوسته ای ندارند و در وسط تیغه های شکافی وجود دارد که با فیوز پر می شود.

2.8 تجهیزات اندازه گیری

اندازه گیری ها در تابلو برق ها شامل: ولتاژ فاز و خط، جریان خط در هر فاز، توان کل و ضریب توان می باشد.

جریان را با ترانس های جریان (CT) اندازه گیری می کنند در برخی موارد از دو ترانس جریان استفاده می کنند، یکی برای اندازه گیری و یکی برای حفاظت.

2.9 حفاظت موجی

تابلو های مدرن حفاظت های اضافه ولتاژ موجی نیز دارند که در هر دو طرف ولتاژ متوسط و ولتاژ پایین از تجهیزات در مقابل اثرات اضافه ولتاژ های گذرا که می تواند منشا داخل سیستمی یا خارجی داشته باشند حفاظت می کنند.

 

 

 

 منبع: electrical-engineering-portal.com

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

پیشنهاد موتور درایو برای کسب اطلاعات مناسب درباره کنترل الکتروموتور و ادوات مربوطه مطالعه مقالات زیر می باشد:

1- نحوه کار رزولور چگونه است؟

2- اصول شینه بندی تابلو برق

3- روش های کنترل موتور القایی

4- تست های مهم برای تایید تابلو برق

5- تجهیزات اصلی تابلو برق

6- کنترل اینورتر با پی ال سی

7- یک برنامه ساده PLC برای کنترل موتور AC

8- راه اندازی موتور با اتوترانس

9- راه اندازی و کنترل موتور اسلیپ رینگ

10- سایز کردن کابل و سیم

11- راه اندازی موتور سه فاز با برق تکفاز

12- نحوه سیم کشی اینورتر (درایو فرکانس متغیر)

13- راه اندازی ستاره مثلث

14- راه اندازی موتور القایی با ولتاژ مستقیم خط

15- سنسور اثر هال در کنترل موتور

16- مقایسه انکودر و رزولور

17- سنجش سرعت و موقعیت با استفاده از انکودر

 18- انکودر دوار چیست؟

19- انتخاب تجهیزات فیدبک مناسب برای موتور

20- انتخاب الکتروموتور برای کنترل دقیق حرکت