آموزش طراحی تابلو برق یکی از اصلی ترین خواسته های افراد تازه وارد و حرفه ای در حوزه اتوماسیون صنعتی است. مبحثی کاملا عملی که نیازمند سال ها مداومت و تلاش در آموزش طراحی تابلو برق می باشد.
ما این راه را برای شما کوتاه تر می کنیم.
در این نوشته با اصول طراحی تابلو برق های کوچک و بزرگ آشنا خواهید شد.
به طور کلی، اگر به پروسه ی سیستم های برق رسانی نگاهی اجمالی بیاندازیم، نیروی برق از یک نقطه، تولید می شود و در یک نقطه، مورد مصرف قرار می گیرد.
تابلوهای برق LV به نوعی، تامین کننده و توزیع کننده نهایی برق فشار ضعیف بین مصرف کننده ها می باشد که به شرح آنها می پردازیم.
همانطور که در مقاله انواع خطوط انتقال برق اشاره نمودیم، در انتهای پروسه تولید و انتقال نیروی برق، ترانسفورماتورهای کاهنده مانند ۲۰KV-400V به نوعی نقش تغذیه تابلوهای فشار ضعیف را ایفا می کنند. تابلو برق، به نوعی واسطی است بین منبع و مصرف کننده که بطور کلی چند وظیفه ی مهم دارد.
۱- توزیع نیروی برق و تغذیه مصرف کننده ها
۲-حفاظت از مصرف کننده ها و ایمنی کاربران
۳-بهینه سازی و کنترل مصرف کننده ها و تجهیزات
شرح :
در یک مجموعه صنعتی یا مسکونی، معمولا یک یا چند ورودی برق ( برق شهر، ژنراتور) وجود دارد که می تواند تعداد زیادی مصرف کننده را تغذیه نماید. بدیهی است که ما باید برق ورودی را بین تمامی مصرف کننده ها، پخش و توزیع کنیم. در واقع، یک تابلوبرق می تواند یک ورودی و تعداد زیادی خروجی داشته باشد.
ورودی برق (INCOMING)، تغذیه کننده اصلی و ورودی تابلو برق محسوب می شود.
ورودی می تواند نسبت به مصرف با هر ولتاژ (۳۸۰، ۲۲۰، ۲۴ و…) یا با هر جریانی تعیین شود (البته مطابق با استانداردهای نامی)
رابطی است بین ورودی و مصرف کننده که نقش توزیع و تقسیم کننده جریان برق را بر عهده دارد. مانند شینه های مسی و ترمینال هایی که صرفا برای پخش بار بین لوازم مختلف استفاده می شوند.
به مقدار جریان مصرفی و خروجی یک سیستم اطلاق می شود. بطور کلی، در این بخش، عمل توزیع یا پخش بار بین مصرف کننده ها انجام می گیرد.
مهم ترین نقش تابلو برق، حفاظت است. یک تابلو برق باید در موارد زیر موثر باشد:
حفاظت از جان انسان، حفاظت در مقابل خطر آتش سوزی، حفاظت از مصرف کننده ها در مقابل اختلالات الکتریکی اعم از کم و زیاد بودن ولتاژ، بار اضافه، اتصال کوتاه و هر گونه عاملی که چه از نظر الکتریکی و چه از نظر مکانیکی بخواهد به مصرف کننده صدمه بزند.
در مدارات، برای اینکه مقدار جریان خروجی سیستم، بیشتر از ورودی اعمال نشود و نیز، هر خط خروجی، بیش از حد مجاز، جریان مصرف نکند، در داخل تابلوهای برق، از فیوزها و کلیدهای محافظ استفاده می کنند که اصولا آنها نسبت به مقدار جریان عبوری بیشتر از حد مجاز در مدار واکنش نشان داده و قطع می شوند.
فیوزها به عبارتی محدود کننده جریان مصرفی می باشند و مدار را در مقابل بار اضافه حفاظت می نمایند.
بحث حفاظت، یکی از چالش برانگیز ترین مباحث در صنعت برق می باشد و اکثر مهندسین تمام تلاش خود را به کار می گیرند تا مناسب ترین نوع حفاظت را برای مصرف کننده ها طراحی نمایند.
یکی از مهم ترین مسایلی که طراحان و مجریان سیستم های تابلو برق باید از آن آگاه باشند نحوه حفاظت و نیز طریقه عملکرد لوازم حفاظتی می باشد.
بنابراین، ما باید ابتدا بدانیم که هر مصرف کننده به چه تجهیزاتی نیاز دارد و هر یک از این لوازم حفاظتی چه خاصیتی دارند تا بتوانیم در امر طراحی صحیح تابلو برق نتیجه درست بگیریم.
اینکه می گوییم نتیجه درست؛ به این دلیل است که در برخی موارد، ما کلیه لوازم حفاظتی مورد نیاز یک مصرف کننده را پیش بینی می کنیم، ولی باز هم شاهد صدمه دیدن و سوختن آن خواهیم بود. این مسئله می تواند بدلیل انتخاب نابجا و محاسبه نادرست لوازم حفاظتی باشد.
(( هیچگاه و در هیچ شرایطی نباید یک مصرف کننده بسوزد یا صدمه ببیند.))
شاید این سوال برایتان پیش بیاید که چون بسیاری از عوامل از دست ما خارج هستند، آیا می توان بطور کامل مصرف کننده را در مقابل صدمات و اختلالات مختلف، محافظت کرد، یا خیر؟
در پاسخ به این سوال، دو نکته مهم وجود دارد :
اولا اینکه یک سری عوامل مکانیکی وجود دارند که می توانند باعث صدمه رساندن به تجهیزات شوند.
این عوامل به دلایل مختلف ایجاد می شوند و ارتباطی با بخش الکتریکال ندارند، ولی می توانند به کمک تمهیداتی که در مدارات الکتریکی انجام می شوند، حفاظت شوند. مانند خرابی گیربکس یک دستگاه که باعث می شود موتور بار اضافه تحمل کند و بسوزد. این مسئله در صورت انتخاب و محاسبه صحیح فیوزها و کلیدهای حفاظتی، قابل پیشگیری است و می تواند از سوختن موتور جلوگیری نماید. به عبارت دیگر تاثیرات مخرب عوامل مکانیکی، در سیستم الکتریکال بروز می نماید بنابراین می توان تا حدی این بخش را کنترل کرد.
مسئله دوم این است که آیا هزینه ی مورد نیاز برای تامین لوازم حفاظتی، مقرون به صرفه است یا خیر.
به عنوان مثال، ما برای حفاظت یک لامپ از فیوز مینیاتوری استفاده می کنیم. یک مینیاتوری به تنهایی نمی تواند جوابگوی تمام عوامل مخرب مانند نوسانات ولتاژ باشد، علاوه بر اینکه فیوز، تا حدی بالاتر از جریان نامی یک لامپ انتخاب می شود.
برای حفاظت بیشتر لامپ و نیز جلوگیری از نوسانات مخرب ولتاژ می توانیم از دستگاه استابیلایزرا تثبیت کننده Stabilizer استفاده کنیم. این وسیله، ولتاژ را تثبیت کرده و نوسا تصحیح می کند که مزایای دیگری هم دارد.
موضوع نیز قابل بحث است که با توجه به هزینه بالای اینگونه لوازم، آیا هرجایی ارزش این کار را دارد یا خیر؟ آیا خرید و تعویض
سالیانه ۲ عدد لامپ بهتر است یا خرید میلیونی استابیلایزر؟
و یا در مثالی دیگر؛ همانطور که می دانید، برای راه اندازی موتور می توان از درایوهای کنترل دور موتور استفاده نمود زیرا مزایای بسیاری دارند مانند حفاظت موتور در مقابل دوفاز شدن، حفاظت در مقابل بار اضافه، کنترل سرعت موتور، استارت موتور بدون جریان اولیه، قابلیت کنترل و فرمان پذیری و غیره. اما سوال این است که چرا از درایوهای کنترل دور موتور، با توجه به مزایایی که دارند. در هر سیستمی استفاده نمی شود ؟
پاسخ: به این دلیل که استفاده از آن در هر مداری، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمی باشد و همانطور که مشاهده می نمایید، در اغلب مدارات، برای راه اندازی موتور، همچنان از کنتاکتور استفاده می شود
البته منظور ما از مثال های فوق، این نیست که از بکارگیری اینگونه لوازم، سودی حاصل نمی شود، زیرا بسیاری از تمهیدات و هزینه هایی که در امر حفاظت، ایمنی و آینده نگری صورت می گیرند، در مدت زمان طولانی، بازگشت سرمایه را به همراه دارند.
به طور خلاصه، منظور ما از این مثال ها این است که ما عملا، در اغلب موارد، با بحث هزینه روبرو هستیم و تا حدود زیادی باید نسبت به آن، طراحی را انجام دهیم.
نتیجه ای که میگیریم این است که در هر پروژه ای نسبت به کارایی، حساسیت و هزینه ی آن باید لوازم حفاظتی را انتخاب نمود که این کار، خود یک هنر است.
مهم ترین مسئله این است که نسبت به هزینه، بهترین کیفیت و حفاظت را داشته باشیم. زیرا بارها شاهد این موضوع بوده ایم که برخی لوازم با اینکه هزینه ی زیادی را در برداشته اند، ولی حفاظت و کیفیت لازم را ندارند بنابراین، تا حد بسیار زیادی می توان وسایل و تجهیزات الکتریکی را حفاظت نمود.
از دیدگاه صنعت، بحث کنترل می توان بسیار سنتی و قدیمی، و یا بصورت هوشمند و مدرن باشد.مانند روشن کردن یک لامپ به کمک یک کلید معمولی و یا روشن کردن آن توسط کنترلرهایی مانند PLC در هر صورت، تابلو برق به نوعی، مرکز کنترل و حفاظت وسایل و تجهیزات ما می باشد.
بحث کنترل در تابلو برق، یکی از گسترده ترین مباحثی است که می توان در مورد آن صحبت کرد و هیچ گاه نمی شود بحث کنترل را در یک نگاه، خلاصه نمود، زیرا کنترل یک سیستم، بطور کلی به چند مورد بستگی دارد.
– نیاز سیستم و حفاظت أن – هزینه های اقتصادی – پیش بینی نیازها و توسعه در آینده – نیاز و خواسته ی کارفرمایان
یکی دیگر از مقدماتی که در امر طراحی تابلو برق باید از آن آگاهی داشته باشیم، مبانی و اساس سیستمهای الکتریکی و بخصوص، ارتباط بین مولفه ها و پارامترهای الکتریکی مانند توان، جریان و ولتاژ می باشد، زیرا درک مسایل اولیه و پایه، ما را در امر یادگیری یاری می دهد. البته ما در این مقاله قصد نداریم بطور کامل و دقیق به بیان مباحث اساسی و مبانی برق بپردازیم، ولی برای یادآوری نگاهی مختصر به این موضوع می اندازیم.
بطور کلی، ولتاژ یک انرژی آماده مصرف می باشد که به آن اختلاف پتانسیل می گویند و با علامت اختصاری (V) یا (U) و واحد اندازه گیری ولت (V) مشخص می شود. ولتاژ سه فاز ۳۸۰ در صنایع بیشترین کاربرد را دارد. این مطلب به این معنی است که اختلاف پتانسیل بین دو فاز نسبت به یکدیگر ۳۸۰ ولت و نسبت به نول، ۲۲۰ ولت می باشد.
ولتاژ به تنهایی کاری انجام نمی دهد، مگر اینکه به مصرف کننده ای متصل گردد و در این میان، جریان برقرار شود.
مولفه ی دیگر، جریان می باشد که با حرف (I) و واحد آمپر (A) شناخته شده، و به میزان شدت جریان مصرفی هر مصرف کننده اطلاق می شود. از این مطلب می توان نتیجه گرفت که یک مصرف کننده، از چه مقدار توان (Power) یا قدرتی برخوردار می باشد.
زیرا مولفه ى توان، با ولتاژ و جریان رابطه ی مستقیم دارد. رابطه ی P=I.V
یکی از مهم ترین فرمول های محاسباتی به شمار میرود که به طور کلی، توان یک مصرف کننده را نشان می دهد.
حال، با ذکر یک مثال، به بررسی مفهوم این بحث می پردازیم.
فرض کنید شخصی می خواهد یک وزنه را بلند کند، شخص دارای یک پتانسیل یا نیروی آماده به مصرف (V) است که ما آنرا ولتاژ، و وزنه را مصرف کننده در نظر میگیریم. توجه داشته باشید که تا وقتی که شخص وزنه را لمس نکرده است، کاری انجام نخواهد شد، یعنی ولتاژ به تنهایی کاری انجام نمی دهد.
پس از لمس وزنه، دست شخص، نقش سیم یا کابل های ارتباطی را بازی میکند.از اتصال و اعمال نیرو آزادسازی ولتاژ، شخص می تواند وزنه را بلند کند. در اینجا، فشار یا و تحمل می کنند، حکم جریان (۱) ، و وزن بار، نیز حکم توان (P) را دارد بنابراین، هرچه وزنه سنگین تر باشد، دست و ماهیچه های شخص نیز باید قوی تر و بزرگتر باشد سطح مقطع سیم و کابل نیز افزایش می یابد)
این مطلب می تواند تاحدی، ارتباط مولفه های ولتاژ، توان و جریان را با کابل های ارتباطی، سطح مقطع و حتی افت ولتاژ بیان نماید.
همیشه توجه به مفهوم و درک مطالب پایه ای و بسیار ساده، ما را در امر یادگیری مسایل پیچیده تر کمک می نماید.
بیشترین بحث ما در مورد طراحی تابلو برق های فشار ضعیف، در مورد مولفه ی جریان می باشد، زیرا کمیت ولتاژ، تقریبا ثابت است و مولفه ی توان نیز، از ضرب این دو پارامتر حاصل می شود.
بنابراین، در سیستمهای فشار ضعیف، مولفه ی جریان، بسیار مورد بحث قرار می گیرد، از مباحث بیان شده می توان نتیجه گرفت که همیشه باید هماهنگی و توازنی بین جریان ورودی و جریان خروجی برقرار باشد، به عنوان مثال، از یک کنتور (ورودی) با توانایی عبور جریان ۱۰۰ آمپر، نباید انتظار داشت که یک مصرف کننده ۲۰۰ آمپر را تغذیه کند، زیرا باعث می شود که فیوز، سیمهایا کابلهای ورودی بسوزند و یا به شبکه های اصلی آسیب برسانند.
در هرصنعتی، بخصوص در صنعت برق، یکی از مباحث مهم و تاثیر گذار در امر طراحی، شناخت لوازم مورد استفاده در آن صنعت و ویژگی هر یک از آنها می باشد. زیرا اگر شناخت کافی نسبت به هر یک از لوازم الکتریکی نداشته باشیم و آگاه نباشیم که هر یک از این لوازم، دقیقا برای چه کاری ساخته شده اند و خاصیت هر یک، چه میباشد، نمی توانیم در طراحی و اجرای تابلو برق موفق باشیم.
منبع: ادامه مطلب
