تابلو برق فشار ضعیف چیست؟ | توزیع، حفاظت، کنترل و مفاهیم پایه برق صنعتی
مقدمهای بر سیستمهای توزیع برق فشار ضعیف (LV)
بهطور کلی، اگر به ورودی سیستمهای برقرسانی نگاهی اجمالی بیندازیم، مشاهده میشود که نیروی برق از یک یا چند نقطه تولید شده و در نقاط متعددی مورد مصرف قرار میگیرد. در این میان، شبکه برق فشار ضعیف (LV) بهعنوان تأمینکننده و توزیعکننده انرژی الکتریکی بین مصرفکنندهها ایفای نقش میکند که در ادامه به بررسی اجزای آن میپردازیم.
تعریف و نقش تابلوهای برق در صنعت
همانطور که در مقدمه کتاب اشاره شد، در انتهای فرآیند تولید و انتقال نیروی برق، ترانسفورماتورهای کاهنده (نظیر 20kV / 400V) وظیفه تغذیه تابلوهای برق فشار ضعیف را بر عهده دارند.
تابلوهای برق بهعنوان واسط بین منبع تغذیه و مصرفکنندهها عمل کرده و بهطور کلی دارای چند وظیفه اساسی هستند.
وظایف اصلی تابلوهای برق
- توزیع و تغذیه نیروی برق
- حفاظت از مصرفکنندهها و ایمنی کاربران
- کنترل و بهینهسازی عملکرد تجهیزات
در ادامه، هر یک از این وظایف بهصورت جداگانه تشریح میشوند.
۱- تغذیه و توزیع نیروی برق
در یک مجموعه صنعتی یا مسکونی، معمولاً یک یا چند ورودی برق شهر یا ژنراتور وجود دارد که میتواند تعداد زیادی مصرفکننده را تغذیه نماید. ازاینرو، تابلو برق باید قادر باشد انرژی الکتریکی ورودی را بهصورت مناسب بین مصرفکنندهها توزیع کند.
بهعبارت دیگر، یک تابلو برق میتواند دارای یک ورودی (INCOMING) و چندین خروجی باشد. ورودی تابلو، منبع اصلی تغذیه سیستم محسوب میشود و بسته به نوع مصرف، میتواند با ولتاژهای مختلف (۲۲۰، ۳۸۰ ولت و …) و جریانهای نامی متفاوت طراحی گردد.
اجزای اصلی بخش توزیع:
- باسبار (BUSBAR):رابط بین ورودی و مصرفکنندهها که وظیفه توزیع و تقسیم جریان برق را بر عهده دارد. باسبارها معمولاً بهصورت شینههای مسی یا ترمینالهای توزیع برای پخش بار بین فازها استفاده میشوند.
- بار مصرفی (LOAD):به مقدار جریان خروجی و مصرفشده توسط تجهیزات الکتریکی اطلاق میشود.
در این بخش، عملاً عمل پخش و توزیع بار الکتریکی بین مصرفکنندهها انجام میگیرد.
۲- حفاظت (Protection)
مهمترین و حیاتیترین نقش تابلو برق، حفاظت است. یک تابلو برق باید در موارد زیر عملکرد مؤثری داشته باشد:
- حفاظت از جان انسان
- حفاظت در برابر آتشسوزی
- حفاظت از مصرفکنندهها در برابر اختلالات الکتریکی مانند:
- افزایش یا کاهش ولتاژ
- اضافهبار
- اتصال کوتاه
- اختلالات الکتریکی و مکانیکی
بهمنظور جلوگیری از عبور جریان بیش از حد مجاز در هر خط خروجی، در داخل تابلوهای برق از فیوزها و کلیدهای حفاظتی استفاده میشود. این تجهیزات در صورت عبور جریان بیش از مقدار نامی، واکنش نشان داده و مدار را قطع میکنند.
فیوزها بهطور کلی بهعنوان محدودکننده جریان مصرفی عمل کرده و مدار را در برابر اضافهبار محافظت مینمایند.
بحث حفاظت یکی از چالشبرانگیزترین مباحث صنعت برق است و در ادامه کتاب بهصورت گسترده به آن پرداخته خواهد شد.
نکته بسیار مهم:
یکی از الزامات اساسی برای طراحان و مجریان تابلو برق، شناخت دقیق:
- نوع مصرفکننده
- نیاز حفاظتی آن
- و عملکرد صحیح تجهیزات حفاظتی
میباشد، چراکه در بسیاری از موارد، علیرغم استفاده از تجهیزات حفاظتی کامل، باز هم شاهد آسیب دیدن مصرفکننده هستیم. این موضوع اغلب ناشی از انتخاب نادرست یا محاسبات اشتباه تجهیزات حفاظتی است.
((هیچگاه و در هیچ شرایطی نباید یک مصرفکننده بیش از حد مجاز بارگیری شود))
حفاظت، اقتصاد و تصمیمگیری مهندسی
همیشه این سؤال مطرح است که آیا میتوان یک مصرفکننده را بهطور کامل در برابر تمام صدمات محافظت کرد یا خیر؟
در پاسخ باید گفت:
- برخی عوامل مکانیکی خارج از کنترل سیستم الکتریکی هستند.
- با انتخاب صحیح تجهیزات حفاظتی میتوان تا حد زیادی اثرات این عوامل را کنترل کرد.
- اما همواره باید هزینه و صرفه اقتصادی نیز در نظر گرفته شود.
بهعنوان مثال:
آیا برای حفاظت یک لامپ فلورسنت، استفاده از کلید مینیاتوری و استابلایزر با هزینه بالا منطقی است؟
یا تعویض دورهای لامپ، راهکار مقرونبهصرفهتری محسوب میشود؟
در اغلب موارد، حفاظت یک مصرفکننده با ترکیبی از چند وسیله حفاظتی انجام میشود. این موضوع نشان میدهد که ایمنی، کیفیت و هزینههای سرمایهای همواره در کنار یکدیگر مطرح هستند.
در نهایت، تصمیمگیری در مورد سطح حفاظت، به نوع پروژه، حساسیت تجهیزات و بودجه موجود بستگی دارد و این خود یکی از هنرهای اصلی طراحی تابلو برق محسوب میشود.
۳- کنترل (Control)
از دیدگاه صنعتی، کنترل میتواند:
- سنتی و ساده (مانند روشن کردن یک لامپ با کلید)
- یا هوشمند و پیشرفته (مانند استفاده از PLC)
باشد.
تابلو برق بهنوعی مرکز کنترل، فرمان و حفاظت تجهیزات محسوب میشود.
بحث کنترل از گستردهترین مباحث صنعت برق است و نمیتوان آن را بهصورت خلاصه بیان کرد، زیرا کنترل یک سیستم به عوامل متعددی وابسته است، از جمله:
- نیاز سیستم و سطح حفاظت
- هزینههای اقتصادی
- پیشبینی توسعه آینده
- میزان و خواست کارفرما
ارتباط مؤلفههای الکتریکی
یکی دیگر از مبانی ضروری در طراحی تابلو برق، شناخت ارتباط بین مؤلفههای الکتریکی نظیر ولتاژ، جریان و توان است. درک صحیح این مفاهیم پایه، یادگیری مباحث پیچیدهتر را بسیار آسانتر میکند.
ولتاژ (Voltage)
ولتاژ یک انرژی آماده مصرف یا اختلاف پتانسیل است که با V یا U نمایش داده شده و واحد آن ولت (V) میباشد.
در صنایع، ولتاژ سهفاز ۳۸۰ ولت بیشترین کاربرد را دارد که اختلاف پتانسیل بین دو فاز ۳۸۰ ولت و نسبت به نول ۲۲۰ ولت است.
ولتاژ بهتنهایی کاری انجام نمیدهد، مگر آنکه مصرفکنندهای به آن متصل شده و جریان برقرار شود.
جریان (Current)
جریان با I و واحد آمپر (A) نمایش داده میشود و نشاندهنده شدت مصرف انرژی توسط مصرفکننده است.
توان (Power)
توان از رابطه زیر بهدست میآید:
P=I×V P = I \times V P=I×V
این رابطه، توان مصرفی یک تجهیز الکتریکی را مشخص میکند.
مثال مفهومی (تشبیه وزنه)
فرض کنید شخصی قصد بلند کردن یک وزنه را دارد:
- نیروی آماده در بدن شخص → ولتاژ (V)
- تماس دست با وزنه → کابل یا سیم
- فشار ماهیچهها → جریان (I)
- وزن وزنه → توان (P)
هرچه وزنه سنگینتر باشد، نیروی بیشتری لازم است؛ در نتیجه:
- جریان افزایش مییابد
- سطح مقطع سیم و کابل باید بزرگتر انتخاب شود
- و افت ولتاژ اهمیت بیشتری پیدا میکند
((همیشه توجه به مفاهیم ساده و پایه، درک مسائل پیچیدهتر را امکانپذیر میسازد))
جمعبندی جریان در سیستمهای LV
از آنجا که ولتاژ در سیستمهای فشار ضعیف تقریباً ثابت است، جریان مهمترین پارامتر طراحی محسوب میشود.
همواره باید بین جریان ورودی و خروجی تعادل برقرار باشد.
بهعنوان مثال:
از یک کنتور با ظرفیت ۱۰۰ آمپر نباید انتظار تغذیه مصرفکننده ۲۰۰ آمپر داشت، زیرا این موضوع منجر به سوختن فیوزها، کابلها و آسیب به تجهیزات اصلی خواهد شد.
محصولات مرتبط با مقاله
