دانلود رایگان جزوه آموزشی فارسی دوره طراحی تابلو برق صنعتی

  نحوه عملکرد خازن

وجود خازن در طراحی تابلو برق در کنار مصرف کننده های سلفی مانند موتورها و… باعث می شود که در زمانی که موتورها در حال برگرداندن انرژی ذخیره شده خودشان به شبکه هستند (که اصولا این انرژی از جنس راکتیو است) خازن این انرژی را در خود ذخیره می کند و در زمانی که موتور نیاز به توان راکتیو دارد خازن همان انرژی را به موتور برمی گرداند . با این روش مسائل بالا حل می گردد .

  خازن ها از چه بخش هایی تشکیل شده اند ؟  

خازن ها از 2 بخش اصلی تشکیل شده اند :

 الف)صفحات هادی : معمولا از جنس آلومینیوم ، روی و نقره هستند .

 ب)عایق بین هادی ها (دی الکتریک) : معمولا از جنس هوا ، کاغذ ، میکا و … هستند .

بنابراین  هرگاه دو هادی در مقابل یکدیگر قرار داده شوند و عایق بین آنها قرار بگیرد تشکیل خازن می دهند .

در تصویر زیر در یک نمای کلی اجزای تشکیل دهنده خازن را مشاهده می نمایید .

  در طراحی تابلو برق منظور از ظرفیت خازن چیست ؟  

 به مقدار انرژی که برای یک خازن امکان پذیر است که در خود ذخیره نماید ظرفیت خازن گفته می شود . در خازن ها ظرفیت خازن با مساحت سطح صفحه رابطه مستقیم و با فاصله میان دوصفحه رابطه عکس دارد .

در حالت موازی به دلیل افزایش سطح صفحات هادی ها ظرفیت خازن مطابق شکل زیر افزایش می یابد .

در حالت سری قرار گرفتن خازن ها به دلیل افزایش فاصله بین صفحات هادی ظرفیت خازن مطابق تصویر زیر کاهش پیدا می کند .

یکی از پرکاربردترین انواع خازن ها که در تابلوهای برق مورد استفاده قرار می گیرد خازن های سیلندری هستند که در تصویر زیر آن را مشاهده می نماییم .

  تفاوت جریان هجومی در خازن ها نسبت به سایر بارها  

به طور کلی در لحظه اتصال بار به منبع تغذیه ، جریانی بیش از جریان نامی کشیده می شود که به این جریان نیز جریان هجومی گفته می شود .

مقدار جریان هجومی در مصرف کننده های مختلف کاملا متفاوت است مثلا در لامپ های فلورسنت در حدود 5 تا 10 برابر جریان نامی و در وسایل الکترونیکی مدرن مانند منابع تغذیه تا 20 برابر جریان نامی است .

این جریان های هجومی طول عمر بسیار کوتاهی دارند به طوری که در حدود چند میلی ثانیه بیشتر دوام ندارند ، اما همین مدت زمان کوتاه در صورتی که مقدار جریان هجومی خیلی بالا باشد می تواند باعث صدمه رساندن به سیم ها و کابل های ارتباطی و یا عملکرد ناخواسته کلید های حفاظتی در تابلو های برق شود .

در خازن ها این جریان های هجومی به حدود 30 برابر جریان نامی هم می رسد و زمانی که بانک خازنی استفاده می شود به دلیل اینکه خازن ها موازی می شوند این جریان گاهی تا 180 برابر جریان نامی هم می رسد ، که این سطح از جریان هجومی هر چقدر که زمانش هم کوتاه و لحظه ای باشد می تواند باعث جوش خوردن کنتاکت ها و نیز صدمه رساندن به کابل ها و تجهیزات حفاظتی شود اما استفاده از کنتاکتور خازنی تا حد بسیار زیادی این جریان هجومی را مهار می کند .

  نقش کنتاکتور خازنی در تابلو  

کنتاکتور خازنی که برای تغذیه خازن های قدرت به کار می رود ، در آن سلف های کوچکی وجود دارد که از طریق کنتاکت های کمکی با کنتاکت های اصلی موازی است و با توجه به خاصیتی که سلف دارد تغییرات شدیدی که جریان های هجومی در لحظات اولیه ایجاد می کنند را تا حد خیلی زیادی محدود می کنند .

این دسته از کلید ها جزو پرکاربرد ترین کلیدها در تابلو های برق هستند و صرفا برای قطع و وصل مدارات قدرت به کار می روند و عموما به صورت گردان ساخته می شوند .

نکته ای که در مورد این کلیدها باید دقت گردد این است که این کلیدها فقط و فقط وظیفه قطع و وصل کردن را دارند و برای مواردی نظیر کلیدزنی ، توزیع و سیستم های چنج اور در تابلوی طراحی شده مورد استفاده قرار می گیرند .

کلید CHANGEOVER SWITCH

یکی از پرکاربردترین کلیدهای غیرقابل قطع زیر بار در طراحی تابلوهای برق نیز کلیدهای change over بین برق شهر و دیزل ژنراتور می باشد . این کلیدها دارای دو سری کنتاکت های قدرت می باشند یک سری برای ورودی برق شهر و یک سری هم برای ورودی برق دیزل ژنراتور .

در صورت قطع برق اپراتور به راحتی می تواند به صورت دستی کلید را روی کنتاکت های ورودی ژنراتور قرار دهد ، ضمن اینکه در کلیدهای جدید که به صورت موتوری ساخته شده است این عملیات change over به صورت کاملا اتوماتیک صورت می گیرد .

نمونه نقشه های مداری مربوط به کلیدهای change over در پروژه های پایانی موجود در پکیچ آموزش EPLAN وجود دارد .

کلیدهای هوایی هم از خانواده کلیدهای کامپکت هستند که برای حفاظت در برابر جریان اتصال کوتاه و اضافه بار معمولا در ورودی اصلی در طراحی تابلو برق مورد استفاده قرار می گیرند . باتوجه به اینکه سیستم اطفا جرقه در این کلیدها در هوای آزاد صورت می گیرد به این کلیدها نیز کلید هوایی گفته می شود ، عمر این کلیدها بطور متوسط تا 2 برابر کلیدهای MCCB است .

با بالا رفتن جریان خط نیاز به داشتن کلیدی با قدرت قطع و همچنین قدرت اتصال کوتاه بالا تر در انواع تابلو بوجود آمد ، این به معنی آن هست که باید کلیدی داشته باشیم که کنتاکت ها و همچنین فنرهای آن قوی تر باشد که این مورد در نوع تکامل یافته تر و به عبارت صحیح تر در نوع قدرتمندتر کلیدهای MCCB ایجاد شد که به آن ACB  گفته می شود .

طراحی مدار فرمان کلید ACB به عنوان کلید ورودی تابلو در ‌پروژه پایانی پکیج آموزش جانمایی تابلو با EPLAN PRO PANEL صورت گرفته است .

در تصویر زیر نمونه ای از یک کلید ACB را مشاهده می نمایید .

در تصویر بالا

 شماره 1 : دکمه مخصوص trip دادن به صورت دستی

 شماره 2 : پوش باتن open کردن یا همان OFF کردن کلید

 شماره 3 : نشانگر قرار داشتن کلید در حالت lock

 شماره 4 : با زدن این پوش باتن کلید فقط توسط موتور داخلی می تواند close شود .

 شماره 5 : پوش باتن close یا همان ON کردن کلید در تابلو برق

 شماره 6 : دسته شارژ کننده فنر ، اگر بخواهیم کلید را به صورت دستی close نماییم ابتدا باید توسط این دسته فنرها را شارژ نماییم سپس پوش باتن close ( شماره 5 ) را بزنیم در غیر این صورت برای بسته شدن کلید توسط موتور باید پوش باتن مخصوص حالت موتوری ( شماره 4 ) را زده و از طریق منطق مدار فرمان در زمان مناسب موتور را برق دار کرده تا کلید بسته شود.

 شماره 7 : پوش باتن lock کننده کلید

 شماره 8 : نشان دهنده وضعیت ON یا OFF بودن کلید

 شماره 9 : شمارنده

 نقش رله های built in در کلید های هوایی 

این رله ها در داخل کلید جاسازی شده اند و ویژگی اصلی این رله ها خاصیت تاخیری یا time delay آن است ، وجود این رله ها در کلیدهای ACB باعت می شود این کلید به راحتی بتوانند selectivity را در صدور فرمان قطع پیاده سازی کند ، به این معنی که اگر خطایی در کلید پایین دست تابلو برق رخ دهد ابتدا آن کلید قطع می شود و در صورت ادامه داشتن خطا روی مدار کلید بالادست مدار را با تاخیر قطع می کند . این ویژگی باعث می شود که در صورت ایجاد فالت روی یک فیدر نیز برق کل تابلو قطع نشود .

 نحوه خاموش شدن جرقه در کلیدهای ACB 

در کلیدهای هوایی از محفظه های جرقه گیر بزرگ برای خاموش کردن جرقه استفاده می شود ، این محفظه ها از جنس سیلیس هستند و به صورت مشبک ساخته می شوند .

جرقه گیر در واقع باعث تقسیم جرقه ها به جرقه های کوچکتر شده و سبب می شود جرقه ها زودتر خاموش شوند ، کلیدهای هوایی عموما دارای 2 نوع کنتاکت هستند :

 الف) کنتاکت های اصلی که در شرایط وصل کلید وظیفه عبور جریان را بر عهده دارند .

 ب) کنتاکت های جرقه زن یا arcing contact که در لحظه قطع و وصل کلید تابلو عمل هدایت جرقه به سمت جرقه گیر را انجام می دهند .

در لحظه قطع کلید ابتدا کنتاکت های اصلی کلید از هم جدا می شوند در حالی که arcing contact ها همچنان به هم وصل هستند سپس با جدا شدن arcing contact ها بین آنها جرقه ایجاد می شود و این جرقه از داخل محفظه جرقه گیر عبور کرده و خاموش می شود .

وجود arcing contact ها باعث می شود که بین کنتاکت های اصلی هیچ جرقه ای ایجاد نشود که همین عامل سبب افزایش طول عمر کنتاکت های اصلی کلید ACB در تابلو برق می شود .

در تصویر زیر محفظه جرقه گیر کلید هوایی را مشاهده می نماییم .

عملکرد تجهیزات جانبی مانند بوبین های under voltage و shunt trip در کلیدهای ACB مانند کلیدهای MCCB است که قبلا توضیح داده شد . هر دوی کلیدهای MCCB و ACB دارای رله های الکترونیکی کاملا تخصصی می باشند البته در کلیدهای ACB نسبت به MCCB نیز این رله ها اندکی تخصصی تر کار شده ، در این مرحله می خواهیم برای یک نمونه کلید هوایی schneider electric انواع رله های الکترونیکی میکرولاجیک مرتبط را تشریح نماییم .

در تصویر زیر در یک دید کلی انواع این رله ها را مشاهده می نمایید .

رله های الکترونیکی که در تصویر بالا دیدید در واقع توانایی انجام 2 عمل را به صورت کلی دارند :

  الف) افزودن protection های اضافی به کلید به صورت الکترونیکی که در عکس توضیح داده شد که چی حفاظت هایی را به کلید اضافه می نمایند .

  ب) اضافه کردن قابلیت اندازه گیری یک سری از موارد به صورت الکترونیکی به کلید

حروف A , P , H در نام هر رله نشان دهنده این است که هر نوع رله چه خاصیت هایی را از نظر measurement به کلید می افزاید .

 A : اندازه گیری جریان ها

 P : اندازه گیری انواع توان ها نظیر W , VA , VAR و …

 H : اندازه گیری هارمونیک ها

 منحنی های قطع کلیدهای ACB 

کلیدهای ACB باتوجه به نوع رله حفاظتی نصب شده بر روی آن ها دارای منحنی های قطع متفاوتی می باشند در زیر انواع آن ها را بررسی می نماییم

 مشخصه L یا overload protection :

این مشخصه وظیفه حفاظت تجهیزات در برابر اضافه بار را بر عهده دارد و در 2 کلاس با مشخصه i^2*t و i^4*t تعریف می گردد ، این رله ها در هر دو محور زمان و جریان قابل تنظیم هستند .

 مشخصه S یا short time delay, short circuit protection

این مشخصه وظیفه حفاظت تجهیزات در برابر اتصال کوتاه را بر عهده دارد ، و در 2 محور زمان و جریان قابل تنظیم است . این مشخصه نقش بسیار مهمی در selectivity حفاظت دارد .

 مشخصه I یا Instantaneous short circuit protection

این پارامتر وظیفه حفاظت تجهیزات در برابر اتصال کوتاه های با قدرت قطع زیاد و در زمان بسیار کوتاه یا آنی را ایفا می کند ، و فقط در محور جریان قابل تنظیم است .

 مشخصه G یا earth fault protection

این مشخصه وظیفه حفاظت تجهیزات در برابر اتصال کوتاه زمین را بر عهده دارد و در هر دو راستای زمان و جریان قابل تنظیم است برای تشخیص خطای زمین از روش های زیر استفاده می گردد :

• آشکارسازی از طریق هادی PE ( در اتصال کوتاه زمین )
• آشکارسازی از طریق جمع جبری جریان های 3 فاز ( خطای نشتی جریان زمین )

منحنی مشخصه های ذکر شده را در تصویر زیر مشاهده می نماییم .

به طور خاص تر در تصویر زیر منحنی مشخصه رله micrologic 5A در یک کلید هوایی schneider electric را مشاهده می نماییم ، آیتم های روی این منحنی نظیر Ir و tr و Isd و … در بخش کلیدهای MCCB شرح داده شد .

 قطعاتی مانند PLC یا سایر کنترل گر ها در مقابل ضربه بسیار حساس هستند و معمولا روی آنها منافذی برای تبادل و تهویه هوا وجود دارد که به همین دلیل این تجهیزات در مقابل ورود اشیای ریز ، براده های آهن و گرد و غبار به شدت آسیب پذیر هستند و از طرفی اپراتور با این قطعات کمتر سر و کار دارد بنابراین خیلی بهتر است که این قطعات در بالاترین قسمت تابلو برق قرار بگیرند که کمتر در دسترس باشند .

 همیشه قطعاتی مانند ترمینال و یا شینه هایی که باید از طریق کابل به خارج از تابلو برق مرتبط شوند طوری طراحی و نصب شوند که کاربر یا نصاب بتواند به راحتی و به دور از هرگونه تماس بدنی با قسمت های برق دار دیگر کار کند . حداقل فضای خالی برای مانور ، فرم دادن و بستن کابل ها 15 سانتیمتر است و هرچقدر سایز کابل ورودی به تابلو بالاتر می رود باید فضای بیشتری در نظر گرفته شود برای مثال اگر کابل ورودی به تابلو 3×95 میلیمتر مربع باشد این حداقل فضای مورد نیاز 30 سانتیمتر است . چنین مواردی در پکیج آموزش جانمایی تابلو توسط eplan pro panel در نظر گرفته شده است .

 جانمایی و نصب کلید اصلی و خروجی ها را باید تا حدی نسبت به مسیر کابل های ورودی و خروجی از تابلو برق در نظر گرفت تا کابل های ارتباطی در هم تنیده نشده و نصاب دچار مشکل نشود .

 خازن ها حتما به صورت ایستاده و حتی المقدور در پایین ترین قسمت تابلو و کف آن نصب شوند .

ارتباط بین تجهیزات تابلو مثل ارتباط بین کلید و کنتاکتور و … با جریان بالای 80 آمپر بهتر است به جای کابل توسط شینه صورت بگیرد در چنین مواقعی cutting هایی که باید روی سینی تابلو برای ارتباط شینه ها با هم صورت گیرد فراموش نشود .

• در مواردی که مونتاژ کار به جای خم دادن شینه ها مجبور شده شینه ها را به هم پیچ کند اینگونه متصل شدن شینه ها به هم باید به گونه ای کاملا مستحکم صورت گرفته شده باشد وگرنه در جریان های بالا وجود lose connection بین شینه ها باعث اتصالی خواهد شد .
• تمامی اتصالات و به خصوص سیم هایی که از باسبار منشعب می شوند ، باید با سر سیم مخصوص و کابلشو پرس شده و توسط پیچ و مهره به هم متصل شوند .
• تمامی مصارف داخل تابلو برق باید دارای فیوز مناسب باشند مانند فن ، هیتر و … .

  قطعات تابلو برق را باید طوری جانمایی کرد تا از حداقل سیم و شینه استفاده شود  ، این نکته فقط مربوط به هزینه آنها نمی شود بلکه به حجم استفاده از سیم و کابل در داکت ها هم مرتبط است ، زیرا استفاده بیش از حد نیاز از سیم و شینه در تابلو ، خود باعث تولید حرارت و گرمای بیشتر می شود .

 از طرفی صرفه جویی در فضای استفاده شده از سینی تابلو نباید توسعه آینده تابلو برق را دچار مخاطره نماید به همین دلیل به طور معمول 20 درصد از فضای سینی تابلو را برای احتمال توسعه تابلو در آینده خالی می گذارند .

 تجهیزاتی مانند ترموستات های تابلو برق که برای راه اندازی فن و یا هیتر تابلو به کار می روند در صورتی که روی سینی تابلو فضای کافی نداشته باشیم می توانند بر روی درب تابلو هم نصب شوند .

در تصویر بالا جانمایی 2 عدد VSD با توان  75 کیلو وات را مشاهده می نماییم در این جانمایی موارد زیر لحاظ شده است :

 همانطور که می بینیم ارتفاع سینی 160 سانتیمتر است که اگر سینی بلندتر انتخاب می شد کار اتصال کابل به شینه های متصل به خروجی VSD به دلیل فضای کم بسیار مشکل می شد .

 با توجه به اینکه امکان اضافه کردن بیشتر ارتفاع سینی نبود تجهیزات فرمان این دو VSD در فضای A قرار گرفتند و به این شکل حداکثر استفاده از فضای موجود انجام شد .

 زیبایی تابلو برق  ، نشانه نظم و حرفه ای بودن طراح آن است . و این نکته حتی در تعمیرات ، عیب یابی و تعویض قطعات تابلو بسیار پراهمیت است و نصاب و تعمیرکار راحت تر و اطمینان بیشتری می توانند در تابلو کار کنند .

 جانمایی قطعات کنار هم حتی الامکان دارای هارمونی باشد .

 سیم ها و کابل های خارج از داکت فرم دهی مناسبی باید داشته باشند .