مقدمه

عملکرد تمامی واحدهای صنعتی و به طور کلی هر مجموعه‌ای وابسته به برق و نحوه توزیع توان الکتریکی است. می‌توان گفت اولین و مهم‌ترین موضوعی که یک طراح تاسیسات در طراحی خود بایستی در نظر گیرد، نحوه توزیع توان الکتریکی در مجموعه و تعیین ظرفیت مصرفی هر واحد است تا بر این اساس زیرساخت‌های لازم برای تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز بارها فراهم شود. در این مقاله قصد داریم نحوه توزیع انرژی الکتریکی در واحدهای صنعتی را شرح دهیم.

در واحدهای صنعتی، تابلوهای برق (Electrical Panels) نقشی اساسی را در توزیع انرژی الکتریکی ایفا می‌کنند. این تابلوها دربردارنده‌ی تجهیزاتی از قبیل باس‌بار، کلیدهای هوایی یا مدارشکن(Circuit Breaker)، تجهیزات اندازه‌گیری و … هستند.

تابلوهای برق در سرتاسر واحدهای صنعتی و کارخانجات قرار داشته و برق را میان تجهیزات الکتریکی مستقر در هر بخش، توزیع می‌کنند. در ادامه به طور مفصل در مورد نحوه توزیع سیستم انتقال انرژی بحث خواهیم کرد.

ساختار توزیع انرژی الکتریکی در واحدهای صنعتی

در یک سیستم توزیع انرژی الکتریکی، انرژی مورد نیاز معمولا از طریق یک پست اختصاصی که در مجموعه قرار داشته و از شبکه سراسری تغذیه می‌شود، تامین خواهد شد. ولتاژ تغذیه با توجه به ابعاد و کاربری مجموعه و همچنین سطوح ولتاژی خط انتقال در کشور مربوطه می‌تواند مقادیرمختلفی داشته باشد. دامنه ولتاژ ورودی که در حد کیلوولت است، از طریق ترانس‌های کاهنده ( Step-down Transformers ) به ولتاژ مناسب جهت کارکرد تجهیزات موجود در مجموعه تبدیل می‌شود. درتاسیسات الکتریکی معمولا به سطح ولتاژ پایین‌تر از 400 ولت، فشار ضعیف ( Low Tension ) گفته می‌شود.

در شکل زیر می‌توانید یک نمای شماتیک از سیستم توزیع انرژی الکتریکی را مشاهده کنید. البته لازم به ذکر است که این مدل معمولا برای واحدهای صنعتی بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. در برخی طراحی‌ها، تابلوهای Sub-LT در نظر گرفته نمی‌شوند و انرژی مورد نیاز از طریق تابلوهای LT و سپس SDB تامین می‌شود.

همانطور که در شکل بالا ملاحظه می‌کنید، اجزای سیستم توزیع شامل تابلوهای فشار ضعیف یا LT،تابلوهای Sub-LT، SDB (Sub-Distribution Board)، PDB (Power Distribution Board)، و LDB (Lighting Distribution Board) است.

در ابتدا یک یا چند ترانسفورماتور قدرت وظیفه کاهش سطح ولتاژ و تحویل توان به تابلوهای فشار ضعیف را دارند. این ترانسفورماتورها به عنوان واسطه شبکه سراسری و واحد توزیع مجموعه عمل می‌کنند و ظرفیت آن‌ها بایستی به گونه‌ای باشد تا بتوانند تقاضای مصرفی کل مجموعه را در صورت نیاز تحویل دهند. در مورد اجزای موجود در تابلوهای فشار ضیف در ادامه صحبت خواهیم کرد. فیدرهای خروجیتابلو فشار ضعیف (LT) به تابلوهای Sub-LT که هر کدام وظیفه تغذیه بخشی از مجموعه را برعهده دارند، متصل هستند. در ادامه خروجی تابلو Sub-LT وارد تابلوهای SDB خواهد شد. تابلوهای SDB برای تغذیه بارهایی که شامل چندین موتور الکتریکی و یا کوره‌های الکتریکی و … مورد استفاده قرار می‌گیرند. تابلوهای PDB وظیفه اتصال مستقیم بار به منبع را دارند؛ یعنی خروجی آن‌ها مستقیما به بارهای تحت تغذیه متصل می‌شود. بخشی از توان ورودی تابلوهای PDB، به تابلوهای LDB منتقل خواهد شد. تابلوهای LDB وظیفه تامین توان مورد نیاز برای روشنایی واحدهای مختلف همانند روشناییمحوطه کارخانه، واحدهای کارگاهی، بخش‌های اداری و … را بر عهده دارند. لازم به ذکر است که تمامی این تابلوها برای جلوگیری از برق‌گرفتگی پرسنل مجموعه و ایمنی بیشتر به سیستم زمین (Earthing System) متصل شده‌اند.

تابلوهای فشار ضعیف (LT)

تجهیزات اندازه‌گیری و حفاظتی برای انتقال انرژی الکتریکی به بار، در یک محفظه فلزی بسته قرار می‌گیرند که با نام تابلو برق شناخته می‌شود. این تابلوها با توجه به نیاز مجموعه در قسمت‌های مختلفی از سیستم توزیع قرار می‌گیرند. همانطور که در بخش قبل ذکر شد، تابلوهای LT وظیفه انتقال توان از پست ورودی مجموعه به تابلوهای Sub-LT را دارند. سطح ولتاژ در این قسمت معمولا 400 ولت و سیستم سه فاز با فرکانس 50 هرتز و با توجه به بارهای مجموعه و تشخیص طراح، سه یا چهار سیمه هستند. این تابلوها با توجه به ابعاد بزرگ معمولا به صورت ایستاده بر روی زمین قرار می‌گیرند و بایستی کاملا حفاظت شده و ایمن باشند. در شکل زیر نمای شماتیک یک تابلوی LT را به همراه قسمت‌های مختلف آن مشاهده می‌کنید.

در ادامه به بررسی و توضیح هر یک از اجزای تابلوهای LT خواهیم پرداخت

کلید هوایی (Air Circuit Breaker)

این کلید وظیفه قطع و وصل مدار را دارد و می‌تواند در شرایط وقوع خطا مدار را به صورت خودکار قطع کند. برای وصل مجدد کلید می‌توان به صورت دستی و همچنین با کنترل از راه دور و سیگنال‌های کنترلی کلید را در حالت وصل قرار داد. این کلیدها به صورت 3 و 4 پل موجود هستند و میزان جریان عبوری از آن‌ها و همچنین جریان قطع با توجه به میزان مصرف مجموعه و محاسبات طراح تعیین می‌گردد.

باس‌بار (Bus Bar)

باس‌بارها از مس با مقاومت بسیار پایین ساخته می‌شوند تا تلفات به حداقل مقدار خود برسد. البته در برخی موارد برای کاهش هزینه، از باس‌بارهای با جنس آلومینیوم استفاده می‌شود که بایستی این را نیز در نظر داشت که رسانایی آلومینیوم کمتر از مس است. در تابلوهای LT، برخی باس‌بارها به عنوان باس‌بار اصلی هستند که به صورت افقی قرار می‌گیرند و برخی دیگر با ابعاد کوچکتر و به صورت عمودی در تابلو قرار می‌گیرند که به عنوان باس‌بار فرعی شناخته می‌شوند. کابل‌های ورودی و خروجی تابلو به باس‌بارها متصل می‌شوند. باس‌بارها بایستی به طور مطمئن و مطابق با استاندارد از تابلو ایزوله شوند.

باس‌بار در واقع وظیفه انتقال توان از سمت ورودی مجموعه به سمت بار را بر عهده دارد. همچنین کلید‌ها و تجهیزات اندازه‌گیری موجود در تابلو نیز از طریق همین باس‌بارها تغذیه می‌شوند. باس‌بار می‌تواند در قسمت بالایی و یا پایینی تابلو قرار گیرد اما به طور معمول، در تابلوهایی که از ترانس ورودی مجموعه تغذیه می‌شوند، باس‌بار در قسمت بالایی تابلو و در تابلوهایی که از دیزل ژنراتور تغذیه می‌شوند، باس‌بار در قسمت پایینی تابلو قرار می‌گیرد.

باس کوپلر (Bus Coupler)

المان باس کوپلر وظیفه اتصال و یا جدا کردن دو باس‌بار از یکدیگر بدون ایجاد قوس الکتریکی (Arc) و اختلال در انتقال توان را بر عهده دارد. البته بایستی در نظر داشت که توان عبوری از هر دو باس‌بار بایستی با یکدیگر برابر باشد. در صورت نیاز به تعمیر و یا بازدید از کلیدهای قدرت و یا سایر المان‌ها، باس کوپلر با انتقال توان عبوری از یک باس‌بار به باس‌بار دیگر، امکان تعمیرات و هرگونه مانور را ایجاد خواهد کرد.

بانک خازنی (Capacitor Bank)

بانک خازنی را می‌توان به صورت یک تابلو جداگانه طراحی کرد. این تابلو شامل تجهیزاتی از قبیل: کلیدهای اتوماتیک یا MCCB (Molded Case Circuit Breaker)، راکتور سلفی، خازن، کنتاکتورهای خازنی، تجهیزات اندازه‌گیری همانند CT و کابل‌های رابط است. بانک خازنی معمولا با نام واحد تصحیح ضریب توان اتوماتیک یا APFC (Automatic Power Factor Correction) نیز شناخته می‌شود. اینتابلو از طریق کلیدهای اتوماتیک و یا کلید هوایی به تابلو LT متصل می‌شود. تابلوهای بانک خازنی جهت بهبود ضریب توان بار در واحدهای صنعتی و یا حتی تجاری و اداری مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد بانک خازنی و نحوه عملکرد آن، به مقاله …. در سایت شرکت ارکان ارزشمراجعه کنید. مقدار ظرفیتی از خازن که بایستی برای تصحیح ضریب توان در مدار قرار گیرد با توجه به ضریب توان لحظه‌ای بار تعیین می‌شود. تغییر مقدار خازنی که در مدار قرار می‌گیرد، به دو صورت اتوماتیک و دستی ممکن است که البته امروزه این کار غالبا با استفاده از دستگاه‌های هوشمند و کنترل‌پذیر  و به صورت اتوماتیک انجام می‌پذیرد.

تجهیزات اندازه‌گیری و نمایشگر (Metering and Indication)

تجهیزاتی از قبیل ولت‌متر و آمپرمتر وظیفه اندازه‌گیری مقادیر ولتاژ  و جریان عبوری را جهت نمایش بر روی تابلو و اتاق فرمان و یا ارسال به تجهیزات حفاظتی بر عهده دارند. تقریبا بر روی درب تمامی تابلوها چراغ‌های LED قرار داشته که بیانگر شرایط هر یک از فازها و وقوع یا عدم وقوع خطا است. همچنین کلیدهای استارت و استاپ بر روی تجهیزات امکان روشن و یا خاموش کردن برخی تجهیزات در شرایط اضطراری را فراهم می‌کند.

تابلوهای Sub-LT

این تابلوها تقریبا مشابه به تابلوهای LT هستند، با این تفاوت که میزان توان عبوری از آن‌ها نسبت بهتابلوهای LT به مراتب کمتر است و همچنین بر خلاف تابلوهای LT که در پست ورودی مجموعه و در نزدیکی ترانس ورودی قرار دارند، در بخش‌های مختلف قرار می‌گیرند. طراحی مدار داخلی این تابلوها مشابه تابلوهای LT است و تقریبا تمامی اجزایی که در تابلوهای LT وجود دارد، در این تابلوها نیز دیده می‌شود.

این تابلوها ممکن است دارای باس‌بار جهت اتصال به دیزل ژنراتور نیز باشند تا بتوانند بارهای حساسی را که در ناحیه مربوطه قرار دارند، در مواقع بروز خطا و قطع برق شبکه سراسری تغذیه کنند. البته در اکثر موارد اتصال دیزل ژنراتور به سیستم برق‌رسانی واحدهای صنعتی در تابلوهای LT صورت می‌گیرد.

تابلوهای SDB

این تابلوها در ابعاد و طرح‌های مختلف توسط سازندگان مختلفی طراحی و تولید می شوند. این تابلوهای با استفاده از باس‌بارهای از جنس مس و یا آلومینیوم، توان را از تابلوهای LT و یا Sub-LT دریافت کرده و به دستگاه‌های توان بالا همانند کوره‌های القایی، پمپ‌های سنگین، دستگاه‌های تهویه مطبوع و همچنین به تابلوهای PDB تحویل می‌دهند.

در ورودی این تابلوها کلید‌های هوایی (ACB) و یا اتوماتیک (MCCB) قرار دارند. در خروجی اینتابلوها از کلیدهای اتوماتیک با رنج جریانی پایین‌تر و یا SDFU (Switch Disconnect Fuse) استفاده می‌شود. SDFU شامل تعدادی فیوز (معمولا از نوع HRC) با ساختار مکانیکی بوده که دارای عملکرد دستی است. این واحد فیوزی برای سوئیچ‌زنی بار، ایزوله کردن بار و یا محافظت در برابر اتصال کوتاه استفاده می‌شود.

در شکل زیر می‌توانید بلوک دیاگرام مربوط به یک تابلوی SDB را مشاهده کنید.

تابلوهای PDB

این تابلوها برای توزیع توان میان موتورها و سایر تجهیزات الکتریکی طراحی شده اند. این تابلوها در واحدهای صنعتی، تجاری، مسکونی و … دیده می‌شوند. این تابلوها دارای المان‌های حفاطتی در برابر جریان‌های اتصال کوتاه و اضافه بار هستند. رله‌های موجود در این تابلوها می‌توانند در شرایط وقوع خطا به کلیدهای اصلی فرمان قطع می‌دهند. این تابلوها با توجه به میزان توانی که به بار منتقل می‌کنند و تجهیزاتی را که شامل می‌شوند، می‌توانند به صورت دیواری و یا ایستاده قرار گیرند. این تابلوها نیز ممکن است به دلیل حساسیت برخی بارها، از طریق UPS تغذیه شوند تا هیچ اختلالی در تامین توان مورد نیاز دستگاه به وجود نیاید.

تابلوهای LDB

این تابلوها کوچکترین و ساده‌ترین تابلوهای موجود در سیستم توزیع انرژی الکتریکی در واحدهای صنعتی هستند که البته نمونه آن در تمامی منازل مسکونی نیز دیده می‌شود. این تابلوها معمولا برایروشنایی بخش‌های مختلف استفاده می‌شوند. اما ممکن است در مواردی برای تامین توان مورد نیاز برخی دستگاه‌های کوچک و کم مصرف نیز مورد استفاده قرار گیرند. المان حفاظتی در این تابلوها، کلیدهای مینیاتوری یا همان MCB (Miniature Circuit Breaker) است که توانایی قطع و وصل جریان را دارد. همچنین این کلید قادر به قطع جریان‌های اتصال کوتاه و همچنین محافظت در برابر اضافه بار است. این کلیدها بر روی رک‌های فلزی که درون تابلو قرار دارد، جای می‌گیرند. تابلوهای LDB بر روی دیوار نصب می‌شوند و معمولا دارای درب پلاستیکی هستند.

تاسیسات صنعتی(تهویه مطبوع صنعتی) چیست؟