محاسبات صحیح و انتخاب مناسب لوازم حفاظتی در تابلوهای برق

محاسبات صحیح و انتخاب مناسب لوازم حفاظتی

محاسبات صحیح و انتخاب مناسب لوازم حفاظتی در پروژه های برق صنعتی و قدرت، تاثیر بسیار زیادی در حفاظت و طول عمر مصرف کننده ها و همچنین پیشگیری از برق گرفتگی و آتش سوزی دارد. به طور مثال فرض کنید مصرف کننده ای با جریان نامی 10 آمپر داریم و برای حفاظت از آن فیوزی با جریان مجاز 50 آمپر قرار دادیم. حال اگر این مصرف کننده جریانی برابر با 40 آمپر بکشد، سیم های حامل جریان گرم می شوند و چون جریان اضافه باید به 50 آمپر برسد تا فیوز بتواند مدار را قطع کند سیم ها ذوب خواهند شد که این مسئله باعث آتش سوزی و سوختن وسیله ی برقی می شود. در صورتی که اگر محاسبات جریان فیوز به درستی انجام می شد، این اتفاق صدمه ای به مصرف کننده نمی رساند.

شاید تصور کنید که ما در ساخت تابلو برق ها یا دیگر پروژه ها باید برای هر مصرف کننده فیوزی قرار دهیم که دقیقا همان جریان نامی مصرف کننده را داشته باشد اما اینگونه نیست. زیرا لازم است بدانیم جریان وسایل الکتریکی به خصوص الکتروموتورها در شرایط مختلف الکتریکی و مکانیکی تغییر می یابد و نوع مصرف الکتروموتورها، در انتخاب و محاسبات لوازم حفاظتی بسیار مهم است. شرایط مختلفی وجود دارند که یک طراح باید در محاسبه ی لوازم مختلف آن ها را در نظر بگیرد که در ادامه به آن ها می پردازیم.

 

شرایط تاثیر گذار در انتخاب لوازم حفاظتی

1- دمای محیط

دمای محیط ، یکی از معیارهایی است که به شدت در انتخاب لوازم الکتریکی نقش بسزایی را ایفا می کند. سیمی که حامل جریان باشد در دمای مشخص، جریان مشخصی را از خود عبور می دهد که با افزایش دمای محیط مقاومت سیم بالا می رود و قطعا جریان مجاز سیم کاهش پیدا خواهد کرد. مثلا، جریان مجاز یک سیم در دمای 25 درجه سانتی گراد 20 آمپر است، حال اگر دمای محیط 55 درجه شود، سیم حدودا 38% از جریان استاندارد را از خود عبور می دهد چیزی معادل 7.6 آمپر.

20A * %38 = 7.6A

جدول مقدار اثرات دما بر روی سیم در زیر نشان داده شده است.

2- جریان راه اندازی

جریانی است که یک مصرف کننده برای راه اندازی در لحظه ی وصل از شبکه می گیرد. این جریان در لحظه ی وصل حدوداً از 3 تا 8 برابر جریان نامی موتور تغییر می کند که به عوامل مختلفی مانند ابعاد موتور، توان موتور، نوع بار موتور یا نوع کاری که موتور انجام می دهد بستگی دارد. باید در نظر داشته باشیم فیوز و محافظ انتخاب شده برای آن دو ویژگی زیر را داشته باشد:

:: فیوز باید بتواند موتور را در شرایط عادی زیر بار حفاظت کند.

:: هنگام اتصال موتور به شبکه، فیوز تحمل جریان راه اندازی را داشته باشد تا مدار قطع نشود.

3- حساسیت مدار

بعضی از مدارات با توجه به کارایی بالایی که دارند، نیاز به حساسیت بیشتری نیز دارند. برای مثال، یک الکتروموتور اصلی در یک واحد تولیدی وظیفه ی استارت تمامی واحدهای صنعتی آن را بر عهده دارد. در نتیجه نیاز به استفاده از کنتاکتورهای مرغوب و با رنج های بالاتر از حد نیاز وجود دارد تا کنتاکتور عمر مفید بیشتری داشته باشد و در شرایط مختلف بتواند ایستادگی کند.

در موارد زیادی همچون مثال قبل، برای به حداقل رساندن احتمال خرابی و بروز مشکلات مختلف برای الکتروموتور بایستی تدابیری اندیشید. با استفاده از راهکارهایی از جمله اضافه کردن لوازم حفاظتی مختلف مانند بیمتال های الکترونیکی پیشرفته که میتوان به کمک آن جریان اضافه بار موتور را کنترل نمود و یا با قرار دادن ترموستات و یا ترمیستور های خصوصی که توسط ترموکوپل، سیگنال های حرارتی را به تابلو برق ارسال کنند تا در صورت ایجاد حرارت بیش از حد داخل موتور، فرمان قطع را به کنتاکتور صادر کند.

4- تعداد قطع و وصل

در کارخانجاتی که موتورهای فعال در آن بر حسب استفاده سیستم های آن مجموعه تعداد قطع و وصل های بسیار زیادی دارند باید سعی کرد از کنتاکتورهای با رنج بالاتر و با کیفیت بالاتری نسبت به دیگر لوازم استفاده کرد. زیرا هر وسیله ای عمر مفید خود را دارد و پس از آن دیگر قابل استفاده نیست. مواردی که ذکر شد، بیشترین اثرات را در انتخاب لوازم تابلو برق داشته و تا حدی این محاسبات در فرمول و استاندارد های مختلف وجود دارند ولی بخش دیگر، نیازمند تجربه و دقت یک طراح می باشد.

روشنایی

سیستم های روشنایی در تمامی ادارات، واحدهای مسکونی و کارخانجات صنعتی و به طور کلی در همه ی قسمت ها، اولین و ضروری ترین بخش به حساب می آیند که در تابلو های برق نیز مورد بحث قرار می گیرند. البته محاسبات روشنایی بحث بسیار گسترده و کاملی است، ولی ما فقط در مورد انتخاب لوازم، محاسبات مربوط به جریان نامی و جریان لوازم حفاظتی آن بحث خواهیم کرد. حال، به یکی از فرمول های محاسباتی مهم و کاربردی اشاره می کنیم که در این رابطه می توان مقدار جریان، ولتاژ و توان را بدست آورد.

نکته: لامپ یک مصرف کننده ی مقاومتی است و این نوع لوازم توان راکتیو مصرف نمی کنند، یعنی کسینوس فی آن، یک در نظر گرفته می شود. ( البته در مقادیر بالا محاسبه می شود ) بنابراین، Cos0° برابر با عدد یک است و بطور خلاصه می توان برای محاسبه جریان لامپ از رابطه ی زیر استفاده کرد:

حفاظت چراغ های روشنایی

لازم است بدانیم که لامپ ها مانند الکتروموتور ها نیستند و جریان راه اندازی ناچیزی دارند و بیش از همه چیز، حفاظت در مقابل جریان مغناطیسی لامپ ها باید مورد توجه قرار بگیرد در واقع یک لامپ باید در مقابل جریان اضافه و اتصال کوتاه، حفاظت شود. یکی از بهترین و پرکاربردترین این لوازم حفاظتی، فیوز های مینیاتوری هستند. بنابراین برای هر لامپ یک کلید مینیاتوری لازم است که رنج و آمپر آن را طبق فرمول زیر تعیین میکنیم. برای مثال جریان نامی یک لامپ رشته ای 1000 وات طبق فرمول برابر است با:

نکته: همانطور که میدانید لامپ های رشته ای به دلیل راندمان پایین، حرارت بسیار زیادی در سیم ها ایجاد می کنند و این باعث قطع سریع فیوز مینیاتوری می شود. به همین علت برای حفاظت چراغهای روشنایی در تابلو برق و سیستم های روشنایی، سیستم های اتصال و رنج جریان مینیاتوری را بالاتر از مقدار محاسباتی در نظر می گیرند.

بنابراین استاندارد انتخاب لوازم روشنایی در تابلو های برق، به طور کلی با مشخصاتی که در جدول زیر آمده است تعیین می شوند:

روشن – خاموش کردن لامپ ها به صورت گروهی

برای روشن کردن یک سری لامپ (مثلا 30 لامپ 500 وات) به صورت گروهی، بهتر است از کنتاکتور استفاده شود. (بهتر است 25 آمپر به بالا، از کنتاکتور استفاده شود. )

شرح مدار:

در این نوع مدارات بهتر است به این روش عمل کنیم:

1- برای هر چراغ، یک فیوز مینیاتوری انتخاب می کنیم که طبق جدول بالا تعیین می شود. یعنی، 30 عدد مینیاتوری 16 آمپر برای محافظت از هر چراغ نیاز داریم.

2- چون می خواهیم تمامی چراغ ها با هم روشن شوند، باید یک کنتاکتور در نظر بگیریم تا بتوانیم کل چراغ ها را بصورت همزمان، قطع و وصل کنیم و برای تعیین رنج کنتاکتور باید جریان کل مدار را محاسبه کنیم، یعنی ابتدا مطابق فرمول زیر توان کل را بدست می آوریم:

وات 15000=(وات)500*(عدد)30

سپس جریان کل را طبق فرمول زیر محاسبه می کنیم:

P=I.V → 15000=I*220 → I=68A

لامپ ها تک فاز هستند ولی چون در کارخانجات صنعتی، سه فاز وجود دارد، باید لامپ ها را روی سه فاز تقسیم کنیم:

آمپر 22.6=68/3

یعنی از هر فاز، جریان 22.6A عبور می کند، که باید مقدار استاندارد 25A در نظر گرفته شود.

برای انتخاب کنتاکتور، باید جریان نامی را 1.5 برابر کنیم تا رنج کنتاکتور بدست آید، زیرا قبلا گفتیم که مدارات روشنایی به دلیل اتلاف زیاد انرژی دارای حرارت بالاتری هستند.

جریان کنتاکتور = 1/5 * جریان نامی

آمپر 37.5=1/5*25

بنابراین، رنج کنتاکتور 40 آمپر می باشد. البته طبق استاندارد، برای محافظت از کنتاکتور، باید فیوز دیگری قبل از آن در نظر بگیریم. در اینجا، می توان از فیوز مینیاتوری 50-40 آمپر استفاده کرد.

نکته: توجه داشته باشید که چون لامپ ها تک فاز است، باید به تعداد مساوی روی هر فاز (برق سه فاز اصلی) تقسیم شوند تا تعادل فاز برقدار شود.

در فرمان این نوع مدار ها می توان از فتوسل استفاده کرد تا به صورت اتومات لامپ ها روشن – خاموش شوند.