محاسبه کلید اصلی طبق توان ترانسفورماتور قدرت

محاسبه کلید اصلی طبق توان ترانسفورماتور قدرت

در برخی موارد، کلید اصلی در تابلوی توزیع اصلی (Main Distribution Panel)، نقش حفاظت ترانس را نیز برعهده دارد. در این مواقع، رنج کلید اصلی تابلو برق را باید با توجه به توان ترانس تعیین کرد. همانطور که می دانید، ترانسفورماتورهای برق صنعتی و قدرت را با توان ظاهری S و واحد اندازه گیری KVA تعیین می کنند.

 

محاسبه عمومی توان ترانسفورماتور قدرت

با توجه به ماکزیمم توان مصرفی (Pkw) یک واحد و بزرگترین مصرف کننده موتوری که در load list ارائه شده است، توان اکتیو مورد نیاز را بدست می آوریم:

بزرگترین موتور Pt = Pmax + P

سپس، با توجه به فرمول کلی توان ظاهری، توان ترانسفورماتور به این صورت تعیین می شود:

کسینوس فی / توان کل مصرفی = توان ترانسفورماتور St = Pt / Cosф

نکته مهم: برای افزایش طول عمر مفید و افزایش بارهای احتمالی در آینده، معمولا از کل ظرفیت ترانسفورماتور استفاده نمی کنند، بلکه از 80% و یا 8% ظرفیت آن بهره می برند. بنابراین، در نهایت برای تعیین نوع ترانس باید به مقدار محاسبه شده، 20% اضافه شود.

(20%) + S = St

محاسبه کلید اصلی طبق ظرفیت ترانسفورماتور قدرت

Im = S * 1.7

Im جریان کلید اصلی به A

S توان ترانس به KVA

سوال: جریان کلید اصلی برای یک ترانس 800 کیلوولت آمپر – سه فاز 400 چه مقدار می باشد؟

S=√3.I.V → 800000=(1.73)*I*400 → 1156 A

بنابراین، کلید اصلی آن 1250A می باشد.

I جریان نامی ترانس به A

S توان ظاهری ترانس به VA

V ولتاژ مصرفی ترانس به v

در روش دیگر، طبق توان نامی ترانس کلید را محاسبه می کنیم:

Im = S(KVA) * 1.7 → Im = 800 * 1.7 = 1360 A =جریان کلید اصلی

بدین ترتیب، جریان کلید اصلی 1250A خواهد بود. البته این در حالی است که ظرفیت ترانس، 20% بالاتر در نظر گرفته شده باشد، وگرنه بهتر است جریان مصرفی کلید روی 0/8 تنظیم شود.

جدول تعیین جریان، فیوز و کابل موتورهای سه فاز (تک ضرب)

جدول تعیین شدت جریان و کابل الکتروموتور

جدول مقدار جریان فیوز برای حفاظت در مقابل جریان اضافی

توجه : جدول فوق برای حالتی که درجه حرارت محیط 25 درجه سانتیگراد باشد، طراحی شده است.

راه اندازی الکتروموتورهای ستاره – مثلث Y-Δ

الکتروموتورهایی که دارای توان بالایی هستند، به دلیل جریان راه اندازی بسیار زیادی که در لحظه ی استارت ایجاد می کنند، باعث قطع کلیدهای حفاظتی و صدمه رساندن به سیم های ارتباطی می شوند. از این گذشته، به علت بالا رفتن بسیار زیاد جریان، باعث کم شدن ضریب قدرت و در نتیجه، مصرف توان راکتیو خواهد شد. برای اینکه این مشکل را برطرف سازند، اینگونه الکتروموتورها را بصورت ستاره-مثلث راه اندازی می کنند.

اساس کار:

همانطور که می دانید، جریان راه اندازی در حالت ستاره، 1/3 حالت مثلث می باشد. به همین صورت، سرعت موتور نیز کاهش می یابد. حال، می توان توسط سه کنتاکتور، شرایطی را فراهم کرد که ابتدا موتور در حالت ستاره، با سرعت کمتر شروع به حرکت کند و پس از مدت زمان مشخصی، به حالت مثلث برود و با دور نامی خود حرکت کند.

طریقه ی اتصال موتور ستاره – مثلث Y-Δ

در این روش باید اتصال ستاره و اتصال مثلث را در یک موتور به اجرا درآوریم. به جای اینکه پلاک های اتصال را روی تخته کلم موتور ببندیم، آن را روی کنتاکتور اجرا می کنیم.

به این صورت که: ابتدا سه فاز را از کنتاکتور اصلی به سرپیچ های U , V , W وصل می کنیم.

سپس، سه فاز دیگر را از کنتاکتور مثلث به پیچ های U1 , V1 , W1 وصل می کنیم. حال، سه فازی را که از کنتاکتور مثلث خارج می شود، به کنتاکتور ستاره، پل می زنیم و در نهایت برای اجرای حالت ستاره، سر دیگر کنتاکتور ستاره را به هم اتصال می دهیم.

مدار قدرت ستاره – مثلث

در شکل زیر، به مدار قدرت ستاره – مثلث نگاهی می اندازیم.

با کمی دقت متوجه خواهید شد که کنتاکتور ستاره، نقش پل های اتصال در روش ستاره را داشته و کنتاکتور مثلث، نقش پل های اتصال در روش مثلث را دارد. به عبارت دیگر، حالت ستاره و مثلث را بصورت اتوماتیک، بر روی یک موتور به اجرا درآوردیم.

لوازم مورد نیاز برای راه اندازی الکتروموتورهای ستاره – مثلث (اتوماتیک)

 

نکات مهم در انتخاب لوازم جهت راه اندازی الکتروموتورهای ستاره – مثلث

1- مهم ترین نکته این است که مدار ستاره مثلث، باید هم دارای کلید محافظ برای کل مدار و هم بیمتال برای حفاظت خط اصلی باشد.

برای موتورهای تک ضرب، اگر از کلیدهای حافظ موتوری (MPCB) استفاده کنیم، می توانیم از بیمتال صرف نظر کنیم، ولی در ستاره-مثلث بهتر است هر دو در مدار قرار گیرند. در روش ستاره مثلث و بخصوص در موتورهای توان بالا، بهتر است هم از کلید MPCB (برای جریان نامی موتور) و هم از بیمتال (برای حفاظت جریان خط اصلی و کنتاکتور) استفاده نماییم، زیرا از کنتاکتور اصلی تقریبا نیمی از جریان کل مدار عبور می کند.

2- برای مشخص شدن این نوع اتصال باید به پلاک موتور توجه شود. مثلا:

 

تعیین رنج لوازم برای الکتروموتورهای ستاره – مثلث

1- به دلیل اینکه موتور در لحظه ی استارت به روش ستاره روشن می شود، جریان کمتری می کشد (نسبت به موتور تک ضرب با توان یکسان)، بنابراین، برای محاسبه فیوز آن، حدود 1/2 الی 1/5 برابر جریان نامی کافی است.

2- در روش ستاره-مثلث، جریان نامی موتور (جریان کل)، تقریبا بر روی دو خط اصلی و مثلث، تقسیم می شوند.

3- بیمتال نیز چون روی خط اصلی قرار می گیرد، دقیقا باید به این صورت محاسبه شود:

In * 0.58 = تنظیم رنج بیمتال ΔY

In جریان نامی موتور

محاسبه رنج لوازم برای موتورهای ستاره – مثلث (ΔY)

زمان راه اندازی ستاره – مثلث

از آنجایی که گفتیم، موتور پس از استارت (با حالت ستاره)، شروع به حرکت می کند. در ادامه، این موتور باید پس از تاخیر زمانی مشخصی، به حالت مثلث تغییر یابد. از این رو برای رسیدن به دور لازم، این زمان باید تعریف شود. این مسئله برای ما روشن است که زمان رسیدن به دور نامی الکتروموتورها با توان های مختلف، متفاوت است، بنابراین توان موتور رابطه مستقیمی با زمان راه اندازی ستاره-مثلث دارد.

حداقل زمان راه اندازی ستاره – مثلث طبق استاندارد با استفاده از رابطه ی زیر تعیین می گردد:

t = 4 + 2√p زمان راه اندازی ΔY

p توان موتور به کیلووات kw

t، زمان به ثانیه s

نکته : این رابطه در شرایط نرمال می باشد. بدیهی است که دور الکتروموتورها، در شرایط مختلف باهم فرق می کند، بنابراین برای دقت بیشتر، بهتر است زمان راه اندازی موتور را در شرایط زیر بار و بصورت عملی نیز تست نموده و سپس، زمان تایمر را تنظیم کنیم. در نظر داشته باشید که اگر زمان را بیشتر از مقدار لازم تنظیم کنیم، از نظر فنی مشکلی ندارد، ولی نباید کمتر از مقدار لازم باشد، زیرا باعث می شود که جریان در لحظه اتصال مثلث، بیشتر شده و موتور بار بیشتری را متحمل شود.

مثال: زمان لازم برای تنظیم تایم ΔY برای سه الکتروموتور 11، 22 و 45 کیلووات را محاسبه کنید.

طبق رابطه:

P=11KW → 4+2√P → t=4+2√11 = 4+2(3.3) → t=10.6s

P=22KW → 4+2√P → t=4+2√22 = 4+2(4.6) → t=13.2s

P=45KW → 4+2√P → t=4+2√45 = 4+2(6.7) → t=17.4s

لوازم مورد نیاز برای ساخت تابلو برق یک الکتروموتور با مشخصات زیر

– روی پلاک یک الکتروموتور مشخصات زیر داده شده است:

Δ 380 ~ 3 , P=90Kw , I =176A

لوازم مورد نیاز برای ساخت تابلو برق را با مشخصات کامل بیان کنید.

توضیح:

ابتدا نحوه ی راه اندازی موتور را تعیین می کنیم. با توجه به مشخصات، این موتور باید بصورت ΔY راه اندازی شود.

1- فیور:

برای انتخاب فیوز اصلی به این نکته توجه داشته باشید که موتوری با جریان 176 آمپر را نمی توان با فیوز های تندکار راه اندازی کرد.

رنج کلیدهای حرارتی نیز، پاسخگوی چنین جریانی نیست، بنابراین دو گزینه وجود دارد: فیوز ذوب شونده و یا کلید کمپکت موتوری (MPCB)

تعیین رنج آن ها به این صورت است:

1- فیوز ذوب شونده: برابر با 1/2 برابر جریان نامی موتور. یعنی آمپر 211 = 1.2 * 176، بنابراین:

پایه فیور 250A و فیوز کاردی 225A

و یا می توان از این روش استفاده کرد:

– MPCB: مطابق با جریان نامی موتور یعنی 176 آمپر: کلید 200A-MPCB قابل تنظیم

2- کنتاکتور اصلی و مثلث، دو پله بالاتر از محاسبه خط اصلی: آمپر 102 = 0.58 * 176

بنابراین: حداقل کنتاکتور 130A

3- کنتاکتور ستاره، یک پله پایین تر از کنتاکتور اصلی: کنتاکتور 110A

4- بیمتال:

جریان گذرنده از خط اصلی و بیمتال برابر است با آمپر 102 = 0.58 * 176

و رنج استاندارد بیمتال : 90A – 125A

5- تایم …………………………… t=4+2√90 → 4+2(9.4)=22.8s

روش های جدید راه اندازی الکتروموتورها

امروزه برای راه اندازی الکترومونورها بخصوص توان های بالا، به جای روش کنتاکتوری (ستاره – مثلث)، از نسل جدید کنترل دور موتورها (Drive) و راه انداز نرم (Soft Start) استفاده می شود. این نوع لوازم از مزایای بسیاری از جمله کنترل سرعت موتور از صفر تا چندین برابر دورنامی، حفاظت کامل در اثر اختلالات ولتاژ و جریان، حفاظت کامل در مقابل اضافه بار، کنترل دور موتور از طریق کنترلرها و PLC و بسیاری مزایای دیگر برخوردار می باشند.

به دلیل این که درایوهای کنترل دور موتور، حفاظت کامل الکتروموتورها را فراهم می کنند و قابلیت فرمان پذیری دارند، برخی لوازم مانند کنتاکتور، بیمتال و کنترل فاز را می توان حذف کرد. بنابراین، با اینکه درایوهای کنترل موتور، قیمت نسبتا بالایی دارند، ولی در مجموع، استفاده از آن ها بسیار اقتصادی، مقرون به صرفه و ایمن می باشد. این مطلب بخصوص در راه اندازی به روش ستاره مثلث، بسیار اقتصادی تر از موارد دیگر می باشد، زیرا اولا سه کنتاکتور، بیمتال، تایمر و کنترل فاز حذف می شوند و ثانیا برای کابل کشی، دیگر نیازی به دو رشته کابل سه فاز نیست.

جدول انتخاب کنتاکتور، بی متال و فیوز

توجه: این جدول برای استفاده موتورهایی که به صورت ستاره مثلث راه اندازی می شوند طراحی شده است.

محاسبه سطح مقطع کابل طبق مسافت

همانطور که می دانید، شرایط مختلفی در محاسبه جریان مجاز سیم و سطح مقطع آن تاثیرگذار است.

جریان، مهم ترین پارامتر در تعیین سطح مقطع سیم به شمار می رود، ولی علاوه بر جریان، عوامل دیگری نیز در تعیین سطح مقطع سیم، موثر است.

عوامل موثر در انتخاب سیم:

1-دما: همانطور که گفتیم، دما، یا بهتر است بگوییم گرما، یکی از عوامل مهم در این بحث می باشد.

2-طول سیم: هرچه مسافت و طول سیم حامل جریان بیشتر باشد، به دلیل افت ولتاژ، جریان خط بالا رفته و جریان مجاز سیم، نیز کمتر می شود.

3- مقاومت اهمی سیم: خلوص مس استفاده شده در ساختمان سیم، با مقاومت سیم و در نتیجه، میزان عبوردهی جریان توسط سیم، رابطه ی مستقیم دارد.

ابتدا باید افت ولتاژ مجاز را محاسبه نماییم:

محاسبه افت ولتاژ مجاز

ΔU = % ΔU . U

ولتاژ خط * درصد افت ولتاژ = افت ولتاژ مجاز

درصد افت ولتاژ در روشنایی 2/5% و در الکتروموتورها 3% است.

مثلا 3% ولتاژ 380 می شود : 11/4 ولت

10 – همانطور که در بالا هم گفتیم، برای محاسبه ی سطح مقطع کابل به این صورت عمل می کنیم:

1- میزان افت ولتاژ مجاز را از رابطه فوق بدست می آوریم.

2- طول کابل و مسافت آن را تا مصرف کننده حساب می کنیم.

3- اعداد بدست آمده را در فرمول زیر قرار می دهیم.

محاسبه عمومی سطح مقطع کابل

A : سطح مقطع به mm2

I : جریان مصرف کننده به آمپر

L : طول کابل به متر m

P : توان مصرفی به وات w

K : ثابت 56 ضریب هدایت مس m/Ω.mm2

فرمول دیگر

V ولتاژ بر مبنای ولت v

DF ضریب همزمانی

I جریان بر مبنای آمپر A

ɑ درصد افت ولتاژ مجاز بر مبنای ولت

P مقاومت ویژه مس

K₁ ضریب گروهی

L طول کابل بر مبنای متر

K₂ ضریب حرارتی

COS_ф مقاومت اهمی

سایز سیم به میلیمتر مربع (mm2) :

500 – 400 – 300 – 240 – 185 – 150 – 120 – 95 – 70 – 50– 35 – 25– 16 – 10 – 6 – 4 –2.5 – 1.5 – 1 – 0.75 – 0.5

مثال: یک الکتروموتور سه فاز 30 کیلووات در انتهای خط نصب شده است که طول کابل آن 90 متر می باشد . با کسینوس فی 0/68، جریان خط و سطح مقطع مور نیاز را حساب کنید.

حال، کافیست رنج بالای عدد بدست آمده را در نظر بگیریم، یعنی رنج استاندارد حداقل سیم 16 میلیمتر مربع می باشد.

مثال: می خواهیم دو الکتروموتور تکفاز را که مجموعه جریانی حدود 45 آمپر دارند، به یک کابل متصل کنیم. سطح مقطع مورد نیاز برای راه اندازی چقدر می باشد؟ (طول مسیر 120 متر)

رنج بالای جریان بدست آمده برابر است با کابل سایز 35 میلیمتر مربع.