نحوه محاسبه و تعیین رنج کلید اصلی تابلو برق

محاسبات کلید اصلی تابلو برق

محاسبه کلید اصلی در ساخت تابلو برق و تعیین رنج آن از اهمیت بسیاری برخوردار بوده و بسیار حساس می باشد. بطور کلی، نوع فیوز یا کلیدی که برای حفاظت یک تابلو برق انتخاب می شود، باید از نوع کندکار تاخیری باشد و محاسبه باید طوری انجام شود که در صورت بروز اتصال کوتاه یا بار اضافه در یک خط، فقط فیوز مربوط به همان خط، تریپ دهد و کلید اصلی، تا حد مجاز قطع نشود. حال، می خواهیم کلید اصلی را در یک مثال بررسی نماییم تا بهتر متوجه شوید که کلیدهای اصلی، تحت چه شرایط و فشاری قرار می گیرند.

 

شرایط تحت فشار قرار گرفتن کلید های اصلی

فرض کنید سه الکتروموتور 15 کیلووات با جریان نامی 30 آمپر در یک تابلو در نظر گرفته شده و ما می خواهیم رنج کلید اصلی آن را تعیین نماییم. حال، با توجه به نمودار، جریان یا بار گذرنده، از کلید اصلی را در شرایط مختلف بررسی می نماییم.

فرض کنید که جریان اولیه هر موتور، چهار برابر جریان نامی می باشد. بنابراین، جریان اولیه هر موتور، 120A خواهد بود. مطابق تصویر زیر، در صورتی که هر سه موتور بطور همزمان استارت شوند، پیک جریان عبوری از کل مدار در لحظه وصل برابر است با

120A * 3 = 360A

به این معنی که کلید اصلی، در لحظه راه اندازی هر سه موتور، جریانی برابر با 360 آمپر را تحمل می کند.

اکنون، پس از چند ثانیه که موتورها به دور نامی خود برسند، جریان نامی آنها در کل مدار برابر خواهد بود با

30A * 3 = 90A

همانطور که در نمودار مشاهده می کنید، پیک جریان در نقطه A برابر است با 360 آمپر و جریان نامی کل مدار در نقطه B، که مجموع جریان نامی هر سه موتور می باشد، برابر با 90 آمپر خواهد بود.

شرایط تحت فشار قرار گرفتن کلید اصلی با روش هایی دیگر و با نموداری متفاوت

حال، در نمودار زیر شرایط دیگر را بررسی می کنیم. به این شکل که موتورها را با فاصله زمانی چند ثانیه، به ترتیب استارت کرده و وارد مدار می کنیم. در لحظه ی استارت موتور شماره 1، جریان کل مدار، برابر با جریان اولیه ی یک موتور یعنی 120 آمپر (نقطه C).

پس از اینکه موتور، به دور نامی خود رسید، جریان عبور از مدار 300 آمپر خواهد شد (نقطه D).

سپس، در حالی که جریان عبوری از مدار 30 آمپر می باشد (نقظه D). موتور شماره 2 را استارت می کنیم.

جریان اولیه این موتور نیز 120 آمپر است که مجموع آن با جریان نامی موتور اول (نقطه E)، برابر است با

30A + 120A = 150A

پس از اینکه موتور شماره 2 نیز به دور نامی خود رسید، مجموع جریان های نامی دو موتور را در مدار داریم که مقدار جریان 60 آمپر خواهد بود (نقطه F این مقدار را نمایش می دهد.)

30A + 30A = 60A

در مرحله آخر، جریان مدار 60 آمپر است و با استارت کردن موتور شماره 3، ماکزیمم جریان عبوری از کل مدار در نقطه G برابر است با

60A + 120A = 180A

به این معنی که پیک جریان عبوری از کل مدار، از 180 آمپر تجاوز نمی کند.

مقایسه دو نمودار راه اندازی به طور همزمان و متوالی

با مقایسه این دو نمودار متوجه می شویم که در صورت راه اندازی موتورها به طور همزمان، جریانی بالغ بر 360 آمپر در لحظه وصل از کلید اصلی عبور می کند (نقطه A)، که امکان تریپ دادن کلید وجود دارد. این در حالی است که پیک جریان راه اندازی آن ها به طور متوالی، 180 آمپر خواهد بود (نقطه G).

بنابراین، در می یابیم که روش راه اندازی بارهای مصرفی، تا چه حد در محاسبه کلید اصلی تاثیر دارد. به طور کلی، بحث ما در این قسمت، بیان روش راه اندازی ماشین آلات و بارهای مصرفی در یک تابلو برق صنعتی و قدرت می باشد.

آیا تجهیزات بصورت همزمان در مدار قرار می گیرند و یا بصورت متوالی و یا حتی نامعلوم؟

بنابراین، پارامتر “ضریب همزمانی” (Demand Factor) در محاسبه رنج کلید اصلی، مورد بحث قرار می گیرد که طراح باید بصورت جزیی و یا بصورت عمومی، ضریب همزمانی را تعریف و تعیین نماید.

تعیین ضریب همزمانی Demand Factor) DF)

شاید به این نتیجه رسیده باشید که تعیین ضریب همزمانی، کاری مشکل و حتی در برخی موارد، غیر ممکن خواهد بود، زیرا در این موارد ترتیب راه اندازی ماشین آلات بطور مشخص، تعریف ثابتی ندارد، یعنی مشخص نیست که کدام موتورها، همزمان شروع به کار می کنند، ولی در عین حال، امکان راه اندازی همزمان چند موتور توسط اپراتورها وجود دارد. بنابراین، تعیین ضریب همزمانی معمولا بصورت تقریبی و تجربی انجام می شود.

در مثالی دیگر، محاسبه ضریب همزمانی برای واحدهای مسکونی و مشترکین یک ناحیه را بررسی می نماییم. این مسئله کار بسیار دشواری می باشد، چه بسا تعیین و اثبات ضریب کارکرد لوازم الکتریکی هر واحد مسکونی ناممکن است. البته، امروزه با پیشرفت علم و تکنولوژی در سیستم های الکترونیکی و ارتباطی از قبیل دیتالاگرها که روی خروجی فشار ضعیف در ترانسفورماتورهای قدرت قرار می گیرند، این امکان فراهم شده است که بتوان در حد مطلوبی با استفاده از ثبت و ضبط داده ها و مصارف مشترکین در یک بازه زمانی مشخص و مشاهده نموداری پارامترها، ضریب همزمانی و در نتیجه، ظرفیت کلیدها و ترانس های قدرت را تعیین نمایند.

بررسی جنبه های تغییر رنج کلید اصلی

همانطور که در مثال و نمودار قبل اشاره نمودیم، در اینجا رنج کلید اصلی می تواند تا دو برابر تغییر کند. این موضوع از دو جنبه قابل بحث است:

1- اگر رنج کلید اصلی را بالا در نظر بگیریم، حفاظت مدار به خطر می افتد و گذشته از آن، با بالا رفتن جریان کلید، هزینه ی بسیار زیادی صرف تهیه کلید، شینه و ارتباطات آن خواهد شد.

2- اگر رنج کلید اصلی را پایین در نظر بگیریم، احتمال قطع شدن و تریپ دادن زود هنگام کلید در شرایط مختلف وجود دارد.

در هر صورت، ما باید تا حدی این امکان را فراهم نماییم. در این بخش، به دو نکته تاثیرگذار در تعیین ضریب همزمانی اشاره می گنیم:

:: روش کار و طراحی سیستم مکانیکال یک کارخانه می تواند به عنوان یک راهنما عمل نماید.

:: سیستم کنترل یا مدار فرمان می تواند تا حد مناسبی این مسئله را روشن سازد و بصورت دقیق عملکرد ماشین آلات را تعیین نماید. مثلا، در برخی موارد، مدار فرمان یک کنتاکتور وابسته به قطع دیگری می باشد، به این معنی که همیشه یکی از دو کنتاکتور باید در مدار قرار گیرد و هیچ گاه دو کنتاکتور بطور همزمان استارت نخواهند شد.

تعیین ضریب همزمانی بصورت عمومی

 

به طور کلی، ضریب همزمانی عددی است بین 0 الی 1 (یا به درصد) که ضریب احتمالی استفاده از بارهای مصرفی را به صورت همزمان بیان می کند.

تعیین نوع و رنج کلید اصلی

1- مجموع توان، یا مجموع بارهای مصرفی (P)

2- تعیین ضریب همزمانی با استفاده از نکات بیان شده. (DF)

3- محاسبه جریان نامی کل بار (در صورت وجود بارهای تک فاز، باید جریان آن ها روی سه فاز تقسیم شود).

4- تعیین نوع کلید:

کلید اصلی باید از نوع کندکار تاخیری باشد تا در صورت اتصالی روی یکی از خط های خروجی، کلید اصلی قطع نشود. مناسب ترین وسیله برای حفاظت جریان کل تابلو، کلید های کمپکت اتوماتیک (MCCB)، کلید های هوایی (ACB) و کلید فیوزهای قابل قطع زیر بار می باشند.

5- اعمال ضریب 1/7 برای کلید های کند کار

It = ∑I. DF . 1.7

مجموع جریان کل بارهای مصرفی، DF ضریب همزمانی، It جریان کلید اصلی

با توجه به نکات اشاره شده، رنج کلید اصلی مثال قبل را محاسبه می کنیم.

مجموع جریان کل بار: 30A + 30A + 30A = 90A

ضریب همزمانی را 0/85 در نظر می گیریم. It = 90 *(0/85)* 1.7 → It=130A

با توجه به استاندارد، رنج کلید اصلی MCCB-160A قابل تنظیم است که روی 130A تنظیم می شود.

مثال:

تجهیزات مورد مصرف در یک کارخانه به شرح زیر می باشند. رنج کلید اصلی را محاسبه نمایید.

خط تولید:

:: 2 دستگاه رول فرمینگ : 60A-380VAC-PF=0.65

:: 1 دستگاه برش لیزر : 45A-380VAC-PF=0.82

:: 2 دستگاه کمپرسور هوا : 80A-380VAC-PF=0.76

اداری:

:: کولر برای سیستم سرمایش : 10A-220VAC-PF=0.8

:: یخچال : 8A-220VAC

نکته ای در رابطه با انتخاب کلید اصلی

انتخاب کلید اصلی به مصرف کنده های پیش بینی نشده و نیز توسعه، توجه شود و در صورت امکان، حدود 10 الی 20 درصد رنج نامی کلید را بیشتر در نظر بگیرید، ولی توجه داشته باشید که کلید قابل تنظیم باشد تا بتوان طبق مصرف مورد نیاز، آن تنظیم کرد. به خصوص فیدرهایی که قبل از آنها، ترانس نصب شده است.

جواب:

1- ابتدا مجموع بارهای مصرفی

I= 60 + 60 + 40 + 80 + 80 + 10 + 8 = 338A ∑

بارهای پیش بینی نشده (20%):

آمپر 405 = 338 + (%20)

تعیین ضریب همزمانی DF : 0.9 در نظر گرفته شده است.

It= ∑I * DF * 1.7 → It = 405 * 0.9 * 1.7 → It= 619A

بنابراین، رنج کلیه اصلی، برابر با 630A خواهد بود.