تابلو برق

طراحی و ساختار سیستم توزیع MV (ولتاژ متوسط ) مبتنی بر تابلو برق کشویی MV

طراحی و ساختار سیستم توزیع MV (ولتاژ متوسط ) مبتنی بر تابلو برق کشویی MV

سیستم‌های توزیع ولتاژ متوسط

امروزه مهندسان طراحی سیستم می‌توانند از میان سیستم‌های بسیاری برای کاربردهای خاص انتخاب انجام دهند. این بحث سیستم‌های توزیع ولتاژ متوسط و اصلاحات عملیِ آن‌ها را پوشش می‌دهد. اما ابتدا تجهیزات اولیه/ثانویه و کنترل/حفاظت یک تابلو برق فلزی ولتاژ متوسط را بحث می‌کنیم .

تابلو

طراحی سیستم توزیع MV بر اساس تابلو برق پوشش فلزی (در عکس: تابلوبرق Eaton’s Power Xpert UX در فرآیند کاری؛ منبع: avidgroup.net)

مقاله های مرتبط:

طراحی و نصب تابلوهای ولتاژ متوسط (حقایقی که باید دانست)

تابلو های فشار ضعیف، فشار متوسط و فشار قوی (LV,MV,HV switchgear)

ترانسفورماتورهای ولتاژ PT – VT – CVT

 فهرست محتوا

  1. طراحی پایه
    1. بخش‌های تابلوبرق فلزی
    2. تجهیزات اولیه‌ی تابلوبرق MV
    3. تجهیزات کنترل و حفاظت
  2. پیکربندی‌های سیستم ولتاژ متوسط
    1. پیکربندی تک باس
    2. تک باس با دو منبع از شرکت توزیع
    3. چندین منبع با کلید کوپلر
    4. نتیجه‌گیری
    5. طراحی پایه
۱٫۱٫ اجزای تابلوبرق پوشش فلزی

تجهیزات تابلوبرق فلزی ولتاژ متوسط مطابق با C37.20.2 دارای یک طراحی بخش بخش شده[۱] است که در آن هادی‌های اولیه کاملاً برای ولتاژ حداکثر مجاز کل سیستم عایق‌بندی شده، و تمام اجزای اصلی مدار با موانع فلزیِ زمین‌شده از هم ایزوله هستند.

این نوع ساختار باعث می‌شود احتمال ایجاد خطاهای آرک در داخل تجهیزات و تکثیر خطا بین بخش‌های حاوی مدارات اصلی به حداقل برسد.

تجهیزات تابلو برق فلزیِ C37.20.2 طوری طراحی شده است که در برابر اثرات جریان اتصال کوتاه در خطای ناگهانی که بلافاصله جریان از ترمینال‌های بار تابلوبرق جاری می‌شود مقاومت داشته باشد.

ظرفیت خطای ناگهانی با تست تحمل جریان اتصال کوتاه لحظه‌ای [۲]و اتصال کوتاه بر روی کل تابلوبرق، و همچنین تست خطا (بستن و لَچ) بر روی سوئیچ‌ابزار طبق شکل ۱ مشخص می‌شود.

مدار

شکل ۱٫ تست‌های تحمل لحظه‌ای و اتصال کوتاه تابلوبرق فلزی. تست‌های تحمل جریان زمان کوتاه، تناسب الکتریکیِ باس‌ها و اتصال‌ها را در برابر آسیب فیزیکی، به هنگام اتصال کوتاه برای مدت زمان مشخص نشان می‌دهد. تست‌های تحمل جریان لحظه‌ای، تناسب مکانیکی سازه، باس‌ها و اتصالات را در برابر نیروهای الکترومغناطیس بدون شکست عایق نشان می‌دهد.

باید توجه داشت که تست استاندارد تابلوبرق فلزی استاندارد شامل خطای آرک داخلی نمی‌شود.

۱٫۲٫ تجهیزات اولیه و ثانویه

بیایید ببینیم قسمت‌های اصلیِ تابلوی ولتاژ متوسط چیست. توجه داشته باشید که این مثال شامل مدارشکن کشویی خلاء به عنوان عنصر سوئیچ اصلی است، و تجهیزات و تولیدکنندگان بسیاری وجود دارد که با مدارشکن SF6، همان سوئیچ را تولید می‌کنند.

تابلو

شکل ۲٫ طراحی پایه سوئیچ‌ابزار[۳] ولتاژ متوسط

  1. محفظه آرک

محفظه آرک داخلی، گازهای مربوط به آرک‌های داخلی را تخلیه می‌کند. قطعات استاندارد اضافی برای توسعه‌ی این محفظه وجود دارد. تنپوشه‌ها و پنجره‌های مشبکی نیز برای خارج کردن گاز به خارج از فضای اتاق سوئیچ‌ابزار[۴] وجود دارد.

  1. مسیر سیم‌کشی ولتاژ پایین برای سیم‌کشی داخل پنل

یک مسیر سیم‌کشی کاملاً عایق و فلزی در بالای هر پنل سوئیچ قرار می‌گیرد و یک مسیر سیم‌کشی کم ولتاژ پیوسته‌ای ایجاد می‌کند که طول کل سوئیچ‌ابزار را پوشش می‌دهد.

  1. بخش ولتاژ پایین

این بخش با بخش‌های فلزیِ زمین‌شده عایق شده و فضای کافی برای دستگاه‌های کنترل و حفاظتت دارد.

تابلو

شکل ۳٫ بخش ولتاژ پایین

  1. بخش باس بار

باس بارها کاملاً در بخش فلزیِ زمین شده‌ی خود قرار گرفته و دریچه‌ای رو به محفظه آرک دارد. باس بارها که در طول خود کاملاً عایق شده هستند باید برای مقدار مجاز ۴۰۰۰A، ۵۰kA به مدت ۴ ثانیه تست شوند.

بخش‌های قالب اپوکسی سوئیچ‌ابزار مجزا

تابلو

شکل ۴٫ بخش باس بار

  1. بخش مدار شکن خلاء (کلید خلا) [۵]

این بخش با جداسازیِ کامل با بخش‌های فلزیِ زمین شده، و دو کانال تخلیه‌ی فشار به محفظه آرک، تمام مکانیسم‌های قفل متقابل ایمنی مورد نیاز برای عملیات ایمن و قابل اتکای مدارشکن خلاء را فراهم می‌کند.

دکمه‌های عملیات دستی با درب کاملاً بسته امکان عملیات کامل مدارشکن خلاء را از بخش جلویی سوئیچ‌ابزار فراهم می‌کند.

مدارشکن به صورت مکانیکی با درب قفل شده است، بطوریکه تا زمانی که مدارشکن خاموش شده و در حالت تست قرار نگیرد، امکان باز شدن آن وجود ندارد.

تابلو

شکل ۵٫ بخش مدارشکن خلاء

  1. شاترهای خودکار

شاترهای فلزیِ زمین شده‌ی خودکار که به صورت مجزا برای خط (باس بار و بار (کابلی) کار می‌کنند را می‌توان در حالت بسته قفلِ پَد[۶] کرد.

وقتی مدارشکن در حالت تست (Test) یا قطع (Disconnecter) قرار داشته باشد، شاترها به صورت خودکار بسته می‌شوند تا از تماس تصادفی با بخش‌های دارای برق جلوگیری به عمل آید.

شاتر

شکل ۶٫ شاترهای خودکار

  1. کلید ارت کننده

سوئیچ ارت کننده از جلوی سوئیچ‌ابزار کار می‌کند، که دارای نشانگرهای مکانیکی برای نشان دادن مکان سوئیچ است. یک پنجره امکان نمایش مستقیم جایگاه سوئیچ زمین را فراهم می‌کند.

سوئیچ زمین به صورت مکانیکی با مدارشکن یا حامل کنتاکتور اینترلاک (قفل متقابل) شده است، بطوریکه تنها زمانی می‌تواند بسته شود که جایگاه آن در حالت Test یا DIsconnetc باشد.

سوئیچ ارت را می‌توان به صورت مکانیکی با درب بخش کابل قفل کرد و یک معیار ایمنی بیشتری ارائه کرد.

سوییچ زمین

شکل ۷٫ سوئیچ زمین مدار

مقاله مرتبط:

نصب تابلو برق فشار ضعیف – نصب و راه اندازی و جانمایی تابلو برق فشار ضعیف

  1. ترانسفورماتورهای جریان

CTهای قالب رزینی به عنوان یک استاندارد برای مقادیر مجاز وسیعی ارائه می‌شود، و یک گزینه بری استفاده از CTهای نواری [۷]ولتاژ پایین در همان مکان وجود دارد.

ترانس جریان

شکل ۸٫ ترانسفورماتورهای جریان

مقاله مرتبط:

ملزومات ترانسفورماتور جریان (CT) در مدارهای قدرت (تئوری و عمل)

ترانسفورماتورهای جریان (سی تی CT) – انواع، ویژگی  و کاربردهایشان

  1. ترانسفورماتورهای ولتاژ

ترانسفورماتورهای ولتاژ دارای فیوزهای اولیه‌ی کشویی هستند که امکان ایزولاسیون کامل ترانسفورماتور را فراهم می‌کند. این آرایش با ذهنیت حداکثر ایمنی برای کاربر طراحی شده است.

ترانس ولتاژ

شکل ۹٫ ترانسفورماتورهای ولتاژ

مقاله ی مرتبط:

تئوری ترانسفورماتورهای ولتاژ (PT یا VT )

ترانسفورماتورهای ولتاژ PT – VT – CVT

  1. ترمینال‌های کابل

ترمینال‌های کابل بزرگ معمولاً با ۹ کابل تک هسته‌ای به ازای هر فاز ارائه می‌شود که وارد قسمت پایین سوئیچ ابزار شده و ترمینال انتهایی آن‌ها با گوشک‌های فشرده به دنباله‌های مسی که در پایین هر پنل قرار گرفته است متصل شده‌اند.

ترمینال کابل

شکل ۱۰٫ ترمینال‌های کابل

  1. میله زمین

یک سیستم میله‌ی زمین ارائه می‌شود که اتصالات به زمین ایستگاه را آسان و موثر می‌کند. سیستم میله‌ی اتصال به زمین تست خطا شده و به صورت افقی و عمودی در هر بخش از پنل وجود داشته و هرگاه موجود باشد به سوئیچ زمین متصل می‌شود.

میله زمین

شکل ۱۱٫ میله زمین

۱٫۳٫ تجهیزات کنترل و حفاظت

هر نوع سوئیچ‌ابزار ولتاژ متوسط دارای تجهیزات سیگنال‌دهی، حفاظت و کنترل است. تمام این‌ها قابل مشاهده و با خوانش آسان هستند و با تقسیم به سه بخش کار می‌کنند: بخش ولتاژ پایین، بخش مدار شکن، و بخش مربوط به نشانگر بصری جایگاه مدارشکن.

بیایید ببینیم این‌ها چطور کار می‌کنند. توجه داشته باشید که هر نوع سوئیچ‌ابزار MV که در بازار وجود دارد کاملاً منحصر به فرد بوده و هر عنصر توصیف شده را می‌توان در جایگاه دیگری قرار داد که ممکن است کمی متفاوت دیده شود.

تجهیزات کنترل و حفاظت سوییچ کشویی

شکل ۱۲٫ تجهیزات کنترل و حفاظت سوئیچ کشویی فلزی

  1. بخش کنترل و حفاظتت ولتاژ پایین

یک پنل که امکان مشاهده تمام کنترل‌ها و نشانگرها در آن به آسانی وجود داشته و کار با آن آسان است.

  1. رله‌ی حفاظت

مغز سوئیچ‌ابزار MV. به آسانی دیده می‌شود. معمولاً دارای یک نمایشگر است. تولیدکنندگان بسیاری دارای بازه‌ی وسیعی از گزینه‌های رله هستند که می‌تواند روی درب بخش قرار بگیرد.

رله ی حفاظت نصب شده بر روی تابلو

شکل ۱۳٫ رله‌ی حفاظت نصب شده بر روی درب بخش LV

  1. دیاگرام شبیه‌سازی

دیاگرام شبیه‌سازی با درک آسان برای هر مدار

  1. اندازه‌گیری با سوئیچ سلکتور فاز

امکان استفاده از آمپرمتر و سوئیچ انتخاب فاز. امکان استفاده از ولت‌متر و سوئیچ انتخاب فاز

  1. سیستم‌های شناسایی ولتاژ (VDS)

هر پنل مدارشکن را می‌توان به سه سیستم شناسایی ولتاژ فاز برای شناسایی ولتاژ مطابق با IEC 61243-5 مجهز کرد. VDS از یک مقسم خازنی در داخل عایق‌های متصل به کابل تشکیل شده و به اپراتور نشان می‌دهد که آیا کابل متصل زنده (دارای برق) است یا نه.

  1. نشانگر جایگاه مدارشکن

نشانگر جایگاه مدارشکن نشان می‌دهد که مدارشکن در حالت متصل/سرویس دهی یا قطع/تست قرار دارد.

  1. عملیات الکتریکی با نشانگر وضعیت مدارشکن
  • نشانگر وضعیت باز/بسته بودن مدارشکن
  • سوئیچ دستور باز/بسته مدارشکن
  • نشانگر LED مکانیسم شارژ و وضعیت «شارژ شده‌ی» فنر.
  1. نشانگر سوئیچ زمین

نشانگر LED وضعیت باز/بسته سوئیچ زمین

  1. پنجره‌های نمایش

درب بخش مدارشکن که نشانگر بصری جایگاه مدارشکن را نشان می‌دهد و موارد زیر را ارائه می‌کند:

  • وضعیت مدارشکن
  • وضعیت مکانیسم شارژ فنری

پنجره‌ی نمایش درب بخش امکان نمایش بصری وضعیت سوئیچ زمین و بررسی بصری آن را فراهم می‌کند.

  1. عملیات دستی مدارشکن

دکمه‌های باز و بسته مدارشکن

  1. مکانیسم رَک یا کشوی مدارشکن

مکانیسم ورود و خروج رَک مدارشکن

  1. پیکربندی‌های سیستم ولتاژ متوسط

سیستم ولتاژ متوسط معمولاً در نیروگاه، پست های برق، کارخانه‌های صنعتی و معدنی، و همچنین ساختمان‌های بلند برای دریافت و توزیع برق استفاده می‌شود، که دارای کارکردهای کنترل، حفاظت و شناسایی مدارات الکتریکی است.

با طراحی ماژولار، اطاقک جلویی سوئیچ‌ابزار از بخش ولتاژ پایین، بخش مدارشکن، و بخش نگهداری تشکیل شده است، و اطاقک عقبی نیز شامل بخش باس بار و بخش کابل است. اسمبلی آن‌ها را می‌توان به صورت جداگانه انجام داد که تولید و نگهداری انبوه آن‌ها را آسان‌تر می‌کند.

پیکربندی‌های سیستم ولتاژ متوسط نشان داده شده بر اساس استفاده از سوئیچ کشویی فلزی است که در بالا شرح داده شد.

توجه داشته باشید که پیوستگی سرویس مورد نیاز برای سیستم‌های الکتریکی، استفاده از سیستم‌های تک منبعی را غیرممکن می‌کند، زیرا قطعی سیستم می‌تواند باعث قطعی کامل سوئیچ ابزار باشد که به هیچ وجه قابل قبول نیست.

برای همین است که چند پیکربندیِ طراحیِ MV پایه دیگر معرفی می‌کنیم.

۲٫۱٫ پیکربندی تک باس

منابع (شرکت توزیع و یا یک یا چند ژنراتور) به یک باس متصل می‌شوند. تمام فیدرها به همان باس متصل هستند. این پیکربندی ساده‌ترین سیستم است.

با این همه، قطعی شبکه باعث قطعی کامل می‌شود.

معمولاً ژنراتور ظرفیت کافی برای تغذیه‌ی کل بار را ندارد. یک سیستم رله‌ی مناسب مجهز به مدیریت بار، کنترل ولتاژ/فرکانس خودکار برای حفظ عملیات جزئی سیستم مورد نیاز است.

هرنوع بخش اضافی مدارشکن به باس نیازمند خاموشی باس می‌شود، زیرا کوپلر وجود ندارد.

پیکربندی تک باس ولتاژ متوسط

شکل ۱۴٫ پیکربندی تک باس ولتاژ متوسط

۲٫۲٫ یک باس با دو منبع از شرکت توزیع

مانند حالت تک باس، فقط در اینجا دو منبع توزیع وجود دارد. این سیستم به صورت عادی با مدارشکن عادی برای یک منبع با کلید باز کار می‌کند.

به هنگام از دست رفتن سرویس عادی، انتقال به مدارشکن نرمال باز (NO) آماده به کار می‌تواند خودکار یا دستی باشد. انتقال خودکار برای بازگردانی سرویس سریع ترجیح داده می‌شود، به ویژه در ایستگاه‌های بی‌مراقبت.

انتقال مجدد به حالت عادی می‌تواند طبق تأیید شرکت توزیع انجام شود. انتقال (۵-۱۰ سیکل) به صورت لحظه‌ای هر دو منبع ارائه شده را موازی می‌کند.

هشدار!

وقتی دو منبع موازی هستند، جریان خطای موجود در سمت بار دستگاه اصلی مجموع جریان‌های خطای موجود از هر منبع به علاوه خطای موتور است.

توصیه می‌شود مقادیر مجاز اتصال کوتاه باس، مدارشکن‌های فیدر، و تمام تجهیزات سمت بار بر اساس مقدار جریان خطای موجود افزایش یافته انتخاب شوند.

اگر شرکت توزیع انتقال باز را ترجیح دهد، قطع موتورها از باس باید با استفاده از یک تأخیر زمانیِ مناسب به هنگام بسته شدن مجدد مورد اطمینان باشد، و همچنین ولتاژ و فاز باس با توجه به ولتاژ منبع ورودی تحت نظارت باشد.

این طرح باس مانع استفاده از مولد مشترک نیست، بلکه نیازمند استفاده از همگام‌سازی (سنکرون سازی) خودکار پیشرفته و بررسی همگامیت کنترل‌ها، در کنار تخلیه‌ی بار، و کنترل‌های ولتاژ و فرکانس خودکار مذکور است.

پیکربندی دو منبعی

شکل ۱۵٫ MV تک فاز با پیکربندی دو منبعی

این پیکربندی نسبت به طرح ارائه شده در شکل ۱۴ بالا گران‌تر است (طرح تک باس) اما بازگشت سرویس سریع‌تر انجام می‌شود. دوباره، قطعی سیستم باعث قطعی کل بار تا زمان بازگردانی می‌شود.

افزایش باس یا اضافه کردن مدارشکن‌ها نیازمند خاموشی باس می‌شود [/warning_bus]

اگر منابع موازی شوند، باید رله ی جریان معکوس، توان معکوس، و سایر حفاظت‌های رله‌ی مناسب طبق درخواست شرکت توزیع اضافه شود.

۲٫۳٫ منابع چندگانه با کلید کوپلر

این پیکربندی مشابه پیکربندی شکل ۱۵ بالا است (یک باس با دو منبع). تفاوت عمده آن در این است که هر دو منبع حاوی بار بوده و یک کلید کوپلر نرمال باز دارد.

قطعی سیستم بار به هنگام قطعی سیستم توزیع به نصف سیستم محدود شده است. دوباره، بسته شدن کوپلر می‌تواند دستی یا خودکار باشد.

مطالب گفته شده برای انتقال مجدد پیکربندی شکل ۱۵ برای این طرح نیز قابل اعمال است.

سیستم توزیع دو منبعی با گره بازکن

شکل ۱۶٫ سیستم توزیع دو منبعی با گره بازکن

اگر سیستم توزیع منتخب اولیه یا حلقه شده برای بارها استفاده شود، باس‌ها را می‌توان بدون خاموشی و با بستن گره بازکن و انتقال مجدد بارها به باس دیگر توسعه داد.

این پیکربندی نسبت به پیکربندی شکل ۱۵ گران‌تر است (یک باس با دو منبع). این سیستم تنها به دو باس محدود نیست. یکی دیگر از مزایا این است که این طراحی ممکن است شامل موازی‌سازیِ لحظه‌ای باس‌ها به هنگام انتقال مجدد پس از بازگردانی خط برای جلوگیری از یک قطعی دیگر باشد.

هشدار مربوط به شکل‌های ۱۵، ۱۶ و ۱۷ را ببینید.

در شکل ۴، بسته شدن کوپلر پس از باز شدن مدارشکن اصلی می‌تواند دستی یا خودکار باشد. با این همه، چون باس را می‌توان با دو گره بازکن تغذیه کرد، طرح کنترلی باید طوری طراحی شود که این انتخاب انجام شود.

کوپلر سوم به باس‌ها اجازه می‌دهد از هر منبعی تغذیه شوند.

هشدار برای شکل‌های ۱۵، ۱۶ و ۱۷

اگر برنامه موازی‌سازیِ پیوسته‌ی منابع باشد، باید حفاظت در برابر جریان معکوس، توان معکوس و سایر حفاظت‌های رله‌ی مناسب اضافه شود. وقتی هر دو منبع برای لحظه‌ای از زمان موازی می‌شوند، جریان خطای موجود در سمت بار دستگاه اصلی برابر است با مجموع جریان‌های خطای موجود از هر منبع به علاوه جریان خطای موتور.

باید مهاربندهای باس[۸]، مدارشکن‌های فیدر، و تمام تجهیزات سمت بار دارای مقدار مجاز جریان خطای افزایش یافته باشند.

آرایش ولتاژ متوسط با سه انتها

شکل ۱۷٫ آرایش ولتاژ متوسط با سه انتها

۲٫۴٫ نتیجه‌گیری

پیکربندی‌های سیستم ولتاژ متوسط نشان داده شده بر اساس استفاده از سوئیچ کشویی فلزی است. پیوستگی سرویس مورد نیاز از سیستم‌های الکتریکی، استفاده از سیستم‌های تک منبعی را غیرممکن می‌سازد.

در طراحی سیستم ولتاژ متوسط مدرن، مهندس باید:
  1. سیستم را هرچه می‌تواند ساده‌تر طراحی کند
  2. قطعی را هرچه می‌تواند به کوچک‌ترین بخش سیستم محدود کند
  3. روشی برای توسعه‌ی سیستم بدون خاموشیِ قابل توجه ارائه کند
  4. یک سیستم رله‌ی محافظ طراحی کند، بطوریکه بخش خطادار از سرویس قطع شده، و آسیب به آن مطابق با حالت منتخب به حداقل برسد.
  5. تمام تجهیزات را با مقادیر مجاز منتشر شده و استانداردهای ملی مربوط به تجهیزات و نصب آن‌ها را مشخص و اعمال کند.

[۱] Compartmentalized

[۲] short-time

[۳] Swtichgear: برای سادگی سوئیچ و یا تجهیزات سوئیچ نیز استفاده می‌شود

[۴] switchgear

[۵] Vacuum

[۶] padlock

[۷] tape-wound CTs

[۸] bus bracing

 

مقالات مرتبط :

نصب تابلو برق فشار ضعیف – نصب و راه اندازی و جانمایی تابلو برق فشار ضعیف

انواع کلید تابلو های فشار ضعیف برق

 تابلو GIS یا تابلو های عایق شده با گاز – اجزای پست های برق با عایق گازی

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن