طراحی و ساخت تابلو برق 20 کیلو ولت کشویی

طراحی و ساخت تابلو برق 20 کیلو ولت

تابلو MV

سیستم‌های توزیع ولتاژ متوسط

امروزه مهندسان طراحی سیستم می‌توانند از میان سیستم‌های بسیاری برای کاربردهای خاص انتخاب انجام دهند. این بحث سیستم‌های تابلو برق 20 کیلوولت  و اصلاحات عملیِ آن‌ها را پوشش می‌دهد. اما ابتدا تجهیزات اولیه/ثانویه و کنترل/حفاظت یک تابلو برق فلزی ولتاژ متوسط را بحث می‌کنیم .

طراحی تابلو برق 20 کیلو ولت 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

======================

1.1. اجزای تابلوبرق 20 کیلو ولت پوشش فلزی

تجهیزات تابلوبرق فلزی ولتاژ متوسط مطابق با C37.20.2 دارای یک طراحی بخش بخش شده[1]‌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 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 [2]و اتصال کوتاه بر روی کل تابلوبرق، و همچنین تست خطا (بستن و لَچ) بر روی سوئیچ‌ابزار طبق شکل 1 مشخص می‌شود.

شکل 1. 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. آزمایشهای 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.

======================

1.2. 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 اصلی‌است، و تجهیزات و تولیدکنندگان بسیاری وجود دارد که با مدارشکن SF6، همان سوئیچ را تولید می‌کنند.

شکل 2. طراحی پایه سوئیچ‌ابزار[3] 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[4] وجود دارد.

2. 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.

3. بخش ولتاژ پایین

این بخش با بخش‌های فلزی زمین‌ و عایق شده

و فضای کافی برای دستگاه‌های کنترل و حفاظت دارد.

شکل 3. بخش ولتاژ پایین

4. 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 4000A، 50kA به مدت 4 ثانیه تست شوند.

بخش‌های قالب اپوکسی سوئیچ‌ابزار مجزا

شکل 4. بخش باس بار

5. بخش مدار شکن خلاء (کلید خلا) [5]

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 شده‌است، بطوریکه تا زمانی که مدارشکن خاموش شده و در حالت تست قرار نگیرد، امکان باز شدن آن وجود ندارد.

شکل 5. بخش مدارشکن خلاء

6. 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[6] 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.

شکل‌6. شاترهای خودکار

7. کلید ارت‌کننده

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) شده‌است، 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.

 

شکل‌7. سوئیچ زمین مدار

 

مقاله مرتبط:

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

8. ترانسفورماتورهای جریان

CTهای قالب رزینی به عنوان یک استاندارد برای مقادیر مجاز وسیعی ارائه می‌شود، و یک گزینه بری استفاده از CTهای نواری [7]ولتاژ پایین در همان مکان وجود دارد.

شکل‌8. ترانسفورماتورهای جریان

مقاله مرتبط:

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

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

9. ترانسفورماتورهای ولتاژ

دارای فیوزهای اولیه‌ی کشویی هستند که امکان ایزولاسیون کامل ترانسفورماتور را فراهم می‌کند.

شکل‌9. ترانسفورماتورهای ولتاژ

مقاله‌ی مرتبط:

تئوری ترانسفورماتورهای ولتاژ (PT یا VT )

ترانسفورماتورهای ولتاژ PT – VT – CVT

10. ترمینال‌های کابل

ترمینال‌های کابل بزرگ معمولاً با 9 کابل تک هسته‌ای به ازای هر فاز ارائه‌می‌شود که وارد قسمت پایین سوئیچ ابزار‌شده و ترمینال انتهایی آن‌ها با گوشک‌های فشرده به دنباله‌های مسی که در پایین هر پنل قرار گرفته‌است متصل شده‌اند.

شکل‌10. ترمینال‌های کابل

11. میله زمین

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

شکل‌11. میله زمین

======================

1.3. تجهیزات کنترل و حفاظت تابل برق 20 کیلو ولت

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.

شکل‌12. 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 آسان‌است.

2. رله‌ی حفاظت

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

شکل‌13. رله‌ی حفاظت نصب شده بر روی درب بخش LV

3. دیاگرام شبیه‌سازی

دیاگرام شبیه‌سازی با درک آسان برای هر مدار

4. اندازه‌گیری با سوئیچ سلکتور فاز

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

5. 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.

6. نشانگر جایگاه مدارشکن

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

7. 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.

8. نشانگر سوئیچ زمین

LED وضعیت باز/بسته سوئیچ زمین

9. 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.

10. عملیات دستی مدارشکن

دکمه‌های باز و بسته مدارشکن

11. مکانیسم رَک یا کشوی مدارشکن

مکانیسم ورود و خروج رَک مدارشکن

2. 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 استفاده‌می‌شود، که دارای کارکردهای کنترل، حفاظت و شناسایی مدارات الکتریکی‌است.

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

پیکربندی‌های سیستم ولتاژ متوسط نشان داده‌شده بر اساس استفاده‌از سوئیچ کشویی فلزی است که در بالا شرح داده‌شد.توجه داشته باشید که پیوستگی سرویس مورد نیاز برای سیستم‌های الکتریکی، استفاده‌از 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.

2.1. 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 سیستم‌است.با این همه، قطعی شبکه باعث قطعی کامل‌می‌شود.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 نیاز‌است. هرنوع بخش اضافی مدارشکن به باس نیازمند خاموشی باس می‌شود، زیرا کوپلر وجود ندارد.

شکل‌14. پیکربندی تک باس ولتاژ متوسط

======================

2.2. 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 انجام‌شود و انتقال (5-10 سیکل) به صورت لحظه‌ای هر دو منبع 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 موتور‌است.

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 استفاده‌از 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 مذکور‌است.

شکل‌15. MV تک فاز با پیکربندی دو منبعی

این پیکربندی نسبت به طرح ارائه‌شده در شکل 14 بالا گران‌تر‌است (طرح تک باس) اما بازگشت سرویس سریع‌تر انجام می‌شود. دوباره، قطعی سیستم باعث قطعی کل بار تا زمان بازگردانی‌می‌شود.

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

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

======================

2.3. منابع چندگانه با کلید کوپلر

این پیکربندی مشابه پیکربندی شکل‌15 بالا‌است (یک باس با دو منبع). تفاوت عمده آن در این‌است 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 شده‌است. دوباره، بسته شدن کوپلر می‌تواند دستی یا خودکار باشد.

مطالب گفته‌شده برای انتقال مجدد پیکربندی شکل‌15 برای این طرح نیز قابل اعمال است.

شکل‌16. سیستم توزیع دو منبعی با گره بازکن

اگر سیستم توزیع منتخب اولیه یا حلقه‌شده برای بارها استفاده‌شود، 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 15 گران‌تر‌است (یک باس با دو منبع). این سیستم تنها به دو باس محدود نیست. یکی دیگر از مزایا این‌است که این طراحی ممکن‌است شامل موازی‌سازیِ لحظه‌ای باس‌ها به هنگام انتقال مجدد پس از بازگردانی خط برای جلوگیری از یک قطعی دیگر باشد.

هشدار مربوط به شکل‌های 15، 16 و 17 را ببینید.

در شکل‌4، 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 15، 16 و 17

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 برابر‌است با مجموع جریان‌های خطای موجود از هر منبع به علاوه جریان خطای موتور.

باید مهاربندهای باس[8]، مدارشکن‌های فیدر، و تمام تجهیزات سمت بار دارای مقدار مجاز جریان خطای افزایش یافته باشند.

شکل‌17. آرایش ولتاژ متوسط با سه انتها

2.4. نتیجه‌گیری

. 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 طراحی‌کند.
2. قطعی را هرچه می‌تواند به کوچک‌ترین بخش سیستم محدودکند.
3. روشی برای توسعه‌ی سیستم بدون خاموشیِ قابل توجه ارائه‌کند.
4. یک سیستم رله‌ی محافظ طراحی کند، بطوریکه بخش خطادار از سرویس قطع شده، و آسیب به آن مطابق با حالت منتخب به حداقل‌برسد.
5. تمام تجهیزات را با مقادیر مجاز منتشر شده و استانداردهای ملی مربوط به تجهیزات و نصب آن‌ها را مشخص و اعمال‌کند.

======================

[1] Compartmentalized

[2] short-time

[3] Swtichgear: برای سادگی سوئیچ و یا تجهیزات سوئیچ نیز استفاده‌می‌شود

[4] switchgear

[5] Vacuum

[6] padlock

[7] tape-wound CTs

[8] 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