3 دلیل حیاتی برای استفاده از تابلو برق در واحدهای صنعتی و مسکونی

تابلو برق در حال حاضر یکی از عناصر اصلی واحدهای صنعتی و مسکونی به حساب می آید که در منازل مسکونی اغلب از تابلو برق کنتوری استفاده می شود، اما در اماکن صنعتی از تابلو برق به عنوان تابلو توزیع برق استفاده می شود که با توجه به تجهیزات مورد نیاز در یک صنعت از تجهیزات صنعتی خاص آن صنعت در تابلو برق استفاده می شود. در این مقاله به شما توضیح می دهیم که چرا تابلو برق به یکی از مهم ترین تجهیزات مورد استفاده در واحدهای صنعتی و مسکونی تبدیل شده است.

مراحل تولید برق به زبان ساده

تولید انرژی الکتریکی فرآیندی می باشد که در طول آن شکل های گوناگون انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل می شوند و برای رسیدن به این هدف راه های متعددی وجود دارد.

فرآیند تولید انرژی الکتریکی اغلب از منابع طبیعی مانند زغال سنگ (نیروگاه سوخت فسیلی)، نفت، گاز طبیعی، اورانیوم (نیروگاه هسته ای)، جریان آب و جریان باد بهره می گیرد و در تمام این موارد به جز انرژی بادی، برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی از ژنراتورهای سنکرون AC که به توربین بخار، آبی یا گازی متصل هستند، استفاده می شود. استفاده از این ژنراتورها دارای فواید بسیاری است که استفاده از آنها را در بیشتر صنایع بزرگ تولید برق رایج نموده است.

پس از تولید، مرحله انتقال نیروی برق مطرح می شود، زیرا هدف اصلی از تولید نیروی برق تامین برق مصرف کنندگان مسکونی و صنعتی می باشد. از آن جایی که توان تولید محدود می باشد و هم چنین با توجه به مسافت های طولانی و افت ولتاژ ناشی از آن که به ناچار بین تولیدکننده و مصرف کننده وجود دارد، نیروی برق توسط ترانسفورماتور در مراحل مختلف افزایش و کاهش می یابد.

پست های برق ایستگاه هایی می باشند که در مسیر تولید، انتقال یا توزیع انرژی الکتریکی ولتاژ را به وسیله ترانسفورماتور به مقادیر بالاتر یا پایین تر تغییر می دهند. توان الکتریکی می تواند از میان شمار زیادی پست بین نیروگاه و مصرف کننده بگذرد و ولتاژ آن در طول مسیر بارها تغییر کند. معمولا در ابتدای مسیر انتقال نیرو از ولتاژهای بالا (فشار قوی High Voltage) استفاده می شود، چرا که با بالا بردن ولتاژ جریان کاهش می یابد و انتقال آن با سهولت بیشتر و تلفات الکتریکی کمتری انجام می پذیرد، ولی پیوسته با نزدیک شدن خط انتقال به مصرف کننده و خطرات ناشی از عبور ولتاژ در مقادیر بالا برای انسان ولتاژ خط توسط ترانسفورماتورها کاهش می یابد تا نیروی برق قابلیت استفاده برای تجهیزات شهری و صنعتی را داشته باشد و با ایمنی بیشتر به مصرف کننده برسد. این بخش از پروسه انتقال نیروی برق، خطوط فشار ضعیف (Low Voltage) نامیده می شود.

به طور کلی سطح ولتاژ در حیطه فشار ضعیف، ولتاژهای پایین تر از 1000 ولت می باشد. در سیستم های فشار ضعیف 400 یا 380 ولت که در ایران بیشترین کاربرد را در صنعت شهرنشینی دارد، غالبا برای تامین برق تجهیزات داخلی صنایع و مجتمع های مسکونی استفاده می شود. برق 220 ولت نیز از انشعاب یک فاز و نول حاصل می شود که برای مصارف تکفاز در این بخش به کار برده می شود.

ترانسفورماتورها که با توان های مختلف ارائه می شوند ولتاژ را به 400 ولت کاهش می دهند و به عبارتی تغذیه تابلوهای LV را میسر می سازند که در نهایت تابلوهای فشار ضعیف با توجه به نوع و کارایی آنها برق را مستقیما به مصرف کننده انتقال می دهند.

چرا باید از تابلو برق استفاده کرد؟

تابلو برق به نوعی واسطی است بین منبع و مصرف کننده که به طور کلی چند وظیفه مهم دارد. وظایف تابلو برق به شرح زیر می باشد:
1-توزیع نیروی برق و تغذیه مصرف کننده ها: در یک مجموعه صنعتی یا مسکونی معمولا یک یا چند ورودی (برق شهر، ژنراتور) وجود دارد که می تواند تعداد زیادی مصرف کننده را تغذیه نماید. بدیهی است که ما باید برق ورودی را بین تمامی مصرف کننده ها پخش و توزیع کنیم. در واقع، یک تابلو برق می تواند یک ورودی و تعداد زیادی خروجی داشته باشد. ورودی برق (INCOMING)، تغذیه کننده اصلی و ورودی تابلو برق محسوب می شود. ورودی می تواند نسبت به مصرف با هر ولتاژ (380، 220، 24 و ...) یا با هر جریانی تعیین شود (البته مطابق با استانداردهای نامی).

باسبار (BUSBAR) رابطی است بین ورودی و مصرف کننده که نقش توزیع و تقسیم کننده جریان برق را بر عهده دارد. مانند شینه های مسی و ترمینال هایی که صرفا برای پخش بار بین لوازم مختلف استفاده می شوند.

بار مصرفی (LOAD)، به مقدار جریان مصرفی و خروجی یک سیستم اطلاق می شود. به طور کلی در این بخش عمل توزیع یا پخش بار بین مصرف کننده ها انجام می گیرد.

2- حفاظت از مصرف کننده ها و ایمنی کاربران: مهم ترین نقش تابلو برق حفاظت است.

یک تابلو برق باید در این موارد موثر باشد: حفاظت از جان انسان، حفاظت در مقابل خطر آتش سوزی، حفاظت از مصرف کننده ها در مقابل اختلالات الکتریکی اعم از کم و زیاد بودن ولتاژ، بار اضافه، اتصال کوتاه و هر گونه عاملی که چه از نظر الکتریکی و چه از نظر مکانیکی بخواهد به مصرف کننده صدمه بزند.

در مدارات برای اینکه مقدار جریان خروجی سیستم، بیشتر از ورودی اعمال نشود و نیز هر خط خروجی بیش از حد مجاز جریان مصرف نکند، در داخل تابلوهای برق، از فیوزها و کلیدهای محافظ استفاده می کنند که اصولا آنها نسبت به مقدار جریان عبوری بیشتر از حد مجاز در مدار واکنش نشان داده و قطع می شوند. فیوزها به عبارتی محدودکننده جریان مصرفی می باشند و مدار را در مقابل بار اضافه حفاظت می نمایند.

یکی از مهم ترین مسائلی که طراحان و مجریان سیستم های تابلو برق باید از آن آگاه باشند، نحوه حفاظت و نیز طریقه عملکرد لوازم حفاظتی می باشد. بنابراین ما باید ابتدا بدانیم که هر مصرف کننده به چه تجهیزاتی نیاز دارد و هر یک از این لوازم حفاظتی چه خاصیتی دارند تا بتوانیم در امر طراحی صحیح تابلو برق نتیجه درست بگیریم. اینکه می گوییم نتیجه درست، به این دلیل است که در برخی موارد ما کلیه لوازم حفاظتی مورد نیاز یک مصرف کننده را پیش بینی می کنیم ولی باز هم شاهد صدمه دیدن و سوختن آن خواهیم بود. این مساله می تواند به دلیل انتخاب نابجا و محاسبه نادرست لوازم حفاظتی باشد. هیچگاه و در هیچ شرایطی نباید یک مصرف کننده بسوزد یا صدمه ببیند.

شاید این سوال پیش بیاید که چون بسیاری از عوامل از دست ما خارج هستند آیا می توان به طور کامل مصرف کننده را در مقابل صدمات و اختلالات مختلف محافظت کرد یا خیر؟ در پاسخ به این سوال دو نکته مهم وجود دارد: اولا اینکه یک سری عوامل مکانیکی وجود دارند که می توانند باعث صدمه رساندن به تجهیزات شوند. این عوامل به دلایل مختلف ایجاد می شوند و ارتباطی با بخش الکتریکال ندارند ولی می توانند به کمک تمهیداتی که در مدارات الکتریکی انجام می شوند حفاظت شوند. مانند خرابی گیربکس یک دستگاه که باعث می شود موتور بار اضافه تحمل کند و بسوزد. این مساله در صورت انتخاب و محاسبه صحیح فیوزها و کلیدهای حفاظتی قابل پیشگیری می باشد و می تواند از سوختن موتور جلوگیری نماید. به عبارت دیگر تاثیرات مخرب عوامل مکانیکی در سیستم الکتریکال بروز می نماید بنابراین تا حدی می توان این بخش را کنترل کرد.

مساله دوم این است که آیا هزینه مورد نیاز برای تامین لوازم حفاظتی مقرون به صرفه است یا خیر. به عنوان مثال ما برای حفاظت یک لامپ از فیوز مینیاتوری استفاده می کنیم. یک فیوز مینیاتوری به تنهایی نمی تواند جوابگوی تمام عوامل مخرب مانند نوسانات ولتاژ باشد، علاوه بر اینکه فیوز تا حدی بالاتر از جریان نامی یک لامپ انتخاب می شود. برای حفاظت بیشتر لامپ و نیز جلوگیری از نوسانات مخرب ولتاژ می توانیم از دستگاه استابلایزر (Stabilizer) استفاده کنیم. این وسیله ولتاژ را تثبیت کرده و نوسانات آن را تصحیح می کند که مزایای دیگری هم دارد. ولی این موضوع نیز قابل بحث است که با توجه به هزینه بالای این گونه لوازم آیا هر جایی ارزش این کار را دارد یا خیر؟ آیا خرید و تعویض 2 عدد لامپ بهتر است یا خرید میلیونی استابیلایزر؟

و یا در مثالی دیگر، همان طور که می دانیم برای راه اندازی موتور می توان از درایوهای کنترل دور موتور استفاده نمود زیرا مزایای بسیاری دارند مانند حفاظت موتور در مقابل دو فاز شدن، حفاظت در مقابل اضافه بار، کنترل سرعت موتور، استارت موتور بدون جریان اولیه، قابلیت کنترل و فرمان پذیری و غیره.

اما سوال این است که چرا از درایوهای کنترل دور موتور با توجه به مزایایی که دارند در هر سیستمی استفاده نمی شوند؟ پاسخ به این دلیل است که استفاده از آن در هر مداری مقرون به صرفه نیست و همانطور که قابل مشاهده است در اغلب مدارات برای راه اندازی موتور همچنان از کنتاکتور استفاده می شود.

البته منظور از این مثال ها این نیست که از به کارگیری این گونه لوازم سودی حاصل نمی شود زیرا بسیاری از تمهیدات و هزینه هایی که در امر حفاظت، ایمنی و آینده نگری صورت می گیرند، در مدت زمان طولانی بازگشت سرمایه را به همراه دارند. به طور خلاصه منظور ما از این مثال ها این است که ما عملا در اغلب موارد با بحث هزینه روبرو هستیم و تا حدود زیادی باید نسبت به طراحی را انجام دهیم.

نتیجه ای که می گیریم این است که در هر پروژه ای نسبت به کارایی، حساسیت و هزینه آن باید لوازم حفاظتی را انتخاب نمود که این کار خود یک هنر است. مهم ترین مساله این است که نسبت به هزینه بهترین کیفیت و حفاظت را داشته باشیم. زیرا بارها اتفاق افتاده است که برخی لوازم با اینکه هزینه زیادی را در بر داشته اند ولی حفاظت و کیفیت لازم را ندارند.

3- بهینه سازی و کنترل مصرف کننده ها و تجهیزات: از دیدگاه صنعت بحث کنترل می تواند بسیار سنتی و قدیمی و یه به صورت هوشمند و مدرن باشد. مانند روشن کردن یک لامپ به کمک یک کلید معمولی و یا روشن کردن آن توسط کنترلرهایی مانند PLC. در هر صورت تابلو برق به نوعی مرکز کنترل و حفاظت وسایل و تجهیزات ما می باشد.

بحث کنترل در تابلو برق یکی از گسترده ترین مباحثی است که می توان در مورد آن صحبت کرد و هیچ گاه نمی شود بحث کنترل را در یک نگاه خلاصه نمود زیرا کنترل یک سیستم به طور کلی به چند مورد بستگی دارد:
- نیاز سیستم و حفاظت آن
- هزینه های اقتصادی
- پیش بینی نیازها و توسعه در آینده
- نیاز و خواسته ی کار فرمایان

گوس متر چیست و معرفی انواع گوس متر ارزان

تفاوت میدان الکتریکی و مغناطیسی:

به همان صورت که یک ذره باردار در اطراف خود میدان الکتریکی ایجاد می کند، یک آهنربای کوچک نیز در اطراف خود میدان مغناطیسی ایجاد می کند. میدان مغناطیسی و میدان الکتریکی هر دو بردار می باشند. همان طور که می دانیم هر آهنربا دارای دو قطب N و S است و میدان مغناطیسی در قطب ها بیشترین مقدار خود را دارا می باشد و برخلاف بارهای الکتریکی که فقط می توانند یا مثبت باشند و یا منفی آهنربا همواره دارای دو قطب مثبت N و منفی S می باشد و حتی با بخش کردن یک آهنربا نمی توان قطب های آن را از هم جدا کرد و حتی بعد از بخش کردن هم هر آهنربا مجدد یک قطب N و یک قطب S دارد. اگر بخواهیم کمی علمی تر به بحث میدان مغناطیسی بپردازیم، می توان میدان مغناطیسی را میدان اطراف یک بار الکتریکی در حال حرکت تعریف کرد. بنابراین میدان مغناطیسی می تواند توسط سیم های حامل جریان نیز ایجاد شود. همچنین روش دیگر تولید میدان مغناطیسی، تغییر میدان الکتریکی می باشد. زمین هم با توجه به خاصیت هسته خود دارای میدان مغناطیسی است و قطب های مغناطیسی آن برعکس قطب های جغرافیایی می باشند، یعنی قطب شمال زمین معادل جنوب مغناطیسی می باشد.

چه موادی خاصیت مغناطیسی دارند؟

برخی مواد دارای این خاصیت می باشند که وقتی در میدان مغناطیسی واقع می شوند دارای خاصیت آهنربایی می شوند که این مواد به دو دسته زیر تقسیم می شوند:
مواد فرومغناطیس نرم: موادی که به آسانی آهنربا شده و به همان سادگی هم خاصیت آهنربایی خود را از دست می دهند را مواد فرومغناطیس نرم گویند به عنوان مثال آهن یک ماده فرومغناطیس نرم است.

مواد فرومغناطیس سخت: به موادی که دیر آهنربا شده و دیر هم خاصیت خود را از دست می دهند مواد فرومغناطیس سخت گفته می شود. به عنوان مثال فولاد یک ماده فرو مغناطیس سخت است.

میدان مغناطیسی حاصل از عبور جریان:

در قرن هجدهم بسیاری از دانشمندان به دنبال کشف ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس بودند. البته مشخص شد که بار الکتریکی ساکن و آهنربا هیچ اثر و یا انرژی بر یکدیگر ندارند تا زمانی که هانس کریستال اورستد پدیده جالبی را کشف کرد. او به صورت اتفاقی دریافت که سیم حامل جریان می تواند بر روی راستای عقربه قطب نما که در نزدیکی سیم قرار داشت اثر بگذارد. بنابراین نتیجه گرفت که ظاهرا سیم حامل جریان، میدان مغناطیسی تولید می کند. بنابراین کشف اورستد سرآغاز پیدایش دانش جدیدی به نام الکترومغناطیس شد. سیم حامل جریان هم چنین می تواند به صورت یک سیم پیچ باشد. بدین صورت که اگر یک هادی جریان الکتریکی را به صورت دایره هایی با مراکز مشترک بپیچیم در واقع یک نوع ساده از سیم پیچ را ایجاد کرده ایم. این سیم پیچ هم چنین به نام هایی چون بوبین یا سلف نیز شناخته می شود. وقتی از این بوبین و یا سلف جریان الکتریکی عبور کند، میدان مغناطیسی به وجود می آید. اگر بوبین را ایده آل در نظر بگیریم (بوبینی ایده آل نامیده می شود که طول آن نسبت به مساحتش بسیار بزرگتر باشد.) میدان مغناطیسی داخل سیم پیچ یکنواخت می شود و از میدان مغناطیسی خارج آن بسیار بیشتر می باشد، به طوری که میدان مغناطیسی دهانه سیم پیچ نصف میدان مغناطیسی میانه سیم پیچ است. این سیم پیچ ها در تمام موتورهای الکتریکی و ترانس ها به کار می روند و این سیم پیچ ها به صورت های مختلف مانند توزیع شده و متمرکز پیچیده می شوند. میدان مغناطیسی داخل سیم پیچ به عواملی از قبیل تعداد پیچش سیم در واحد متر به دور هسته آهنی که وجود این هسته خود موجب تقویت میدان می شود و نیز به بزرگی جریان عبوری از سیم نیز بستگی دارد، به طوری که هر چه جریان بزرگتر باشد، میدان تولید شده نیز بزرگتر است.

تاثیر میدان های الکترومغناطیسی بر سلامت:

با توجه به روند صنعتی شدن جوامع و از جمله افزایش روز افزون تجهیزات الکتریکی، طیف بیشتری از افراد جامعه چه در محیط های کاری و چه در محیط های مسکونی در معرض مواجهه با میدان های مغناطیسی و الکتریکی قرار دارند، و این مساله امکان ایجاد اثرات زیان بار بر سلامت افراد را افزایش داده است و همانگونه که زغال سنگ در گذشته انقلاب صنعتی را رقم زده است، امروزه هم الکتریسته به عنوان سوخت نامرئی زندگی مدرن می باشد و استفاده از این نیرو سبب تولید میدان های الکتریکی و مغناطیسی می شود. میدان های الکترومغناطیسی بر اساس رنج فرکانس شان به دو دسته ELF و VLF تقسیم می شوند. فرکانس میدان ELF در رنج 3 تا 300 هرتز می باشد و رنج فرکانس میدان VLF در رنج 3 تا 300 کیلوهرتز می باشد. میدان های الکترومغناطیسی می توانند توسط هر نوع کابل کشی و تجهیزات حامل جریان الکتریکی مانند خطوط برق هوایی و زمینی و سیم کشی منازل و تجهیزات پزشکی و وسایل الکتریکی و غیره تولید شوند. هر چه فاصله از منبع افزایش یابد شدت میدان کاهش می یابد و معمولا در اطراف منبع مولد حداکثر می باشد. با اینکه میدان های الکتریکی و مغناطیسی با هم تولید می شوند، اما ماهیت فیزیکی و نحوه تاثیر آنها روی بدن انسان متفاوت است. نگرانی بیشتر در مورد میدان های مغناطیسی می باشد، زیرا میدان های مغناطیسی به راحتی در ساختمان ها و پوست افراد نفوذ می کنند و به سختی قابل کنترل هستند. بنابراین به صورت کلی هم جهت اهداف سلامت و هم اهداف صنعتی اندازه گرفتن میدان های مغناطیسی لازم است و برای اندازه گیری این میدان ها در حال حاضر تجهیزاتی مانند گوس متر یا تسلامتر و یا میدان سنج مورد استفاده قرار می گیرد.

انواع گوس متر:

گوس متر یا تسلامتر که اصطلاحا به آن میدان سنج هم می گویند، وسیله ای برای اندازه گیری میدان های مغناطیسی می باشد که این میدان سنج ها می توانند میزان شدت میدان را در یک جهت و یا سه جهت اندازه گیری نمایند. میدان سنج ها می توانند شدت میدان را با دو واحد تسلا و یا گوس اندازه گیری نمایند. هم چنین از نظر اندازه گیری شدت میدان در فرکانس های پایین و بالا هم گوس مترها به دو دسته تقسیم می شوند و برخی در فرکانس های پایین را اندازه می گیرند و برخی در فرکانس های بالا. برخی محصولات که برای اندازه گیری میدان الکتریکی و یا مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند به شرح زیر می باشند:

دستگاه اندازه گیری میدان الکتریکی و مغناطیسی مدل ERT-2000 ساخت تایپو تایوان:

دستگاه ERT-2000 برای اندازه گیری هر دو میدان های الکتریکی و مغناطیسی به کار می رود و این دستگاه را می توان در هر دو محیط داخلی و فضای باز استفاده کرد. این دستگاه میدان الکتریکی را در رنج 1 V/m تا 1999 V/m می تواند اندازه بگیرد و میدان مغناطیسی را در رنج 0.01µT تا 19.99µT اندازه گیری می کند. این دستگاه می تواند اندازه گیری را در رنج فرکانسی 5 هرتز تا 1500 مگاهرتز انجام دهد.