تابلو برق و انواع آن

امروزه تابلوهای برق یکی از عناصر اصلی واحدهای صنعتی و مسکونی محسوب می شوند؛ بنابراین حتماً برای شما هم پیش آمده که در ساختمان و یا شرکت خاصی به طور اتفاقی چشمتان به تابلو برق افتاده باشد، محفظه ای که شامل تجهیزات الکترونیکی و همین طور لوازم حفاظتی و نمایشگرهای برق است. وجود تابلو برق ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است چراکه علاوه بر ایجاد نظم و ارتباط صحیح میان اجزای یک سیستم برقی، ایمنی را نیز برای افراد مشغول به کار در آن محیط ایجاد می کند.

تابلو برق صنعتی چیست؟

تابلو برق یک محفظه الکتریکی شامل همه تجهیزات کلید زنی و محافظتی سیستم برق است. این تابلوها همچنین شامل همه دستگاه های مربوط به کنترل، پایش و تنظیم سیستم ها نیز می شوند. درنتیجه مجموع این ها در یک پک، تابلو نامیده می شوند. به بیان دیگر، سیستم هایی که برای کلید زنی، کنترل و حفاظت مدارهای الکتریکی و انواع مختلف تجهیزات الکتریکی به کار می روند، به عنوان تابلو برق شناخته می شوند.

دلایل استفاده از تابلو برق ها

شاید یکی از اصلی ترین و مهم ترین دلایل استفاده از تابلو برق ها محافظت از تجهیزات برق ساختمان در مقابل برف و باران و تغییرات آب و هوایی است. از طرفی با قرار دادن تجهیزات در چنین فضایی احتمال برق گرفتگی و خطر برای افراد نیز پایین میاید.
از دیگر دلایل استفاده از تابلو برق ها در اصلاح ضریب توان است. درواقع فیوزها و قطع کننده مدارها می توانند از نشتی جریان و متعاقباً عدم توزیع مساوی جریان در بین اجزای مختلف تابلو برق جلوگیری کنند؛ بنابراین وجود چنین سازه هایی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

انواع تابلو برق ازلحاظ سطح ولتاژ

تابلوها ازلحاظ سطح ولتاژ به سه دسته تقسیم می شوند که شامل:

۱. تابلوهای فشار ضعیف (LV) تا ۱۰۰۰ وات

تابلوهای فشار ضعیف در سطح ولتاژ کمتر از ۱۰۰۰ وات قرار دارند. درواقع تابلوی فشار ضعیف ترکیبی است از یک یا چند وسیله قطع و وصل همراه با تجهیزات کنترلی، اندازه گیری، نشانگر، حفاظت، تنظیم کننده و … که به نحوی بهینه نصب و سوار شده و کلیه اتصالات ازجمله اتصالات الکتریکی و مکانیکی داخلی و قطعات ساختمانی را شامل می گردد. ولتاژ نامی تابلوهای فشار ضعیف معمولاً تا ۶۹۰ وات و ولتاژ سرویس تا ۴۰۰ وات می باشند.

انواع تابلو برق فشار ضعیف

به طورکلی تابلوهای فشار ضعیف ازنظر نوع استفاده به دسته های زیر تقسیم بندی می شوند که شامل:

• تابلوهای اصلی 

تابلوهای اصلی نقش منبع کل سیستم دارند و اکثراً بعد از ترانس قرار می گیرند. معمولاً تابلوهایی اصلی را به صورت یک ورودی یا دو ورودی طراحی می کنند که یکی از ورودی ها می تواند از ترانس یا ژنراتور باشد. در این تابلوها معمولاٌ مدارات کنترلی و حفاظتی زیادی قرار می گیرد تا با این کار احتمال خطا را به حداقل برساند. لازم به ذکر است که اکثر فیدرهای این تابلو از نوع کلیدهای هوایی می باشند.

• تابلوهای زیردستی

منبع تغذیه تابلوهای زیردستی از فیدرهای تابلوهای اصلی نشات می گیرد و کار توزیع انرژی به قسمت های مختلف را انجام می دهد. درواقع در این تابلوها ورودی ها و خروجی ها معمولاٌ با استفاده از کلیدهای کمپکت می باشد و حفاظت فیدرها توسط مکانیسم های داخلی کلید تأمین می گردد. همچنین لازم به ذکر است که این تابلوها نیازی به مدار فرمان خاصی ندارند.

• تابلوی برق دی بی (DB)

اکثراً این تابلوها در دفاتر اداری استفاده می شوند و معمولاٌ به صورت دیواری ساخته می شوند تا حداقل فضای ممکن را اشغال نمایند. ورودی و خروجی این تابلوها نیز اکثراٌ با کلید مینیاتوری می باشد.

• تابلوهای کنترلی یا واسطه ای

از تابلوهای کنترلی در جهت ارتباط و کنترل تابلوهای اصلی، MCC  و در مواردی تابلوهای زیردستی استفاده می شود و با توجه به نوع سیستم می تواند از کنترل تمام اتوماتیک تا نیمه اتوماتیک و دستی آن استفاده کرد. کاربرد این نوع از تابلوها در اکثر مواقع در سیستم هایی با حساسیت بالا که خط تولید پیوسته مانند کارخانه های فولادسازی، شیشه سازی و… دارند، می باشد. همچنین باید بدانید که این نوع از سیستم ها باید دائماً تحت کنترل باشند.
همچنین از دیگر مزایای این سیستم کم کردن حجم قطعات الکتریکی و مکانیکی مدارات و آسان نمودن عیب یابی ، تعمیر و نگهداری و ردیابی ایراد به وجود آمده در سیستم است.

• تابلو برق خازنی

همواره در صنایع از موتورهای القایی و بارهای سلفی استفاده می شود که این بارها به علت اختلاف زاویه ولتاژ و جریان نمی توانند حداکثر توان را مصرف نمایند، در چنین حالتی همواره مقداری توان تلف شده در سیستم وجود دارد. یکی از روش های حل این مشکل استفاده از خازن یا تابلوهای خازنی می باشد که باعث اصلاح ضریب قدرت و حذف اثر سلفی موتورها و سیستم های القایی می گردد. این تابلوها در اکثر موارد جزئی از تابلوهای اصلی می باشند و با استفاده از رله های میکروپروسسوری هوشمند، با نمونه جریان و ولتاژ تابلوهای اصلی، ضریب قدرت را اصلاح می کند.

• تابلوهای MCC (Motor Control Center)

تابلوهای ام سی سی معمولاً در تمامی صنایع، شرکت ها و در برخی دفاتر وجود دارند. درواقع این تابلوها از تابلوهای اصلی تغذیه شده و بسته به نوع کنترل و حساسیتی که دارند، دارای کنترل ها و حفاظت مختلفی می باشند. همچنین در برخی از موارد مجهز به سیستم فرمان از راه دور یا PLC  می باشند و بسته به نیاز می توانند به طرق مختلف با استفاده از استارترهای مختلف مثل DOL, STAR-DELTA یا با استفاده از VFD یا سافت استارتر شروع به عمل نماید.

• تابلو برق کشویی

ازآنجایی که تابلو برق های کشویی اهمیت ویژه ای دارند لازم است توضیح مختصری در رابطه با موارد استفاده از آن داده شود. امروزه در اکثر صنایع به دلیل هزینه های بالای مربوط فضای اختصاص یافته برای اجرای پروژه، سعی شده تا از فضای مذکور حداکثر استفاده بشود بنابراین همین مسئله می تواند یکی از دلایل استفاده از تابلوهای کشویی باشد. ازجمله مزایای این نوع از تابلوها قرار دادن تعداد فیدرهای زیاد با مدارات کنترلی حجیم در یک سلول است.  همچنین در مواقع تعمیر و نگهداری به آسانی می توان فیدر موردنظر را از سلول خارج نمود و فیدر رزرو را داخل سلول قرار داد. در چنین شرایطی امکان تعمیرات سریع در حداقل زمانِ قطعی فیدر وجود دارد.

۲. تابلوهای فشار متوسط از ۱۰۰۰ تا ۳۶۰۰۰ وات

این تجهیزات انواع مختلفی دارند که محصور شده در تابلو فلزی در فضای باز یا بسته و یا بدون تابلو می باشند. اجزای اصلی یک تابلو فشار متوسط شامل بدنه، کلید (دژنکتور) و یا کنتاکتور فشار متوسط، رله، باسبار، ترانسفورماتور ولتاژ و جریان، لوازم اندازه گیری و تجهیزات کنترلی می باشد. همچنین باید در نظر گرفت که نیاز اصلی یک شبکه برق، قطع جریان حین خطا، بدون در نظر گرفتن اینکه چه نوع مدار شکنی در سیستم تابلو قرار دارد، است. درواقع اگرچه ممکن است تابلو فشار متوسط قادر به عملیات در دیگر شرایط نیز باشد، اما به طور کلی باید دارای قابلیت های زیر باشد:

1. عملیات قطع و وصل در شرایط نرمال
2. قطع جریان اتصال کوتاه.
3. قطع و وصل جریان خازنی
4. قطع و وصل جریان سلفی
5. بعضی کاربردهای خاص

لازم به ذکر است که همه کارکردهای فوق باید در بالاترین سطح امنیت و اطمینان انجام شود.

کاربردهای مخصوصِ تابلو فشار متوسط

• کوره القایی

یک کوره القایی باید مدام خاموش و روشن شود. جریان کلید زنی ممکن است بین ۰ تا ۸ برابر جریان نامی کوره باشد. کوره القایی به گونه ای طراحی شده که در جریان نامی خود تا ۲۰۰۰ آمپر و حدوداً ۱۰۰ بار در روز روشن و خاموش شود. در چنین حالتی کلیدهای هوایی، SF6 و روغنی عملکرد مناسبی ندارند؛ بنابراین مدارشکن های خلأ استاندارد می توانند جایگزین های مناسبی برای این کلیدهای قطع و وصل کننده مداوم جریان باشند.

• راه آهن

از دیگر موارد کاربردهای تابلو فشار متوسط، استفاده از سیستم تک فاز قطار است. اصلی ترین کار مدار شکن مربوط به سیستم قطار، قطع جریان اتصال کوتاه و گذرای آن در سیستم کابل های بالای سر قطار می باشد؛ بنابراین، یک مدار شکن برای این منظور می بایست زمان قطع کوتاه، زمان قوس کوتاه و قطع سریع داشته باشد که تابلو فشار متوسط بهترین گزینه در این کار است. تابلو فشار متوسط با مدار شکن خلأ بسیار مناسب سیستم انتقال قطار است. درواقع می توان نتیجه گرفت که در سیستم فشار متوسط که نرخ خطا زیاد است، تابلو خلأ فشار متوسط می تواند بهترین گزینه باشد.

۳. تابلوهای فشارقوی با ولتاژ بالای ۳۶۰۰۰ وات

سیستم برقی که در ولتاژ بالای ۳۶ کیلوولت کار می کند به عنوان تابلو برق ولتاژ بالا شناخته می شود. به علت ولتاژ بالا، قوس تولیدشده حین کلید زنی نیز خیلی بالا است، بنابراین باید ملاحظات مخصوصی هنگام طراحی تابلو برق ولتاژ بالا در نظر گرفته شود.
مدارشکن ولتاژ بالا اصلی ترین المان تابلو برق های ولتاژ بالا است، بنابراین برای عملکردی ایمن نیاز به تعبیه ویژگی های منحصربه فردی در این نوع از تابلوها است. یکی از این موارد وجود مدارشکن های قابل اطمینان است. درواقع بروز خطا و کلید زنی در مدارات ولتاژ بالا خیلی به ندرت اتفاق می افتد و بیشتر اوقات این مدار شکن ها در وضعیت روشن باقی می مانند و بعد از یک زمان طولانی مجبور به عملکرد می شوند؛ بنابراین وجود عناصری مثل یک مدارشکن ایمن از واجبات این نوع از تابلوها است. تکنولوژی مدارشکن های ولتاژ بالا در طول ۱۵ سال گذشته بسیار عوض شده است. امروزه در تابلو برق های ولتاژ بالا اغلب مدارشکن های روغنی، هوایی و گاز SF6 مورداستفاده قرار می گیرند.
تابلوهای ولتاژ بالا به صورت زیر دسته بندی می شوند:

• نوع داخلی ایزوله شده با گاز
• نوع بیرونی ایزوله شده با هوا

که نوع بیرونی آن نیز شامل:

• مدار شکن نوع تانک مرده
• مدار شکن نوع تانک زنده

در نوع تانک مرده تجهیز کلید زنی با یک ایزوله کننده که به ولتاژ زمین وصل شده است پشتیبانی می شود. درحالی که در نوع تانک زنده تجهیز کلید زنی بر روی بوشنگ های عایق شده در پتانسیل سیستم قرار می گیرند. همچنین لازم است بدانید که مدار شکن های نوع تانک زنده ارزان تر بوده و فضای کمتری نیز نیاز دارند.

مدارشکن چیست و چگونه عمل می کند؟

بریکرها یا مدارشکن ها به طورکلی شامل دو نوع کنتاکت ثابت و متحرک هستند. در شرایط کاری عادی این دو کنتاکت متحرک و ثابت به یکدیگر متصل بوده و جریان از آن ها عبور می کند. در فرایند مدارشکنی در ابتدا قطع کننده مدار باید یک حالت خطا را تشخیص دهد. در قطع کننده های با سطح ولتاژ  کم، این تشخیص معمولاً در داخل خود دستگاه انجام می شود ولی در قطع کننده های مدار برای ولتاژهای بالا معمولاً با استفاده از رله محافظ شرایط خطا تشخیص داده می شود تا مکانیسم باز شدن به کار بیفتد. در نظر داشته باشید که مدارشکن ها معمولاً به یک منبع تغذیه جداگانه، مانند باتری نیاز دارند، اگرچه در برخی از مدارهای ولتاژ بالا دارای ترانسفورماتورهای جریان، رله های محافظ و منبع تغذیه کنترل داخلی نیز هستند.

پس از شناسایی یک خطا، کنتاکت های قطع کننده مدار باید برای قطع جریان باز شوند. این کار معمولاً با استفاده از انرژی ذخیره شده مکانیکی موجود در دستگاه مدارشکن، مانند فنر یا هوای فشرده برای جدا کردن کنتاکت ها انجام شود. قطع کننده های مدار کوچک به طورمعمول دارای یک اهرم کنترل دستی برای خاموش کردن بار یا تنظیم مجدد پس از تریپ دادن بریکر (ریست) هستند، درحالی که بریکرهای بزرگ تر برای مکانیسم حرکت از سولنوئیدها استفاده می کنند و دارای موتورهای برقی برای بازگرداندن انرژی به فنرها هستند.
در سازوکار مدارشکن ها، کنتاکت های قطع کننده مدار باید جریان بار را بدون گرم شدن بیش ازحد تحمل کنند همچنین باید در برابر قطع (باز کردن) مدار، گرمای قوس تولید شده را تحمل کنند. معمولاً جنس کنتاکت های بریکر از آلیاژ مس یا مس، آلیاژهای نقره و سایر مواد بسیار رسانا است همچنین  عمر سرویس دهی کنتاکت ها به دلیل فرسایش در هنگام قطع جریان و وجود آرک محدود است. لازم به ذکر است که قطع کننده های مدار مینیاتوری  معمولاً در هنگام فرسودگی کنتاکت ها دور ریخته می شوند، درحالی که قطع کننده های مدار قدرت و قطع کننده های مدار ولتاژ بالا دارای کنتاکت قابل تعویض هستند.

انواع مدارشکن در تابلوهای برق

بریکرها یا مدارشکن ها برای محافظت از مدار الکتریکی در برابر خطرهای ناشی از اضافه بار و یا اتصال های کوتاه مورد استفاده قرار می گیرند. لازم است بدانید که مدارشکن هایی که ولتاژ نامی آن ها کمتر از ۱۰۰۰ ولت باشند به عنوان مدارشکن های ولتاژ پایین و بالاتر از ۱۰۰۰ ولت به عنوان بریکرهای ولتاژ بالا شناخته می شوند. اساساً خطوط انتقال برق قدرت به وسیله ی مدارشکن های ولتاژ بالا کنترل و محافظت می شوند. دراین بین تعاریف مختلفی در مورد ولتاژ بالا وجود دارند اما در خطوط انتقال معمولاً به ولتاژ بالاتر از ۷۲.۵ کیلو ولت، ولتاژ بالا اطلاق می شود. به طورکلی مدارشکن های ولتاژ بالا شامل:

مدارشکن های هوایی

در طراحی این نوع از مدارشکن ها، معمولاً یک هوای فشرده منفجر شده و قوس بین دو کنتاکت را خنثی و جریان را قطع می کند.

مدارشکن روغنی

در این نوع مدارشکن مکانیسم قطع و وصل در داخل یک محفظه فولادی پر از روغن قرار می گیرند و به وسیله یک فنر قوی که عمل قطع و وصل را کنترل می کند، کل فرایند انجام می شود. این مدارشکن ها معمولاً به دودسته ی توده روغن و حداقل روغن تقسیم می شوند. در نوع توده روغن، واحد قطع کننده در داخل یک تانک که به پتانسیل زمین وصل شده است قرار دارد. در اینجا روغن به عنوان ماده ی عایق و قطع کننده عمل می کند. در نوع حداقل روغن، واحد قطع کننده در یک محفظه قرارگرفته و از حداقل روغن برای خنثی کردن قوس استفاده می کند.

مدارشکن SF6

این مدل مدارشکن به صورت کامل با گاز SF6  (سولفور هگزا فورید) عایق شده و نسبت به سایر مدل ها کوچک تر و کم صداتر است، لذا درجاهایی که با کمبود فضا مواج هایم و صدای قطع و وصل برای ما مهم بود این مدارشکن می تواند گزینه مناسبی باشد. گاز SF6 استفاده زیادی به عنوان خنثی کننده قوس در مدارات ولتاژ بالا دارد بنابراین همین خصوصیت باعث شده که از آن در ولتاژهای بالا استفاده کنند. خنثی سازی قوس به بهترین شکل توسط این گاز موجب شده تا بهترین گزینه برای تابلوهایی با فضای بسته باشد.

مدارشکن با گاز دی اکسید کربن

این نوع مدارشکن در سال ۲۰۱۲ توسط شرکت ABB با ارائه یک مدارشکن بالای ۷۵۰۰۰ وات تحولی عظیم در عرصه فناوری مدارشکن ها پدید آورد. مدار شکن کربن دی اکسید دقیقاً بر همان اصول موجود در بریکر SF6 اختراع شده با این تفاوت که این نوع مدار شکن ازآن جهت پراهمیت است که می تواند از غلظت موجود گازهای گلخانه ای کم کند.

مدارشکن خلأ

در نوع خلأ، هیچ عامل اضافی (یونیزاسیون) بین دو کنتاکتی که جریان را عبور می­دهند، وجود ندارد؛ بنابراین علا رقم اینکه خنثی سازی قوس در مدارشکن های خلأ خیلی سریع است، اما چون راهکار مناسبی برای کلیدهای ولتاژ بالا ندارد، استفاده از آن در تابلوهای ولتاژ بالا به صرفه و کارآمد نیست.

کلام پایانی

در پایان امیدواریم که محتوای آماده شده در حوزه تابلو برق ها در عین قابل فهم بودن جامع و کاربردی نیز بوده باشد و به شما در جهت افزایش آگاهی کمک شایانی کرده باشد.