ژنراتور پشتیبان در شبکه توزیع داخلی

ژنراتور پشتیبان و سایر جزئیات در شبکه توزیع داخلی

انتخاب جزئیات معماری

مرحله دوم در طراحی شبکه توزیع داخلی مربوط به انتخاب جزئیات معماری است. در این مرحله موارد زیر انتخاب و مشخص می شود:

• محل و روش قرارگیری تجهیزات
• توزیع متمرکز یا غیر متمرکز
• وجود ژنراتورهای پشتیبان فشار ضعیف
• وجود منابع بدون وقفه یا UPS
• پیکربندی مدارهای توزیع فشار ضعیف داخلی
• ترکیب معماری ها یا طرح ها

محل و روش قرارگیری تجهیزات

موقعیت قرارگیری تجهیزات اصلی فشار متوسط و فشار ضعیف در سایت باید به دقت مشخص شود. طرح چیدمان تجهیزات به نتایج مرحله ی اول اضافه خواهد شد. طبق توصیه ی استاندارد IEC60364-8-1 بخش 6.3، موقعیت قرارگیری پست های فشار متوسط به فشار ضعیف را می توان با استفاده از روش مرکز بار مشخص کرد. انتخاب دقیق محل پست در کاهش هزینه های انتقال انرژی مانند کابل و باسداکت تاثیر گذار خواهد بود.

برای بهینه سازی مصرف سیم و کابل باید نقشه کل سایت طراحی شده و مرکز بار مشخص شود. یک مثال از محل قرارگیری تجهیزات و نقطه ی مرکز بار در تصویر بعدی آورده شده است. هنگام انتخاب محل قرارگیری پست ها حتما موارد زیر را لحاظ کنید:

• در نظر گرفتن شرایط سرویس دهی: در اماکن اختصاصی با چیدمان محدود تجهیزات باید مواردی مانند دما، لرزش، خاک و غیره لحاظ شوند.
• تجهیزات سنگین مانند ترانسفورماتور، ژنراتور و غیره برای سهولت در تعمیر و نگهداری در نزدیکی دیوار یا خروجی اصلی قرار داده شود.

تصویر بالا مربوط به دیاگرام توزیع انرژی فشار متوسط در یک سایت است. انرژی الکتریکی از پست اصلی تحویل گرفته شده و به پست های داخلی منتقل می شود. حفاظت اصلی و حفاظت شبکه ی داخلی در پست اصلی تعبیه شده است. تغذیه ی فشار متوسط پست ها به شکل شعاعی بوده با 4 مدار کابل انجام می شود. در پست های فرعی باید تمهیدات لازم مانند قطع کننده و حفاظت ترانسفورماتور لحاظ گردد. خروجی فشار ضعیف پست ها با یکدیگر در ارتباط بوده و می تواند در موارد اضطراری مانور شود. همانطور که مشاهده می کنید مرکز بار در سالن پنل بوده و پست ها در اطراف آن قرار گرفته اند.

توزیع متمرکز یا غیر متمرکز

سیستم توزیع انرژی را می توان به دو شکل متمرکز و غیر متمرکز یا گسترده طراحی کرد. در حالت متمرکز تمام بارها به صورت مستقیم به منبع متصل می شوند. در تصویر یک نمونه طرح توزیع متمرکز را مشاهده می کنید. تعداد بارها در توزیع متمرکز کم بوده ولی توان مورد نیاز آن ها بالا است. این بارها توسط کابل مستقل به پست متصل شده و حالت تک فیدر یا شعاعی را دارند. هر بار باید ادوات الزامی مانند قطع کننده و بخش های حفاظتی را داشته باشد. تابلوهای فرعی نیز ممکن است در توزیع متمرکز به عنوان بار در نظر گرفته شوند.

در مدل توزیع پراکنده، بارها توسط باسداکت به منبع متصل می شوند. استفاده از باسداکت و توزیع پراکنده برای تغذیه ی بارهای متعدد و جداگانه مناسب است. مزیت دیگر سیستم باسداکت، انعطاف پذیری است. با استفاده از انواع تجهیزات انشعاب گیری از باسداکت می توان تغییرات متنوعی در محل قرارگیری بارها ایجاد کرد. با اجرای سیستم باسداکت، ایجاد سریع و ساده ی نقطه های انشعاب در توسعه های بعدی نیز میسر خواهد بود. در تصویر مدل توزیع پراکنده را مشاهده می کنید. هر سیستم باسبار در مسیر خود تعدادی بار را تغذیه می کند. تعداد بارها در سیستم پراکنده بیشتر بوده ولی توان مورد نیاز آن محدود است. سیستم باسبار در مسیر خود می تواند تابلوهای فرعی را نیز تغذیه کند.

فاکتورهای مهم در طرح متمرکز:

• انعطاف در تاسیسات: ندارد.
• توزیع بارها: بارهای متمرکز با توان بالا

فاکتورهای مهم در طرح غیر متمرکز:

• انعطاف در تاسیسات: قابل انعطاف در جابجایی مصرف کننده ها، ایجاد نقطه ی انشعاب جدید و غیره
• توزیع بارها: توزیع یکنواخت برای تغذیه ی بارهای کوچک و متوسط

مدارها در توزیع متمرکز به یکدیگر مرتبط نبوده و اصطلاحا مستقل هستند. این موضوع از نظر در دسترس بودن انرژی الکتریکی و کاهش عواقب خرابی ها مهم است. در توزیع متمرکز، خرابی یک مدار روی مدارهای دیگر تاثیر گذار نخواهد بود. از طرفی در توزیع متمرکز به هادی های بیشتری نیاز است.

استفاده از توزیع غیر متمرکز با سیستم باسداکت برای ترکیب یا ادغام مدارها انجام می شود. در این سیستم یک مدار کلی وجود داشته که در سراسر محیط توسعه پیدا می کند. پیاده سازی یک مدار کلی می تواند روی Ks یا ضریب همزمانی موثر باشد. ضریب هم زمانی تعیین کننده ی سایز هادی ها بوده و به صورت مستقیم روی قیمت تاثیر گذار است.

انتخاب توزیع انرژی به صورت متمرکز یا غیر متمرکز باید بر اساس پارامترهای مهم مانند ضریب همزمانی انجام شود. اطلاعات بیشتر در خصوص ضریب همزمانی را در مقاله نحوه محاسبه دیماند برق در تاسیسات الکتریکی مطالعه کنید. با توجه به این فاکتورها می توان تعادلی بین هزینه اولیه، هزینه ی اجرا و هزینه های بهره برداری ایجاد کرد. تعادل بین هزینه ها به معنی انتخاب بهینه نوع توزیع انرژی در سیستم است.

در بسیاری از سایت ها هردو روش توزیع متمرکز و غیر متمرکز با یکدیگر ترکیب می شوند. در تصویر زیر هردو سیستم متمرکز و غیره متمرکز با Ks برابر را مشاهده می کنید. در سیستم غیر متمرکز یک باس کلی وجود داشته و میزان کمتری مواد مانند مس و آلومینیوم به کار می رود. نکته ی مهم بعدی کمتر بودن تلفات در سیستم توزیع غیر متمرکز است.

وجود ژنراتورهای پشتیبان فشارضعیف

ژنراتور پشتیان فشار ضعیف ترکیبی از یک مولد و موتور درون سوز یا حرارتی است. توان مکانیکی مورد نیاز برای مولد از طریق موتور تامین می شود. تا قبل از رسیدن مولد به دور نامی نمی توان از انرژی الکتریکی آن استفاده کرد. به عبارت ساده تر انرژی الکتریکی تا قبل از رسیدن مولد به سرعت نامی به بار تحویل داده نمی شود. سرعت نامی در مولد ها متفاوت بوده و معمولا 1500 یا 3000 دور است. زمان تامین انرژی توسط ژنراتور یا زمان راه اندازی آن به تنظیمات و شرایط موتور بستگی دارد.

از تنظیمات مهم می توان به تاخیر قبل از استارت و  مدت زمان کار کرد موتور با دور پائین اشاره کرد. نکته ی بسیار مهم در سرعت راه اندازی مربوط به سرد بودن موتور قبل از استارت است. موتورهای بنزینی یا دیزل باید به دمای خاصی رسیده تا بتوانند با حداکثر سرعت کار کنند. در موارد معمولی پس از استارت چند دقیقه موتور با دور پائین کار کرده و گرم می شود. گرم شدن موتور از طریق دمای آب یا روغن مشخص خواهد شد.

رسیدن موتور به دمای مناسب به دمای قبل از استارت آن بستگی دارد. در دمای بسیار پائین باید موتور زمان بیشتری را با دور کم کار کند. طبیعتا در کارکرد موتور با دور پائین نمی توان از انرژی مولد استفاده کرد. برای کاهش زمان راه اندازی می توان از انواع گرم کن آب یا روغن در موتورها استفاده کرد. با این کار دمای موتور حفظ شده و پس از استارت و چند ثانیه کار کردن با دور پائین می تواند به سرعت نامی برسد. چند ثانیه کار کرد با دور پائین برای گردش روغن درون موتور توصیه می شود.

بعلت وجود وقفه از زمان قطع برق تا تحویل انرژی، نمی توان ژنراتورهای پشتیبان را به عنوان منابع بدون وقفه یا UPS در نظر گرفت. با توجه به سایز ژنراتور دو مدل تامین توان وجود دارد:

• در مدل اول سایز ژنراتور برابر با کل بارها بوده و می تواند انرژی الکتریکی مورد نیاز تمام آن ها را تامین کند.
• در حالت دوم سایز ژنراتور کوچک تر از بارها بوده و نمی تواند تمام سیستم را برقدار کند.

ژنراتورهای پشتیبان معمولا مستقل از شبکه کار می کنند. طبق تصویر زیر، برای جلوگیری از عدم وصل همزمان برق شهر و ژنراتور از سیستم چنج آور به همراه اینترلاک های الکتریکی و مکانیکی استفاده می شود. زمان تامین انرژی توسط ژنراتورهای پشتیبان به میزان بار و سوخت در دسترس بستگی دارد.

در تصویر بالا دو باسبار و سه گروه بندی بار وجود دارد. در باسبار اول از سمت چپ هیچ بار حساسی وجود ندارد. بارهای متصل شده به این باسبار در صورت اشکال در برق شهر، بی برق خواهند شد. در باس سمت راست دو نوع بار اضطراری و بسیار مهم وجود دارد. بارهای اضطراری می توانند چند دقیقه قطع برق را تحمل کنند. این قطعی برای آماده سازی منبع اضطراری یا ژنراتور در نظر گرفته می شود.

در حالت عادی بریکر Q2 باز بوده و بریکرهای Q1 و Q3 بسته هستند. پس از قطع برق شهر بریکر Q3 باز شده و باسبار حساس از دیگر تاسیسات ایزوله می شود. در این لحظه مولد استارت شده و با توجه به شرایط موتور و تنظیمات به دور نامی می رسد. در صورت موفقیت آمیز بودن استارت مولد اضطراری، بریکر Q2 بسته شده و باسبار سمت راست برقدار می شود. بین مدت زمان قطع شدن برق شهر و آماده شدن ژنراتور، بارهای متصل شده به باسبار بی برق می شوند. بارهای بسیار حساس این باسبار از UPS استفاده کرده و تغذیه ی آن ها اصلا قطع نمی شود.

آیتم های زیر باید برای پیاده سازی ژنراتورهای پشتیبان فشار ضعیف در نظر گرفته شود:

• حساسیت بارها به قطع برق
• قابلیت اطمینان و در دسترس بودن شبکه توزیع عمومی
• محدودیت های دیگر مانند ژنراتورهای اجباری در بیمارستان ها یا ساختمان های بلند مرتبه

علاوه بر حالت پشتیبان می توان از ژنراتورها برای کاهش هزینه های صورت حساب برق استفاده کرد. توصیه می شود به منظور کاهش هزینه ی برق مصرفی از ژنراتورهای پارالل یا سنکرون استفاده کنید. نصب و راه اندازی ژنراتورها در این راهنما شرح داده نمی شود.

ژنراتور پشتیبان هنگامی استفاده می شود که مصرف کننده ها به قطعی برق حساس بوده یا قابلیت اطمینان شبکه عمومی پائین است. منظور از حساسیت به قطعی در این بخش، قطعی های کوتاه مدت تا راه اندازی ژنراتور است. در هر سایت ممکن است یک یا چند دستگاه ژنراتور پشتیبان وجود داشته باشد. انتخاب تعداد ژنراتورهای پشتیبان بر اساس تعداد ترانسفورماتورهای موجود در سایت، مسائل اقتصادی، قابلیت اطمینان شبکه عمومی و غیره انجام می شود. در کنار مسائل ذکر شده باید آیتم های دیگری مانند فراوانی انرژی، اطمینان از راه اندازی ژنراتورها و امور سرویس و نگهداری نیز لحاظ شوند.

تعیین توان ظاهری ژنراتورها به موارد زیر بستگی دارد:

• دیماند یا انرژی مورد نیاز بارهای حساس
• وجود تنش های گذرا مانند جریان هجومی راه اندازی موتورها

وجود منابع بدون وقفه یا UPS

انرژی الکتریکی مورد نیاز UPS یا Uninterruptible Power Supply از طریق واحدهای ذخیره سازی مانند باتری یا چرخ های دارای اینرسی تامین می شود. تغذیه ی بارهای متصل شده با یو.پی.اس هنگام رخ دادن خطا در منبع اصلی، قطع نخواهد شد. مدت زمان پشتیبانی UPS محدود بوده و می تواند از چند دقیقه تا چند ساعت باشد. زمان پشتیبانی به میزان انرژی ذخیره شده بستگی دارد. با افزایش باتری ها یا وزن چرخ گردان می توان مدت زمان کارکرد منبع بدون وقفه را افزایش داد.

سیستم UPS همیشه از واحدهای باتری و بردهای الکترونیک تشکیل نمی شود. دربرخی از سیستم ها یک موتور الکتریکی به چرخ گردان متصل بوده و دائم آن را می چرخاند. این چرخ دارای اینرسی بالایی بوده و با قطع تغذیه ی موتور می تواند در مدت زمان محدودی به چرخش خود ادامه دهد. سمت دیگر این چرخ یک مولد وجود داشته که بارهای حساس را تغذیه می کند. با قطع برق شهر، میزان انرژی مورد نیاز برای چرخش مولد در مدت زمان محدود از طریق اینرسی چرخ تامین می شود. این زمان به اندازه ای است که ژنراتور پشتیبان راه اندازی شده و مجدد موتور متصل به چرخ را تغذیه کند.

ترکیب ژنراتور پشتیبان و UPS به صورت همزمان برای بارهای دائمی استفاده می شود که هیچ گونه قطعی برای آن ها پذیرفته نیست. در این سیستم، زمان پشتیبانی باتری ها یا چرخ های گردان در UPS باید با حداکثر زمان مورد نیاز جهت راه اندازی و آماده سازی ژنراتور منطبق باشد. در تصویر زیر یک دیاگرام نمونه از ترکیب برق شهر، ژنراتور پشتیبان و UPS ها را مشاهده می کنید. در این سیستم تنها بارهای بسیار حساس با UPS تغذیه می شوند.

از واحدهای UPS برای تامین توان مورد نیاز بارهای حساس به کیفیت توان نیز استفاده می شود. با استفاده از UPS، بارهای مذکور توسط یک ولتاژ با کیفیت یا اصطلاحا تمیز و مستقل از شبکه تغذیه خواهند شد. ویژگی های بسیار مهم برای راه اندازی UPS عبارت اند از:

• حساسیت بارها به قطع تغذیه
• حساسیت بارها با اغتشاشات ولتاژ یا کیفیت توان

در نظر گرفتن واحد UPS هنگامی ضروری است که هیچ قطعی در منبع تغذیه پذیرفته نباشد.

پیکربندی مدارهای توزیع فشار ضعیف داخلی

مدارها و تابلوهای فشار ضعیف به شکل های مختلفی طراحی می شوند. مطالب مربوط به پیکربندی مدارهای توزیع داخلی با سطح ولتاژ فشار ضعیف را مقاله بعدی مطالعه کنید.