انتخاب اصول اولیه معماری توزیع انرژی در ساختمان

در بخش های قبلی فرایند یا پروسه ی طراحی تاسیسات الکتریکی برای ساختمان ها شرح داده شد. این پروسه به صورت کلی شامل 3 گام انتخاب اصول اولیه، انتخاب جزئیات و انتخاب تجهیزات می شود. در این قسمت اصول اولیه برای انتخاب معماری شبکه ی داخلی شرح داده می شود. برای تاسیسات مورد نظر در این راهنما، انتخاب معماری توزیع انرژی در 2 گام اساسی انجام می شود. این گام ها عبارتنداز:

• مرحله اول: این بخش به موارد زیر اختصاص دارد:
  • انتخاب روش اتصال تاسسیات به شبکه ی توزیع
  • انتخاب توزیع فشار متوسط داخلی شامل:
  • مشخص کردن تعداد پست های تبدیل فشار متوسط به فشار ضعیف
  • مشخص کردن تعداد ترانسفورماتورها
  • مشخص کردن تعداد ژنراتورهای فشار متوسط به شکل پشتیبان
• مرحله دوم: این بخش به مسائل تغذیه مصرف کننده های فشار ضعیف می پردازد.

آیتم های مربوط به مرحله ی اول در ادامه بررسی شده اند. این نکته ها مربوط به حالت های ممکن در انتخاب معماری شبکه ی فشار متوسط داخلی هستند.

اتصال به شبکه توزیع

اتصال به شبکه ی عمومی توزیع با دو رنج ولتاژی فشار ضعیف و فشار متوسط انجام می شود. روش های ممکن برای اتصال تاسیسات به شبکه توزیع عمومی عبارتنداز:

• اتصال به شبکه فشار ضعیف برای تاسیسات کوچک و متوسط با توان درخواستی کمتر از 400 کیلو ولت آمپر: مشخص کردن میزان محدودیت های توان جهت اتصال به شبکه فشار ضعیف همواره بر عهده گروه مدیریت شبکه های شرکت توزیع است. ممکن است در برخی شرایط بارهای کمتر یا بیشتر از 400 کیلو ولت آمپر از پست های توزیع عمومی به شکل فشار ضعیف تغذیه شوند.
• اتصال به شبکه فشار متوسط در توان های بالاتر از میزان مجاز اتصال به شبکه ی فشار ضعیف: در توان های بالاتر اتصال به شبکه فشار متوسط با لوازم اندازه گیری فشار ضعیف یا فشار متوسط انجام می شود. لوازم اندازه گیری فشار ضعیف تنها برای تاسیساتی مجاز است که فقط یک دستگاه ترانسفورماتور با توان مجاز داشته باشند. محدوده ی توان ترانسفورماتور توسط شرکت توزیع مشخص شده و معمولا تا 1250 کیلو ولت آمپر است. ترانسفورماتور مذکور باید در پست اصلی نصب شده و قابل دسترسی برای پرسنل شرکت توزیع باشد. روش های ممکن جهت اتصال به شبکه عمومی فشار متوسط عبارتند از:
  • تغذیه از شبکه شعاعی یا Single-Line Service
  • تغذیه از شبکه حلقوی یا Ring-main Service
  • تغذیه توسط دو ورودی فشار متوسط پارالل: این روش شامل دو کلید قطع بار با اینترلاک بوده که به چنج آور اتوماتیک مجهز شده است.
  • تغذیه توسط دو مدار فشار متوسط مستقل با دو باسبار مجزا به همراه کوپلاژ: در این حالت 2 فیدر فشار متوسط به تاسیسات وارد می شود. در صورت نیاز به قابلیت اطمینان بیشتر می توان از 2 فیدر تغذیه شده از 2 پست فوق توزیع مجزا استفاده کرد. هر ورودی فشار متوسط شامل یک باسبار بوده که توسط کوپلاژ با یکدیگر در ارتباط هستند. ورودی ها می توانند به کلیدهای قطع بار یا بریکر متصل شوند. صرف نظر از نوع کلید، بین ورودی ها و کوپلاژ یک سیستم چنج آور هوشمند قرار خواهد گرفت.

روش های فوق با یکدیگر مقایسه شده و نتایج در جدول زیر آورده شده است. در نظر داشته باشید که هزینه و پیچیدگی تاسیسات با توجه به پارامترهای قابلیت اطمینان مشخص خواهد شد. به عنوان مثال استفاده از دو فیدر مجزا با چنج آور، دارای نهایت قابلیت اطمینان و بیشترین هزینه برای اجرای تاسیسات است.

در ادامه دیاگرام های الکتریکی اتصال به شبکه فشار متوسط با لوازم اندازه گیری LV، اتصال به شبکه فشار متوسط با لوازم اندازه گیری MV و اتصال به دو شبکه فشار متوسط با دو لوازم اندازه گیری MV را مشاهده می کنید. اتصال به شبکه فشار متوسط با لوازم اندازه گیری LV یا MV می تواند با یکی از حالت های زیر انجام شود:

• تغذیه شعاعی بدون کلید قطع بار
• تغذیه شعاعی با کلید قطع بار
• تغذیه پارالل با اینترلاک بین کلیدهای ورودی
• تغذیه به صورت رینگ باز

تصویر بالا به چهار ستون مجزا تقسیم شده است. ستون اول از سمت چپ با عنوان سیستم تغذیه، مربوط به شرکت توزیع و شبکه ی فشار متوسط عمومی آن است. در ستون دوم با عنوان اتصال سرویس، هر چهار حالت ممکن جهت اتصال به شبکه فشار متوسط عمومی را مشاهده می کنید.

ستون سوم مربوط به ترانسفورماتور و حفاظت آن است. حفاظت ترانس می تواند با فیوز یا رله انجام شود. برای حفاظت توسط فیوز از یک کلید قطع بار به همراه پایه های قرارگیری فیوز استفاده می شود. همانطور که می دانید فیوز نمی تواند بسیاری از خطاهای الکتریکی با جریان پائین را شناسایی کند. برای افزایش فانکشن های حفاظتی می توان در کنار سکسیونر فیوز دار از رله ی ثانویه نیز استفاده کرد. روش بعدی استفاده از بریکر به همراه رله های ثانویه است. ترکیب بریکر با رله ی ثانویه از تکمیل ترین حفاظت های ترانسفورماتور محسوب می شود.

ستون چهارم از ترمینال های فشار ضعیف ترانسفورماتور آغاز می شود. این بخش اندازه گیری فشار ضعیف به همراه جدا سازی نام دارد.

ستون های اول و دوم تصویر فوق مانند بخش قبلی و توضیحات آن است. در ستون سوم؛ اندازه گیری فشار متوسط با حفاظت ترانس ترکیب شده و نام آن MV Protection and Metering می باشد. هنگام ترکیب اندازه گیری با حفاظت، مجاز به استفاده از فیوز نخواهیم بود. به عبارت دیگر حفاظت اصلی همواره باید بریکر و رله ثانویه باشد.

قابلیت اطمینان در اتصال به شبکه فشار متوسط با دو لوازم اندازه گیری بسیار بیشتر از حالت های قبلی است. همانطور که مشاهده می کنید هر ورودی از یک فیدر فشار متوسط مجزا به صورت رینگ باز تشکیل شده است. هر دو ورودی به حفاظت اصلی و لوازم اندازه گیری فشار متوسط مجهز شده اند. در ادامه باسبارهای 1 و 2 توسط فیدرهای فشار متوسط و به صورت جداگانه تغذیه می شوند. برای افزایش قابلیت اطمینان از یک کلید یا بریکر به عنوان کوپلاژ بین باسبارها استفاده خواهد شد. ترکیب حفاظت های اصلی و کوپلاژ با یک سیستم چنج آور می تواند قطعی ها را به حداقل برساند.

با توجه به لوازم اندازه گیری فشار متوسط باید بین حفاظت های اصلی و کوپلاژ از اینترلاک مناسب استفاده شود. وصل بودن هردو حفاظت و کوپلاژ به صورت همزمان می تواند در شبکه ی توزیع یک جریان گردشی ایجاد کند. جریان گردشی در اندازه گیری دیماند مصرفی اختلال ایجاد خواهد کرد. البته با سیستم های پیچیده تر می توان مشکل اندازه گیری را مرتفع کرد.

مدارهای فشار متوسط داخلی

مدارهای داخلی فشار متوسط جهت تغذیه ی پست های ثانویه یا پست های پراکنده در تاسیسات به کار می روند. در نظر داشته باشید که عبارت پست های ثانویه به معنی حفاظت با رله ی ثانویه نیست. معمولا سه روش کلی و مشترک به منظور تغذیه ی پست های داخلی وجود دارد. این روش ها به همراه دیاگرام الکتریکی عبارتنداز:

• تک فیدر
• دو فیدر
• رینگ باز

حالت تک فیدر مانند تغذیه از شبکه ی شعاعی است. در این حالت هر گونه خطا در ورودی فشار متوسط باعث خاموش شدن کل سیستم خواهد شد. تغذیه ی پست های داخلی توسط تک فیدر از پست اصلی را در بخش چپ تصویر بالا مشاهده می کنید.

به منظور افزایش قابلیت اطمینان می توان از 2 فیدر استفاده کرد. این فیدرها تغذیه کننده ی بخش فشار متوسط ترانسفورماتورها بوده و قابلیت کوپل شدن با یکدیگر را دارند. تغذیه با 2 فیدر از پست اصلی در بخش وسط نمایش داده شده است. این روش در مقایسه با مدل های دیگر دارای قابلیت اطمینان بیشتری است.

روش آخر به صورت رینگ باز بوده و در نهایت به پست اصلی باز می گردد. دیاگرام این روش را سمت راست تصویر مشاهده می کنید. در جدول زیر مدل های توزیع انرژی داخلی با یکدیگر مقایسه شده اند.

تعداد و مکان یابی پست های دارای ترانس

بارهای نصب شده در تاسیسات ممکن است از یک یا چند پست فرعی تغذیه شوند. پست های فرعی با عنوان پست های داخلی نیز شناخته می شوند. در این روش یک پست اصلی وجود داشته که اندازه گیری فشار متوسط در آن انجام می شود. خروجی پست اصلی به شکل های مختلف در پست های فرعی توزیع خواهد شد. معیارهای اصلی برای تعیین تعداد و موقعیت پست های فشار متوسط به فشار ضعیف عبارت اند از:

• تعداد ساختمان ها
• بزرگی هر ساختمان
• تعداد طبقات هر ساختمان
• تقسیم بندی ها و توان مورد نیاز هر مصرف کننده
• دیماند مورد نیاز بر اساس هر بخش، طبقه، ساختمان و غیره
• حساسیت به قطعی و نیاز به پشتبیان

برای تعیین تعداد و مکان پست های فشار متوسط به فشار ضعیف می توان از اطلاعات زیر استفاده کرد. منظور از پست های فشار متوسط به فشار ضعیف، مواردی است که در آن ها ترانسفورماتور نصب شده است. مشخصه های اساسی برای تعیین تعداد پست های داخلی عبارتنداز:

• ساختمان های کوچک و متوسط: یک پست فشار متوسط به فشار ضعیف با تغذیه تک فیدر
• ساختمان های بزرگ: یک یا چند پست فشار متوسط به فشار ضعیف با توجه به دیماند و تقسیم بندی مصرف کننده ها
• ساختمان های چند طبقه: یک یا چند پست فشار متوسط به فشار ضعیف با توجه به دیماند و تقسیم بندی مصرف کننده ها. ممکن است یک پست برای هر طبقه در نظر گرفته شود.
• سایت های بزرگ با چند ساختمان: ممکن است یک پست برای هر ساختمان در نظر گرفته شود.

تعداد ترانسفورماتورهای فشار متوسط به فشار ضعیف

در بخش قبلی نکته های مهم در تعیین تعداد پست های داخلی بررسی شد. ممکن است در هر پست یک یا چند دستگاه ترانسفورماتور نصب شود. موارد زیر برای تعیین تعداد ترانسفورماتورهای نصب شده در هر پست فشار متوسط به فشار ضعیف در نظر گرفته می شوند:

• کل توان تامین شده توسط پست: در صورت بالا بودن توان مورد نیاز بهتر است از چند ترانس بجای یک ترانس بسیار بزرگ استفاده شود.
• استاندارد سازی توان ترانسفورماتورها برای کاهش تعداد ترانسفورماتورهای رزرو یا یدک: مثلا در تاسیسات تنها از ترانسفورماتورهای 1000 کیلو ولت آمپر استفاده شود.
• محدودیت توان نامی: توصیه می شود این محدودیت را 1250 کیلو ولت آمپر در نظر بگیرید. این آیتم در سهولت جابجایی و تعویض ترانسفورماتورها بسیار مهم است.
• مقایس پذیری تاسیسات
• نیاز به جدا سازی بارهای بسیار حساس نسبت به اغتشاشات الکتریکی: در این روش اصطلاحا باسبارهای تمیز و کثیف ایجاد می شود. بارهای بسیار حساس از ترانسفورماتور و باسبار تمیز تغذیه خواهند شد.
• نیاز به اختصاص یک ترانسفورماتور به بارهایی که سطح بالایی از اغتشاشات مانند افت ولتاژ، هارمونیک و فیلیکر ایجاد می کنند. به عنوان مثال می توان ترانسفورماتور تغذیه کننده ی الکتروموتورها را از بارهای دیگر جدا کرد.
• قابلیت اطمینان: در برخی شرایط از دو ترانس به نحوی استفاده می شود که هر یک توانایی تغذیه ی کل بارها را داشته باشند. به عبارت دیگر هر ترانس برای تغذیه ی کل بارها به صورت اضطراری سایز شده و بین خروجی آن ها یک کوپلاژ وجود دارد. در این حالت یک چنج آور اتوماتیک بین خروجی ترانسفورماتورها می تواند قابلیت اطمینان را افزایش دهد.
• بارهایی که نیاز به سیستم نول اختصاصی دارند: به عنوان مثال سیستم IT برای شرایطی در نظر گرفته می شود که حتی پس از رخ دادن خطای فاز به زمین، بتواند به کار خود ادامه دهد. برای جدا سازی سیستم IT از دیگر بخش ها معمولا از ترانسفورماتور جداگانه استفاده می شود.

ژنراتورهای فشار متوسط پشتیبان

ژنراتورهای فشار متوسط هنگامی استفاده می شوند که هنگام خاموشی شبکه عمومی، نیاز است کل بارها یا بخش های بسیار مهم تغذیه شوند. در موارد دیگر ممکن است ژنراتورهای پشتیبان به صورت فشار ضعیف کافی باشند. ژنراتورهای فشار متوسط به صورت متمرکز در نظر گرفته می شوند ولی ژنراتورهای فشار ضعیف می توانند در کنار بارهای LV قرار بگیرند. معیارهای اصلی برای طراحی تاسیسات با ژنراتورهای فشار متوسط عبارتند از:

• فعالیت یا کاربری سایت
• حساسیت بارها به قطع برق
• سطح در دسترس بودن یا قابلیت اطمینان شبکه های توزیع عمومی
• فرایندهای شامل تولید همزمان
• نیاز به کاهش یا مدیریت هزینه های صورت حساب انرژی

در تصویر فوق وجود ژنراتورها در پست اصلی را مشاهده می کنید. خروجی این ژنراتورها به شکل فشار ضعیف بوده و توسط ترانسفورماتور به فشار متوسط تبدیل می شود. در ادامه توان فشار متوسط تولیدی از طریق پست اصلی بین پست های داخلی توزیع می شود. اتصال ژنراتورهای فوق می تواند به صورت استندبای یا پارالل طراحی شده باشند. در صورت استند بای بودن ژنراتورها باید اینترلاک های الکتریکی و مکانیکی بین ورودی شرکت توزیع و ژنراتورها در نظر گرفته شود.