انتخاب تجهیزات تاسیسات الکتریکی

در بخش قبل انتخاب جزئیات معماری در شش گام بررسی شد. مرحله ی بعدی یا سوم از طراحی تاسیسات الکتریکی مربوط به انتخاب تجهیزات است. هدف از این مرحله، انتخاب تجهیزات الکتریکی از طریق کاتالوگ شرکت های سازنده است. برای دریافت کاتالوگ ابتدا باید برند مورد نظر خود را مشخص کنید. برندهای مطرح دارای وب سایت بوده و کاتالوگ تجهیزات خود را به صورت آنلاین ارائه می کنند.

انتخاب راه حل های تکنولوژیک، ناشی از نتایج به دست آمده از معماری توزیع انرژی است. به عبارت دیگر ابتدا باید شش گام شرح داده شده در انتخاب جزئیات معماری به دقت بررسی شود. مراحل ذکر شده در بخش های قبلی تا حدودی نوع و رنج تجهیزات را مشخص می کند.

لیست تجهیزات و شاخص ها

به عنوان مثال محل و روش قرارگیری تجهیزات بیان کننده ی حفاظت های آن ها در برابر اجسام خارجی و رطوبت است. توزیع متمرکز یا غیر متمرکز مشخص کننده ی روش ارتباط بارها با تابلوها و سطح مقطع کابل یا باسداکت می باشد. وجود ژنراتورهای پشتیبان تعیین کننده ی سیستم های چنج آور خواهد بود. تعداد و توان منابع بدون وقفه یا یو.پی.اس ها نیز باید برای بارهای بسیار حساس مشخص شود. در نهایت پیکربندی مدارهای توزیع فشار ضعیف داخلی می تواند طول کابل ها و باسداکت ها را مشخص کند. پس از مشخص کردن معماری توزیع انرژی و ترکیب طرح های مختلف باید لیست تجهیزات نهایی شود. تجهیزاتی که باید در نظر گرفته شوند عبارت است از:

• پست فشار متوسط به فشار ضعیف
• تابلوهای فشار متوسط
• ترانسفورماتور
• تابلوهای فشار ضعیف
• سیستم باسداکت
• واحدهای یو.پی.اس
• تجهیزات جبران سازی توان راکتیو و فیلترها
• ژنراتورها

هنگام انتخاب تجهیزات باید شاخص های زیر در نظر گرفته شوند:

• شرایط سرویس دهی مانند وجود رطوبت، آب، خاک و غیره
• در دسترس بودن انرژی شامل شاخص سرویس دهی تابلوهای فشار ضعیف
• ایمنی برای افرادی که از تاسیسات استفاده می کنند یا در حال بهره برداری از آن ها هستند.
• قوانین محلی
• مشخصه های ظاهری
• پیشنهادی ممکن با توجه به هر کشور
• نیازمندی های شرکت توزیع یا ارائه کننده انرژی
• انتخاب معماری قبلی

انتخاب تجهیزات اساسا با پیشنهادی موجود در هر کشور مرتبط است. این معیار بیان کننده ی رنج خاصی از تجهیزات یا پشتیبانی های فنی و در محل می باشد. انتخاب دقیق تجهیزات خارج از بحث های ارائه شده در این راهنما است.

توصیه های مهم برای بهینه سازی معماری توزیع انرژی

توصیه های ارائه شده در این بخش جهت ارتقاء معماری توزیع انرژی در ساختمان ها است. این نکته ها به طراح کمک می کند تا معیارهای تشخیص و ارزیابی را بهبود دهد. موارد مهم در چهار گروه دسته بندی و شرح داده شده اند.

کار در سایت

مراحل اجرایی هر پروژه دارای زمان بندی خاصی مانند زمان ویژه و زمان بحرانی هستند. برای انطباق با زمان های مشخص شده جهت کار در سایت، بکار گرفتن پیشنهادهای زیر توصیه می شود. این موارد باعث محدود شدن عدم قطعیت ها و از دست رفتن زمان می گردد. تا حد ممکن از تاسیساتی بازدید کنید که دارای هدف یکسان با سایت شما بوده و در گذشته اجرا شده اند. داشتن اطلاعات از مزایا و معایب تاسیسات قبلی می تواند به شما در طراحی های جدید کمک کند. نکات مهم در این بخش عبارتند از:

• از تجهیزات و راه حل هایی استفاده کنید که توسط شرکت های سازنده ثابت، تائید و تست شده اند. به عنوان مثال فانکشن های به کار رفته در تابلو برق یا تابلو برق های مونتاژ شده توسط کارخانه که با شرایط تاسیسات انطباق داشته باشند را در نظر بگیرید. این تجهیزات یا تابلو برق ها در سال های متمادی استفاده شده و ایرادهای آن ها برطرف شده است.
• ترجیح به اجرای تاسیسات الکتریکی با تجهیزاتی که در توزیع انرژی قابل اعتماد بوده و پشتیبانی در محل دارند. به عنوان مثال بجای استفاده از برندهای متفرقه از برندهای معتبر داخلی یا برندهای خارجی با نمایندگی قابل اعتماد در کشور بهره بگیرید. پشتیبانی از تجهیزات الکتریکی بسیار مهم بوده و می تواند به شما در طراحی، اجرا و رفع عیب های هنگام بهره برداری کمک کند. استفاده از تجهیزات بی نام و نشان و بدون گارانتی در آینده مشکلات زیادی را برای طراح و مجری ایجاد خواهد کرد.
• ترجیحا از تجهیزات ساخته شده در کارخانه ها یا Factory-built equipment مانند پست برق، تابلوهای فشار متوسط، تابلوهای فشار ضعیف، سیستم باسداکت و غیره استفاده کنید. اینکار باعث محدود شدن کارهای اجرایی از قبیل تهیه ی تجهیزات، مونتاژ، تست و غیره در سایت می شود. تاکید می شود که تجربیات و تجهیزات موجود در کارخانه ها به مراتب بیشتر از افراد اجرایی در سایت ها است. به عنوان مثال در شرکت های مونتاژ کننده ی تابلو برق، تجهیزات مانند لیزر، ابزارهای کار با شینه و غیره وجود دارد. تهیه ی تمام این تجهیزات برای اجرای تاسیسات الکتریکی یک سایت تقریبا غیر ممکن است.
• تا حد ممکن از تجهیزات یکسان در سایت استفاده کنید. انتخاب تابلوهای فشار متوسط یک تیپ و ترانسفورماتورها با قدرت یکسان باعث کاهش زمان طراحی و اجرای تاسیسات می شود. یکسان بودن تجهیزات و قدرت ترانسفورماتورها علاوه برکاهش زمان کار در سایت، باعث بهبود روند بهره برداری و عیب یابی های آینده خواهد شد. به عنوان مثال وجود یک ترانسفورماتور یا بریکر رزرو در سایت می تواند بسیاری از مشکلات احتمالی در بخش ها را حل کند.

توصیه می شود در طراحی و اجرا از ترکیب تجهیزات الکتریکی با برندهای مختلف خودداری کنید. به عنوان مثال تنوع بریکرها و رله های حفاظتی در یک سایت را تصور کنید. همگام کردن این تجهیزات حفاظتی با یکدیگر پیچیده بوده و ممکن است باعث تداخل در عملکرد آن ها شود. از طرفی استفاده از تجهیزات متنوع به زمان زیادی برای مطالعه دفترچه های راهنما، تهیه ی کابل های ارتباطی، کار با نرم افزار، تنظیم و رفع عیب های احتمالی نیاز دارد. این نکته در خصوص پی.ال.سی ها، درایوها، سافت استارترها و غیره نیز صادق است.

اثرات زیست محیطی

تولید انرژی الکتریکی باعث افزایش آلودگی ها و انتشار گاز دی اکسید کربن می شود. به منظور کاهش اثرات زیست محیطی می توان تاسیسات الکتریکی را به صورت بهینه طراحی کرد. بهینه سازی تاسیسات الکتریکی و کاهش اثرات نامطلوب زیست محیطی شامل دو مورد زیر است:

• کاهش تلفات در شرایط بار کامل و بی باری در تمام زمان های بهره برداری از تاسیسات
• کاهش میزان موارد به کار رفته در ساخت تاسیسات به صورت کلی

اگر فقط به یک تجهیز به صورت جداگانه  نگاهی داشته باشیم، ممکن است دو مورد بالا با یکدیگر تناقض داشته باشند. به عبارت دیگر نمی توان سایز تجهیز یا مواد به کار رفته در آن را کاهش داده و به صورت همزمان از تلفات آن نیز کم کرد. مثلا با کاهش سایز ترانسفورماتور یا سطح مقطع کابل ها از حجم مس کاسته و تلفات را کاهش داد. اگر تمام تاسیسات را به صورت کلی در نظر بگیریم، می توان با بهبود معماری توزیع انرژی هردو مورد را ارتقاء داد. بنابراین تاسیسات بهینه حاصل جمع تجهیزات بهینه به صورت جداگانه نیست ولی نتیجه باعث بهینه سازی تمام تاسیسات خواهد شد.

در تصویر یک مثال از سهم هر گروه از تجهیزات در وزن و اتلاف انرژی در یک سایت با توان 3500 کیلو ولت آمپر را مشاهده می کنید. مساحت این سایت 10000 متر مربع است. تاسیسات مورد نظر به صورت متوسط با 50 درصد بار و ضریب توان 0.8 کار می کند.

این سایت به صورت سه شیفت بوده و در شب و پایان هفته میزان انرژی مصرفی آن کاهش پیدا می کند. با احتساب 1 ماه توقف کامل برای تعمیرات، این سایت در سال معادل 6500 ساعت کار خواهد کرد. انرژی مصرفی این تاسیسات در یک سال حدود 9.1 گیگا وات ساعت است. در تصویر میزان تلفات سالانه 414 مگاوات ساعت و وزن کل تاسیسات الکتریکی 18.900 کیلو گرم مشخص شده است.

بیشترین وزن و تلفات مربوط به انتقال انرژی الکتریکی به شکل فشار ضعیف است. کابل ها و باسداکت های فشار ضعیف 46 درصد وزن این تاسیسات و 75 درصد تلفات را تشکیل می دهند. برای گسب اطلاعات بیشتر در خصوص باسداکت ها مقاله ی باسداکت چیست را مطالعه نمایید. رتبه ی دوم مربوط به ترانسفورماتورها بوده که 44 درصد وزن و 20 درصد تلفات را دارند. در پایان تابلوهای فشار ضعیف قرار داشته که 10 درصد وزن و 5 درصد تلفات را شامل می شوند.

نکات زیر به درک و اولویت بندی فاکتورهای مهم در مصرف انرژی و هزینه کمک می کند:

• مصرف انرژی توسط بارها اولین عامل تعیین کننده در میزان توان دریافتی یک سایت است. با اندازه گیری و تحلیل داده ها می توان میزان مصرف انرژی الکتریکی واقعی را بهینه سازی کرد. منظور از مصرف انرژی واقعی همان توان اکتیو است. با اندازه گیری های دقیق می توان مقدار راندمان هر مصرف کننده و سایز مناسب آن را تعیین کرد. به عنوان مثال انتخاب الکتروموتورهای بزرگ با بار کم، باعث کاهش راندمان و افزایش تلفات خواهد شد.
• آیتم مهم بعدی میزان توان راکتیو است. توان راکتیو باعث بارگذاری بیش از حد تاسیسات الکتریکی بالادست و افزایش هزینه های صورت حساب برق می شود. برای رفع این مشکل باید از سیستم های جبران سازی توان راکتیو مانند انواع بانک خازن استفاده کنید. بهینه سازی بارها مانند الکتروموتورها در میزان توان راکتیو مبادله شده با شبکه نیز تاثیر گذار است. انتخاب صحیح الکتروموتورها باعث افزایش راندمان و کاهش تبادل توان راکتیو با شبکه خواهد شد. سرمایه گذاری در بهینه سازی بارها باعث کوچکتر شدن سیستم های جبران ساز مانند بانک خازن می شود. کاهش ظرفیت بانک خازن به معنی کمتر شدن هزینه ی اولیه و کاهش هزینه ی تعمیرات بعدی مانند تعویض خازن ها است.
• گزینه ی بعدی مربوط به سیستم انتقال انرژی مانند کابل ها و سیم ها است. این بخش به تنهایی تشکیل دهنده ی 75 درصد تلفات سیستم است. تلفات کابل های قدرت را می توان با بهینه سازی و طراحی مناسب کاهش داد. استفاده از سیستم های باسداکت به جای کابل نیز در کاهش تلفات موثر است. توصیه می شود برای کاهش میزان بارگذاری روی کابل های داخلی در سیستم های بزرگ از جبران سازی پراکنده استفاده کنید. نزدیک بودن خازن ها به بار باعث آزاد شدن شبکه ی داخلی از توان راکتیو می شود.
• بخش چهارم مربوط به ترانسفورماتورها است. حدود 20 درصد تلفات سیستم یا 1 درصد مصرف انرژی در سایت مربوط به ترانسفورماتورها می شود. با انتخاب بهینه ی ترانسفورماتور می توان تلفات بی باری و بار کامل آن را کاهش داد. در نظر داشته باشید که ترانسفورماتورها نیز به جبران سازی توان راکتیو نیاز دارند. برای جبران سازی توان راکتیو ترانسفورماتور می توان از خازن ثابت در بخش فشار ضعیف استفاده کرده و یا تنظیمات رگولاتور خازن را تغییر داد. در بخش جبران سازی توان راکتیو به این موضوع پرداخته می شود.
• آخرین رتبه در تلفات داخلی یک سایت مربوط به تابلو های برق می شود. حدود 5 درصد تلفات سیستم و 0.25 درصد میزان مصرف انرژی یک سایت ناشی از تابلوهای فشار متوسط و فشار ضعیف است.

با توجه به توضیحات بالا می توان دریافت که کابل ها، باسداکت و ترانسفورماتورها بیشترین وزن و تلفات سیستم الکتریکی را تشکیل می دهند. به منظور بهینه سازی و کاهش اثرات زیست محیطی می توان معماری توزیع انرژی را تغییر داد. برای بهینه سازی معماری و کاهش اثرات زیست محیطی توصیه های زیر را مد نظر داشته باشد:

• با توجه به روش ذکر شده در استاندارد IEC60364-8-1 نقطه ی مرکز بار یا Barycenter method in IEC60364-8-1 را مشخص کرده و تا حد ممکن طول کابل های فشار ضعیف را کاهش دهید. به عبارت دیگر احداث پست های فشار متوسط به فشار ضعیف در نزدیکی بارهای بزرگ باعث کوتاه تر شدن طول کابل های فشار ضعیف می شود. کاهش طول شبکه ی توزیع فشار ضعیف داخلی به شدت روی کاهش تلفات تاثیر گذار است.

تاحد ممکن از گروه بندی بارهای فشار ضعیف و ضریب همزمانی استفاده کنید. روش استفاده از ضریب همزمانی در مقالات قبل در بخش تخمین حداکثر دیماند ظاهری شرح داده شده است.

تصویر بعدی یک مثال از توزیع مدارهای داخلی به شکل های مختلف و تاثیر گذاری آن ها روی نقاط مرکزی بار را نشان می دهد. قابل ذکر است که نقاط مرکزی بار با روش barycentres مشخص شده و هر یک بیانگر مجموعه ای از بارها هستند. این مثال مربوط به یک کارخانه تولید بطری اب معدنی است. در این سایت مجموع توان تجهیزات نصب شده حدود 4 مگا ولت آمپر بوده که می توان آن ها را به دو شکل دسته بندی کرد:

• در راه حل اول، مدارها بر اساس کارگاه ها دسته بندی شده اند. با توجه به تصویر مشاهده می کنید که سه کارگاه و سه نقطه ی مرکزی بار در این سایت وجود دارد.
• در راه حل دوم، مدارها بر اساس خطوط تولید و پروسه ی انجام شده روی محصول دسته بندی شده اند. طبق تصویر در این روش چهار خط تولید و چهار گروه از بارها تشکیل شده است.

با توجه به گروه بندی بارها می توان از دو روش مختلف برای تبدیل سطح فشار متوسط به فشار ضعیف یا انتخاب محل پست ها استفاده کرد:

• در طرح اول می توان یک دستگاه ترانسفورماتور 630 کیلو ولت آمپر را در سالن شماره 3 و در نزدیکی مرکز بار آن نصب کرد. تاکید می شود که همواره انتقال انرژی به شکل فشار متوسط از فشار ضعیف مقرون به صرفه تر است. سالن های 1 و 2 نیز از طریق دو دستگاه ترانسفورماتور 1600 کیلو ولت آمپر تغذیه خواهند شد.
• در طرح دوم تمام ترانسفورماتورها در یک پست نصب می شوند. مزیت این طرح استفاده از چهار دستگاه ترانسفورماتور با سایز برابر است. از طرفی با طراحی تابلوهای فشار ضعیف می توان بخشی از بار هر ترانسفورماتور را روی ترانس های دیگر مانور کرد.

با توجه به نکات زیر می توان هردو طرح را بهینه سازی کرد:

• تنظیم سیستم جبران سازی توان راکتیو فشار ضعیف برای کاهش تلفات در ترانسفورماتورها و مدارهای توزیع فشار ضعیف اگر سیستم های جبران سازی به صورت پراکنده طراحی شده اند.
• استفاده از ترانسفورماتورهای کم تلفات
• استفاده از باسداکت های آلومینیومی در صورت امکان زیرا منابع طبیعی برای تولید آن بیشتر از مس است.

حجم تعمیرات و نگهداری پیشگیرانه

نگهداری و تعمیرات در صنعت به شکل های مختلفی انجام می شود. در این قسمت چند توصیه برای کاهش حجم نگهداری ها در تاسیسات الکتریکی آورده شده است:

• توصیه های مربوط به کاهش کار در سایت را اجرایی کنید.
• کارهای تعمیراتی را روی مدارهای حیاتی متمرکز کنید.
• برای انتخاب تجهیزات استاندارد سازی کرده و شرایط خاصی را تعیین کنید.
• از تجهیزاتی استفاده کنید که برای کار در شرایط سخت طراحی شده اند. این تجهیزات به تعمیرات کمتری نیاز خواهند داشت.

در دسترس بودن انرژی الکتریکی

قابلیت اطمینان و در دسترس بودن انرژی الکتریکی با توجه به حساسیت بارها تعیین می شود. در بخش های قبلی انواع پیکربندی مدارهای فشار ضعیف داخلی شرح داده شد. قابلیت اطمینان به تاسیسات را می توان هنگام طراحی بهبود یا ارتقاء داد. توصیه های مهم برای بهبود در دسترس بودن انرژی الکتریکی عبارتنداز:

• تا حد ممکن تعداد فیدرهای خروجی تابلوها را کاهش دهید. این کار باعث محدود شدن اثرات مخرب و جلوگیری از خرابی احتمالی تابلو ها می شود.
• توزیع مدارها را بر اساس سطح قابلیت اطمینان و حساسیت به قطعی انجام دهید.
• از تجهیزاتی استفاده کنید که با الزامات مطابق هستند.
• موارد مطرح شده در گام های 1 و 2 طراحی معماری را اجرایی کنید.

چند پیشنهاد برای افزایش سطح دسترسی به انرژی عبارتنداز:

• پیکربندی های تک فیدر را به پیکربندی ترانسفورماتورهای موازی تغییر دهید.
• پیکربندی ترانسفورماتورهای موازی را به پیکربندی با دو منبع مختلف تغییر دهید.
• به پیکربندی با دو منبع مختلف یک سیستم چنج آور و واحد یو.پی.اس اضافه کنید.

سطح نگهداری را افزایش دهید. این کار با با کاهش MTTR و افزایش MTBF انجام می شود. قابل ذکر است منظور از MTTR، میانگین زمان مورد نیاز برای تعمیر یا حل مشکل Mean Time to Recovery, Repair, Respond, or Resolve و منظور از MTBF، میانگین زمان قبل از خرابی Mean Time Before Failure است.