طراحی شبکه فشار ضعیف

طراحی شبکه فشار ضعیف داخلی

شبکه فشار ضعیف به شکل های عمومی و اختصاصی وجود دارد. شبکه فشار ضعیف عمومی در اختیار شرکت های توزیع بوده و از طریق آن مشترکین با توان پائین را تغذیه می کنند. شبکه فشار ضعیف اختصاصی ممکن است مفهوم های مختلفی داشته باشد. به عنوان مثال احداث یک کابل فشار ضعیف از پست عمومی برای تغذیه یک مصرف کننده را در نظر بگیرید. این کابل اغلب از دیدگاه شرکت توزیع یک شبکه اختصاصی محسوب می گردد. با مطالعه مقاله شبکه فشار ضعیف به طور کامل با این شبکه ها آشنا می شوید. مدل دیگر از شبکه فشار ضعیف در تاسیساتی است که دارای ترانسفورماتور MV به LV هستند. در این تاسیسات می توان از پیکربندی های متنوعی برای توزیع انرژی فشار ضعیف استفاده کرد. پیکربندی ها بر اساس اهمیت و حساسیت بارها انتخاب می شود. در این قسمت روش های مختلف طراحی شبکه فشار ضعیف داخلی بررسی شده است.

پیکربندی مدارهای توزیع فشار ضعیف داخلی

مدارهای فشار ضعیف بخش نهایی توزیع انرژی هستند. این مدارها به شکل های مختلفی طراحی و اجرا می شوند. پیکربندی های اصلی و قابل اجرا برای مدارهای فشار ضعیف در این بخش شرح داده شده است. منظور از مدارهای فشار ضعیف قسمت های قدرت بوده که تغذیه کننده ی تابلوها و بارهای داخل سایت هستند. مدارهای قدرت فشار ضعیف از طریق کابل، باسداکت یا ترکیبی از هردو مورد اجرا می شوند. انتخاب پیکربندی یا طراحی شبکه فشار ضعیف با توجه به حساسیت بارها، دیماند، مسائل اقتصادی و غیره انجام می گردد. در  مقاله ی دیماند برق چیست نحوه محاسبه بارها در تاسیسات الکتریکی را بررسی کرده ایم. برای انتخاب پیکربندی مناسب باید تمام اطلاعات مانند کاربری سایت، تعداد ساختمان ها، تعداد طبقات، سطح زیر بنا، لیست بارها، تعداد پیشنهادی تابلوها و غیره جمع آوری شود. کیفیت اطلاعات در این بخش بسیار مهم بوده و تعیین کننده ی میزان هزینه برای طراحی بخش الکتریکی سایت است.

پیکربندی تک فیدر یا Single feeder configuration

اصطلاح فیدر یا Feeder به معنی تغذیه کننده می باشد. پیکربندی تک فیدر به صورت مرجع بوده و بسیار ساده است. در این روش هر بار یا مصرف کننده توسط کابل یا خطوط هوایی به یک منبع تغذیه متصل می شود. اتصال به یک فیدر یا یک منبع، حداقل سطح دسترسی به انرژی الکتریکی را فراهم می کند. در صورت خرابی یا قطع منبع اصلی هیچ جایگزینی برای آن وجود ندارد. در تصویر دیاگرام تک فیدر یا تغذیه از یک منبع را مشاهده می کنید. در این تاسیسات تنها یک ترانسفورماتور وجود داشته که خروجی آن به تابلوی اصلی فشار ضعیف متصل شده است. تابلوی اصلی فشار ضعیف نیز شامل تعدادی بریکر بوده که تابلوهای دیگر یا بارها را تغذیه می کنند. رخ دادن خطا در هر خروجی باعث بی برقی بخشی از سیستم خواهد شد. رخ دادن خطا در بخش فشار متوسط، ترانسفورماتور یا تابلوی اصلی منجر به خاموشی کل سیستم می شود.

پیکربندی دو ترانسفورماتور موازی یا Parallel transformer configuration

در این سیستم از دو ترانسفورماتور پارالل استفاده می شود که در یک پست نصب شده اند. اگر با ترانسفورماتورهای پارالل آشنا نیستید مقاله پارالل یا موازی کردن ترانسفورماتورها را مطالعه کنید. این ترانسفورماتورها در نهایت به یک تابلوی اصلی فشار ضعیف متصل شده و به صورت مشترک آن را تغذیه می کنند. استفاده از دو دستگاه ترانسفورماتور، میزان بی برقی بعلت خرابی یک ترانس را کاهش می دهد. با قطع بریکرهای طرفین یا بریکر فشار متوسط و فشار ضعیف می توان هر دستگاه ترانسفورماتور را به صورت جداگانه بی برق کرد. این کار اصطلاحا مانور نام داشته و معمولا بدون خاموشی شبکه فشار ضعیف انجام می شود. برای خارج کردن یک ترانس از مدار باید به مجموع بارهای متصل شده به تابلو توجه کرد. اگر مجموع بارها از ظرفیت ترانس بیشتر باشد باید بخشی از آن ها را قطع کرد.

در پیکربندی با دو ترانسفورماتور موازی باید قدرت قطع بریکرهای ورودی، خروجی و قابلیت تحمل اتصال کوتاه باسبار با دقت بالایی محاسبه شود. استفاده از ترانسفورماتورهای پارالل باعث افزایش جریان اتصال کوتاه مخصوصا روی باسبار و خروجی های فشار ضعیف می شود. به عنوان مثال رخ دادن اتصال کوتاه سه فاز در یکی از خروجی های تابلوی اصلی را تصور کنید. این خطا به صورت همزمان از دو ترانسفورماتور تغذیه شده و جریان بسیار شدیدی از باسبار و بریکر خروجی خواهد گذشت. اگر بریکر خروجی نتواند این جریان را قطع کند، به شدت آسیب خواهد دید. آسیب بریکر در این گونه موارد به معنی انفجار آن و ایجاد آرک در تابلوی اصلی است.

توصیه می شود به منظور محاسبه ی اتصال کوتاه سیستم و طراحی شبکه فشار ضعیف هنگام وجود چند منبع پارالل مانند ترانسفورماتورها، از نرم افزارها استفاده کنید. با استفاده از نرم افزار می توانید مدل های مختلف اتصال کوتاه مانند سه فاز، دوفاز، دوفاز به زمین، تکفاز و غیره را شبیه سازی کرده و میزان جریان خطای هر یک را مشاهده کنید. میزان جریان خطای ممکن در یک سیستم برای انتخاب صحیح تجهیزات بسیار مهم است.

پیکربندی دو ترانسفورماتور با کوپلاژ نرمال باز

جهت افزایش قابلیت اطمینان می توان باسبار تابلوی فشار ضعیف اصلی را به دو قسمت تقسیم کرده و هر بخش را از یک ترانسفورماتور مستقل تغذیه کرد. در این پیکربندی از یک کلید یا بریکر نرمال باز به عنوان کوپلر استفاده می شود. کوپلر یا کوپلاژ برای اتصال باسبارها به یکدیگر با فرمان دستی و خودکار به‌کار می رود. به منظور افزایش قابلیت اطمینان معمولا از سیستم چنج آور فشار ضعیف برای کنترل بریکرهای اصلی و کوپلر استفاده می شود. سیستم چنج آور در این پیکربندی باید بسیار هوشمند عمل کرده و دارای اینترلاک های مکانیکی و الکتریکی مناسب باشد.

باز بودن کوپلر در شرایط عادی مزایای زیادی دارد. مزایای مهم باز بودن این کلید عبارتند از:

• کار کردن مستقل ترانسفورماتورها و عدم تاثیر بارهای فشار ضعیف روی یکدیگر
• توانایی استفاده از ترانسفورماتور با سایز یا گروه برداری مختلف در صورت جابجایی بار بدون پارالل شدن آن ها
• کوچکتر شدن ترانسفورماتورها و کاهش سطح مقطع و تعداد کابل های ترانس به تابلوی اصلی فشار ضعیف
• کاهش جریان اتصال کوتاه در دسترس و جلوگیری از صدمات سنگین روی باسبار و بریکرهای خروجی

طبق تصویر بخش فشار متوسط ترانس ها از یک فیدر تغذیه شده و قطع آن به معنی خاموشی کامل سیستم است. در این پیکربندی ترانسفورماتورها در کنارهم و داخل یک پست قرار دارند. در صورت نیاز به پارالل کردن بخش فشار ضعیف ترانسفورماتورها باید به سایز و گروه برداری آن ها توجه شود. در شرایط پارالل باید باسبار و بریکرها برای مجموع جریان خطای در دسترس سایز شوند. این پیکربندی برای تاسیسات با دیماند یا انرژی مورد تقاضای بالاتر از 1 مگا ولت آمپر توصیه می شود.

پیکربندی تابلوهای فشار ضعیف اصلی با اتصال توسط باسداکت

در این پیکربندی دو دستگاه ترانسفورماتور پارالل وجود داشته که از نظر فیزیکی با یکدیگر فاصله دارند. اتصال موازی ترانسفورماتورها از طریق سیستم باسداکت انجام شده و تمام بریکرها به صورت نرمال بسته هستند. این پیکربندی شبیه به یک حلقه بوده و بارها از دو سو تغذیه می شوند. طبق تصویر فقط بارهای حساس به حلقه ی داخلی متصل خواهند شد.

در صورت رخ دادن خطا در یک ترانسفورماتور یا خروجی آن، انرژی مورد نیاز بارها از طریق ترانسفورماتور دیگر تامین خواهد شد.  میزان در دسترس بودن انرژی با این پیکربندی به دو شکل زیر تعریف می شود:

• کامل: هر ترانسفورماتور می تواند تمام بارهای موجود در تاسیسات را به صورت انفرادی تغذیه کند.
• جزئی: هر ترانسفورماتور می تواند تنها بخشی از بارهای موجود در تاسیسات را تغذیه کند.

مانور کامل به معنی سایز بزرگتر ترانس ها و افزایش قابلیت اطمینان به همراه هزینه ی اولیه است. به عنوان مثال برای تامین 1000 کیلو ولت آمپر توان ظاهری حداقل به دو دستگاه ترانس مساوی یا بزرگتر از 1000 کیلو ولت آمپر نیاز است. رخ دادن خطا در سیستم کامل فقط باعث ایزوله شدن محل آن شده و اختلالی در تامین انرژی برای بارهای دیگر ایجاد نمی کند. در سیستم با قابلیت مانور کامل می توان هر یک از ترانسفورماتورها را بی برق کرده و عملیات تعمیر و نگهداری آن ها را بدون خاموشی انجام داد.

در مانور جزئی، هنگام رخ دادن خطا در یکی از ترانسفورماتورها باید بخشی از بارها باید به صورت خودکار از باسبار جدا شوند. سیستم کاهش بار خودکار اصطلاحا Load-shedding نام داشته و باید مصرف کننده های غیر ضروری را بی برق کند. سیستم کاهش بار باید به محض رخ دادن خطا و از دست رفتن یک ترانس وارد عمل شود. تاخیر در این سیستم می تواند باعث اضافه بار شدن ترانس سالم و عملکرد سیستم های حفاظتی آن شود. تعمیرات و نگهداری در این سیستم نیز با خاموشی بخشی از بارها انجام می شود.

توصیه می شود برای طراحی شبکه فشار ضعیف و تحلیل پخش بار و محاسبه سطح اتصال کوتاه از نرم افزار استفاده کنید. اطلاعات خروجی نرم افزار در تهیه ی تجهیزات و تنظیم آن ها بسیار مهم است.

پیکربندی رینگ فشار ضعیف

این پیکربندی می تواند نمونه توسعه پیدا کرده پیکربندی قبلی با اتصال بین تابلوهای متعدد فشار ضعیف باشد. به صورت معمول در این پیکربندی از چهار دستگاه ترانسفورماتور به صورت موازی استفاده می شود. سمت فشار متوسط این ترانسفورماتورها از یک فیدر تغذیه شده و سمت فشار ضعیف آن ها از طریق باسداکت رینگ می شود. بارها در این مدل به صورت مشترک از چند دستگاه ترانسفورماتور تغذیه خواهند شد. طراحی شبکه فشار ضعیف به شکل رینگ برای سایت های بزرگ با میزان مصرف بالا مناسب است. قابل ذکر است میزان بار به صورت کیلو ولت آمپر بر متر مربع مشخص می شود.

اگر تمام بارها توسط سه دستگاه ترانس تغذیه شوند، فراوانی یا در دسترس بودن انرژی هنگام رخ دادن خطا در یک ترانسفورماتور به صورت کامل خواهد بود. به عبارت دیگر با رخ دادن خطا و خروج یک ترانسفورماتور از مدار، هیچ بخشی از مصرف کننده های فشار ضعیف بی برق نخواهد شد. در شبکه رینگ هر باسبار می تواند از هردو سمت یا ابتدا و انتها تغذیه شود. در صورت خروج چند دستگاه ترانسفورماتور به صورت همزمان باید از سیستم کاهش بار خودکار یا Load shedding استفاده شود.

پیکربندی رینگ فشار ضعیف به پلن حفاظتی ویژه ای نیاز دارد. سیستم حفاظتی در شبکه ی رینگ باید به نحوی باشد تا عملکرد موضعی هنگام رخ دادن خطا، تضمین شود. همانند پیکربندی قبلی، از مدل رینگ در صنایع بزرگ مانند خودرو سازی استفاده می شود. توصیه می شود قبل از انتخاب تجهیزات، از نرم افزار برای تحلیل پخش بار و اتصال کوتاه استفاده کنید. با کمک گرفتن از نرم افزار حتی می توانید تنظیمات مناسب هر بریکر را مشخص کنید.

پیکربندی با دو منبع تغذیه مستقل

پیکربندی با دو منبع تغذیه در شرایطی استفاده می شود که به حداکثر قابلیت اطمینان نیاز باشد. در این شبکه از دو منبع تغذیه ی غیر وابسته یا مستقل استفاده می شود. منابع مستقل می توانند به شکل زیر انتخاب شوند:

• دو دستگاه ترانسفورماتور تغذیه شونده از دو فیدر فشار متوسط مختلف
• یک دستگاه ترانسفورماتور و یک دستگاه ژنراتور پشتیبان
• یک دستگاه ترانسفورماتور و UPS

منابع فوق توسط چنج آور اتوماتیک یا ATS مدیریت شده تا از پارالل شدن آن ها جلوگیری شود. هنگام وجود دو منبع مستقل می توان تعمیرات پیشگیرانه و اضطراری تجهیزات بالادست را بدون قطع برق انجام داد. در تصویر زیر دیاگرام توصیه شده برای پیکربندی دو منبع را مشاهده می کنید. در این دیاگرام بریکرهای اصلی خروجی هر دو منبع به صورت نرمال بسته و بارهای غیر حساس از طریق آن ها تغذیه می شود. بارهای غیر حساس هنگام رخ دادن خطا بی برق خواهند شد.
مدیریت بارهای حساس بر عهده چنج آور اتوماتیک بوده و قابلیت سوئیچ بین هردو منبع را دارد. چنج آور دارای اینترلاک بوده و از وصل همزمان منابع جلوگیری خواهد کرد. تاکید می شود که کار کرد پارالل و چنج بدون خاموشی در این طرح امکان پذیر نیست.
منبع اصلی باید برای تامین انرژی کل سیستم سایز شود ولی منبع جایگزین می تواند کوچکتر باشد. دلیل استفاده از چنج آور جداگانه در تصویر همین است.

ترکیب پیکربندی های مختلف در طراحی شبکه فشار ضعیف

در طراحی شبکه فشار ضعیف اغلب تاسیسات الکتریکی از ترکیپ چند زیر مجموعه با پیکربندی های مختلف استفاده شده است. پیکربندی ها و روش ارتباط آن ها با یکدیگر بر اساس قابلیت اطمینان و حساسیت بارها تعیین می شود. به عنوان مثال در بخش های بسیار حساس می توان از ژنراتور و منابع بدون وقفه استفاده کرد. بخش های حساس می توانند توسط باسداکت یا کابل تغذیه شوند. در تصویر زیر یک مثال از ترکیب پیکربندی های مختلف در تاسیسات را مشاهده می کنید.
بخش های مشخص شده در تصویر عبارتند از:

1. پیکربندی تک فیدر
2. پیکربندی تابلوهای فشار ضعیف اصلی با اتصال توسط باسداکت
3. پیکربندی با دو منبع تغذیه مستقل

در جدول زیر نکته های مهم به همراه مشخصه ی پیکربندی های ممکن در تاسیسات آورده شده است. با توجه به این جدول می توانید بهترین پیکربندی یا ترکیب چند پیکربندی را برای تاسیسات داخلی انتخاب کنید. در نظر داشته باشید که جهت طراحی شبکه فشار ضعیف باید پارامترهای زیادی را مانند هزینه، حساسیت بارها، توسعه های بعدی و غیره را لحاظ کنید.