محاسبه جریان الکتروموتور و روشنایی

در این مقاله به بررسی نحوه محاسبه جریان موتور القایی و هیترها، لامپ های رشته ای، فلورسنت، تخلیه ای و LED ها می پردازیم و فرمول، جدول جریان و مشخصه های هر یک را شرح می دهیم.

آنچه در این مقاله می خوانید−

محاسبه جریان الکتروموتور و روشنایی
- قدرت و جریان موتورهای القایی
- قدرت و جریان هیترها و لامپ ها

قدرت و جریان موتورهای القایی

بررسی قدرت ظاهری درخواستی یا مورد نیاز بارهای مختلف یک مرحله‌ی اولیه و ضروری در طراحی تاسیسات LV است. مشخص کردن مقدار واقعی توان ظاهری هر بار به منظور انجام گام‌های زیر انجام می شود:

مشخص کردن توان درخواستی یا دیماند کل تاسیسات برای عقد قرارداد با تامین کننده‌ی انرژی
توان ترانسفورماتور MV/LV در صورت لزوم به همراه امکان افزایش بارهای آتی
سطح جریان موجود در هر تابلو سوئیچ بردهای توزیع

در این ویدئو روش محاسبه جریان موتورهای سه فاز را مشاهده خواهید کرد. این ویدئو برگرفته از دوره تاسیسات فشار متوسط است.

در ادامه روش محاسبه‌ جریان و توان الکتروموتور به عنوان یکی از بارهای بسیار مهم بررسی شده است. توان نامی موتور براساس KW یا Pn نشان دهنده‌ی معادل توان مکانیکی خروجی آن است. توان ظاهری تحویل داده شده به موتور براساس KVA یا Pa تابعی از خروجی، راندمان و ضریب توان است. میزان جریان دریافتی موتور سه فاز و تکفاز طبق این فرمول ها محاسبه می‌شود.

\[{P_a } = \frac{{{P_n}}}{{{\rm{\eta }}\cos \varphi }}\]

\[3 – phase\;Motor:In = \frac{{{P_n} \times 1000}}{{\sqrt {3\;} \times U \times {\rm{\eta }} \times \cos \varphi }}\]
\[1 – phase\;Motor:In = \frac{{{P_n} \times 1000}}{{U \times {\rm{\eta }} \times \cos \varphi }}\]

آیتم های موجود در فرمول‌های فوق عبارتند از:

In جریان نامی با واحد آمپر
Pn توان نامی با واحد کیلو وات
U ولتاژ بین فازها در موتور سه فاز و ولتاژ بین ترمینال‌ها در موتور تکفاز بر اساس ولت
موتور تکفاز ممکن است به فاز و نول یا دوفاز متصل شود.
راندمان به صورت پریونیت به عنوان مثال Kw out/Kw in
ضریب توان به عنوان مثال Kw In/KVA in

جریان زیر گذرا و تنظیم سیستم های حفاظتی

مقدار پیک جریان زیر گذرا می تواند بسیار بالا باشد. معمولا این مقدار به 12 تا 15 برابر مقدار جریان نامی RMS موتور می رسد.

گاهی اوقات این به مقدار به 25 برابر نیز خواهد رسید. بریکر، کنتاکتور و رله‌های اضافه بار اشنایدر الکتریک با مقاومت بالا در برابر جریان‌های سنگین زیرگذرای راه اندازی موتورها طراحی شده اند. تاکید می‌شود که این جریان ممکن است تا 19 برابر مقدار RMS جریان نامی موتور باشد. تریپ غیر منتظره تجهیزات حفاظت OC هنگام راه اندازی به معنی عبور جریان استارت از محدوده‌ی نرمال آن است. در صورت رسیدن جریان به حداکثر توانایی یا Withstand سوئیچگیرها ممکن است عمر آن‌ها کاهش پیدا کرده و یا برخی از تجهیزات صدمه ببینند. به منظور جلوگیری از این شرایط باید سایز تجهیزات بالاتر انتخاب شود. سوئیچگیرهای اشنایدر الکتریک به منظور اطمینان از حفاظت استارترها در برابر اتصال کوتاه طراحی شده‌اند. با توجه به ریسک اتصال کوتاه جدول‌هایی برای انتخاب بریکر، کنتاکتور و رله‌ی اضافه بار با تیپ‌های کوردینه سازی 1 و 2 ارائه می‌شود.

جریان راه اندازی موتور

در بازار موتورهای با راندمان بالا نیز وجود دارد. در عمل جریان راه‌اندازی موتورهای با راندمان بالا تقریبا مشابه با موتورهای معمولی است. به منظور کنترل جریان راه‌اندازی موتور می‌توان از راه شیوه‌های ستاره مثلث، سافت استارتر و درایو استفاده کرد. به عنوان مثال با ستاره مثلث و سافت استارتر می‌توان جریان راه‌اندازی را از 7.5 برابر جریان نامی به حدود 4 برابر کاهش داد.

جبران سازی توان راکتیو موتور

کاهش جریان دریافتی موتور از نظر فنی و اقتصادی سودمند است. به منظور کاهش جریان موتور بدون تغییر در توان خروجی آن از خازن استفاده می‌شود. کاربرد این روش در عملکرد موتورهای القایی معمولا بهبود ضریب توان یا اصلاح ضریب توان نامیده می‌شود. طبق اطلاعات ارائه شده در بخش L هندبوک اشنایدر می‌توان توان ظاهری موتورها را با اتصال یک خازن شنت یا موازی کاهش داد. با توجه به ثابت بودن ولتاژ، کاهش توان ظاهری ورودی به معنی کاهش جریان ورودی است. جبران سازی توان راکتیو مخصوصا برای موتورهایی که به صورت طولانی مدت و با توان پائین کار می‌کنند؛ توصیه می‌شود. با توجه به فرمول زیر، کاهش توان ظاهری به معنی افزایش ضریب توان یا کسینوس فی است. جریان دریافتی موتور پس از اصلاح ضریب توان طبق فرمول زیر محاسبه می‌شود:

\[\cos \varphi = \frac{{KW\;input}}{{KV\;input}}\]

\[I = {I_a} \frac{{\cos \varphi }}{{\cos \varphi’}}\]

آیتم‌های فرمول فوق عبارتند از:

\(Cos\varphi \) ضریب توان قبل از جبران سازی
\(Cos\varphi’\) ضریب توان پس از جبران سازی
Ia جریان اصلی

جریان استاندارد موتورها طبق IEC 60947-4-1 ضمیمه‌ی G

690 V

500 V

440-480 V

400 V

380-415 V

230 V

0.35

0.49

0.64

0.48

0.68

0.88

–

0.6

0.85

1.1

–

1.0

1.5

1.9

–

0.18

0.25

0.37

–

0.87

–

1.2

–

1.1

–

1.6

–

1.5

–

1.3

–

1.8

–

2.6

–

0.55

–

1.1

1.6

–

1.5

2.2

2.1

–

1.9

2.7

2.3

–

3.3

4.7

–

0.75

1.1

–

2.1

–

2.9

3.4

–

3.6

3.3

4.3

–

6.3

1-1/2

–

1.5

2.8

–

3.8

3.9

–

5.2

–

4.8

–

4.9

–

6.5

–

6.1

–

8.5

–

11.3

–

2.2

–

3.0

4.9

–

6.7

6.8

–

9.2

7.6

–

8.5

–

11.5

9.7

–

5.5

–

8.9

–

12.4

11.0

14.0

–

15.5

14.0

18.0

–

7-1/2

–

7.5

12.8

–

17.6

–

21.0

27.0

22.0

–

27.0

34.0

38.0

–

18.5

–

115

–

103

–

140

169

–

106

124

–

132

128

165

–

230

100

–

113

128

–

156

–

156

–

160

–

195

–

208

–

278

–

340

–

125

–

110

–

134

–

184

–

180

–

240

–

230

–

240

–

320

–

400

–

150

–

200

–

132

–

162

–

224

–

280

–

487

–

150

160

185

–

203

–

280

–

302

–

350

–

403

–

609

–

250

–

200

220

–

250

–

344

–

361

–

430

–

482

–

748

–

300

–

250

280

–

414

474

–

560

636

–

350

400

–

300

313

–

432

–

515

–

540

–

940

–

450

–

315

–

335

354

–

488

–

590

–

610

–

786

–

1061

–

500

–

355

–

375

400

–

552

–

690

–

1200

–

400

425

450

–

493

–

680

–

850

–

1478

–

475

500

530

551

–

615

760

–

847

–

950

–

1060

–

1652

–

1844

–

560

600

630

–

690

–

952

–

1190

–

2070

–

670

710

750

780

–

880

1076

–

1214

–

1346

–

1518

–

2340

–

2640

–

800

850

900

–

970

–

1339

–

1673

–

2910

–

950

1000

قدرت و جریان هیترها و لامپ ها

پس از موتورها می توان گفت که سیستم های گرمایشی و روشنایی از بارهای بسیار مهم در تاسیسات الکتریکی هستند. مشخصه ی بارهای گرمایشی و لامپ های رشته ای تقریبا یکسان است ولی مدل های دیگر روشنایی دارای خصوصیات متفاوتی هستند. در این بخش روش محاسبه جریان هیترها، لامپ های رشته ای، فلورسنت، تخلیه ای و LED ها بررسی می شود.

مطالب شرح داده شده در این مقاله را می توانید به صورت ویدئو در دوره ی تاسیسات فشار متوسط مشاهده کنید. در این دوره‌ی آموزشی با استانداردهای ولتاژی، آرایش پست‎‌های فشارمتوسط، تجهیزات اصلی MV، حفاظت ترانسفورماتور و غیره آشنا می شویم. از تجهیزات بررسی شده در این دوره می‌توان به کلیدهای قطع بار یا L.B.S، بریکر، ریکلوزر، رله‌ی پرایمری، رله‌ی ثانویه، رله‌ی بوخهلتس، ترمومتر، ترانس‌های اندازه‌گیری و غیره اشاره کرد. در این دوره دستورالعمل توانیر جهت حفاظت ترانس فشار متوسط بررسی شده و فانکشن‌های لازم و روش به دست آوردن اعداد شرح داده شده است. بخش حفاظت ترانسفورماتور شامل سیم بندی ترمومتر، بوخهلتس و آموزش تنظیم رله‌های MK2200 نیز می گردد. گام نهایی این دوره بازدید از تاسیسات اصلی فشار متوسط شرکت‌ها و ساختمان‌ها به همراه بررسی نقشه‌های تک خطی و حفاظتی است. لطفا جهت مشاهده‌ی سرفصل‌ها و لیست ویدئوهای این دوره روی عبارت تاسیسات الکتریکی فشار متوسط کلیک کنید.

محاسبه جریان وسایل گرمایشی و لامپ‌های رشته‌ای

در این گروه وسایل گرمایشی و لامپ‌های رشته‌ای به صورت معمولی یا هالوژنی قرار دارند. برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید بخش N از هندبوک اشنایدر با عنوان مدارهای روشنایی را مطالعه کنید. در سیستم‌های گرمایشی و لامپ‌های رشته‌ای معمولی و هالوژنی ضریب توان برابر با یک است.

در این ویدئو روش محاسبه جریان انواع لامپ و تفاوت آن ها را مشاهده می کنید. این ویدئو برگرفته از دوره تاسیسات فشار متوسط است.

استفاده از گاز هالوژن در لامپ‌های رشته‌ای این مزایا را دارد:

ایجاد منبع نور متمرکزتر
افزایش نور تولید شده
دوبرابر شدن طول عمر لامپ

در لحظه‌ی اول سوئیچ لامپ‌های رشته‌ای، فیلامان سرد باعث ایجاد جریان شدید ولی بسیار کوتاه خواهد شد. در این حالت به سادگی می‌توان جریان را از طریق توان نامی Pn ارائه شده توسط شرکت سازنده محاسبه کرد. جریان لامپ های رشته ای طبق فرمول‌های زیر محاسبه می‌شود.

\[3 – phase:{I_a} = \frac{{{P_n}}}{{\sqrt 3 \times U}}\]

\[1 – phase:{I_a} = \frac{{{P_n}}}{U}\]

در این فرمول ها:

Ia جریان بر اساس آمپر
U ولتاژ بین ترمینال‌های تجهیزات بر اساس ولت
Pn توان نامی. اگر توان بر اساس kW باشد باید آن را در 1000 ضرب کنیم.

3-Phase 400 V	3-Phase 230 V	1-Phase 230 V	1-Phase 127 V	Kw
0.14	0.25	0.43	0.79	0.1
0.29	0.50	0.84	1.58	0.2
0.72	1.25	2.17	3.94	0.5
1.44	2.51	4.35	7.9	1
2.17	3.77	6.52	11.8	1.5
2.89	5.02	8.70	15.8	2
3.61	6.28	10.9	19.7	2.5
4.33	7.53	13	23.6	3
5.05	8.72	15.2	27.6	3.5
5.77	10	17.4	31.5	4
6.5	11.3	19.6	35.4	4.5
7.22	12.6	21.7	39.4	5
8.66	15.1	26.1	47.2	6
10.1	17.6	30.4	55.1	7
11.5	20.1	34.8	63	8
13	22.6	39.1	71	9
14.4	25.1	43.5	79	10

جهت مطالعه ده ها مقاله ی تخصصی دیگر، بخش مقالات طراحی تاسیسات فشار متوسط را مشاهده کنید.

محاسبه جریان لامپ‌های فلورسنت

این لامپ‌ها از گروه تخلیه در گاز با نور نامرئی هستند. برای تولید نور مرئی در این لامپ‌ها از ماده فلورسنت استفاده می‌شود.

توان نامی یا In درج شده روی خود لامپ فلورسنت با واحد وات شامل توان تلف شده در بالاست نیست. جریان لامپ فلورسنت طبق فرمول زیر محاسبه می‌شود.

\[{I_a} = \frac{{{P_{ballast}} + {P_n}}}{{U\;\cos \varphi }}\]

در این فرمول:

U ولتاژ اعمال شده با لامپ و تجهیزات مربوطه
در صورت عدم وجود اطلاعات در خصوص تلفات بالاست، ممکن است از 25 درصد Pn استفاده شود.

لامپ‌های فلورسنت به دو گروه لوله‌ای استاندارد یا مهتابی و کامپکت یا لامپ‌های کم مصرف تقسیم می‌شوند.

در صورت عدم ذکر مشخصات لامپ های لوله ای، معمولا این لامپ‌ها در یکی از سه گروه زیر قرار می گیرند:

ضریب توان 0.6 بدون خازن جبران ساز
ضریب توان 0.86 با خازن جبران ساز به صورت تک یا دو لامپ
ضریب توان 0.96 با بالاست الکترونیک

اصطلاح ارتقاء ضریب توان معمولا به صورت جبران ساز در لامپ‌های تخلیه گازی بیان می‌شود. در صورت عدم وجود اطلاعات در خصوص تلفات بالاست، ممکن است از 25 درصد Pn استفاده شود. این جدول مربوط به لامپ‌های فلورسنت معمولی با ولتاژ 220 و فرکانس 50 هرتز است.

طبقه بندی لامپ، استارتر و بالاست	توان ثبت شده روی لامپ براساس وات	جریان در 230 ولت با بالاست مغناطیسی بدون جبران ساز	جریان در 230 ولت با بالاست مغناطیسی بدون جبران ساز	جریان در 230 ولت با بالاست الکترونیک	طول لامپ
لامپ تکی	18	0.20	0.14	0.10	60
	36	0.33	0.23	0.18	120
	58	0.50	0.36	0.28	150
لامپ جفت یا دوبل	2*18		0.28	0.18	60
	2*36		0.46	0.35	120
	2*58		0.72	0.52	150

لامپ‌های فلورسنت کامپکت دارای خصوصیات اقتصادی با طول عمر بالا همانند لامپ‌های لوله‌ای استاندارد هستند. محل استفاده‌ی لامپ‌های کامپکت معمولا در مکان‌های عمومی با روشنایی دائمی است. مثلا در ورودی‌ها، راهروها و غیره این لامپ‌ها در سرپیچ‌های معمولی قرار گرفته و دائم روشن هستند.

در جدول زیر توان و جریان دریافتی لامپ های کامپکت در ولتاژ 230 و فرکانس 50 آورده شده است.

نوع لامپ	توان لامپ بر اساس وات	جریان در ولتاژ 230 ولت
لامپ با بالاست جداگانه	10	0.080
	18	0.110
	26	0.150
لامپ با بالاست داخلی و یکپارچه	8	0.075
	11	0.095
	16	0.125
	21	0.170

لامپ‌های تخلیه‌ای

این لامپ‌ها از گروه تخلیه در گاز با نور مرئی بوده و براساس تخلیه‌ی الکتریکی درخشان در گاز یا بخار یک ترکیب فلزی کار می‌کنند. المان‌های لامپ در یک محفظه‌ی شفاف با فشار مشخص قرار داده شده و کاملا بسته می‌شود. لامپ‌های تخلیه‌ای دارای زمان راه‌اندازی طولانی با جریان استارت هستند. به عبارت دیگر جریان Ia در این لامپ‌ها از جریان In بیشتر بوده و با گذشت زمان پس از راه‌اندازی کمتر می‌شود. توان و جریان دریافتی لامپ‌ها بر اساس نوع و بزرگی آن‌ها متفاوت است. اطلاعات لامپ‌ها توسط شرکت‌های سازنده ارائه شده و ممکن است با توجه به تولید کننده‌های مختلف؛ کمی با یکدیگر متفاوت باشد.

نکته: توان نامی یا In درج شده روی خود لامپ تخلیه‌ای با واحد وات شامل توان تلف شده در بالاست نیست.

لامپ‌های تخلیه‌ای در چهار گروه زیر دسته بندی می‌شوند:

بخار سدیم پر فشار
بخار سدیم کم فشار
بخار جیوه + متال هالید (متال هالاید)
بخار جیوه + ماده فلورسنت

این لامپ‌ها به افت ولتاژ حساس بوده و در صورت کاهش ولتاژ به کمتر از 50 درصد ولتاژ نامی؛ خاموش خواهند شد. در صورت خاموش شدن لامپ به علت افت ولتاژ حدود 4 دقیقه زمان نیاز است تا لامپ سرد شده و مجدد روشن شود. لامپ‌های بخار سدیم کم فشار دارای راندمان نوری بهتری نسبت به دیگر لامپ‌ها هستند. در نظر داشته باشید که لامپ بخار سدیم کم فشار دارای نور زرد مایل به نارنجی است. نور زرد لامپ‌های بخار سدیم باعث محدود شدن استفاده از آن‌ها می‌شود زیرا تشخیص رنگ را تقریبا غیر ممکن می‌کند.

در ادامه جریان دریافتی توسط واحد کامل لامپ‌های تخلیه شامل تمام تجهیزات مرتبط و وابسته به آن آورده شده است.

جدول مشخصات لامپ‌های بخار سدیم پر فشار

تیپ لامپ W	توان دریافتی W در 230 400	جریان In بدون جبران ساز 230 400	جریان In با جبران ساز 230 400	جریان راه اندازی xln	زمان راه اندازی دقیقه	بازده نوری لومن بر وات	میانگین عمر براساس ساعت	کاربری
50	60	0.76	0.3	1.4 to 1.6	4 to 6	80 to 120	9000	روشنایی: •سالن های بزرگ •فضای باز •روشنایی عمومی
70	80	1	0.45
100	115	1.2	0.65
150	168	1.8	0.85
250	274	3	1.4
400	431	4.4	2.2
1000	1055	10.45	4.9

جدول مشخصات لامپ‌های بخار سدیم کم فشار

تیپ لامپ W	توان دریافتی W در 230 400	جریان In بدون جبران ساز 230 400	جریان In با جبران ساز 230 400	جریان راه اندازی xln	زمان راه اندازی دقیقه	بازده نوری لومن بر وات	میانگین عمر براساس ساعت	کاربری
26	34.5	0.45	0.17	1.1 to 1.3	7 to 15	100 to 200	8000 to 12000	روشنایی: • بزرگ راه ها •روشنایی امنیتی و ایستگاه ها •سکوها، محل ذخیره سازی
36	46.5		0.22
66	80.5		0.39
91	105.5		0.49
131	154		0.69

مشخصات لامپ‌های بخار جیوه + متال هالید (متال هالاید)

تیپ لامپ W	توان دریافتی W در 230 400	جریان In بدون جبران ساز 230 400	جریان In با جبران ساز 230 400	جریان راه اندازی xln	زمان راه اندازی دقیقه	بازده نوری لومن بر وات	میانگین عمر براساس ساعت	کاربری
70	80.5	1	0.40	1.7	3 to 5	70 to 90	6000	روشنایی محیط های بسیار بزرگ با پرژکتور مانند استادیوم های ورزشی و غیره
150	172	1.8	0.88
250	276	2.10	1.35
400	425	3.40	2.15
1000	1046	8.25	5.30
2000	2052 2092	16.5 8.60	10.50 6				2000

مشخصات لامپ‌های بخار جیوه + ماده فلورسنت

تیپ لامپ W	توان دریافتی W در 230 400	جریان In بدون جبران ساز 230 400	جریان In با جبران ساز 230 400	جریان راه اندازی xln	زمان راه اندازی دقیقه	بازده نوری لومن بر وات	میانگین عمر براساس ساعت	کاربری
50	57	0.6	0.30	1.7 to 2	3 to 6	40 to 60	8000 to 12000	روشنایی: •کارگاه ها با سقف بسیار بلند •سالن ها •سوله ها •روشنایی فضای باز •خروجی نور کم (جایگزین شده با لامپ های بخار سدیم)
80	90	0.8	0.45
125	141	1.15	0.70
250	268	2.15	1.35
400	421	3.25	2.15
700	731	5.4	3.85
1000	1046	8.25	5.30
2000	2140 2080	15	11 6.1

لامپ‌ها و لوازم LED

لامپ یا روشنایی‌ها مبتنی بر تکنولوژی LED توسط درایور تغذیه می‌شوند. درایور ممکن است:

با لامپ ادغام شده و به صورت داخلی در محفظه‌ی آن قرار بگیرد. در این شرایط باید به توان درج شده روی لامپ توجه کنیم.
درایو به صورت مجزا ارائه شود. در این حالت حتما باید به توان تلف شده در درایور و توان یک یا چند ماژول LED دقت شود.

تکنولوژی LED زمان راه‌اندازی بسیار کوتاهی دارد. از طرفی جریان راه‌اندازی یا هجومی هنگام راه‌اندازی LED به صورت کلی بسیار بالاتر از لامپ‌های فلورسنت با بالاست الکترونیک است. تاکید می‌شود که توان درج شده روی ماژول های LED با درایور جداگانه شامل توان تلف شده در درایور نمی‌باشد. در جدول زیر خصوصیات اصلی لامپ‌ها و لوازم LED آورده شده است.

توان بر اساس W در 230 ولت

ضریب توان

جریان هجومیIp/In

زمان جریان هجومی به میکروثانیه

زمان کامل تا راه اندازی ثانیه

بازده نوری

لومن بر وات

میانگین عمر براساس ساعت

کاربری

3 to 400 w

>0.9

Up to 250

<250

<0.5 to 1

100 to 140

20000 to 50000

کلیه ی کاربردهای روشنایی در تمام زمینه ها شامل ساختمان مسکونی، تجاری، صنعتی، سازمان ها و غیره

در این مقاله به شرح نحوه محاسبه جریان موتور و انواع روشنایی پرداختیم. در مقاله بعد محاسبه دیماند برق یا برآورد بار در تاسیسات الکتریکی را به طور کامل بررسی کردیم.