تابلو توزیع برق یا Distribution switchboard

تابلو توزیع برق یا سوئیچبرد، یک تقسیم کننده بوده که انرژی را از منبع تغذیه دریافت و به مدارهای مختلف تحویل می دهد. خروجی های تابلو توزیع برق باید دارای ادوات کنترلی و حفاظتی مناسب باشد. حفاظت خروجی ها می تواند توسط فیوزهای ذوب شونده یا سوئچگیرها یا Switchgear صورت گیرد.

یک سوئیچبرد به تعدادی قسمت های عملیاتی تقسیم می شود. هر واحد عملیاتی شامل تمام عناصر الکتریکی و مکانیکی برای انجام یک عملکرد معین است. این نشان دهنده ی یک حلقه ی کلیدی در زنجیره ی قابلیت اطمینان است. نوع تابلو توزیع برق یا سوئیچبرد باید با کاربری آن سازگار باشد. به عبارت دیگر باید طراحی و ساخت سوئیچبرد بر اساس استانداردهای حاکم منطقه ای و شرایط بهره برداری صورت گیرد. بدنه یا تابلو سوئیچبرد دو حفاظت را فراهم می کند:

• حفاظت از سوئیچگیر شامل تجهیزات اندازه گیری و نمایشی، رله ها، فیوزگیرها و غیره در برابر ضربه های مکانیکی، لرزش و دیگر عوامل خارجی موثر بر عملکرد یکپارچه سیستم مانند میدان مغناطیسی، خاک، رطوبت، نفوذ حیوانات و غیره.
• حفاظت از افراد در برابر احتمال تماس و برقگرفتگی مستقیم و غیر مستقیم. در این زمینه می توان به کدهای IP و شاخص های IK رجوع کرد.

سوئیچگیر چیست و چه تفاوتی با سوئیچبرد دارد؟

گاهی اوقات عبارت های سوئیچبرد و سوئیچگیر به صورت همزمان به کار برده می شود.  قبل از پرداختن به انواع تابلو برق ها بهتر است با تفاوت عبارت های سوئیچبرد و سوئیچگیر آشنا شویم. سوئیچبرد و سوئیچگیر، سیستم های مهمی هستند که نحوه ی انتقال انرژی به مدارها را کنترل می کنند. این سیستم ها از نظر عملکرد با یکدیگر متفاوت بوده و اغلب به صورت متوالی طراحی می شوند. طراحی متوالی یا پشت سرهم به این علت است که حداکثر حفاظت و هماهنگی صورت بگیرد.

سوئیچبرد و سوئیچگیر برای بخش های مختلفی از تاسیسات الکتریکی طراحی می شوند. به عبارت دیگر این تابلوها در سطوح متفاوت ولتاژی و جریانی قرار می گیرند. تصمیم برای طراحی و استفاده از سوئیچبرد و سوئیچگیر به الزامات طراحی شبکه قدرت بستگی دارد. برای درک بهتر تفاوت این دو سیستم، نگاهی به تفاوت ها و عملکردهای اساسی آن ها خواهیم داشت.

مدارهای الکتریکی به منظور انتقال توان محدودی طراحی می شوند. عبور توان بیش از حد باعث افزایش دمای تجهیزات مانند کابل ها، سیم ها و غیره می شود. افزایش دما به شدت برای سلامت تجهیزات الکتریکی خطرناک بوده و حتی منجر به آتش سوزی خواهد شد. سوئیچگیرها به منظور حفاظت تجهیزات الکتریکی در برابر اضافه بارهای الکتریکی و گاها تنش های ولتاژی طراحی شده اند.

سوئیچگیر یک عبارت توصیفی بوده که وسایل سوئیچینگ را شرح می دهد. تجهیزات سوئیچینگ قدرت باید نیازهای اصلی مانند کنترل، حفاظت و جدا سازی را برآورده کنند. اصطلاح سوئیچگیر برای مجموعه ای از تجهیزات اندازه گیری، تنظیمی یعنی رگولاتورها و سیستم های کنترل ژنراتور و کمیت های دیگر، بریکر و تکنولوژی های مشابه قابل تعمیم است. سوئیچگیرها برای قطع و وصل ترانسفورماتورها، ژنراتورها، موتورها و خطوط انتقال انرژی در سیستم های صنعتی، تجاری و خانگی استفاده می شوند. سوئیچگیرها دارای قسمت هایی  برای اتصال و جدا سازی بوده و می توانند هنگام برقدار بودن سیستم خارج یا جایگزین شوند. به عنوان مثال تابلوهای کشویی از این مدل محسوب می شوند.

یک سوئیچگیر مناسب در صورت افزایش ناگهانی کمیت های الکتریکی، بلافاصله فعال شده باعث قطع تجهیزات از منبع تغذیه خواهد شد. قطع منبع، یک حفاظت پایه ای جهت جلوگیری از آسیب به تجهیزات است. علاوه بر این از سوئیچگیرها به منظور جدا سازی جهت تست، تعمیرات و رفع خطا نیز استفاده می شود.

عبارت سوئیچگیر می تواند به سیستم ها و تجهیزات متنوعی اشاره کند. یک سوئیچگیر می تواند شامل کلیدها، فیوزها، جدا کننده ها، رله ها، بریکرها، ادوات حفاظت در برابر صاعقه، اضافه ولتاژ و غیره باشد. سوئیچگیرها در سه گروه فشار ضعیف، متوسط و فشار قوی ساخته می شوند. سوئیچگیرهای فشار قوی برای کنترل شبکه های بالاتر از 75 کیلو ولت طراحی شده اند. از آنجایی که این تجهیزات برای کار در شبکه فشار قوی ساخته شده اند، باید دارای خصوصیات ایمنی بهبود یافته باشند.

سوئیچگیرها علاوه بر سطوح ولتاژی مختلف می توانند دارای پوشش و عایق های متنوعی باشند. لایه های عایق به منظور حفاظت قسمت های برقدار و جلوگیری از ارتباط آن ها با بخش های بی برق طراحی شده اند. سیستم عایق بندی تابلوها بسیار متنوع است. ممکن است از عایق های مختلف با خواص دی الکتریک متفاوت در بدنه ی سوئیچگیرها استفاده شود. از عایق های پرکاربرد می توان به هوا، سیال، گاز، روغن و جامدات اشاره کرد.

هوا کم هزینه ترین عایق بوده ولی قدرت دی الکتریک آن بسیار پائین است. از هوا به عنوان یک عایق ضعیف استفاده می شود. تجهیزات دارای عایق هوا یا air-insulated devices ابعاد بزرگی داشته و فضای زیادی را اشغال می کنند. میزان عایقی سیالات در مقاسه با هوا بهتر بوده و به همین میزان نیز ارزان هستند. سیال مزیت خنک کنندگی داشته و برای تجهیزات با دمای بالا مفید است. روغن نیز دارای استحکام الکتریکی بالایی بوده و علاوه بر عایق سازی، به عنوان خنک کننده نیز به کار گرفته می شود.

گاز فشرده از دیگر عایق های پر کاربرد در صنعت برق است. گاز تحت فشار دارای استحکام دی الکتریک بیشتری در مقایسه با هوای استاندارد می باشد. هگزا فلوراید گوگرد یا SF6 یک گاز عایق رایج در سیستم های الکتریکی است. علاوه بر SF6 ممکن است از عایق های گازی دیگر نیز استفاده شود. عایق جامد کمتر از عایق های دیگر استفاده شده و قیمت بالایی دارد. عایق جامد استحکام دی الکتریک ویژه ای داشته و در برابر حرارت و خوردگی های شیمیایی مقاوم است.

انواع تابلوهای توزیع برق یا سوئیچبردها

تابلوهای توزیع ممکن است از نظر نوع تاسیسات و الزامات طراحی با یکدیگر متفاوت باشند. تفاوت سوئیچ بردها به ویژه در چیدمان شینه ها مشخص می شود. تابلوهای توزیع را از نظر کاربری می توان به گروه های زیر تقسیم کرد:

• تابلو توزیع اصلی فشار ضعیف یا MLVS: Main low-voltage switchboard
• تابلو کنترل موتور MCC: Motor control center
• تابلو توزیع فرعی یا SDP: Sub-distribution switchboard
• تابلو توزیع نهایی یا Final distribution switchboard

تصویر 1: a) سوئیچبرد فشارضعیف اصلی مدل Prisma P با مدار ورودی از طریق باسداکت b) تابلو فشار ضعیف کنترل موتور یا MCC مدل Okken

تصویر 2: تابلو توزیع فرعی مدل Prisma G

تصویر 3: تابلوهای توزیع نهایی (a) مدل Resi9، (b) مدل Kaedra، (c) مدل Prisma Pack 160

تابلوهای توزیع جهت تغذیه ی بارهای خاص مانند سیستم های گرمایشی، بالابرها، فرایندهای صنعتی و غیره می توانند به دو شکل نصب شوند:

• در کنار تابلوی اصلی یا MLVS
• نزدیک بار مورد نظر

تابلوهای توزیع فرعی و توزیع نهایی در سراسر سایت نصب می شوند. تعداد تابلوهای فرعی و نهایی با توجه به بزرگی سایت، مرکز بار، شرایط محیطی، بهره برداری و غیره مشخص خواهد شد.

تکنولوژی های تابلو توزیع برق یا سوئیچبرد

به صورت کلی می توان تابلوهای توزیع فشار ضعیف را به دو گروه عمومی یا Universal distribution switchboards و عملیاتی یا Functional distribution switchboards تقسیم کرد. در مدل عمومی یا یونیورسال، تجهیزاتی مانند سوئیچگیر، فیوزگیر و غیره روی شاسی و در قسمت انتهایی تابلو برق نصب می شوند. دیگر تجهیزات مانند لوازم اندازه گیری، سیگنال ها، شستی ها و غیره روی درب تابلوهای رایج یا یونیورسال قرار خواهند گرفت.

طراحی تابلوهای یونیورسال و جانمایی تجهیزات داخلی آن ها باید بسیار دقیق انجام شود. در این حالت باید ابعاد دقیق هر تجهیز، اتصالات و فاصله های لازم برای عملکرد ایمن و مطمئن آن در نظر گرفته شود. علاوه بر این موارد باید فضای تعمیرات، تهویه، توسعه های بعدی و غیره نیز لحاظ گردد. ویرایش و توسعه های بعدی در تابلوهای روتین، سخت و زمان بر بوده و گاها نیاز به تغییرات زیاد در محل نصب تجهیزات دارد.

تابلوهای عملیاتی یا فانکشنال جهت استفاده در شرایط خاص ساخته می شوند. تابلوهای توزیع عملیاتی از ماژول های متعدد تشکیل شده است. هر ماژول در تابلوهای عملیاتی شامل ادوات سوئیچگیر و تجهیزات استاندارد دیگر جهت نصب و برقراری اتصالات می باشد. تابلوهای عملیاتی دارای سطح بالایی از قابلیت اطمینان بوده و یک گزینه ی عالی برای تغییرات لحظه ی آخر یا تغییرات بعدی هستند.

مزایای تابلوهای عملیاتی

با توجه به مزایای بسیار زیاد تابلوهای توزیع یا سوئیچبردهای فانکشنال یا functional distribution switchboards، استفاده از آن ها در تمام بخش های تاسیسات فشار ضعیف گسترش پیدا کرده است. امروزه تابلوهای عملیاتی در تمام سطوح تاسیسات از تابلو اصلی تا تابلو توزیع فرعی و  نهایی دیده می شوند.

ماژولار بودن سیستم های عملیاتی باعث می شود تا بتوان فانکشن های زیادی را در یک تابلو توزیع برق قرار داد. به عنوان مثال یک تابلو می تواند حفاظت، کنترل، مدیریت پروسه و مانیتورینگ تاسیسات را انجام دهد. مزیت دیگر تابلوهای ماژولار مربوط به نگهداری، بهره برداری و ارتقاء آسان آن ها می شود.

طراحی تابلوهای توزیع برق با توجه به سادگی در اضافه کردن ماژول ها می تواند بسیار سریع انجام شود. این مزیت در مونتاژ تابلو نیز وجود داشته و قطعات پیش ساخته ی زیادی در این بخش وجود دارند. در پایان تابلوهای توزیع ساخته شده تحت تست های مختلفی قرار خواهند گرفت. انجام تست های متعدد جهت اطمینان از عملکرد سیستم و توانایی کار آن در بدترین شرایط تاسیسات صورت می گیرد.

تابلوهای توزیع عملیاتی اشنایدر در گروه های Prisma G و P تمام نیازهای ممکن تا 3200 آمپر را پوشش می دهند. برخی از مزایای این تابلوها عبارت است از:

• این تابلوها قابل انعطاف بوده و به سادگی در توزیع انرژی ساختمان ها نصب می شوند.
• برای تابلوهای اشنایدر گواهینامه ی انطباق با استاندارد IEC 61439 صادر شده و عملکرد آن ها در شرایط ایمن تضمین می گردد.
• استفاده از تابلوهای فوق باعث کاهش زمان در تمام مراحل مانند طراحی، مونتاژ، بهره برداری، ویرایش و ارتقاءهای بعدی می شود.
• قابل انعطاف بوده و به سادگی می توانند در شرایط کاری خاص و استانداردهای کشورهای مختلف به کار گرفته شوند.

بخش a از تصویر 1، تصویر 2 و تصویر 3 نمونه هایی از تابلوهای توزیع عملیاتی یا فانکشنال برای استفاده در تمام رنج های جریانی هستند. بخش b از تصویر 1 مربوط به یک تابلوی عملیاتی صنعتی با قدرت بالا است.

انواع واحدهای اصلی عملیاتی

در تابلوهای توزیع عملیاتی از سه تکنولوژی برای قرار دادن قطعات استفاده می شود. قطعات در این تابلوها می توانند فیکس، قابل جدا شدن یا کشویی باشند. تعاریف هر یک به همراه مزایا در ادامه آورده شده است:

1. واحدهای عملیاتی ثابت: در تابلوهای فیکس نمی توان واحدهای عملیاتی را جهت امور مختلف مانند تعمیرات، ویرایش و غیره از منبع تغذیه جدا کرد. به عبارت دیگر، برای انجام هرگونه کار در تابلوی فیکس باید آن را کاملا بی برق کنید. با استفاده از تجهیزات پلاگین یا قابل جدا سازی، می توان زمان بی برقی در تابلو را کاهش داد. این قابلیت باعث بهبود در سرویس دهی و عدم جلوگیری از قطع کامل تابلو نیز می شود.
2. واحدهای عملیاتی قابل جدا شدن: در این روش، تجهیزات هر واحد عملیاتی روی یک صفحه با قابلیت جابجایی نصب می شود. صفحه ی فوق دارای بخش هایی جهت ایزوله سازی بالا دست و پائین دست بوده و به سادگی از منبع تغذیه و بار جدا می شود. هر واحد عملیاتی در این تابلو به سادگی از سرویس خارج شده و نیازی به بی برق کردن کل تابلو نیست.
3. تابلوی کشویی با واحدهای عملیاتی نصب شده در کشو: تابلوهای کشویی دارای ساختمان پیچیده ای بوده و اغلب برای کنترل الکتروموتورها استفاده می شوند. در این مدل، هر سوئیچگیر و تمام لوازم جانبی آن (هر کشو دارای تجهیزات حفاظتی، سوئیچ، کنترلی، اندازه گیری و غیره می باشد.) داخل یک شاسی قرار می گیرد. شاسی های افقی شکل دارای تجهیزات جدا سازی از منبع و بار بوده و به سادگی قابل جدا شدن هستند. با خارج کردن کامل کشو، عملیات جدا سازی بالادست و پائین دست به صورت کامل و بدون نیاز به قطع کامل تابلو انجام خواهد شد. در تابلوهای کشویی می توان بخش های معیوب را بدون نیاز به ویرایش بخش های دیگر تعویض کرد. ازمزایای دیگر تابلوهای کشویی امکان تست واحدهای عملیاتی بدون راه اندازی بار است. برای این کار کافی است که کشو را در حالت تست قرار داده و عملکرد سیستم را چک کرد.

بخش a: مونتاژ تابلو توزیع نهایی با واحدهای عملیاتی ثابت از گروه Prisma G

بخش b: تابلو توزیع با واحدهای عملیاتی قابل جدا شدن یا disconnectable

بخش c: تابلو توزیع عملیاتی کشویی

تابلوهای توزیع بر اساس یکی از حالت های زیر ساخته می شوند:

• تابلو توزیع عمومی یا رایج که در آن سوئیچگیرها، فیوزگیرها و غیره روی شاسی و پشت تابلو نصب می شوند.
• تابلوهای توزیع عملیاتی یا عملکردی برای کاربردهای خاص که بر اساس بخش های کوچک و استاندارد طراحی می شوند.