اصول طراحی تاسیسات برقی ساختمان

به منظور طراحی تاسیسات الکتریکی ساختمان ها باید موارد مختلفی را بررسی کرد. در اولین گام باید معماری یا سبک توزیع انرژی در ساختمان مشخص شود. علی رغم وجود ساختمان های مختلف، شرط های طراحی تاسیسات الکتریکی بر یک فرایند کلیدی با ملاحظات عملی استوار است. انتخاب سبک معماری در توزیع انرژی، تاثیر بسیار مهمی در کارایی و طول عمر تاسیسات الکتریکی دارد.

تاثیر انتخاب ها؛ درست از زمان شروع ساخت تاسیسات الکتریکی آغاز می شود. از موارد مهم حین اجرا می توان به زمان پیاده سازی تاسیسات، نرخ یا راندمان اجرای کار، صلاحیت های مورد نیاز برای تیم های اجرایی و غیره اشاره کرد. انتخاب روش توزیع انرژی بر کارایی تاسیسات حین بهره برداری نیز موثر است. آیتم های مهم حین بهره برداری شامل کیفیت و پیوستگی تغذیه ی بارهای حساس، تلفات و غیره هستند. نوع و اجرای تاسیسات الکتریکی باید در بازیافت آن ها پس از پایان طول عمر نیز لحاظ گردد. انتخاب سبک معماری توزیع انرژی الکتریکی در تاسیسات شامل گام های زیر می شود:

• پیکربندی یا مشخص کردن فضا و محل قرارگیری تجهیزات
• تعیین و مشخص کردن سطوح مختلف توزیع
• نقشه ی تک خطی
• انتخاب تجیهزات

مشخصات تاسیسات الکتریکی در ساختمان ها باید به دقت مورد بررسی و مطالعه قرار بگیرد. در این بخش 12 مورد مهم در طراحی تاسیسات الکتریکی ساختمان ها شرح داده شده است. این اطلاعات برای تعریف اصول و جزئیات معماری توزیع انرژی الکتریکی بسیار مهم هستند. هر ویژگی با یک توضیح، گروه بندی های مختلف و مقادیر ممکن ارائه خواهد شد.

1. موضوع فعالیت

ساختمان ها بر اساس موضوع فعالیت یا فعالیت ها طراحی و ساخته می شوند. نوع فعالیت بر اصول طراحی تاسیسات برقی ساختمان تاثیر گذار است. از تعاریف اشاره شده در استاندارد IEC60364-8-1 بخش 3.4، لیست زیر در این قسمت شرح داده می شود:

• ساختمان مسکونی: ساختمانی که برای سکونت خصوصی طراحی و ساخته شده است.
• ساختمان تجاری .: فضایی که برای فعالیت های تجاری طراحی و ساخته شده است. اداره ها، دفاتر، خرده فروشی، توزیع، ساختمان های عمومی، بانک ها، هتل ها و غیره از ساختمان های تجاری محسوب می شوند.
• ساختمان صنعتی: بخش هایی که برای تولید یا انجام پروسه های خاصی طراحی و ساخته شده اند. نمونه هایی از ساختمان های صنعتی عبارت اند از: کارخانه ها، کارگاه ها، مراکز توزیع یا مونتاژ.
• ساختمان های سازمانی و زیر ساخت: تاسیساتی که برای صنایع و سیستم های حمل نقل طراحی و ساخته می شوند. فرودگاه، بندر، ایستگاه قطار و دیگر تاسیسات حمل نقل.

2. ساختار سایت یا مجموعه

این بخش مربوط به ویژگی معماری ساختمان یا ساختمان ها است. از ویژگی های خاص می توان به تعداد ساختمان ها، تعداد طبقات و مساحت هر طبقه اشاره کرد. افزایش تعداد طبقات باعث پیچیدگی طراحی تاسیسات الکتریکی ساختمان خواهد شد. به عنوان مثال نکات مهم در طراحی تاسیسات الکتریکی ساختمان یک طبقه با تاسیسات الکتریکی ساختمان های بلند مرتبه بسیار متفاوت است. برخی از دسته بندی ها عبارتند از:

• ساختمان یک طبقه
• ساختمان چند طبقه
• سایت با چند ساختمان
• ساختمان های بلند مرتبه یا برج ها

3. وسعت طرح

تجهیزات الکتریکی در تمام قسمت های ساختمان قابل نصب و بهره برداری نیستند. یکی از موضوع های مهم هنگام طراحی، توجه به این محدودیت ها است. از نکات مهم در تعیین نحوه قرارگیری تجهیزات الکتریکی در ساختمان می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• زیبایی شناسی
• دسترسی
• وجود محل های خاص
• استفاده از راهروهای تاسیسات در هر طبقه
• استفاده از کانال یا داکت های تاسیسات به صورت عمودی

دسته بندی های مختلف:

• کم: موقعیت قرارگیری تجهیزات الکتریکی کاملا مشخص شده است.
• متوسط: موقعیت قرارگیری تجهیزات الکتریکی تا حدی مشخص شده تا از خسارت ها جلوگیری شود.
• بالا: بدون محدودیت بوده و محل قرارگیری تجهیزات الکتریکی را می توان جهت برآورده کردن بهتر ضوابط تعیین کرد.

4. قابلیت اطمینان در سرویس دهی

توانایی یک سیستم قدرت برای عملکرد تحت شرایط خاص در یک بازه زمانی را قابلیت اطمینان در سرویس دهی می گویند. هنگام طراحی تاسیسات برقی ساختمان ها باید به سطوح مختلف قابلیت اطمینان توجه شود. دسته بندی های مختلف در این زمینه عبارتند از:

• حداقل: این سطح از قابلیت اطمینان اشاره به ریسک قطعی با توجه به محدودیت های جغرافیایی، فنی یا اقتصادی دارد. از محدودیت های جغرافیایی می توان به شبکه ی مجزا و دور بودن از مرکز تولید اشاره کرد. محدودیت های فنی شامل خطوط هوایی و سیستم مش یا حلقوی ضعیف می شود. محدودیت های اقتصادی نیز به نگهداری کم و ابعاد یا مشخصه های کوچک اشاره دارد.
• استاندارد
• پیشرفته: این سطح از قابلیت اطمینان با اقدامات ویژه ای برای کاهش احتمال قطعی طراحی شده است. از اقدامات ویژه برای کاهش ریسک خاموشی می توان به استفاده از خطوط زمینی، شبکه حلقوی یا مش قدرتمند، معماری اختصاصی، نصب ژنراتورهای اضطراری و غیره اشاره کرد.

5. قابلیت نگهداری

قابلیت نگهداری به معنی قرار دادن ویژگی های خاص هنگام طراحی تاسیسات الکتریکی است. این ویژگی ها باعث کاهش تاثیر تعمیرات و نگهداری در عملکرد یک بخش یا کل تاسیسات می شود. دسته بندی های مربوط به قابلیت تعمیر و نگهداری عبارتند از:

• حداقل: برای انجام تعمیرات و نگهداری در این سطح باید کل سیستم متوقف یا بی برق شود.
• استاندارد: تعمیرات و نگهداری می تواند در خلال بهره برداری از تاسیسات با کاهش ظرفیت انجام شود. در این حالت باید تعمیرات و نگهدرای برنامه ریزی شده در زمان های خاصی مانند کم باری یا کاهش فعالیت های نرمال صورت بگیرد. به عنوان مثال یک سیستم با چند دستگاه ترانسفورماتور و قابلیت پارالل کردن آن ها را در نظر بگیرید. در این سیستم می توان هنگام کاهش بار یکی از ترانسفورماتورها را از مدار خارج و سرویس کرد.
• پیشرفته: با اقدامات ویژه ای هنگام طراحی می توان عملیات سرویس و نگهداری را بدون نگرانی و ایجاد مزاحمت برای دیگر بخش ها انجام داد. به عنوان مثال می توان از پیکربندی های دوطرفه در تاسیسات الکتریکی استفاده کرد.

6. انعطاف پذیری تاسیسات الکتریکی

انعطاف پذیری سیستم الکتریکی به معنی قابلیت جابجایی نقاط تحویل انرژی یا افزایش توان ارائه شده در قسمت های خاصی از تاسیسات است. به عنوان مثال به سادگی بتوان یک انشعاب در بخشی از سیستم ایجاد کرده و یا جریان یک انشعاب را افزایش داد. انعطاف پذیری یک معیار است که در مراحل اولیه ی پروژه و به دلیل عدم قطعیت وضعیت ساختمان و تاسیسات الکتریکی اهمیت پیدا می کند. میزان انعطاف پذیری تاسیسات الکتریکی در گروه های زیر شرح داده شده است:

• بدون انعطاف: موقعیت بارها در طول چرخه عمر آن ها در این نوع از ساختمان ها ثابت است. این محدودیت ها به دلایل مختلفی مانند ساختار ساختمان یا وژن بالای خط تولید یا پروسه ایجاد می شود. به عنوان مثال تجهیزات خطوط ذوب از موارد بدون انعطاف محسوب می شود.
• طراحی انعطاف پذیر: در این سیستم تعداد نقاط تحویل انرژی یا انشعاب، میزان توان و محل قرارگیری دقیق بارها مشخص نیست.
• پیاده سازی انعطاف پذیر: پیاده سازی انعطاف پذیر به معنی نصب بارها پس از راه اندازی تاسیسات است.
• بهره برداری انعطاف پذیر: موقعیت بارها در این تاسیسات با توجه به سازماندهی مجدد فرایند تغییر می کند. به عنوان مثال در ساختمان های صنعتی ممکن است توسعه، تقسیم شدن به بخش های مختلف و تغییر کاربری نیاز به جابجایی بارها داشته باشد. در ساختمان های اداری این پروسه با تقسیم کردن سالن یا اتاق های بزرگ به بخش های کوچکتر رخ می دهد.

7. دیماند مورد نیاز

دیماند مورد نیاز در واقع حداکثر توان و توان ظاهری الکتریکی مورد نیاز تاسیسات برقی ساختمان بوده که بر اساس بزرگی آن تعیین می شود. لطفا مقاله ی نحوه ی محاسبه دیماند برق را مطالعه کنید و یا برای اطلاعات بیشتر می توانید به بخش 4 از فصل A مراجعه کنید. دسته بندی های دیماند بر اساس توان ظاهری عبارتنداز:

• کمتر از 630 کیلو ولت آمپر
• بین 630 یا 1250 کیلو ولت آمپر
• بین 1250 تا 2500 کیلو ولت آمپر
• بزرگتر از 2500 کیلو ولت آمپر

8. توزیع بار

این مشخصه مربوط به یکنواختی توزیع بار بر حسب کیلو ولت آمپر به متر مربع در یک بخش یا کل ساختمان است. اطلاعات مربوط به توزیع بار در خصوص محاسبه دیماند مورد نیاز تاسیسات برقی ساختمان اهمیت زیادی پیدا می کند. توزیع بار را می توان در گروه های زیر دسته بندی کرد:

• توزیع یکنواخت: هر واحد بار معمولا دارای توان متوسط یا پائین بوده و در سرتاسر یا بخش بزرگی از ساختمان پخش شده اند. این بارها مانند روشنایی یا سیستم های کار فردی دارای تراکم یکنواخت در ساختمان هستند.
• توزیع متوسط: بارها در این سیستم عموما دارای توان متوسط بوده و به صورت گروهی در کل ساختمان قرار دارند. ماشین آلات مونتاژ، منتقل کننده ها، ایستگاه های کاری، سایت های ماژولار لجستیک و غیره از توزیع بار متوسط محسوب می شوند.
• بارهای موضعی: بارهای موضعی معمولا دارای توان بالایی بوده و در چند نقطه از ساختمان به صورت غیر یکنواخت توزیع شده اند. از بارهای موضعی می توان به سیستم های تهویه اشاره کرد.

9. حساسیت تاسیسات به قطع ولتاژ

در این قسمت گروه بندی مدارهای مختلف بر اساس میزان زمان مجاز قطع برق آورده شده است:

• مدار قابل حذف یا کاهش: بارهای این مدار را می توان در هر لحظه و برای زمان نامحدود قطع کرد.
• مدار با قابلیت قطع طولانی: در این گروه بارهای با قابلیت قطع بیشتر از 3 دقیقه دسته بندی می شوند.
• مدار با قابلیت قطع کوتاه مدت: تغذیه ی این مدارها می تواند در زمان کمتر از 3 دقیقه قطع شود.
• مدارهای غیر قابل قطع: این مدارها و بارهای متصل شده به آن ها هرگز نباید بی برق شوند.

مدت زمان کمتر و بیشتر از 3 دقیقه بر اساس استاندارد EN50160 است. این استاندارد به ویژگی های ولتاژ یا منابع تغذیه ای می پردازد که از شبکه های توزیع عمومی دریافت شده اند. قطع برق در هر مدار می تواند عواقب مختلفی داشته باشد. مدارهای الکتریکی و بارهای متصل شده به آن ها بر اساس خسارت های ناشی از قطع برق نیز دسته می شوند. این دسته بندی ها عبارت اند از:

• بدون خسارت قابل توجه
• از دست رفتن تولید
• خسارت به تجهیزات تولید محصول یا از دست رفتن اطلاعات مهم
• عواقب مرگبار

گروه بندی های شرح داده شده از نظر مدت زمان و خسارت ناشی از قطع منبع تغذیه را می توان با یکدیگر ترکیب کرد. به صورت کلی در تاسیسات الکتریکی 4 گروه مختلف از نظر اهمیت قطع منبع تغذیه وجود دارد:

• بدون اولویت: بار یا مدارهای بدون اولویت را می توان در هر زمان قطع کرد. به عنوان مثال قطع منبع تغذیه در سیستم گرمایش آب بهداشتی اهمیت ندارد.
• اولویت پائین: قطع بارهای اولویت پائین عواقب مالی ایجاد نکرده و فقط باعث ایجاد نارضایتی موقت برای ساکنین ساختمان خواهد شد. طولانی شدن زمان قطعی در این مدارها باعث کاهش تولید یا بهره وری می شود. مدارهای تغذیه کننده ی سیستم گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع از گروه اولویت پائین محسوب می گردد.
• اولویت متوسط: قطع تغذیه در مدارهای اولویت متوسط باعث ایجاد وقفه کوتاه در پروسه یا سرویس دهی خواهد شد. این مدارها دارای حداکثر زمان مجاز برای قطع برق هستند. طولانی شدن وقفه در تغذیه ی مدار و عبور آن از زمان بحرانی می تواند پیامدهای اقتصادی داشته باشد. از دست رفتن تولید یا تحمیل هزینه برای راه اندازی مجدد خطوط از عواقب مالی قطع طولانی مدت منبع تغذیه در بارهای با اولویت متوسط هستند. از بارهای با اولویت متوسط در ساختمان ها می توان به سرد خانه، یخچال، فریزر و آسانسور اشاره کرد.
• اولویت بالا: خطرات مرگبار و خسارت های مالی غیر قابل قبول از پیامدهای قطع تغذیه ی بارهای با اولویت بالا است. بخش پزشکی، فناوری اطلاعات و امنیت از بارهای با اولویت بالا هستند.

10. حساسیت به اختلال در منبع تغذیه

حساسیت به اختلال به معنی توانایی یک مدار برای کارکرد صحیح در شرایط خاص است. اختلال در منبع تغذیه می تواند منجر به عملکرد نادرست به شکل های متفاوتی گردد. از پیامدهای اختلال در منبع تغذیه می توان به توقف پروسه، عملکرد نادرست، کاهش عمر مفید تجهیزات، افزایش تلفات و غیره اشاره کرد. اختلالات موثر در عملکرد مدار عبارتنداز:

• اضافه ولتاژ
• هارمونیک ولتاژ
• افت یا کاهش ولتاژ
• نوسان ولتاژ
• عدم تعادل ولتاژ

مدارها را می توان از نظر عملکرد صحیح هنگام رخ دادن اختلال در منبع تغذیه به گروه های زیر تقسیم کرد:

• حساسیت کم: اختلال در ولتاژ منبع تغذیه، تاثیر بسیار کمی بر عملکرد این گونه بارها دارد. به عنوان مثال یک هیتر در گروه غیر حساس قرار خواهد گرفت.
• حساسیت متوسط: اختلال ولتاژ باعث خرابی یا صدمات قابل توجهی در این بارها می شود. موتورها و سیستم های روشنایی از این گروه هستند. صدمات ناشی از اختلال ولتاژ در این بارها به صورت یکباره ظاهر نشده و معمولا در طولانی مدت رخ می دهد.
• حساسیت بالا: اختلال ولتاژ در این گروه باعث توقف پروسه یا از دست رفتن کامل تجهیزات می شود. به عنوان مثال کامپیوترها و دستگاه های فناوری اطلاعات نمی توانند اختلالات زیادی را تحمل کنند.

میزان حساسیت بارها در برابر اختلال ولتاژ؛ یک آیتم بسیار مهم هنگام طرحی مدار است. حساسیت سیستم تعیین کننده ی تعداد مدارهای مشترک یا مدارهای اختصاصی خواهد بود. توصیه می شود هنگام طراحی تاسیسات الکتریکی از گروه بندی بارها استفاده کنید. در واقع بهتر است که بارهای حساس به صورت جداگانه از بارهای تولید کننده ی اختلالات، تغذیه شوند.

به عنوان مثال می توانید مدارهای روشنایی ساختمان را از مدارهای موتوری جدا کنید. مجزا کردن مدارها به خصوصیات بهره برداری و عملیاتی نیز بستگی دارد. مجزا بودن مدارها به شما توانایی اندازه گیری و تحلیل مصرف برق یا دیماند هر گروه را خواهد داد.

11. پتانسیل یا توانایی اختلال در مدارها

بارهای متصل شده به مدار می تواند باعث اختلال در عملکرد تجهیزات و مدارهای دیگر شود. رخ دادن اختلالات در مدار می تواند بعلت پدیده هایی مانند هارمونیک، جریان هجومی یا راه اندازی، عدم تعادل، جریان با فرکانس بالا، انتشار میدان های مغناطیسی و غیره باشد. مدارها از نظر توانایی ایجاد اختلال در کار تجهیزات دیگر به گروه های زیر تقسیم می شوند:

• بدون اختلال: این بارها بدون ایجاد مزاحمت بوده و به اقدام احتیاطی یا پیش گیرانه نیازی ندارند.
• اختلال متوسط یا گاه به گاه: در صورت وجود بارهای حساس و خیلی حساس ممکن است نیاز به جدا کردن مدار و منبع تغذیه باشد. به عنوان مثال مدارهای روشنایی تولید کننده ی هارمونیک بوده و توصیه می شود از بخش های دیگر جدا شود.
• اختلال شدید: جهت تغذیه ی این گونه بارها باید از مدارهای اختصاصی و روش های کاهش اختلال در تاسیسات استفاده کرد. موتورهای الکتریکی با جریان راه اندازی سنگین و تجهیزات جوش با جریان های نوسانی باید به صورت جداگانه تغذیه شوند.

جهت کنترل جریان هجومی موتورها می توان از انواع سافت استارتر و درایو استفاده کرد. در نظر داشته باشید که سافت استارتر ها تولید کننده ی هارمونیک نیستند ولی درایوها باید از این نظر کنترل شوند. درایوهای بزرگ یا وجود چندین درایو در یک مدار می تواند تولید کننده ی هارمونیک باشد. در صورت تولید هارمونیک توسط درایوها باید از انواع چوک و راکتو استفاده کنید.

12. موارد مهم و محدودیت های دیگر

موارد ذکر شده تا کنون در اغلب تاسیسات الکتریکی وجود داشته و به نوعی مشترک هستند. هنگام طراحی تاسیسات الکتریکی ساختمان باید محدودیت ها و شرایط خاص نیز در نظر گرفته شود. برخی از این موارد عبارتنداز:

• قوانین خاص در ساختمان مثلا بیمارستان ها، ساختمان های بلند مرتبه و غیره
• قوانین مربوط به شرکت های توزیع مانند محدودیت های اتصال به شبکه LV، دسترسی به پست MV و غیره
• اتصال بارها مانند اتصال 2 بار بزرگ به مدارهای مجزا جهت کنترل جریان و بهره برداری
• تجربه ی طراح جهت انطباق سیستم طراحی شده با نمونه های قبلی یا استفاده ی جزئی از طرح های قبلی، استاندارد سازی زیر مجموعه ها، مبنای نصب یا استفاده از تجهیزات و غیره
• محدودیت های منبع تغذیه مانند سطح ولتاژ و سیستم توزیع انرژی: سطح ولتاژ می تواند 230، 400 یا 690 ولت بوده و با سیستم های تکفاز، دوفاز، سه فاز با نول و سه فاز بدون نول در ساختمان توزیع شود.

جمع بندی

فرایند انتخاب معماری از طراحی اولیه تاسیسات برقی ساختمان آغاز می شود. این پروسه بخش های توزیع اصلی فشار متوسط و فشار ضعیف، توزیع فشار ضعیف و سطح ترمینال های توزیع را پوشش می دهد. در ساختمان ها تمام بارها به مدارهای فشار ضعیف متصل می شوند. با توجه به عدم وجود مصرف کننده ی MV در ساختمان، شبکه یا توزیع انرژی فشار متوسط تنها در قسمت های زیر انجام می شود:

• اتصال به شبکه شرکت توزیع جهت دریافت توان
• شبکه داخلی جهت توزیع انرژی فشار متوسط بین پست ها
• پست های فشار متوسط

موارد فوق تنها جهت جمع آوری اطلاعات قبل از اقدام به طراحی تاسیسات الکتریکی ساختمان ها هستند. در ادامه اصول طراحی تاسیسات برقی بیشتر بررسی خواهد شد.