يك سايت خوب جهت آشنايي با روبات

آدرس :

http://robot.cfp.co.ir/fa

تعيين سطح مقطع كابل

آدرس :

http://myelectrical.com/tools/cable-sizing-calculator

نرم افزار طراحي تاسيسات برقي محصول شركت اشنايدر الكتريك

آدرس :

https://www.schneider-electric.com/en/product-subcategory/5110-electrical-design-software/?filter=business-4-low-voltage-products-and-systems&parent-category-id=5100

جزوه آموزشي مدار فرمان به همراه فايل نمايشي (برق صنعتي)

لينك دانلود:

جهت مشاهده فايل فلش آموزشي نصب برنامه kmplayer الزاميست

http://s9.picofile.com/file/8307300300/bargh_flash.zip.htm

http://s8.picofile.com/file/8307300350/%D9%85%D8%AF%D8%A7%D8%B1_%D9%81%D8%B1%D9%85%D8%A7%D9%86_.pdf.html

l

معرفي سايت خوب در خصوص آشنايي , تعمير و نگهداري الكترو موتور

 

 http://www.seweurodrive.com/s_training/online_training.php5

چگونگی سایز کردن ترانسفورماتور

چگونگی سایز نمودن ترانس یکی از موارد مهم و پایه در تولید مدارک مهندسی می باشد. برای سایز نمودن ترانس نیازمنددانستن بارهای مصرفی در هر سایت می باشد لذا گروه مهندسین فرآیند یا مهندسین مکانیک در هر پروژه بایستی لیست بارهای موتوری و غیرموتوری مورد نیاز در فرآیند هر پروژه را تحت عنوان مدرکی بنام  Power Consumption List ارایه می دهند. اطلاعات مورد نیاز در این مدرک شامل موارد ذیل می باشند.

1- مشخصه توصیفی هر بار و تگ آنها اولین آیتم در این مدرک می باشد و سپس تعداد مورد نیاز برای هر تیپ بار را مشخص می کنند. مثلا (P-100 A,B,C (injection pump  نشان دهنده سه عدد پمپ می باشد.

2- مشخصه بعدی نوع بار از نظر اهمیت می باشد که شامل بارهای نرمال (normal) و ضروری (emergency) و بارهای حیاتی (vital) می باشد که بایستی دراین مدرک مشخص شود.

3- مشخصه دیگر مدت کارکرد هر بار می باشد که به سه دسته دائم کار (continues) و متناوب کار(intermittent) و حاضر به کار (standby) تقسیم می شوند که تعیین آنها از لحاظ فرآیندی تاثیر بسزایی در سایز نمودن ابعاد ترانس دارد.

4- تعیین ضریب برای بارهای متناوب کار و همچنین مشخص نمودن ساعت کاری در شبانه روز نیز جز اطلاعات کابردی در این مدرک می باشد که تاثیر بسزایی در بهینه سایز کردن ترانس ها دارد که اغلب این اطلاعات در این مدارک وجود ندارد و بایستی ضریب ثابتی برای اینگونه بارها در نظر گرفته شود. در ضمن ضریب برای بارهای دائم کار 100% و برای بارهای متناوب کار بین 0% تا 100% و برای بارهای حاضر به کار حدود 0% تا 20% در نظر گرفته میشود.

مشخص شدن اطلاعات ساعت کاری در شبانه روز برای بارهای متناوب کار در پروژه های بزرگ که در اکثر پروژه ها به آن پرداخته نمی شود در بهینه بودن سایز تجهیزات اهمیت بسیاری دارد که باعث دانستن صحیح پیک کاری هر ترانس بوده و باعث صرفه جویی اقتصادی خواهد شد.

5- مشخصه دیگر، توان جذبی مکانیکی بارها (BHP) می باشد که در این جدول موجود است و توانی است که گروه مهندسین فرآیند با توجه به پارامترهای فرآیندی از جمله ارتفاع، دبی، حرارت و … محاسبه و در اختیار گروه برق قرار می دهند.

اطلاعات توان برای بارهای دیگر از جمله روشنایی ها و HVAC و … که خارج از بحث فرآیندی است توسط گروه برق مشخص خواهند شد.

پارامترهای مورد نیاز برای تهیه لیست بارهای الکتریکی (Electrical Load List)

توان بدست آمده برای BHP را در ستونی مجزا قرار می دهیم و سپس باید ضرایب API را بر روی این توانها اعمال نموده و در ستونی دیگر قرار می دهیم.

ضریب API  برابر است:

برای موتورهای کوچکتر از 22.5 کیلو وات برابر 1.25

برای موتورهای کوچکتر از 55 کیلو وات برابر 1.15

برای موتورهای بزرگتر و مساوی 55 کیلو وات برابر 1.1

این ضرایب توسط استاندارد API اعلام گردیده اند و به نوعی ضرایب الکتریکال می باشند که  باید لحاظ شوند.

از آنجا که موتورها بخصوص موتورهای ولتاژ پایین بصورت تیپهای استاندارد ساخته می شوند باید استاندارد سازی شده و نزدیکترین تیپ استاندارد در ستون دیگر قرار داده شود.

لازم بذکر است خرید نهایی این موتورها توسط بخش مکانیک انجام می پذیرد که در انتها بایستی اطلاعات دقیق تردر مدرک لیست بارهای الکتریکی قرار داده شود.

توان بدست آمده دراین مرحله توان P2 یا توان خروجی و یا توان مکانیکی می باشد که بایستی تلفات موتور به آن اضافه شود تا توان ورودی به موتور محاسبه گردد و بتوان کیلو وات مصرفی موتور را بدست آورد و در سایز ترانس از آن استفاده نمود. با استفاده از راندمان و رابطه زیربه راحتی می توان به توان P1 یا توان ورودی دست پیداکرد:

سپس راندمان و ضریب توان را باید در ستون دیگر قرار دهیم.

مشخصه دیگر که در ین مدارک استفاده می شود آیتمی با نام  Load factorمی باشد که با محاسبه آن می توان نتیجه گرفت که توان نهایی بدست آمده برای هر بار چند درصد اختلاف نسبت به توان اکتیو اصلی جذب شده توسط بار مورد نظر دارد و بعبارتی دیگر با چه مقدار اختلاف نسبت به توان بدست آمده BHP انتخاب شده است و به زبان ساده تر نسبت توان جذب شده به توان استاندارد شده می باشد. اختلاف زیاد بین این توان ها در تعداد زیاد بارها مورد قبول نمی باشد زیرا باعث بالا رفتن توان راکتیو نسبت به توان اکتیو می باشد. تعیین نوع بار از لحاظ فیدری و موتوری نیز بایستی در ستون جداگانه مشخص گردد.

مثال:

بار با مشخصات ذیل مفروض است مطلوبست محاسبه توان اکتیو مورد نیاز برای در نظر گرفتن در محاسبه ترانس (در این مثال فرض بر این است که1000 کیلو وات توان از انواع بارهای دیگری نیز وجود داشته است و می خواهیم بار زیر را به آن اضافه نماییم)

توان نامی موتور برابر 55 کیلو وات خواهد بود و توانی که برای سایز ترانس استفاده می شود برابر است با:

توان اکتیو جمع شده برابر است با  1022 = 22 + 1000 کیلووات.

لازم بذکر است برای تعداد کم بارهای متناوب نباید ضرایب همزمانی را ترتیب اثر دهیم زیرا ممکن است بارها همزمان داخل مدار باشند.

سایز نمودن ظرفیت نامی ترانس:

با توجه به توضیح قبل و چگونگی تهیه لیست بارهای الکتریکی بایستی سایز نهایی ترانس را محاسبه نماییم:

- ضریب رزرو (k) : این ضریب برای ظرفیت آزاد ترانس در نظر گرفته می شود و حدود 20 درصد در نظر گرفته می شود.

- ضریب بار ترانس (Lf) : برابر است با مقدار موثر بار به حداکثر بار که اغلب برابر 1 در نظر گرفته می شود.

- ضریب دما (Tf) : برابر 1 برای حداکثر دمای 40 درجه و دمای متوسط روزانه 30 درجه و دمای متوسط سالیانه 20 درجه و برای دماهای خارج از این رنج از رابطه زیر استفاده می شود.

- ضریب k_t برای ترانسهای روغنی 0.015 و برای ترانسهای خشک برابر 0.007 می باشد.

- ضریب دما (Af) : برابر 1 برای ارتفاع کمتر از 1000 متر و برای بالاتر از این مقدار برابر است با:

- ضریب Kh برای ترانسهای روغنی 0.00004 و برای ترانسهای خشک برابر 0.00003 می باشد.

ادامه مثال قبل:

با توجه به مثال قبل سایز ترانس را بدست آورید. ارتفاع از سطح دریا برابر 1400 متر و دما 46 درجه می باشد.

ترانس استاندارد برابر است با 2000 کیلو ولت آمپر و جریان برابر است با:

لازم بذکر است دما و ارتفاع و … در برگه های اطلاعات که به سازنده داده می شود قرار دارد و سازنده موظف است مقدار توان مورد نیاز را با توجه به ضرایب تعدیل بسازد. همچنین فرض بر این است که ضریب توان و راندمان کلیه بارها برابر 0.8 و 0.9 می باشد. ضریب همزمانی در هنگام تهیه لیست بارها در نظر گرفته شده است.

ظرفیت های استاندارد ترانس برابر است با (KVA) :

80-100-125-160-200-250-315-400-500-630-800-1000-1250-1600-2000-2500-3150

چگونگی سایز کردن ژنراتور

جهت سایز نمودن دیزل ژنراتور دانستن بارهای مصرفی در هر سایت الزامی است. لذا گروه مهندسین فرآیند یا مهندسین مکانیک در هر پروژه بایستی لیست بارهای موتوری و غیرموتوری مورد نیاز در فرآیند هر پروژه را تحت عنوان مدرکی بنام  power consumption list ارایه دهند. اطلاعات مورد نیاز در این مدرک شامل موارد ذیل می باشند.

1- مشخصه توصیفی هر بار و تگ آنها اولین آیتم در این مدرک میباشد و سپس تعداد مورد نیاز برای هر تیپ بار را مشخص میکنند. مثلا P-100A,B,Cinjection pump  نشاندهنده سه عدد پمپ میباشد.

2- مشخصه بعدی نوع بار از نظر اهمیت میباشد که شامل بارهای نرمال normal و امرجنسیemergency  و بارهای ویتال vital میباشد که بایستی دراین مدرک مشخص میشود.

3- مشخصه دیگر مدت کارکرد هر بار می باشد که به سه دسته دائم کار continues و متناوب کار intermittent و حاضر به کار  stand by می باشد که تعیین آنها از لحلظ فرآیندی تاثیر بسزایی در سایز نمودن ابعاد ژنراتور دارد.

4- تعیین ضریب برای بارهای متناوب کار و همچنین مشخص نمودن ساعت کاری در شبانه روز که ضریب برای بارهای دائم کار 100% و برای بارهای متناوب کار بین 0% تا 100% و برای بارهای حاضر به کار حدود 0% تا 20% در نظر گرفته میشود.

مشخص شدن اطلاعات ساعت کاری در شبانه روز برای بارهای متناوب کار در پروژه های بزرگ که در اکثر پروژه ها به آن پرداخته نمی شود در بهینه بودن سایز تجهیزات اهمیت بسیاری دارد که باعث دانستن صحیح پیک کاری هر ترانس بوده و باعث صرفه جویی اقتصادی خواهد شد.

5- مشخصه دیگر، توان جذبی مکانیکی بارها (BHP) میباشد که در این جدول موجود است و توانی است که گروه مهندسین فرآیند با توجه به پارامترهای فرآیندی از جمله ارتفاع، دبی، حرارت و … محاسبه و در اختیار گروه برق قرار میدهند.

اطلاعات توان برای بارهای دیگر از جمله روشنایی ها و HVAC و … که خارج از بحث فرآیندی است توسط گروه برق مشخص خواهند شد.

توان بدست آمده برای BHP را در ستونی مجزا قرار میدهیم و سپس باید ضرایب API را بر روی این توان ها اعمال نموده و در ستونی دیگر قرار می دهیم.

ضریب API  برابر است:

برای موتورهای کوچکتر از 22.5 کیلو وات برابر 1.25

برای موتورهای کوچکتر از 55 کیلو وات برابر 1.15

برای موتورهای بزرگتر و مساوی 55 کیلو وات برابر 1.1

 این ضرایب توسط استاندارد API اعلام گردیده اند و به نوعی ضرایب الکتریکال میباشند که  باید لحاظ شوند.

از آنجا که موتورها بخصوص موتورهای ولتاژ پایین بصورت تیپهای استاندارد ساخته می شوند باید استاندارد سازی شده و نزدیکترین تیپ استاندارد در ستون دیگر قرار داده شود.

لازم بذکر است خرید نهایی این موتورها توسط بخش مکانیک انجام میپذیرد که در انتها بایستی اطلاعات دقیق تردر مدرک لیست بارهای الکتریکی قرار داده شود.

توان بدست آمده دراین مرحله توان P2 یا توان خروجی و یا توان مکانیکی می باشد که بایستی تلفات موتور به آن اضافه شود تا توان ورودی به موتور محاسبه گردد و بتوان کیلو وات مصرفی موتور را بدست آورد و در سایز ژنراتور از آن استفاده نمود. با استفاده از راندمان () و رابطه ذیل براحتی می توان به توان P1 یا توان ورودی دست پیداکرد.

پس راندمان و ضریب توان را باید در ستون دیگر قرار دهیم.

مشخصه دیگر که در لیست بارها استفاده می گردد آیتمی با نام  Load factor می باشد که با محاسبه آن می توان نتیجه گرفت که توان نهایی بدست آمده برای هر بار چند درصد اختلاف نسبت به توان اکتیو اصلی جذب شده توسط بار مورد نظر دارد و بعبارتی دیگر با چه مقدار اختلاف نسبت به توان بدست آمده BHP انتخاب شده است و به زبان ساده تر نسبت توان جذب شده به توان استاندارد شده می باشد. اختلاف زیاد بین این توان ها در تعداد زیاد بارها مورد قبول نمی باشد زیرا باعث بالا رفتن توان راکتیو نسبت به توان اکتیو می باشد. تعیین نوع بار از لحاظ فیدری و موتوری نیز بایستی در ستون جداگانه مشخص گردد.

قدرت دیزل ژنراتور بدست آمده در شرایط متعارف 20 درجه سانتی گراد و ارتفاع از سطح دریا 300 متر و با رطوبت 60 درصد داده می شود. بنابراین در صورت تغییر شرایط بایستی قدرت آن Derate گردد.لازم بذکر است دما و ارتفاع و … در برگه های اطلاعات که به سازنده داده میشود قرار دارد و سازنده موظف است مقدار توان مورد نیاز را با توجه به ضرایب تعدیل سازد. جهت محاسبه قدرت ژنراتور پس از اعمال ضرایب derate از رابطه زیر استفاده می گردد:

که:

ا توجه به تنوع بار (انواع پمپ ها، کمپرسورها، بالابرها، نوارهای نقاله، همزن ها و …) موتورهای القایی و میزان بار آن هادر شروع راه اندازی، همچنین نوع و یا شکل قفس روتور، جریان راه اندازی در این نوع موتورها نسبتاً زیاد و حدود 5 تا 8 برابر جریان نامی آن هاست. بنابراین بررسی روش های راه اندازی از اهمیت ویژه برخوردار می باشد.

در زمان راه اندازی موتور، دو موضوع باید مورد توجه قرار گیرد:

1- نسبت گشتاور راه اندازی به گشتاور نامی: این نسبت نشان می دهد که موتور القایی برای رسیدن به نقطه کار به چه مدت زمانی احتیاج دارد. هر چقدر مقدار این نسبت بیشتر باشد موتور شتاب بیشتری گرفته و زودتر به نقطه کار می رسد.

2- نسبت جریان راه اندازی به جریان نامی: مقدار این نسبت هر چه بیشتر باشد یعنی جریان راه اندازی بیشتر است. در طی زمان راه اندازی به دلیل ازدیاد جریان، شبکه برق، کابل و منبع تغذیه تحت فشار قرار می گیرند و لذا دچار افت ولتاژ می شوند. بنابراین هر چه این نسبت کمتر باشد، شرایط راه اندازی بهتر است.

در این بخش پس از بیان اصول کلی موتورهای القایی، به بررسی انواع روش های راه اندازی این موتورها خواهیم پرداخت.

مباحث مورد بررسی در این قسمت به شرح ذیل می باشند:

- اصول کلی در مورد موتورهای القایی

- روش های مختلف راه اندازی موتورهای القایی شامل:

راه اندازی مستقیم ((Direct On Line (DOL))

راه اندازی ستاره-مثلث (Star Delta)

راه انداز با اتوترانسفورماتور

راه انداز نرم با تجهیزات الکترونیک قدرت (Soft Starter)

راه اندازی با (VFD (Variable Frequency Drive)

راه اندازی مستقیم ((Direct On Line (DOL)):

ساده ترین راه برای راه اندازی موتور القایی و در عین حال به دلیل مقرون به صرفه بودن رایج ترین روش می باشد. در این روش تنها از یک کلید قطع و وصل (کنتاکتور) مطابق شکل زیر استفاده می شود.

توضیح کامل تردر فایل اصلی قرار دارد.

روش راه اندازی ستاره-مثلث:

در این روش برای کاهش جریان راه اندازی، موتور را با اتصال ستاره به برق متصل می کنند سپس بعد از عبور جریان اولیه راه اندازی که در این اتصال 3/1 جریان راه اندازی اصلی است، اتصال سیم پیچ ها را به مثلث تبدیل می کنند. زمان راه اندازی در این روش گاهی به 15 ثانیه می رسد. در صورتی که عمل تغییر اتصال به موقع انجام نشود، ممکن است موتور در زیر بار بماند چرا که توان حالت مثلث 3 برابر توان در حالت ستاره است و موتور برای غلبه بر نیروی مقاوم بار به حالت مثلث احتیاج دارد. به همین خاطر برای تغییر اتصال این روش راه اندازی در مدار از تایمر استفاده می شود.

توضیح کامل تردر فایل اصلی قرار دارد.

روش راه اندازی با اتوترانسفورماتور:

در این روش برای کم کردن جریان راه اندازی از کاهش ولتاژ به کمک اتو ترانسفورماتور استفاده می شود. اتوترانسفورماتورهای راه انداز موتور القایی دارای دو سر خروجی هستند. در شروع راه اندازی، سر وسط اتوترانسفورماتور، ولتاژی متناسب با راه اندازی موتور را در اختیار موتور قرار می دهد. لذا جریان راه اندازی کنترل شده و در ادامه با عبور از مرحله راه اندازی، مدار کنترل عمل تغییر اتصال را انجام می دهد و ولتاژ شبکه به طور کامل به موتور می رسد.

توضیح کامل تردر فایل اصلی قرار دارد.

راه انداز نرم با تجهیزات الکترونیک قدرت (Soft Starter):

یکی دیگر از روش های مفید راه اندازی، استفاده از روش راه اندازی نرم (Soft Starter) می باشد که در حال حاضر بسیار پرکاربرد می باشد. در این روش ابتدا موتور با ولتاژ کم راه اندازی می شود، سپس به طور همزمان جریان موتور نیز توسط المان های الکترونیک قدرت کنترل گردیده و افزایش ولتاژ به گونه ای است که جریان راه اندازی به آرامی به جریان نامی برسد. افزایش ولتاژ ورودی موتور به صورت تدریجی تا ولتاژ نامی ادامه می یابد. در نتیجه گشتاور خروجی موتور نیز تدریجی اضافه می شود. بدین ترتیب از ایجاد ضربه های مکانیکی در زمان راه اندازی جلوگیری می گردد.

یعنی در زمان راه اندازی مقدار گشتاور به اندازه ایست که تنها بر نیروی اصطکاک و ایستایی موتور غلبه می کند. به همین خاطر به این روش راه اندازی، راه اندازی نرم گویند. در این روش جریان راه اندازی بین 2 تا 5 برابر جریان نامی می باشد.

یکی از مزایای این روش امکان تنظیم دقیق گشتاور مورد نیاز در هر لحظه است که هزینه های تعمیر و نگهداری تجهیزات مکانیکی را کاهش می دهد.

کلیه راه اندازهای نرم، دارای سیستم توقف نرم (Soft Stop) نیز می باشند. از آنجا که اینرسی یا لختی یک جسم متحرک پس از فرمان خاموشی موتور می تواند باعث ادامه حرکت شود ممکن است باعث ایجاد آسیب در تجهیزات مکانیکی متصل شده گردد. به همین خاطر کارشناسان مکانیک ترجیح می دهند که فرمان ایستادن موتور نیز به صورت نرم صورت گیرد تا در زمان ایستادن نیز تنش های مکانیکی به حداقل ممکن برسد.

استفاده از راه انداز نرم باعث افزایش طول عمر مکانیکی موتور شود. شاید تنها عیب آن گرانتر بودن آن نسبت به دیگر روش های راه اندازی است که با افزایش تولید و فراگیر شدن تجهیزات الکترونیک قدرت به نظر می رسد در آینده نزدیک قیمت آن به طور قابل توجهی کاهش یابد. شکل زیر یک نمونه راه انداز نرم  را نشان می دهد.

چگونگی طراحی Soft Starter:

این وسیله از یک مدار چاپی (PCB)، هیت سینک، چند فن، هوسینگ وتجهیزات الکترونیک قدرت نظیر تریستورها و مدارهای کنترل تشکیل شده است. همچنین به یک رله اضافه بار که جایگزین بی متال های معمول می باشد نیز تجهیز شده است. وظیفه المان های الکترونیک قدرت و مدارات کنترلی، تنظیم ولتاژ مناسب جهت حرکت درآوردن موتور می باشد به گونه ای که در زمان راه اندازی مشکلی برای موتور و شبکه برق ایجاد نشود. در شکل زیر قسمت های مختلف یک راه انداز نرم نشان داده شده است.

توضیح کامل تردر فایل اصلی قرار دارد

اطلاعات تکمیلی برخی از راه اندازهای نرم:

روش راه اندازی با VSD:

گاهی در صنایع مختلف لازم است سرعت موتور قابل کنترل باشد. در گذشته یکی از ضعف های موتور القایی را دشواری تنظیم سرعت آن و تنها برتری موتورهای DC را کنترل پذیری آسان سرعت آن می دانستند. در حال حاضر با رشد صنعت الکترونیک و توسعه تجهیزات الکترونیک قدرت، کنترل سرعت موتورهای القایی به سهولت امکان پذیر شده است. یکی از روش های تغییر سرعت میدان دوار موتورهای القایی، روش کنترل همزمان فرکانس و ولتاژ می باشد که توسط (VSD (VFD صورت می گیرد.

هر VSD دارای 2 بخش می باشد. ابتدا ولتاژ AC با فرکانس 50 (60) هرتز به ولتاژ DC تبدیل می شود و سپس ولتاژ DC را به ولتاژ AC با فرکانس قابل کنترل معمولا بین 0 تا 250 هرتز تبدیل می کند. شکل زیر نمونه ای این دو بخش در VSD را نشان می دهد.

اصول اساسی VSD ها:

همانطور که اشاره شد VSD ها جهت راه اندازی موتور در در سرعت های متغیر به کار می روند. اصول کارکرد یک VSD در شکل زیر نشان داده شده است:

اینورترها:

اصلی ترین قسمت VSD، اینورتر می باشد. اینورتر یک مبدل توان می باشد که ولتاژ و فرکانس ac ورودی را به ولتاژ و فرکانس متغیر کنترل شده تبدیل می کند تا بتواند سرعت موتور را کنترل کند.

اینورترهای (Pulse-Width-Modulated (PWM):

در این اینورتر یک ولتاژ ورودی ثابت dc با تغییر درصد زمان بسته شدن سوئیچ کنترل توان، به ولتاژ و فرکانس متغیر خروجی تبدیل می گردد. ولتاژ خروجی با افزایش درصد زمان بسته شدن سوئیچ، افزایش می یابد. سوئیچ می تواند باز یا بسته باشد. هیچ اتلاف توانی در هیچ یک از دو حالت باز یا بسته بودن وجود ندارد

مشخصات کلی VSD:

مشخصات استاندارد VSD سری IP5A LS:

در جدول زیر مقایسه ای بین روش های راه اندازی گفته شده به صورت کامل ارائه شده است.

محاسبات اتصال کوتاه

هنگامی که پوشش عایقی یکی از فازها از بین می رود و یا بر اثر اغتشاشات سیستم یکی از فازها قطع شده و بر روی فازهای دیگر و یا زمین می افتد اتصال کوتاه رخ می دهد که جریانی معادل با چند هزار آمپر را در شبکه جاری خواهد کرد که در نتیجه آن گرمای شدیدی به وجود آمده و باعث از بین رفتن پوشش های عایقی دیگر شده و در نتیجه اغتشاشات متعددی در سیستم به وجود خواهد آمد. علاوه بر آن، جریان اتصال کوتاه سبب آسیب رساندن به تجهزات الکتریکی نیز خواهد شد. از این رو لازم است که اقدامات لازم جهت پیشگیری و قطع سریع این جریان در سیستم صورت گیرد.

انواع خطاهای اتصال کوتاه عبارتند از:

خطای فاز به زمین

خطای فاز به فاز

جریان های اتصال کوتاه به دو دسته متقارن و نامتقارن تقسیم بندی می شوند. اختلاف بین مقادیر جریان های متقارن و نامتقارن با نسبت X/R  در نقطه خطا متناسب می باشد، به این صورت که هر چقدر سیستم مقاومتی تر باشد اختلاف بین مقادیر جریان های متقارن و نامتقارن ناچیز خواهد بود ولی در صورتی که سیستم راکتیو باشد جریان نامتقارن 3 تا 5 برابر جریان متقارن خواهد بود.

مقادیر بالای جریان اتصال کوتاه سبب ایجاد نیروهای مغناطیسی در شبکه می شود. در نتیجه هنگامی که در سوئیچگیر یا در کلید قدرت، جریان اتصال کوتاه جاری می گردد، باس بارهای آن به واسطه نیروی جاذبه به یکدیگر جذب می شوند. لذا این تجهیزات بایستی در مقابل این نیروها مقاومت کنند که به آن withstand rating تجهیز گویند. از اینرو یک کلید قدرت باید در حالت عملکرد نرمال با جریان بار کامل سایز شده، و دارای قدرت تحمل (withstand rating) و قدرت قطع (interrupting rating) مناسب باشد.

جهت محاسبه جریان اتصال کوتاه در شبکه روش های مختلفی وجود دارد که با افزایش دقت دارای پیچیدگی بیشتری خواهند شد. این روش ها معمولا به محاسبه جریان متقارن و خطای فاز به فاز می پردازند. در این قسمت به بررسی یکی از روش های معمول و در عین حال ساده خواهیم پرداخت.

منابع تغذیه کننده جریان اتصال کوتاه:

سه منبع اصلی جریان اتصال کوتاه عبارتند از:

تجهیزات عمومی برقی

موتورها

ژنراتورهای در مدار

بین این منابع و نقطه خطا مقاومت های مختلفی جهت کاهش جریان و در نتیجه شدت جریان اتصال کوتاه قرار دارند. معمولا مقدار این مقاومت در نقاط مختلف یک سیستم متفاوت است، از این رو اندازه جریان اتصال کوتاه در نقاط مختلف به شدت تغییر می کند. در محاسبات اتصال کوتاه روش های مختلفی برای ساده سازی وجود دارد. برای مثال مرسوم است تاثیرات امپدانس کابل به جز در مواردی که کابل بسیار بلند باشد، نادیده گرفته می شود. همچنین فرض می شود جریان اتصال کوتاه فقط توسط موتورها و ژنراتورها تولید می شود.

توانایی سیستم های برقی عمومی در جهت تولید جریان اتصال کوتاه:

با یک مثال شرح خواهیم داد. فرض کنید قدرت اتصال کوتاه یک شبکه 2500 مگاولت آمپر در ولتاژ 138 کیلوولت با نسبت X/R  برابر با 7 در نقطه خطا می باشد. جریان اتصال کوتاه این شبکه برابر است با:

این مقدار با جریان اتصال کوتاه ناشی از موتورها و ژنراتورهای در مدار جمع می گردد.

سهم ژنراتورها در جریان اتصال کوتاه:

در محاسبه جریان اتصال کوتاه ژنراتور بایستی راکتانس “Xd  (راکتانس زیرگذرا) در نظر گرفته شود چرا که پس از اتصال کوتاه این راکتانس سریعا ظاهر شده و تنها در چند سیکل باقی می ماند. در محاسبات جریان اتصال کوتاه، این مقدار مورد استفاده قرار می گیرد چرا که بیشترین جریان اتصال کوتاه را به وجود می آورد. جهت محاسبه جریان اتصال کوتاه ناشی از ژنراتور از رابطه زیر استفاده می کنیم:

توجه شود که در صورتی که بیش از یک منبع باشد، کیلوولت آمپر به وجود آمده، جمع جبری هر یک از کیلوولت آمپرهای ژنراتورها می باشد.

سهم موتورها در جریان اتصال کوتاه:

جهت محاسبه سهم موتور در قدرت اتصال کوتاه از رابطه زیر استفاده می گردد:

در رابطه فوق دو نکته باید در نظر گرفته شود:

برای موتورهای کوچکتر از 50 اسب بخار (HP) به جای مقدار 0.17 از 0.20 استفاده می گردد.

-   فرض می گردد که  1 اسب بخار = 1 کیلوولت آمپر می باشد  (خصوصاً در مورد موتورهای زیر 200 اسب بخار)

برای مثال یک موتور 40 اسب بخار قدرت اتصال کوتاهی برابر با 200 کیلوولت آمپر خواهد داشت.

حال برای موتور 2000 اسب بخار قدرت اتصال کوتاه برابر با 11764 کیلوولت آمپر خواهد بود.

اگر همه منابع جریان اتصال کوتاه دارای یک سطح ولتاژ باشند، جریان اتصال کوتاه به سادگی با جمع هر یک از آن ها بدست می آید. ولی با توجه به اینکه ترانسفورماتورها سطح ولناژ تغییر می کنند، تاثیر آن ها باید در نظر گرفته شود و جریان خطای انتقالی توسط ترانس بر حسب توان (به جای جریان) بایستی محاسبه شود.

تاثیر ترانسفورماتور بر قدرت اتصال کوتاه:

ماکزیمم قدرت اتصال کوتاه که هر ترانس اجازه عبور آن از یک طرف به طرف دیگر را می دهد از رابطه زیر بدست می آید:

هنگامی که منبع توان بالادست ترانس بی نهایت نباشد، مقدار توان در دسترس در طرف بار ترانس کمتر خواهد بود و با استفاده از رابطه زیر و استفاده از ادمیتانس بدست می آید:

که 1/UP ادمیتانس منبع تغذیه کننده (منبعی به جز شبکه اصلی) می باشد.

تاثیر امپدانس بر قدرت اتصال کوتاه:

با استفاده از رابطه زیر می توان تاثیر امپدانس شبکه بر روی قدرت اتصال شبکه را بدست آورد:

برای مثال قدرت اتصال کوتاه برای شبکه 4.16 کیلوولت و با امپدانس 0.125 اهم برابر است با:

مثال:

قدرت اتصال کوتاه در نقطه خطا در شکل زیر را حساب کنید.

حل:

با توجه به مطالب فوق قدرت اتصال کوتاه به صورت زیر محاسبه خواهد شد.

محاسبات پخش بار

مطالعات پخش بار جهت بررسی میزان افت ولتاژ بر روی فیدرهای الکتریکی  و برای اطمینان از  صحت  ظرفیت توان دهی تجهیزات تامین کننده توان از جمله شبکه، ترانسفورماتور، دیزل ژنراتورو…   انجام می پذیرد. در واقع بعد از طراحی شبکه الکتریکی و تعیین ظرفیت شبکه نیاز به بررسی و مطالعات پخش بار میباشد تا از میزان افت ولتاژ مجاز بر روی فیدرهای الکتریکی اطمینان حاصل شود.

از آنجا که عامل افت ولتاژ وجود مقاومت در مسیر میباشد لذا وجود کابلهای برق و متراژ آنها عامل اصلی افت ولتلژ بوده و بایستی طبق استاندارد حدود افت ولتاژ مجاز  را رعایت نموده و بر طبق آن کابلهای برق را سایز نمود.

مطالعات پخش بار معمولا توسط نرم افزارهای الکتریکی از جمله نرم افزار قدرتمند ETAP انجام میپذیرد که این محاسبات نیازمند مدلسازی شبکه الکتریکی و همچنین مدلسازی کابلهای میباشد.

جهت بررسی افت ولتاژ از روابط  زیراستفاده می شود:

همچنین جهت بررسی تلفاتتوان از روابط  زیراستفاده میشود:

 

 

 

 

 

در روابط بالا داریم:

L : متراژ کابل

I : جریان عبوری از کابل

R : مقامت کابل در واحد طول

X : راکتانس کابل در واحد طول

cosφ: ضریب توان بار

در شبکه های فشار ضعیف میزان افت ولتاژ با توجه به سایزکابل بایستی چک شود تا از محدوده مجاز فراتر نرود همچنین توصیه میشود در ولتاژهای بالاتر برای کابلهای با متراژ بالا نیز میزان افت ولتاژ بایستی بررسی گردد. مشخصا با افزایش ولتاژ میزان حساسیت طراحان در متراژهای پایین نسبت به افت ولتاژ کاهش پیدا میکند.

مقادیر مجاز افت ولتاژ با توجه به استانداردها تعیین میگردند برای مثال در استاندارد (IPS (Iranian petrochemical standard میزان افت ولتاژ مجاز در شبکه های صنعتی نفت و گاز بصورت ذیل دسته بندی شده اند.

فیدرهای ورودی به ایستگاه های برق برابر 1 درصد

فیدرهای خروجی از ایستگاه های برق برابر 1 درصد

فیدرهای تغذیه موتورها در حالت بار کامل برابر 5 درصد

فیدرهای تغذیه موتورها در حالت راه اندازی برابر  15درصد

فیدر برای تابلوهای توزیع برابر 2 درصد

فیدرهای خروجی از تابلوهای روشنایی برابر 3 درصد

مثال:

موتوری با مشخصات ذیل مفروض است. این موتور در فاصله 100 متری از تابلوی تغذیه قرار دارد و توسط کابل  50میلیمتر مربع  تغذیه می شود. مطلوبست محاسبه افت ولتاژ در محل موتور طبق استاندارد IPS.