تابلو برق و انواع آن

امروزه تابلوهای برق یکی از عناصر اصلی واحدهای صنعتی و مسکونی محسوب می‌شوند؛ بنابراین حتماً برای شما هم پیش آمده که در ساختمان و یا شرکت خاصی به‌طور اتفاقی چشمتان به تابلو برق افتاده باشد، محفظه‌ای که شامل تجهیزات الکترونیکی و همین‌طور لوازم حفاظتی و نمایشگرهای برق است. وجود تابلو برق‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است چراکه علاوه بر ایجاد نظم و ارتباط صحیح میان اجزای یک سیستم برقی، ایمنی را نیز برای افراد مشغول به کار در آن محیط ایجاد می‌کند.

تابلو برق صنعتی چیست؟

تابلو برق یک محفظه الکتریکی شامل همه تجهیزات کلید زنی و محافظتی سیستم برق است. این تابلوها همچنین شامل همه دستگاه‌های مربوط به کنترل، پایش و تنظیم سیستم‌ها نیز می‌شوند. درنتیجه مجموع این‌ها در یک پک، تابلو نامیده می‌شوند. به‌بیان‌دیگر، سیستم‌هایی که برای کلید زنی، کنترل و حفاظت مدارهای الکتریکی و انواع مختلف تجهیزات الکتریکی به کار می‌روند، به‌عنوان تابلو برق شناخته می‌شوند.

دلایل استفاده از تابلو برق‌ها

شاید یکی از اصلی‌ترین و مهم‌ترین دلایل استفاده از تابلو برق‌ها محافظت از تجهیزات برق ساختمان در مقابل برف و باران و تغییرات آب و هوایی است. از طرفی با قرار دادن تجهیزات در چنین فضایی احتمال برق‌گرفتگی و خطر برای افراد نیز پایین میاید.
از دیگر دلایل استفاده از تابلو برق‌ها در اصلاح ضریب توان است. درواقع فیوزها و قطع کننده مدارها می‌توانند از نشتی جریان و متعاقباً عدم توزیع مساوی جریان در بین اجزای مختلف تابلو برق جلوگیری کنند؛ بنابراین وجود چنین سازه‌هایی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

انواع تابلو برق ازلحاظ سطح ولتاژ

تابلوها ازلحاظ سطح ولتاژ به سه دسته تقسيم می‌شوند که شامل:

۱. تابلوهاي فشار ضعيف (LV) تا ۱۰۰۰ وات

تابلوهاي فشار ضعيف در سطح ولتاژ کمتر از 1000 وات قرار دارند. درواقع تابلوي فشار ضعيف ترکيبی است از يک يا چند وسيله قطع و وصل همراه با تجهيزات کنترلی، اندازه‌گیری، نشانگر، حفاظت، تنظیم‌کننده و ... که به نحوی بهینه نصب و سوار شده و کليه اتصالات ازجمله اتصالات الکتريکی و مکانيکی داخلي و قطعات ساختمانی را شامل می‌گردد. ولتاژ نامی تابلوهای فشار ضعيف معمولاً تا 690 وات و ولتاژ سرويس تا 400 وات می‌باشند.

انواع تابلو برق فشار ضعیف

به‌طورکلی تابلوهاي فشار ضعیف ازنظر نوع استفاده به دسته‌های زير تقسیم‌بندی می‌شوند که شامل:

• تابلوهاي اصلي 

تابلوهای اصلی نقش منبع کل سیستم دارند و اکثراً بعد از ترانس قرار می‌گیرند. معمولاً تابلوهایی اصلی را به‌صورت يك ورودي يا دو ورودي طراحی می‌کنند كه يكي از ورودی‌ها می‌تواند از ترانس يا ژنراتور باشد. در اين تابلوها معمولاٌ مدارات کنترلی و حفاظتي زيادي قرار می‌گیرد تا با این کار احتمال خطا را به حداقل برساند. لازم به ذکر است که اكثر فيدرهای اين تابلو از نوع کلیدهای هوايی می‌باشند.

• تابلوهاي زيردستي

منبع تغذیه تابلوهاي زيردستي از فيدرهاي تابلوهاي اصلي نشات می‌گیرد و کار توزيع انرژي به قسمت‌های مختلف را انجام می‌دهد. درواقع در اين تابلوها ورودی‌ها و خروجی‌ها معمولاٌ با استفاده از کلیدهای كمپكت می‌باشد و حفاظت فيدرها توسط مکانیسم‌های داخلی كليد تأمين می‌گردد. همچنين لازم به ذکر است که این تابلوها نیازی به مدار فرمان خاصی ندارند.

• تابلوی برق دی بی (DB)

اكثراً اين تابلوها در دفاتر اداري استفاده می‌شوند و معمولاٌ به‌صورت ديواری ساخته می‌شوند تا حداقل فضای ممکن را اشغال نمايند. ورودی و خروجی اين تابلوها نیز اکثراٌ با کلید مینیاتوری می‌باشد.

• تابلوهاي كنترلی يا واسطه‌ای

از تابلوهای کنترلی در جهت ارتباط و کنترل تابلوهای اصلی، MCC  و در مواردی تابلوهای زیردستی استفاده می‌شود و با توجه به نوع سيستم می‌تواند از کنترل تمام اتوماتيک تا نيمه اتوماتيک و دستی آن استفاده کرد. کاربرد این نوع از تابلوها در اکثر مواقع در سیستم‌هایی با حساسیت بالا که خط تولید پیوسته مانند کارخانه‌های فولادسازی، شیشه‌سازی و… دارند، می‌باشد. همچنین باید بدانید که این نوع از سیستم‌ها باید دائماً تحت کنترل باشند.
همچنين از ديگر مزايای اين سيستم کم کردن حجم قطعات الکتريکی و مکانيکی مدارات و آسان نمودن عیب‌یابی ، تعمير و نگهداری و رديابی ايراد به وجود آمده در سيستم است.

• تابلو برق خازني

همواره در صنايع از موتورهای القايی و بارهای سلفی استفاده می‌شود که اين بارها به علت اختلاف زاويه ولتاژ و جريان نمی‌توانند حداکثر توان را مصرف نمايند، در چنین حالتی همواره مقداری توان تلف‌شده در سيستم وجود دارد. يکی از روش‌های حل اين مشکل استفاده از خازن يا تابلوهای خازنی می‌باشد که باعث اصلاح ضريب قدرت و حذف اثر سلفی موتورها و سیستم‌های القايی می‌گردد. اين تابلوها در اکثر موارد جزئی از تابلوهای اصلی می‌باشند و با استفاده از رله‌های ميکروپروسسوری هوشمند، با نمونه جريان و ولتاژ تابلوهای اصلی، ضريب قدرت را اصلاح می‌کند.

• تابلوهاي MCC (Motor Control Center)

تابلوهای ام سی سی معمولاً در تمامی صنايع، شرکت‌ها و در برخی دفاتر وجود دارند. درواقع این تابلوها از تابلوهای اصلی تغذيه شده و بسته به نوع کنترل و حساسيتی که دارند، دارای کنترل‌ها و حفاظت مختلفی می‌باشند. همچنین در برخی از موارد مجهز به سيستم فرمان از راه دور يا PLC  می‌باشند و بسته به نياز می‌توانند به طرق مختلف با استفاده از استارترهای مختلف مثل DOL, STAR-DELTA يا با استفاده از VFD يا سافت استارتر شروع به عمل نمايد.

• تابلو برق کشویی

ازآنجایی‌که تابلو برق‌های کشویی اهمیت ویژه‌ای دارند لازم است توضيح مختصری در رابطه با موارد استفاده از آن داده شود. امروزه در اکثر صنايع به دلیل هزینه‌های بالای مربوط فضای اختصاص يافته برای اجرای پروژه، سعی شده تا از فضای مذکور حداکثر استفاده بشود بنابراین همین مسئله می‌تواند يکی از دلایل استفاده از تابلوهای کشويی باشد. ازجمله مزايای این نوع از تابلوها قرار دادن تعداد فيدرهای زياد با مدارات کنترلی حجيم در يک سلول است.  همچنين در مواقع تعمير و نگهداری به‌آسانی می‌توان فيدر موردنظر را از سلول خارج نمود و فيدر رزرو را داخل سلول قرار داد. در چنین شرایطی امکان تعميرات سريع در حداقل زمانِ قطعی فيدر وجود دارد.

۲. تابلوهای فشار متوسط از ۱۰۰۰ تا ۳۶۰۰۰ وات

این تجهیزات انواع مختلفی دارند که محصور شده در تابلو فلزی در فضای باز یا بسته و یا بدون تابلو می‌باشند. اجزای اصلی يک تابلو فشار متوسط شامل بدنه، کليد (دژنکتور) و يا کنتاکتور فشار متوسط، رله، باسبار، ترانسفورماتور ولتاژ و جريان، لوازم اندازه‌گیری و تجهيزات کنترلی می‌باشد. همچنین باید در نظر گرفت که نیاز اصلی یک شبکه برق، قطع جریان حین خطا، بدون در نظر گرفتن اینکه چه نوع مدار شکنی در سیستم تابلو قرار دارد، است. درواقع اگرچه ممکن است تابلو فشار متوسط قادر به عملیات در دیگر شرایط نیز باشد، اما به‌طور کلی باید دارای قابلیت‌های زیر باشد:

1. عملیات قطع و وصل در شرایط نرمال
2. قطع جریان اتصال کوتاه.
3. قطع و وصل جریان خازنی
4. قطع و وصل جریان سلفی
5. بعضی کاربردهای خاص

لازم به ذکر است که همه کارکردهای فوق باید در بالاترین سطح امنیت و اطمینان انجام شود.

کاربردهای مخصوصِ تابلو فشار متوسط

• کوره القایی

یک کوره القایی باید مدام خاموش و روشن شود. جریان کلید زنی ممکن است بین ۰ تا ۸ برابر جریان نامی کوره باشد. کوره القایی به‌گونه‌ای طراحی شده که در جریان نامی خود تا ۲۰۰۰ آمپر و حدوداً ۱۰۰ بار در روز روشن و خاموش شود. در چنین حالتی کلیدهای هوایی، SF6 و روغنی عملکرد مناسبی ندارند؛ بنابراین مدارشکن‌های خلأ استاندارد می‌توانند جایگزین‌های مناسبی برای این کلیدهای قطع و وصل‌کننده مداوم جریان باشند.

• راه‌آهن

از دیگر موارد کاربردهای تابلو فشار متوسط، استفاده از سیستم تک فاز قطار است. اصلی‌ترین کار مدار شکن مربوط به سیستم قطار، قطع جریان اتصال کوتاه و گذرای آن در سیستم کابل‌های بالای سر قطار می‌باشد؛ بنابراین، یک مدار شکن برای این منظور می‌بایست زمان قطع کوتاه، زمان قوس کوتاه و قطع سریع داشته باشد که تابلو فشار متوسط بهترین گزینه در این کار است. تابلو فشار متوسط با مدار شکن خلأ بسیار مناسب سیستم انتقال قطار است. درواقع می‌توان نتیجه گرفت که در سیستم فشار متوسط که نرخ خطا زیاد است، تابلو خلأ فشار متوسط می‌تواند بهترین گزینه باشد.

۳. تابلوهای فشارقوی با ولتاژ بالای ۳۶۰۰۰ وات

سیستم برقی که در ولتاژ بالای ۳۶ کیلوولت کار می‌کند به‌عنوان تابلو برق ولتاژ بالا شناخته می‌شود. به علت ولتاژ بالا، قوس تولیدشده حین کلید زنی نیز خیلی بالا است، بنابراین باید ملاحظات مخصوصی هنگام طراحی تابلو برق ولتاژ بالا در نظر گرفته شود.

مدارشکن ولتاژ بالا اصلی‌ترین المان تابلو برق‌های ولتاژ بالا است، بنابراین برای عملکردی ایمن نیاز به تعبیه ویژگی‌های منحصربه‌فردی در این نوع از تابلوها است. یکی از این موارد وجود مدارشکن‌های قابل‌اطمینان است. درواقع بروز خطا و کلید زنی در مدارات ولتاژ بالا خیلی به‌ندرت اتفاق می‌افتد و بیشتر اوقات این مدار شکن‌ها در وضعیت روشن باقی می‌مانند و بعد از یک زمان طولانی مجبور به عملکرد می‌شوند؛ بنابراین وجود عناصری مثل یک مدارشکن ایمن از واجبات این نوع از تابلوها است. تکنولوژی مدارشکن‌های ولتاژ بالا در طول ۱۵ سال گذشته بسیار عوض‌شده است. امروزه در تابلو برق‌های ولتاژ بالا اغلب مدارشکن‌های روغنی، هوایی و گاز SF6 مورداستفاده قرار می‌گیرند.

تابلوهای ولتاژ بالا به‌صورت زیر دسته‌بندی می‌شوند:

• نوع داخلی ایزوله شده با گاز
• نوع بیرونی ایزوله شده با هوا

که نوع بیرونی آن نیز شامل:

• مدار شکن نوع تانک مرده
• مدار شکن نوع تانک زنده

در نوع تانک مرده تجهیز کلید زنی با یک ایزوله کننده که به ولتاژ زمین وصل شده است پشتیبانی می‌شود. درحالی‌که در نوع تانک زنده تجهیز کلید زنی بر روی بوشنگ‌های عایق شده در پتانسیل سیستم قرار می‌گیرند. همچنین لازم است بدانید که مدار شکن‌های نوع تانک زنده ارزان‌تر بوده و فضای کمتری نیز نیاز دارند.

مدارشکن چیست و چگونه عمل می‌کند؟

بریکرها یا مدارشکن‌ها به‌طورکلی شامل دو نوع کنتاکت ثابت و متحرک هستند. در شرایط کاری عادی این دو کنتاکت متحرک و ثابت به یکدیگر متصل بوده و جریان از آن‌ها عبور می‌کند. در فرایند مدارشکنی در ابتدا قطع کننده مدار باید یک حالت خطا را تشخیص دهد. در قطع کننده‌های با سطح ولتاژ  کم، این تشخیص معمولاً در داخل خود دستگاه انجام می‌شود ولی در قطع کننده‌های مدار برای ولتاژهای بالا معمولاً با استفاده از رله محافظ شرایط خطا تشخیص داده می‌شود تا مکانیسم باز شدن به کار بیفتد. در نظر داشته باشید که مدارشکن‌ها معمولاً به یک منبع تغذیه جداگانه، مانند باتری نیاز دارند، اگرچه در برخی از مدارهای ولتاژ بالا دارای ترانسفورماتورهای جریان، رله‌های محافظ و منبع تغذیه کنترل داخلی نیز هستند.

پس از شناسایی یک خطا، کنتاکت‌های قطع کننده مدار باید برای قطع جریان باز شوند. این کار معمولاً با استفاده از انرژی ذخیره شده مکانیکی موجود در دستگاه مدارشکن، مانند فنر یا هوای فشرده برای جدا کردن کنتاکت‌ها انجام شود. قطع کننده‌های مدار کوچک به‌طورمعمول دارای یک اهرم کنترل دستی برای خاموش کردن بار یا تنظیم مجدد پس از تریپ دادن بریکر (ریست) هستند، درحالی‌که بریکرهای بزرگ‌تر برای مکانیسم حرکت از سولنوئیدها استفاده می‌کنند و دارای موتورهای برقی برای بازگرداندن انرژی به فنرها هستند.

در سازوکار مدارشکن‌ها، کنتاکت‌های قطع کننده مدار باید جریان بار را بدون گرم شدن بیش‌ازحد تحمل کنند همچنین باید در برابر قطع (باز کردن) مدار، گرمای قوس تولید شده را تحمل کنند. معمولاً جنس کنتاکت‌های بریکر از آلیاژ مس یا مس، آلیاژهای نقره و سایر مواد بسیار رسانا است همچنین  عمر سرویس‌دهی کنتاکت‌ها به دلیل فرسایش در هنگام قطع جریان و وجود آرک محدود است. لازم به ذکر است که قطع کننده‌های مدار مینیاتوری  معمولاً در هنگام فرسودگی کنتاکت‌ها دور ریخته می‌شوند، درحالی‌که قطع کننده‌های مدار قدرت و قطع کننده‌های مدار ولتاژ بالا دارای کنتاکت قابل تعویض هستند.

انواع مدارشکن در تابلوهای برق

بریکرها یا مدارشکن‌ها برای محافظت از مدار الکتریکی در برابر خطرهای ناشی از اضافه‌بار و یا اتصال‌های کوتاه مورد استفاده قرار می‌گیرند. لازم است بدانید که مدارشکن‌هایی که ولتاژ نامی آن‌ها کمتر از 1000 ولت باشند به‌عنوان مدارشکن‌های ولتاژ پایین و بالاتر از 1000 ولت به‌عنوان بریکرهای ولتاژ بالا شناخته می‌شوند. اساساً خطوط انتقال برق قدرت به‌وسیله‌ی مدارشکن‌های ولتاژ بالا کنترل و محافظت می‌شوند. دراین‌بین تعاریف مختلفی در مورد ولتاژ بالا وجود دارند اما در خطوط انتقال معمولاً به ولتاژ بالاتر از 72.5 کیلو ولت، ولتاژ بالا اطلاق می‌شود. به‌طورکلی مدارشکن‌های ولتاژ بالا شامل:

مدارشکن‌های هوایی

در طراحی این نوع از مدارشکن‌ها، معمولاً یک هوای فشرده منفجر شده و قوس بین دو کنتاکت را خنثی و جریان را قطع می‌کند.

مدارشکن روغنی

در این نوع مدارشکن مکانیسم قطع و وصل در داخل یک محفظه فولادی پر از روغن قرار می‌گیرند و به‌وسیله یک فنر قوی که عمل قطع و وصل را کنترل می‌کند، کل فرایند انجام می‌شود. این مدارشکن‌ها معمولاً به دودسته‌ی توده روغن و حداقل روغن تقسیم می‌شوند. در نوع توده روغن، واحد قطع کننده در داخل یک تانک که به پتانسیل زمین وصل شده است قرار دارد. در اینجا روغن به‌عنوان ماده‌ی عایق و قطع کننده عمل می‌کند. در نوع حداقل روغن، واحد قطع کننده در یک محفظه قرارگرفته و از حداقل روغن برای خنثی کردن قوس استفاده می‌کند.

مدارشکن SF6

این مدل مدارشکن به‌صورت کامل با گاز SF6  (سولفور هگزا فورید) عایق شده و نسبت به سایر مدل‌ها کوچک‌تر و کم صداتر است، لذا درجاهایی که با کمبود فضا مواج‌هایم و صدای قطع و وصل برای ما مهم بود این مدارشکن می‌تواند گزینه مناسبی باشد. گاز SF6 استفاده زیادی به‌عنوان خنثی‌کننده قوس در مدارات ولتاژ بالا دارد بنابراین همین خصوصیت باعث شده که از آن در ولتاژهای بالا استفاده کنند. خنثی‌سازی قوس به بهترین شکل توسط این گاز موجب شده تا بهترین گزینه برای تابلوهایی با فضای بسته باشد.

مدارشکن با گاز دی‌اکسید کربن

این نوع مدارشکن در سال 2012 توسط شرکت ABB با ارائه یک مدارشکن بالای ۷۵۰۰۰ وات تحولی عظیم در عرصه فناوری مدارشکن ها پدید آورد. مدار شکن کربن دی‌اکسید دقیقاً بر همان اصول موجود در بریکر SF6 اختراع شده با این تفاوت که این نوع مدار شکن ازآن‌جهت پراهمیت است که می‌تواند از غلظت موجود گازهای گلخانه‌ای کم کند.

مدارشکن خلأ

در نوع خلأ، هیچ عامل اضافی (یونیزاسیون) بین دو کنتاکتی که جریان را عبور می­دهند، وجود ندارد؛ بنابراین علا رقم اینکه خنثی‌سازی قوس در مدارشکن‌های خلأ خیلی سریع است، اما چون راهکار مناسبی برای کلیدهای ولتاژ بالا ندارد، استفاده از آن در تابلوهای ولتاژ بالا به‌صرفه و کارآمد نیست.

کلام پایانی

در پایان امیدواریم که محتوای آماده‌شده در حوزه تابلو برق‌ها در عین قابل‌فهم بودن جامع و کاربردی نیز بوده باشد و به شما در جهت افزایش آگاهی کمک شایانی کرده باشد.