محاسبات تابلوهای برق

تابلوهای برق ،اولین بخش از توزیع انرژی الکتریکی در یک مجموعه می‌باشند. تابلوهای برق به دو گروه اصلی و فرعی تقسیم می‌شوند. همیشه برق اصلی از شبکه توزیع وارد تابلوی اصلی -Main Distribution Panel (MDP)- می‌شود و پس از عبور از تجهیزات اندازه گیری (کنتورها) میان سایر تابلوهای تغذیه تقسیم می‌گردد.

به منظور به دست آوردن مشخصات فنی الکتریکی یک تابلو برق از قبیل تعداد خط، توان مصرفی و مقدار جریان فرعی و اصلی مراحل ذیل را اجرا می‌کنیم.

1. برآورد تابلوی فرعی: تابلوی فرعی عبارت است از تمامی تابلوهایی که بعد از تابلوی اصلی قرار می‌گیرد. تعداد تابلوهای فرعی با توجه به تعداد مصارف مختلف از قبیل تعداد آپارتمان‌ها، موتورخانه، مشاعات، استخر، سالن ورزشی و … متغیر است. تابلوی فرعی شامل یک فیوز اصلی تک فاز یا سه فاز، چند فیوز فرعی تک فاز و سه فاز (مقدار جریان عبوری از این فیوزها همواره کمتر از مقدار جریان عبوری از فیوز اصلی می‌باشد.)، کلید حفاظت جان و … تشکیل شده است.

به منظور انتخاب فیدر(ها) فرعی، ابتدا باید مصارف کلیدها و پریزها مشخص شود، سپس خط بندی را انجام داد و در انتها مجموع توان هر خط را بدست آورد. باید توجه داشت که مصارف به دو نوع خانگی از قبیل روشنایی، یخچال و فریزر، سشوار، کامپیوتر، جارو برقی و سایر تجهیزات (کولر، فن کوئل و …) و مصارف صنعتی شامل همان مصارف خانگی و موتورها و پمپ‌ها و سایر تجهیزات می‌باشد.

همواره سعی می‌شود که در هنگام خط بندی مصارف مختلف را بین چند خط تقسیم می‌کنند، سپس توان مصرفی مصرف کنندها را بر روی هر خط به روش ذیل محاسبه می‌کنند.

۱٫۱ -توان مصرفی کلیه روشنایی‌های روی یک خط با یکدیگر جمع می‌شود. مثلاً ۲ عدد لامپ ۱۰۰ وات، ۴ عدد لامپ ۶۰ وات، ۵ عدد هالوژن ۵ وات و ۹ عدد لامپ ۴۰ وات.

(۱)     P_La=2×۱۰۰w+ 4×۶۰w+ 5×۳w+ 9×۴۰w =815w

 اما دقت شود از آنجایکه هیچ وقت تمامی لامپ‌ها به صورت همزمان با یکدیگر روشن نمی‌شود، عدد بدست آمده در یک ضریب به نام ضریب همزمانی ، ضرب می‌شود. ضریب همزمانی برای مصارف روشنایی خانگی ۰٫۸ در نظر گرفته می‌شود. لذا توان مصرفی برای خط a خواهد بود:

P_TLa=P_La×۰٫۸=۶۲۵w          (۲)

۱٫۲ -توان مصرفی کلیه پریزهایی که روی یک خط می‌باشد را مشخص کرده و برای بدست آوردن توان کلی آن خط، بزرگترین مصرف با ۴۰% مجموع سایر مصارف جمع می‌شود. دقت شود توان‌های مصرفی هر دستگاه با توجه به اطلاعات داده شده توسط شرکت‌های سازنده مشخص می‌شود. مثلاً اگر قرار است از یک خط که ۵ دستگاه مختلف با توان های، ۲۰۰۰ وات، ۴۰۰ وات، ۸۰۰ وات، ۵۰ وات و ۶۰ وات تغذیه شوند، توان کل آن خط بصورت زیر محاسبه می شود.

P_TLa=2000+ 0.4 ×[۴۰۰+۸۰۰+۵۰+۲۰۰۰+۶۰]=۳٫۳۲۴ Kw          (۳)

 

با تقسیم عدد فوق بر تعداد پریزها می‌توان توان مصرفی توسط برای هر پریز را بدست آورد.

۱٫۳ -همچنین مصارف سایر تجهیزات را نیز باید در نظر گرفت. البته باید توجه داشت که چون تجهیزات موتوری می‌باشند، ضریب قدرت -Power Factor- داده شده توسط شرکت سازنده نیز در محاسبات وارد می‌شود. در این مقاله ضریب قدرت ۰٫۸ فرض می‌شود. حال که توان هر خط بدست آمد، می‌توان جریان گذرنده از هر فیوز را محاسبه نمود.

 

محاسبات تابلوهای برق در روش تکفاز

2. روش تک فاز: سیستم تکفاز سیستمی است که دارای یک فاز و نول می‌باشد. در این روش اختلاف ولتاژ بین فاز و نول ۲۲۰V می‌باشد. به منظور بدست آوردن جریان گذرنده از خط ( I_L) از فرمول ذیل استفاده می‌شود.

در  رابطه (۴)، P عبارت است از توان،  V_L-n ولتاژ خط (۲۲۰ ولت) و cosφ ضریب قدرت می‌باشد. برای مثال، برای مثال یاد شده در مورد روشنایی خواهیم داشت:

 

در رابطه (۵)، n تعداد خطوط و P_T توان کل می‌باشد. با توجه به دو جریان بدست آمده I_L1 و I_L2 می‌توان توان مجموع برای دو خط را بدست آورد.

P_T=P_TLa+P_TLb=625+3324=3.949 Kw

توان بدست آمده نشان دهنده توان مصرفی تابلوی فرعی می‌باشد. حال باید جریان مورد نیاز برای کل تابلو را با استفاده از رابطه (۴) بدست آورد.

 

بد نیست که در ادامه این مبحث به مطلب هر سیم ظرفیت عبور چه مقدار جریان برق را دارد هم سری بزنید.

 

محاسبات تابلوهای برق در برق سه فاز

3. روش سه فاز: در سیستم سه فاز همانگونه که از نام گذاری آن پیداست، سه فاز مستقل وجود دارد. هر فاز با فاز دیگر اختلاف زاویه‌ای ۱۲۰ درجه دارد. برای آنکه بتوان با هر یک از فازها کار کرد، هر یک از فازها با یک حرف انگلیسی نشان داده می‌شوند که به ترتیب عبارتند از: S ، R و T.

در طراحی و محاسبات شبکه توزیع، باید دقت شود که مجموع توان‌های روی هر خط معادل با دو خط دیگر باشد. برای انجام محاسبات توانی از دو روش می‌توان استفاده کرد که عبارتند از:

۳٫۱ -پس از بدست آوردن توان هر خط، هر فیوز از همان ابتدا روی یکی از فازها قرار می‌گیرد. در این حالت جریان هر خط از رابطه (۴) بدست می‌آید. و به کمک فرمول‌های ۷، ۸، ۹ و ۱۰ می‌توان جدول ۱ را تهیه کرد.

برای مثال فرض می‌کنیم مجموع توان‌های هر خط بدست آمده و محاسبات جریان به شکل ذیل می‌باشد.

۳٫۲٫ در این روش مجموع توان‌ها را بدست آورده و سپس جریان هر خط از رابطه (۱۱) محاسبه می‌گردد.

که در رابطه (۷)، V_L-L برابر با ۳۸۰ ولت در نظر گرفته می‌شود. حال مثال قبل را به صورت سه فاز از رابطه (۱۱) حل می‌نماییم.

حال با توجه به داشتن جریان خط، می‌توان فیوز را انتخاب کرد.

4. انتخاب فیوزهای فرعی و اصلی: با توجه به داشتن جریان اصلی تابلوی فرعی، نزدیکترین فیوز به عنوان فیوز ورودی تابلو در نظر گرفته می‌شود. برای مثال فیوز انتخابی برای رابطه(۶)، یک فیوز ۲۵A تک فاز می‌باشد. با توجه به جریان بدست آمده، سایز کابل جهت تغذیه اصلی تابلوی فرعی ۶×۳(دو رشته جهت فاز و نول و یک رشته برای ارت) در نظر گرفته می‌شود.

اما باید توجه داشت که در هنگام کابل کشی، طول کابل با توجه به مقاومت رسانا(مس یا آلومینیوم) باعث افت ولتاژ می‌شود. بنابراین باید مقدار افت ولتاژ را نیز محاسبه نمود و با مقایسه مقدار افت ولتاژ و مقدار جریان ورودی، بیشترین عدد بدست آمده مشخص کننده سایز کابل یا سیم می‌باشد. با توجه به طول مسیر کابل کشی، اگر افت ولتاژ بیشتر از ۵% باشد باید سایز کابل یا سیم یک شماره بالاتر در نظر گرفته شود. برای محاسبه مقدار افت ولتاژ از رابطه (۱۲) استفاده می‌شود.

که در رابطه (۱۲)، Δv: در صد افت ولتاژ، L: طول کابل، I: جریان بر حسب آمپر، S: سطح مقطع سیم و کابل بر حسب میلیمتر مربع، V : ولتاژ خطی بر حسب ولت، cosφ : ضریب قدرت و  χ: ضریب هدایت بر حسب m/(Ωmm^2) که برای سیم مسی ۵۶ می‌باشد.

همچنین مقدار درصد افت ولتاژ در جریان متناوب سه فاز عبارت است از:

5. برآورد تابلوی اصلی: تابلوی اصلی در هر مجموعه، تابلویی است که بین ورودی اصلی شبکه توزیع و مصارف فرعی داخلی قرار می‌گیرد. توان مصرفی این تابلو برابر با مجموع کلیه توان‌های فرعی می‌باشد. پس از بدست آوردن توان مصرفی می‌توان جریان مورد نیاز برای مجموعه و فیوز اصلی را محاسبه کرد. باید توجه داشت که با توجه به تعداد تابلوهای فرعی، ضریب همزمانی را نیز باید در نظر گرفت. ضریب همزمانی با توجه به تعداد تابلوهای فرعی برای تابلوی اصلی از جدول ۲ بدست می‌آید.

در جدول بالا، n تعداد تابلوهای فرعی می‌باشد.

6. طریقه ایجاد جدول محاسبات: پس از آنکه کلیه محاسبات از قبیل خط بندی تابلوهای فرعی، فیوزهای فرعیِ تابلوهای فرعی، فیوزهای اصلیِ تابلوهای فرعی، توان تابلوی اصلی، جریان تابلوی اصلی و فیوز اصلی بدست آمد، تمامی این اطلاعات باید در دفتری به عنوان دفتر محاسبات ثبت شود.