اجزای تشکیل دهنده تابلوهای برق
تابلوهای برق صنعتی، به عنوان مهم‌ترین عناصر در توزیع و کنترل برق در صنایع مختلف، نقش حیاتی در تضمین عملکرد صحیح و بهینه فرآیندهای صنعتی ایفا می‌کنند. این تابلوها به واسطه تجهیزات و اجزای تشکیل دهنده‌ای که در آنها جای می‌گیرند، به یک سیستم کامل تبدیل می‌شوند که به کمک آن، توانایی کنترل، مانیتورینگ و حفاظت از تجهیزات و دستگاه‌های مختلف فراهم می‌شود. در این مقاله، به بررسی اجزای اصلی که در تابلوهای برق صنعتی به کار می‌روند، خواهیم پرداخت.
از تجهیزات مهمی که یک تابلو برق صنعتی را تشکیل می‌دهند میتوان به موارد ذیل اشاره کرد:
1- کنتاکتور (Contactor) :
کنتاکتورها، کلیدهای الکترومغناطیسی می باشند که یکی از مهم ترین اجزای مدارهای قدرت و فرمان را تشکیل می دهند. کنتاکتورها واسطی بین مدار قدرت و فرمان می باشد. به بیان ساده کنتاکتور قطعه ای است که به کمک آن فرمان قطع و وصل مدار قدرت از راه دور داده می شود.
مزایای استفاده از کنتاکتورها:
• کنتاکتور امکان قطع و وصل مصرف کننده ها را از چندین محل عملی می نماید.
• امکان راه اندازی به صورت دستی و اتوماتیک مقدور است.
• کنتاکتورها در تابلوهای برق صنعتی برای کنترل ولتاژهای بالا استفاده می‌شوند. این اجزا به کنترل تجهیزاتی که جریان بالا یا ولتاژ بالا دارند، کمک می‌کنند.
• قابلیت قطع و وصل زیر بار را دارند.
• کنترل از راه دور توسط کنتاکتور اقتصادی تر است.
نکته مهم: کنتاکتور ها به تنهایی هیچ نوع حفاظتی در مقابل اضافه جریان و اتصال کوتاه ندارند؛ بنابراین برای حفاظت از مصرف کننده ها می بایست از بیمتال، کلید های حرارتی و فیوزها استفاده شود.
مدارهای حفاظتی
مدارهای حفاظت اضافه شده در تابلوهای برق به منظور جلوگیری از بروز خطرات احتمالی مانند افزایش جریان و ولتاژ غیرمجاز هستند.
این قطعات تاثیر مستقیمی بر تأمین و قطع برق را داشته و در صورت بروز مشکلات، میتواند سریع و ایمن برق را قطع کنند.
از جمله قطعات حفاظتی در مدارهای قدرت می توان به بیمتال ها، کلید های حرارتی و انواع فیوزها اشاره کرد.
2- بیمتال (Thermal overload relay) :
بیمتال برای حفاظت جریان حرارتی الکتروموتورها در مدارات قدرت طراحی شده است و بسیار پرکاربرد می باشد.
بیمتال، وسیله ای برای حفاظت از موتور الکتریکی در برابر اضافه جریان است و برای کنترل جریان در تابلو برق صنعتی کاربرد دارد. بیمتال قابلیت تنظیم دارد و در برابر اضافه جریان از 05/1 تا 10 برابر جریان نامی، موتور الکتریکی را قطع می کند.
مزایای استفاده از بیمتال ها:
• بیمتال در صورت ایجاد اضافه بار، فرمان قطع به کنتاکتور را می دهد.
• نصب آن ها بسیار ساده است و کافیست شاخک های ورودی بی متال را به خروجی کنتاکتور وصل کرده و مدار فرمان آن را ببندیم.
• دارای درجه تنظیم جریان است و متناسب با جریان نامی موتور تنظیم می گردد.
نکته مهم: در صورت قرار داشتن بیمتال در مدار، حتما باید فیوز دیگری مانند مینیاتوری در مدار نصب شود تا آن را در مقابل جریان مغناطیسی محافظت کند، چراکه بیمتال فقط محافظ جریان حرارتی می باشد.
3- کلید حرارتی MPCB (Motor Protection Circuit Breaker) :
کلیدهای حرارتی نوعی کلید قطع زیر بار می باشد که برای حفاظت در مقابل اضافه جریان طراحی شده است. اساس عملکرد آن شبیه بیمتال است با این تفاوت که بیمتال فقط مدار فرمان را قطع کرده ولی کلید حرارتی مدار قدرت و فرمان را مستقیما قطع می کند.
مزایای استفاده از کلید حرارتی:
• کلیدهای حرارتی هم محافظ جریان مغناطیسی و هم محافظ جریان حرارتی می باشند.
• دارای درجه تنظیم جریان است و متناسب با جریان نامی موتور تنظیم می گردد. و قابلیت تنظیم دقیق آمپر در یک بازه را دارد.
• قابلیت قطع و وصل زیر بار را دارند و درصورت ایجاد اضافه بار، فاز قدرت را مستقیما قطع کرده و برای فرمان قطع لزوما نیازی به کنتاکتور ندارند.
• کلیدهای حرارتی را میتوان به عنوان بهترین محافظت کننده برای موتور نام برد.
4- فیوز (Fuse) :
فیوزهای تابلو برق، قطعاتی هستند که مصرف کننده را در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار حافظت خواهند کرد.
بدیهی است که هر مصرف کننده ای باید دارای فیوز مناسب باشد . فیوزها در اثر عبور جریان گرم می شوند در صورتی که جریان مدار بیش از حد مجاز شود، فیوز دستگاه دچار سوختگی شده و ارتباط الکتریکی را در مدار قطع میکند تا سایر ادوات آسیب نبینند.
فیوز انواع مختلف دارد که به نمونه هایی از آن ها اشاره میکنیم:
فیوز مینیاتوری MCB (Miniature Circuit Breaker) :
فیوزهای مینیاتوری در مقابل جریان اضافه حساس می باشند و به سرعت مدار را قطع می کنند به عبارتی این فیوزها نسبت به تحمل جریان اولیه و بار اضافه سریعا عکس العمل نشان داده و محافظ جریان مغناطیسی مدار می باشند.
فیوزهای مینیاتوری در مدارات روشنایی بیشترین کاربرد را دارند و تیپ های معمول آن ها عبارتند از: B , C , D , K , Z
تیپ B : تیپ روشنایی می باشد که به سرعت در مقابل اضافه جریان عکس العمل نشان می دهند.
تیپ C : تیپ موتوری می باشد و برای موتورهایی که توان کم داشته و جریان راه اندازی بالایی ندارد استفاده می گردد.
تیپ D : از این تیپ برای ترانسفورماتورها و مصرف کننده هایی با جریان نجومی بالاتر استفاده می گردد، این فیوزها قدرت قطع بالایی دارند.
تیپ K : برای حفاظت در مدارات قدرت و موتورها استفاده میگردد قدرت قطع در این فیوزها کم بوده و هنگام اضافه جریان سریعا مدار را قطع می کند منحنی قطع این مدل فیوز بین تیپ C و D می باشد.
تیپ Z : در این مدل فیوز هنگامی که جریان عبوری از جریان نامی بیشتر شود در یک مدت زمان خاص فرمان قطع را صادر می کند، حساسیست این مدل فیوز هم در مواقع اضافه بار هم اتصال کوتاه از تیپ های دیگر بیشتر بوده و درصورت بروز خطا مدار را سریعتر قطع می کند.
قابل ذکر است پرکاربرد ترین فیوز مینیاتوری تیپ B و C می باشد.
کلید کمپکت MCCB (Molded Case Circuit Breaker) :
کلید های کمپکت یا اتوماتیک، محافظ جریان مغناطیسی و حرارتی می باشد و از مدار در مقابل اضافه جریان و اتصال کوتاه حفاظت کرده و آن را به طور خودکار قطع می کند.
این کلیدها برای حفاظت مصرف کننده های موتوری با جریان راه اندازی استفاده می شوند؛ این فیوزها طوری طراحی شده اند که میتوانند در لحظه استارت موتور، تا چندین برابر جریان نامی مقاومت کنند تا موتور به دور نامی خود برسد.
مزایای استفاده از کلید اتوماتیک:
• این کلید ها کاربرد عمومی دارند.
• قدرت قطع بالایی داشته و می توانند در مقابل جریان های بالا و لحظه اتصال کوتاه دوام بیاورند، از این رو برای قطع و وصل کردن برق کلید اصلی یا ورودی، در تابلوهای توزیع و فیدرهای قدرت بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.
• دارای دو مدل ثابت و قابل تنظیم هستند.
محافظ جان و جریان نشتی RCCB (Residual Current Circuit Breaker) :
محافظ جان همانطور که از نامش پیداس محافظ انسان در مقابل برق گرفتگی و جریان نشتی می باشد.
درصورتی که جریان از بدن انسان عبور کند و یا از بدنه وسایل برقی نشت کند، نسبت جریان ورودی و خروجی کلید مساوی نخواهد شد و اگر این نشتی به مقدار 30 میلی آمپر (حد مجاز مقاومت بدن انسان) برسد، کلید فرمان قطع را می دهد.
5- کنترل فاز
قطعاتی که تا به اینجا بررسی کردیم، مدار را در مقابل جریان حفاظت می کردند در این بخش به بررسی قطعه ای می پردازیم که مدار را در مقابل اختلالات ولتاژ محافظت می کند.
اختلالات ولتاژ یکی از عوامل مهم در سوختن و صدمه به تجهیزات الکتریکی می باشد.
کنترل فاز فقط برای مصرف کننده های سه فاز بخصوص الکتروموتورها مورد استفاده قرار می گیرد.
از وظایف کنترل فاز میتوان به موارد ذیل اشاره کرد که در صورت بروز هریک از موارد مدار فرمان را قطع میکند
• ولتاژ بالاتر یا پایین تر از حد مجاز
• قطع یکی از فازها
• جابه جایی و عدم تقارن فاز ها
6- AI/DI و سنسورها:
در تابلوهای برق صنعتی، ورودی‌های آنالوگ و دیجیتال جهت دریافت اطلاعات از سنسورها و دستگاه‌های مختلف به کار می‌روند. این داده‌ها به منظور کنترل و مانیتورینگ فرآیندها و وضعیت‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
سنسور ها از بخش های مهمی هستند که مهم ترین وظیفه شان تبدیل کمیت هایی مانند فشار، حرارت، رطوبت، صدا و.. به کمیت های الکتریکی ناپیوسته و پیوسته یا همان دیجیتال و آنالوگ می باشد.
7- اینورترها
اینورتر از دیگر اجزای تابلو برق می باشد که توانایی تبدیل جریان مستقیم برق به جریان متناوب را داشته و از طریق تغییر در فرکانس و ولتاژ خروجی، دور موتور را کنترل می کند.
اینورترها یکی از تجهیزات پر کاربرد است که از طریق فرکانس دور الکتروموتور را کنترل می کند و جهت کنترل دور و گشتاور موتورهای الکتریکی به خصوص موتورهای سه فاز استفاده می شود.
8- سافت استارتر
وسیله ای برای راه اندازی به صورت تدریجی و نرم تر موتورهاست که در برخی از تابلوهای برق صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد این قطعه از مشکلاتی همچون کاهش طول عمر موتور، صدمه دیدن در اثر راه اندازی با جریان بالا و.. جلوگیری می کند.
9- تایمرها
تایمرها یکی از ادوات فرمان می باشد که وظیفه زمان بندی در کارکرد ماشین آلات و مدارات را بر عهده داشته و بسیار کاربرد دارند.
تایمرها انواع مختلفی دارند اعم از : ON DELAY – OFF DELAY – 30S – WEEKLY , … که با توجه به نیاز و مدل طراحی با زمان مشخص و دلخواه مورد استفاده قرار گرفته و ارتباط بین اجزا را قطع یا وصل می کند.
10- رله ها
رله قطعه ای بسیار پرکاربرد و در برخی از مدارات فرمان بسیار ضروری می باشد. رله متشکل از یک بوبین و تعدادی کنتاکت باز و بسته می باشد که از نظر کاربرد شبیه به کنتاکتور است، با این تفاوت که رله، مدار قدرت ندارد و فقط برای مدارات فرمان استفاده می شود.
رله ها برای قطعات دیگری مانند کنتاکتور، تایمر و … نقش کمکی دارد.
11- تجهیزات اندازه گیری و نمایشگرها
در تابلوهای برق برای اندازه گیری پارامترهای الکتریکی مانند توان، جریان، ولتاژ، فرکانس و … از تجهیزات اندازه گیری استفاده می گردد.
به طوری کلی وظیفه این نوع تجهیزات، اندازه گیری و نمایش دادن مقادیر پارامترهای الکتریکی به اپراتور می باشد. بکار گرفتن این نوع تجهیزات در کنترل و مدیریت یک سیستم اهمیت فراوانی دارد.
تجهیزات اندازه گیری انواع و کاربرد گوناگون دارد که بنا به نیاز سیستم و کارایی آن انتخاب می شوند.
نمایشگرها نیز اطلاعات مرتبط با عملکرد تجهیزات و فرآیندها را به کاربران نمایش می‌دهند.
12- PLC و HMI
PLC یا همان کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی از جمله تجهیزاتی است که امروزه در تابلوهای برق زیاد استفاده می شود این قطعه جهت کنترل فرایندهای صنعتی کاربرد دارد.
PLC ها، یک کامپیوتر کوچک و قابل برنامه‌ریزی با اجزای ماژولار هستند که از آنها در محیط‌های صنعتی به خصوص برای کنترل فرآیندها استفاده می‌شود وجود این قطعات باعث می‌شود تا تابلوهای برق بتوانند هرچه بهتر و هوشمندتر دستورات قطع کردن، کنترل کردن و یا نظارت بر روی سیستم‌های مختلف را اجرا کنند.
مزایای استفاده از PLC
• به کمک پی ال سی پروسه‌ها بسیار سریعتر اجرا می‌شوند.
• از آن‌جایی که سیستم پی ال سی بر مبنای برنامه‌ریزی است، قابلیت تغییر و دوباره کد نویسی شدن دارند و برنامه‌نویسی لازم برای این تابلوها ساده است.
• مصرف برق این نوع تابلوها پایین تر است.
• هیچ‌گونه نویز و سر و صدای اضافه تولید نمی‌کنند.
• یکی دیگر از مزایای سیستم PLC این است که ماژولار است. به این ترتیب، شما می توانید انواع دستگاه های ورودی و خروجی را به بهترین وجه با برنامه خود ترکیب کنید.
• قابلیت شبکه شدن و ارتباط با دستگاه های دیگر و بالادست از طریق BMS را دارند
HMI ها نمایشگر PLC ها در تابلو برق هستند. متناسب با نوع دستگاه و کاربرد آنها می توان آیکون ها و ظاهر متناسب گرافیکی را در HMI ایجاد و برای گزارش گیری از آن ها استفاده نمود. در واقع HMI رابط بین اپراتور و PLC است.
HMI یک واسط سخت‌افزاری- نرم‌افزاریِ صنعتی است که امکان ارتباط گرافیکی میان کاربر و تجهیزات یا فرایندهای صنعتی را فراهم میکند. ارتباط گرافیکی غالباً از طریق یک پنِل لمسی، انجام می‌شود. این واسط از طریق نرم‌افزار ویژه خود برنامه‌ریزی و پیکربندی می‌شود و تصاویر شبیه‌سازی‌شده و اطلاعات مربوط به عملکرد آنها را در اختیار کاربر قرار می‌دهد.
13- ترمینال
از ترمینال برای برقراری ارتباط بین اجزای داخلی تابلو برق و مصارف خارج تابلو استفاده می شود در واقع ترمینال ها نقطه اتصال بین برق ورودی به تابلو و برق توزیعی در تابلو هستند.
در پایان، اجزای تشکیل دهنده تابلوهای برق صنعتی با توجه به نقش‌های حیاتی که در توزیع، کنترل و مانیتورینگ برق دارند، از اهمیت بسیاری برخوردارند. هر کدام از این اجزا به توانایی بهینه‌سازی عملکرد صنعتی کمک می‌کنند و تجمیع آنها در یک تابلو به تولید بهتر، کاهش خطرات و افزایش بهره‌وری کمک میکند.
