تصور کنید خط تولید یک کارخانه بزرگ ناگهان متوقف شود، یک مرکز داده به دلیل قطع برق فلج شود، یا تجهیزات حیاتی بیمارستان از کار بیفتند. در پشت این سناریوها اغلب خطرات پنهانی در سیستمهای برق وجود دارد. تابلوهای برق فشار ضعیف به عنوان محافظ حیاتی عمل میکنند که از خطوط برق حیاتی این تأسیسات محافظت میکنند. درک فناوریهای اصلی و معیارهای انتخاب آن برای اطمینان از عملکرد ایمن، قابل اعتماد و کارآمد سیستم برق ضروری است.
تابلو برق فشار ضعیف که به عنوان "مرکز کنترل" یک سیستم برق عمل میکند، دستگاههای حفاظت از مدار مانند کلیدها، فیوزها و کلیدها را برای محافظت، کنترل و ایزوله کردن تجهیزات الکتریکی ادغام میکند. این اجزا در داخل ساختارهای فلزی قرار دارند و چندین ساختار از این دست یک واحد یا مجموعه تابلو برق را تشکیل میدهند. این سیستمها که به طور گسترده در سیستمهای انتقال و توزیع برق و همچنین در تأسیسات تجاری و صنعتی متوسط تا بزرگ استفاده میشوند، از استانداردهای IEEE در آمریکای شمالی و استانداردهای IEC در سایر نقاط جهان پیروی میکنند.
تابلو برق محصور شده فلزی فشار ضعیف نشاندهنده یک محصول توزیع سه فاز است که برای تأمین ایمن، کارآمد و قابل اطمینان برق تجهیزات الکتریکی که با ولتاژ تا 1000 ولت و جریانهای تا 6000 آمپر کار میکنند، طراحی شده است. رتبهبندیهای معمولی ANSI/NEMA تابلو برق تا 635 ولت با رتبهبندیهای پیوسته شینه جریان تا 10000 آمپر برای پیکربندیهای منبع تغذیه موازی گسترش مییابد.
این تجهیزات که در سمت فشار ضعیف ترانسفورماتورهای توزیع (با واحد ترکیبی که به عنوان پست فرعی نامیده میشود) قرار دارند، مراکز کنترل موتور فشار ضعیف، تابلوهای توزیع و مدارهای انشعاب مختلف را تغذیه میکنند. این تجهیزات در کاربردهای حیاتی در سراسر صنایع سنگین، تولید، معدن، پتروشیمی، تأسیسات، تصفیه آب، مراکز داده و تأسیسات مراقبتهای بهداشتی استفاده میشوند.
یک پیکربندی استاندارد تابلو برق فشار ضعیف دارای سه محفظه ایزوله است که یک ساختار دفاعی قوی ایجاد میکند:
- محفظه کلید:به صورت عمودی تا چهار کلید قدرت با ایزولاسیون جداگانه برای جلوگیری از انتشار خطا قرار دارد
- محفظه شینه:پشت کلیدها با موانع عایق بین بخشهای شینه مجاور قرار دارد
- محفظه کابل:در قسمت عقب با پارتیشنهای تهویهدار اختیاری و پانلهای قابل دسترسی برای اتصالات کابل قرار دارد
این طراحی دسترسی از پشت، ایمنی را با جلوگیری از تماس تصادفی با هادیهای زنده و مهار آسیبهای ناشی از قوس الکتریکی افزایش میدهد. پیکربندیهای دسترسی از جلو جایگزین، امکان نصب دیواری مشابه تابلوهای توزیع را فراهم میکنند.
شینههای مسی با روکش نقره یا قلع، "بزرگراههای" الکتریکی را در داخل تابلو برق تشکیل میدهند. رایزرهای عمودی به کنتاکتهای کلید متصل میشوند، در حالی که شینههای اصلی افقی بخشهای مجاور را به هم متصل میکنند. عایق بین فازها از طریق شکافهای هوایی کافی یا مواد اعمال شده در جایی که فاصله کافی نیست، حفظ میشود.
کلیدهای مدار قدرت فشار ضعیف (LV-PCBs) با واحدهای تریپ یکپارچه، حفاظت حیاتی اتصال کوتاه و اضافه بار را فراهم میکنند. این دستگاههای قابل برداشت و نصب شده روی در میتوانند خطاها را از طریق کنتاکتهای جدا شده از هوا قطع کنند (برخلاف قطعکنندههای خلاء ولتاژ متوسط)، که به آنها عنوان "کلید مدار هوا" داده میشود.
پارامترهای انتخاب حیاتی عبارتند از:
- حداکثر ولتاژ (معمولاً 635 ولت)
- فرکانس برق (50/60 هرتز)
- کلاس عایق (2.2 کیلو ولت)
- جریان پیوسته (تا 10000 آمپر)
- مقاومت در برابر اتصال کوتاه (تا 200 کیلو آمپر)
- مقاومت در برابر زمان کوتاه (تا 100 کیلو آمپر برای 30 سیکل)
تابلو برق مدرن سیستمهای کاهش قوس الکتریکی پیچیدهای را در خود جای داده است:
- محفظههای خاموشکننده قوس
- ساخت و ساز مقاوم در برابر قوس
- اینترلاک انتخابی منطقهای (ZSI)
- سیستمهای نگهداری کاهش قوس الکتریکی
- رلههای تشخیص تخصصی
- حفاظت دیفرانسیل شینه
استانداردهای حاکم کلیدی عبارتند از:
- ANSI/IEEE C37.20.1 (تابلو برق LV محصور شده فلزی)
- ANSI/IEEE C37.20.7 (تست خطای قوس)
- UL 1558/UL 1066 (استانداردهای کلید)
این رتبهبندی حیاتی (SCCR) حداکثر جریان خطایی را تعیین میکند که مجموعه میتواند با خیال راحت برای ≥4 سیکل در ولتاژ نامی تحمل کند. رتبهبندی کل تابلو برق با ظرفیت کلید با کمترین رتبه مطابقت دارد.
این رتبهبندی که حداکثر جریانی را که یک دستگاه حفاظتی میتواند با خیال راحت قطع کند تعریف میکند، باید از رتبهبندی مقاومت کلید و جریان خطای موجود سیستم بیشتر باشد.
این رتبهبندی دو مؤلفهای (معمولاً 30 سیکل) نشاندهنده توانایی مجموعه برای تحمل جریانهای خطا مشخص شده بدون آسیب است که برای هماهنگی انتخابی بسیار مهم است.
هماهنگی مناسب تضمین میکند که فقط نزدیکترین کلید بالادست در هنگام خطاها قطع میشود و قابلیت اطمینان سیستم را حفظ میکند. در حالی که تأخیرهای قابل برنامهریزی LV-PCB (تا 30 سیکل) هماهنگی مؤثر را امکانپذیر میکنند، این رویکرد ممکن است انرژی حادثه را افزایش دهد—که نیاز به انطباق دقیق NEC 240.87 برای کاهش قوس الکتریکی دارد.
در حالی که هر دو برق را توزیع میکنند، تابلو برق ویژگیهای برتری را ارائه میدهد:
- کلیدهای قابل برداشت و سرویسدهی در مقابل MCCBهای ثابت
- رتبهبندی 30 سیکل در مقابل 3 سیکل
- حفاظت پیشرفته از قوس الکتریکی
- قابلیتهای هماهنگی پیشرفته
نوسازی از طریق دستگاههای الکترونیکی هوشمند (IEDs)—از جمله کلیدهای هوشمند، حسگرها و رلههای مبتنی بر ریزپردازنده—نظارت، تجزیه و تحلیل پیشرفته و بهینهسازی سیستم مبتنی بر ابر را برای بهبود ایمنی و عملکرد امکانپذیر میکند.