تجهیزات فشار ضعیف (LV Switchgear): کلید اصلی توزیع ایمن و پایدار ولتاژ پایین

تعریف و عملکرد اصلی تجهیزات فشار ضعیف (LV Switchgear)

تجهیزات LV (فشار ضعیف) ستون فقرات عملیاتی سیستم‌های الکتریکی که ولتاژهای تا 1000 ولت AC را مدیریت می‌کنند را تشکیل می‌دهند. عملکردهای اصلی آن شامل موارد زیر است:

• محافظت مدار : حفاظت در برابر جریان بیش از حد، اتصال کوتاه و خطا در عایت
• منزوی شدن : فراهم کردن امکان قطع ایمن برای نگهداری بدون قطع کل شبکه
• مدیریت بار : تعادل توزیع توان به منظور جلوگیری از اضافه‌بار تجهیزات

همان‌گونه که در گزارش حفاظت الکتریکی 2024 ، مشخص شده است، تجهیزات فشار ضعیف مدرن بر کشف خودکار اشکالات تأکید دارند و زمان توقف را نسبت به سیستم‌های سنتی 60٪ کاهش می‌دهند.

نقش تجهیزات فشار ضعیف در توزیع توان فشار ضعیف

تجهیزات فشار ضعیف به عنوان حفاظتی برای تسهیلات تجاری و صنعتی در برابر تغییرات غیرقابل پیش بینی ولتاژ عمل می‌کنند. این سیستم‌ها نحوه توزیع برق را به تجهیزات ضروری مانند واحدهای سیستم گرمایشی، تهویه و تهویه مطبوع و ماشین‌آلات کارخانه که عملیات را به خوبی ادامه می‌دهند، مدیریت می‌کنند. چیزی که این سیستم‌ها را به ویژه ارزشمند می‌کند، ساختار ماژولار آن‌هاست که به این معنی است که می‌توانند در کنار سیستم‌های جدید انرژی سبز کار کنند، بدون اینکه زیرساخت‌های قدیمی برق که هنوز به خوبی کار می‌کنند، دور انداخته شوند. وقتی این کلیدها دقیقاً در محلی که نیاز به برق وجود دارد نصب شوند، اتلاف انرژی در انتقال را کاهش می‌دهند، کاهشی بین ۱۲ درصد تا تقریباً ۱۸ درصد را طبق تحقیقات انجام شده توسط موسسه پونمن فراهم می‌کنند.

تفاوت‌های کلیدی بین تجهیزات فشار ضعیف و فشار متوسط/بالا

برخلاف سیستم‌های ولتاژ متوسط (MV) و ولتاژ بالا (HV) که نیازمند ایستگاه‌های فرعی متخصص هستند، تجهیزات فشار ضعیف (LV) در مجاورت کاربران نهایی نصب می‌شوند و این امر باعث افزایش کارایی انرژی و ساده‌سازی نگهداری می‌شود.

عملکردهای ایمنی و بهره‌برداری حیاتی تجهیزات فشار ضعیف

مکانیسم‌های حفاظت در برابر جریان اضافی و اتصال کوتاه

تجهیزات فشار ضعیف جریان‌های اضافی و اتصال کوتاه را در مدت زمانی کوتاه‌تر از چند میلی‌ثانیه تشخیص داده و قطع می‌کنند و این امر باعث جلوگیری از آسیب به تجهیزات و کاهش خطر آتش‌سوزی می‌شود. مدل‌های پیشرفته دارای واحدهای قطع حرارتی-مغناطیسی هستند که به هر دو نوع افزایش ناگهانی و همچنین اضافه بارهای طولانی‌مدت واکنش نشان می‌دهند و این امر ایزوله‌سازی سریع خطا را در حالی که یکپارچگی سیستم حفظ می‌شود، فراهم می‌کند.

ویژگی‌های حفاظت از مدار و ایمنی پرسنل

امروزه تجهیزات با سیستم‌های مهار کننده قوس الکتریکی همراه با شینه‌های عایق‌بندی شده تجهیز شده‌اند که به کارگران کمک می‌کنند در مجاورت مناطق با ولتاژ بالا ایمن باشند. همچنین ابزارهایی مانند کلیدهای قطع اتصال به زمین (ELCB) و دستگاه‌های جریان باقی‌مانده (RCD) وجود دارند که خطاها را نسبت به اتصال به زمین تشخیص داده و برق را تقریباً بلافاصله قطع می‌کنند تا افراد در معرض خطر برق‌گرفتگی قرار نگیرند. وقتی سازندگان استاندارد IEC 61439 را رعایت می‌کنند، می‌دانند که طراحی‌های آن‌ها تست‌های ایمنی جهانی سختگیرانه‌ای را که برای کارخانه‌ها و کسب‌وکارها در سراسر جهان در نظر گرفته شده، پشت سر گذاشته‌اند. این نوع رعایت فقط یک کار فرمی نیست، بلکه واقعاً باعث افزایش ایمنی در محیط‌های کاری در سراسر صنایع مختلف جهان می‌شود.

مدیریت بار و تضمین پایداری سیستم

تجهیزات فشار ضعیف (LV) با تعادل بارهای الکتریکی در فازها، ثبات سیستم را حفظ می‌کنند و از افت ولتاژ و نا تعادلی فازها جلوگیری می‌کنند. مدل‌های هوشمند از کنترلرهای منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) برای بهینه‌سازی جریان انرژی استفاده می‌کنند و مکانیزم‌های ایمنی فعالیت پیوسته را در محیط‌های حیاتی مانند بیمارستان‌ها، مراکز داده و کارخانه‌های تولیدی تضمین می‌کنند.

اجزای اصلی تجهیزات فشار ضعیف و کاربردهای آن‌ها

ساختار داخلی: شینه‌ها، پوسته‌ها و عایق‌ها

قابلیت اطمینان تجهیزات فشار ضعیف عمدتاً به سه قسمت اصلی بستگی دارد: شینه‌ها (Busbars)، پوسته‌ها و عایق‌های بسیار مهم. شینه‌ها معمولاً از مس یا آلومینیوم ساخته می‌شوند که این امر به حفظ جریان الکتریکی خوب در کل سیستم کمک می‌کند. برای حفاظت در برابر عواملی مانند رطوبت، گرد و غبار و دستکاری افراد در جاهایی که نباید، تولیدکنندگان از مواد استحکام‌بالایی مانند فولاد یا مواد پلی‌کربنات مقاوم استفاده می‌کنند. سپس قطعه عایق‌بندی کننده، که معمولاً از رزین‌های اپوکسی یا مواد سرامیکی ساخته می‌شود، وجود دارد. این عایق‌ها نقش بحرانی در جلوگیری از نشت‌های ناخواسته جریان و پیشگیری از تشکیل قوس‌های الکتریکی خطرناک را ایفا می‌کنند. وقتی تمام این عناصر به خوبی با هم کار کنند، سیستمی را ایجاد می‌کنند که برق را به صورت ایمن، پیوسته و بدون وقفه تحویل می‌دهد.

انواع کلیدهای مدار در تجهیزات فشار ضعیف: MCB، MCCB، RCCB، ACB

تجهیزات فشار ضعیف از چهار نوع اصلی کلید مدار استفاده می‌کند که برای الزامات بار خاصی طراحی شده‌اند:

• MCB (Miniature Circuit Breaker) : مدارهای کم‌جریان را در برابر اضافی جریان و اتصال کوتاه حفاظت می‌کند (معمولاً تا 100 آمپر)، مناسب برای استفاده در مسکن و موارد تجاری سبک.
• MCCB (Molded Case Circuit Breaker) : تا 2500 آمپر جریان را با تنظیمات قابل‌تنظیم هدایت می‌کند، مناسب برای کاربردهای صنعتی.
• RCCB (Residual Current Circuit Breaker) : خطاهای جریان نشتی را تا 30 میلی‌آمپر تشخیص می‌دهد، ضروری برای حفاظت افراد.
• ACB (Air Circuit Breaker) : کاربردهای با جریان بالا (تا 6300 آمپر) در تأسیسات بزرگ را مدیریت می‌کند و دارای سیستم پیشرفته کنترل قوس الکتریکی است.

این 2024 Electrical Safety Report می‌گوید که MCCBها در محیط‌های تولیدی، زمان توقف را نسبت به سیستم‌های مبتنی بر فیوز تا 40٪ کاهش می‌دهند.

MCB و MCCB: تفاوت‌های کلیدی و کاربردهای صنعتی

MCBها و MCCBها هر دو در برابر جریان بیش از حد محافظت می‌کنند، اما در عمل کاربردهای بسیار متفاوتی دارند. کلیدهای مدار کوچک (MCB) معمولاً کوچک‌تر و ارزان‌تر هستند که به همین دلیل در ساختمان‌های اداری و منازل شهری به کار می‌روند. مدل‌های بزرگ‌تر MCCB می‌توانند جریان اتصال کوتاهی تا 200 کیلوآمپر را تحمل کنند، در حالی که این مقدار برای MCBهای معمولی تنها 10 کیلوآمپر است. این کلیدهای صنعتی درجه بالا دارای تنظیمات قطع قابل تنظیم هستند و در شرایط سخت‌تر دوام بیشتری دارند. به همین دلیل است که کارخانه‌ها به ویژه مکان‌هایی مانند پالایشگاه‌های نفت که حتی یک خطا الکتریکی کوچک می‌تواند مشکلات بزرگی ایجاد کند یا در مراکز داده‌های مدرن که نیاز به عملکرد مداوم بدون وقفه دارند، به این تجهیزات نیاز دارند.

استانداردهای انطباق و ایمنی برای نصب تجهیزات فشار ضعیف (LV Switchgear)

برآوردن استانداردهای بین‌المللی: الزامات IEC، NEC و UL

رعایت استانداردهای بین‌المللی برای ایمنی و سازگاری ضروری است. IEC 61439 معیارهای ساختاری و عملکردی برای مجموعه‌های ولتاژ پایین را تعیین می‌کند، در حالی که گواهی‌نامه‌های UL و NEC (NFPA 70) در شمال آمریکا نظارت بر مقررات ایمنی را برعهده دارند. هماهنگ‌سازی این چارچوب‌ها خطراتی مانند قوس الکتریکی را کاهش می‌دهد و عملکرد قابل اطمینان را در بازارهای جهانی تضمین می‌کند.

پروتکل‌های حفاظت از قوس الکتریکی و گواهی‌نامه‌های ایمنی

تجهیزات کنترل ولتاژ پایین امروزی دارای سیستم‌های تشخیص قوس الکتریکی مطابق با NFPA 70E هستند که خطاها را در میلی‌ثانیه‌های اولیه جدا می‌کنند و از ایمنی افراد و تجهیزات حفاظت می‌کنند. داشتن گواهی‌نامه IEC 62271-200 اعتبار عملکرد را در شرایط اتصال کوتاه شدید تأیید می‌کند، که یک الزام ضروری برای استقرارهای صنعتی محسوب می‌شود.

هماهنگی بین کارایی هزینه‌ای و ایمنی در انتخاب تجهیزات کنترل ولتاژ پایین

اگرچه استفاده از اجزای با کیفیت بالاتر سرمایه‌گذاری اولیه بیشتری را طلب می‌کند، اما سیستم‌هایی که دارای گواهی استانداردهای IEC و UL هستند معمولاً طول عمر بیشتری داشته و هزینه‌های چرخه عمر پایین‌تری دارند. نیاز کمتر به نگهداری و کاهش زمان توقف، بازگشت سرمایه را به ویژه در کاربردهای تجاری و صنعتی حیاتی افزایش می‌دهد.

ادغام مدرن: فناوری‌های هوشمند و سازگاری با انرژی‌های تجدیدپذیر

هماهنگی با کلیدهای انتقال خودکار (ATS)

تجهیزات فشار ضعیف با کلیدهای انتقال خودکار (ATS) همراه عمل می‌کنند تا ساختمان‌ها بتوانند در صورت قطع برق به منابع پشتیبان سوئیچ کنند. وقتی این سیستم‌ها به خوبی کار کنند، مکان‌های مهم مانند بیمارستان‌ها یا مراکز داده تنها در عرض 15 تا 20 میلی‌ثانیه برق خود را دوباره دریافت می‌کنند. این واکنش سریع به حفظ ثبات ولتاژ کمک می‌کند و از آسیب دیدن تجهیزات به دلیل نوسانات ناگهانی جلوگیری می‌کند. یک مطالعه اخیر در مورد نحوه افزودن منابع انرژی تجدیدپذیر به شبکه چیزی جالب پیدا کرد: وقتی واحدها به سیستم‌های ATS هوشمندانه‌تری ارتقا پیدا می‌کنند، تأخیرهای سوئیچینگ بین برق اصلی و پشتیبان را در مقایسه با سیستم‌های قدیمی حدود 30 تا شاید حتی 40 درصد کاهش می‌دهند. نتیجه‌ای قابل قبول از یک چیزی که بیشتر مردم تا زمانی که چراغ‌ها خاموش شوند هرگز به آن فکر نمی‌کنند.

ادغام با سیستم‌های تجدیدپذیر خورشیدی، بادی و هیبریدی

تجهیزات فشار ضعیف نقش کلیدی در سیستم‌های انرژی غیرمتمرکز امروزی ایفا می‌کنند، زیرا جریان برق را در هر دو جهت از آن پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی که این روزها در همه جا دیده می‌شوند، مدیریت می‌کنند. این تجهیزات در واقع به ثبات ولتاژ کمک می‌کنند زمانی که خورشید نمی‌درخشد یا باد متوقف می‌شود، که با توجه به استفاده از منابع تجدیدپذیر این اتفاق اغلب رخ می‌دهد. علاوه بر این، ویژگی مهم ایمنی به نام حفاظت ضد جزیره‌ای وجود دارد که منابع تجدیدپذیر را در صورت بروز مشکلی در شبکه اصلی قطع می‌کند. این امر با الزامات تعیین شده در استاندارد IEEE 1547-2018 برای عملکرد ایمن سازگار است. همچنین در کار با اینورترهای هیبریدی، تجهیزات فشار ضعیف اطمینان حاصل می‌کند که همه چیز به خوبی در سیستم‌های ترکیبی کار کند که در آن باتری‌ها انرژی اضافی را در کنار تولیدات خورشیدی یا بادی ذخیره می‌کنند.

اینترنت اشیا (IoT)، پایش از راه دور و سیستم‌های اسکادا در تجهیزات فشار ضعیف هوشمند

ادغام سنسورهای اینترنت اشیا (IoT) همراه با سیستم‌های SCADA باعث شده است که تجهیزات فشار ضعیف امروزه چیزی بیش از یک تجهیز پایه‌ای باشند. با قابلیت نظارت مداوم بر روی مواردی مانند دمای تجهیزات، جریان الکتریکی و اینکه آیا اتصالات به درستی کار می‌کنند یا خیر، مشکلات احتمالی مانند اتصالات شل یا عایول‌های فرسوده می‌توانند قبل از بروز مشکلات جدی شناسایی شوند. زمانی که اپراتورها نیاز دارند تغییراتی را به صورت ریموت اعمال کنند یا بخش‌هایی از سیستم را در مواقع غیرمنتظره خاموش کنند، این قابلیت زمان پاسخگویی را کاهش می‌دهد و گاهی اوقات این کاهش تا دو سوم زمان نیز می‌رسد، مطابق برخی گزارشات. با بررسی داده‌های حاصل از تحقیقات اخیر در زمینه شبکه‌های هوشمند، مشاهده می‌شود که زمانی که شرکت‌ها این نوع از راهکارهای فناورانه را اجرا می‌کنند، توانایی پیش‌بینی نیازهای نگهداری و تعمیرات به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد و به دقتی حدود 89 درصد دست می‌یابد. و این امر منجر به صرفه‌جویی واقعی نیز می‌شود، چرا که متوقف شدن‌های غیر برنامه‌ریزی شده هر ساله در سراسر تأسیسات مختلف، بین هیجده تا بیست و چهار دلار در هر کیلووات ساعت هزینه دارند.

سوالات متداول

تجهیزات کم‌ولتاژ چیست؟

تجهیزات کم‌ولتاژ به تجهیزات الکتریکی اطلاق می‌شود که برای کاربردهای کم‌ولتاژ طراحی شده‌اند، معمولاً تا 1000 ولت AC. این تجهیزات عملکردهای کلیدی از جمله حفاظت از مدار، مدیریت بار و قطع ایمن مدارها برای نگهداری را فراهم می‌کنند.

تجهیزات کم‌ولتاژ چگونه باعث بهبود کارایی انرژی می‌شوند؟

تجهیزات کم‌ولتاژ با نصب شدن در نزدیکی کاربران نهایی، باعث بهبود کارایی انرژی می‌شوند. این تجهیزات از اتلاف انرژی می‌کاهند و از دست دادن انرژی در انتقال را کاهش می‌دهند.

چه نوع کلیدهای قدرتی در تجهیزات کم‌ولتاژ استفاده می‌شوند؟

تجهیزات کم‌ولتاژ از انواع مختلفی از کلیدهای قدرتی مانند MCB (کلید قدرتی کوچک)، MCCB (کلید قدرتی قالب‌گیری‌شده)، RCCB (کلید قدرتی جریان باقی‌مانده) و ACB (کلید قدرتی هوایی) استفاده می‌کنند که هر کدام برای شرایط و کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند.

چرا رعایت استانداردها در تجهیزات کم‌ولتاژ مهم است؟

رده دار شدن با استانداردهای بین‌المللی ایمنی، تعویض‌پذیری و قابلیت اطمینان در عملیات تابلوهای فشار ضعیف را تضمین می‌کند. این امر خطراتی مانند قوس الکتریکی را کاهش می‌دهد و عملکرد یکنواخت در بازارهای مختلف را تضمین می‌کند.

تابلوهای فشار ضعیف چگونه با سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر ادغام می‌شوند؟

تابلوهای فشار ضعیف با سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر ادغام می‌شوند تا جریان دوطرفه برق را از منابعی مانند پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی تسهیل کنند. این تابلوها ولتاژ را پایدار می‌کنند و دارای حفاظت ضد-جزیره‌ای هستند و به این ترتیب عملیات ایمن را مطابق با استانداردهای تعیین شده افزایش می‌دهند.