تابلو برق GIS چیست؟
تابلو برق به مجموعه ای متمرکز از مدار شکن، فیوزها و سوئیچ ها (دستگاه های حفاظت مدار) اطلاق می شود که برای محافظت، کنترل و جداسازی تجهیزات الکتریکی عمل می کنند. دستگاه های حفاظت مدار در سازه های فلزی نصب می شوند..
تابلو برق معمولاً در سراسر سیستم های انتقال و توزیع برق و همچنین در تاسیسات تجاری یا صنعتی با اندازه متوسط تا بزرگ یافت می شود. استانداردهای تابلو برق توسط IEEE در آمریکای شمالی و توسط IEC در اروپا و سایر نقاط جهان تعریف شده است.
تاریخچه تابلو برق
قدمت تابلو برق به اندازه تولید برق است. اولین مدل ها بسیار ابتدایی بودند و همه اجزا به سادگی روی دیوار نصب می شدند. بعداً آنها را روی پنل های چوبی نصب کردند. به دلایل جلوگیری از آتش سوزی، چوب را با تخته سنگ یا سنگ مرمر جایگزین کردند. این منجر به بهبود بیشتر شد، زیرا دستگاه های سوئیچینگ و اندازه گیری را می توان به جلو وصل کرد، در حالی که سیم کشی در پشت قرار داشت. سوییچ ضامن با فیوز معمولی ساده ترین شکل تابلو است و برای کنترل و محافظت از چراغ ها و سایر تجهیزات در خانه ها، ادارات و غیره استفاده می شود. ممکن است هدف کنترل و محافظت از مدار باشد. با این حال، چنین تابلویی را نمی توان به طور مناسب در یک سیستم ولتاژ بالا استفاده کرد.
عبارت GIS مخفف Gas Insulated Switchgear بوده که به معنای سوییچگیر عایق بندی شده به وسیله گاز می باشد.
سوییچگیر ترکیبی از فیوزها، کلیدها و کلیدهای مدار در یک سیستم قدرت الکتریکی است. وظیفه اصلی سوییچگیر حفاظت، جداسازی و کنترل وسایل الکتریکی است.
در ابتدا توضیح مختصری درباره تابلو (سوییچگیر) های AIS می دهیم و در ادامه به بررسی و توضیج تابلو (سوییچگیر) های GIS خواهیم پرداخت.
قطع کننده ها(دژنکتور) مدار وظیفه دارد که در صورت اتصال کوتاه از شبکه های برق ما محافظت کند. از گذشته قطع کننده های مدار که در نیروگاه ها و پست های برق مورد استفاده قرار گرفته اند از عایق هوا استفاده میکردند. در محفظه ای که اتصال مدار در آن قطع می گردد، به دلیل رخ دادن قوس های الکتریکی برای قطع کامل جریان در سیرکویت بریکر، خاموش کردن قوس در سریع ترین زمان ممکن ضروری است. بنابراین نیازمند روشی هستیم تا بتواند این قوس ها را خاموش کند. در سوئیگیرهای AIS برای خاموش کردن قوس از عایق هوا استفاده می شود. در تابلوی AIS (عایق بندی شده با هوا) فضای قابل توجهی برای تابلو و نصب تجهیزات نیاز میباشد زیرا با توجه به مقادیر نامی ولتاژ و جریان شبکه، رعایت حداقل فاصله ایمن در حد چند متر برای جداسازی قسمت های بقردار شبکه و زمین نیاز است ؛برای رفع این مشکل نسل جدیدی از تابلو ها با عایق گازی تولید شدند، این تابلو ها GIS نامیده می شوند و به عنوان جایگزین مناسب برای تابلو هایی با عایق بندی هوا (AIS) در دسترس می باشند.با استفاده از عایق گاز در این نوع تابلو ها می توان قطعات تابلو را در در یک فضای محدود تر نصب کرد و ابعاد تابلو بسیار کوچکتر خواهد شد .
تابلو برق عایق بندی شده گاز (GIS) از گاز SF6 (سولفور هگزافلوئورید) به عنوان عایق برای خاموش کردن قوس ایجاد شده در طی قطع کردن مدار استفاده می کند. از آنجا که SF6 از قدرت عایقی بالایی برخوردار است، این امر منجر به طراحی تابلویی کاملاً جمع و جور می شود.
کاربرد تابلو برق GIS
بنابراین تابلوی GIS در کاربرد های شهری که محدودیت های فضا و مکان در آن وجود دارد بسیار مفید است و نصب سوئیچگیرها یا تابلو برق هایی با عایق هوا که نیاز به فضای زیادی نیاز دارند چندان کاربردی نمی باشد. محل استفاده از تابلو برق عایق گاز در ساختمان های شهری، سکوهای دریایی، نیروگاه های صنعتی و نیروگاه های برق آبی ، در صنایع تولیدی،میادین نفت و گاز و پتروشیمی ها هستند. همچنین تابلو GIS مناسب شرایط محیطی با رطوبت بالا و فضای فیزیکی محدود است.
اجزای داخلی تابلو برق GIS
1.فیوز
فیوز و کلید های مدار شکن وقتی جریان از سطح ایمن از پیش تعیین شده فراتر رفت قطع می شوند. با این حال، آنها نمی توانند سایر خطاهای مهم مانند جریان های نامتعادل را احساس کنند – به عنوان مثال، هنگامی که سیم پیچ ترانسفورماتور با زمین اتصال کوتاه میشود.
کلیدهای مدار شکن و فیوزها به خودی خود نمی توانند بین اتصال کوتاه و افزایش سطح تقاضای توان الکتریکی تمایز قائل شوند.
2.مدار شکن یا دژنکتور (circuit breaker)
ترکیبی از تجهیزات در تابلو به آنها اجازه می دهد تا جریان های خطای هزاران آمپر را قطع کنند. مدار شکن (در داخل محفظه تابلو برق) جزء اصلی است که جریان خطا را قطع می کند. خاموش شدن قوس زمانی که مدار شکن کنتاکت ها را جدا می کند (مدار را قطع می کند) نیاز به طراحی دقیق دارد. کلیدهای مدار شکن معمولاً می توانند جریان را خیلی سریع قطع کنند معمولاً بین 30 میلی ثانیه تا 150 میلی ثانیه بسته به تکنولوژی ساخت و سن دستگاه
مدار شکن ها در این شش نوع قرار می گیرند
1.روغن
2.هوا:مدار شکن هوا از هوای فشرده یا نیروی مغناطیسی برای طولانی کردن قوس استفاده می کنند. از آنجایی که طول قوس پایدار به سطح ولتاژ بستگی دارد، قوس کشیده در نهایت خاموش میشود.
3.گاز:مدار شکن های گاز (SF6) قوس را با استفاده از یک میدان مغناطیسی کش می دهند و سپس به قدرت عایقی بالای گاز SF6 برای خاموش کردن قوس کشیده شده تکیه می کنند
4.ترکیبی
5.وکیوم:مدار شکن های خلاء دارای حداقل ویژگی های تشکیل قوس الکتریکی هستند (زیرا چیزی غیر از کنتاکت برای یونیزه شدن وجود ندارد)، بنابراین وقتی قوس به مقدار کمی کشیده شود (<2-8 میلی متر) خاموش می شود. جریان نزدیک به صفر قوس برای حفظ پلاسما به اندازه کافی داغ نیست و جریان قطع می شود. سپس شکاف می تواند افزایش ولتاژ را تحمل کند. قطع کننده های خلاء معمولا در تابلو برق های ولتاژ متوسط مدرن تا 40500 ولت زیاد استفاده می شود. برخلاف انواع دیگر، آنها ذاتاً برای قطع کردن خطاهای DC مناسب نیستند. دلیل نامناسب بودن مدارشکن های خلاء برای شکستن ولتاژهای DC بالا این است که جریان DC هیچ دوره "جریان صفر" وجود ندارد. قوس پلاسما می تواند با ادامه گازدار کردن صفحه کنتاکت، خود را تغذیه کند. 6.دی اکسید کربن:مدار شکن هایی که از دی اکسید کربن به عنوان عایق و محیط اطفاء قوس استفاده می کنند، بر اساس اصول مشابه یک مدار شکن هگزا فلوراید گوگرد (SF6) کار می کنند. از آنجایی که SF6 یک گاز گلخانه ای قوی تر از CO2 است، با تغییر از SF6 به CO2 می توان انتشار گازهای گلخانه ای را تا 10 تن در طول چرخه عمر محصول کاهش داد. 3.سکسیونر (جداکننده) Disconnected Switch
4.ترانسفورماتور ولتاژ و جریان CT، PT
یکی از بخش های تابلو برق می باشد، به طور کلی یکی از نیازمندی های اصلی سیستم قدرت، اندازه گیری پیوسته پارامترهای مهم الکتریکی است. از این پارامتر ها جهت محافظت و اندازه گیری برق مصرفی استفاده می شود،
پارامتر های ولتاژ و جریان از کمیت های اصلی جهت محاسبه سایر کمیت های الکتریکی می باشند،بنابراین عموما در عمده سیستم ها هر دو پارامتر ولتاژ و جریان اندازه گیری و بررسی می شوند.
اما اندازه گیری مقادیر ولتاژ و جریان در شبکه برق به دلیل بالا بودن ولتاژ و یا جریان به دلیل موارد ایمنی و نیازمندی های فنی آنها، به طور مستقیم ممکن نمی باشد. بنابراین ابتدا باید مقادیر ولتاژ و جریان را از مقدار بالا به مقادیر امن و قابل اندازه گیری تبدیل نمود و سپس با دستگاه های اندازه گیری مورد سنجش قرار داد. ترانس ولتاژ و ترانس جریان به این منظور در شبکه استفاده می شوند.
5.تله موج Line traps
6.برق گیر Surge Arrester ; Lightning Arrester
طراحی تابلو
طراحی تابلو برق GIS با توجه به اجزای مختلف مورد استفاده و تعداد آنها متفاوت است مانند کلیدهای مدار شکن(دژنکتور)، باس بار، قطع کننده ها(سکسیونر)، ترانسفورماتورهایی مانند ولتاژ و جریان، کلیدهای زمین، صاعقه گیرها و برق گیرها.