طراحی سیستم کابلی و سیستم باس بار

 در طراحی سیستم کابل عوامل زیادی از قبیل: نحوه ی قرار گرفتن کابلها و همجواری با دیگر کابلها، محاسبات اتصال کوتاه، محاسبات افت ولتاژ، تاثیرات دما بر ولتاژ، فاصله مصرف کننده از مرکز توزیع و از این  قبیل موارد، هزینه و زمان طراحی را بالا می برد. از طرفی احتمال خطا در سیستم بسیار بالا می باشد. بطوریکه دو طراح، یک طراحی واحدی در یک سیستم ندارند.این در حالیست که در خصوص مبحث طراحی و سایزینگ کابل، در کشور بالغ بر 1000 مقاله، کتاب و جزوه ی قابل استناد و علمی نوشته شده است. با این وجود برای طراحی مناسب باید به مجموعه های مشابه رجوع  و در پاره ای موارد به قانون آزمون وخطا متوسل شد.

    در مقابل برای طراحی سیستم باس بار کافیست  دیماند مجموعه محاسبه و باس بار مورد نظر تعیین گردد. کل زمان و محاسبات در سیستم باس بار برابر زمان یک انشعاب  سیستم کابلی می باشد. مضاف بر این که تعدادی از عوامل تاثیر گزار طراحی و برآورد سایزینگ کابل مانند همجواری، اتصال کوتاه، افت ولتاژ بسیار پایین تر ازسیستم کابلی می باشد. و به نوعی می توان گفت، در طراحی این سیستم نمی توان دو طراح با دو طرح متمایز برای یک مجموعه یافت. 

  در مبحث محاسبات قطر کابل، با توجه به کروی بودن سطح مقطع کابل و حالت سیم پیچ و بافتنی بودن رشته های کابل، امپدانس و راکتانس مدار نسبت به شمش بالا تر بوده و تاثیر زیادی در بالا بردن افت ولتاژ و ظرفیت خازن می گزارد. در اثبات این مطلب میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1.راکتانس مدار با میزان جریان مجاز عبوری نسبت عکس داشته و با توجه به اینکه در سطح مقطع ثابت جریان نامی در شمش بیشتر از کابل می باشد، بنا براین راکتانس شممش پایین تر بوده و با توجه به فرمول، مقدار افت ولتاز رابطه ی مستقیم با راکتانس مدار دارد نهایتا افت ولتاژ در سیستم باس بار پایین تر از سیستم کابلی می باشد.

2.امپدانس مدار به عواملی چون شار مغناطیسی، جهت جریان عبوری، حرارت هادی بستگی داشته که باتوجه به جدول استاندارد IEC با استخراج از آن به قرار جدول ابتدایی پایان بند می باشد.

3.با بررسی جدول زیر پر واضح است که هزینه احداث بانک خازنی در سیستم کابلی بیشتر از باس بار میباشد. 

  از طرف دیگر، با توجه به ساختار باس بار که پیشتر بدان پرداخته شد، باس بار قابلیت انتقال نیرو را به طور مستقیم به مصرف کننده دارد، از طرفی میزان خروجی ها را میتوان به دلخواه، تغییر، تعویض و اضافه نمود.  

  با توجه به فرمول محاسبه سطح مقطع کابل، عموما سطح مقطع بدست آمده با رنج کابلهای موجود در بازار همخوانی نداشته و مجبور به انتخاب کابل بزرگتر در بازه ی بدست آمده میباشیم، به عنوان مثال اگر سطح مقطع بدست آمده در بازه یmm2   70 و mm2 50 باشد اصولا ناچار به انتخاب کابل mm2 70 هستیم، این در حالیست که با بررسی طراحی هایی که تا کنون صورت گرفته و توجه به نتیجه ی بند یک به طور میانگین سطح مقطع اضافی در نظر گرفته شده و نهایتا خریداری شده برای یک مجموعه ی صنعتی بیش از 50% از سطح مقطع جریان مجاز و نامی آن می باشد. یعنی هزینه ی بیشتر در تاسیس و هزینه بیشتر در میزان مصرف انرژی! در حالی که در سیستم باس بارسطح مقطع اضافی به حد اکثر 10% جریان نامی می رسد.  

  نتیجه این بند اینکه با به کار گیری سیستم باس بار به جای سیستم کابلی حد اقل 40% سطح مقطع مصرفی کاهش می یابد.

( جداول زیر از استاندارد IEC  استخراج شده و تمام مشخصات فنی  باسبار در رنج های مختلف وفرمولهای محاسباتی در جداول گنجانده شده است .)

زمان و نحوه ی نصب 

  پروسه اجرا در سیستم کابلی شامل خرید کابل، سینی و نردبان کابل، ساخت ساپورت کابل نصب ساپورت، نصب سینی، نصب کابل روی سینی و نردبان ساخت و نصب تابلوی توزیع و سایر متعلقات، زمان زیادی صرف می گردد. در صورتی که در سیستم باس بار به دلیل مدولار بودن و کمپکت بودن سیستم، بدون نیاز به سینی، نردبان و... به راحتی قابل نصب و بهره برداری می باشد. بطوریکه میانگین زمان نصب و راه اندازی سیستم کابلی تا 10 برابر زمان اجرای سیستم باس بار می باشد.

 انشعاب پذیری

  بنا بر استاندارد IEC انشعاب پذیری در سیستم کابلی برای جریان تک فاز حد اکثر A 20 و برای جریان سه فاز A 63 از یک انشعاب  مجاز می باشد. و این در حالیست که برای هر انشعاب جدید نیاز به فطع کلید مربوطه می باشد. در مقابل انشعاب گیری از باس بار تا A  800مجاز بوده ضمن آنکه  نیاز به قطع مدار نیست، در نظر بگیرید: مثلا در روشنایی یک مجموعه که با سیستم باس بار انجام گردیده، یکی از مصرف کننده ها (چراغ) دچار آسیب گشته، در این حالت نیازی به قطع سیستم روشنایی نیست و فقط چراغ مورد نظر بدون هیچ خطری برای اپراتور، برچیده شده و تعمیر و تعویض میگردد. درمقابل در سیستم کابلی کل خط نیرو که به چراغ مورد نظر فرمان می گیرد، باید از مدار خارج و یا قطع گردند تا تعمیر و تعویض انجام گیرد. این قابلیت باس بار در بهره برداری از تونل بعنوان یک قابلیت برجسته محسوب می شود، بدینصورت که برای تعمیرات روشنایی و مصرف کننده های الکتریکی داخل تونل در حداقل زمان انسداد تونل تعمیر وتعویض انجام می شود. و این مهم یعنی زمان انسداد برای تعمیرات تا حداکثر یک دهم سیستم کابلی می باشد.

 در شکل نمایی از انشعاب پذیری سیستم باس بار نشان داده شده است.  

ساختار و عوامل تاثیر گزار 

   به علت ساختار پیشرفته باس بار می توان به راحتی در مکان مصرف نصب نمود، از طرفی چون بنا به طراحی پروژه و طراحی آیزو متریک خریداری و نصب میگردند، پرت به جای نمی ماند در مقابل امکان طراحی و محاسبه ی دقیق کابل و سیم در هیچ پروژه ای ممکن نیست و همیشه مقدار زیادی سیم، کابل و متعتقات آن پس از اتمام پروژه باقی میماند. و این نکته از نظر اقتصاد مهندسی حایز اهمیت می باشد. بنا به ساختار باس بار، باس  بار در معرض آسیب محیطی، جویدگی حیوانات، حریق، سرقت و... نمی باشد.

  یکی از ویژه گیهای بارز در بکار گیری  باس بار در تونل، زیبایی، شکیل بودن و مدرن شدن مجموعه می باشد. در زیر برخی از قطعات  نشان داده شده که بازگو کننده ی قابلیت های باسبار میباشند.

کاربری و انتقال

   باس بار قابل جابجایی از محلی به محل دیگر می باشد. اگر مکان طرح اولیه دستخوش تغییر گردد میتوان سیستم را جمع آوری و در محل دیگر به کار گرفت (اینکه لزم است میزان دیماند دو مجموعه باید هم خوانی داشته باشند، از بدیهیات می باشد.) 

  یکی از مهمترین ویژه گیهای باس بار، قابلیت تغییر کاربری نوع مصرف کننده در مکانی است که در آن اجرا شده است. در مقابل سیستم کابلی دارای این قابلیت نمی باشد، دو دلیل عمده در این خصوص عبارتند از: 

الف) عمر کابل 

 ب) متراژ کابلهای باقیمانده از سیستم قبل. 

  از طرفی در پروسه برچیدن کابل، اصولا کابلها مورد آسیب های مختلفی (از جمله زخمی شدن) میباشند. که این امر استفاده مجدد آن را در مکانهای دیگر منتفی میکند.

  با توجه به توضیحات فوق و اینکه در پاره ای از موارد بنا به دلایل محیطی و نحوه ی قرارگیری تونل در جاده ها ممکن است تونلی از سیستم حذف شود. اگر تاسیسات انتقال نیرو توسط باس بار انجام گرفته باشد، کلیه ی تاسیسات انتقال را می توان به تونل دیگری بدون اینکه تاثیری در روند انتقال ایجاد شود منتقل نمود. 

تاثیرات حرارتی و آتش سوزی 

به دلیل اینکه روشنایی تونل بی وقفه می باشد حرارت ایجاد شده داخل کابل بسیار چشمگیر است کابل ها پس از مدتی دچار نشتی جریان از پوسته عایق خود می شوند، که این امرممکن است موجب آتش سوزی در تونلها شوند. مضاف بر این در یک جریان آتش سوزی هرچند عامل آتش سوزی برق و جریان نشتی هم نباشد بعنوان مثال عامل حریق خودروی داخل تونل باشد، بلافاصله کلیه تاسیسات کابلی که در معرض حریق قراردارند ازبین رفته ومهمتر اینکه خود نیز عامل تشدید جریان حریق نیز می گردند، چه مدار فاقد جریان برق باشد چه نباشد، بدلیل پوشش  P.V.Cکابل. در صورت آتش سوزی کلیه ی سیستم باید از نو اجرا گردند. در مقابل در باس بار نهایتا این تبادل حرارتی بهتر انجام می گیرد، درباس بار میزان حرارت تولید شده بسیار کمتر می باشد از طرفی بدنه ی فلزی باس بار بصورت یک رادیاتور عمل می کند و براحتی خنک می شود(خود خنک کن می باشد) ودر مواقع حریق اولا عامل تشدید کننده حریق نمی گردند، ثانیا عامل حریق نمی شوند، ثالثا باس بار های حامل هادی آلومینیومی 700درجه ی سانتیگراد را در مدت 5 ساعت تحمل و باس بارهای حامل هادی مسی 1200درجه سانتیگراد رابه مدت 10ساعت تحمل می کنند بدون آنکه تغییروتاثیری درانتقال انرژی در آنها ایجاد شود، در صورت تاثیر پذیری بر روی باس بار مذبور فقط همان قسمت که دچار آسیب گردیده تعویض و جایگزین می گردد، نه کل خط انتقال نیرو! از طرفی در صورت رینگ شدن فقط همان مقطع آسیب دیده بی برق میگردد و بقیه مدار کماکان برقدار بوده و مصرف کننده ها دچار خاموشی نمی شوند.

 ضمن آنکه درسنتی ترین روش امداد رسانی و آتش نشانی، قبل از زمان تاثیرپذیری در سیستم باس بار، حریق را کنترل می نمایند. 

تعمیر و نگهداری 

  تاسیسات الکتریکی درتونل هایی که بر پایه ی سیستم کابل اجرا شده اند، هرساله هزینه ی زیادی برای تعمیر و نگهداری سیستم تخصیص داده می شود، از قبیل تعویض و ترمیم کابل های فرسوده و زخمی، تعمیر و نگهداری کلید های اصلی (اصولا کلیدهای تابلوی توزیع تعمیر پذیر نمیباشند و عمدتا تعویض می گردند که این امر مستلزم قطع برق کل تابلوی توزیع می باشد)،اضافه نمودن وتغییر مسیر دادن کابل های عبوری به مصرف کننده ها و ابزار آلات جدید و مسایل زیادی ازین دست که هر ساله مستلزم  هزینه های غیر قابل برگشتی برای صنایع ما می باشند،از طرف دیگر به  کار گماردن اپراتورهای مخصوص این مهم وتعریف شیفت کاری 24ساعته در تونل ها، بنا به دلایل زیادی از جمله ایمنی، از معضلات نگهداری  تونل ها در کشور می باشند. درمقابل در سیستم  باس بار هزینه تعویض و تعمیر مفهومی ندارد ونهایتا به نگهداری کلیدها ومصرف کننده ها منتهی میگردد که این امر نیاز چندانی به اپراتور حرفه ایی برق نداشته وبراحتی قابل آموزش به کادر نگهداری راهداری میباشد.

قابلیت رینگ شدن

در سیستم باس بار با توجه به اینکه قطعات مختلفی در اشکال متفاوتی تولید می شوند من جمله: L & T & Yبه باس بار قابلیت رینگ شدن می دهد و این مهم در ایجاد تعادل در  بکارگیری جریان هر فاز جزء قابلیت های مخصوص باس بار می باشد از طرفی در رابطه ی محاسبه افت ولتاژدر باس بار:

ΔU═α√3.LI(R.COSφ+X.Ѕinφ)10¯³

که در آن ΔU افت ولتاژ و L طول باس بار و I جریان مجاز باس بار مربوطه و R مقاومت یک کیلومتر باس بار و X راکتانس یک کیلومتر باس بار و α ضریب معادله در شرایط مختلف متفاوت می باشد که در حالت عادی برابر 1 و در حالت رینگ 25/0 است .با این توضیح براحتی می توان می توان استنباط کرد که در حالت رینگ افت ولتاژ تا چه اندازه پایین می آ ید ضمن آ نکه فرمول فوق با ضریب 1 مورد محاسبه ی افت ولتاژ کابل ها می باشد.

ضمن آنکه برای اتصال فاز مشابه در آمپراژ بالا در سیستم کابلی به علت استفاده از چند رشته کابل برای یک فاز امکان ایجاد بار برابر در هر خط را نمی توان ارایه کرد ولی در سیستم باس بار با از بین بردن فاصله ی بین هادی ها بار برابر در هر خط ایجاد می گردد. 

با توضیحات فوق و نتایج حاصل از آزمایشات مختلف و اندازه گیری های بار محل در نقاط ابتدایی وانتهایی با فرمول ارایه شده میزان افت ولتاژ باس بار در هر 100 متر کمتر از 2 درصد می باشد،این در حالیست که افت ولتاژ در سیستم کابلی در هر 100 متر (بطور میانگین) 5 درصد می باشد. از دلایل این امر می توان به زمینه ی الکترو مغناطیسی، ساختار، مقاومت القایی امپدانس مدار در دو سیستم اشاره نمود.

نکاتی که در مباحث اقتصاد مهندسی میتوان استفاده نمود 

     با توجه به موارد مطرح شده در مباحث گذشته اجرای سیستم باس بار به جای سیستم سنتی کابلی مقرون به صرفه بوده که از مهمترین موارد آن می توان به نکات زیر اشاره نمود: 

1. ظرفیت عبور جریان 
2. ابعاد و وزن و حجم 
3. عایق و عمر سیستم 
4. سرعت و سهولت طراحی 
5. سرعت و سهولت نصب و راه اندازی 
6. انشعاب پذیری 
7. پیش ساخته و مدولار بودن 
8. قابلیت بازیابی 
9. قابلیت رینگ شدن  
10. تاثیرات حرارتی و آتش سوزی
11. قابلیت توسعه و تغییر پذیری
12. هزینه ی تعمیر و نگهداری
13. ممیزی انرژی (پایین بودن میزان مصرف برق در باس بار نسبت به سیستم کابلی با وجود مصرف کننده های یکسان)  

چون بحث اقتصاد مهندسی بر پایه ی مشاهدات ، محاسبات و مقایسه ی فنی و علمی پایه گذاری شده است از طرفی اطلاعات طراحی تاسیسات در اختیار نبوده و عملیات اقتصاد مهندسی بایست به صورت موردی انجام پذیرد لذا از ذکر درصدی خاص در بحث صرفه جویی هزینه خود داری می شود. تا تعامل با مشاورین و طراحان سیستم کابلی انجام پذیرد.

این مقاله ادامه دارد...

ارادتمند شما  سعید کیا