فصل هفتم _ حفاظت مدارها در برابر اضافه جریان

فصل هفتم

حفاظت مدارها در برابر اضافه جریان

پیوست1- مفاهیم و تعریفهای مربوط به بر آورد بار

      یاد آوری- شاید بعضی مطالب ارائه شده در این پیوست، بیش از حد انتظار باشد ولی با توجه به آشنایی کمی که نسبت به این مطالب در خارج از صنعن توزیع و انتقال نیرو وجود دارد، تصمیم گرفته شد خلاصه ای از مفاهیم صنعن، در قالب تعریف ارائه شود.

7P1-1- تعریفها

7P1-1-1- در خواست (تقاضا- دیماند) Demand

توضیح

       در گذشته نه چندان دور به کلمه demand که ریشه ای لاتین دارد تقاضا گفته می شد. در زبان فارسی با توجه به معنای مردمی آن، تقاضا بیشتر به “خواهش و تمنا” متمایل است تا در خواست که در آن نوعی”تحکم” نهفته است. به نظر می رسد در انتخاب کلمه تقاضا ادب ذاتی ایرانی عامل اصلی بوده است نه بازتاب واقعی معنای demand که به در خواست نزدیکتر است.

هنگامی که در کارخانه کلیدی زده شود و مصرف کننده ای مانند یک چراغ یا یک موتور به شبکه وصل شود، این عمل همراه با خواهش و تمنا نیست. صرفنظر از توانایی یا عدم توانایی شبکه یا مدار برق در تامین نیروی لازم برای روشن شدن چراغ یا کارموتور، عمل زدن کلید تحکم آمیز است.

در هر حال چنین به نظر می رسد که این روزها در خواست بیشتر از تقاضا مورد استفاده می باشد که درست است.

حداکثر توان، توانی است که یک واتمتر در لحظه اوج مصرف (مثلاً در یک شبکه در شبانه روز) نشان می دهد.(شکل 7P1– 1 را ببینید).

حداکثر درخواست یعنی توان میانگین انرژی مصرفی که مصادف با حداکثر توان است در دوره ای مشخص از زمان. دوره در خواست ممکن است هر مدتی انتخاب شود. در شبکه های برق، دوره در خواست معمولا 15 دقیقه انتخاب می شود. اما ممکن است 30 دقیقه، یک ساعت و یا حتی یک ماه هم انتخاب شود. در هر حال در شبکه های توزیع، دیماند 15 دقیقه بیش از همه متداول است. در شکل 7P11 تغییرات بار در یک دوره 24 ساعت نشان داده شده است و در شکل 7P1-2 نحوه تعیین حداکثر در خواست در دوره های 15 دقیقه، 30 دقیقه و یک ساعت نشان داده شده است.

بعضی ها به جای حداکثر در خواست (maximum demand) ، از حداکثر توان (maximum Ioad) استفاده می کنند و این دو را مترادف می دانند. در حالی که چنین نیست.

یادآوری- در خواست تنها در مورد یک یا اوج بار مورد استفاده نمی باشد، بلکه در مورد هر نقطه ای از منحنی بار قابل اعمال است. شکل 7P1-3 منحنی “پله ای در خواست ساعت به ساعت یک ترانسفورماتور شبکه توزیع برای یک دوره 24 ساعته را نشان می دهد.

شکل 7P1-1 منحنی “نوعی بار برای یک ترانسفورماتور در شبکه شهری

ولی چرا به جای حداکثر توان از حداکثر در خواست استفاده کنیم؟

علت این است که در حالت عادی (سالم بودن مدارها و استفاده معمولی از نیروی برق) تجهیزات الکتریکی و مخصوصاً مدارها، نسبت به مقدار موثر جریان یا اثر حرارتی آن حساس می باشند ولی مقادیر آنی جریان از این نظر کمتر اثر می گذارند. برای مثال اگر قرار بود حداکثر توان آنی یک موتور برای طراحی مدار آن انتخاب می شد(یعنی توان موتور هنگام راه اندازی آن) مداری با سطح مقطع بسیار بزرگ به دست می آمد در حالی که راه اندازی یک موتور چند ثانیه بیشتر طول نمی کشد و حرارت تولید شده از ضربه جریان در آن چند ثانیه، نسبت به جریان نامی موتور در زمانی طولانی ناچیز است. به این دلایل است که در طراحی الکتریکی به جز مواردی که مقادیر آنی یا کوتاه مدت جریان از سایر نظرها مهمند و باید به حساب آورده شوند، در مصارف طولانی مدت که اثر حرارتی مطرح می باشد،باید از حداکثر در خواست استفاده شود.

شکل 7P12 قله منحنی بار در زیر ذره بین- هر چه دوره دیماند طولانی تر باشد، توان میانگین با دیماند نسبت به حداکثر توان آنی کوچکتر می شود.

7P1-1-2- توان وصل شده (connencted load)  و ضریب در خواست (demand factor)

   جمع حداکثر کلیه بارهای اسمی وصل به یک مدار با یک تابلو یا یک تاسیسات یا یک ترانسفورماتور یا یک مرکز توزیع، صرفنظر از اینکه این بارها در حال کار باشند یا در حال استراحت، ولی احتمال دارد با هم کار کنند، توان وصل شده آن مدار با تابلو با تاسیسات یا ترانسفورماتور نامیده می شود. توان وصل شده مقداری است مشخص که با بازدید و صورتبرداری از تجهیزات مصرف کننده قابل محاسبه است. در حالی که در خواست به میل بهره بردار بستگی دارد و به سادگی قابل تعیین نیست. نظر به اینکه اساس کلیه محاسبات سیستمهای توزیع و تاسیسات ،بر درخواست بار استوار است، هر چه نسبت به این مسایل روشنتر باشیم تصمیمات بهتر گرفته و نتایج صحیحتری به دست خواهیم آورد. با این هدف، برای باز شدن بیشتر موضوع مطالب زیر ارائه می شود.

اگر فرض کنیم همه بارهای یک سیستم با هم کار کنند، حداکثر در خواست ممکن (حداکثر در خواست بالقوه) که برابر با توان وصل شده است بدست خواهد آمد که در عمل فقط در مورد بعضی مدارهای نهایی یا تابلوهای کوچک و  آن هم به ندرت ممکن است اتفاق افتد. در مورد مصرف کننده های گسترده تر، به علت عدم استفاده همزمان از کلیه مصارفی که در سیستم مصرف کننده وجود دارند، حداکثر در خواست (واقعی) کوچکتر از توان وصل شده در سیستم می باشد.

یاد آوری- به این حالت در انگلیسی وجود diversity گویند. معنای اصلی این اصطلاح گوناگونی و ناهمگونی است ولی در زبان فارسی برای این مورد اصطلاحی ساخته نشده و در عوض از عدم وجود همزمانی یا ضریب همزمانی استفاده می شود که درباره آن صحبت خواهد شد.

خارج قسمت حداکثر در خواست به توان وصل شده را ضریب در خواست نامند. ضریب در خواست مهمتریت عامل در برآورد بار در یک سیستم (مدار،تابلو، تاسیسات، پست و غیره) می باشد  زیرا اگر درست انتخاب شود، یا در دست داشتن توان وصل شده. می توان مستقیماً حداکثر در خواست، را تخمین زد.

در بحث ضریب در خواست، چند نکته را نباید فراموش کرد:

  • در مورد بارهایی مانند موتورها، ضریب در خواست همیشه کمتر از یک است زیرا معمولاً موتورها را کمی بزرگتر از مقدار لازم انتخاب می کنند (موتور استاندارد همیشه کمی بزرگتر از بار واقعی انتخاب می شود).
  • همین طور بار دستگاهی که موتور آنرا می راند، به ندرت همیشه در حداکثر است.
  • همه بارها به ندرت با هم کار می کنند یا اگر هم کار کنند، کمتر ممکن است همه با هم در حداکثر بار باشند.
  • اگر همه بارها با هم وصل شوند، حداکثر در خواست ممکن اتفاق می افتد و در این صورت ضریب در خواست 100% خواهد بود.
  • در پاره ای موارد نادر ضریب در خواست ممکن است بیش از 100% شود یعنی حداکثر در خواست بیشتر از توان وصل شده باشد. مخصوصاً در مورد بارهای موتوری، این علامت وجود اضافه بار است که باید به فوریت رفع شود.
  • قاعده کلی این است که هر چه توان وصل شده بزرگتر و تعداد لوازم مصرف کننده بیشتر باشند، ضریب در خواست کوچکتر باشد.
  • اگر توان وصل شده از یک واحد مصرف کننده بزرگ و چندین واحد مصرف کننده کوچک تشکیل شده باشد، به احتمال زیاد حداکثر در خواست هنگام کار مصرف کننده بزرگ اتفاق می افتد.

در سیستمی شبیه بالایی ولی متشکل از تعدادی بار کوچک، به احتمال زیاد، ضریب در خواست کوچکتر از سیستم قبلی خواهد بود.

  • یک واحد مسکونی دارای 3 اتاق نسبت به واحدی با 6 اتاق که دارای تاسیسات مشابهی است، ضریب در خواست بزرگتری خواهد داشت.
  • ضریب در خواست یک واحد مسکونی قبل از اضافه کردن یک اجاق برقی به آشپزخانه آن، بزرگتر از هنگامی است که اجاق نصب شود. البته در حالت دوم حداکثر در خواست بزرگتر خواهد بود.
  • در مورد بارهای موتوری که از چندین گروه موتور تشکیل شده و موتورهای هر گروه با هم کار کنند، هر گروه را باید مانند یک موتور بزرگ با توان مجموع موتورهای آن گروه به حساب آورد و لذا ضریب در خواست کل سیستم، بزرگتر ار هنگامی خواهد بود که موتورهای کوچک به صورت انفرادی کار کنند.

ضریب در خواست را با حرف g نمایش می دهند.

که در آن:

حداکثر در خواست=

توان وصل شده =