گزارش تحقیق جامع درباره تجهیزات کلیدکاری برق

تجهیزات جاروی برق: یک بررسی کامل

1. چکیده اجرایی

تجهیزات جاروی برق یک مولفه اصلی در سیستم‌های قدرت مدرن است، که برای حفاظت، عایق کردن، کنترل و توزیع انرژی برقی ضروری است. این گزارش توضیح می‌دهد که جاروی برق چیست. آن به توضیح نقش‌های اصلی و قطعات مهم آن می‌پردازد. همچنین درباره نحوه طبقه‌بندی جاروی برق بر اساس سطح ولتاژ، محیط عایق‌کننده و ساختار نیز صحبت می‌کند. این گزارش شامل کاربردها، استانداردهای بین‌المللی (IEC، ANSI/IEEE)، نگهداری و تعمیرات، امنیت و روندهای فناوری جدید مانند ویژگی‌های هوشمند و جایگزین‌های دوست‌دار محیط زیست است. جاروی برق مؤثر کمک می‌کند تا سیستم‌های قدرت به صورت ایمن و قابل اعتماد عمل کنند. این از دستگاه‌های قدیمی به قطعات هوشمند و متصل تغییر کرده است. این قطعات برای صنعتی شدن رقمی و پایداری اهمیت دارند.

۲. مقدمه‌ای بر سوئیچگیر برق

۲.۱. تعریف جاروی برق

در اصل، electrical switchgear گروهی از دستگاه‌ها است. این شامل شکاف‌کن‌ها، ملتحم‌کن‌ها و سوئیچ‌هاست. آن‌ها برای مدیریت، حفاظت و عزل تجهیزات برقی استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها معمولاً در سازه‌های فلزی قرار دارند و یک "ردیف تجهیزات شکاف‌کن" یا مجموعه تشکیل می‌دهند. حوزه کاربرد شامل رله‌ها، ترانسفورماتورهای اندازه‌گیری و پنل‌های کنترلی است. این نشان‌دهنده توانایی مقیاس‌بندی آن از دستگاه‌های ساده به سیستم‌های پیچیده است. طراحی آن بر اساس نیازهای خاص کاربرد تنظیم می‌شود.

2.2. نقش غیرقابل جایگزینی

تجهیزات شکاف‌کن برای عملکرد امن و قابل اتکا سیستم‌های برقی ضروری است. این در شبکه‌های انتقال و توزیع برقی استفاده می‌شود و همچنین در تسهیلات تجاری و صنعتی نیز کاربرد دارد. آن از سخت‌افزارها در برابر مشکلات محافظت می‌کند. اجازه بستن امن برای نگهداری را فراهم می‌کند. این یک بخش کلیدی از سیستم‌های برقی مدرن است که کمک می‌کند تا جامعه و اقتصاد به طور متعادل عمل کنند.

۳. اصول اساسی: توابع و اهمیت

تجهیزات شکاف‌کن چندین تابع اصلی انجام می‌دهد:

• حفاظت : آن جریان الکتریکی را در سطح امن نگه می‌دارد. همچنین، جریان‌های خطای مثل بارگیری زائد و مدار کوتاه را متوقف می‌کند. این کار به جلوگیری از آسیب به تجهیزات و کاهش خطرات الکتریکی کمک می‌کند. این موضوع برای طول عمر دارایی‌ها و ایمنی شخصی حائز اهمیت است.
• منزوی شدن : قسمت‌های خاصی از یک سیستم الکتریکی را برای نگهداری، تعمیر یا آزمایش خاموش می‌کند. این کار به ایجاد محیط کار امن کمک می‌کند.
• کنترل : مدارها را روشن یا خاموش می‌کند، جریان توان را مدیریت می‌کند و مصرف انرژی را بر اساس نیازهای عملیاتی بهینه می‌سازد.
• توزیع : به عنوان نقطه مرکزی برای توزیع توان به بارگذاری‌های مختلف عمل می‌کند و مطمئن می‌شود که هر مدار به صورت مناسب محافظت شده باشد.

جدول ۱: چشم‌اندازی از توابع تجهیزات کشیدن و بستن جریان برق

4. آناتومی تجهیزات گردآوری جریان: مؤلفه‌های کلیدی

مجموعه‌های تجهیزات گردآوری جریان شامل چندین مؤلفه کلیدی هستند که به صورت هماهنگ کار می‌کنند. برای بررسی مختلف مؤلفه‌های تجهیزات گردآوری جریان , این موارد به صورت اساسی برای عملکرد کلی ضروری هستند.

جدول 2: مولفه‌های کلیدی تجهیزات توزیع و نقش‌های اصلی آنها

4.1. شکسته‌کننده‌ها

این دستگاه‌ها به طور خودکار جریان را در صورت بارگیری زائد یا گیرش کوتاه قطع می‌کنند. انواع آن شامل هوا (ACB)، خلاء (VCB)، روغن (OCB) و شکسته‌کننده‌های SF6 هستند، هر کدام از محیط‌های مختلفی برای خاموش کردن قوس استفاده می‌کنند. VCBها معمولاً در ولتاژ متوسط استفاده می‌شوند، در حالی که SF6 معمولاً برای ولتاژ بالا مناسب است.

4.2. ملتحمه‌ها

ملتحمه‌ها دستگاه‌هایی هستند که فقط یکبار می‌توانند استفاده شوند. آنها در صورت عبور جریان زیاد، ذوب می‌شوند تا مدار را قطع کنند. ملتحمه‌ها حفاظت ساده و ارزان‌قیمتی را فراهم می‌کنند و به ویژه در سیستم‌های ولتاژ پایین یا به عنوان رزرو مفید هستند.

4.3. دوچرخه‌ها (قطع‌کننده‌ها، دوچرخه‌های بار)

• شکسته‌کننده‌ها/جداکننده‌ها : ایجاد عایق‌بودن برقی امن برای نگهداری را فراهم می‌کند، تحت شرایط بی‌بار عمل می‌کنند و اغلب دارای شکست قابل مشاهده هستند.
• شکسته‌کننده‌های بار : قادر به ساخت و شکست جریان‌ها در شرایط عملیاتی عادی هستند.

مغزه‌ها 4.4

رله‌ها «مغز» سیستم هستند که پارامترهای برق را نظارت می‌کنند، تناقضات را شناسایی می‌کنند و به بรก‌های مدار اشاره می‌کنند تا قطع شوند. این کار اجازه داده است حفاظت خودکار و انتخابی را فعال کنیم. رله‌های مدرن مبتنی بر میکروپروسسور عملکردهای پیشرفته و ارتباطات را ارائه می‌دهند.

4.5. ترانسفورمرهای ابزار (CTs & PTs)

ترانسفورمر جریان (CTs) و ترانسفورمر ولتاژ (PTs/VTs) جریان‌ها و ولتاژ‌های بالا را به سطح‌های امن کاهش می‌دهند. این کار چالش‌های نظارت، اندازه‌گیری و حفاظت از سیستم‌ها را آسان‌تر می‌کند. آن‌ها دقت را تضمین می‌کنند و عایق‌سازی را فراهم می‌آورند.

4.6. باربرها و اتصالات

باربرها (مس یا آلومینیوم) جریان‌های بزرگ را در داخل تجهیزات شوکر می‌کشند. طراحی مناسب و اتصالات صحیح برای ظرفیت و جلوگیری از شکست‌ها حیاتی است.

4.7. پنل‌های کنترل و جعبه‌های محصور

جعبه‌های محصور مولفه‌ها را در خود نگه می‌دارند، حمایت فیزیکی و زیست‌محیطی را ارائه می‌دهند و از امنیت کارکنان اطمینان می‌ورزند. پنل‌های کنترل، HMI برای عملیات و نظارت را ارائه می‌دهند. جعبه‌های مقاوم به برق جاری یک ویژگی اصلی امنیت است.

5. طبقه‌بندی تجهیزات شوئیچینگ

ابزار توزیع برق اساساً بر اساس سطح ولتاژ، مEDIUM عایق و نوع ساخت طبقه‌بندی می‌شوند.

5.1. بر اساس سطح ولتاژ

جدول 3: انواع ابزار توزیع برق بر اساس سطح ولتاژ

5.1.1. تجهیزات کنترل ولتاژ پایین (LV)

عملکرد تا 1کیلوولت، تجهیزات جاروی ولتاژ پایین (مانند نوع GGD یا MNS) در خانه‌ها، کسب‌وکارها، و کارخانجات استفاده می‌شود. این دستگاه کمک می‌کند تا توان را برای مواردی مثل سیستم‌های HVAC و نورپردازی کنترل کند. طراحی‌ها بر ایمنی، قابلیت اعتماد، و اقتصادی بودن تاکید دارند.

5.1.2. تجهیزات شوئی ولتاژ میانه (MV)

دستگاه های سوئیچ ولتاژ متوسط (مثل انواع KYN28A یا XGN15) از 1 کیلوولت تا 38 کیلوولت (یا بیشتر بر اساس برخی استانداردها) عمل می‌کند. این نوع در نیروگاه‌های توزیع، صنایع و نصب‌های انرژی تجدیدپذیر یافت می‌شود. فناوری خلاء به دلیل جمعی بودن و قابلیت اعتماد بالا رایج است.

5.1.3. دوچرخه‌ای فشار بالا (HV)

دستگاه های سوئیچ ولتاژ بالا بالاتر از 38 کیلوولت عمل می‌کند (اغلب بسیار بیشتر، مثل GIS یا شکاف‌های VCB فشار بالا)، که با ترانسمیشن قدرت زیاد سر و کار دارد. به دلیل سطح قدرت بالا، نیاز به قابلیت اعتماد بیشتر و عایق‌بندی مقاوم وجود دارد. شکاف‌های SF6 رایج هستند، اما جایگزین‌هایی ظاهر شده‌اند.

5.2. بر اساس محیط عایق

جدول 4: رسانه‌های عایق ماشین‌آلات شوت‌اُفر

• معاییر هوا (AIS) : از هوا استفاده می‌کند؛ ساده و کارآمد از نظر هزینه اما نیاز به ابعاد بزرگتر دارد.
• معاییر گاز (GIS) : معمولاً از SF6 برای جمع‌آوری استفاده می‌کند. تأثیر زیست‌محیطی SF6، توسعه گزینه‌های جایگزین مانند ترکیبات CO2، "هوای تمیز" یا g³ شرکت GE را به وجود آورده است.
• با عایق روغن (OIS) : از روغن معدنی استفاده می‌کند؛ مؤثر است اما نگرانی‌هایی در مورد پiroش‌پذیری و فرار به محیط زیست دارد.
• با عایق خلاء (VIS) : به قاطع‌های خلاء است که درون تجهیزات جاروکشی استفاده می‌شوند و ممکن است از رسانه‌های دیگر برای عایق کلی استفاده کنند. برای شکاف‌ده‌های ولتاژ میانی بسیار مناسب است.

5.3. بر اساس نوع ساختار

• محصور در فلز : اجزا درون ساختار فلزی قرار دارند. در تجهیزات ولتاژ پایین شایع است و کمتر جداسازی داخلی دارد.
• برفروشی فلزی : اجزا (قاطع‌ها، گیرنده‌های برق) در بخش‌های فلزی جدا شده و زمین‌دار قرار دارند. ایمنی بیشتری ارائه می‌دهد و شامل کنترل خطای بهتری است، معمولاً برای ولتاژ میانی استفاده می‌شود.
• Montage پد : برای نصب در محیط خارج از کارخانه روی یک پایه بتنی طراحی شده است، در توزیع شبکه‌های زیرزمینی شایع است.
• برداشت : اجازه می‌دهد قطعات اصلی مثل شکافنده‌ها برای نگهداری خارج شوند، ایمنی و قابلیت نگهداری را افزایش می‌دهد. در انواع پوشش فلزی متداول است.

6. کاربردهای تجهیزات شکاف در صنایع مختلف

• سیستم‌های تأمین برق : در تولید، منتقل کردن و توزیع برای ثبات شبکه، قابلیت اعتماد و عزل خطای استفاده می‌شود.
• کارخانه‌های صنعتی : موتورها، ماشین‌آلات و سیستم‌های کنترل را در تولید، نفت و گاز، معادن تغذیه می‌کند، اغلب در محیط‌های سخت.
• بناهای تجاری / مسکونی : اصلآ تجهیزات جاروبندی سطح پایین برای توزیع برق به چراغ‌ها، HVAC و وسایل الکتریکی.
• نصب انرژی تجدیدپذیر : تجهیزات جاروبندی سطح میانی مزارع خورشیدی و توربین‌های بادی را به شبکه متصل می‌کند و توان برق غیرمداوم را مدیریت می‌کند.
• مرکز داده‌ها و زیرساخت‌های بحرانی : تأمین قدرت برق با کیفیت بالا و بدون قطع برای تجهیزات حساس را تضمین می‌کند.

7. پیروی از استانداردهای جهانی: IEC نسبت به ANSI/IEEE

استانداردهای بین‌المللی (IEC در سطح جهانی، ANSI/IEEE در آمریکای شمالی) امنیت، قابلیت اعتماد و هم‌سازگاری را تضمین می‌کنند. تفاوت‌های کلیدی وجود دارد:

• فلسفه طراحی : IEC بیشتر مبتنی بر عملکرد است، که به نوآوری تولیدکنندگان اجازه می‌دهد. ANSI/IEEE بیشتر مبتنی بر طراحی است، مشخصات فیزیکی را برای یکپارچگی مشخص می‌کند.
• رتبه‌بندی و آزمایش : سطوح ولتاژ، رتبه‌بندی جریان، سطح قطع خطای و شرایط آزمایش یکسان نیستند. به عنوان مثال، استانداردهای NEMA و IP برای جعبه‌بندی متفاوت هستند. رعایت این استانداردها برای امنیت و قانونی بودن ضروری است. برای جزئیات بیشتر، به (your-blog-url-for-iec-ansi-standards) مراجعه کنید.

8. تضمین طول عمر و ایمنی: نگهداری و رویه‌ها

نگهداری منظم برای ایمنی، قابلیت اعتماد و کارایی حیاتی است.

جدول 5: چک لیست نگهداری تجهیزات شوئی

رویه‌های امنیتی حیاتی :

• قفل‌بندی/برچسب‌گذاری (LOTO) : قطع توان و قفل کردن تجهیزات در طول نگهداری.
• تجهیزات محافظتی شخصی (PPE) : استفاده از دستکش‌های عایق مناسب، لباس‌های مقاوم به برق، شیشه‌های چهره، و غیره.
• ایمنی ضد برق جاری : درک ریسک‌ها، استفاده از تجهیزات جابجایی مقاوم به کشیدگی برقی، نگهداری فاصله امن. بیشتر بدانید در مورد (آدرس-بلاگ-شما-برای-امنیت-در- مقابل-پرتاب-برق).

9. آینده تجهیزات سوئیچینگ: نوآوری‌ها و روندها

• تجهیزات جابجایی هوشمند : ادغام IoT، حسگرهایی برای نظارت مستمر، نگهداری پیش‌بینی‌شده و کنترل از راه دور. کارایی و تشخیص را افزایش می‌دهد. ببینید (آدرس-بلاگ-شما-برای-تجهیزات-جابجایی-هوشمند).
• راه حل های دوستدار محیط زیست : جایگزین‌هایی برای SF6، مانند g³، "GIS آبی"، ترکیبات CO2 و خلاء، مهم هستند. این زیرا SF6 بالقوه گرمایش جهانی را افزایش می‌دهد. ببینید (آدرس-بلاگ-شما-برای-جایگزین‌های-SF6).
• ایمنی بهبود یافته : طراحی‌های مقاوم به کشیدگی برقی و توانایی عملیات از راه دور برای کاهش مخاطرات مانند پرتاب برق.
• امنیت سایبری : همانطور که ارتباطات فزایندگی می‌یابد، حفاظت از تجهیزات جاروکننده هوشمند در برابر تهدیدهای سایبری اهمیت دارد. این تهدیدها شامل دسترسی نامجاز و شکست داده‌هاست. ما می‌توانیم از روش‌هایی مثل "امنیت از طریق طراحی"، دفاع چندلایه و پیروی از استانداردهایی مانند IEC 62443 برای کمک به حفظ ایمنی آن‌ها استفاده کنیم.

10. اتخاذ تصمیم صحیح: معیارهای انتخاب کلیدی

انتخاب تجهیزات جاروکننده مناسب شامل ارزیابی:

جدول 6: عوامل کلیدی برای انتخاب تجهیزات جاروکننده

برای راهنمایی بیشتر، از منابع موجود در (your-blog-url-for-switchgear-selection-criteria) استفاده کنید.

11. نتیجه‌گیری

تجهیزات جابجایی الکتریکی، پایه‌ای برای ایمنی، قابلیت اعتماد و کارایی سیستم قدرت است. درک توابع، مولفه‌ها، طبقه‌بندی‌ها، استانداردها و نگهداری آن حیاتی است. صنعت با فناوری‌های هوشمند، دوست‌دار محیط زیست و ایمن‌تر در حال پیشرفت است. انتخاب صحیح با لحاظ کردن تمام عوامل فنی، محیط زیستی و اقتصادی، اطمینان می‌دهد که تجهیزات جابجایی به خوبی در دنیایی که همواره برق‌گرا می‌شود، حمایت کند. برای بیشترین اطلاعات درباره نگهداری، به (your-blog-url-for-switchgear-maintenance-best-practices) مراجعه کنید.