تابلو برق محفظه‌ای است که برای نصب و سیم‌بندی تجهیزات الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. تابلو برق‌ها از کلیدها، قطعات کنترلی و حفاظتی و لوازم نمایشگر (ولتاژ، جریان، فرکانس، توان و غیره) تشکیل شده‌اند. یکی از مشکلات رایج که ممکن است در تابلو برق‌ها مشاهده شود، گرم شدن بیش از حد کابل‌ها، اتصالات کابل‌ها، شینه‌ها، ترمینال‌های ورودی و خروجی و غیره است. داغ شدن تابلو برق می‌تواند پیامدهای مختلفی به دنبال داشته باشد و به تجهیزات برقی و همچنین دستگاه‌های مختلف در صنایع آسیب برساند. به همین دلیل ضرورت دارد که دمای تابلو برق کنترل شده و در محدوده مجاز توصیه شده قرار بگیرد تا به این ترتیب از احتمال آسیب جدی به تجهیزات الکتریکی جلوگیری شود.
دلایل داغ شدن تابلو برق
داغ شدن تابلو برق و افزایش دمای آن یکی از رایج‌ترین مشکلات به حساب می‌آید که دلایل مختلفی می‌تواند داشته باشد. برخی از مشکلات اولیه مانند موارد زیر می‌توانند باعث ایجاد اختلاف حرارتی در تابلو برق‌ها شوند:
- اکسید شدن ترمینال‌های تجهیزات در تابلو برق
- اکسید شدن کابلشوها و وایرشوها
- شل شدن اتصال بین دو شینه
- شل شدن اتصالات مربوط به کابلشوها و وایرشوها
دلایل دیگری نیز برای افزایش حرارت در تابلوهای برق وجود دارد که در دسته مشکلات الکتریکال قرار می‌گیرند و از جمله مهم‌ترین دلایل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- وجود بار زیاد بر روی یک فاز که در نتیجه تقسیم ناهمگن و غیر مساوری جریان هر فاز بوجود می‌آید.
- کاهش میزان عایق بودن کلیدها که ممکن است به هر دلیل از جمله افزایش حرارت رخ داده باشد.
- عایق و سیم‌پیچی موتورها دچار مشکل شوند
- ولتاژهای سه فاز دچار مشکل شوند
همانطور که اشاره شد، داغ شدن و افزایش دمای بیش از حد تابلو برق یکی از نشانه‌های خرابی تابلو برق است که می‌تواند زمینه‌ساز بروز مشکلات جدی‌تر شود. زمانی که درجه حرارت در تابلو برق افزایش پیدا می‌کند، کلیدهای مینیاتوری بالا می‌زنند، کابل‌های درون تابلو ذوب شده یا آتش می‌گیرند که می‌تواند باعث وارد شدن آسیب جدی به تابلو و تجهیزات الکتریکی شود. از جمله مهم‌ترین دلایل گرم شدن بیش از حد تابلو برق می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
1- شل شدن اتصالات درون تابلو برق
یکی از مهم‌ترین دلایل افزایش بیش از حد دما در تابلو برق‌ها، شل یا سست شدن اتصالات کابل‌های موجود درون تابلو است. زمانی که اتصالات شل می‌شوند، میزان و اندازه مقاومت در محل اتصال به میزان قابل توجهی پایین آمده و باعث بالارفتن شدت جریان می‌شود. افزایش شدت جریان نیز دما در کابل‌ها را افزایش داده و حتی ممکن است باعث ایجاد آتش‌سوزی در تابلو برق شود.
2- نامتعادل بودن بار
در طراحی و ساخت تابلوهای برق، میزان بار در تابلوهای برق سه فاز باید به صورت یکنواخت و متعادل تقسیم‌بندی شده باشد. در صورتی که این تقسیم‌بندی به نحو صحیح انجام نگیرد، منجر به افزایش دما در تابلو برق شده و عملکرد تجهیزات الکتریکی موجود در تابلو برق را دچار اختلال می‌کند.
3- وجود بار اضافه بر روی تابلو برق
Overload یا بار اضافه بر روی تابلو برق زمانی رخ می‌دهد که اندازه و میزان استفاده بیش از آمپر مجاز باشد. به همین دلیل برای جلوگیری از بوجود آمدن چنین شرایطی، استفاده از رله‌های محافظتی و بیمتال‌ها درون تابلو برق ضرورت دارد.
4- عدم استفاده از کابلشوهای بیمتال
در زمان طراحی و ساخت تابلو برق صنعتی باید به این نکته توجه شود که برای کابل‌های مسی از کابلشوهای مسی و برای کابل‌های آلومینیومی از کابلشوهای آلومینیومی استفاده شود. همچنین بهتر است که جنس هادی و محل اتصال نیز متفاوت از یکدیگر باشد. کابل‌های بیمتال به منظور جلوگیری از خوردگی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در صورتی که از این کابل‌ها در طراحی و ساخت تابلو برق استفاده نشود، احتمال خوردگی در محل اتصال وجود دارد که نتیجه آن افزایش دمای تابلو برق و داغ شدن مدار خواهد بود.
5- قرار گرفتن کابلشوها بر روی یکدیگر
در صورتی که تعداد خروجی‌های انشعاب از شینه در تابلوهای برق از حد مجاز بیشتر باشد، این شرایط فراهم می‌شود که چند کابلشو بر روی هم قرار بگیرند. در این شرایط سطح تماس پایین آمده و به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند که در نتیجه جریان سبب داغ شدن تابلو برق می‌شود. مواردی مانند نفوذ رطوبت به درون تابلو برق و کلیدهای مینیاتوری بکار رفته در آن، سوخته شدن سیم‌ها و در مواردی رعد و برق نیز می‌توانند از علت‌های گرم شدن بیش از حد تابلوهای برق باشند.
روش‌های خنک کردن تابلو برق
با توجه به اینکه داغ شدن و افزایش حرارت بیش از حد و داغ شدن تابلو برق، یکی از مشکلات رایج آن‌ها به حساب می‌آید، از روش‌هایی برای خنک کردن و حفظ دمای تابلو برق در محدوده طبیعی استفاده می‌شود. به طور کلی سه روش برای تهویه و خنک کردن تابلو برق‌ها وجود دارد که هر کدام از این روش‌های کاربرد و مقتضیات خود را داشته و باید با توجه به مزایا و معایبی که دارند به عنوان روش مناسب برای خنک کردن تابلو برق انتخاب شوند.
1- خنک کردن تابلو برق با استفاده از فن
این روش را می‌توان اقتصادی‌ترین روش برای خنک کردن تابلو برق و تجهیزات درون آن دانست. این روش معایب زیادی دارد که در اکثر موارد نتایج مطلوبی به همراه ندارد اما با این حال به عنوان یک روش اقتصادی و مقرون به صرفه، کاربرد زیادی دارد. در این روش، هوای بیرون از تابلو به وسیله فن به داخل مکیده می‌شود و پس از عبور از روی تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی درون تابلو، هوای گرم شده به خارج هدایت می‌شود.
بزرگترین محدودیت این روش، وابستگی بیش از حد سیستم تهویه و خنک کننده به دمای محیط بیرون از تابلو برق است. از طرف دیگر در محیط کارخانه‌ها و صنایع مختلف هوای محیط دارای ذرات گرد و غبار و آلودگی‌های مختلفی است که با چشم دیده نمی‌شوند. سیستم خنک کننده فن می‌تواند این آلودگی‌ها و گرد و غبار را به سادگی وارد تابلو برق کرده و به مرور زمان باعث خرابی تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی موجود در تابلو برق شود. همچنین ورود این آلاینده‌ها به داخل تابلو برق با ایجاد یک لایه عایق بر روی تجهیزات می‌تواند فرایند خنک‌سازی قطعات را به اختلال مواجه کند. با این که این روش جزو روش‌های اقتصادی و مقرون به صرفه محسوب می‌شود، اما هزینه‌های پنهان بهره‌برداری زیادی را تحمیل می‌کند.
2- خنک کردن تابلو برق با استفاده از لوله ورتکس
خنک کردن تابلو برق با استفاده از این روش بسیار کارآمد، امن و همراه با هزینه بهره‌برداری پایین است. لوله ورتکس به نحوی طراحی شده است که می‌تواند هوای فشرده گرم را بدون استفاده از برق، مبرد یا کمپرسور، به هوای سرد تبدیل کند. با استفاده از این روش، این امکان وجود دارد که دمای هوای فشرده شده را تا بیش از 20 درجه سانتیگراد کاهش داد. این قابلیت نشان دهنده این است که می‌توان هوای داخل تابلو برق را به اندازه کافی خنک کرد. در این روش با افزایش فشار هوای داخل تابلو برق (ایجاد فشار مثبت) امکان ورود آلاینده‌ها و ذرات گرد و غبار به داخل تابلو به میزان زیادی کاهش پیدا می‌کند.
لوله ورتکس به نحوی طراحی شده است که فاقد هرگونه قطعه چرخنده بوده که به همین دلیل هزینه نگهداری بسیار پایینی دارد. تنها قطعه‌ای که نیاز به تعویض متناوب دارد، فیلترهای هوای فشرده است تا همیشه پاک و عاری از هرگونه آلاینده و گرد و غبار باشند. یکی از معایب مهم این سیستم برای خنک کردن تابلو برق، میزان هوای فشرده به نسبت زیاد است. در حالت معمول در ازای هر 200 وات برودتی تولیدی توسط ورتکس، به 17 متر مکعب هوای فشرده با 100 پوند بر اینج فشار نیاز است. همچنین عدم دسترسی به هوای فشرده در برخی نقاط و هزینه بالای تأمین هوای فشرده از دیگر معایب و محدودیت‌های این سیستم خنک‌کننده هستند.
3- خنک کردن تابلو برق با مبرد (کولر گازی تابلو برق)
خنک کردن تابلو برق توسط سیکل تبرید تراکمی یکی از بهترین و مؤثرترین روش‌ها به حساب می‌آید. یکی از مزایای این روش این است که دمای مورد نیاز برای تابلو برق، به صورت دقیق قابل دستیابی است. یکی از مهم‌ترین محدودیت‌های این روش، میزان دمای محیط بیرون تابلو است. در واقع در محیط‌های بسیار گرم که دمای بالاتر از 55 درجه سانتیگرارد دارند، این سیستم خنک کننده به سختی توانایی تولید برودت داشته و باید تمهیدات ویژه‌ای در نظر گرفته شود.
همچنین در صورتی که هوای محیط بیرون تابلو دارای ذرات آلاینده باشد و بدون فیلتر وارد کندانسور شود، فشار کندانسور را به میزان قابل توجهی افزایش داده و افت شدید راندمان در سیکل خنک‌کنندگی را باعث می‌شود. این نوع سیستم خنک کننده در مقایسه با سایر سیستم‌ها ابعاد، اندازه و وزن بیشتری دارد. برای استفاده از این روش جهت خنک کردن تابلو برق، ابتدا فضای داخلی تابلو نسبت به محیط بیرون به خوبی ایزوله می‌شود تا هیچگونه آلاینده‌ای از محیط بیرون به داخل تابلو وارد نشود.
چرا جلوگیری از داغ شدن تابلو برق مهم است؟
مکانیزه شدن فرایندها در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی، شیمیایی، مخابراتی و شبکه، تصفه آب و فاضلاب، پتروشیمی و غیره باعث شده است که وابستگی خطوط تولید به میکروپروسسورها و PLCها زیاد شود. این امر به این معنی است که در این صنایع باید حرارت تولیدی تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی به خوبی کنترل و تخلیه شود تا خط تولید به طور مدام و پیوسته به فعالیت خود ادامه دهد.
از طرفی کوچک شدن و فشرده شدن تابلوهای برق و فرمان باعث شده است که امکان گردش هوا درون محفظه تابلو محدود شود. همه این موارد منجر به افزایش دمای داخل تابلو برق می‌شود که در این حالت به منظور جلوگیری از متوقف شدن خطوط تولید، خرابی تجهیزات الکتریکی و کارکرد صحیح و دائمی آن‌ها باید دمای تابلو برق در محدوده استاندارد عملکرد تجهیزات الکتریکی تنظیم شود.
تحقیقات مختلفی که در سطح بین‌المللی و در صنایع مختلف صورت گرفته، نشان می‌دهد که در ازای هر درجه افزایش دما در داخل تابلوهای برق، نرخ قطعی خطوط تولید دو برابر می‌شود. عمده تولید کنندگان تجهیزات الکترونیکی، دمای مناسب برای داخل تابلوی برق را 35 درجه سانتیگراد توصیه می‌کنند. سازمان Ashrae آمریکا، دمای ایده‌آل برای تابلوهای برق را حداکثر 27 درجه سانتیگراد توصیه کرده است.
دستورالعمل‌های لازم برای حفظ دمای مناسب تابلو برق
بر اساس استاندارد EC 60439-1 تابلوهای برق فشار ضعیف که ترکیبی از یک یا چند وسیله قطع و وصل همراه را تجهیزات کنترلی، اندازه‌گیری، نشانگر، تنظیم کننده، حفاظتی و غیره هستند باید از شرایط محیطی استاندارد به شرح زیر برخوردار باشند.
- دمای مناسب محیط برای نصب در فضای داخلی (Indoor): دمای متوسط هوا در یک بازه زمانی 24 ساعنه نباید بیشتر از 35 درجه باشد. حداکثر گرمای مجاز در این شرایط 40 درجه سانتیگراد و حداقل دما نیز 5 درجه سانتیگراد زیر صفر است.
- دمای مناسب محیط برای نصب در فضای بیرونی (Outdoor): دمای متوسط هوا در یک بازه زمانی 24 ساعته نباید از 35 درجه سانتیگراد بیشتر باشد. حداکثر دمای مجاز در این شرایط 40 درجه و حداقل دما در آب و هوای معتدل میانه 25 و در آب و هوای سرد شمالی 50 درجه سانتیگراد زیر صفر است.
بر اساس استاندارد IEC 60694 تابلوهای برق فشار متوسط باید از شرایط محیطی استاندارد به شرح زیر برخوردار باشند:
- دمای مناسب محیط برای نصب در فضای داخلی (Indoor): دمای متوسط هوا در یک بازه زمانی 24 ساعنه نباید بیشتر از 35 درجه باشد. حداکثر گرمای مجاز در این شرایط 40 درجه سانتیگراد و حداقل دما در سه کلاس منفی 5 درجه برای کلاس 5-، منفی 15 درجه برای کلاس 15- و منفی 25 درجه برای کلاس 25- است.
- دمای مناسب محیط برای نصب در فضای بیرونی (Outdoor): دمای متوسط هوا در یک بازه زمانی 24 ساعته نباید از 35 درجه سانتیگراد بیشتر باشد. حداکثر دمای مجاز در این شرایط 40 درجه و حداقل دما در سه کلاس منفی 10 درجه برای کلاس 10-، منفی 25 درجه برای کلاس 25- و منفی 40 درجه برای کلاس 40- است.
سخن پایانی
تابلوهای برق که امروزه در بسیاری از صنایع وجود داشته و مورد استفاده قرار می‌گیرند، محفظه‌ای هستند که در آن سیم‌ها، کلیدها، قطعات کنترلی و غیره به منظور کنترل تجهیزات الکتریکی و دستگاه‌های مختلف وجود دارد. عبور جریان برق از این کابل‌ها و تجهیزات درون تابلو برق منجر به تولید گرما می‌شود که در صورت افزایش این گرما به بیش از حد مجاز، امکان وارد شدن آسیب به تجهیزات درون تابلو وجود داشته و در مواردی می‌تواند منجر به آتش‌سوزی و وارد شدن صدمات جبران نا‌پذیری شود. به همین دلیل اهمیت دارد که دمای تابلوهای برق به صورت دائم کنترل و رصد شده و با استفاده از روش‌ها و سیستم‌های تهویه متنوع دمای درون محفظه تابلو برق در حد استاندارد حفظ شود.
نظرات کاربران