5- 3- 5 شدت د ي الكتريك سويچ انتقال خودكار

علاوه بر قابليت هاي حمل جريان، سويچهاي انتقال خودكار بايد قادر به ايستادگي و تحمل افزايش (يا افت) ناگهاني ولتاژ (surge) بوده و پاسخگوي الزامات قابليت اعتماد خويش باشند. وسايل كنترل در سويچ انتقال خودكار آغازگر عمليات انتقال يا انتقال مجدد بوده و درنتیجه بنحو عمدهاي بر قابليت اعتماد سويچ تأثیر دارند. به‌هرحال، اين وسايل كنترل در بخش‌های اصلي حمل جريان بار سويچ، اندازه فيزيكي و فضاي دي الكتريك ناچيزي دارند. بدين دليل، استفاده از توليداتي باکیفیت بالا براي كاربرد تجهيزات اضطراري در سويچ ها اهميت دارد.

جدول 5 -5: مشخصه هاي سويچ انتقال خودكار در هنگام استفاده با فيوزها

[2 نسبت     

آمپر) ـ ثانيه] جريان قابل عبور

پيك (آمپر) جريان خرابي متقارن مؤثر در دسترس

(آمپر) نرخ سويچ (آمپر)

 ۶٠٠×310 26000 200000 125

 ٢۵٠٠×310 45000 200000 225

 ١٢٠٠٠×310 80000 200000 400

 ١٢٠٠٠×310 100000 200000 600

 ٣۵٠٠٠×310 150000 200000 1000

استاندارد ANSI / UL 1008، آزمون‌های ايستادگي ولتاژ دي الكتريك 1000 ولت به‌اضافه دو برابر ولتاژ اسمي را الزامي مي داند. معذالك، در مورد این‌که چه وسايل مشخصي بايد مورد آزمون قرار گيرند و این‌که وسايل كنترل بايد منظور شوند يا نشوند، الزامات مذكور شفاف نمی‌باشند. اساساً الزامات استاندارد فوق مرتبط با ايمني بوده و براي برآورده ساختن الزامات قابليت اعتماد سيستمهـاي نيروي برق اضطراري يا پشتيبان، ملاحظاتي در موردحفاظت اضافي در هنگامی‌که سويچ در معرض افزايش (افت) ناگهاني ولتاژ قرار می‌گیرد، بايد به عمل آيد. ازنظر حفاظت شدت ديالكتريك سويچ خودكار، نكات زير می‌تواند مفيد باشد.

- قابليت شكست قوس الكتريكي به‌منظور به حداقل رساندن جرقه بين منابع وصدمه به ديالكتريك

- جنس و ساختار كنتاكت كه حرارت تولیدشده در جري انهاي زياد را به حداقل برساند

- كنتاكت ها و اقلامي كه براي بازرسي مبتني بر مشاهده و نيز جايگزيني آسان آن‌ها، به سهولت قابل دسترسي باشند.

برخي علل متداول حالات گذراي ولتاژ در سیستم‌های ac كه بر سويچهاي انتقال خودكار می‌تواند تأثیر داشته باشد عبارت‌اند از سويچينگ بارهاي القايي، اعمال انرژي به ترانسفورماتور و تخليه انرژي از آن و حالات گذراي حاصل از رعد و برق و كموتاسيون. در اغلب موارد، حذف تمام علل حالات گذرا و درنتیجه خود آن حالات، امري غير ممكن است، بنابراين در قدم بعدي می‌توان فرض كرد كه اين حالات رخ خواهد داد و بايد اقداماتي ازنظر حفاظت تجهيزات حساس صورت پذيرد. توصيه می‌شود كه در سويچ هاي انتقال، الزامات تعیین‌شده در استاندارد ANSI / NEMA ICS 1 ازنظر آزمون ولتاژ ايستادگي ايمپالس و الزامات مندرج در استاندارد IEEE Std. C37.90 در رابطه با قابليت ايستادگي در برابر افزايش (يا افت) ناگهاني ولتاژ، رعايت و برآورده شوند. اين امر بخصوص در مواردي كه اقلام حالت ـ جامد حسگر ولتاژ و فركانس به كار می‌روند، اهميت خاصي دارد.

استاندارد IEEE Std. 141 تحليل عميقي از علل و اثرات انواع مختلف اضافه ولتاژها را ارائه می‌دهد.

5- 3- 6 حفاظت با كليدهاي خودكار

اصول هماهنگي و انتخاب پذيري بين كليدها و وسايل موردحفاظت در سیستم‌های توزيع مشابه اصول اكثر سیستم‌های نوعي است. قابليت اعتماد در رساندن نيروي برق به بارهاي مهم و بحراني به لغزش انتخابي كليد بستگي دارد. دو زمينه مورد علاقه در رابطه با كليدها و سويچهاي انتقال خودكار عبارت‌اند از: حفاظت سويچ بر اساس نرخ ايستادگي آن و درعین‌حال، حصول انتخاب پذيري صحيح جهت قابليت اعتماد سرويس.

هنگامی‌که حفاظت اضافه جريان و سويچينگ انتقال با هم تركيب شده و به‌صورت يك واحد يكپارچه درمی‌آیند، انتخاب پذيري بيشتر به‌عنوآن‌یک مشكل مطرح می‌شود. مشخصه هاي رفع خرابي وسيله محافظ يكپارچه بايد معلوم و دردست باشد تا بتوان با وسايل اضافه جريان خارجي هماهنگي را برقرار كرد.

شکل‌های و 5-4 5-5 نمايش ساده اي از حفاظت يك سيستم كوچك نوعي توسط كليدهاي خودكار است. با استفاده از تأخیر زماني در ناحيه کوتاه‌مدت كليدهاي A و B هماهنگي كامل به دست می‌آید. سويچ انتقال در هنگام خرابي فروسوي سويچ توسط كليدهاي B و C حفاظت می‌شود. در اين مورد، قابليت كابل مربوط به‌سویچ انتقال عامل محدودکننده بوده و نرخ ايستادگي دستگاه را كاهش می‌دهد. سويچ به‌تنهایی نرخ بالاتري دارد. همچنين ازنظر برقراري هماهنگي، سويچ و کابل‌کشی مربوطه در هنگام وقوع خرابي بين سويچ و كليدهاي مدار نهايي وقبل از رفع جريان خرابي در ناحيه کوتاه‌مدت، بايد تا 6 سيكل جريان خرابي ايستادگي كنند. نرخ اين سويچ الزامات مذكور را زماني برآورده مي سازد كه جريان خرابي از A20000 تجاوز ننمايد. فرضي كه در اين شكل ها در نظر گرفته‌شده عبارت است از این‌که ژنراتور جريان خرابي كافي براي لغزش كليد خودكار مدار نهايي، در صورت وقوع خرابي زير يكي از اين كليدها، تأمین خواهد كرد، در اغلب موارد، جريان خرابي در دسترس از يك ژنراتور اضطراري يا پشتيبان بنحو عمده اي، در مقايسه با جريان مذكور از منبع عادي و نرمال، كمتر خواهد بود. هنگامی‌که چنين حالتي حاكم است، منبع اضطراري يا پشتيبان بايستي تا حد امكان در مجاورت بار بحراني از نقطه نظر توزيع قرار گيرد تا تعداد سطوح هماهنگي و اندازه كليدها به حداقل برسد. به‌هرحال با استفاده از ويژ گي لغزش تأخیر زماني در كليد فراسو، به مزيت اضافي در انتخاب پذيري دست يافته و از شروع و انتقال بيهوده و مزاحم به منبع اضطراري يا پشتيبان جلوگيري می‌شود.

در هنگام استفاده از كليدهاي خودكار جهت حفاظت، نرخ   سويچ انتقال بايد با حداكثر زمان رفع كليدي كه آن را محافظت می‌کند، همبستگي داشته باشد (حتي با انجام لغزش لحظه‌ای). براي مثال، امكان دارد يك سويچ انتقال هنگامی‌که با يك فيوز جريان محدود بخصوصي به كار می‌رود داراي نرخ ايستادگي 100000 آمپر متقارن باشد ولي زماني كه با يك كليد خودكار بخصوصي با لغزش لحظه‌ای به كار گرفته می‌شود، می‌تواند

شكل 4-5: سيستم برق اضطراري با كليدهاي خودكار

  شكل 5-5: نمودار هماهنگي سيستم برق اضطراري با كليدهاي خودكار

فقط نرخ ايستادگي 30000 آمپر متقارن را داشته باشد. همين استدلال براي كليدهايي بازمان رفع خرابي مختلف، بخصوص با در نظـرگرفتن لغزش هـاي تأخیر يافته زمانـي در مقايسه با لغزش هـاي لحظه‌ای، قابل‌اعمال است. استاندارد ANSI C37.16 با ملزم كردن كليدهاي خودكار به كاهش نرخ‌های وقفه اتصال كوتاه آن‌ها، در كاربردهاي تأخیر زماني كوتاه، اين امر را تاييد می‌نماید. براي مثال، كليد اتوماتيك برق ولتاژ كوتاه A225، با واحد لغزش لحظه‌ای، داراي نرخ وقفه 22000 آمپر متقارن در V480 است. همين كليد بدون لغزش لحظه‌ای، نرخ کاهش‌یافته 14000 آمپر متقارن در V480 را داراست.

با توجه به این‌که در طراحي و پياده سازي سیستم‌ها در هر زمان، تأکید بر كارامدي ازنظر هزينه است، پیش‌بینی توسعه آتي اين سیستم‌ها اغلب امري مشكل است. اين موضوع بخصوص ازنظر توجيه هزینه‌ها براي گسترش و رشد بار موردنظر، دشوارتر است. وضعيتي كه زياد هم غیرمعمول نيست عبارت است از این‌که در هنگام افزايش نرخ رديف ترانسفورماتور تغذيه نيروي برق نرمال در پاسخ به توسعه غير منتظره بار، جريان اتصال كوتاه در دسترس نهايتا از نرخ‌های ايستادگي و وقفه سويچ انتقال و كليد تجاوز می‌کند. راه‌حل، اضافه كردن فيوزهاي جريان محدود در خط با كليدهاي موجود مطابق ن رخهاي سري UL و حفاظت تجهيزاتي است كه از نرخ آن‌ها تجاوز شده است. فيوزها بايد بر اساس توصیه‌های سازندگان كليدهاي خودكار به كار برده شوند.

اين روش مصالحهاي اقتصادي از محدود ساختن جريان اتصال كوتاه و   عبوري بوده و درعین‌حال تا حدي انعطاف‌پذیري عملياتي را حفظ می‌کند. به هر صورت، می‌توان هماهنگي رامورد مصالحه قرارداد. راه‌حل ديگر عبارت است از استفاده از راكتورهاي محدودکننده جريآن‌که در آن هماهنگي وسيله اضافه جريان را می‌توان حفظ كرد، مشروط بر آن‌که نسبت هاي XR  بیش‌ازحد افزايش نيابند.

5- 3- 7 حفاظت با فيوزها

اولين مزيت كاربرد فيوزها در مقايسه با كليدهاي خودكار، هزينه كمتر آن‌ها است. مزيت ديگر عبارت است از این‌که فيوزها می‌توانند جریان‌های اتصال كوتاه بالاتر را به‌طور ايمن متوقف و دچار وقفه كرده و زمان‌های رفع آن‌ها نسبت به‌کلیدها سریع‌تر است. يك عيب فيوزها، الزامات جايگزيني آن‌ها پس از رفع خرابي است.

كليدهاي خودكار داراي اين مزيت هستند كه عمليات آن‌ها، زماني كه بار داراي موتورهاي سه فاز است، سبب ايجاد شرايط تك فاز نمی‌شود. هنگامی‌که فيوزها به كار گرفته می‌شوند، جريان مجاز پيك و انرژي مجاز   بايستي با مشخصه هاي كليد انتقال موردحفاظت هماهنگ شود. اين مشخصه ها، بين سازندگان فيوز و انواع فيوزها تغيير كرده و بنابراين، براي هر فيوز مشخص موردنظر بايد با سازنده آن مشورت به عمل آيد. علاوه بر آن، امكان دارد نرخ يا مقدار اسمي سوچ هاي انتقال براي كار به‌صورت سري با فيوز خاصي كه با آن تحت آزمون قرارگرفته‌اند، تعیین‌شده باشد. اگر رده ديگري از فيوز با همان نرخ آمپر و نرخ وقفه جايگزين شود، ممكن است سويچ انتقال در شرايط خرابي به‌طور صحيح عمل نمايد مشروط بر آن‌که فيوز جايگزين مجاز به عبور جريان پيك و انرژي   بالاتر باشد. در هنگام مقايسه فيوز جريان محدود با كليد خودكار مجهز بهلغزش لحظه‌ای با زمان رفع ١٢ تا 1 سيكل، همان استدلال قابل استناد است. كليد خودكار در مقايسه بافيوز جريان محدود كه می‌تواند مرحله رفع را در كسري از زمان اجرا كند، اجازه عبور جريان پيك و انرژي   بالاتر را خواهد داد.

جدول 1-5 مثالي از داده‌های كاربردي لازم را براي انواع خاصي از سويچ هاي انتقال كه براي كار با فيوزها مناسب هستند نشان داده و در آن داده‌های آزمون و رده هاي فيوز مشخص می‌شوند. جدول 5-5 مثالي از داده‌های كاربردي را بر اساس مشخص كردن حدود جريان پيك و   مجاز انواع معيني از سويچ ها، نمايش می‌دهد. مجدداً بايد توجه كرد كه اين مشخصهها بين سازندگان مختلف تغيير می‌کند. در يك مورد، وسايل حفاظتي اضافه جريان معيني همراه داده‌های آزمون اتصال كوتاه داده‌شده و در مورد ديگري حدود حداكثر نرخ‌های سويچ ارائه گرديدهاند. كاربر می‌تواند قابليت هاي سويچ را با هر نوع فيوز مورداستفاده مقايسه كند.

شکل‌های و 5-6 7-5 سيستم نمونهاي را كه قبلا در شکل‌های و 5-4 5-5 موردبررسی قرار گرفت، با اين تفاوت كه فيوزهاي جريان محدود بجاي كليدهاي خودكار به‌کاررفتهاند، نشان می‌دهد. سويچ انتقال داراي نرخ جريان عبوري پيك مجاز حداكثر مشخصي می‌باشد. منحني هاي عبور پيك مبتني بر جريان خرابي در دسترس و زمان رفع فيوزها در گستره محدود ساختن جريان، قابل ابتياع از سازندگان فيوز می‌باشد.

5- 3- 8 حفاظت خطاي زمين

اگرچه حفاظت در برابر خطا و خرابي زمين براي تجهيزات در سیستم‌های اضطراري متناوب معمولاً مورد لزوم نيست، خطاي زمين در چنين سيستمهايي می‌تواند رخ‌داده و منجر به سوختن آن‌ها شود. به علت ماهيت اضطراري این‌گونه سیستم‌ها، آیین‌نامه‌ها قطع اتصال خودكار در صورت وقوع خطاي زمين را الزامي ندانسته اند.

به‌هرحال آشكارسازي و تشخيص چنين خرابي مطلوب خواهد بود. تأمین وسيله سيگنال ديداري و شنيداري كه شرايط خطاي زمين را نشان دهد امر مفيدي است. همچنين، دستورالعمل‌هایي بايد تدوين شود كه در صورت وقوع و تشخيص خطاي زمين، چه اقداماتي بايد صورت پذيرد. در مورد امكان خطاي زمين در طرف بار سويچ انتقال هنگامی‌که از هر منبعي انرژي دريافت می‌کند، ملاحظات اضافي بايد به عمل آيد. براي جزييات بيشتر به فصل 6 مراجعه كنيد.