نحوه محاسبه برق خورشیدی(برق سولری)

مباحث محاسبه تعداد سولر پانل  و نحوه اتصال :

• تعیین مقادیر بار مصرفی برای سیستم خورشیدی
• محاسبه تعداد پنل
• تعیین تعداد باتری برای ذخیره انرژی
• تعیین مقدار شارژ کنترلر
• محاسبه اینورتر
• نحوه اتصالات اجزاء سامانه خورشیدی
• افت ولتاژ سیم
• سیستم متصل به شبکه ( On gride)

---

تعیین مقادیر بار مصرفی برای سیستم خورشیدی

در یک سامانه خورشیدی بسته به نحوه راه اندازی سیستم متصل به شبکه یا منفصل از شبکه نیاز به تعیین مقادیر المان های سامانه که شامل ماژول فتوولتایک، شارژ کنترلر، باتری و اینورتر است که بر اساس نیاز بار مصرف کننده مشخص میشود.

در مرحله اول مقدار توان مورد نیاز مصرف کننده بر اساس وات بر ساعت باید مشخص شود برای اینکار میزان مصرف هر وسیله و تعداد ساعات مطلوب استفاده از هر دستگاه را در طول روز باید مشخص کنیم و مقادیر بدست امده برای هر دستگاه را یا هم جمع میبندیم.  بدلیل وجود تلفات عدد بدست امده را در ۱٫۳ ضرب کنید تا میزان توان وات ساعتی که پنل در طی روز باید برق تولید کند ، مشخص شود.

مثال ۱_ میزان مصرف وسایل الکتریکی یک ویلا بصورت زیر است.

۱۰ لامپ فلورسنت ۱۵ وات بمدت ۴ ساعت                      p = 10 ×۱۵w × ۴h=600wh

یک تلویزیون و رسیور ۱۰۰ وات بمدت ۴ ساعت               p=1 × ۱۱۰w × ۴h=400wh

یک موتور اب ۳۰۰ وات به مدت ۴ ساعت                    p= 1 × ۳۰۰w × ۴h=1200wh

در نتیجه میزان مصرف در طی یک روز ۲۲۰۰ وات ساعت میباشد که با در نظر گرفتن ضریب تلفات                           ۲۲۰۰ × ۱٫۳= ۲۸۶۰ وات ساعت میرسد.

محاسبه تعداد پنل :

بدست اوردن تعداد پنل بسته به جنس و راندمان تولید پنل و شرایط اب و هوای منطقه است. به همین منظور مقدار توان ساعت مورد نیاز مصرف را بر ضریب تابش خورشبد در همان منطقه و ضریب اتلاف ۰٫۹ تقسیم می­کنیم تا وات پیک کلی که توسط پنل ها باید تولید شود را مشخص ­کنیم سپس جواب بدست امده را به عدد صحیح برزگتر گرد می­کنیم. عدد بدست امده حداقل تعداد پنلی است که باید مورد استفاده وافع گردد بدیهی است که تعداد پنل بیشتر برای بالا  بردن عمر مفید باتری و عملکرد سیستم مفید خواهد بود.

همانطور که در مورد پنل ها در فصل اول صحبت کردیم مقدار تابش خورشید در سطح زمین ۱۰۰۰ وات بر متر مربع است که از این میزان با توجه به راندمان خود پنل تقریبا ۲۰۰ وات بر متر مربع توان بدست می­اید در نتیجه برای لحاظ کردن اثر غبار و الودگی هوا در شهرها باید میزان خورشید دهی را ۳٫۵ تا ۵ ساعت در شهر محاسبه کرد.

نرم افزار  NASA RETscreen  برای اعلام مشخصات منطقه ای:

https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/RETScreen/

مثال_ برای بدست اوردن تعداد پنل در مثال ۱ از پنل JSPV با مشخصات زیر استفاده می­کنیم

P_m (nominal peak power) =270w

V_mp (maximum power voltage) = 31.23 v

I_mp (maximum power current) = 8.65 A

V_oc = 38.27 v

I_sh = 9.16 A

با فرض اینکه متوسط تابش در منطقه مشهد ۴ ساعت در طول روز است وات پیک کلی توان مشخص می­شود.

۲۸۶۰(wh)/(0.9×۴(h))=795 wp

با تقسیم عدد بدست امده بر توان نامی پنل تعداد پنل بدست می­اید.

۷۹۵swp/270wp = 2.8

یعنی به ۳ عدد پنل ۲۷۰ وات نیاز داریم.

تعیین تعداد باتری برای ذخیره انرژی

برای اینکه انرژی تولید شده توسط پنل را برای مصرف در روز ذخیره کنیم احتیاج به باتری در سییستم های off grid داریم. باتریهای مورد استفاده در سیستم off grid باید توانایی دشارژ شدن تا پایین ترین سطح ممکن و بسرعت شارژ شدن بالا را داشته یاشند. عموما از باتریهای سیلد لید اسید استفاده می­شود برای محاسبه تعداد باتری باید توان مورد نیاز مصرف کننده در یک روز را تقسیم بر ظرفیت باتری باتری (VAH) بکنیم. سپس عدد بدست امده را برای جبرانسازی تلفات و همچنین عمق دشارژ باتری (depth of de charge –DOD) ، به ترتیب ضرایب ۰٫۸ و ۰٫۶ تقسیم کنیم.

مفهوم عمق دشارژ که در اینجا ۰٫۶ است یعنی اینکه تنها ۶۰ درصد از میزان باتری تخلیه کامل شود و ۴۰ درصد ان همیشه باقی بماند. تعیین این ضرایب مستقیما مربوط به تعیین چرخه عمر باتری  (cycle life)است.

همینطور که در شکل مشخص است با درصد دشارژ کمتر میزان عمر باتری افزایش می­یابد طبیعی است که با در نظر گرفتن میزان دشارژ کمتر تعداد باتری ها افزایش می­یابد و بالعکس.

در نهایت عدد بدست امده را بر توان نامی باتری تقسیم کرده تا تعداد باتری مورد نیاز حساب شود  نکته اختیاری دیگر که در طراحی سیستم و بسته به حساسیت نیاز مصرف کننده باید در نظر گرفت تعداد روزهایی است که میزانن تایش خورشید در سطح زمین ضعیف است و در نتیجه بار مصرفی تمام انرژی مورد نیاز خود را از باتری تامین می­کند در نتیجه بهتر است عدد بدست امده را  در تعداد روزهایی که امکان تابش خورشید وجود ندارد را ضرب کنیم (بین ۲ تا ۳ روز).

مثال_ برای بدست اوردن حداقل تعداد باتری مثال ۱ فرض کنیم ولتاژ باتری ۱۲ ولت و ۱۰۰ امپر ساعت باشد. همچنین تعداد روزهای ابری را ۲ روز در هفته احتساب خواهیم کرد.

۲۸۶۰w /( 0.8× ۰٫۶× ۱۲v ×۱۰۰Ah)=4.69

معادل ۵ باتری برای سیستم نیاز است و با احتساب ۲ روز خاموشی در هفته ۱۰ عدد باتری نیاز است.

چرخه عمر باتری و سطح دشارژ

تعیین مقدار شارژ کنترلر

از انجا که ولتاژ مستقیم خروجی پنل برای شارژ باتری مناسب نیست از کنترل شارژر استفاده می شود. نام گذاری شارژ کنترلرها بر اساس جریان ورودی انها صورت میگیرد .برای تعیین اندازه جریان شارژ کنترل ها باید به نحوه اتصال پنلها توجه داشت و همچنین در نظر گرفتن این نکته که خروجی جریان پنل نباید بیشتر از ورودی جریان شارژ کنترلر شود بدین منظور با ضرب ضریب ۱٫۲۵ در حداکثر جریان خروجی پنل جریان شارژ کنترلر را محاسبه می­کتیم.

I_cc = 1.25 × I_mp

در مثال ۱ جریان لازم شارژ کنتزلر عبارتست از

I_CC = 1.25 × ۸٫۶۵ =۱۰,۸ A

همچنین در این مثال تعداد پنل را ۳ عدد بدست اوردیم. اگر پنل ها را بصورت سری بهم متصل کنیم از شارژ کنترلری در رنج ۱۰٫۸ امپر با ولتاژ ۳v_mp استفاده می­کنیم. و اگر پنل ها را بصورت موازی ببندیم باید از شارژ کنترلی با ظرفیت v_mp و ۳I_cc استفاده می­شود.

محاسبه اینورتر

برای بدست اوردن نوع اینورتر مورد نیاز باید به موارد زیر توجه داشت. از انجا که حداکثر بار مصرفی با برق متناوب کار می­کند لازم است که برق DC تولید شده پنل یا باتری توسط اینورتر به برق متناوب تبدیل شود .  برخی دستگاهها ( از قبیل یخچالها، کمپرسورها، موتورهای القایی ، موتورهای سیم پیچی شده و کویل دار، بالا بر ها، همزن ها و دستگاههای جوش و …) بشدت به موج سینوسی حساس هستند در نتیجه لازم است که از اینورترهای سینوسی خالص استفاده شود در غیر اینصورت می توان از اینورترهای شبه سینوسی برای روشنایی و بارهای غیر حساس به شکل موج  استفاده نمود.

در تعیین اندازه توان اینورترها باید به توان راه اندازی یا جریان Serge در موتورهای القایی در هنگام راه اندازی توجه داشت در این حالت موتور برای مدت زمان کوتاهی جریانی تا چند برابر مقدار نامی ان استفاده می­کند که موجب افت ولتاژ در سیستم می­شود در نتیجه توان اینورتر باید تا میزان ۳۰ تا ۴۰ درصد بیشتر از مجموع توان مصرفی مورد نیاز محاسبه شده باشد. در واقع بیشتر باید به توان پیوسته خروجی اینورتر توجه داشت

البته این موضوع به کیفیت اینورتر نیز بستگی دارد. در اینورترهای DARDA برای لحظه راه اندازی تا دو برابر توان نامی در مدت زمان مناسب طراحی شده است در نتیجه تنها کافیست توان نامی اینورتر ۱۵ درصد بیشتر از مجموع تولن بار مصرفی باشد.

با توجه به مثال ۱ که مجموع توان مصرفی ۲۸۶۰ وات بدست امد باید از اینورتر ۴ کیلوواتی یا ۳۰۰۰ وات DARDA استفاده کنید.

برای سیستم های متصل یه شبکه ورودی اینورتر باید با ارایه PV (پنل) برابر یاشد تا عملمرد سیستم ایمن و موثر باشد. نکته دیگر در محاسبه اندازه اینورتر در نظر گرفتن افت راندمان توان پیوسته دستگاه در صورت افزایش دما است که با توجه به دیتا شیت دستگاه تا ۲۰ درصد در دمای بالای ۵۰ درجه سانتیکراد افت پیدا خواهد کرد بنابراین متناسب یا شرایط کار چک می­کنیم تا توان پیوسته  را تامیین کند.

نحوه اتصال اجزاء سامانه خورشیدی

بعد از انجام محاسبات و بدست اوردن تعداد المان های مورد نیاز مصرف نوبت به اتصال اجزاء سامانه خورشیدی بشکل سری یا موازی به یکدیگر بر اساس ولتاژ طراحی سیستم می رسد که معمولا بصورت ۱۲/۲۴/۴۸v  در نظر گرفته میشود.

چناچه بخواهیم پنل ها  بصورت سری بسته شود تعداد رشته های سری بصورت زیر محاسبه می­شود فرض کنید درمثال_۱ مایل به انجام چنین کاری هستیم و سیستم را بصورت ۲۴ ولت طراحی می­کنیم

تعداد پنل سری = v_sys/v_mp

۲۴/۳۱٫۲۳ =~ ۱

تعداد پنل های مورد نیاز محاسبه شده در مثال بالا ۳ عدد می­باشد که اگر انها را بصورت یک ارایه ۱×۳ بسته می­شود یعنی ۳ رشته موازی داریم که در هر رشته یک پنل اتصال می­دهیم.

همچنین در صورت موازی بستن این پنل ها باید از شارژ کنترلری با این مشخصات استفاده کنیم

I_CC = 1.25*تعداد پنل* I_mp

۱٫۲۵*۳*۸٫۶۵=۳۲٫۵ A

در نتیجه باید از شارژ کنترلر ۴۰ امپری استفاده کنیم و اگر مایل به پایین اوردن مقدار جریان شارژ کنترلر باشیم می­توانیم سیستم را ۴۸ ولتی طراحی کنیم و یا از شارژ کنترلر PWM استفاده می­کنیم.

در صورت استفاده از شارژ کنترلر MPPT دیگر چیدملن پنل اهمیت ندارد تنها ورودی شارژ کنترلر نباید از بیشینه ولتاژ مجاز تعیین شده بیشتر شود ، معمولا در سیستم های جدا از شبکه ورودی شارژ کنترلر نباید از ۱۵۰/۲۰۰ ولت بیشتر باشد.

اولین مرحله در اتصال قسمت های مختلف سیستم به هم نحوه چیدمان مناسب باتری در اتصال به شارژ کنترلر است

شارژ کنترلر ها بصورت ۱۲/۲۴/۴۸ ولتی موجود هستند . برای مثال اگر از شارژ کنترل ۱۲ ولت و ۳۰ امپری استفاده کنیم بدلیل اینکه ولتاژ پنل ۳۱٫۲۳ ولت است از حداکثر توان ان استفاده نکرده ایم پس بهتر است از شارژ کنترلر ۴۸ ولتی استفاده کنیم. شارژ کنترل سیستم را بصورت باتریهایی که به ان وصل کرده ایم می­بیند.در صورت استفاده از شارژ کنترلر MPPT تنها ولتاژ باتریهای متصل شده به ان را در نظر می­گیریم.

قبل از وصل کردن فیوز پنل به شارژ کنترلر باید طوری انرا تنظیم کنیم که ولتاژ ورودی شارژ کنترلر مطابق با ولتاژ پنل ها باشد.

مثال_۲ تجهیزات داخل یک سایت و ساعات مصرف انها بصورت زیر است

• ۲ kw در طول شب و برق AC
• ۷۵۰ w بصورت دائم با برق ۴۸v DC
• ۲۰۰w برای BTS با برق ۲۴v DC

همچنین مشخصات پنل و باتری بصورت زیر است

• ۳۰۰w و I_mp = 8,69 و v_mp =34,5
• باتری ۱۲v / 200 A.H
• شارژ کنترلر از نوع MPPT 4500w / 150v DC

P₁= 12 * 1200w = 14400w.h

P₂= 24 *750w =18000 w.h

P₃= 24 *200w = 4800 w.h

P₁+p₂+p₃=37200 w.h

با توجه به اینکه در مصرف کننده ۴۸ v dc  داریم سیست را بصورت ۴۸ ولت مطلوب می­بندیم

N_TB = 37200 w.h /(0.8* 12v* 200A.H *0.7)= 25.8 تعداد باتری کل

یعنی ۲۶ عدد باتری پس باید در هر رشته ۴ باتری ۱۲ ولت را بهم سری کنیم. برای بدست اوردن تعداد رشته های موازی بصورت زیر عمل می­کنیم.

 v_sys/v_Battery=تعداد باتری در شاخه های سری

تعداد باتریهای سری/          N_TB  = تعداد شاخه های موازی

در نتیجه

تعداد باتریها در شاخه های سری   = ۴۸v/12v=4

تعداد شاخه های موازی = ۲۶/۴ = ۶٫۵

در نتیجه ارایش باتریها بصورت ۴×۷ است که تعداد باتریها به ۲۸ عدد تغییر می یابد.

محاسبه پنل

تعداد کل پنلها  N_TP = 37200 w.h / (0.9* 8.68A*34.5v* 4) = 34.4 =~35

تعداد پنل سری = v_sys/v_mp = 48/34.5 =~ 2

تعداد شاخه های موازی = N_TP /تعداد پنل های سری

محاسبه شارژ کنترلر

برای اتصال پنلها به شارژ کنترلر MPPT باید توان و ولتاژ ان سنجیده شود تا تعداد دقیق شارژ کنترلر محاسبه شود. شارژ کنترلر حداکثر ۱۵۰ ولت است پس مجموع پنل های سری متصل به ان نباید بیش از این مقدار شود در نتیجه حداکثر پنل سری مجاز برابر ولتاژ شارژ کنترلر تقسیم بر V_mp پنل می­شود.

 V شارژ کنترلر / v_mp = 150/34.5 =4.3

یعنی ۴ v_mp <150v است

حالات ممکن زیر را تحلیل می­کنیم:

• اتصال ۴ پنل سری در یک شاخه ۴ v_mp = 138v
• اتصال ۳ پنل سری در یک شاخه ۳vmp = 103.5 v
• اتصال ۲ پنل سری در یک شاخه ۲vmp = 69 v

تحلیل حالت اول:

تعداد شاخه های موازی = ۳۵/۴ = ۸٫۷۵

 یعنی ارایش پنلها بصورت ۴×۹ چیده می­شود که برابر با ۳۶ عدد پنل می­شود و توان هر شاخه p = 4*300w = 1200w است. با توجه به اینکه توان شارژ کنترلر ۴۵۰۰ w  است برای بدست اوردن تعداد شارژ کنترلر باید توان شارژ کنترلر را بر توان هر شاخه (string  ) تقسیم کنیم.

 ۴۵۰۰w/1200w = 3.75

یعنی هر سه شاخه داخل یک شارژ کنترلر قرار می­گیرد در نتیجه با وجود ۹ شاخه موازی به ۳ عدد شارژکنترلر نیازمندیم.

تحلیل حالت دوم:

اگر ۳ پنل بصورت سری بهم اتصال دهیم ولتاژ بصورت ۳vmp است

تعداد شاخه های موازی = ۳۵/۳ = ۱۱٫۶

یعنی ارایش پنلها بصورت ۳×۱۲ چیده می­شود که برابر با ۳۶ عدد پنل می­شود و توان هر شاخه p = 3*300w = 900w است.

۴۵۰۰w/900w= 5

در نتیجه هر ۵ شاخه داخل یک شارژ کنترلر می­شود و با وجود داشتن ۱۲ شاخه به ۳ عدد شارژ کنترلر نیاز است

تحلیل حالت سوم:

اگر ۲ پنل بصورت سری بهم اتصال دهیم ولتاژ بصورت ۲v_mp است

تعداد شاخه های موازی = ۳۵/۲ =~۱۸

در نتیجه ارایش پنلها بصورت ۲×۱۸ می­باشد که تعداد پنل ها به ۳۶ عدد اصلاح می­شود و توان هر شاخه p = 2*300=600w محاسبه میشود

۴۵۰۰w/ 600w =7.5

پس در هر ۷ شاخه داخل یک شارژ کنترلر می­شود و با وجود داشتن ۱۸ شاخه به ۳ شارژ کنترلر نیاز است

افت ولتاژ سیم

برای یافتن سطح مقطع مناسب سیم باید به جریان مصرفی توجه داشت. برای مثال اگر مصرف کننده ای با ۱۰A جریان داشته باشیم باید در شرایط ایده ال سیمی با سطح مقطع ۲٫۵ mm² استفاده شود. برای اطمینلن اینکه این مقدار مساحت مناسب است باید اثر افت ولتاژ طول سیم را نیز در نظر گرفت. بطور کلی درجه افت ولتاژ در فرمول زیر باید کمتر از ۳ باشد.

S در فرمول بالا سطح مساحت سیم و L  طول سیم مورد نظر می­باشد.

همچنین در سایت http://ghojavand.blogfa.com/post-140.aspx جداول محاسبه شده مناسبی جهت انتخاب بهتر سیم بر اساس جریان مورد نظر و سطح مقطع سیم و همچنین افت ولتاژ و مشخصات دمایی پیدا خواهید کرد.

سیستم متصل به شبکه ( On gride)

در طراحی سامانه های متصل به شبکه باید با توجه به توان نامی اعلام شده برای نیروگاه خورشیدی و همچنین تحلیل پارامترهای جغرافیای اقدام به طراحی استراکچر مورد تایید وزارت برق نمود. بطور کلی اجزا یک نیروکاه متصل به شبکه عبارتست از ۱_ استراکچر خورشیدی ۲_ اینورتر  on grid( قابلیت سنکرون شدن با برق شبکه از طریق دنبال کردن فرکانس خط با چند سیکل تاخیر)  ۳- پنل خورشیدی .

خصوصیت اصلی این اینورتر ها اینست که ولتاژ ورودی انها در رنج وسیع­تری موجود است از ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ ولت. برای مثال اگر یک نیروگاه ۱۰۰kw بخواهیم احداث کنیم با پنل های ۲۵۰w احتیاج به ۱۰۰۰۰۰/۲۵۰=۴۰۰ عدد پنل  داریم. اگر پنل ها را با توجه به حداکثر ولتاژ ورودی اینورتر در نظر بگیریم می­توان پنل ها در دو مجوعه ۱۵۰ تایی و یک مجموعه ۱۰۰ تایی به اینورتر متصل نمود تنها در شکل زیر ولتاژهای پورت A باید با هم برابر باشند.

محاسبه سطح مقطع کابل

هر کابل می تواند بار مشخصی را تغذیه کند در غیر این صورت باعث آسیب جدی به عایق کابل می شود.

بنابراین طراحی و سایزینگ کابل در هر پروژه ای از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

در این مقاله قصد داریم نحوه سایزینگ کابل و بدست آوردن افت ولتاژ در آن را آموزش دهیم.

1# آموزش سایزینگ کابل

در ابتدا بررسی کنیم چرا سایزینگ کابل قبل از شروع سیم کشی باید انجام شود؟

1. کابل بدون آسیب دیدگی به طور مداوم زیر بار کار کند.
2. ولتاژ مناسب بار را تامین کند و افت ولتاژ زیادی نداشته باشد.
3. در برابر بروز خطای احتمالی (اتصال کوتاه) مقاوم باشد.

2# موارد تعیین کننده سایزینگ کابل

در اینگونه مسائل کارفرما از شما می خواهد کابلی را سایز کنید که افت ولتاژ آن در طول یک مسیر مشخص از 5 ولت (این عدد قابل تغییر است) بیشتر نباشد.

برای محاسبه سطح مقطع یک کابل با روش افت ولتاژ قدم های زیر را در نظر می گیریم.

1- محاسبه جریان بار

2- محاسبه افت ولتاژ در کابل

3- انتخاب سطح مقطع کابل بر اساس جدول مشخصه

3# محاسبه جریان بار

برای تعیین سایزینگ کابل در گام اول باید جریان بار را محاسبه کنیم. برای این کار در دو حالت بار سه فاز و بار تک فاز از فرمول های زیر استفاده می کنیم.

در صورت اینکه بار سه فاز باشد:

در صورت اینکه بار تک فاز باشد:

برای مثال: محاسبه حداقل سطح مقطع کابل سه هسته ای یک بار 3 فاز 50 کیلو وات به ولتاژ 400 ولت و ضریب توان 0.9 که طول آن 140 متر بوده و حداکثر افت ولتاژ آن 2 درصد باشد.

گام اول: محاسبه جریان بار

4# محاسبه افت ولتاژ کابل

در گام دوم باید افت پتانسیل کابل با متراژ مشخص را با استفاده از فرمول زیر محاسبه کنیم.

برای مثال بالا گام دوم را محاسبه میکنیم.

گام دوم: محاسبه افت ولتاژ کابل

دقت شود طول کابل باید به صورت کیلومتر در فرمول بالا قرار داده شود.

پس از مشخص شدن افت پتانسیل در کابل، گام بعدی برای سایزینگ کابل استفاده از جدول مشخصه برای تعیین سطح مقطع کابل است.

5# جدول سایزینگ کابل

براساس جدول ابتدا باید مشخص کنیم که کابل ما چند هسته ای است. برخی کابل ها دو هسته ای، سه هسته ای و یا تک هسته ای اند.

بعد از مشخص شدن تعداد هسته های کابل، کافی است با توجه به گام سوم از جدول زیر سطح مقطع کابل را انتخاب کنیم.

گام سوم: انتخاب کابل از روی جدول مشخصه

با توجه به افت ولتاژ 0.71 ما باید کابل با سطح مقطعی را انتخاب کنیم که افت ولتاژ آن کمتر از 0.71 باشد.

بنابراین کابل با سطح مقطع 70 میلیمتر مربع برای این بار کافی است.

این را هم ببینید

باسداکت چیست؟

6# چند توصیه درباره سایزینگ کابل

1-6# ضریب دمایی سایزینگ کابل

اگر دمای محیط نصب کابل از مقدار مجاز 25 درجه بیشتر باشد باید ضریب تصحیح دمای محیط در نظر گرفته شود.

با توجه به نوع عایق و دمای محل نصب این ضریب از جدول زیر برداشت می شود.

این ضریب در جریان بار تاثیر گذار بوده و در آن ضرب می شود.

2-6# ضریب همجواری سایزینگ کابل

ضریبی است که نشان می دهد چند دسته کابل در کنار هم قرار گرفته و فاصله ی آنها چقدر است.

هر چقدر فاصله بین کابل ها بیشتر باشد خنک کاری سریع تر و بهتر انجام می شود.

مثلا در جدول زیر ضریب 0.65 برای حالتی که 4 دسته کابل بر روی سینی نصب شده اند، باید در نظر گرفته شود.

دو ضریب بالا در صورت این که در محاسبات وجود داشته باشند به صورت زیر در جریان بار تاثیر گذارند.

7# انتخاب کابل برای موتور

در جدول زیر با داشتن جریان نامی موتور و توان نامی آن به راحتی می توان کابل مناسبی برای موتور انتخاب کرد.

جریان و توان نامی برای هر موتور بر روی پلاک مشخصات درج شده است.

محاسبه جریان اتصال کوتاه

محاسبه جریان اتصال کوتاه

جریان اتصال کوتاه را می توان با استفاده از ” روش توان اتصال کوتاه” تعیین کرد

این روش امکان تعیین جریان اتصال کوتاه تقریبی مدار را در یک نقطه به روشی ساده فراهم می آورد

مقدار حاصل به طور کلی قابل قبول است.با این حال ، این روش محافظه کارانه نیست و نتایج آن  اگر مقادیر ضریب توان تجهیزات در نظر گرفته شده نزدیک تر باشد، دقیق تر است

(شبکه ، ژنراتورها ، ترانسفورماتورها ، موتورها و غیره).

“روش توان اتصال کوتاه” جریان اتصال کوتاه I_k را بر اساس فرمول پایه ای محاسبه می کند:

اتصال کوتاه سه فاز

اتصال کوتاه دو فاز

جایی که:

• S_k توان ظاهری اتصال کوتاه است که در نقطه خطا دیده می شود.

• U_r ولتاژ نامی است.

برای تعیین توان ظاهری اتصال کوتاه S_k ، باید تمام عناصر شبکه در نظر گرفته شوند که ممکن است:

• عناصری که به جریان اتصال کوتاه کمک می کنند: شبکه ، ژنراتور ، موتور؛

• عناصری که مقدار جریان اتصال کوتاه را محدود می کنند: هادی ها و ترانسفورماتور.

روش محاسبه جریان اتصال کوتاه شامل مراحل زیر است:

1. محاسبه توان اتصال کوتاه برای عناصر مختلف نصب و راه اندازی؛

2. محاسبه توان اتصال کوتاه در نقطه خطا؛

3. محاسبه جریان اتصال کوتاه.

 محاسبه توان اتصال کوتاه برای عناصر مختلف تاسیسات الکتریکی

توان ظاهری اتصال کوتاه S_k برای کلیه اجزای شبکه تعیین می شود که:

شبکه

شبکه برقی که در نظر گرفته می شود شامل همه چیز در بالادست منبع تغذیه می شود.

به طور کلی ، منبع توزیع انرژی مقدار توان ظاهری اتصال کوتاه S_knet)) را در نقطه منبع تغذیه تامین می کند. اما اگر مقدار جریان اتصال کوتاه I_knet شناخته شده باشد ، می توان مقدار توان را با استفاده از فرمول سیستم های سه فاز بدست آورد:

جایی که U_r ولتاژ نامی در نقطه منبع تغذیه برق است.

اگر داده های فوق الذکر در دسترس نباشد ، مقادیر S_knet در جدول زیر می تواند به عنوان مقادیر مرجع در نظر گرفته شود:

ژنراتور

توان اتصال کوتاه از موارد زیر بدست می آید:

که در آن X*d% مقدار امپدانس درصد فوق گذرا Xd))  یا امپدانس گذرا (Xd’)  یا راکتانس سنکرون ((X_d

است که در آن مقدار توان اتصال کوتاه ارزیابی شود.

به طور کلی ، امپدانس درصدهای نامی ژنراتور (Z_d) توسط فرمول زیر داده می شود :

که در آن U_r و S_r ولتاژ و توان ژنراتور نامیده می شوند. مقادیر دیگر عبارتند از:

– X_{d ”}از 10٪ تا 20٪؛

– X_d’ از 15٪ تا 40٪؛

– X_d از 80٪ تا 300٪.

به طور معمول ، بدترین مورد در نظر گرفته می شود ، یعنی امپدانس فوق گذرا. در جدول زیر مقادیر تقریبی توان اتصال کوتاه ژنراتورها (X_d” = 12.5 %) آورده شده است:

موتورهای سه فاز آسنکرون

در شرایط اتصال کوتاه ، موتورهای الکتریکی برای مدت کوتاهی (5-6 سیکل) در خطا نقش دارند.

توان را می توان با توجه به جریان اتصال کوتاه موتور I_k))  محاسبه کرد ، با استفاده از عبارت زیر:

مقادیر معمول عبارتند از:

S_kmot = 5 ÷ 7 S_rmot

(I_k حدود5÷7 I_rmot: 5  برای موتورهای با اندازه کوچک و 7 برای موتورهای بزرگتر).

ترانسفورماتور ها

توان اتصال کوتاه ترانسفورماتور Sktrafo)) با استفاده از فرمول زیر قابل محاسبه است:

جدول زیر مقادیر تقریبی توان اتصال کوتاه ترانسفورماتورها را نشان می دهد :

کابل ها

تقریب خوب توان اتصال کوتاه کابلها به این شرح است:

جایی که امپدانس کابل Zc)) است:

جدول زیر مقادیر تقریبی توان اتصال کوتاه کابل ها را نشان می دهد در فرکانس50 و 60 هرتز با توجه به ولتاژ تغذیه (طول کابل = 10 متر):

با n کابل موازی ، لازم است مقدار داده شده در جدول را در n ضرب کنید.

اگر طول کابل Lact)) غیر از 10 متر باشد ، لازم است مقدار داده شده در جدول را در ضریب زیر ضرب کنید:

 

 محاسبه توان اتصال کوتاه در نقطه خطا

قانون تعیین توان اتصال کوتاه در یک نقطه ، با توجه به توان اتصال کوتاه عناصر مختلف مدار ، مانند  محاسبه معادل ادمیتانس آن است

به خصوص:

• توان عناصر سری برابر است با معکوس از مجموع معکوس های توانهای واحد (برای امپدانس های موازی).

• توان اتصال کوتاه عناصر موازی برابر است با مجموع توانهای اتصال کوتاه (برای امپدانس های سری).

عناصر مدار به صورت سری یا موازی در نظر گرفته می شوند و مدار را از نقطه خطا می شود.

در مورد شاخه های مختلف موازی ، جریان بین شاخه های مختلف پس از محاسبه جریان اتصال کوتاه در نقطه خطا محاسبه می شود. این کار باید انجام شود تا از انتخاب صحیح وسایل محافظ نصب شده اطمینان حاصل شود.

برای تعیین جریان اتصال کوتاه ، باید هم نقطه خطا و هم پیکربندی سیستم که جریان اتصال کوتاه دستگاه را به حداکثر می رساند ، در نظر گرفته شود. در صورت لزوم ، سهم موتورها در نظر گرفته می شود.

به عنوان مثال ، در موردی که در زیر شرح داده شده است ، برای قطع کننده مدار CB1 ، بدترین حالت وقتی رخ می دهد که خطا در سمت بالادست از خود قطع کننده است. برای تعیین ظرفیت قطع کلید ، باید دو ترانسفورماتور به طور موازی در نظر گرفته شود.

خطا در پایین دست CB1

خطا در بالا دست CB1

(بدترین شرایط برای CB1)

هنگامی که توان معادل اتصال کوتاه در نقطه خطا مشخص شد ،جریان اتصال کوتاه را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

اتصال کوتاه سه فاز

اتصال کوتاه دو فاز

به عنوان اولین تقریب ، با استفاده از نمودار زیر می توان جریان اتصال کوتاه سه فاز پایین دست را ارزیابی کرد

مطابق با این مقدار ، برای دانستن توان اتصال کوتاه بالا دست S_kUP)) مقدار I_k را می توان در محور y مطالعه کرد.

شکل 1: نمودار محاسبه جریان اتصال کوتاه سه فاز در 400 ولت

مثالها:

مثالهای زیر محاسبه جریان اتصال کوتاه را در برخی از انواع مختلف تاسیسات الکتریکی نشان می دهد.

  مثال 1

شبکه بالادست: U_r = 20000 V

S_knet = 500 MVA

ترانسفورماتور: S_r = 1600 kVA

u_k% = 6٪

U_1r / U_2r = 20000/400

موتور: P_r = 220 کیلو وات

I_kmot / _Ir = 6.6

 cosϕ_r = 0.9

η = 0.917

بار عمومی: I rL = 1443.4 A

cosϕ_r = 0.9

محاسبه توان اتصال کوتاه عناصر مختلف

شبکه: S_knet = 500 MVA

ترانسفورماتور:

موتور:

S_kmot = 6.6.S_{r mot} = 1.76 MVA برای سیکل های 5-6 (در 50 هرتز حدود 100 میلی ثانیه)

محاسبه جریان اتصال کوتاه برای انتخاب کلید

انتخاب CB1

برای قطع کننده مدار CB1 ، بدترین حالت هنگام بروز خطا در پایین دست خود کلید رخ می دهد

در مورد خطا در بالادست ،کلید تنها با جریان خطای موجود موتور درگیر است که به طرز چشمگیری

 کوچکتر از سهم شبکه است.

مدار ، که از نقطه خطا دیده می شود ، بصورت سری شبکه با ترانسفورماتور نمایش داده می شود.

 طبق قوانین قبلی ، توان اتصال کوتاه با استفاده از فرمول زیر تعیین می شود:

حداکثر جریان خطا:

مقدار جریان سمت LV ترانسفورماتور برابر 2309 A است. بنابراین کلید انتخاب شده Emax E3N 2500 است.

با استفاده از نمودار نشان داده شده در شکل 1 ، می توانید I_kCB1 را از منحنی با S_kup = Sknet = 500 MVA

مطابق با S_kEL = S_ktrafo = 26.7 MVA پیدا کنید:

 

انتخاب CB2

برای قطع کننده مدار CB2 ، بدترین حالت هنگام بروز خطا در پایین دست خود کلید ایجاد می شود.

مداری که از نقطه خطا دیده می شود ، بصورت سری شبکه با ترانسفورماتور نمایش داده می شود.

 جریان اتصال کوتاه همان است که برای CB1 استفاده می شود.

جریان نامی موتور برابر با 385 A است؛ کلید انتخاب شده Tmax T5H 400 است.

انتخاب CB3

برای CB3 نیز ، بدترین حالت هنگام بروز خطا در پایین دست خود کلید ایجاد می شود.

مداری که از نقطه خطا دیده می شود ، به طور موازی توسط دو شاخه نشان داده می شود:

موتور و سری شبکه و ترانسفورماتور. بر اساس قوانین قبلی ، توان اتصال کوتاه با استفاده از

 فرمول زیر تعیین می شود

موتور // (شبکه + ترانسفورماتور)

جریان نامی بار L برابر با 1443 A است ؛ کلید انتخاب شده Tmax T7S1600 یا Emax X1B1600 است.

مثال 2

مدار نشان داده شده در نمودار تشکیل شده از منبع تغذیه ، دو ترانسفورماتو موازی و سه بار تشکیل شده است.

 

شبکه بالادست: U_r1 = 20000 V

S_knet = 500 MVA

ترانسفورماتورهای 1 و 2: S_r = 1600 kVA

u_k% = 6٪

U_1r / U_2r = 20000/400

بارها

 L1:   S_r = 1500 kVA; cosϕ = 0.9; ؛ L2:   S_r = 1000 kVA; cosϕ = 0.9;

 L3:   S_r = 50 kVA;    cosϕ = 0.9.

 محاسبه توان اتصال کوتاه عناصر مختلف:

شبکه

ترانسفورماتورهای 1 و 2

انتخاب CB1 (CB2)

برای کلید CB1 (CB2) بدترین شرایط هنگام بروز خطا ، در پایین دست خود کلید ایجاد می شود

طبق قوانین قبلی ،

مدار دیده شده از نقطه خطا ، معادل موازی دو ترانسفورماتور سری با شبکه است

شبکه + Trafo 1 // Trafo 2))

جریان اتصال کوتاه بدست آمده از این روش با جریان اتصال کوتاه باسبار مطابقت دارد

این جریان با توجه به تقارن مدار ، بطور مساوی بین دوشاخه (نیمی از هرکدام) توزیع می شود

جریان موجود در CB1 (CB2) برابر با نیمی از مقدار آن در باسبار است.

کلید های CB1 (CB2)انتخاب شده، با اشاره به جریان نامی ترانسفورماتورها ، Emax E3N 2500 هستند.

انتخاب CB3-CB4-CB5

برای این کلیدها بدترین حالت زمانی رخ می دهد که خطا درست در پایین دست خود کلیدها رخ می دهد.

بنابراین ، جریان اتصال کوتاه که باید در نظر گرفته شود:

I_kCB3 = I_kbusbar = 69.56 kA

کلید های انتخاب شده با توجه به جریان بارها عبارتند از:

CB3: Emax E3S 2500

CB4: Emax E2S 1600

CB5: Tmax T2H 160

تعیین جریان اتصال کوتاه I_K پایین دست از یک کابل به عنوان تابعی از کابل بالادست

جدول زیر به روش محافظه کارانه ، جریان اتصال کوتاه سه فاز در یک نقطه از شبکه 400 ولت پایین دست

 از یک کابل مس تک کور با دمای 20 درجه سانتیگراد را تعیین می کند. مقادیر شناخته شده:

-جریان اتصال کوتاه سه فازبالادست کابل؛

– طول و مقطع کابل.

 

توجه داشته باشید:

• در مورد I_k بالادست و طول کابل که در جدول درج نشده است ، لازم است در نظر بگیرید:

– مقدار دقیقا بالای I_k بالادست؛

– مقدار دقیقا زیر برای طول کابل.

این تقریبها محاسباتی را برای ایمنی انجام می دهند.

• در مورد کابل های موازی که در جدول وجود ندارند ، طول باید به تعداد کابل های موازی تقسیم شود.

مثال

داده ها

مقدار نامی ولتاژ = 400 ولت

مقطع کابل = 120 mm²

هادی = مس

طول = 29 متر

 جریان اتصال کوتاه بالا دست = 32 kA

روش

 در ردیف مربوط به مقطع کابل 120 mm2 ، ستون مساوی با 29 متر را پیدا کنید.

 در ستون جریان اتصال کوتاه بالا دست ستون مربوط به مقدار 32 کیلوآمپر یا بالاتر را مشخص کنید .

 از تقاطع این ردیف آخر با ستونی که قبلاً مشخص شد ، مقدار پایین دست

جریان اتصال کوتاه را می توان برابر با 26 کیلو ولت خواند.

کانکریت سبک چیست؟

انواع کانکریت سبک

کانکریت سبک وزن به دو نوع تقسیم شده است:

1- Light Weight Insulating Concrete

2- Light Weight Fill Concrete

فواید کانکریت سبک وزن:

1- مقاومت بهتر در مقابل آتش سوزی

2- عایق بهتر در مقابل حرارت، سردی و آواز

3- باعث تقلیل سایز تهداب میشود

4- در اتکاه های ساختمان های فلزی باعث صرفه جوئی میشود.

2. نواقص کانکریت سبک وزن:

1- قیمت زیادتر (نظر به کانکریت عادی %50 مصرف اضافی دارد

2- ضرورت به توجه زیادتر در وقت قالب بندی و curing دارد

3- دارای تخلخل زیاد میباشد

4- دارای انقباض (shrinkage) زیادتر در دوران خشک شدن

3. جغل سبک وزن (Light Weight Aggregates):

نظر به مشخصات ACI جغل سبک وزن عبارت از جغل است که دارای S.G (Specific Gravity) پائین باشد

 انواع بعضی کانکریت های مخصوص:

1- Architectural Concrete

2- Under Water Concrete

3- Prestressed Concrete

4- Precast Concrete

5- High strength concrete

6- Lightweight Concrete

7- Shotcrete

نکات مربوط به پشت بندها در قالب بندی ساختمان های کانکریتی

نکات مربوط به پشت بندها در قالب بندی ساختمان های کانکریتی

فشار ناشی از وزن کانکریت تازه و سر بارها به زمان اجرای کانکریت ریزی بستگی دارد.

هر چه مقدار فشار کانکریت بیشتر باشد به پشت بند با ابعاد بزرگتر و فواصل نصب کمتری نیاز است.

تعداد و ابعاد پشت بندهای لازم برای یک صفحه قالب ، با توجه به ابعاد قالب و قوه های وارد بر آن ، تعیین می شود که در هر صورت عرض پشت بند هیچ گاه نباید از 5 سانتی متر کمتر باشد.

عرض مناسب پشت بند 7 تا 10 سانتی متر است و فاصله پشت بند ها از هم حداکثر 60 سانتی متر است.

پشت بند ها عمدتاً به دو دسته تقسیم می شوند :

پشت بند های افقی

پشت بند های قائم

پشت بند های افقی

این پشت بندها جهت جلوگیری از اعوجاج قالب ها و ایجاد مقاومت در محور طولی بسته می شوند که معمولاً از لوله دار بستی به قطر 5 سانتیمتر جهت این امر استفاده می شود.

انواع پروفیل و ناودانی نیز قابلیت اتصال به عنوان پشت بند افقی را دارند.

معمولاً این پشت بندها به فواصل 50 سانتیمتر از هم قرار می­ گیرند.

پشت بند های قائم

این پشت بند ها جهت ایجاد مقاومت در برابر فشار جانبی کانکریت و جلوگیری از اعوجاج قالب در مؤلفه قائم به کار می روند ، که معمولاً برای ارتفاع های کمتر از 2 متر از 2 شاخه لوله داربستی به قطر 5 سانتیمتر در کنار هم و برای ارتفاع های بالای 2 متر که فشار هیدرواستاتیک کانکریت بیشتر است از سولجر استفاده می شود.

سولجر عضو عمودی باربر با مومنت زیاد است.

سولجر های تولید شده ، از ورق 4 میلیمتر و به صورت دوبله با مقطع 15 سانتیمتر × 15 سانتیمتر به طول های 1 متر ، 1/5 متر ، 2 متر ، 2/5 متر و 3 متر می باشد.

پشت بند های عمودی در پشت سر پشت بند های افقی بسته می شوند.