طراحی و راه اندازی سیستم های الکتریکی در کارخانه ها و کارگاه ها، تنها به دانستن میزان ولتاژ و جریان ختم نمی شود. یکی از بزرگ ترین چالش هایی که مهندسان طراح با آن رو به رو هستند، شرایط فیزیکی محل نصب است. راهنمای محاسبه و انتخاب تجهیزات برق صنعتی در شرایط محیطی سخت (دما، رطوبت و گرد و غبار) به ما نشان می دهد که چگونه عواملی که در ظاهر بی اهمیت به نظر می رسند، می توانند باعث خرابی های فاجعه بار، توقف خطوط تولید و حتی آتش سوزی شوند.

وقتی یک قطعه الکتریکی در آزمایشگاه تست می شود، در شرایط ایده آل قرار دارد. اما در دنیای واقعی، تابلوهای برق در کنار کوره های ذوب، در مناطق ساحلی و شرجی، یا در دل معادن پر از خاک نصب می شوند. در این مقاله به صورت مفصل و جامع بررسی می کنیم که چگونه باید محاسبات خود را با این شرایط تطبیق دهیم و تجهیزاتی را انتخاب کنیم که سال ها بدون مشکل کار کنند.

بخش اول: تاثیر دما بر محاسبات و انتخاب تجهیزات الکتریکی

دما شاید مهم ترین عامل محیطی باشد که به صورت مستقیم بر عملکرد، عمر مفید و ایمنی تجهیزات برق صنعتی تاثیر می گذارد. تمامی قطعات الکتریکی در هنگام عبور جریان از خود حرارت تولید می کنند. اگر دمای محیط نیز بالا باشد، این حرارت به درستی دفع نمی شود و قطعه دچار سوختگی یا افت عملکرد می گردد.

مفهوم ضریب کاهش یا دریتینگ (Derating)
یکی از اصول اساسی در محاسبه و انتخاب تجهیزات برق صنعتی در شرایط محیطی سخت، استفاده از ضریب کاهش یا دریتینگ است. شرکت های سازنده، تجهیزات خود را برای کار در یک دمای مرجع (معمولا 35 تا 40 درجه سانتی گراد) طراحی می کنند. اگر دمای محیط نصب بیشتر از این مقدار باشد، شما دیگر نمی توانید از تمام ظرفیت اسمی آن قطعه استفاده کنید.

به عنوان مثال، فرض کنید یک کلید اتوماتیک 100 آمپری خریداری کرده اید. اگر این کلید در محیطی با دمای 55 درجه سانتی گراد نصب شود، بر اساس جداول دریتینگ سازنده، ممکن است ظرفیت آن به 80 آمپر کاهش یابد. اگر شما در محاسبات خود همان 100 آمپر را در نظر بگیرید، کلید در جریان های پایین تر از حد انتظار قطع می کند و باعث اختلال در خط تولید می شود.

محاسبات کابل ها در دمای بالا
کابل های برق نیز به شدت تحت تاثیر دما هستند. مقاومت الکتریکی مس و آلومینیوم با افزایش دما بیشتر می شود. این یعنی در دمای بالا، کابل ها داغ تر می شوند و افت ولتاژ بیشتری ایجاد می کنند. برای انتخاب کابل در محیط های گرم، باید از ضرایب تصحیح دمایی استفاده کنید. اگر کابلی در حالت عادی توان تحمل 50 آمپر را دارد، در دمای 50 درجه سانتی گراد شاید تنها بتواند 35 آمپر را بدون آسیب دیدن روکش عایق خود از خود عبور دهد. بنابراین در محیط های گرم، همیشه باید سطح مقطع کابل را یک یا چند پله بالاتر از محاسبات تئوری انتخاب کنید.

بخش دوم: رطوبت و خطرات پنهان آن در سیستم های قدرت

رطوبت یکی دیگر از عوامل مخرب در صنایع است. تاسیسات آب و فاضلاب، صنایع غذایی و کارخانه های مستقر در مناطق ساحلی، همواره با چالش رطوبت بالا دست و پنجه نرم می کنند. آب به خودی خود رسانا است و وجود آن در کنار برق صنعتی می تواند کشنده باشد.

پدیده میعان و شبنم زدن درون تابلو برق
خطرناک ترین حالت رطوبت زمانی است که به صورت قطرات آب روی قطعات الکتریکی می نشیند. این اتفاق که به آن میعان می گویند، زمانی رخ می دهد که دمای داخل تابلو برق به زیر نقطه شبنم برسد. مثلا در طول شب که هوا سرد می شود، رطوبت موجود در هوای داخل تابلو به شکل قطرات آب روی کنتاکتور ها، کلید ها و شینه های مسی می نشیند. صبح روز بعد، با وصل شدن جریان برق، این قطرات آب باعث ایجاد اتصال کوتاه و انفجار می شوند.

راهکار و محاسبات مقابله با رطوبت
برای انتخاب تجهیزات برق صنعتی در محیط های مرطوب، اولین قدم انتخاب بدنه ای با درجه بندی عایق مناسب است. اما مهم ترین اقدام، استفاده از هیتر های ضد شبنم یا هیتر های فضای داخلی (Space Heaters) است.

محاسبه توان این هیتر ها بسیار مهم است. اگر هیتر بیش از حد کوچک باشد، نمی تواند مانع از تشکیل شبنم شود و اگر بیش از حد بزرگ باشد، باعث آسیب حرارتی به قطعات نزدیک خود می شود. برای محاسبه توان هیتر، باید مساحت بدنه تابلو، اختلاف دمای حداقل محیط با دمای مطلوب داخل تابلو، و ضریب انتقال حرارت جنس بدنه را در نظر بگیرید. همچنین استفاده از ترموستات ها و هیدروستات ها (سنسور های رطوبت) برای روشن و خاموش کردن خودکار این هیتر ها کاملا ضروری است.

بخش سوم: گرد و غبار، قاتل خاموش قطعات صنعتی

در صنایعی مانند کارخانه های سیمان، فولاد سازی، معادن و صنایع چوب، گرد و غبار یکی از چالش های اصلی است. ذرات معلق در هوا می توانند از کوچک ترین منافذ وارد محفظه های الکتریکی شوند و فاجعه به بار بیاورند.

گرد و غبار به دو روش تجهیزات برق صنعتی را نابود می کند:
اول اینکه این ذرات مانند یک پتو روی قطعاتی مثل ترانسفورماتور ها، درایو ها (اینورتر ها) و کنتاکتور ها می نشینند. این لایه خاک، به عنوان یک عایق حرارتی عمل می کند و جلوی خروج گرمای قطعه را می گیرد. در نتیجه، قطعه بر اثر گرمای بیش از حد داخلی می سوزد.
دوم اینکه برخی از گرد و غبار ها (مانند غبار زغال سنگ یا براده های فلزی در صنایع ماشین سازی) رسانای جریان الکتریسیته هستند. نفوذ این ذرات به داخل مدار های الکترونیکی باعث ایجاد مسیر های نشتی جریان و اتصال کوتاه های ناگهانی می شود.

محاسبه و انتخاب بر اساس درجه حفاظت (IP)
هنگام راهنمای محاسبه و انتخاب تجهیزات برق صنعتی در شرایط محیطی سخت، درک درست از کد آی پی (IP) حیاتی است. این کد معمولا از دو عدد تشکیل شده است. عدد اول (از 0 تا 6) نشان دهنده میزان مقاومت در برابر اجسام جامد و گرد و غبار، و عدد دوم (از 0 تا 8) نشان دهنده مقاومت در برابر مایعات و آب است.

در محیط های پر از گرد و غبار، شما باید تجهیزاتی با درجه حفاظت حداقل IP54 انتخاب کنید. اگر گرد و غبار محیط از نوع رسانا باشد (مثل معادن زغال سنگ)، استفاده از تجهیزات با درجه حفاظت IP65 یا IP66 کاملا الزامی است. عدد 6 در رقم اول به این معنی است که قطعه به طور کامل در برابر نفوذ هرگونه گرد و غبار عایق بندی شده است و هیچ ذره ای نمی تواند وارد آن شود.

بخش چهارم: ترکیب شرایط محیطی و چالش های پیچیده تر

بدترین حالت در طراحی سیستم های برق صنعتی زمانی است که این سه عامل یعنی دما، رطوبت و گرد و غبار با هم ترکیب شوند. فرض کنید در یک کارخانه نیشکر در یک منطقه گرم و شرجی کار می کنید. در این حالت، گرد و غبار ناشی از فرآیند تولید با رطوبت بالای هوا ترکیب می شود و لایه ای از گل چسبناک و گاهی اسیدی روی قطعات تشکیل می دهد.

در این شرایط خاص، محاسبات تهویه تابلو برق بسیار پیچیده می شود. شما نمی توانید برای خنک کردن تابلو از فن های معمولی استفاده کنید، زیرا فن ها هوای کثیف و مرطوب بیرون را به داخل تابلو می کشند. در اینجا طراح باید از کولر های گازی مخصوص تابلو برق یا مبدل های حرارتی هوا به هوا استفاده کند. محاسبه توان برودتی این کولر ها نیازمند جمع آوری دقیق توان اتلافی تک تک قطعات داخل تابلو (مانند اینورتر ها، پی ال سی ها و منابع تغذیه) و ضرب آن ها در ضرایب اطمینان است تا کولری با توان مناسب (بر حسب بی تی یو یا وات) انتخاب شود.

نتیجه گیری

محاسبه و انتخاب تجهیزات برق صنعتی در شرایط محیطی سخت، یک هنر مهندسی است که تفاوت بین یک سیستم پایدار و یک سیستم پر خرج و دردسرساز را مشخص می کند. نادیده گرفتن فاکتور هایی مانند دما، رطوبت و گرد و غبار در هنگام طراحی، شاید در ابتدا باعث کاهش هزینه های خرید شود، اما در دراز مدت هزینه های تعمیرات، توقف خط تولید و تعویض قطعات سوخته، خسارات جبران ناپذیری به مجموعه وارد می کند.

همیشه پیش از خرید تجهیزات، محیط واقعی نصب را آنالیز کنید. از جداول دریتینگ سازندگان برای اصلاح مقادیر جریان استفاده کنید، درجه حفاظت مناسب برای جلوگیری از نفوذ خاک و آب را در نظر بگیرید و هرگز از سیستم های کنترل دما و رطوبت (مانند هیتر ها و کولر های تابلویی) غافل نشوید. با رعایت این اصول، سیستم برق صنعتی شما سال های طولانی با بالاترین راندمان ممکن به کار خود ادامه خواهد داد.