مبانی برق
توان الكتريكي چيست ؟
اصولا توان به معني سرعت تبديل انرژي است. در دستگاههايي كه براي تبديل انرژي بكار مي روند هر چقدر اين سرعت بيشتر باشد قدرت دستگاه نيز بيشتر است. مثلا در ژنراتور توان بيشتر نشاندهنده توليد انرژي برقي بيشتر است. در مصرف كننده‌ها نيز همين موضوع صدق مي كند. لامپي كه توان بيشتري دارد نور زيادتري هم توليد مي كند.
توان را چگونه محاسبه كنيم ؟
سرعت تبديل انرژي از تقسيم مقدار آن بر زماني كه آن انرژي تبديل شده بدست مي‌آيد. (انرژي الكتريكي از حاصل ضرب ولتاژ در جريان در زمان بدست مي‌آيد). اگر ميزان انرژي را بر زمان تقسيم كنيم، مي‌ماند حاصل ضرب ولتاژ مدار در جريان آن كه اين همان رابطه توان است.(توان = ولتاژ × جريان). البته اين رابطه فقط براي مدارهاي dc صدق مي كند و در مدارات ac رابطه ديگري دارد كه بعدا به آن مي پردازيم.توان با واحد وات و در مقادير بالاتر با كيلو وات و مگاوات سنجيده مي شوند كه توسط واتمتر اندازه گيري مي‌شود.
ادارات برق چگونه بهاي برق مصرفي را محاسبه مي كنند؟
در همه انشعابات، كنتور ميزان انرژي تحويلي به مصرف كننده‌ها را اندازه مي‌گيرد و توسط شماره‌هايي نشان مي‌دهد. اين شماره‌ها بر حسب كيلو وات ساعت است. براي دانستن ميزان مصرف يك ماه: شماره ماه قبل را از شماره جديد كسر مي كنند همچنين هر مشترك موظف است در ماه مبلغي را بعنوان حق اشتراك كه ارتباطي به ميزان مصرف ندارد بپردازد. بعبارت ديگر شما هرچقدر برق مصرف كنيد يك مبلغ ثابت ماهيانه بنام حق آبونمان به آن اضافه مي‌شود.(با پول زور اشتباه نشه‌ها!) بهاي برق مصرفي هم از حاصل ضرب مصرف يكماه در بهاي هر كيلو وات ساعت بدست مي‌آيد كه در آخر به آن آبونمان و نيز ماليات صدا و سيما اضافه مي‌شود كه آخرين مورد هيچ نفعي براي اداره برق ندارد.
در همه انشعابات، كنتور ميزان انرژي تحويلي به مصرف كننده‌ها را اندازه مي‌گيرد و توسط شماره‌هايي نشان مي‌دهد. اين شماره‌ها بر حسب كيلو وات ساعت است. براي دانستن ميزان مصرف يك ماه: شماره ماه قبل را از شماره جديد كسر مي كنند همچنين هر مشترك موظف است در ماه مبلغي را بعنوان حق اشتراك كه ارتباطي به ميزان مصرف ندارد بپردازد. بعبارت ديگر شما هرچقدر برق مصرف كنيد يك مبلغ ثابت ماهيانه بنام حق آبونمان به آن اضافه مي‌شود.(با پول زور اشتباه نشه‌ها!) بهاي برق مصرفي هم از حاصل ضرب مصرف يكماه در بهاي هر كيلو وات ساعت بدست مي‌آيد كه در آخر به آن آبونمان و نيز ماليات صدا و سيما اضافه مي‌شود كه آخرين مورد هيچ نفعي براي اداره برق ندارد.
چرا نرخ برق بصورت تصاعدي حساب مي‌شود؟
اين امر به منظور تشويق مشتركين به مصرف كمتر مي باشد. زيرا مصرف كمتر سبب كاهش بار نيروگاهها و پستهاي توزيع مي‌شود و اين خود باعث كمتر روشن ماندن ژنراتورها و پايين آمدن هزينه مي‌شود. البته در كشورهاي پيشرفته بعلت فراواني نيروگاهها هزينه روشن كردن مجدد ژنراتور زيادتر از خاموش ماندن آن است و اين سبب تشويق مصرف كننده به افزايش مصرف است بعبارت ديگر نرخ تصاعدي در اين كشورها برعكس ايران است!
اين امر به منظور تشويق مشتركين به مصرف كمتر مي باشد. زيرا مصرف كمتر سبب كاهش بار نيروگاهها و پستهاي توزيع مي‌شود و اين خود باعث كمتر روشن ماندن ژنراتورها و پايين آمدن هزينه مي‌شود. البته در كشورهاي پيشرفته بعلت فراواني نيروگاهها هزينه روشن كردن مجدد ژنراتور زيادتر از خاموش ماندن آن است و اين سبب تشويق مصرف كننده به افزايش مصرف است بعبارت ديگر نرخ تصاعدي در اين كشورها برعكس ايران است!
منظور از زمان اوج مصرف چيست؟
در زمانها خاصي از شبانه روز بيشترين انرژي از شبكه برق كشيده مي‌شود كه معمولا ابتداي شب است زيرا در اين زمان بيشتر مصارف روشنايي در منازل و خصوصا مغازه‌ها وجود دارد. در اين مواقع ژنراتورها بيشترين بار را متحمل مي شوند و در نتيجه سوخت بيشتري نيز مصرف مي‌شود.
در زمانها خاصي از شبانه روز بيشترين انرژي از شبكه برق كشيده مي‌شود كه معمولا ابتداي شب است زيرا در اين زمان بيشتر مصارف روشنايي در منازل و خصوصا مغازه‌ها وجود دارد. در اين مواقع ژنراتورها بيشترين بار را متحمل مي شوند و در نتيجه سوخت بيشتري نيز مصرف مي‌شود.
خطرات ناشي از برق كدامند؟
خطراتي كه از برق ناشي مي شوند عموما به دو دسته خطرات آتش سوزي و خطرات برق گرفتگي تقسيم ميشوند. در صورتيكه در يك مدار الكتريكي اتصال كوتاه پيش آيد و برطرف نشود جريان مدار بشدت افزايش يافته و حرارت زيادي توليد مي‌كند. اين حرارت سبب آتش گرفتن عايق سيمها و گسترش آن به مواد آتش گير ديگر است. خطر ناشي از برق گرفتگي مستقيما شخص را تهديد مي كند.
خطراتي كه از برق ناشي مي شوند عموما به دو دسته خطرات آتش سوزي و خطرات برق گرفتگي تقسيم ميشوند. در صورتيكه در يك مدار الكتريكي اتصال كوتاه پيش آيد و برطرف نشود جريان مدار بشدت افزايش يافته و حرارت زيادي توليد مي‌كند. اين حرارت سبب آتش گرفتن عايق سيمها و گسترش آن به مواد آتش گير ديگر است. خطر ناشي از برق گرفتگي مستقيما شخص را تهديد مي كند.
جريان خطا چيست و چند نوع است؟
در صورتيكه در مدار الكتريكي جريان از مسير درست خود جاري نشود آنرا جريان خطا مي‌گويند. اين جريان ممكن است از طريق اتصال بدنه به زمين جاري شود يا از مدار اصلي بگذرد كه ميزان آن بيشتر از حد مشخص مدار است كه آنرا اتصال كوتاه يا اضافه بار گويند. در حالت اتصال كوتاه دو نقطه اي از مدار كه نسبت به هم داراي ولتاژ هستند بهم اتصال مي‌يابند (توسط يك مقاومت بسيار كوچك) و در حالت اضافه بار تعداد مصرف كننده‌ها بيشتر از مقدار مجاز آنها مي‌شود.
در صورتيكه در مدار الكتريكي جريان از مسير درست خود جاري نشود آنرا جريان خطا مي‌گويند. اين جريان ممكن است از طريق اتصال بدنه به زمين جاري شود يا از مدار اصلي بگذرد كه ميزان آن بيشتر از حد مشخص مدار است كه آنرا اتصال كوتاه يا اضافه بار گويند. در حالت اتصال كوتاه دو نقطه اي از مدار كه نسبت به هم داراي ولتاژ هستند بهم اتصال مي‌يابند (توسط يك مقاومت بسيار كوچك) و در حالت اضافه بار تعداد مصرف كننده‌ها بيشتر از مقدار مجاز آنها مي‌شود.
منظور از برق گرفتگي چيست؟
اگر جريان برق از بدن انسان يا حيوان بگذرد برق گرفتگي ايجاد مي‌شود. ممكن است اندازه جريان عبوري از بدن محسوس نباشد كه در اين صورت برق گرفتگي قابل تشخيص نيست. اما در صورتيكه ميزان جريان عبوري زياد شود ابتدا شوك به بدن وارد مي‌شود و در صورت زيادتر شدن جريان سبب قطع ضربان قلب، ايست تنفس و در نهايت مرگ مغزي مي‌شود.
اندازه جريان و ولتاژ مجاز چقدر است؟
براي جريان متناوب 15 ميلي آمپر و براي جريان مستقيم 60 ميلي آمپر. (ولتاژ متناوب 65 ولت و ولتاژ مستقيم 45 ولت است.)
اگر جريان برق از بدن انسان يا حيوان بگذرد برق گرفتگي ايجاد مي‌شود. ممكن است اندازه جريان عبوري از بدن محسوس نباشد كه در اين صورت برق گرفتگي قابل تشخيص نيست. اما در صورتيكه ميزان جريان عبوري زياد شود ابتدا شوك به بدن وارد مي‌شود و در صورت زيادتر شدن جريان سبب قطع ضربان قلب، ايست تنفس و در نهايت مرگ مغزي مي‌شود.
اندازه جريان و ولتاژ مجاز چقدر است؟
براي جريان متناوب 15 ميلي آمپر و براي جريان مستقيم 60 ميلي آمپر. (ولتاژ متناوب 65 ولت و ولتاژ مستقيم 45 ولت است.)
منظور از افت ولتاژ چيست؟
مي دانيم كه هرگاه در يك مدار از مقاومت جريان بگذرد در دو سر آن ولتاژي ايجاد مي‌شود كه مطابق قانون اهم از حاصل ضرب ميزان جريان عبوري از مقاومت در مقدار مقاومت بدست مي‌آيد. در شبكه‌ها علاوه بر مصرف كننده‌ها كه به نوعي مقاومت بحساب مي‌آيند مقاومتهاي ناخواسته ديگري هم وجود دارند كه سبب كاهش ولتاژ دو سر بار مي شوند. مهمترين اين مقاومتها همان مقاومتهاي سيمهاي حامل جريان است. مقاومت سيمها، با سطح مقطع آنها نسبت معكوس و با طول آنها نسبت مستقيم دارد. به عبارت ديگر با افزايش طول يا كاهش سطح مقطع يا هردو، ميزان مقاومت سيمها زياد مي‌شود كه همين موضوع افت ولتاژ را زياد مي كند.
براي كاهش ميزان افت ولتاژ يك سيستم بايد تا حد امكان مقاطع سيمها را زياد انتخاب كرد. البته براي اينكار مي بايد ابتدا ميزان جريان عبوري از سيستم يا همان توان مصرفي را داشت. سپس با در نظر گرفتن طول مسير سيم كشي و نيز درصد مجاز افت ولتاژ، سطح مقطع مناسب را محاسبه و انتخاب كرد كه براي اينكار از رابطه زير استفاده مي‌شود:S=2*L*I/X*DV*Vدر رابطه فوق عناصر عبارتند از:
L: طول مسير سيم كشي
I: اندازه جريان مصرفي
X: اندازه هدايت مخصوص سيم كه براي مس 56 و براي آلومينيوم 35 است
DV: اندازه در صد مجاز افت ولتاژ مي باشد كه براي مصارف روشنايي 5/1 درصد، برا ي موتورها 3 درصد و براي پستها 5/0 درصد در نظر گرفته مي‌شود.
V: هم ولتاژ شبكه
براحتي به كمك اين رابطه نمره سيم قابل محاسبه است.
البته براي سادگي كار امروزه بيشتر از جداول انتخاب سيم استفاده مي‌شود كه بايد به يك نكته توجه داشت و آن اين كه اگر سيمي را از اين جداول انتخاب كرديد حتما با توجه به فاصله مسير سيم كشي درصد افت ولتاژ آن را حساب كنيد و پس از مقايسه با مقدار مجاز مشخص كنيد كه انتخابتان صحيح بوده يا خير.
مي دانيم كه هرگاه در يك مدار از مقاومت جريان بگذرد در دو سر آن ولتاژي ايجاد مي‌شود كه مطابق قانون اهم از حاصل ضرب ميزان جريان عبوري از مقاومت در مقدار مقاومت بدست مي‌آيد. در شبكه‌ها علاوه بر مصرف كننده‌ها كه به نوعي مقاومت بحساب مي‌آيند مقاومتهاي ناخواسته ديگري هم وجود دارند كه سبب كاهش ولتاژ دو سر بار مي شوند. مهمترين اين مقاومتها همان مقاومتهاي سيمهاي حامل جريان است. مقاومت سيمها، با سطح مقطع آنها نسبت معكوس و با طول آنها نسبت مستقيم دارد. به عبارت ديگر با افزايش طول يا كاهش سطح مقطع يا هردو، ميزان مقاومت سيمها زياد مي‌شود كه همين موضوع افت ولتاژ را زياد مي كند.
براي كاهش ميزان افت ولتاژ يك سيستم بايد تا حد امكان مقاطع سيمها را زياد انتخاب كرد. البته براي اينكار مي بايد ابتدا ميزان جريان عبوري از سيستم يا همان توان مصرفي را داشت. سپس با در نظر گرفتن طول مسير سيم كشي و نيز درصد مجاز افت ولتاژ، سطح مقطع مناسب را محاسبه و انتخاب كرد كه براي اينكار از رابطه زير استفاده مي‌شود:S=2*L*I/X*DV*Vدر رابطه فوق عناصر عبارتند از:
L: طول مسير سيم كشي
I: اندازه جريان مصرفي
X: اندازه هدايت مخصوص سيم كه براي مس 56 و براي آلومينيوم 35 است
DV: اندازه در صد مجاز افت ولتاژ مي باشد كه براي مصارف روشنايي 5/1 درصد، برا ي موتورها 3 درصد و براي پستها 5/0 درصد در نظر گرفته مي‌شود.
V: هم ولتاژ شبكه
براحتي به كمك اين رابطه نمره سيم قابل محاسبه است.
البته براي سادگي كار امروزه بيشتر از جداول انتخاب سيم استفاده مي‌شود كه بايد به يك نكته توجه داشت و آن اين كه اگر سيمي را از اين جداول انتخاب كرديد حتما با توجه به فاصله مسير سيم كشي درصد افت ولتاژ آن را حساب كنيد و پس از مقايسه با مقدار مجاز مشخص كنيد كه انتخابتان صحيح بوده يا خير.
با سپاس و قدردانی فراوان مطلب مفید و ارزنده ای بود موفق و پیروز باشید