در جهان صنعتی امروز، توانایی کار با انواع نقشه‌ها اهمیتی حیاتی دارد. نقشه‌های برق صنعتی، زبان مشترکی هستند که مهندسان و تکنسین‌ها با استفاده از آن به تبادل دانش و اطلاعات می‌پردازند. در این مقاله، به بررسی انواع نقشه‌های برق صنعتی و کاربردهای آن‌ها می‌پردازیم.
فراموش نشود که نقشه‌های موجود در رشته برق تنوع زیادی دارند. در این مقاله هدف ما تمرکز بر نقشه‌هایی است که در برق صنعتی و کنترل موتورها کاربرد دارند و نقشه‌های مورد استفاده در برق ساختمان و دیگر حوزه‌های برق (مانند توزیع انرژی و…) مقاله‌ای جداگانه می‌طلبد.
فرض کنید در یک محیط صنعتی مشغول به کار هستید و دستگاهی در خط تولید از کار افتاده، از شما به عنوان کارشناس خواسته می‌شود تا عیب را تشخیص و در صورت امکان برطرف کنید. شما به دنبال چه نقشه‌ای خواهید بود؟ اگر یک تابلوی جدید بخواهیم نصب کنیم چه؟ در این صورت باید چه نقشه‌ای را به کار ببریم؟ با سایت ماهر همراه باشید.
انواع نقشه‌های برق صنعتی
نقشه زبان صنعت است و همان‌گونه که هر زبان مجموعه‌ای از قراردادها، حروف، خطوط، اعداد و علائم است، نقشه برق صنعتی هم به عنوان زبان صنعت، زبانی مشترک میان طراحان، مهندسان و تکنسین‌های برق است و جهت انجام هر کاری در صنعت اعم از مونتاژ، نصب، تعمیر و عیب‌یابی، می‌توان از نقشه مناسب استفاده کرد که از جمله نقشه‌های برق صنعتی می‌توان موارد زیر را نام برد:
- نقشۀ مسیر جریان
- نقشۀ مونتاژ
- نقشۀ خارجی
- نقشۀ ترمینالی
- نقشۀ تک‌خطی
- نقشۀ جانمایی
- نقشۀ ترکیبی
در ادامه علاوه بر معرفی هر یک از انواع نقشه‌های برق صنعتی، مثالی از هر کدام برای یک مدار کاربردی و ساده را مشاهده و به‌طور کامل بررسی می‌کنیم.
۱. نقشه مسیر جریان (نقشه گسترده)
در این نوع نقشه برق صنعتی محل قرارگیری تجهیزات مهم نیست بلکه با نمایش کامل مسیر عبور جریان الکتریکی، نحوۀ عملکرد مدار به سادگی مشخص می‌شود.
شکل ۱ نقشۀ مسیر جریان یک مدار کنترل موتور میز پرس را نمایش می‌دهد.
در ستون اول این مدار (سمت چپ و پایین) سه فاز اصلی به همراه نول و هادی حفاظتی وارد تابلو می‌شوند و با عبور از یک کلید سه‌پل (Q1)، تغذیۀ مدار کنترل و مدار فرمان را تامین می‌کنند. در این نقشه تمام عناصر، پیچ‌ها و ترمینال‌های مورد استفاده نام‌گذاری شده و هر ستون به ترتیب از چپ به راست دارای شماره است.
هر تیغۀ استفاده شده از هر تجهیز علاوه بر نام تجهیز، شمارۀ ستون آن تجهیز را نیز به همراه دارد و زیر هر ستون تمام تیغه‌های استفاده شده از تجهیزات موجود در آن ستون لیست شده و ستون کاربرد هر کدام نیز ذکر شده است. در این نقشه تمام تجهیزات مدار به صورت کامل موجود است که برخی از آن‌ها مانند کنتاکتورها، تایمر و رلۀ بیمتال داخل تابلو برق هستند و برخی دیگر مانند موتور و شستی‌ها خارج از تابلو برق نصب می‌شوند.
دایره‌های موجود در ستون‌های 1 و 2 با شماره‌های از 1 تا 9 به همراه گره‌های 11 تا 13 در واقع شماره ترمینال‌های تابلو برق هستند که تجهیزات داخل و خارج را به هم مرتبط می‌کنند. واضح است که کنتاکتور اصلی تغذیه‌کنندۀ موتور کنتاکتور K1M است.
۲. نقشه مدار فرمان
در این نقشه برق صنعتی بخشی از مسیر جریان نمایش داده می‌شود که نحوۀ اتصال تجهیزات فرمان (مانند شستی‌ها، تایمرها، رله‌ها، لیمیت‌سوییچ‌ها و…) را نشان داده و از آن منطق کنترلی و چگونگی عملکرد سیستم استخراج می‌شود.
شکل ۲ نقشۀ مدار فرمان سیستم بالا را نمایش می‌دهد.
نقشه برق صنعتی مدار فرمان شکل ۲ نشان می‌دهد که برای فرمان (کنترل) موتور(ها) در مدار از بالا (بالا در نقشه و نه لزوماً در واقعیت) یک هادی فاز که در دسترس قرار گرفته است و در پایین هادی نول که بی‌واسطه به ترمینال‌های تجهیزات (از چپ به ترتیب کنتاکتور کمکی، تایمر و کنتاکتور اصلی) متصل است.
هادی فاز با عبور از یک فیوز تکفاز (فیوز حفاظت مدار فرمان) از تیغۀ بسته (Normally-closed) مربوط به رلۀ بیمتال عبور می‌کند؛ اما مستقیماً و بی‌واسطه به تغذیۀ کنتاکتور اصلی متصل نمی‌شود تا منطق مد نظر طراح اجرا شود.
دو عدد شستی استارت دوبل (با نام‌های I و II) وجود دارند (و در عمل در دستگاه با فاصلۀ زیاد نصب می‌شوند) تا اپراتور پرس مجبور شود هر دو دست خود را به کار گیرد تا شستی‌ها را همزمان فشار دهد (به علت اطمینان از اینکه دست اپراتور زیر پرس نباشد) و با این کار کنتاکتور کمکی K1 (که می‌توانست رله نیز باشد) فعال شده و تیغۀ 13-14 آن که در مسیر کنتاکتور اصلی است بسته شده و کنتاکتور اصلی فعال می‌شود.
نقش تایمر در اینجا پیش‌گیری از اختلاف زمانی زیاد در فشردن هر شستی است تا اطمینان بیشتری داشته باشیم که هر دو دست اپراتور روی شستی‌ها است (این مشکلی رایج بود که در صورت بسته شدن یکی از شستی‌ها آن شستی عملاً از مدار خارج شده و موتور با فشردن شستی دیگر فعال می‌شد و عملکرد ایمنی وجود یک جفت شستی از دست می‌رفت)
بنابراین با وجود تایمر اگر یکی از شستی‌ها خیلی زودتر فشرده شود به هر علتی مانند خرابی یا فشرده نگه داشتن عمدی توسط اپراتور (مثلاً با یک پیچ یا یک چوب کبریت! برای راحتی کار خود به قیمت کاهش ایمنی) در این صورت تایمر فعال شده و با بازکردن تیغۀ 15-16 خود از تغذیه و فعال شدن کنتاکتور کمکی جلوگیری می‌کند.
۳. نقشه مدار قدرت
نقشه مدار قدرت بخشی از نقشه‌های برق صنعتی است که امکان دنبال کردن مسیر جریان اصلی را فراهم می‌کند و بدون در نظر گرفتن منطق کنترل (فرمان) مدار، نحوۀ برق‌‌رسانی به مصرف‌کننده را نشان می‌دهد.
شکل ۳ نقشۀ مدار قدرت سیستم بالا است.
همان‌طور که در شکل ۳ مشاهده می‌کنید، سه فاز با مشخصات استاندارد برق ایران (فرکانس ۵۰ هرتز و ولتاژ ۴۰۰ ولت) از فیوز عبور کرده و وارد تیغه‌های کنتاکتور اصلی (K1M) می‌شوند. سپس وارد تیغه‌های رلۀ بیمتال شده و در آخر به موتور متصل می‌شوند.
۴. نقشه مونتاژ
نقشه مونتاژ که به آن «نقشه حقیقی» یا «نقشه چندخطی» نیز گفته می‌شود، نوعی نقشه برق صنعتی است که با در نظر گرفتن محل نسبی تجهیزات، نحوۀ اتصال آن‌ها و سیم‌کشی را با جزییات لازم نشان می‌دهد. این نقشه برای سیم‌کشی و اجرای اتصالات تابلو برق هنگام مونتاژ و همچنین برای عیب‌یابی و تعمیرات بسیار راهگشاست.
نقشۀ مونتاژ مربوط به مدار یاد شده در شکل ۴ آمده است.
کاربرد نقشه برق صنعتی شکل ۴ نمایش جزئیات نحوۀ سیم‌کشی تجهیزات داخل تابلو برق است و با نقشه‌های برق صنعتی دیگر از جمله نقشۀ مسیر جریان کاملاً مطابقت دارد و نشان می‌دهد که هر پیچ از تجهیزات داخل تابلو و پیچ‌های ترمینال به کجا وصل می‌شوند.
در پایین نقشه (و نه لزوماً پایین در واقعیت) ردیف ترمینال‌های تابلو قرار دارند که هر ترمینال با شماره‌ای مخصوص به ترتیب از چپ به راست شماره‌گذاری شده و ترمینال‌های 14 الی 18 به صورت رزرو برای تغییرات احتمالی بعدی در تابلو در نظر گرفته شده‌اند.
ترمینال‌های 1 تا 5 سه فاز و نول و هادی حفاظتی را وارد تابلو می‌کنند و ترمینال 5 به بدنۀ تابلو نیز متصل شده است. ترمینال‌های 6 تا 9 به موتور ارتباط دارند و ترمینال‌های 10 تا 13 به سمت شستی‌ها می‌روند.
مطابق آدرس‌های روی نقشه، برای نمونه، ترمینال A1 از کنتاکتور K1M به ترمینال 14 از کنتاکتور K1 متصل می‌شود و برعکس (یعنی روی ترمینال مقصد هم آدرس مبدا وجود دارد) و ترمینال 11 به دو ترمینال متصل است؛ ترمینال رلۀ بیمتال و ترمینال کنتاکتور کمکی.
۵. نقشه ترمینالی
نقشه ترمینالی به صورت کلی سیم‌ها یا کابل‌هایی که از محیط خارج تابلو برق به ترمینال‌ها متصل می‌شوند را نمایش می‌دهد. در نقشه برق صنعتی شکل ۵ سیم‌کشی ترمینال‌های مدار نمایش داده شده است.
نقشۀ شکل ۵ نشان می‌دهد که تغذیۀ این تابلو برق از شبکه به‌وسیله یک کابل پنج‌‌سیمه انجام شده است. این کابل دارای ۴ رشته با نمرۀ ۲.۵ و یک رشته با نمرۀ ۱.۵ است. همچنین، برای تغذیۀ موتور یک کابل چهارسیمه حاوی ۳ رشته با نمرۀ ۲.۵ و یک رشته با نمرۀ ۱.۵ استفاده می‌شود و برای شستی‌ها یک کابل چهارسیمه با نمرۀ ۱.۵ به کار می‌رود.
۶. نقشه خارجی
نقشه خارجی نوع دیگری نقشه برق صنعتی است که نشان می‌دهد سیم‌ها و کابل‌هایی که در خارج از تابلو برق وجود دارند به کجا وصل می‌شوند. این نقشه برای نصب اولیه و عیب‌یابی و تعمیرات بخشی از مدار که خارج از تابلو هستند، کاربرد دارد. در شکل ۶ نقشه خارجی مدار را می‌بینید.
مطابق نقشه برق صنعتی شکل ۶، از ترمینال‌های 6 تا 9 یک کابل چهارسیمه به موتور رفته و از ترمینال‌های 10 تا 13 نیز کابل چهارسیمه دیگری به سمت شستی‌ها رفته و در کنار هر گره عددی است که نشان می‌دهد آن گره به کدام ترمینال متصل است.
مثلاً آن سیم از کابل که به ترمینال شماره 10 متصل است باید به بدنۀ تجهیزات وصل شود و سیمی که به ترمینال 11 متصل است باید مطابق نقشه به شستی‌ها متصل شود و نحوۀ اتصال شستی‌ها به یکدیگر نیز تکرار شده است.
۷. نقشه تک‌خطی (نقشه فنی)
در نقشه برق صنعتی تک‌خطی مسیر کابل‌ها به صورت خط عمودی یا افقی ترسیم شده و تمام اطلاعات لازم و مد نظر طراح بدون اشاره به جزئیات (مانند نحوۀ اتصال و سیم‌کشی) ارائه می‌شود.
شکل ۷ نقشۀ تک‌خطی سیستم را نشان می‌دهد.
نقشه شکل ۷ یک نقشه برق صنعتی تک‌خطی است که نشان می‌دهد ۴ هادی شامل سه‌فاز و یک هادی حفاظتی مسیری را از میان فیوز و کنتاکتور سه‌فاز و رلۀ بیمتال طی می‌کنند تا به یک موتور برسند.
۸. نقشه جانمایی (نقشه چیدمان)
نقشه جانمایی از جمله نقشه‌های برق صنعتی است که چیدمان مورد نظر طراح برای نصب تجهیزات در تابلو برق را نمایش می‌دهد. یک نمونه خیلی ساده نقشۀ چیدمان تجهیزات برای سیستم مورد بحث، می‌تواند به صورت شکل ۸ باشد.
در نقشه چیدمان دقیقاً مشخص می‌شود که هر تجهیز کجا قرار می‌گیرد، ابعاد و اندازه‌های لازم نیز معمولاً در نقشه‌های چیدمان ذکر می‌شوند.
نقشه چیدمان تجهیزات برای داخل و خارج از تابلو به صورت سه‌بعدی نیز می‌تواند باشد. شکل ۹ نمای سه‌بعدی یک تابلو برق را نشان می‌دهد.
۹. نقشه ترکیبی
در نقشه‌های برق صنعتی ترکیبی در کنار سیستم الکتریکی بخش‌های مکانیکی مربوط نیز ترسیم می‌شوند تا یک نمای کلی از نحوۀ کارکرد و ارتباط بین بخش‌های مختلف به مخاطب انتقال یابد. شکل ۱۰ یک نمونه از نقشه ترکیبی سیستم کنترل اتوماتیک پمپ را نشان می‌دهد.
نقشه برق صنعتی شکل ۱۰ نشان می‌دهد که یک موتور سه‌فاز برای پمپ آب از چاه و پر کردن یک مخزن آب به کار می‌رود و نحوۀ راه‌اندازی این موتور پمپ به‌وسیلۀ یک کلید محافظ موتور (MPCB) است و یک پرشر سوییچ (سوییچ فشار) در بالای مخزن قرار دارد که در صورت نامطلوب شدن مقدار فشار هوا، موتور را قطع می‌کند.
تفاوت در استانداردهای نقشه‌ها در برق صنعتی
از آنجایی که هر یک نقشه‌های برق صنعتی بر اساس یک استاندارد مشخص ترسیم می‌شود، برای یک سیستم مشخص ممکن است بر اساس استانداردهای متفاوت نقشه‌هایی با اختلاف‌هایی جزئی (مانند افقی یا عمودی بودن نقشه و تفاوت در نماد مورد استفاده برای یک تجهیز) ترسیم شود که معمولاً برای افراد دست‌اندرکار سبب سردرگمی یا مشکل نمی‌شوند و با اندکی تجربه می‌توان از همۀ نقشه‌ها استفاده کرد.
شکل ۱۱ تفاوت نقشه‌های مدار قدرت و مدار فرمان در استانداردهای IEC و NEMA را نشان می‌دهد.
قسمت بالای این نقشه، مدار قدرت و قسمت پایین مدار فرمان (کنترل) سیستم راه‌اندازی موتور سه‌فاز با شستی استارت و استوپ است که هر قسمت در سمت چپ بر اساس استاندارد NEMA و سمت راست بر اساس استاندارد IEC ترسیم شده است. واضح است که برای یک سیستم واحد، صرفاً نمادهای متفاوتی جهت ترسیم نقشه برق صنعتی به کار رفته است.
جمع‌بندی
با توجه به اهمیت نقشه‌های برق صنعتی در طراحی، پیاده‌سازی و عیب‌یابی سیستم‌های الکتریکی، آشنایی با این نقشه‌ها و مهارت نقشه‌خوانی اهمیت بسیاری برای فعالان حوزه صنعت دارد.
در این مقاله، ضمن معرفی انواع نقشه‌های برق صنعتی، نحوه خواندن و استفاده از این نقشه‌ها را در قالب مثال‌های کاربردی شرح دادیم و در پایان به استانداردهای طراحی این نقشه‌ها و تفاوت آن‌ها به صورت خلاصه اشاره کردیم.
سوالات متداول
انواع اصلی شامل نقشه‌های تک‌خطی (Single Line Diagrams)، نقشه‌های مدار فرمان (Control Circuit Diagrams)، نقشه‌های مونتاژ (Assembly Diagrams) و نقشه‌های جانمایی (Layout) هستند.
ترسیم نقشه‌های برق صنعتی معمولاً با استفاده از نرم‌افزارهای CAD (طراحی با کمک کامپیوتر) مانند AutoCAD Electrical و EPLAN انجام می‌گیرد که امکان استفاده از نمادهای استاندارد و دقت بالا را فراهم می‌آورد.
بله، در نقشه‌های برق ساختمان عموماً تمرکز بر روی توزیع برق در مدارهای ساده شامل سیستم‌های روشنایی و پریزها است، در حالی که نقشه‌های صنعتی پیچیدگی بیشتری در جزئیات مدارهای کنترل، قدرت و منطق عملکرد تجهیزات دارند.
خیر، مهندسین برق نقش اصلی در طراحی و تفسیر نقشه دارند اما تکنسین‌ها، اپراتورهای سیستم‌ها و گاهی اوقات مدیران پروژه نیز باید بتوانند نقشه‌ها را درک کنند.
نقشه‌خوانی یک توانایی است که لازمه آن مواردی مانند دانش پایه برق، آشنایی با انواع نمادهای تجهیزات و استانداردهای مربوطه و تجربه است.
استانداردهای رایج شامل IEC (کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک) و ANSI (انجمن ملی استانداردهای آمریکا) هستند که نمادها، فرمت‌ها و دستورالعمل‌های لازم در تهیه نقشه‌ها را تعریف می‌کنند.
منابع
- کتب درسی رشته برق هنرستان
- https: //www. eplanjapan. jp/industries/user-reports/a-on-100-planning-promises-increased-quality-in-the-enclosure-industry/
- EATON Wiring Manual
- EATON Comparison of NEMA and IEC schematic diagrams