مهندسی تأسیسات الکتریکی و روشنایی

فصل اوّل: ایمنی در تأسیسات الکتریکی

1-1- مقدّمه .......................................................................................................................................... 1
1-2- خطرات برق ............................................................................................................................... 1
1-3- مقررات ایمنی و مرغوبیت وسایل .............................................................................................. 4
1-3-1- توصیه‌های ایمنی ............................................................................................................. 5
1-3-2- کنترل مرغوبیت در برخی کشورها .................................................................................. 7
1-4- حفاظت در مقابل برق‌گرفتگی .................................................................................................... 8
1-4-1- کلید نشتی جریان (محافظ جان) ..................................................................................... 8
1-4-2- عایق‌بندی قسمت‌های برق‌دار ...................................................................................... 13
1-4-3- قطع خودکار مدار ......................................................................................................... 14
1-5- حفاظت در مقابل اضافه ولتاژ ................................................................................................... 15
1-5-1- سیم زمین ...................................................................................................................... 17
1-5-2- هادی میانی (حفاظتی) .................................................................................................. 18
1-5-3- برقگیر ........................................................................................................................... 18
1-5-3-1- انواع برقگیرها .................................................................................................... 19
1-5-3-2- مشخصات فنی و پارامترهای مهم در انتخاب برقگیر مناسب ........................... 24
1-6- سؤالات مروری ........................................................................................................................ 25
1-7- منابع و مآخذ ............................................................................................................................ 26

فصل دوّم: زمین کردن تأسیسات الکتریکی

2-1- مقدّمه ....................................................................................................................................... 27
2-2- اصول کلی محافظت در تجهیزات الکتریکی ............................................................................ 27
2-2-1- حفاظت در برابر تماس مستقیم ..................................................................................... 28
2-2-2- حفاظت در برابر تماس غیرمستقیم ............................................................................... 28
2-3- انواع زمین در تجهیزات الکتریکی ............................................................................................ 30
2-3-1- زمین حفاظتی ................................................................................................................ 31
2-3-2- زمین الکتریکی .............................................................................................................. 32
2-4- انواع مقاومت زمین و نحوه‌ی محاسبه‌ی آن ............................................................................. 33
2-4-1- مقاومت ویژه‌ی زمین .................................................................................................... 33
2-4-2- مقاومت الکترود زمین ................................................................................................... 35
2-4-3- محاسبه‌ی مقاومت زمین ................................................................................................ 42
2-4-4- تأثیر عوامل مختلف بر مقاومت زمین ........................................................................... 44
2-4-4-1- تأثیر املاح شیمیایی ........................................................................................... 44
2-4-4-2- یخ‌زدگی و خشکی زمین .................................................................................... 44
2-4-4-3- اثر رطوبت ......................................................................................................... 45
2-4-4-4- فشردگی خاک ................................................................................................... 45
2-4-4-5- اثر درجه حرارت ............................................................................................... 46
2-4-4-6- فاصله‌ی چاه‌ها از یکدیگر .................................................................................. 47
2-5- طول عمر سیستم زمین ............................................................................................................. 48
2-6- ویژگی‌های سیستم زمین .......................................................................................................... 49
2-6-1- ولتاژ گام ........................................................................................................................ 50
2-6-2- ولتاژ تماس ................................................................................................................... 50
2-6-3- ولتاژ انتقالی ................................................................................................................... 50
2-6-4- جریان‌های بدن ناشی از ولتاژهای تماس و گام ............................................................ 51
2-6-5- تعیین ایمنی سیستم زمین .............................................................................................. 54
2-7- انواع سیستم‌های اتصال زمین در توزیع برق ............................................................................ 55
2-7-1- سیستم TT .................................................................................................................... 56
2-7-2- سیستم IT ..................................................................................................................... 57
2-7-3- سیستم TN .................................................................................................................... 57
2-7-3-1- سیستم TN-S ..................................................................................................... 58
2-7-3-2- سیستم TN-C .................................................................................................... 58
2-7-3-3- سیستم TN-C-S ................................................................................................ 59
2-8- سؤالات مروری ........................................................................................................................ 61
2-9- منابع و مآخذ ............................................................................................................................ 62

فصل سوّم: شبکه‌های برق‌رسانی و تجهیزات

3-1- مقدّمه ....................................................................................................................................... 63
3-2- ساختمان پست‌های توزیع ........................................................................................................ 65
3-2-1- پست‌های زمینی ............................................................................................................ 65
3-2-2- پست‌های هوایی ........................................................................................................... 67
3-3- انواع تغذیه‌ی سیستم‌های توزیع ............................................................................................... 67
3-4- ترانسفورماتورهای توزیع ......................................................................................................... 69
3-4-1- مقدّمه ............................................................................................................................ 69
3-4-2- محاسبه‌ی ظرفیت مورد نیاز ترانسفورماتور پست‌ها ...................................................... 70
3-4-3- ترانسفورماتورهای توزیع هوایی و زمینی ...................................................................... 71
3-4-4- انواع ترانسفورماتورهای توزیع از نظر نوع کاربرد ........................................................ 72
3-5- کلیدهای قدرت ........................................................................................................................ 73
3-5-1- مقدّمه ............................................................................................................................ 73
3-5-2- کلید بدون بار یا سکسیونر ............................................................................................ 74
3-5-3- سکسیونر قابل قطع زیر بار (کلید بار) .......................................................................... 75
3-5-4- کلید قدرت یا دژنکتور .................................................................................................. 76
3-6- سیم‌های عایق‌دار و کابل‌های برق‌رسانی .................................................................................. 78
3-6-1- هادی‌های مورد استفاده در سیم‌ها و کابل‌ها .................................................................. 79
3-6-1-1- ساختمان هادی در سیم‌ها و کابل‌ها ................................................................... 8
3-6-1-2- مقاومت الکتریکی سیم‌ها و کابل‌ها .................................................................... 81
3-6-2- عایق‌های مورد استفاده در سیم‌های عایق‌دار و کابل‌های فشار ضعیف ......................... 82
3-6-2-1- ساختمان سیم‌های عایق‌دار و اندازه‌های استاندارد ............................................. 83
3-6-2-2- ساختمان کابل‌های فشار ضعیف و اندازه‌های استاندارد ..................................... 85
3-6-2-3- علائم و مشخصه ی کابل‌های فشار ضعیف ........................................................ 88
3-6-3- جریان مجاز .................................................................................................................. 90
3-6-3-1- جریان مجاز سیم‌های مسی بدون عایق .............................................................. 90
3-6-3-2- جریان مجاز سیم‌های مسی با عایق pvc ............................................................ 92
3-6-3-3- جریان مجاز کابل‌های مسی با عایق و غلاف pvc ............................................. 93
3-6-3-4- جریان مجاز سیم‌ها و کابل‌های آلومینیومی ........................................................ 95
3-7- سؤالات مروری ........................................................................................................................ 95
3-8- منابع و مآخذ ............................................................................................................................ 97

فصل چهارم: اصلاح ضریب توان و تعرفه‌های برق

4-1- مقدّمه ........................................................................................................................................ 99
4-2- اصلاح ضریب توان ............................................................................................................... 100
4-2-1- مقدّمه .......................................................................................................................... 100
4-2-2- ضریب توان ................................................................................................................ 100
4-2-3- لزوم اصلاح ضریب توان ............................................................................................ 101
4-2-4- روش‌های اصلاح ضریب توان ................................................................................... 102
4-2-4-1- اصلاح ضریب توان به کمک خازن ................................................................. 102
4-2-4-2- اصلاح ضریب توان به کمک فیلتر اکتیو موازی ............................................... 106
4-2-5- ضریب توان اقتصادی ................................................................................................. 107
4-3- تعرفه‌های برق ........................................................................................................................ 108
4-3-1- مقدّمه .......................................................................................................................... 108
4-3-2- منحنی بار .................................................................................................................... 109
4-3-3- انواع مصرف‌کننده‌ها .................................................................................................... 110
4-3-4- محاسبه‌ی صورت‌حساب ............................................................................................ 115
4-4- سؤالات مروری ...................................................................................................................... 117
4-5- منابع و مآخذ .......................................................................................................................... 118

فصل پنجم: محاسبات سطح مقطع سیم و کابل

5-1- مقدّمه ..................................................................................................................................... 119
5-2- محاسبه‌ی سطح مقطع هادی بر اساس جریان مجاز ............................................................... 119
5-3- محاسبه‌ی سطح مقطع هادی بر اساس افت ولتاژ مجاز .......................................................... 122
5-3-1- مقدّمه .......................................................................................................................... 122
5-3-2- محاسبه‌ی افت ولتاژ و سطح مقطع مدارهای تک‌فاز ................................................... 123
5-3-3- محاسبه‌ی افت ولتاژ و سطح مقطع مدارهای سه‌فاز متعادل ........................................ 126
5-3-4- محاسبه افت ولتاژ و سطح مقطع مدارهای سه‌فاز نامتعادل ......................................... 128
5-4- شبکه‌های توزیع بسته ............................................................................................................ 131
4-5-1- محاسبات شبکه‌های از دو سو تغذیه شونده ............................................................... 133
5-4-2- محاسبات شبکه‌های حلقوی ....................................................................................... 140
5-5-‌ شبکه‌های توزیع با مقاطع متغیر ............................................................................................. 143
5-6- سؤالات مروری ...................................................................................................................... 147
5-7- منابع و مآخذ .......................................................................................................................... 152

فصل ششم: تجهیزات تابلوهای فشار ضعیف

6-1- مقدّمه ..................................................................................................................................... 153
6-2- ترانس‌های اندازه‌گیری ولتاژ و جریان .................................................................................... 154
6-2-1- ترانس‌های اندازه‌گیری ولتاژ ....................................................................................... 155
6-2-2- ترانس‌های اندازه‌گیری جریان ..................................................................................... 156
6-3- فیوز ........................................................................................................................................ 157
6-3-1- انواع فیوز .................................................................................................................... 158
6-3-2- منحنی عملکرد فیوز .................................................................................................... 159
6-3-3- مشخصات فیوز ........................................................................................................... 161
6-4- کلیدهای فشار ضعیف ............................................................................................................ 167
6-4-1- کلیدهای اتوماتیک هوایی (A.C.B) ............................................................................ 168
6-4-2- کلیدهای اتوماتیک کمپکت (M.C.C.B) .................................................................... 17
6-4-3- کلیدهای محافظ موتور (M.P.C.B) .................................................................... 172
6-4-4- کلیدهای مینیاتوری (M.C.B) ..................................................................................... 173
6-4-5- کلیدهای محافظ جان (R.C.C.B) .............................................................................. 173
6-4-6- کلید گردان .................................................................................................................. 174
6-5-‌ کنتاکتور .................................................................................................................................. 175
6-5-1- مقدّمه .......................................................................................................................... 175
6-5-2- مشخصات الکتریکی ................................................................................................... 177
6-5-3- قابلیت قطع و وصل .................................................................................................... 177
6-5-4- کار موقت ................................................................................................................... 178
6-6- رله .......................................................................................................................................... 178
6-6-1- مقدّمه .......................................................................................................................... 178
6-6-2- رله‌ی ولتاژی ............................................................................................................... 179
6-6-3- رله‌ی خطای زمین ....................................................................................................... 180
6-6-4- رله‌ی حرارتی (بی‌متال) ............................................................................................... 180
6-6-5- رله‌ی زمانی(تایمر) ...................................................................................................... 181
6-7- کنترل‌ کننده‌های قابل برنامه‌ریزی (PLC) .............................................................................. 183
6-7-1- مقدّمه .......................................................................................................................... 183
6-7-2- مفهوم کنترل کننده‌های قابل برنامه‌ریزی PLC ............................................................ 185
6-7-3- زمان پاسخ‌گویی .......................................................................................................... 186
6-7-4- قطعات ورودی و خروجی ......................................................................................... 186
6-7-5- نقش کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (PLC) در اتوماسیون صنعتی ................................. 187
6-7-6- مقایسه‌ی تابلوهای کنترل معمولی با تابلوهای کنترلی مبتنی بر PLC ......................... 187
6-8- طرّاحی تابلوهای فشار ضعیف ............................................................................................... 189
6-8-1- مقدّمه .......................................................................................................................... 189
6-8-2- مصرف روشنائی در مراکز صنعتی .............................................................................. 190
6-8-3- مصرف غیر روشنائی در مراکز صنعتی ........................................................................ 191
6-9- تأسیسات برقی جریان ضعیف ............................................................................................... 195
6-9-1- آنتن مرکزی ................................................................................................................ 195
6-9-2- تلفن ............................................................................................................................ 196
6-9-3- سیستم اعلام حریق ..................................................................................................... 196
6-9-4- سیستم پیام رسانی ....................................................................................................... 197
6-10- معرفی نرم افزارهای مورد استفاده ......................................................................................... 198
6-11- سؤالات مروری ................................................................................................................... 198
6-12- منابع و مآخذ ....................................................................................................................... 200

فصل هفتم: مفاهیم و کمیّت‌های اصلی روشنایی

7-1- مقدّمه ..................................................................................................................................... 201
7-2- اهمیّت مهندسی روشنایی ....................................................................................................... 201
7-3- طیف امواج الکترومغناطیسی و نور مرئی ............................................................................... 202
7-3-1- ماهیت نور .................................................................................................................. 202
7-4- تئوری‌های نور ....................................................................................................................... 204
7-4-1- مقدّمه ‌ ......................................................................................................................... 204
7-4-2- تئوری ذره‌ای .............................................................................................................. 205
7-4-3- تئوری موجی .............................................................................................................. 205
7-4-4- تئوری امواج الکترومغناطیسی ..................................................................................... 206
7-4-5- تئوری کوانتوم ............................................................................................................. 206
7-4-6- تئوری مکانیک موجی ................................................................................................. 208
7-4-7- تئوری اتّحاد ................................................................................................................ 210
7-5- مفاهیم اساسی در مهندسی روشنایی ...................................................................................... 210
7-5-1- مقدّمه .......................................................................................................................... 210
7-5-2- شار نوری منبع ............................................................................................................ 211
7-5-3- شدت نور منبع ............................................................................................................ 213
7-5-4- شدت روشنایی ........................................................................................................... 214
7-5-5- درخشندگی ................................................................................................................. 217
7-5-6- ضریب بهره‌ی نوری منابع الکتریکی ........................................................................... 221
7-5-7- ضریب بهره‌ی الکتریکی منابع الکتریکی ..................................................................... 221
7-6- قواعد تابش نور در محیط ...................................................................................................... 222
7-7- منحنی پخش نور ................................................................................................................... 227
7-7-1- محاسبه‌ی شار نوری از منحنی پخش نور ................................................................... 232
7-7-2- تقسیم بندی چراغ‌ها براساس پخش نور ..................................................................... 233
7-8- سؤالات مروری ...................................................................................................................... 234
7-9- منابع و مآخذ .......................................................................................................................... 236

فصل هشتم: منابع تولید نور

8-1- مقدّمه ..................................................................................................................................... 237
8-2- لامپ‌های رشته‌ای .................................................................................................................. 238
8-2-1- مقدّمه .......................................................................................................................... 238
8-2-2- لامپ‌های رشته‌ای معمولی ......................................................................................... 240
8-2-3- لامپ‌های با منعکس کننده (لامپ با شار جهت‌دار) ................................................... 245
8-2-4- لامپ‌های هالوژنی ...................................................................................................... 246
8-3- لامپ‌های تخلیه در گاز .......................................................................................................... 248
8-3-1- مقدّمه .......................................................................................................................... 248
8-3-2- لامپ‌های کم فشار ...................................................................................................... 249
8-3-2-1- لامپ‌های فلورسنت ......................................................................................... 249
8-3-2-2- لامپ‌های سدیم کم فشار ................................................................................ 253
8-3-3- لامپ‌های پر فشار ....................................................................................................... 254
8-3-3-1- لامپ‌های سدیم پر فشار ................................................................................. 254
8-3-3-2- لامپ‌های پرفشار جیوه .................................................................................... 256
8-3-3-3- لامپ‌های متال‌هالید ......................................................................................... 257
8-3-3-4- لامپ قوس الکتریکی ...................................................................................... 261
8-3-3-5- لامپ‌های مشتعل و فلاشی .............................................................................. 262
8-3-4- اثر استروبوسکوپ (ثابت دیدن اجسام دوار) .............................................................. 262
8-4- لامپ‌های دیودی ................................................................................................................... 263
8-4-1-تاریخچه ....................................................................................................................... 263
8-4-2- ساختمان و طرز کار LED .......................................................................................... 263
8-4-3- انواع LED .................................................................................................................. 265
8-4-4- مشخصات ویژه، مزایا و معایب لامپ‌های LED ........................................................ 266
8-4-5- اجزاء تشکیل دهنده‌ی چراغ‌های LED ....................................................................... 269
8-5- مقایسه‌ی انواع لامپ‌ها ........................................................................................................... 269
8-6- سؤالات مروری ...................................................................................................................... 274
8-7- منابع و مآخذ .......................................................................................................................... 275

فصل نهم: محاسبات روشنایی داخلی

9-1- مقدّمه ..................................................................................................................................... 277
9-2- شدت روشنایی لازم برای اماکن مختلف ............................................................................... 278
9-3- روند کلی حل مسایل روشنایی .............................................................................................. 283
9-4- بررسی کیفی ضریب بهره‌ی روشنایی .................................................................................... 284
9-5- روش تقسیم ناحیه‌ای ............................................................................................................. 285
9-6- نحوه‌ی قرائت مقدار ضریب بهره‌ی روشنایی (CU) از جدول (9-4) ................................... 299
9-7- ضریب کل کاهش نور (TLLF) ............................................................................................ 304
9-8- مسأله‌ی یکنواختی و نحوه‌ی چیدمان چراغ‌ها ........................................................................ 308
9-9- تعیین شدت روشنایی در یک نقطه‌ی خاص ......................................................................... 315
9-10- سؤالات مروری ................................................................................................................... 320
9-11- منابع و مآخذ ....................................................................................................................... 322

فصل دهم: محاسبات روشنایی معابر

10-1- مقدّمه ................................................................................................................................... 325
10-2- مشخصات روشنایی معابر ..................................................................................................... 326
10-3- مشخصات چراغ‌های مورد استفاده در معابر ........................................................................ 333
10-3-1- مقدّمه ........................................................................................................................ 333
10-3-2- مشخصات عمومی چراغ‌‌های معابر .......................................................................... 333
10-3-3- انواع لامپ‌های مورد استفاده در معابر ...................................................................... 335
10-3-4- منحنی پخش نور لامپ‌های معابر ............................................................................. 336
10-3-4-1- منحنی پخش عمودی نور .............................................................................. 336
10-3-4-2- منحنی پخش افقی نور ................................................................................... 337
10-3-4-3- منحنی ایزوکاندل ........................................................................................... 339
10-3-4-4- منحنی ایزولوکس .......................................................................................... 342
10-3-4-5- منحنی ضریب بهره ........................................................................................ 342
10-4- محاسبات روشنایی معابر ..................................................................................................... 347
10-4-1-تعاریف و مفاهیم اصلی در روشنایی معابر ................................................................ 347
10-4-2- تعیین ارتفاع نصب .................................................................................................... 349
10-4-3- محاسبه‌ی مشخصات طراحی ................................................................................... 350
10-4-4- پروژه‌‌های روشنایی معابر .......................................................................................... 356
10-5- سؤالات مروری ................................................................................................................... 361
10-6- منابع و مآخذ ....................................................................................................................... 362

فصل یازدهم: محاسبات روشنایی اماکن خاص

11-1- مقدّمه ................................................................................................................................... 365
11-2- محاسبات روشنایی آزادراه‌ها ............................................................................................... 366
11-2-1- کلیات ....................................................................................................................... 366
11-2-2- الزامات ..................................................................................................................... 366
11-2-2-1- روشنایی پیوسته‌ی آزادراه‌ها (CFL) .............................................................. 367
11-2-2-۲- روشنایی کامل تقاطع‌های غیرهم‌سطح (CIL) ............................................... 368
11-2-2-3- روشنایی نسبی تقاطع‌های غیرهمسطح (PIL) .............................................. 368
11-2-2-4- ملاحظات ویژه .............................................................................................. 369
11-2-3- مقادیر طراحی ........................................................................................................... 369
11-2-3-1- کلیات ............................................................................................................ 369
11-2-3-2- ملاحظات طراحی .......................................................................................... 369
11-2-3-۳- روش شدت روشنایی- سطح و یکنواختی شدت روشنایی ......................... 370
11-2-3-4- روش تراکم نور سطح، خیره کنندگی و یکنواختی تراکم نور ........................ 371
11-2-3-5- سطوح روشنایی در تقاطع‌ها .......................................................................... 371
11-2-3-6- روشنایی نسبی تقاطع‌های غیرهم‌سطح .......................................................... 371
11-2-3-7- روشنایی تطبیقی (انتقالی) .............................................................................. 373
11-2-3-8- پل‌ها و روگذرها ............................................................................................ 373
11-2-3-9- محل نصب پایه‌های روشنایی ........................................................................ 374
11-2-3-10- سایر نکات .................................................................................................. 375
11-3- محاسبات روشنایی میدان‌ها ................................................................................................. 376
11-3-1- کلیات ....................................................................................................................... 376
11-3-2- روشنایی مطلوب برای میدان‌ها ................................................................................. 376
11-3-3- آرایش سیستم روشنایی ............................................................................................ 377
11-3-4- محل نصب پایه‌ها ..................................................................................................... 377
11-3-5- جزیره‌ی ترافیکی مرکزی میدان ................................................................................ 377
11-3-6- فاصله‌ی پایه‌ها از لبه‌ی راه ........................................................................................ 378
11-3-7- ارتفاع نصب .............................................................................................................. 378
11-3-8- چراغ‌ها و توزیع نور ................................................................................................. 378
11-3-9- شدت روشنایی سطح راه .......................................................................................... 379
11-4- محاسبات روشنایی تونل‌ها و زیرگذرها .............................................................................. 380
11-4-1- زیرگذرهای وسایل نقلیه .......................................................................................... 380
11-4-2- تونل‌های راه ............................................................................................................. 382
11-4-3- روشنایی داخل تونل‌ها به هنگام روز ........................................................................ 385
11-5- محاسبات روشنایی محوطه‌ها .............................................................................................. 387
11-5-1- کلیات ....................................................................................................................... 387
11-5-2- استاندارد روشنایی محوطه‌ها .................................................................................... 388
11-5-3- ارتفاع نصب چراغ .................................................................................................... 388
11-5-4- محاسبات شدت روشنایی ......................................................................................... 388
11-5-5- اصول طراحی ........................................................................................................... 391
11-5-6- روش طراحی ............................................................................................................ 391
11-5-7- ضریب بهره‌ی روشنایی چراغ ................................................................................... 392
11-5-8- تعداد چراغ‌ها ............................................................................................................ 392
11-6- محاسبات روشنایی پارکینگ‌ها ............................................................................................. 394
11-7- روشنایی معادن .................................................................................................................... 396
11-7-1-کلیات ......................................................................................................................... 396
11-7-2- استانداردهای روشنایی برای ایران ............................................................................ 396
11-7-3- طراحی روشنایی ....................................................................................................... 396
11-7-3-1- ضریب بهره‌دهی ............................................................................................ 397
11-7-3-2- ضریب نگهداری ........................................................................................... 398
11-7-3-3- ضریب جذب ................................................................................................ 399
11-7-4- مقررات ایمنی روشنایی عمومی در معادن ................................................................ 400
11-8- سؤالات مروری ................................................................................................................... 400
11-9- منابع و مآخذ ....................................................................................................................... 402

واژه‏نامه‌ی فارسی به انگلیسی ............................................................................................... 403

واژه‏نامه‌ی انگلیسی به فارسی ............................................................................................... 411

واژه‌یاب (نمایه) ................................................................................................................... 419