چه چیزهایی باید در طراحی دستگاه های قطع کننده پرتوی کم فشار مورد توجه قرار گیرد

پریزهای کم فشار نصب شده روی ستون، دستگاه‌های حفاظتی و کنترلی مهم در سیستم‌های برق هستند که طراحی و عملکرد آنها مستقیماً بر ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم تأثیر می‌گذارد. طراحی آنها باید به طور جامع به انطباق با محیط، هماهنگی پارامترهای الکتریکی و انتخاب محرک مناسب توجه کند تا عملکرد پایدار را تحت شرایط مختلف تضمین کند. در طول عملیات، رعایت دقیق پروتکل‌های ایمنی، نگهداری منظم و رسیدگی صحیح به وضعیت‌های استثنایی برای جلوگیری از حوادث ناشی از عملکرد غیرصحیح ضروری است. این مقاله به طور سیستماتیک اصول طراحی و استانداردهای عملیاتی کلیدی برای پریزهای کم فشار نصب شده روی ستون را بیان می‌کند و راهنمایی حرفه‌ای برای کارشناسان مهندسی ارائه می‌دهد.

1. ملاحظات طراحی برای پریزهای کم فشار نصب شده روی ستون

طراحی پریزهای کم فشار نصب شده روی ستون باید قادر به تحمل محیط خارجی سخت باشد و در حالی که نیازهای حفاظت و کنترل را برآورده می‌کند.

1.1 انطباق با محیط

به عنوان تجهیزات نصب شده در فضای آزاد، این پریزها باید قادر به تحمل تغییرات دما، رطوبت، فرسودگی نمکی و لرزش مکانیکی باشند. طبق GB/T 2423.17، آنها باید از آزمون نمکی متعادل 72 ساعته (سطح 5) عبور کنند که برای مناطق ساحلی یا صنعتی مناسب است و با سطح آلودگی 3 برای مقاومت در برابر آلودگی رسانا یا تراکم. برای ارتفاعات بالا (>2000 متر)، پارامترهای عایق و افزایش دما باید بر اساس GB/T 20645-2021 تنظیم شوند (حداکثر افزایش دما با 1٪ کاهش می‌یابد برای هر 100 متر افزایش؛ نیاز به کاهش رتبه جریان بالای 4000 متر).

برای دمای پایین، عملکرد در -40°C و نگهداری در -55°C باید تضمین شود، با عملکرد موثق محرک. مقاومت در برابر UV نیاز به پوشش‌های سطحی مانند رنگ پلی آمید (زاویه تماس >90°) یا PVDF (مقاومت در برابر سنگین شدن UV ≥ سطح 8). بسته‌بندی باید به استاندارد IP54/55 تطابق داشته باشد تا از تخریب عایق جلوگیری شود.

1.2 هماهنگی پارامترهای الکتریکی

محاسبه دقیق جریان کوتاه‌مدار و انتخاب پارامترهای مناسب بسیار مهم است. جریان‌های کوتاه‌مدار باید با استفاده از روش مطلق محاسبه شوند، با در نظر گرفتن جریان‌های خطا سه‌فازی، دو‌فازی و یک‌فازی زمین. جریان اولیه کوتاه‌مدار سه‌فازی به صورت زیر محاسبه می‌شود:

که Un  ولتاژ خط نامی است و R_k, X_k مقاومت و راکتانس کل حلقه کوتاه‌مدار هستند. ظرفیت کسری کوتاه‌مدار نامی (Ics) پریز باید کمتر از جریان کوتاه‌مدار سه‌فازی ماکزیمم نباشد. تایید حساسیت نیازمند این است که جریان کوتاه‌مدار حداقل در انتهای خط حداقل 1.3 برابر تنظیم جریان بیش از حد فوری یا کوتاه‌مدار باشد: I_min≥1.3I_set3.

برای حفاظت از بیش بار، تنظیم طولانی‌مدار Iset1  باید I_z≥I_set1≥I_c را برآورده کند، که Iz  ظرفیت جریان مداوم رسانا و IcIc جریان محاسبه شده است. برای حفاظت از کوتاه‌مدار، تنظیم فوری I_set3 باید ≥1.2 برابر جریان آغازی کامل بزرگترین موتور (مثلاً 20-35 برابر جریان نامی برای موتورهای کفت‌دار) باشد، در حالی که تنظیم کوتاه‌مدار I_set2 باید از بلند شدن عرضی جمعیت جلوگیری کند، معمولاً در 1.2 برابر (جریان آغازی بزرگترین موتور + جریان‌های دیگر) تنظیم می‌شود.

1.3 انتخاب محرک

مکانیزم‌های بهره‌برداری از فنر معمولاً استفاده می‌شوند که نیاز به قابلیت اطمینان، عدم پرش، آزادی از قفل شدن و تابعیت دارند. پارامترهای زمانی: پریزهای چارچوبی - بستن ≤0.2 ثانیه، باز شدن ≤0.1 ثانیه؛ پریزهای قالب‌دار - عمر مکانیکی ≥10000 عملیات (پریزهای چارچوبی ≥20000). محرک باید شامل تشخیص ذخیره‌سازی انرژی و قفل‌گیری برای عملیات ایمن باشد. مشخصات پویا نیازمند بهینه‌سازی سرعت و کنترل جابجایی تماس (مثلاً کنترل مرحله‌ای برای پریزهای خلاء برای کاهش پرش تماس) است. مشخصات خروجی باید با پریز تطابق داشته باشد تا بسته شدن تحت شرایط کوتاه‌مدار تضمین شود. در مناطق سرد، ESR خازنه‌ها در -40°C افزایش می‌یابد، زمان بسته شدن را افزایش می‌دهد؛ تست‌های متغیر دما ضروری است.

2. طراحی و انتخاب تنظیمات توابع حفاظتی

2.1 حفاظت از بیش بار

معمولاً از طریق واحد‌های خاموش‌کننده حرارتی-مغناطیسی یا الکترونیکی انجام می‌شود. واحد‌های حرارتی-مغناطیسی از نوارهای دو فلزی با ویژگی‌های زمانی معکوس (زمان خاموش‌شدن معکوس با مربع جریان بیش از حد) استفاده می‌کنند. واحد‌های الکترونیکی کنترل دقیق‌تری ارائه می‌دهند، با تنظیمات طولانی‌مدار Ir  که از 0.4 تا 1 برابر جریان نامی In متغیر است. تنظیمات باید In≥Ic  و In≤Iz را برآورده کنند. حساسیت: Sp=I_kmin/I_op≥1.3، که IkminIkmin جریان کوتاه‌مدار یک‌فازی حداقل در انتهای خط است. برای بارهای حیاتی، حفاظت از بیش بار ممکن است به جای خاموش شدن، هشدار را فعال کند.

2.2 حفاظت از کوتاه‌مدار

شامل حفاظت‌های کوتاه‌مدار و فوری است. حفاظت کوتاه‌مدار انتخابی را تضمین می‌کند: $\×$ (جریان آغازی کامل موتور + بارهای دیگر)، با تأخیر زمانی (0.1-0.4 ثانیه) هماهنگ با پریزهای بالادست (≥0.1-0.2 ثانیه اختلاف زمانی). حفاظت فوری به خطاها بزرگ هدف می‌گیرد: $\×$ جریان آغازی کامل موتور (مثلاً 12-18 برابر InIn برای موتورها). برای خطوط توزیع، واحد‌های خاموش‌کننده الکترونیکی با حفاظت فوری تأخیری ترجیح داده می‌شوند. انتخابی: تنظیم کوتاه‌مدار بالادست ≥1.3 × تنظیم فوری پایین‌دست، با ≥0.1-0.2 ثانیه اختلاف زمانی.

2.3 حفاظت از کم‌ولتاژ

از آسیب تجهیزات به دلیل کاهش ولتاژ جلوگیری می‌کند. محدوده خاموش‌شدن: 35٪-70٪ ولتاژ نامی. نوع فوری بلافاصله خاموش می‌شود اما ممکن است خاموش‌شدن ناخواسته ایجاد کند؛ نوع تأخیری (0-5 ثانیه) نوسانات موقت را نادیده می‌گیرد و برای استفاده صنعتی مناسب است. ولتاژ نامی واحد خاموش‌کننده کم‌ولتاژ باید با ولتاژ خط تطابق داشته باشد و عملکرد آن نباید با حفاظت‌های دیگر در تعارض باشد. نوع تأخیری (0.2-3 ثانیه) برای کاربردهای صنعتی توصیه می‌شود.

3. هماهنگی انتخابی و حفاظت‌های پی‌در‌پی

3.1 مناطق انتخابی

• منطقه 1 (Isc < Icu پایین‌دست): از طریق طبقه‌بندی جریان و زمان (مثلاً بالادست $\&times;$ پایین‌دست Iset3Iset3, تأخیر زمانی ≥ پایین‌دست + 0.1 ثانیه).

• منطقه 2 (Icu پایین‌دست < Isc < Icu بالادست): بستگی به ویژگی‌های محدود کننده جریان یا داده‌های سازنده دارد. محدوده انتخابی IsIs می‌تواند کمتر از Icu پایین‌دست باشد (انتخابی جزئی).

• منطقه 3 (Isc > Icu بالادست): نیاز به تست دارد؛ تماس‌های بالادست ممکن است به طور موقت باز شوند (≤30 میلی‌ثانیه) بدون خاموش شدن، به شرطی که جوشکاری نشود.

3.2 حفاظت‌های پی‌در‌پی

از محدود کنندگی جریان پریزهای بالادست برای استفاده از پریزهای پایین‌دست با ظرفیت کسری کمتر استفاده می‌کند، که هزینه را کاهش می‌دهد. نیاز به هماهنگی تنظیمات فوری و اجتناب از بارهای حیاتی در مدارهای پی‌در‌پی دارد. انتخابی بر اساس انرژی (مثلاً در پریزهای نوع A) می‌تواند محدوده انتخابی را افزایش دهد، اما تأیید از طریق داده‌های سازنده ضروری است.

3.3 روش‌های انتخابی

• انتخابی بر اساس جریان: تنظیم فوری بالادست ≥1.3 × پایین‌دست.

• انتخابی بر اساس زمان: تأخير کوتاه‌مدار بالادست ≥ پایین‌دست + 0.1-0.2 ثانیه.

• انتخابی بر اساس انرژی: بر اساس نیازهای انرژی سیستم تماس.

• انتخابی بر اساس منطق: تشخیص خطا در پایین‌دست سیگنال قفل را به بالادست ارسال می‌کند، که به خاموش شدن سریع پایین‌دست در حالی که بالادست بسته است، اجازه می‌دهد - تضمین "پایدار، دقیق، سریع" حفاظت.