مصمم للتشغيل المتكرر: حل ذكي جديد لحماية التحكم في الدوائر ذات الجهد العالي FC

I. نظرة عامة على الحل​

يهدف هذا الحل إلى تقديم حل حماية شامل لدوائر FC بناءً على "المفاتيح الفاصلة ذات الضغط العالي + المكثفات الحالية ذات التقييد العالي". تم تصميمه خصيصًا للحماية والتحكم في المحركات ذات الجهد العالي، ومحولات التوزيع، ومجموعات المكثفات في نطاق الجهد من 3 كيلو فولت إلى 12 كيلو فولت، وهو ملائم بشكل خاص للتطبيقات الصناعية التي تتطلب تشغيلًا متكررًا ومعتمدًا (مثل محطات توليد الكهرباء، المصانع الكبيرة، والمناجم). يكمن فائدته الأساسية في التنسيق الدقيق بين المفتاح الفاصل ذو الضغط العالي والمكثف الحالي ذي التقييد العالي، مما يحقق حماية مرتبة ضد الأحمال الزائدة وأخطاء القصر، مع توفير الكفاءة الاقتصادية والأمان والذكاء.

​II. خصائص تقنية للمكونات الأساسية​

​1. المفتاح الفاصل ذو الضغط العالي (مكون التشغيل والفصل للأحمال الزائدة في دوائر FC)​​
المفتاح الفاصل ذو الضغط العالي هو العنصر المسؤول عن التشغيل المتكرر للفائض والتوقف. خصائصه التقنية هي كالتالي:

• ​الهيكل الأساسي:​​
• ​غرفة القطع تحت الفراغ:​​ يستخدم غلافًا سيراميكًا بدرجة فراغ داخلية تبلغ 1.33×10⁻⁴ باسكال، مما يضمن إخماد القوس الكهربائي بنجاح عند أول نقطة الصفر للتيار، مما يوفر التشغيل بدون زيت وبلا صيانة.
• ​دعامة العزل وآلية القفل:​​ تدمج أجهزة تركيب المكثفات وتزود بميكانيكية قفل مهمة. هذه الآلية تضمن: ① إذا انصهر مكثف في أي طور، فإنه يثير فتح ثلاثي الطور للمفتاح الفاصل فورًا، مما يمنع التشغيل الأحادي الطور؛ ② إذا لم يتم تركيب مكثف في أي طور، فإنه يقفل المفتاح الفاصل ميكانيكيًا من الإغلاق، مما يضمن السلامة التشغيلية.
• ​آلية التشغيل:​​ تستخدم آلية كهرومغناطيسية، تدعم عمليات الفتح والإغلاق حتى 2000 مرة/ساعة، مما يتجاوز قدرة المفتاح الكهربائي.
• ​مبادئ التشغيل والفصل:​​
• ​مبدأ الفصل:​​ يستخدم قوة العزل العالية وقدرة إخماد القوس الكهربائي للوسط تحت الفراغ. القوس الكهربائي المعدني الناتج أثناء الفتح يُطفأ فورًا عند نقطة الصفر للتيار، مع استعادة سريعة للقوة العازلة. التيار الذي يتم قطعه أقل من 0.5 أمبير، مما يحد بشكل فعال من جهد التشغيل الزائد، مما يكون صديقًا للغاية للعزل الكهربائي للمحرك.
• ​طريقة الاحتفاظ:​​ تدعم كلًا من الاحتفاظ الكهربائي الذاتي (اقتصادي، ضوضاء منخفضة) والاحتفاظ الميكانيكي الذاتي (موثوقية عالية، مقاومة للتشويش). يمكن للمستخدمين اختيار بناءً على متطلبات التشغيل (على سبيل المثال، سلسلة LHJCZR تستخدم الاحتفاظ الميكانيكي الذاتي).
• ​المعلمات المعينة الرئيسية:​​

​2. المكثف الحالي ذو التقييد العالي (مكون حماية دوائر FC ضد الأخطاء القصيرة)​​
المكثف الحالي ذو التقييد العالي يعمل كعنصر حماية نهائي للأخطاء القصيرة. خصائصه هي كالتالي:

• ​الوظيفة الأساسية:​​ يوفر حماية فورية (سريعة الفصل). عند حدوث خطأ قصير شديد (التيار يتجاوز قدرة القطع للمفتاح الفاصل)، فإن العنصر القابل للذوبان يذوب بسرعة ويقوم بفصل الدائرة قبل أن يصل التيار إلى ذروته المتوقعة. زمن الفصل قصير جدًا (مستوى المللي ثانية)، مما يحد بشكل كبير من طاقة الخطأ ويحمي المعدات السفلية من التلف.
• ​مبادئ الاختيار الأساسية:​​
• ​الجهد المقنن:​​ لا يجب أن يكون أقل من جهد النظام المقنن لمنع زيادة الجهد الناتجة عن تشغيل المكثف من تجاوز مستوى تحمل العزل للمعدات (عادة محدود بـ 2.5 مرة الجهد الفازي).
• ​التيار المقنن:​​ يتطلب النظر الشامل في التيار الطبيعي/الزائد، خصائص بدء التشغيل للمعدات (مثل تيار بدء المحرك، التيار المغناطيسي لمحول التوزيع)، وضمان التنسيق الانتقائي مع الأجهزة الواقية السفلية (مثل الأجهزة الواقية).
• ​تحديد الدور:​​ يعمل كحماية احتياطية داخل دائرة FC. الأحمال الزائدة العادية والتيارات القصيرة الأصغر يتم التعامل معها بواسطة جهاز الحماية الشامل الذي يشير إلى فتح المفتاح الفاصل. يعمل المكثف فقط عندما يتجاوز تيار الخطأ قدرة القطع للمفتاح الفاصل أو إذا فشل المفتاح الفاصل في العمل.

​III. توجيهات الاختيار بناءً على الكائن المحمي​

​1. اختيار مكثف حماية المحرك​
تيارات بدء المحرك عالية ومدتها طويلة، مما يتطلب توخي الحذر في الاختيار لتجنب التشغيل غير المرغوب فيه.

• ​منطق التنسيق الحماية:​​
• ​حماية الأحمال الزائدة (مثل الاحتجاز، بدء التشغيل المتكرر):​​ يتم تنفيذها بواسطة أجهزة القياس الزمني العكسي، والتي تدفع المفتاح الفاصل للفتح.
• ​حماية الخطأ القصير:​​ يتم تنفيذها بواسطة المكثف.
• ​متطلبات التنسيق:​​ يجب أن يكون التيار المقنن للمكثف أكبر من تيار بدء المحرك، وأن يكون منحنى الخصائص الزمنية-التيارية للمكثف يتقاطع مع منحنى الجهاز الواقية عند نقطة واحدة لتحقيق التنسيق الكامل.
• ​مرجع الاختيار (مقتطف):​​

• ​نقطة رئيسية:​​ كلما كان زمن بدء التشغيل أطول وتواتر بدء التشغيل أعلى، كلما كان التيار المقنن للعنصر القابل للذوبان المطلوب أكبر.

​2. اختيار مكثف حماية المحول​
يجب أن يضمن الاختيار أن المكثف يمكنه تحمل التيار المغناطيسي عند إغلاق المحول بينما يقدم حماية فعالة ضد الأخطاء الداخلية.

• ​مرجع الاختيار (مقتطف):​​

​3. اختيار مكثف حماية مجموعات المكثفات​
يفتح وإغلاق مجموعات المكثفات تيارات دخول عالية التردد وعالية السعة، مما يفرض متطلبات خاصة لاختيار المكثف.

• ​اعتبار خاص:​​ يجب التحقق من أن المكثف يمكنه تحمل الطاقة المنقولة (I²t) للتيار الدخول. المتطلبات: الطاقة المنقولة < 0.7 مرة الطاقة الأولية الدنيا للمكثف.
• ​متطلبات الاختيار:​​
• التيار المقنن عادة ما يكون 1.5~2.0 مرة التيار المقنن للمكثف.
• إذا كان التيار الدخول كبيرًا جدًا، فيجب النظر في: ① اختيار مكثفات مخصصة للمكثفات (مثل سلسلة WFN)؛ ② إضافة مفاعل تقييد التيار متسلسل مع المكثف؛ ③ إضافة مقاومة تخفيف متسلسلة في الفرع.
• ​التوصية:​​ يجب استخدام مفاعل تقييد التيار عندما (تيار الذروة الدخول * تردد الدخول) > 20000 أو خلال العمليات المتكررة للغاية.

​IV. نطاق التطبيق والحالات النموذجية​

​1. نطاق التطبيق​
حل دائرة FC ليس عامًا. حدود تطبيقه هي كالتالي:

• ​المحركات ذات الجهد العالي:​​ ≤ 1200 كيلو واط
• ​محولات التوزيع:​​ ≤ 1600 كيلو فولت أمبير
• ​مجموعات المكثفات:​​ ≤ 1200 كيلو فار
  خارج نطاق هذه السعات، يجب اختيار حل مفتاح الفصل ذو الضغط العالي بقدرة قطع أعلى واستقرار حراري/ديناميكي لضمان السلامة.

​2. التحقق من الحالات النموذجية​
تم تطبيق هذا الحل بنجاح في العديد من المشاريع، حيث يعمل بشكل مستقر ومعتمد:

• ​حالة 1: مصنع كيميائي، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية (تشغيل متكرر وبيئة مضادة للانفجار)​​
• ​نظرة عامة على المشروع:​​ كان هذا الموقع الكيميائي الكبير يحتاج إلى السيطرة على بدء وإيقاف المحركات ذات الجهد العالي والمضخات والضغط في عدة خطوط إنتاج، مع متطلبات بيئية مضادة للانفجار ومعتمدة.
• ​مزايا تم عرضها:​​ تردد تشغيل المفتاح الفاصل البالغ 2000 مرة/ساعة قد حقق تمامًا احتياجات تعديل العملية؛ التنسيق الدقيق بين المكثف والجهاز الواقية ضمنت حماية دقيقة من الأخطاء القصيرة للمحركات دون تشغيل غير مرغوب فيه؛ التيار المنخفض الذي يتم قطعه (<0.5 أمبير) الذي يتم تقديمه بواسطة الغرفة تحت الفراغ قلل بشكل فعال من جهد التشغيل الزائد، مما يحمي العزل الكهربائي للمحركات القديمة. حفظ الحل ككل استثمارات كبيرة مقارنة بأجهزة مفاتيح الفصل ذات الضغط العالي.
• ​حالة 2: مصنع تصنيع السيارات، بافاريا، ألمانيا (حماية المحول ومجموعات التعويض بالمكثفات)​​
• ​نظرة عامة على المشروع:​​ كان مصنع التصنيع الذكي الجديد يحتاج إلى تزويد مستقر وعالي الجودة بالطاقة لعدد كبير من أنظمة الخدمة الروبوتية على خطوط الإنتاج الآلية، مع وجود العديد من محولات التوزيع الجافة ومجموعات التعويض بالمكثفات.
• ​مزايا تم عرضها:​​ تم النظر في خصائص التيار المغناطيسي عند إغلاق المحول عند اختيار التيار المقنن للمكثف، مما يتجنب التشغيل غير المرغوب فيه عند الإغلاق. بالنسبة لمجموعات المكثفات، تمكنت المكثفات المخصصة من تحمل تأثير التيار الدخول (تم التحقق من I²t). ضمان عدم الرجوع للمفتاح الفاصل أثناء فتح وإغلاق المكثفات حافظ على جودة الطاقة على الشبكة.

​V. ملخص مزايا الحل​

1. ​معتمد للغاية:​​ غرفة القطع تحت الفراغ بدون صيانة مع عمر ميكانيكي يصل إلى ملايين الدورات؛ المكثفات توفر حماية سريعة جدًا بمستوى المللي ثانية.
2. ​آمن للغاية:​​ آليات القفل الميكانيكية تمنع التشغيل الأحادي الطور والإغلاق مع مخاطر محتملة؛ التيار المنخفض الذي يتم قطعه يحمي عزل المعدات.
3. ​اقتصادي جدًا:​​ مقارنة بأجهزة مفاتيح الفصل ذات الضغط العالي، فإن أجهزة مفاتيح الفصل FC تقدم تكلفة أقل، حجم أصغر، وكفاءة تكلفة عالية جدًا.
4. ​ذكي:​​ يمكن للمفاتيح الفاصلة أن تندمج بسلاسة مع أجهزة الحماية المستندة إلى الميكروبروسيسور، مما يسمح بالرصد عن بعد، والتحكم الذكي، وتحميل البيانات.
5. ​سهل الصيانة:​​ تم تصميم المكونات الأساسية للعمل بدون صيانة؛ بعد تشغيل المكثف، يتم استبدال العنصر القابل للذوبان بنفس المواصفات فقط، مما يجعل التشغيل بسيطًا.