طراحی شده برای عملیات مکرر: یک راه‌حل هوشمند جدید از حفاظت و کنترل برای مدارهای FC فشار قوی
I. مروری بر راه‌حل
این راه‌حل هدف دارد تا یک راه‌حل حفاظتی جامع برای مدارهای FC بر اساس "کنتاکتور خلاء پر فشار + فیوز محدود کننده جریان پر فشار" ارائه دهد. این راه‌حل به طور خاص برای حفاظت و کنترل موتورهای پر فشار، ترانسفورماتورهای توزیع و بانک‌های خازنه در محدوده ولتاژ 3kV تا 12kV طراحی شده است، به ویژه مناسب برای کاربردهای صنعتی که نیاز به عملکرد مکرر و قابلیت اطمینان بالا دارند (مانند نیروگاه‌ها، کارخانه‌های بزرگ و معادن). مزیت اصلی آن در هماهنگی دقیق بین کنتاکتور خلاء و فیوز محدود کننده جریان نهفته است، که باعث حفاظت سطحی از خطاهای بیش بار و کوتاه مدت می‌شود، در حالی که اقتصادی، ایمن و هوشمندانه است.
II. مشخصات فنی اجزای اصلی
1. کنتاکتور خلاء پر فشار (اجزای عملیات و قطع بیش بار مدار FC)
کنتاکتور خلاء پر فشار اجرایی برای عملیات مدار مکرر و قطع جریان‌های بیش بار است. مشخصات فنی آن عبارتند از:
- ساختار اصلی:
- اتاق خلاء کننده: از یک پوشش سرامیکی استفاده می‌کند با درجه خلاء داخلی به اندازه 1.33×10⁻⁴ Pa، که اطمینان می‌دهد که قوس الکتریکی در اولین صفرگذرنده جریان خاموش می‌شود، عملکرد بدون روغن و بدون نیاز به نگهداری را ارائه می‌دهد.
- پشتیبانی عایق و مکانیسم قفل: شامل پشتیبانی فیوز و مجهز به یک مکانیسم قفل مهم. این مکانیسم اطمینان می‌دهد: ① اگر فیوز در هر فازی منفجر شود، فوراً سبب قطع سه‌فازی کنتاکتور می‌شود، جلوگیری از عملکرد تک‌فازی؛ ② اگر فیوز در هر فازی نصب نشده باشد، مکانیکی کنتاکتور را از بسته شدن قفل می‌کند، اطمینان از ایمنی عملیاتی.
- مکانیسم عملیات: از یک مکانیسم الکترومغناطیسی استفاده می‌کند، حمایت از عملیات باز و بسته شدن تا 2000 بار/ساعت، بسیار بیشتر از قابلیت دیودها.
- اصل عملیات و قطع:
- اصل قطع: از قابلیت عایق‌بندی بالا و قدرت خاموش کردن قوس قوی مedium خلاء استفاده می‌کند. قوس بخار فلزی که در زمان باز شدن ایجاد می‌شود در نقطه صفرگذرنده جریان فوراً خاموش می‌شود، با بازیابی سریع مقاومت دی‌الکتریک. جریان برش آن کمتر از 0.5A است، که به طور موثر از افزایش ولتاژ سوئیچینگ جلوگیری می‌کند، که بسیار دوستانه برای عایق موتور است.
- روش نگهداری: حمایت از روش‌های خودداری الکتریکی (صرفه‌جویی در انرژی، کم‌صدا) و خودداری مکانیکی (قابلیت اطمینان بالا، مقاوم در برابر تداخل). کاربران می‌توانند بر اساس نیازهای عملیاتی (به عنوان مثال، سری LHJCZR از خودداری مکانیکی استفاده می‌کند) انتخاب کنند.
- پارامترهای کلیدی مقرر:
|
دسته‌بندی پارامتر |
شاخص خاص |
|
ولتاژ مقرر |
3.6 / 7.2 / 12 kV |
|
جریان عملیاتی مقرر |
200 / 400 / 630 A |
|
ظرفیت قطع مقرر |
3.2 kA (25 بار) |
|
ظرفیت قطع نهایی |
4 kA (3 بار) |
|
ظرفیت بستن مقرر |
4 kA (100 بار) |
|
جریان تحمل پیک |
40 kA |
|
عمر مکانیکی/الکتریکی |
1,000,000 دور / 300,000 دور |
2. فیوز محدود کننده جریان پر فشار (اجزای حفاظت کوتاه مدت مدار FC)
فیوز محدود کننده جریان پر فشار به عنوان مؤلفه حفاظتی نهایی برای خطاهای کوتاه مدت عمل می‌کند. مشخصات آن عبارتند از:
- عملکرد اصلی: ارائه حفاظت فوری (سریع). وقتی خطای کوتاه مدت شدیدی رخ می‌دهد (جریان بیش از ظرفیت قطع کنتاکتور)، عنصر ذوب‌پذیر آن به سرعت ذوب می‌شود و قبل از رسیدن جریان به پیک پیش‌بینی شده مدار را قطع می‌کند. زمان قطع بسیار کوتاه است (سطح میلی‌ثانیه)، که به حداکثر محدود کردن انرژی جریان خطا و محافظت از تجهیزات پایین‌دست از آسیب کمک می‌کند.
- اصل‌های انتخاب اساسی:
- ولتاژ مقرر: نباید کمتر از ولتاژ مقرر سیستم باشد تا از اینکه ولتاژ بیش از حد ایجاد شده در زمان عملکرد فیوز از حد تحمل عایق تجهیزات بیشتر شود (معمولاً محدود به کمتر از 2.5 بار ولتاژ فاز).
- جریان مقرر: نیاز به در نظر گرفتن جامع جریان‌های عادی/بیش بار، ویژگی‌های جریان شروع تجهیزات (مانند جریان شروع موتور، جریان شروع مغناطیسی ترانسفورماتور) و اطمینان از هماهنگی انتخابی با دستگاه‌های حفاظتی بالادست (مانند رله‌ها).
- موقعیت نقش: به عنوان حفاظت پشتیبان در مدار FC. بیش بارهای عادی و جریان‌های کوتاه مدت کوچک‌تر توسط دستگاه حفاظت جامعی که سیگنال می‌دهد کنتاکتور خلاء را باز کند، پاک می‌شوند. فیوز فقط زمانی که جریان خطا بیش از ظرفیت قطع کنتاکتور یا عدم عملکرد کنتاکتور باشد عمل می‌کند.
III. راهنمای انتخاب بر اساس شیء محافظت شده
1. انتخاب فیوز حفاظت موتور
جریان‌های شروع موتور بالا هستند و مدت زمان آنها طولانی است، نیاز به احتیاط اضافی در انتخاب برای جلوگیری از عملکرد آزاردهنده.
- منطق هماهنگی حفاظت:
- حفاظت از بیش بار (مانند متوقف شدن، شروع مکرر): با استفاده از رله‌های زمانی معکوس، سیگنال می‌دهد کنتاکتور را باز کند.
- حفاظت از کوتاه مدت: با استفاده از فیوز.
- نیاز به هماهنگی: جریان مقرر فیوز باید بیشتر از جریان شروع موتور باشد و منحنی ویژگی زمان-جریان آن باید در یک نقطه با منحنی رله قطع شود تا هماهنگی کامل را ایجاد کند.
- مرجع انتخاب (استخراج):
|
قدرت موتور (kW) |
مدت زمان شروع (s) |
جریان شروع (A) |
جریان مقرر لینک فیوز (A) در فرکانس‌های شروع مختلف (بار/ساعت) |
|
250 |
6 |
220 |
100A (2/3/4 بار) -> 105A (8/16/32 بار) |
|
250 |
15 |
200 |
100A (2/3 بار) -> 125A (4/8/16/32 بار) |
|
800 |
60 |
600 |
250A (2 بار) -> 315A (3/4/8/16/32 بار) |
- نکته کلیدی: هرچه مدت زمان شروع طولانی‌تر و فرکانس شروع بالاتر باشد، جریان مقرر لینک فیوز بزرگ‌تر خواهد بود.
2. انتخاب فیوز حفاظت ترانسفورماتور
انتخاب باید اطمینان دهد که فیوز می‌تواند جریان مغناطیسی بسته شدن ترانسفورماتور را تحمل کند و همزمان محافظت مؤثری علیه خطاهای داخلی ارائه دهد.
- مرجع انتخاب (استخراج):
|
ولتاژ سیستم (kV) |
ظرفیت ترانسفورماتور (kVA) و جریان مقرر فیوز توصیه شده (A) |
|
3.6 |
100-160kVA: 63A |
|
7.2 |
100-160kVA: 50A |
|
12 |
100-160kVA: 31.5-40A |
3. انتخاب فیوز حفاظت بانک خازنه
جابجایی بانک خازنه جریان‌های بسته شدن با فرکانس بالا و دامنه بالا ایجاد می‌کند، که نیازهای خاصی برای انتخاب فیوز دارد.
- تعیین ویژه: باید اطمینان حاصل شود که فیوز می‌تواند انرژی عبور (I²t) جریان بسته شدن را تحمل کند. نیاز: انرژی عبور < 0.7 بار انرژی پیش از قوس فیوز.
- نیازهای انتخاب:
- جریان مقرر معمولاً 1.5~2.0 بار جریان مقرر خازنه است.
- اگر جریان عبور بسیار بزرگ است، در نظر بگیرید: ① انتخاب فیوز‌های اختصاصی خازنه (مانند سری WFN)؛ ② افزودن واکنش‌دهنده محدود کننده جریان سری با خازنه؛ ③ افزودن مقاومت میرا سری در شاخه.
- توصیه: باید از واکنش‌دهنده محدود کننده جریان استفاده شود زمانی که (پیک جریان عبور * فرکانس عبور) > 20000 یا در عملیات بسیار مکرر.
IV. محدوده کاربرد و موارد نمونه
1. محدوده کاربرد
راه‌حل مدار FC عمومی نیست. محدوده‌های قابل اعمال آن به شرح زیر است:
- موتورهای پر فشار: ≤ 1200 kW
- ترانسفورماتورهای توزیع: ≤ 1600 kVA
- بانک‌های خازنه: ≤ 1200 kvar
فراتر از این محدوده‌های ظرفیت، باید راه‌حل دیود خلاء با ظرفیت قطع بالاتر و پایداری دینامیکی/حرارتی انتخاب شود تا ایمنی تضمین شود.
2. اعتبارسنجی موارد نمونه
این راه‌حل در چندین پروژه با موفقیت به کار رفته و عملکرد پایدار و قابل اعتماد داشته است:
- مثال 1: کارخانه شیمیایی، تگزاس، ایالات متحده (عملکرد مکرر و محیط انفجارناپذیر)
- مرور کلی پروژه: این پایه شیمیایی بزرگ نیاز به کنترل شروع-توقف مکرر برای پمپ‌ها و موتورهای فشار بالا در چندین خط تولید داشت، با نیازهای محیطی برای انفجارناپذیری و قابلیت اطمینان بالا.
- مزایای نشان داده شده: فرکانس 2000 عملیات/ساعت کنتاکتور به طور کامل نیازهای تنظیم فرآیند را برآورده کرد؛ هماهنگی دقیق بین فیوز و رله اطمینان از حفاظت کوتاه مدت دقیق موتورها در شروع مکرر بدون عملکرد آزاردهنده را ایجاد کرد؛ جریان برش کم (<0.5A) ارائه شده توسط خلاء کننده به طور موثر از افزایش ولتاژ سوئیچینگ جلوگیری کرد، که عایق موتورهای قدیمی را محافظت می‌کند. راه‌حل کلی سرمایه‌گذاری قابل توجهی نسبت به دیودهای خلاء کاهش داد.
- مثال 2: کارخانه تولید خودرو، بایرن، آلمان (حفاظت ترانسفورماتور و جبران خازنه)
- مرور کلی پروژه: یک کارخانه تولید هوشمند جدید نیاز به تأمین برق پایدار و با کیفیت برای سیستم‌های سرویس دهنده رباتیک زیاد در خطوط تولید خودکار داشت، همراه با ترانسفورماتورهای توزیع خشک متعدد و بانک‌های جبران خازنه.
- مزایای نشان داده شده: انتخاب جریان مقرر فیوز به طور کامل ویژگی‌های جریان مغناطیسی ترانسفورماتور را در نظر گرفت، از عملکرد آزاردهنده در زمان بسته شدن جلوگیری کرد. برای بانک‌های خازنه، فیوز‌های اختصاصی با موفقیت ضربه جریان بسته شدن (I²t تأیید شد) را تحمل کردند. پرتاب کم کنتاکتور اطمینان حاصل کرد که جابجایی خازنه بدون باز اشتعال انجام شود، کیفیت برق شبکه را محافظت می‌کند.
V. خلاصه مزایای راه‌حل
- قابلیت اطمینان بالا: اتاق خلاء کننده بدون نیاز به نگهداری با عمر مکانیکی تا میلیون‌ها عملیات؛ فیوز‌ها محافظت سریع در سطح میلی‌ثانیه ارائه می‌دهند.
- امنیت قوی: مکانیسم قفل مکانیکی از عملکرد تک‌فازی و بسته شدن با خطرات جلوگیری می‌کند؛ جریان برش کم عایق تجهیزات را محافظت می‌کند.
- اقتصادی خوب: نسبت به دیودهای خلاء، دیودهای FC هزینه کمتر، اندازه کوچک‌تر و بهره‌وری بسیار بالا دارند.
- هوشمند: کنتاکتورها می‌توانند به صورت بی‌درنگ با دستگاه‌های حفاظتی مبتنی بر میکروپروسسور یکپارچه شوند، که نظارت دوردست، کنترل هوشمند و آپلود داده را امکان‌پذیر می‌کند.
- نگهداری آسان: اجزای اصلی برای عملکرد بدون نگهداری طراحی شده‌اند؛ پس از عملکرد فیوز، تنها نیاز به تعویض با لینک فیوز مشابه است، که عملیات آن ساده است.
