په سره توکو چالنې لپاره جوړ شوی: په لو اړخیزیو FC د وړاندیزونو لپاره نوی جيل هوشیاره حفاظت او کنټرول حل
I. حل عام
هذا الحل يهدف إلى تقديم حل حماية شامل لدوائر FC على أساس "المفاتيح الكهربائية ذات الفراغ عالي الجهد + مصافي التيار الحالية ذات الجهد العالي". وهو مصمم خصيصاً للحماية والتحكم في المحركات الكهربائية ذات الجهد العالي، المحولات التوزيعية، ومجموعات المكثفات ضمن نطاق الجهد من 3 كيلوفولت إلى 12 كيلوفولت، خاصة مناسبة للتطبيقات الصناعية التي تتطلب تشغيلًا متكررًا وموثوقية عالية (مثل محطات توليد الكهرباء، المصانع الكبيرة، والمناجم). ميزة أساسية له تكمن في التنسيق الدقيق بين المفتاح الكهربائي ذو الفراغ والمصفاة الحالية، مما يحقق حماية متدرجة ضد الأحمال الزائدة والأعطال القصيرة، مع توفير الكفاءة الاقتصادية والأمان والذكاء.
II. خصائص تقنية للمكونات الأساسية
1. المفتاح الكهربائي ذو الفراغ عالي الجهد (مكون التشغيل والعطل الزائد للدائرة FC)
المفتاح الكهربائي ذو الفراغ عالي الجهد هو جهاز التشغيل للأعباء المتكررة وقطع التيار الزائد. خصائصه التقنية هي كالتالي:
- الهيكل الأساسي:
- غرفة القطع الفراغية: تستعمل غلافًا من السيراميك بدرجة فراغ داخلية تبلغ 1.33×10⁻⁴ باسكال، مما يضمن إخماد القوس الكهربائي بنجاح عند أول نقطة صفر للتيار، مما يحقق التشغيل بدون زيت وبلا صيانة.
- حامل العزل والتوصيل والآلية القابضة: يدمج حاملات للمصافى ويجهز بآلية قابضة مهمة. هذه الآلية تضمن: ① إذا انفجرت مصفاة في أي مرحلة، فإنها تثير فتح الثلاث مراحل للمفتاح الكهربائي على الفور، مما يمنع التشغيل الأحادي؛ ② إذا لم يتم تركيب مصفاة في أي مرحلة، فإنه يقفل المفتاح الكهربائي ميكانيكيًا، مما يضمن السلامة التشغيلية.
- آلية التشغيل: تستعمل آلية كهرومغناطيسية، تدعم عمليات الفتح والإغلاق المتكررة حتى 2000 مرة/ساعة، مما يتجاوز قدرة المفاتيح الكهربائية.
- مبادئ التشغيل والقطع:
- مبدأ القطع: يستخدم قدرة العزل العالية وقدرة إخماد القوس الكهربائي القوية للمادة الفراغية. القوس الكهربائي المعدني الناتج أثناء الفتح يخمد على الفور عند نقطة الصفر للتيار، مع استعادة سريعة لقوة العزل. قطع التيار الخاص به أقل من 0.5 أمبير، مما يحد بشكل فعال من زيادة الجهد عند التحويل، وهو شديد الود للعزل الكهربائي للمحرك.
- طريقة الاحتفاظ: تدعم كل من الاحتفاظ الذاتي الكهربائي (اقتصادي للطاقة، ضوضاء منخفضة) والاحتفاظ الذاتي الميكانيكي (موثوقية عالية، مقاومة للتشويش). يمكن للمستخدمين اختيار بناءً على متطلبات التشغيل (على سبيل المثال، سلسلة LHJCZR تستخدم الاحتفاظ الذاتي الميكانيكي).
- المعلمات الرئيسية المعينة:
|
فئة المعلمة |
مؤشر محدد |
|
الجهد المعين |
3.6 / 7.2 / 12 كيلوفولت |
|
التيار التشغيلي المعين |
200 / 400 / 630 أمبير |
|
قدرة القطع المعينة |
3.2 كيلو أمبير (25 مرة) |
|
قدرة القطع القصوى |
4 كيلو أمبير (3 مرات) |
|
قدرة الإغلاق المعينة |
4 كيلو أمبير (100 مرة) |
|
التيار القممي القابل للتحمل |
40 كيلو أمبير |
|
العمر الميكانيكي/الكهربائي |
1,000,000 دورة / 300,000 دورة |
2. مصفاة التيار الحالية ذات الجهد العالي (مكون حماية الدائرة FC من الأعطال القصيرة)
تعمل مصفاة التيار الحالية ذات الجهد العالي كمكون حماية نهائي للأعطال القصيرة. خصائصها هي كالتالي:
- الوظيفة الأساسية: توفر حماية فورية (سريعة الفصل). عند حدوث عطل قصير خطير (التيار يتجاوز قدرة القطع للمفتاح الكهربائي)، يذوب عنصر الانصهار بسرعة ويقطع الدائرة قبل أن يصل التيار إلى ذروته المحتملة. وقت القطع قصير للغاية (مستوى المللي ثانية)، مما يحد من طاقة التيار العاطل ويحمي المعدات السفلية من التلف.
- مبادئ الاختيار الأساسية:
- الجهد المعين: يجب ألا يكون أقل من جهد النظام لتقليل احتمالية تجاوز الجهد الذي ينتج خلال عملية مصفاة التيار الحالية مستوى تحمل العزل للمعدات (عادة ما يقتصر على أقل من 2.5 مرة الجهد الفاز).
- التيار المعين: يتطلب النظر الشامل في الأحمال الطبيعية/الزائدة، خصائص التيار عند بدء تشغيل المعدات (مثل التيار عند بدء تشغيل المحرك، التيار المغناطيسي عند بدء تشغيل المحول)، وضمان التنسيق الانتقائي مع الأجهزة الحامية العلوية (مثل الأجهزة المرتبطة).
- تحديد الوظيفة: تعمل كحماية احتياطية داخل دائرة FC. الأحمال الزائدة الطبيعية وأقل التيارات القصيرة تُنظف بواسطة جهاز الحماية الشامل الذي يشير إلى فتح المفتاح الكهربائي. تعمل المصفاة فقط عندما يتجاوز التيار العاطل قدرة القطع للمفتاح الكهربائي أو إذا فشل المفتاح الكهربائي في العمل.
III. توجيهات الاختيار بناءً على الكائن المحمي
1. اختيار مصفاة حماية المحرك
تيارات بدء تشغيل المحرك كبيرة ومدتها طويلة، مما يتطلب اهتماماً خاصاً في الاختيار لتجنب التشغيل غير المقصود.
- منطق التنسيق الحامي:
- حماية الأحمال الزائدة (مثل التوقف، بدء التشغيل المتكرر): يتم تنفيذها بواسطة الأجهزة المرتبطة ذات الوقت العكسي، مما يدفع المفتاح الكهربائي للفتح.
- حماية الأعطال القصيرة: يتم تنفيذها بواسطة مصفاة التيار الحالية.
- متطلبات التنسيق: يجب أن يكون التيار المعين لمصفاة التيار الحالية أكبر من تيار بدء المحرك، وأن تكون منحنى خصائص التيار-الزمن لها نقطة تقاطع واحدة مع منحنى الجهاز المرتبط لتحقيق التنسيق المثالي.
- مرجع الاختيار (استخراج):
|
قوة المحرك (كيلوواط) |
وقت بدء التشغيل (ثانية) |
تيار بدء التشغيل (أمبير) |
تيار المعين لمصفاة التيار الحالية (أمبير) عند تواتر بدء التشغيل المختلفة (مرة/ساعة) |
|
250 |
6 |
220 |
100 أمبير (2/3/4 مرة) -> 105 أمبير (8/16/32 مرة) |
|
250 |
15 |
200 |
100 أمبير (2/3 مرة) -> 125 أمبير (4/8/16/32 مرة) |
|
800 |
60 |
600 |
250 أمبير (2 مرة) -> 315 أمبير (3/4/8/16/32 مرة) |
- النقطة الرئيسية: كلما كان وقت بدء التشغيل أطول وتواتر بدء التشغيل أعلى، كان التيار المعين لمصفاة التيار الحالية المطلوب أكبر.
2. اختيار مصفاة حماية المحول
يجب أن يضمن الاختيار أن تكون مصفاة التيار الحالية قادرة على تحمل التيار المغناطيسي عند بدء تشغيل المحول بينما توفر حماية فعالة ضد الأعطال الداخلية.
- مرجع الاختيار (استخراج):
|
جهد النظام (كيلوفولت) |
سعة المحول (كيلوفولت أمبير) والتيار المعين الموصى به لمصفاة التيار الحالية (أمبير) |
|
3.6 |
100-160 كيلوفولت أمبير: 63 أمبير |
|
7.2 |
100-160 كيلوفولت أمبير: 50 أمبير |
|
12 |
100-160 كيلوفولت أمبير: 31.5-40 أمبير |
3. اختيار مصفاة حماية مجموعات المكثفات
يفتح مجموعات المكثفات تيارات بدء تشغيل عالية التردد والحجم، مما يفرض متطلبات خاصة على اختيار مصفاة التيار الحالية.
- اعتبار خاص: يجب التأكد من أن مصفاة التيار الحالية قادرة على تحمل طاقة التيار المار (I²t) للتيار عند بدء التشغيل. المتطلبات: طاقة التيار المار < 0.7 مرة الطاقة الأولية لمصفاة التيار الحالية.
- متطلبات الاختيار:
- التيار المعين عادة ما يكون 1.5~2.0 مرة التيار المعين للمكثف.
- إذا كان التيار عند بدء التشغيل كبيرًا جدًا، يجب النظر في: ① اختيار مصفاة تيار حالية مخصصة (مثل سلسلة WFN)؛ ② إضافة مفاعل تقييدي متسلسل مع المكثف؛ ③ إضافة مقاومة تخفيف متسلسلة في الفرع.
- التوصية: يجب استخدام مفاعل تقييدي متسلسل عندما (التيار القممي عند بدء التشغيل * تواتر بدء التشغيل) > 20000 أو أثناء العمليات المتكررة للغاية.
IV. نطاق التطبيق والحالات النموذجية
1. نطاق التطبيق
حل دائرة FC ليس عامًا. حدود التطبيق المناسبة هي كالتالي:
- محركات ذات جهد عالي: ≤ 1200 كيلوواط
- محولات توزيع: ≤ 1600 كيلوفولت أمبير
- مجموعات المكثفات: ≤ 1200 كيلوفار
خارج نطاق هذه السعات، يجب اختيار حل مفتاح كهربائي ذو فراغ بقدرة قطع أعلى واستقرار ديناميكي/حراري لضمان الأمان.
2. التحقق من الحالات النموذجية
تم تطبيق هذا الحل بنجاح في العديد من المشاريع، يعمل بشكل مستقر وموثوق:
- حالة 1: مصنع كيميائي، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية (عمليات متكررة وبيئة مضادة للانفجار)
- نظرة عامة على المشروع: كانت هذه القاعدة الكيميائية الكبيرة تحتاج إلى التحكم المتكرر في بدء وإيقاف المحركات والمضخات ذات الجهد العالي عبر عدة خطوط إنتاج، مع متطلبات بيئية مضادة للانفجار وعالية الموثوقية.
- مزايا تم التوضيح: تردد التشغيل 2000 مرة/ساعة للمفتاح الكهربائي قد استوفى تماماً احتياجات تعديل العملية؛ التنسيق الدقيق بين مصفاة التيار الحالية والجهاز المرتبط قد ضمنت حماية دقيقة للأعطال القصيرة للمحركات تحت بدء التشغيل المتكرر دون تشغيل غير مقصود؛ التيار المنخفض جداً (<0.5 أمبير) المقدم من الغرفة الفراغية قد قلل بشكل فعال من زيادة الجهد عند التحويل، مما يحمي العزل الكهربائي للمحركات الأقدم. حلت الحلول الكلية بشكل كبير الاستثمار مقارنة بالمعدات المفتاح الكهربائي ذو الفراغ.
- حالة 2: مصنع تصنيع السيارات، بافاريا، ألمانيا (حماية المحول ومجموعات التعويض بالكاباسيتور)
- نظرة عامة على المشروع: كان المصنع الجديد للتصنيع الذكي يحتاج إلى تزويد مستقر وعالي الجودة للطاقة لعدد كبير من أنظمة الخدمة الروبوتية على خطوط الإنتاج الآلية، مع وجود العديد من المحولات التوزيعية الجافة ومجموعات التعويض بالكاباسيتور.
- مزايا تم التوضيح: اختيار التيار المعين لمصفاة التيار الحالية قد أخذ في الاعتبار خصائص التيار المغناطيسي عند بدء تشغيل المحول، مما يتجنب التشغيل غير المقصود عند بدء التشغيل. بالنسبة لمجموعات الكاباسيتور، نجحت مصفاة التيار الحالية المخصصة في تحمل تأثير التيار عند بدء التشغيل (تم التحقق من I²t). ضمان عدم إعادة الاشتعال عند قلب الكاباسيتور من خلال المفتاح الكهربائي، مما يحمي جودة الطاقة على الشبكة.
V. ملخص مزايا الحل
- موثوقية عالية: غرفة القطع الفراغية خالية من الصيانة مع عمر ميكانيكي يصل إلى الملايين من العمليات؛ مصافي التيار الحالية توفر حماية سريعة بمستوى المللي ثانية.
- سلامة قوية: الآلية القابضة الميكانيكية تمنع التشغيل الأحادي وإغلاق مع مخاطر محتملة؛ التيار المنخفض يحمي عزل المعدات.
- اقتصادية جيدة: مقارنة بالمعدات المفتاح الكهربائي ذو الفراغ، تتميز معدات دائرة FC بتكلفة أقل وحجم أصغر وكفاءة تكلفة عالية للغاية.
- ذكاء: يمكن دمج المفاتيح الكهربائية بشكل سلس مع أجهزة الحماية المستندة إلى المعالج الدقيق، مما يسمح بمراقبة عن بعد وتحكم ذكي وتحميل البيانات.
- صيانة سهلة: المكونات الأساسية مصممة للتشغيل بدون صيانة؛ بعد تشغيل مصفاة التيار الحالية، يتطلب فقط استبدال رابط مصفاة التيار الحالية بنفس المواصفات، مما يجعل التشغيل بسيطًا.
