.scheme حماية الدائرة FC لنظام الطاقة المساعد من 3 إلى 12 كيلوفولت: التصميم والاختيار وحالات التطبيق
نظرة عامة على الحل
يهدف هذا الحل إلى توفير نظام كامل يستند إلى الجمع بين جهاز التحكم الفائق الجهد (الكونتاكتور) والمصهر الحدّاد الفائق الجهد (المصهر)، والذي يُشار إليه بشكل جماعي باسم دارة FC. تم تصميمه لنظم الجهد المتوسط من 3 إلى 12 كيلوفولت، وهو مناسب بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب تشغيلًا متكررًا وموثوقية عالية وفعالية تكلفة. في دارة FC، يقوم الكونتاكتور الفائق الجهد بتشغيل وإيقاف التيار العادي والتيار الزائد، بالإضافة إلى التشغيل المتكرر، بينما يقدم المصهر الفائق الجهد حماية قوية ضد القصر الكهربائي. معًا، يشكلان وحدة حماية وتحكم كاملة الأداء وعالية الكفاءة.
خصائص المكونات الأساسية
تكمن الميزة الأساسية لدارة FC في الأداء الاستثنائي والتآزر الدقيق لمكونيها الرئيسيين.
(أ) جهاز التحكم الفائق الجهد (مكون التشغيل والفصل في حالة الزائد)
كمركز العمليات في الدارة، يتمتع الكونتاكتور الفائق الجهد بالخصائص التالية:
- الهيكل المتقدم ومبدأ الفصل:
- يتميز بغرفة الفصل تحت الفراغ (مستوى الفراغ يصل إلى 1.33×10⁻⁴ باسكال) مع ملامسه رئيسي محكم داخل غلاف سيراميك. أثناء الفتح، تنفصل الملامس المتحركة والثابتة بسرعة، مستفيدًا من تكاثف بخار المعادن بسرعة عند نقطة الصفر للتيار لتطفئ القوس الكهربائي وتستعيد قوة العزل.
- مزود بآلية فصل مرتبطة تضمن الفصل عند ذوبان مصهر المرحلة الواحدة، مما يمنع التشغيل بدون مرحلة، ويحتوي على وظيفة منع الإغلاق الخاطئ عند عدم تثبيت المصهر.
- تيار القطع المنخفض للغاية (≤0.5A)، مما يقلل بشكل فعال من فولتية التحويل الزائدة ويحمي العزل للأحمال الحثية مثل المحركات.
- آلية التشغيل ذات الموثوقية العالية:
- تستخدم آلية تشغيل كهرومغناطيسية قادرة على التحويل بتردد يصل إلى 2,000 عملية في الساعة، مما يلبي المتطلبات الأكثر صرامة للتشغيل المتكرر.
- طرق الاحتفاظ المرنة: يمكن استخدام الاحتفاظ الذاتي الكهربائي (يتم الحفاظ عليه بواسطة ملف احتفاظ بعد الإغلاق، مع استهلاك طاقة منخفض) والاحتفاظ الذاتي الميكانيكي (مثل سلسلة LHJCZR، يتم تثبيتها ميكانيكيًا بعد الإغلاق ولا تتطلب إمدادًا مستمرًا بالطاقة) لتلبية احتياجات السيطرة المختلفة.
- توافق قوي مع مصادر الطاقة للتحكم، يدعم DC/AC 110V/220V.
- المعلمات المحددة الممتازة والعمر الافتراضي:
- الفئة الرئيسية للمعلمات الكهربائية:
|
فئة المعلمة |
القيم المحددة |
|
الجهد المحدد |
3.6، 7.2، 12 كيلوفولت |
|
التيار التشغيلي المحدد |
200، 400، 630 أمبير |
|
قدرة الفصل المحددة |
3.2 كيلو أمبير (25 عملية) |
|
قدرة الإغلاق المحددة |
4 كيلو أمبير (100 عملية) |
|
قدرة الزائد المحددة |
6 كيلو أمبير (1 ثانية)، 4 كيلو أمبير (3 ثوانٍ)، 2.5 كيلو أمبير (30 ثانية) |
- العمر الافتراضي الممتد: عمر كهربائي يصل إلى 300,000 عملية وعمر ميكانيكي يصل إلى 1,000,000 عملية، مما يقلل بشكل كبير من جهود الصيانة وتكاليف دورة الحياة.
- غرف الفصل تحت الفراغ المخصصة: مثل نوع TJC 12/630، الذي يتميز بخسائر منخفضة ومعززات منخفضة ومقاومة عالية للتآكل ومقاومة الاتصال ≤60 μΩ.
(ب) المصهر الحدّاد الفائق الجهد (مكون حماية القصر الكهربائي)
كمركز حماية القصر الكهربائي في الدارة، فإن اختياره وتطبيقه أمر حاسم.
- مبدأ الوظيفة: عندما يتجاوز التيار قيمة محددة لمدة معينة، يذوب عنصر المصهر على الفور ويقطع تيار العطل. خصوصيته الرئيسية هي أن كلما كان التيار المقطوع أكبر، كانت فترة التشغيل أقصر، مما يوفر قدرة قوية على الحد من التيار.
- مبادئ الاختيار:
- الجهد المحدد: يجب ألا يكون أقل من الجهد المحدد لنظام؛ يمكن أن يكون أعلى قليلاً ولكن لا يجب أبداً أن يكون أقل.
- التيار المحدد: يجب النظر فيه بشكل شامل للتعرف على التيار التشغيلي الطبيعي للدارة والتيار الزائد وخواص بدء التشغيل للتجهيزات (مثل تيار بدء المحرك وزمن البدء). كحماية احتياطية، يعمل فقط عندما يتجاوز تيار العطل قدرة الفصل للكونتاكتور أو إذا فشل الكونتاكتور في العمل.
- تنسيق الحماية مع تجهيزات مختلفة:
- المحركات الفائقة الجهد (≤1200 كيلووات): يجب أن يتحمل المصهر تيار بدء المحرك، بينما يتم التعامل مع حماية الزائد بواسطة جهاز الحماية الشامل. تأكد من أن منحنى خصائص التيار-الزمن للمصهر يتقاطع بشكل صحيح مع منحنى الجهاز لتحقيق التقسيم الحماية.
- مثال: بالنسبة للمحرك بقوة 250 كيلووات وبزمن بدء 6 ثوانٍ وتيار بدء 220 أمبير، يعتبر عنصر المصهر بقوة 100 أمبير مناسبًا (لـ 2-3 عمليات بدء في الساعة).
- المحوّلات (≤1600 كيلو فولت أمبير): يجب أن يتحمل المصهر التيار النابض أثناء التغذية والتيار الزائد المستمر. يتم الاختيار مباشرة بناءً على السعة المحددة للمحوّل ومستوى الجهد.
- مثال: بالنسبة للمحوّل بقوة 10 كيلوفولت/800 كيلو فولت أمبير، يعتبر المصهر بقوة 80 أمبير مناسبًا.
- مجموعات المكثفات (≤1200 كيلو فار): يجب أن تحمل تيار النبض عند التحويل، وأن تكون طاقتها المنقولة أقل من قدرة تحمل المكثف. عادةً ما يكون التيار المحدد 1.5-2 مرة التيار المحدد للمكثف. للتطبيقات ذات التيار النابض الزائد أو التحويل المتكرر، يُنصح باستخدام المفاعلات المتسلسلة.
نطاق التطبيق والحالات النموذجية
(أ) نطاق التطبيق
- السيناريوهات المناسبة:
- دارة الحماية والتحكم للمحوّلات حتى 1600 كيلو فولت أمبير في المصانع الصناعية.
- دارة بدء التشغيل المتكرر والحماية للمحركات الفائقة الجهد حتى 1200 كيلووات.
- دارة التحويل لمجموعات المكثفات حتى 1200 كيلو فار.
- السيناريوهات غير المناسبة: بالنسبة للأحمال التي تتجاوز السعات المذكورة، يجب استخدام لوحة مفتاح الفصل الفائق الجهد.
(ب) الحالات الناجحة
تم تطبيق حل دارة FC على نطاق واسع في العديد من مشاريع محطات الطاقة، وقد أثبت موثوقيته:
- محطة الطاقة الحرارية: استخدمت 8 لوحات مفتاح الفصل الفائق الجهد + 36 لوحة FC. من بينها، يتم استخدام الكونتاكتورات LHJCZR والمصهر WFNHO لحماية المحركات، بينما يتم استخدام المصهر XRNT لحماية المحوّلات.
- محطة الطاقة: استخدمت 10 لوحات مفتاح الفصل الفائق الجهد + 36 لوحة FC (21 لحماية المحركات، 12 لحماية المحوّلات، و3 لحماية المكثفات).
مزايا الحل والاستنتاج
يجمع حل دارة FC بين مزايا الكونتاكتورات الفائقة الجهد والمصاهر الحدّادية، مما يوفر المزايا الأساسية التالية:
- التكلفة الفعالة: تكلفة استثمار أقل بكثير مقارنة بلوحة مفتاح الفصل الفائق الجهد، مع تقديم نسبة عالية من التكلفة إلى الأداء.
- الأداء المتخصص: تتميز الكونتاكتورات بالأداء العالي في التشغيل المتكرر والفصل في حالة الزائد، بينما تتميز المصاهر بقطع التيار القصير عالي السرعة، مما يضمن تقسيم العمل الواضح والحماية الممتازة.
- الأمان والموثوقية: وقت قطع القصر الكهربائي قصير جدًا (على مستوى الميلي ثانية)، خصائص قوية لتحديد التيار، وحماية فعالة لتجهيزات النظام. تمنع آلية الفصل المرتبطة التشغيل بدون مرحلة.
- الصيانة المجانية والعمر الافتراضي الطويل: غرف الفصل تحت الفراغ خالية من الصيانة، مع عمر كهربائي وميكانيكي يصل إلى مليون عملية، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف دورة الحياة.
- التصميم المدمج والمرن: الهيكل المدمج يوفر مساحة التركيب. المرونة العالية تسمح بالتبادل بين المنتجات المتشابهة، مما يسهل الصيانة وإدارة قطع الغيار.
الاستنتاج: تعتبر دارة FC الخيار المثالي لحماية المحوّلات والمحركات والمكثفات ذات السعات الصغيرة إلى المتوسطة في نظم الطاقة الصناعية مثل محطات الطاقة والبتروكيماويات والمعادن. هذا الحل متطور تقنيًا ومثبت بشكل واسع، ويقدم مزايا ممتازة، مما يجعله أفضل ممارسات التوازن بين الأداء والتكلفة والموثوقية. للتطبيقات التي تتجاوز نطاق سعتها، يُنصح باستخدام حلول مفتاح الفصل الفائق الجهد.
