طرح حفاظتی مدار FC برای سیستم تغذیه کمکی ۳~۱۲ کیلوولت: طراحی، انتخاب و موارد استفاده
پیش‌بینی راه‌حل
این راه‌حل هدف دارد تا یک سیستم کامل بر اساس ترکیب یک تماس‌دهنده خلأ پرتنه (تماس‌دهنده) و یک بیضه محدودکننده جریان پرتنه (بیضه) را فراهم کند، که به طور کلی به عنوان مدار FC شناخته می‌شود. این مدار برای سیستم‌های متوسط ولتاژ در محدوده ۳ تا ۱۲ کیلوولت طراحی شده است و به ویژه برای کاربردهایی مناسب است که نیاز به عملکرد مداوم، قابلیت اطمینان بالا و کارایی هزینه‌ای دارند. در مدار FC، تماس‌دهنده خلأ مسئول اتصال و قطع جریان‌های عادی و بیش از حد و عملیات مداوم است، در حالی که بیضه پرتنه محافظت قوی در برابر کوتاه شدن را فراهم می‌کند. با هم، آنها یک واحد حفاظت و کنترل کاملاً عملکردی و با عملکرد بالا را تشکیل می‌دهند.
II. ویژگی‌های اجزای اصلی
مزیت اصلی مدار FC در عملکرد استثنایی و هماهنگی دقیق دو مؤلفه کلیدی آن نهفته است.
(I) تماس‌دهنده خلأ پرتنه (مؤلفه عملیاتی و قطع بیش از حد)
به عنوان هسته عملیاتی مدار، تماس‌دهنده خلأ ویژگی‌های زیر را دارد:
- ساختار پیشرفته و اصول قطع:
- دارای یک کانتینر میان‌قطع خلأ (سطح خلأ تا ۱.۳۳×۱۰⁻⁴ پاسکال) با تماس‌های اصلی در یک پوشش سرامیکی. در زمان باز شدن، تماس‌های متحرک و ثابت به سرعت جدا می‌شوند و با استفاده از تبخیر سریع فلز در صفرگذاری جریان، قوس الکتریکی به طور موثر خاموش می‌شود و مقاومت عایقی بازیابی می‌یابد.
- تجهیز به یک مکانیسم قطع متصل که اطمینان می‌دهد با ذوب یک فاز بیضه، قطع انجام شود، که از عملیات بدون فاز جلوگیری می‌کند و شامل یک عملکرد جلوگیری از بسته شدن اشتباه وقتی بیضه‌ها نصب نشده‌اند.
- جریان برش بسیار کم (≤۰.۵A)، که به طور موثر از افزایش ولتاژ در زمان تغییر وضعیت جلوگیری می‌کند و عایق بارهای القایی مانند موتورها را محافظت می‌کند.
- مکانیسم عملکرد با قابلیت اطمینان بالا:
- استفاده از یک مکانیسم عملکرد الکترومغناطیسی که قادر به تغییر فرکانس تا ۲,۰۰۰ عملیات در ساعت است، که نیازهای بسیار سخت در عملیات مداوم را برآورده می‌کند.
- روش‌های نگهداری انعطاف‌پذیر: نگهداری خودکار الکتریکی (با استفاده از سیم پیچ نگهداری پس از بسته شدن، با مصرف انرژی کم) و نگهداری خودکار مکانیکی (مانند سری LHJCZR، که پس از بسته شدن مکانیکی نگهداری می‌شود و نیاز به تأمین برق مداوم ندارد) برای تطبیق با نیازهای کنترل مختلف موجود است.
- سازگاری قوی با منابع تغذیه کنترل، که حمایت از DC/AC ۱۱۰V/۲۲۰V را فراهم می‌کند.
- پارامترهای نرخی برجسته و طول عمر:
- پارامترهای الکتریکی کلیدی:
|
دسته‌بندی پارامتر |
ارزش‌های خاص |
|
ولتاژ نامی |
۳.۶، ۷.۲، ۱۲ kV |
|
جریان عملیاتی نامی |
۲۰۰، ۴۰۰، ۶۳۰ A |
|
ظرفیت قطع نامی |
۳.۲ kA (۲۵ عملیات) |
|
ظرفیت بسته شدن نامی |
۴ kA (۱۰۰ عملیات) |
|
ظرفیت بیش از حد نامی |
۶ kA (۱s)، ۴ kA (۳s)، ۲.۵ kA (۳۰s) |
- طول عمر تمدید شده: طول عمر الکتریکی تا ۳۰۰,۰۰۰ عملیات و طول عمر مکانیکی تا ۱,۰۰۰,۰۰۰ عملیات، که به طور قابل توجهی تلاش‌های نگهداری و هزینه‌های دوره عمر را کاهش می‌دهد.
- کانتینرهای میان‌قطع خلأ اختصاصی: مانند نوع TJC ۱۲/۶۳۰، با ضریب اتلاف کم، افزایش کم، مقاومت بالا در برابر سایش و مقاومت تماس ≤۶۰ μΩ.
(II) بیضه محدودکننده جریان پرتنه (مؤلفه محافظت از کوتاه شدن)
به عنوان هسته محافظت از کوتاه شدن در مدار، انتخاب و کاربرد آن بسیار مهم است.
- اصول عملکردی: وقتی جریان برای مدت مشخصی از یک مقدار مشخص بیشتر شود، عنصر بیضه به طور فوری ذوب می‌شود و جریان خطا را قطع می‌کند. ویژگی کلیدی آن این است که هرچه جریان قطع شونده بیشتر باشد، زمان عملکرد کمتر خواهد بود، که توانایی محدودکننده جریان قوی را فراهم می‌کند.
- اصول انتخاب:
- ولتاژ نامی: باید کمتر از ولتاژ نامی سیستم نباشد؛ می‌تواند کمی بیشتر باشد اما هرگز کمتر نباشد.
- جریان نامی: باید به طور جامع جریان عملیاتی عادی مدار، جریان بیش از حد و ویژگی‌های شروع تجهیزات (مانند جریان شروع موتور و زمان) را در نظر بگیرد. به عنوان یک محافظ پشتیبان، فقط زمانی که جریان خطا از ظرفیت قطع تماس‌دهنده بیشتر باشد یا تماس‌دهنده عملکرد نکند، عمل می‌کند.
- هماهنگی محافظت با تجهیزات مختلف:
- موتورهای پرتنه (≤۱۲۰۰ kW): بیضه باید جریان شروع موتور را تحمل کند، در حالی که محافظت بیش از حد توسط یک رله محافظت جامع انجام می‌شود. اطمینان حاصل کنید که منحنی مشخصه زمان-جریان بیضه به درستی با منحنی رله تقاطع داشته باشد تا محافظت را تقسیم کند.
- مثال: برای یک موتور ۲۵۰ kW با زمان شروع ۶s و جریان شروع ۲۲۰A، عنصر بیضه ۱۰۰A مناسب است (برای ۲-۳ شروع در ساعت).
- تبدیل‌کننده‌ها (≤۱۶۰۰ kVA): بیضه باید جریان‌های دریافتی در زمان تغذیه و جریان‌های بیش از حد مداوم را تحمل کند. انتخاب مستقیماً بر اساس ظرفیت نامی و سطح ولتاژ تبدیل‌کننده انجام می‌شود.
- مثال: برای یک تبدیل‌کننده ۱۰ kV/۸۰۰ kVA، بیضه ۸۰A مناسب است.
- بانک‌های خازنی (≤۱۲۰۰ kvar): باید جریان‌های دریافتی در زمان تغییر وضعیت را تحمل کند و انرژی عبوری آن باید کمتر از توان تحمل خازن باشد. جریان نامی معمولاً ۱.۵-۲ برابر جریان نامی خازن است. برای کاربردهای با جریان‌های دریافتی بسیار زیاد یا تغییر وضعیت مداوم، واکنش‌دهنده‌های سری توصیه می‌شوند.
III. محدوده کاربرد و موارد موفق
(I) محدوده کاربرد
- سناریوهای مناسب:
- مدارهای محافظت و کنترل برای تبدیل‌کننده‌های تا ۱۶۰۰ kVA در کارخانجات صنعتی.
- مدارهای شروع مداوم و محافظت برای موتورهای پرتنه تا ۱۲۰۰ kW.
- مدارهای تغییر وضعیت برای بانک‌های خازنی تا ۱۲۰۰ kvar.
- سناریوهای نامناسب: برای بارهایی که ظرفیت آنها از موارد فوق بیشتر است، باید از پنل‌های قطع‌کننده خلأ استفاده شود.
(II) موارد موفق
راه‌حل مدار FC در پروژه‌های بسیاری از نیروگاه‌ها به طور گسترده اعمال شده و قابلیت اطمینان آن ثابت شده است:
- نیروگاه حرارتی: استفاده از ۸ پنل قطع‌کننده خلأ + ۳۶ پنل FC. در میان آنها، تماس‌دهنده‌های LHJCZR با بیضه‌های WFNHO موتورها را محافظت می‌کنند، در حالی که بیضه‌های XRNT تبدیل‌کننده‌ها را محافظت می‌کنند.
- نیروگاه: استفاده از ۱۰ پنل قطع‌کننده خلأ + ۳۶ پنل FC (۲۱ برای محافظت موتور، ۱۲ برای محافظت تبدیل‌کننده و ۳ برای محافظت بانک خازن).
IV. مزایای راه‌حل و نتیجه‌گیری
این راه‌حل مدار FC مزایای دوگانه تماس‌دهنده‌های خلأ و بیضه‌های محدودکننده جریان را ترکیب می‌کند و مزایای هسته‌ای زیر را ارائه می‌دهد:
- کارایی هزینه‌ای: هزینه‌های سرمایه‌گذاری به طور قابل توجهی کمتر از پنل‌های قطع‌کننده خلأ است، با ارائه کارایی هزینه‌ای بالا.
- عملکرد تخصصی: تماس‌دهنده‌ها در عملیات مداوم و قطع بیش از حد ممتاز هستند، در حالی که بیضه‌ها در قطع سریع جریان‌های کوتاه شدن بالا ممتاز هستند، که اطمینان می‌دهد که تقسیم کار به طور واضح و محافظت برتر انجام شود.
- امنیت و قابلیت اطمینان: زمان قطع کوتاه شدن بسیار کوتاه (سطح میلی‌ثانیه)، ویژگی‌های محدودکننده جریان بسیار خوب و محافظت موثر از تجهیزات سیستم. مکانیسم قطع متصل از عملیات بدون فاز جلوگیری می‌کند.
- بدون نگهداری و طول عمر طولانی: کانتینرهای میان‌قطع خلأ بدون نگهداری هستند و طول عمر الکتریکی و مکانیکی تا یک میلیون عملیات دارند، که به طور قابل توجهی هزینه‌های دوره عمر را کاهش می‌دهد.
- طراحی فشرده و انعطاف‌پذیر: ساختار فشرده فضا را صرفه‌جویی می‌کند. انعطاف‌پذیری بالا امکان تعویض بین محصولات مشابه را فراهم می‌کند و نگهداری و مدیریت قطعات یدکی را تسهیل می‌کند.
نتیجه‌گیری: مدار FC یک انتخاب ایده‌آل برای محافظت از تبدیل‌کننده‌ها، موتورها و بانک‌های خازنی با ظرفیت کوچک تا متوسط در سیستم‌های برق صنعتی مانند نیروگاه‌ها، پتروشیمی و متالورژی است. این راه‌حل فناوری پیشرفته، به طور گسترده اعتبار یافته و مزایای برجسته ارائه می‌دهد که بهترین عملکرد برای توازن بین عملکرد، هزینه و قابلیت اطمینان است. برای کاربردهایی که ظرفیت آنها از محدوده این راه‌حل بیشتر است، پیشنهاد می‌شود از راه‌حل‌های قطع‌کننده خلأ استفاده شود.
