حل للتحكم والحماية في محركات الجهد المتوسط باستخدام ملامس فراغ ومصهر (VCF) في نظام نقل الفحم

1. خلفية المشروع

يتكون نظام نقل الفحم من 15 حزامًا متحركًا يُحركها محركات كهربائية ذات جهد متوسط. يعمل النظام في ظروف معقدة، حيث تكون المحركات غالبًا تحت أحمال ثقيلة وبدايات متكررة. لمعالجة هذه التحديات والوصول إلى تحكم فعال وحماية موثوقة أثناء بدء تشغيل المحرك، يستخدم المشروع بشكل شامل أجهزة تركيب المفتاح الكهربائي ذو الفراغ والمصهر (VCF) لتوزيع الطاقة على المحركات ذات الجهد المتوسط 6 كيلوفولت. توضح هذه الحل التفاصيل التقنية والمزايا وتطبيق VCF، مما يوفر مرجعًا موثوقًا به للظروف التشغيلية المماثلة.

2. المزايا الأساسية والميزات التقنية لـ VCF

2.1 هيكل المعدات المتقدم وتكنولوجيا العزل

• ​نوع المعدات: يستخدم هذا الحل هيكل VCF قابل للسحب لسهولة التركيب والصيانة والاستبدال.
• ​التكنولوجيا الأساسية: باستخدام عزل راتنج الإبوكسي المركب وتكنولوجيا الضغط الجيلي التلقائي (APG)، يتم تغليف المفصل الكهربائي ذو الفراغ مباشرة في الراتنج الإبوكسي، مما يعزز بشكل كبير الأداء العازل والقوة الميكانيكية والاستقرار البيئي.
• ​آلية التشغيل: تم تصميم آلية التشغيل بدقة وتميز بانخفاض استهلاك الطاقة.

2.2 التكوين الشامل والقابلية الواسعة للتطبيق

• ​تكوين المعدات: يتكون VCF من تركيبة مثلى من المصهرات الحالية ذات الجهد العالي (قادرة على قطع نطاق واسع من التيارات القصيرة الدائرة) والمفاتيح الكهربائية ذات الفراغ VCX القابلة للتشغيل المتكرر، مما يشكل حل دارة F-C كلاسيكي.
• ​المزايا الأساسية: يوفر عمر تشغيلي طويل وأداء مستقر وضوضاء منخفضة.
• ​نطاق التطبيق: يستخدم على نطاق واسع في أنظمة الطاقة المساعدة ذات الجهد العالي في محطات توليد الطاقة الحرارية، وكذلك في الصناعات المعدنية والبتروكيماويات والتعدين. وهو مناسب لتحكم وحماية الأحمال مثل المحركات ذات الجهد العالي والمحولات والأفران الحثية.

2.3 القدرة العالية على التكيف وميزات الأمان

• ​توافق الخزانة: يتطابق وحدة VCF القابلة للسحب مع أبعاد وأوضاع الترابط الخمسة للأمان لوحدات سحب المقاطع الكهربائية في لوحة التوزيع ذات العرض 800 ملم، مما يتيح الاستبدال السلس دون أي تعديلات على لوحة التوزيع الموجودة.
• ​سهولة الصيانة: يسمح التصميم القابل للسحب بتغيير المصهرات ذات الجهد العالي بأمان وسهولة خارج الخزانة.
• ​طريقة الإبقاء: يمكن تهيئه المفتاح الكهربائي ذو الفراغ للإبقاء الكهربائي أو الميكانيكي حسب احتياجات العميل.
• ​حماية فقدان المرحلة: مجهز بحماية كاملة لفقدان المرحلة. في حالة فقدان المرحلة، تعمل المصهرات وتترابط بشكل ميكانيكي لضمان قطع VCF للدارة الكهربائية للمحرك، مما يمنع بشكل فعال تلف المحرك بسبب فقدان المرحلة الواحدة.

3. المعلمات التقنية الرئيسية (تقييم 7.2 كيلوفولت)

4. مبدأ التحكم في الحماية

تنقسم حماية VCF بناءً على مقدار التيار لتحقيق أفضل الأداء:

• ​نطاق التيار المنخفض (< 4 كيلو أمبير)​: يتم التعامل معه بواسطة المفتاح الكهربائي ذو الفراغ للقطع الطبيعي وحماية الحمل الزائد.
• ​نطاق التيار العالي (> 4 كيلو أمبير)​: يتم قطعه بسرعة بواسطة المصهر ذو الجهد العالي لمعالجة أعطال الدائرة القصيرة.
• ​تنسيق المنحنى: يتم ضبط منحنى حماية المفتاح الكهربائي بحيث يكون أقل من منحنى قاطع الدائرة لضمان أن يعمل المفتاح الكهربائي أولاً خلال حالات الحمل الزائد. وفي الوقت نفسه، يتم اختيار مصهر متوافق بشكل صحيح مع إعدادات حماية أقل من قاطع الدائرة العلوي لتجنب التقطيع غير المقصود تمامًا.

5. مزايا VCF مقارنة بقاطع الدائرة ذو الفراغ

بالنسبة للأحمال المحركة التي تبدأ وتتوقف بشكل متكرر، يقدم VCF مزايا كبيرة مقارنة بقاطع الدائرة ذو الفراغ:

6. جوهر اختيار VCF: دليل اختيار المصهر

يعتمد أداء VCF على اختيار المصهر الصحيح، مع مراعاة العوامل التالية:
الجهد العامل، التيار العامل، وقت بدء المحرك، عدد البدايات في الساعة، التيار الكامل للحمل على المحرك، والتيار القصير الدائرة في نقطة التثبيت.

6.1 قواعد واخطوات الاختيار

1. ​الجهد المعين: يجب ألا يكون الجهد المعين للمصهر أقل من جهد النظام العامل (7.2 كيلوفولت في هذه الحالة).
2. ​حساب التيار المعين:
• استخدم المعادلة: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: التيار المكافئ أثناء بدء التشغيل (أمبير)
• NNN: نسبة التيار البدء إلى التيار الكامل للحمل (عادة 6)
• InI_nIn​: التيار الكامل المعين للحمل على المحرك (أمبير)
• δ\deltaδ: المعامل الشامل (بناءً على عدد البدايات في الساعة، n، من الجدول أدناه)

1. ​تنسيق المنحنى: رسم قيمة IyI_yIy​ ووقت بدء المحرك على منحنى السمات الزمنية-التيارية للمصنع. اختر التيار المعين للمصهر الذي يتوافق مع المنحنى الموجود على الفور إلى يمين هذه النقطة.
2. ​فحص إضافي: يجب أن يكون التيار المعين للمصهر المختار **> 1.7 مرة التيار الكامل للحمل على المحرك**.

6.2 مثال على الاختيار

لنظام 7.2 كيلوفولت مع محرك كهربائي عالي الجهد بقوة 250 كيلوواط يتم بدء تشغيله مباشرة:
In=30AI_n = 30AIn​=30A، 16 بداية في الساعة، وقت البدء 6 ثوانٍ.

• الحساب: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• الاختيار: على منحنى السمات الزمنية-التيارية للمصهر، ابحث عن المنحنى الموجود على يمين النقطة (378A، 6 ثوانٍ)، والذي يتوافق مع تيار معين للمصهر يبلغ 100 أمبير.
• التحقق: 100 أمبير > 1.7 × 30 أمبير (51 أمبير)، مما يفي بالمتطلب. وبالتالي، يمكن اختيار مصهر حماية محرك عالي الجهد بمعدل 100 أمبير أو أعلى.

7. الخاتمة

من تحليل شامل للتكلفة والفعالية:

• على الرغم من أن قاطع الدائرة ذو الفراغ يمتلك تكلفة شراء أقل، فإن عمره العملي القصير يجعله غير مناسب للبدء والتوقف المتكررين، مما يؤدي إلى تكاليف صيانة طويلة الأمد أعلى ومخاطر فشل أكبر.
• يوفر حل VCF مزايا المفاتيح الكهربائية ذات الفراغ (الحياة الطويلة والجهد الزائد المنخفض ومناسبة للتشغيل المتكرر) والمصهرات (القطع السريع جدًا للتيار القصير الدائرة)، كل ذلك بسعر إجمالي اقتصادي.
• بالنسبة لنظام نقل الفحم وغيرها من التطبيقات التي تتطلب تشغيلًا متكررًا وخواص بدء التشغيل تحت أحمال ثقيلة، يعد VCF حلًا مثاليًا يقدم أداءً عاليًا وموثوقية وكفاءة تكلفة.