راه‌حل کنترل و حفاظت از موتورهای ولتاژ متوسط با استفاده از تماس‌گیر خلاء-فنر (VCF) در سیستم انتقال زغال
۱. زمینه پروژه
سیستم انتقال زغال سنگ شامل ۱۵ نوار نقاله که توسط موتورهای متوسط ولتاژ به حرکت درمی‌آیند. این سیستم در شرایط پیچیده عمل می‌کند و موتورها غالباً با بار سنگین و راه‌اندازی‌های مکرر مواجه هستند. برای حل این چالش‌ها و دستیابی به کنترل مؤثر و محافظت قابل اعتماد در زمان راه‌اندازی موتور، پروژه به طور جامع از دستگاه‌های ترکیبی تماس‌گیر خلاء-فیوز (VCF) برای توزیع انرژی موتورهای متوسط ولتاژ ۶kV استفاده می‌کند. این راه‌حل جزئیات ویژگی‌های فنی، مزایا و کاربرد VCF را ارائه می‌دهد و مرجعی قابل اعتماد برای شرایط مشابه فراهم می‌کند.
- مزایا و ویژگی‌های فنی اصلی VCF
۲.۱ ساختار تجهیزات پیشرفته و فناوری عایق‌بندی
- نوع تجهیزات: این راه‌حل از ساختار VCF قابل خروج برای راحتی نصب، نگهداری و جایگزینی استفاده می‌کند.
- فناوری اصلی: با استفاده از عایق‌بندی مرکب رزین اپوکسی و فناوری ژلاتین‌سازی تحت فشار خودکار (APG)، میان‌بُر خلاء مستقیماً در رزین اپوکسی جوشکاری شده که به طور قابل توجهی عملکرد عایق‌بندی، مقاومت مکانیکی و ثبات محیطی را افزایش می‌دهد.
- مکانیسم عملیاتی: مکانیسم عملیاتی با دقت طراحی شده و مصرف انرژی کم دارد.
۲.۲ ترکیب جامع و کاربرد گسترده
- ترکیب تجهیزات: VCF شامل ترکیب بهینه فیوزهای محدودکننده جریان بالا-ولتاژ (که قادر به قطع محدوده وسیعی از جریان‌های کوتاه مداری است) و تماس‌گیرهای خلاء VCX قابل راه‌اندازی مکرر است که یک راه‌حل مدار F-C کلاسیک را تشکیل می‌دهد.
- مزایا اصلی: عمر عملیاتی طولانی، عملکرد پایدار و صدای کم را ارائه می‌دهد.
- دامنه کاربرد: به طور گسترده در سیستم‌های برق کمکی بالا-ولتاژ در نیروگاه‌های گرمایی و همچنین در صنایع متالورژی، پتروشیمی و معادن استفاده می‌شود. مناسب برای کنترل و محافظت از بارهایی مانند موتورهای بالا-ولتاژ، ترانسفورماتورها و فریزرها است.
۲.۳ تطبیق‌پذیری بالا و ویژگی‌های ایمنی
- سازگاری با کابینت: واحد VCF قابل خروج با ابعاد و موقعیت‌های قفل‌زنی پنج‌گانه واحد‌های قابل خروج سوئیچ‌بریکر در کابینت‌های میان‌قرار گرفته با عرض ۸۰۰ میلی‌متر سازگار است و جایگزینی بدون هیچ تغییری در کابینت‌های موجود ممکن است.
- راحتی نگهداری: طراحی قابل خروج امکان تعویض ایمن و راحت فیوزهای بالا-ولتاژ خارج از کابینت را فراهم می‌کند.
- روش نگهداری: تماس‌گیر خلاء می‌تواند بر اساس نیاز مشتری برای نگهداری الکتریکی یا مکانیکی پیکربندی شود.
- محافظت از حذف فاز: با محافظت کامل از حذف فاز مجهز شده است. در صورت حذف فاز، فیوز عمل می‌کند و با قفل‌زنی مکانیکی مطمئن می‌شود که VCF مدار موتور را قطع کند و به طور مؤثر از آسیب موتور به دلیل تک‌فازی جلوگیری کند.
- پارامترهای فنی کلیدی (رتبه ۷.۲kV)
|
پارامتر |
مقدار |
|
ولتاژ اسمی |
۷.۲ kV |
|
ولتاژ تحمل توان متناوب اسمی (فاز به فاز و فاز به زمین) |
۳۲ kV |
|
ولتاژ تحمل توان متناوب اسمی (شکاف عایق‌بندی) |
۳۶ kV |
|
ولتاژ تحمل ضربه برق اسمی (فاز به فاز و فاز به زمین) |
۶۰ kV |
|
ولتاژ تحمل ضربه برق اسمی (شکاف عایق‌بندی) |
۶۸ kV |
|
جریان اسمی |
۳۱۵ A |
|
حداکثر جریان اسمی فیوز سازگار |
۳۱۵ A |
|
جریان قطع کوتاه مدار |
۵۰ kA |
|
جریان اتصال کوتاه مدار |
۱۳۰ kA (پیک) |
|
جریان انتقال |
۴ kA |
|
عمر مکانیکی (نگهداری الکتریکی) |
۵۰۰,۰۰۰ عملیات |
|
عمر مکانیکی (نگهداری مکانیکی) |
۳۰۰,۰۰۰ عملیات |
|
ولتاژ تغذیه عملیاتی اسمی |
۲۲۰V AC/DC |
- اصل کنترل محافظت
محافظت VCF بر اساس میزان جریان برای عملکرد بهینه تقسیم‌بندی می‌شود:
- محدوده جریان کم (< ۴kA): توسط تماس‌گیر خلاء برای قطع عادی و محافظت از بار زیاد مدیریت می‌شود.
- محدوده جریان بالا (> ۴kA): به سرعت توسط فیوز بالا-ولتاژ برای مقابله با خطاهای کوتاه مدار قطع می‌شود.
- هماهنگی منحنی: منحنی محافظت تماس‌گیر زیر منحنی مداربریکر تنظیم شده تا تماس‌گیر ابتدا در مواقع بار زیاد عمل کند. همزمان، یک فیوز مناسب با تنظیمات محافظت کمتر از مداربریکر بالادست انتخاب می‌شود تا به طور کامل از قطع ناخواسته جلوگیری شود.
- مزایای VCF در مقایسه با مداربریکر خلاء
برای بارهای موتوری که مکرراً راه‌اندازی و توقف می‌شوند، VCF مزایای قابل توجهی نسبت به مداربریکرهای خلاء دارد:
|
بعد مقایسه |
VCF (تماس‌گیر خلاء-فیوز) |
مداربریکر خلاء |
|
عمر عملیاتی |
بسیار بالا، تا ۵۰۰,۰۰۰ عملیات، مناسب برای قطع و اتصال مکرر |
مناسب برای راه‌اندازی‌ها و توقف‌های مکرر نیست، مزیت عملیات بالا ندارد |
|
سرعت قطع خطای |
بسیار سریع؛ فیوز جریان‌های خطای بالا را در ۱۰-۱۵ میلی‌ثانیه قطع می‌کند و به طور مؤثر از عایق‌بندی موتور محافظت می‌کند |
کندتر؛ سریع‌ترین قطع ≥۱۰۰ میلی‌ثانیه، جریان‌های خطا می‌توانند باعث پیری گرما یا آسیب به عایق‌بندی موتور شوند |
|
فشار برق اضافی در قطع |
کم؛ تماس‌گیر خلاء از مواد نرم با برش جریان کم استفاده می‌کند که تأثیر بر عایق‌بندی موتور را به حداقل می‌رساند |
بالاتر؛ تماس‌گیر مداربریکر از مواد سخت با برش جریان بالا استفاده می‌کند که منجر به فشار برق اضافی قطع قابل توجه می‌شود |
- هسته انتخاب VCF: راهنمای انتخاب فیوز
عملکرد VCF به انتخاب صحیح فیوز بستگی دارد، با در نظر گرفتن عوامل زیر:
ولتاژ کاری، جریان کاری، زمان راه‌اندازی موتور، راه‌اندازی‌ها در ساعت، جریان کامل بار موتور و جریان کوتاه مدار در نقطه نصب.
۶.۱ قوانین و مراحل انتخاب
- ولتاژ اسمی: ولتاژ اسمی فیوز نباید کمتر از ولتاژ کاری سیستم (در این مورد ۷.۲kV) باشد.
- محاسبه جریان اسمی:
- از فرمول استفاده کنید: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy=N×In×δ
- IyI_yIy: جریان معادل در زمان راه‌اندازی (A)
- NNN: نسبت جریان راه‌اندازی به جریان کامل بار (معمولاً ۶)
- InI_nIn: جریان کامل بار موتور (A)
- δ\deltaδ: ضریب جامع (بر اساس راه‌اندازی‌ها در ساعت، n، از جدول زیر)
|
راه‌اندازی‌ها در ساعت (n) |
≤۴ |
۸ |
۱۶ |
|
ضریب جامع (δ) |
۱.۷ |
۱.۹ |
۲.۱ |
- هماهنگی منحنی: مقدار محاسبه شده IyI_yIy و زمان راه‌اندازی موتور را روی منحنی ویژگی زمان-جریان سازنده فیوز رسم کنید. فیوز با جریان اسمی متناظر با منحنی مستقیماً در سمت راست این نقطه را انتخاب کنید.
- بررسی اضافی: جریان اسمی فیوز انتخاب شده باید **> ۱.۷ برابر جریان کامل بار موتور** باشد.
۶.۲ مثال انتخاب
برای یک سیستم ۷.۲kV با یک موتور بالا-ولتاژ ۲۵۰kW راه‌اندازی مستقیم:
In=30AI_n = 30AIn=30A، ۱۶ راه‌اندازی در ساعت، زمان راه‌اندازی ۶ ثانیه.
- محاسبه: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy=6×30A×2.1=378A
- انتخاب: روی منحنی زمان-جریان فیوز، منحنی را در سمت راست نقطه (۳۷۸A, ۶s) پیدا کنید که متناظر با جریان اسمی فیوز ۱۰۰A است.
- اعتبارسنجی: ۱۰۰A > ۱.۷ × ۳۰A (۵۱A)، شرط را برآورده می‌کند. بنابراین، یک فیوز محافظت موتور بالا-ولتاژ با جریان اسمی ۱۰۰A یا بالاتر می‌تواند انتخاب شود.
- نتیجه‌گیری
از تحلیل جامع هزینه-عملکرد:
- اگرچه مداربریکرهای خلاء هزینه خرید کمتری دارند، عمر عملیاتی کوتاه‌تر آن‌ها آن‌ها را برای راه‌اندازی‌ها و توقف‌های مکرر مناسب نمی‌کند و منجر به هزینه‌های نگهداری بلندمدت بالاتر و ریسک‌های شکست می‌شود.
- راه‌حل VCF مزایای تماس‌گیرهای خلاء (عمر طولانی، فشار برق اضافی کم، مناسب برای عملیات مکرر) و فیوزها (قطع سریع بسیار جریان‌های خطای کوتاه مدار) را با هزینه کلی اقتصادی ترکیب می‌کند.
- برای سیستم انتقال زغال سنگ و سایر کاربردهای با عملیات مکرر و ویژگی‌های راه‌اندازی بار سنگین، VCF راه‌حلی ایده‌آل با عملکرد بالا، قابلیت اطمینان و اقتصادی است.
