פתרון לשליטה והגנה על מנועי מתח בינוני באמצעות מגע ריק-מתווך (VCF) במערכת העברת פחם

1. רקע פרויקט

מערכת העברת פחם כוללת 15 מועמסים המונעים על ידי מנועים במתח בינוני. המערכת פועלת בתנאים מורכבים, בהם המנועים נחשפים לעומסים כבדים ומפעלים תכופים. כדי להתמודד עם אתגרים אלה ולהשיג שליטה יעילה והגנה מהימנה במהלך הפעלת המנוע, הפרויקט אימץ באופן מקיף התקנים משולבים מסוג Vacuum Contactor-Fuse (VCF) לתפוצת מתח בינוני של 6kV עבור המנועים. הפתרון הזה מתאר את התכונות הטכנולוגיות, היתרונות והיישום של VCF, ומציע סימוכין מהימנים לתנאי עבודה דומים.

2. יתרונות מרכזיים ותכונות טכנולוגיות של VCF

2.1 מבנה ציוד מתקדם וטכנולוגיה חיסונית

• ​סוג הציוד: הפתרון הזה משתמש במבנה VCF ניתוקי לקליטת התקן, המאפשר התקנה, תחזוקה ושינוי קלים.
• ​טכנולוגיית ליבה: באמצעות שימוש באפוקסי רזינס מרובדת ובטכנולוגיה של Automatic Pressure Gelation (APG), המפריד הוואקום מוטמע ישירות באפוקסי רזין, מה שמשפר משמעותית את הביצועים החיסוניים, חוזק מכני יציבות סביבתית.
• ​: המנגנון ההפעלה תוכנן בעדינות ומאפיינים צריכת אנרגיה נמוכה.

2.2 הרכב כולל ורחב יישומי

• ​הרכב הציוד: VCF מורכב משילוב מותאם של מפוחים מגבילים במתח גבוה (בעלי יכולת לנתק טווח רחב של זרמים קצר-مدار) ו-VXCs מגע וואקום הנצפים תכופות, מה שמגדיר פתרון מעגל F-C קלאסי.
• ​יתרונות מרכזיים: הוא מציג חיי פעולה ארוכים, יציבות בביצועים ורעש נמוך.
• ​טווח יישום: בשימוש נרחב במערכות עזר מתח גבוה במחנות כוח תרמי, כמו גם בתעשייה מטאלורגית, פטרוכימיה ומכרה. הוא מתאים להגנה ובקרה על עומסים כגון מנועים במתח גבוה, טרנספורמרים וכבשני גלויים.

2.3 התאמה גבוהה ואפיונים בטיחותיים

• ​תאימות למגש: יחידת ה-VCF ניתקת מתאימה לקו הרוחב והמשטחים החומקים מחמשת המקומות של יחידות ניתוק מפסק בסלילי חיבור של 800mm, מאפשרת החלפה חלקה ללא כל שינוי בסלילים קיימים.
• ​נוחות תחזוקה: העיצוב ניתק מאפשר החלפת מפוחים במתח גבוה בצורה בטוחה ונוחה מחוץ למגש.
• ​שיטת החזקה: מגע הוואקום ניתן לתכנות לחזקה חשמלית או מכנית בהתאם לדרישות הלקוח.
• ​הגנה על פס חסר: מצויד בהגנה מלאה על פס חסר. במקרה של פס חסר, המפוח פועל ומפעיל נעילה מכנית כדי להבטיח שה-VCF מנתק את מעגל המנוע, ומונע בצורה יעילה את נזקי המנוע עקב פס חסר.

3. פרמטרים טכנולוגיים מרכזיים (דירוג 7.2kV)

4. עקרון שליטה והגנה

ההגנה של VCF מפוצלת לפי גודל הזרם לביצוע אופטימלי:

• ​טווח זרם נמוך (< 4kA)​: מטופל על ידי מגע הוואקום עבור שבירה נורמלית והגנה על עומס יתר.
• ​טווח זרם גבוה (> 4kA)​: מנוטר במהירות על ידי מפוח מתח גבוה לטיפול באחריות קצר-مدار.
• ​התאמה של עקומות: עקומת ההגנה של המגע מוגדרת מתחת לעקומת המפסק כדי להבטיח שהמגע פועל קודם במהלך עומס יתר. בו-זמנית, מפוח תואם שנבחר עם הגדרות הגנה נמוכות מהמפסק העליון נבחר כדי למנוע לחלוטין תיפקוד בלתי מתוכנן.

5. יתרונות של VCF לעומת מפסק וואקום

עבור עומסים של מנועים המתחילים ונעצרים תכופות, VCF מציעה יתרונות משמעותיים על פני מפסקים וואקום:

6. הליבה של בחירת VCF: מדריך בחירת מפוח

הביצועים של VCF תלויים בבחירת מפוח נכונה, תוך שימת לב לגורמים הבאים:
מתח עבודה, זרם עבודה, זמן הפעלה של המנוע, הפעלות לשעה, זרם מלא של המנוע, וזרם קצר-مدار בנקודת ההתקנה.

6.1 כללי בחירה וצעדים

1. ​מתח דירוג: מתח הדירוג של המפוח לא יכול להיות נמוך ממתח העבודה של המערכת (במקרה זה 7.2kV).
2. ​חישוב זרם דירוג:
• השתמש בנוסחה: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: זרם שקול במהלך ההפעלה (A)
• NNN: יחס בין זרם ההפעלה לזרם מלא (בדרך כלל 6)
• InI_nIn​: זרם מלא דירוג של המנוע (A)
• δ\deltaδ: מקדם כולל (בהתבסס על הפעלות לשעה, n, מתוך הטבלה שלהלן)

1. ​התאמה של עקומות: צייר את הערך של IyI_yIy​ והזמן של הפעלה של המנוע על עקומת התכונה של הזמן-זרם של יצרן המפוח. בחר בזרם הדירוג של המפוח המתאים לעקומה מיד אחר הנקודה הזו.
2. ​בדיקה נוספת: זרם הדירוג של המפוח שנבחר חייב להיות **> 1.7 פעמים זרם המלא של המנוע**.

6.2 דוגמה לבחירה

עבור מערכת 7.2kV עם מנוע מתח גבוה של 250kW המופעל ישירות:
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 16 הפעלות לשעה, זמן הפעלה של 6 שניות.

• חישוב: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• בחירה: על עקומת הזמן-זרם של המפוח, מצא את העקומה מיד אחר הנקודה (378A, 6 שניות), המתאימה לזרם דירוג של 100A.
• אימות: 100A > 1.7 × 30A (51A), מקיים את הדרישה. לכן, ניתן לבחור מפוח הגנה למתח גבוה דירוג 100A או גבוה יותר.

7. סיכום

מתוך ניתוח עלות-ביצועים כולל:

• אם כי מפסקים וואקום הם בעלי עלויות רכישה נמוכות, חייהם הקצרים של הפעלה מונעים מהם להיות מתאימים להפעלות/עצירות תכופות, מה שגורם לעלות תחזוקה גבוהה לאורך זמן וסיכון לתקלות גבוה יותר.
• הפתרון של VCF משלב את היתרונות של מגעי וואקום (חיי פעולה ארוכים, מתח מעבר נמוך, מתאים להפעלה תכופה) ומפוחים (השבה מהירה מאוד של זרמים קצר-مدار), כל זאת במחיר כולל כלכלי.
• עבור מערכת העברת הפחם ומשימות אחרות עם מאפייני הפעלה תכופים ותחילות בעומס כבד, VCF הוא פתרון אידיאלי המציע ביצועים גבוהים, אמינות ויעילות עלות.