إعدادات مرحل حماية المحرك: دليل كامل للحساب والتكوين

تُحسب إعدادات مرحلات حماية المحرك بناءً على بيانات لوحة بيانات المحرك، ونسب محولات التيار، وطريقة تأريض النظام. بالنسبة للحماية من الحمل الحراري الزائد (جهاز ANSI 49)، يُضبط تيار التشغيل عادةً على 115% إلى 125% من تيار الحمل الكامل للمحرك، وذلك حسب عامل الخدمة. أما بالنسبة للحماية من التيار الزائد (الجهاز 50/51)، فيجب أن يتجاوز تيار التشغيل اللحظي 1.7 ضعف تيار الدوار المقفل لتجنب الفصل غير المرغوب فيه أثناء بدء التشغيل.

في عام ٢٠٢٣، قام مصنع أسمنت في جنوب شرق آسيا بتشغيل مروحة فرن جديدة بقدرة ٢٠٠٠ كيلوواط مزودة بمرحل معالج دقيق حديث. استخدم مهندس الحماية تيار عامل الخدمة للمحرك (١٫١٥ ضعف تيار الحمل الكامل) كمعيار لتفعيل المرحل بدلاً من تيار الحمل الكامل الحقيقي. والنتيجة: انقطاعات متكررة للتيار كل ثلاثة إلى أربعة أيام خلال ذروة درجات حرارة الصيف. بعد ثلاثة أسابيع من المعاناة، اكتشف فني ميداني الخطأ. أدى تصحيح قيمة التفعيل من ١٣٨ أمبير إلى ١٢٠ أمبير إلى القضاء على الانقطاعات تمامًا. بلغت تكلفة الخطأ ٤٥٠٠٠ دولار أمريكي من خسائر الإنتاج ووقت الهندسة.

أنت تعلم بالفعل أن ضبط المرحلات بشكل غير صحيح قد يُتلف المحركات أو يتسبب في توقفها عن العمل دون داعٍ. يكمن التحدي في حساب كل إعداد بشكل صحيح من المرة الأولى. يقدم هذا الدليل طرق حساب دقيقة لكل وظيفة حماية رئيسية، مع أمثلة عملية يمكنك تطبيقها مباشرة على مشروعك.

للاطلاع على السياق الكامل على مستوى النظام فيما يتعلق بحماية المحركات، راجع قسمنا دليل شامل لحماية محركات الجهد المتوسط ​​والتحكم بها.

الوجبات السريعة الرئيسية

• تبلغ قدرة التحميل الزائد 115% من تيار الحمل الكامل لمحركات SF 1.0، و125% لمحركات SF 1.15.
• ينبغي أن يضع التقييم الأولي للتصوير المقطعي المحوسب FLA الحركي بين 50% و100% من التقييم الأولي للتصوير المقطعي المحوسب
• يجب أن يتجاوز معدل الالتقاط الفوري للجهاز 50 قيمة 1.7 ضعف تيار الدوار المقفل
• تم ضبط الثوابت الزمنية الحرارية على 80% من زمن تحمل المحرك للبرودة
• يعتمد التقاط تيار العطل الأرضي على تأريض النظام: 5-10 أمبير للأنظمة المؤرضة بالمقاومة
• تم ضبط فرق الجهاز 87M على 10-20% من تيار الحمل الكامل للمحرك بدون أي تأخير زمني مقصود

المتطلبات الأساسية: البيانات التي تحتاجها قبل حساب أي إعداد

تبدأ كل عملية حساب لإعدادات المرحل ببيانات إدخال دقيقة. البيانات المفقودة أو غير الصحيحة تؤدي إلى إعدادات إما تفشل في حماية المحرك أو تفصله دون داعٍ.

البيانات المطلوبة للوحة بيانات المحرك

سجّل البيانات التالية من لوحة بيانات المحرك: القدرة المقدرة (كيلوواط أو حصان)، والجهد المقدر، وتيار الحمل الكامل، ومعامل الخدمة، وتيار الدوار المقفل، وزمن الدوار المقفل (ساخنًا وباردًا)، ورمز تصميم NEMA، وفئة العزل. إذا كان المحرك مزودًا بمقاييس حرارة مقاومة (RTDs) في ملفاته، فدوّن نوع المستشعر (PT100 أو PT1000) ومواقعها.

يُعدّ زمن توقف المحرك عن الدوران عاملاً حاسماً. وهو المدة التي يستطيع المحرك خلالها تحمّل تيار الدوران المتوقف دون حدوث تلف حراري. تُقدّم الشركات المصنّعة أزمنة التوقف الساخن والبارد. يجب أن يفصل المرحل الحراري قبل بلوغ حد التوقف الساخن.

البيانات المطلوبة للنظام

قم بتسجيل جهد النظام، وأقصى وأدنى تيار عطل ثلاثي الأطوار، وطريقة التأريض. بالنسبة للأنظمة المؤرضة بالمقاومة، سجل قيمة تيار مقاومة التأريض. أما بالنسبة للأنظمة المؤرضة تأريضًا صلبًا، فدوّن مقدار عطل التأريض المتوقع.

مواصفات CT و VT

وثّق نسبة محول التيار الطوري وفئة دقته (عادةً 5P20 أو 10P20 للحماية). لاحظ ما إذا كان تيار الملف الثانوي لمحول التيار 5 أمبير أو 1 أمبير. للحماية التفاضلية، تحتاج إلى ستة محولات تيار: ثلاثة عند صندوق توصيل المحرك وثلاثة عند قاطع الدائرة. تأكد من أن جميع محولات التيار لها نفس النسب.

الجهاز 49 - إعدادات الحماية من الحمل الحراري الزائد

تُعدّ الحماية من الحمل الحراري الزائد الحد الأدنى من الحماية المطلوبة لكل محرك. يستخدم الجهاز رقم 49 نموذجًا حراريًا رياضيًا لتقدير درجة حرارة الملفات بناءً على التيار والزمن. تحسب مرحلات المعالجات الدقيقة الحديثة الحرارة المتراكمة باستخدام خوارزمية I²t.

حساب الحمل الزائد

تحدد وحدة استشعار الحمل الزائد مستوى التيار الذي يبدأ عنده نظام الحماية الحرارية بالعمل. وتعتمد الحسابات على عامل خدمة المحرك.

بالنسبة للمحركات ذات عامل الخدمة 1.0: اضبط الالتقاط على 115% من الحمل الكامل للتيار.
بالنسبة للمحركات ذات عامل الخدمة 1.15 أو أعلى: اضبط الالتقاط على 125% من الحمل الكامل للتيار.

من الأخطاء الشائعة استخدام تيار معامل الخدمة كقيمة أساسية. تيار معامل الخدمة يساوي 1.15 ضعف تيار الحمل الكامل. إذا ضبطتَ مُرحِّل التيار على 115% من تيار معامل الخدمة، فأنت في الواقع عند 132% من تيار الحمل الكامل الحقيقي. سيسمح المرحل بحمل زائد خطير قبل أن يفصل.

مثالمحرك ذو تيار حمل كامل 100 أمبير ومعامل قوة 1.15. القياس الصحيح: 1.25 × 100 أمبير = 125 أمبير. القياس الخاطئ (باستخدام معامل القوة): 1.15 × 100 أمبير = 115 أمبير (قيمة أساسية)، ثم 1.15 × 115 أمبير = 132.25 أمبير. يمكن للمحرك أن يعمل عند 130 أمبير بشكل مستمر دون أن يفصل.

اختيار ثابت الزمن الحراري

يُحدد الثابت الزمني الحراري مدى سرعة تراكم السعة الحرارية في المرحل. ويجب أن يتطابق مع الخصائص الحرارية الفعلية للمحرك.

اضبط الثابت الزمني على ما يقارب 80% من زمن تحمل المحرك للبرودة عند تيار الدوار المقفل. هذا يضمن فصل المرحل قبل تجاوز المحرك حد التلف الحراري.

بالنسبة لمحركات الفئة 10: ثابت الزمن عادة من 8 إلى 12 ثانية.
بالنسبة لمحركات الفئة 20: ثابت الزمن عادة من 12 إلى 20 ثانية.
بالنسبة لمحركات الفئة 30: ثابت الزمن عادة من 20 إلى 30 ثانية.

إذا لم يقدم مصنع المحرك سوى منحنى توقف واحد، فافترض أنه منحنى التوقف الساخن واضبط نسبة التوقف الساخن إلى التوقف البارد على 1.0. إذا تم توفير كلا المنحنيين، فاحسب النسبة كنسبة وقت التوقف الساخن إلى وقت التوقف البارد.

تكوين انحياز RTD

إذا كان المحرك مزودًا بمقاييس حرارة مقاومة (RTD) في الجزء الثابت، فقم بضبط المرحل لضبط النموذج الحراري بناءً على درجة حرارة الملفات الفعلية. هذا يُحسّن الدقة بنسبة 40% مقارنةً بالتقدير الحراري القائم على التيار فقط. اضبط عتبة إنذار مقياس الحرارة المقاومة (RTD) على 10 إلى 15 درجة مئوية أقل من حد فئة العزل. اضبط عتبة الفصل على 5 إلى 10 درجات مئوية أقل من الحد.

مثال عملي: محرك مضخة بقدرة 1,000 حصان، 6.6 كيلو فولت

بيانات المحرك: FLA يساوي 78 أمبير، SF يساوي 1.15، LRA يساوي 468 أمبير (6 أضعاف FLA)، وقت التوقف البارد يساوي 22 ثانية، وقت التوقف الساخن يساوي 11 ثانية.

التقاط الحمل الزائد: 1.25 × 78 أمبير يساوي 97.5 أمبير (تم ضبطه على 98 أمبير).
الثابت الزمني الحراري: 80% من 22 ثانية يساوي 17.6 ثانية (تم ضبطه على 18 ثانية).
نسبة الحرارة/البرودة: 11 ثانية مقسومة على 22 ثانية تساوي 0.5.
فئة الرحلة: الفئة 20 (تطبيق المضخة).

إعدادات الحماية من التيار الزائد للجهاز 50/51

توفر الحماية من التيار الزائد حماية ضد قصر الدائرة والأحمال الزائدة المستمرة. يوفر الجهاز 50 فصلاً فورياً. يوفر الجهاز 51 فصلاً متأخراً زمنياً وفقاً لمنحنى زمني عكسي.

الجهاز 50: التقاط فوري للتيار الزائد

يجب أن يعمل العنصر اللحظي في حالة حدوث أعطال قصر الدائرة، مع الحفاظ على استقراره أثناء بدء تشغيل المحرك. القاعدة الأساسية: ضبط قيمة الالتقاط أعلى من الحد الأقصى لتيار الدوار المقفل غير المتماثل.

الإعداد النموذجي: من 1.5 إلى 2.0 ضعف تيار الدوار المقفل.

في المحركات التي تعمل بواسطة موصلات، غالبًا ما يتم تعطيل الجهاز 50 لأن الموصل لا يستطيع قطع تيار القصر. ويتولى المصهر أو قاطع الدائرة الكهربائية في الدائرة الرئيسية مهمة قطع التيار في حالة حدوث عطل. في حال استخدام الجهاز 50، يساعد تأخير زمني قصير يتراوح بين 50 و100 مللي ثانية على تجنب حالات الفصل غير المرغوب فيها الناتجة عن انحراف التيار المستمر أثناء بدء التشغيل.

مثالمحرك بقدرة تيار بدء التشغيل 468 أمبير. نقطة التقاط الجهاز 50: 1.7 × 468 أمبير = 795.6 أمبير (مضبوطة على 800 أمبير للتيار الابتدائي). مع محولات تيار 100/5، يكون ضبط التيار الثانوي 800 مقسومًا على 20 = 40 أمبير.

الجهاز 51: حماية من التيار الزائد الزمني / حماية من تعطل الدوار

يؤدي الجهاز رقم 51 وظيفتين في حماية المحرك. فهو يوفر حماية احتياطية من الحمل الزائد وحماية من توقف الدوار (التوقف).

لحماية الدوار المقفل، اضبط قيمة الالتقاط على 0.9 إلى 1.0 ضعف قيمة LRA. اضبط تأخير الوقت بحيث يكون أطول من زمن التسارع العادي ولكن أقصر من زمن التوقف الآمن. الصيغة الشائعة: تأخير الوقت يساوي زمن تسارع المحرك زائد ثانية واحدة، أو 80% من زمن التوقف الآمن، أيهما أقل.

لضمان استمرارية التشغيل في حالة الحمل الزائد، اضبط نسبة التشغيل عند 110% إلى 120% من الحمل الكامل للتيار المحمل (FLA) مع منحنى عكسي للغاية أو معكوس بشكل كبير. نسّق ذلك مع النموذج الحراري بحيث يفصل الجهاز 49 أولاً عند حدوث الحمل الزائد، ولا يعمل الجهاز 51 إلا في حالة فشل النموذج الحراري.

مثال عملي: نفس المحرك بقوة 1,000 حصان

الجهاز 50: تيار التشغيل الأساسي يساوي 800 أمبير (40 أمبير ثانوي على محولات التيار 100/5). التأخير الزمني: فوري (0 مللي ثانية) أو 50 مللي ثانية في حالة حدوث أعطال غير مرغوب فيها.

الجهاز 51 (دوار مقفل): تيار الالتقاط يساوي 450 أمبير (0.96 ضعف تيار بدء التشغيل). زمن التأخير يساوي 8 ثوانٍ (يتسارع المحرك في 6 ثوانٍ، وفترة التوقف الآمنة هي 11 ثانية عند التشغيل).

الجهاز 51 (نسخة احتياطية للحمل الزائد): تيار الالتقاط يساوي 90 أمبير (1.15 ضعف تيار الحمل الكامل). المنحنى: عكسي للغاية، مؤشر الوقت 0.5.

إعدادات الحماية من الأعطال الأرضية للجهاز 51N

يكشف نظام الحماية من الأعطال الأرضية عن انهيار العزل بين ملفات الطور والأرض. وتعتمد حساسيته كلياً على كيفية تأريض نقطة التعادل في النظام.

التقاط الأعطال الأرضية حسب نوع تأريض النظام

بالنسبة للأنظمة المؤرضة بالمقاومة: يُحدد تيار خطأ التأريض عمدًا بين 5 و10 أمبير. اضبط قيمة التقاط المرحل على 10% إلى 20% من قيمة التيار المقنن لمقاومة التأريض. الإعدادات النموذجية: 1 إلى 2 أمبير للدائرة الابتدائية لمقاومة 10 أمبير.

بالنسبة للأنظمة المؤرضة بشكل متين: تيار العطل الأرضي يساوي تيار عطل الطور. اضبط نقطة الالتقاط على 20% إلى 30% من تيار الحمل الكامل للمحرك.

بالنسبة للأنظمة غير المؤرضة: ينتج عن عطل التأريض تيار سعوي فقط. يلزم استخدام مرحلات حساسة خاصة لعطل التأريض. قد لا تتمكن عناصر 51N القياسية من اكتشاف العطل.

اختيار التأخير الزمني

استخدم تأخيرًا زمنيًا محددًا يتراوح بين 0.5 و 2 ثانية للأنظمة المؤرضة بالمقاومة. يمنع هذا التأخير حدوث انقطاعات غير مرغوب فيها نتيجة للارتفاعات المفاجئة أو عمليات مانع الصواعق أثناء التبديل. أما بالنسبة للأنظمة المؤرضة بشكل ثابت، فيُستخدم عادةً تأخير أقصر يتراوح بين 0.1 و 0.3 ثانية.

الاتصال الصفري مقابل الاتصال المتبقي

توفر محولات التيار ذات التسلسل الصفري (المتوازنة) أعلى حساسية في الكشف ومقاومة للتشويش. يحيط محول تيار ذو نافذة واحدة بجميع موصلات الطور الثلاثة. ولا يرى المرحل سوى تيار التأريض غير المتوازن.

يجمع التوصيل المتبقي مخرجات التيار الثانوي لمحولات التيار ثلاثية الأطوار. وهو أقل حساسية لأن عدم تطابق محولات التيار والتشبع أثناء بدء التشغيل ينتجان تيارًا متبقيًا زائفًا. استخدم التوصيل المتبقي فقط عندما لا يكون استخدام محولات التيار ذات التسلسل الصفري عمليًا.

مثال عملي: نظام مقاومة مؤرض، مقاومة 10 أمبير

النظام: 6.6 كيلو فولت، مؤرض بالمقاومة مع مقاومة تأريض 10 أمبير.
التقاط خطأ التأريض: 20% من 10 أمبير يساوي 2 أمبير أساسي.
التأخير الزمني: 0.5 ثانية وقت محدد.
التصوير المقطعي المحوسب: 100/5 مراحل التصوير المقطعي المحوسب في الاتصال المتبقي، أو 50/1 مخصص التصوير المقطعي المحوسب ذو التسلسل الصفري.
الإعداد الثانوي مع 100/5 CTs: 2 A الأساسي مقسومًا على 20 يساوي 0.1 A الثانوي.

الجهاز 87M - إعدادات الحماية التفاضلية للمحرك

تقوم الحماية التفاضلية بمقارنة التيار الداخل إلى المحرك بالتيار الخارج منه. في الظروف العادية، يكون هذان التياران متساويين. أما أثناء حدوث عطل داخلي، فيتباعدان، ويفصل المرحل فورًا.

متطلبات ومكان العمل في قسم الأشعة المقطعية

يتطلب الجهاز 87M ستة محولات تيار بنسب متطابقة: ثلاثة عند قاطع التيار الكهربائي وثلاثة عند صندوق توصيل المحرك المحايد. يجب أن تكون دقة محولات التيار من فئة 5P10 أو أفضل. يجب أن تكون محولات التيار متطابقة تمامًا مع التطبيقات التفاضلية، وأن تتمتع بخصائص إثارة متطابقة.

الحد الأدنى لمنحدر الالتقاط والتقييد

يتم ضبط الحد الأدنى لتيار التشغيل لتجنب الفصل الناتج عن عدم تطابق محول التيار والتشبع. الإعداد النموذجي: من 10% إلى 20% من تيار الحمل الكامل للمحرك.

يُحدد ميل التقييد مقدار التيار التفاضلي الذي يتحمله المرحل أثناء الأعطال العابرة أو بدء التشغيل. الإعداد النموذجي: من 30% إلى 50%. يعني ميل بنسبة 50% أن المرحل يتطلب تيارًا تفاضليًا يتجاوز 50% من التيار العابر قبل التشغيل.

تحدد نقطة التوقف متى ينتقل المرحل من الحد الأدنى الثابت للتيار إلى التقييد النسبي. الإعداد النموذجي: من 0.5 إلى 1.0 ضعف تيار الحمل الكامل للمحرك.

يقوم عنصر الضبط العالي الفوري بتجاوز نظام التقييد في حالة الأعطال الداخلية الخطيرة. الإعداد النموذجي: من 8 إلى 12 ضعف تيار الحمل الكامل.

مثال عملي: محرك بقدرة 5,000 كيلوواط، 6.6 كيلو فولت

بيانات المحرك: التيار الكامل المحمل يساوي 390 أمبير، ونسبة التيار تساوي 400/5.
الحد الأدنى للتيار الملتقط: 15% من 390 أمبير يساوي 58.5 أمبير للتيار الأساسي (مضبوط على 60 أمبير). التيار الثانوي: 60 مقسومة على 80 تساوي 0.75 أمبير.
ميل التقييد: 40%.
نقطة التحول: 1.0 مضروبة في التيار الكامل للحمل يساوي 390 أمبير للتيار الابتدائي.
الوضع العالي: 10 أضعاف التيار الكامل يساوي 3,900 أمبير أساسي.
فحص الحساسية: بالنسبة لعطل ثنائي الطور عند أطراف المحرك، يكون الحد الأدنى لتيار العطل عادةً من 5,000 إلى 8,000 أمبير. الحساسية تساوي 5,000 أمبير مقسومة على 60 أمبير تساوي 83، وهو ما يتجاوز بكثير الحد الأدنى المطلوب وهو 2.0.

الأجهزة 46، 37، 27/59 — إعدادات حماية إضافية

إلى جانب الوظائف الأساسية، تعمل العديد من وسائل الحماية الإضافية على تحسين موثوقية المحرك.

تسلسل سلبي / عدم توازن التيار (الجهاز 46)

يؤدي عدم توازن الجهد بنسبة 3.5% فقط إلى تيار تسلسلي سالب بنسبة 25% تقريبًا، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة قضيب الدوار. اضبط الجهاز 46 على تيار تسلسلي سالب بنسبة تتراوح بين 15% و25% مع تأخير زمني يتراوح بين 5 و10 ثوانٍ. تستخدم بعض المرحلات خاصية I²t لعدم التوازن، على غرار الحمل الحراري الزائد.

انخفاض التيار / فقدان الحمل (الجهاز 37)

يكشف الجهاز رقم 37 عن تجويف المضخة، أو انكسار المحاور، أو انخفاض الحمل. اضبط نقطة الالتقاط على 80% إلى 90% من تيار التشغيل العادي. اضبط تأخير الوقت على 5 إلى 10 ثوانٍ لتجنب الفصل أثناء انخفاضات الحمل العادية. هذه الحماية ضرورية لتطبيقات المضخات والناقلات.

انخفاض الجهد الكهربائي وارتفاع الجهد الكهربائي (الجهاز 27/59)

اضبط خاصية استشعار انخفاض الجهد عند 80% إلى 90% من الجهد المقنن مع تأخير زمني من ثانية إلى ثلاث ثوانٍ. هذا يمنع التلف الناتج عن انخفاض الجهد المستمر الذي يزيد من تيار المحرك. اضبط خاصية استشعار ارتفاع الجهد عند 110% من الجهد المقنن. يؤدي ارتفاع الجهد إلى زيادة التدفق المغناطيسي وتسخين القلب الحديدي.

اختيار نسبة CT والتحقق منها

نسبة محول التيار هي أساس جميع إعدادات المرحلات. نسبة غير صحيحة تجعل كل إعداد لاحق خاطئًا.

تحديد المقاسات - التقييم الأساسي

يجب أن يتراوح تيار الحمل الكامل للمحرك بين 50% و100% من التيار الأساسي لمحول التيار. إذا كان تيار الحمل الكامل أقل من 50% من التيار الأساسي لمحول التيار، فإن المرحل يستقبل تيارًا ثانويًا منخفضًا ويفقد دقته. أما إذا تجاوز تيار الحمل الكامل 100% من التيار الأساسي لمحول التيار، فإن محول التيار يتشبع أثناء الأحمال الزائدة.

مثالمحرك ذو تيار حمل كامل (FLA) يبلغ 78 أمبير. نسب محول التيار المناسبة: 100/5 (78% من التيار الابتدائي) أو 150/5 (52% من التيار الابتدائي). نسبة محول تيار 200/5 ستضع تيار الحمل الكامل عند 39% فقط من التيار الابتدائي، وهو مستوى ضعيف.

متطلبات فئة الدقة

ينبغي أن تكون محولات التيار للحماية من الفئة 5P أو 10P بمعامل دقة 10 أو 20. وللحماية التفاضلية، استخدم محولات من الفئة 5P10 أو أفضل. أما محولات التيار للقياس (الفئة 0.5 أو 1.0) فهي غير مناسبة لمرحلات الحماية لأنها تتشبع عند تيارات منخفضة.

أخطاء شائعة في التصوير المقطعي المحوسب وكيفية اكتشافها

حددت محطة معالجة مياه تيارات 200/5 لمحرك 180 أمبير. أثناء التشغيل التجريبي، تمت برمجة المرحل على تيارات 100/5، وهو خطأ بسيط في إدخال البيانات. لمدة ستة أشهر، لم يسجل المرحل سوى نصف التيار الفعلي. عندما تسبب عطل في المحمل في زيادة الحمل على المحرك إلى 220 أمبير، سجل المرحل 110 أمبير فقط، وهو أقل بكثير من عتبة الفصل. احترق المحرك قبل أن يكتشف أحد المشكلة. $12,000rewindand$كان من الممكن تجنب 8,000 مكالمة طوارئ بإجراء اختبار حقن أولي لمدة خمس دقائق.

تحقق دائمًا من نسبة التيار (CT) بإجراء اختبار حقن أولي قبل التشغيل. احقن تيارًا أوليًا معروفًا وتأكد من قراءة المرحل بشكل صحيح على الجانب الثانوي. يستغرق هذا الاختبار أقل من 10 دقائق، ويكشف عن أخطاء النسبة، وأخطاء التوصيل، ومشاكل القطبية.

فحص تنسيق المرحل والقاطع والفيوز

يضمن تنسيق الحماية تشغيل الجهاز الأقرب إلى العطل أولاً. بالنسبة لحماية المحركات، يعني هذا أن مرحل المحرك يفصل قبل قاطع التغذية، الذي يفصل بدوره قبل القاطع الرئيسي.

رسم منحنى التيار-الزمن

ارسم المنحنيات التالية على نفس الرسم البياني اللوغاريتمي: الحد الحراري للمحرك (ساخنًا وباردًا)، منحنى مرحل الجهاز 49، منحنى مرحل الجهاز 51، خصائص المصهر أو قاطع الدائرة، ومنحنى قاطع دائرة التغذية العلوية. يجب أن تقع منحنيات مرحل المحرك أسفل الحد الحراري للمحرك وأسفل منحنى قاطع الدائرة العلوية عند جميع مستويات التيار.

هوامش الانتقائية

يجب الحفاظ على هامش زمني لا يقل عن 0.3 إلى 0.4 ثانية بين مرحل المحرك وقاطع الدائرة الكهربائية العلوي عند أقصى تيار عطل. ويراعي هذا الهامش وقت تشغيل القاطع، ووقت معالجة المرحل، وتأثيرات تشبع محول التيار.

التحقق من التنسيق من النوع 2

بالنسبة للمحركات التي تعمل بواسطة موصلات، تحقق من التنسيق من النوع 2. يجب أن يقوم المصهر أو قاطع الدائرة بفصل أعطال قصر الدائرة قبل أن يحاول الموصل الفصل. يجب أن يتحمل الموصل ومرحل الحماية من الحمل الزائد العطل دون تلف. قارن قدرة تحمل الموصل (I²t) مع قدرة فصل المصهر (I²t). إذا كانت قدرة فصل المصهر (I²t) أقل من قدرة تحمل الموصل (I²t)، فإن التنسيق من النوع 2 يكون قد تحقق.

حالات خاصة: المحركات التي تعمل بنظام VFD والمحركات ذات التشغيل التدريجي

تُغيّر طرق بدء تشغيل المحركات الحديثة متطلبات الحماية. لذا، فإن استخدام مرحل مُعدّ للتشغيل المباشر عبر الشبكة لن يكون مناسبًا لمحرك يعمل بنظام VFD.

كيف يؤثر بدء تشغيل محرك التردد المتغير على متطلبات المرحل

يحدّ محول التردد المتغير (VFD) من تيار بدء التشغيل إلى ما بين 1.0 و1.5 ضعف تيار الحمل الكامل (FLA)، مقارنةً بما بين 5 و7 أضعاف في بدء التشغيل المباشر (DOL). هذا يُغيّر جذريًا آلية الحماية من التيار الزائد. قد يصبح تيار التشغيل الفوري للجهاز 50، المُضبوط على 1.7 ضعف تيار بدء التشغيل المنخفض (LRA) لتطبيقات بدء التشغيل المباشر، أعلى الآن بما بين 8 و10 أضعاف من اللازم.

أثناء حدوث عطل أرضي داخل المحرك، يؤدي ضبط الجهاز 50 على قيمة عالية بشكل غير مناسب إلى تأخير إزالة العطل حتى يتفاقم. وقد تعلمت منشأة بتروكيماوية هذا الدرس عند إضافة محول تردد متغير (VFD) إلى ضاغط بقدرة 1,500 حصان. كان ضبط الجهاز 50 الأصلي، البالغ 1,500 أمبير، والمستند إلى تيار الدوار المقفل في وضع التشغيل المباشر (DOL)، أعلى بـ 7.5 مرة من القيمة المطلوبة. ولم تتم إزالة العطل الأرضي المتطور إلا بعد أن أصبح عطلاً بين طورين. تستخدم المنشأة الآن حماية خاصة بمحولات التردد المتغيرة، حيث يتم ضبط الجهاز 50 على قيمة تتراوح بين 2.5 و 3.0 أضعاف تيار الحمل الكامل (FLA).

بالنسبة للمحركات التي تعمل بنظام VFD، يوفر نظام VFD نفسه حماية من الحمل الزائد من خلال نموذجه الحراري. يعمل المرحل الخارجي كنسخة احتياطية، ويوفر حماية لا يوفرها نظام VFD، مثل الحماية من الأعطال التفاضلية والأرضية. يجب تنسيق منحنى VFD الحراري مع المرحل الخارجي لتجنب فصل كلا الجهازين في نفس الحالة.

للاطلاع على استراتيجيات تخفيف التوافقيات في تطبيقات محركات التردد المتغير، راجع قسمنا دليل جودة الطاقة لمحركات الجهد المتوسط.

تكامل حماية التشغيل الناعم

تُحدِّد مُشغِّلات بدء التشغيل الناعمة ذات الجهد المتوسط ​​تيار بدء التشغيل إلى 3 إلى 4 أضعاف تيار الحمل الكامل. تشمل الحماية المُدمجة في مُشغِّلات بدء التشغيل الناعمة الحديثة الحماية الإلكترونية من الحمل الزائد، وقفل الدوار، وعدم توازن التيار. عند استخدام الحماية المُدمجة في مُشغِّل بدء التشغيل الناعم، اضبط المرحل الخارجي كنسخة احتياطية فقط. اضبط قيمة الالتقاط الاحتياطية على 110% إلى 120% من قيمة ضبط الحمل الزائد في مُشغِّل بدء التشغيل الناعم.

أخطاء شائعة في ضبط المرحلات

ثلاثة أخطاء في الضبط تتسبب في غالبية حالات فشل حماية المحركات في الميدان.

الخطأ الأول: استخدام تيار عامل الخدمة كتيار الحمل الكامل

كما هو موضح في مثال مصنع الإسمنت، فإن استخدام 1.15 ضعف تيار الحمل الكامل (FLA) كأساس لحساب الحمل الزائد يُنتج خطأً بنسبة 15%. يمكن للمحرك أن يتحمل حملاً زائداً بشكل مستمر دون أن يفصل. لذا، استخدم دائماً تيار الحمل الكامل (FLA) المُسجل على لوحة البيانات كقيمة أساسية.

الخطأ الثاني: عدم تطابق نسبة CT

يُعدّ برمجة المرحل بنسبة تحويل تيار خاطئة الخطأ الأكثر شيوعًا عند التشغيل. ينتج عن ذلك إعدادات خاطئة بمقدار نسبة الخطأ. خطأ بنسبة 2:1 يعني أن المرحل لا يستجيب لـ 50% من حالات التحميل الزائد. يكشف اختبار الحقن الأولي هذا الخطأ في غضون دقائق.

الخطأ الثالث: تجاهل زمن تسارع المحرك

قد يستغرق محرك المضخة ذو القصور الذاتي العالي 15 ثانية للوصول إلى سرعته القصوى. إذا تم ضبط مؤقت الدوار المتوقف على 8 ثوانٍ، فسيفصل المرحل عند كل بدء تشغيل عادي. تحقق دائمًا من زمن التسارع تحت ظروف الحمل الفعلية قبل ضبط مؤقت التوقف.

الخطأ الرابع: مرحل كشف الأعطال الأرضية أكثر حساسية من المغذي

في الأنظمة ذات التأريض المقاوم، يجب أن يكون مرحل حماية المحرك من أعطال التأريض أكثر حساسية من مرحل حماية خط التغذية. فإذا تم ضبط خط التغذية على 5 أمبير والمحرك على 10 أمبير، فإن خط التغذية سيفصل التيار عن كامل الشبكة الكهربائية عند حدوث عطل في المحرك. لذا، اضبط حماية المحرك من أعطال التأريض على نسبة تتراوح بين 10% و20% من قيمة ضبط خط التغذية.

الخطأ الخامس: ضبط الجهاز على 50 بالقرب من تيار البدء

إذا تم ضبط الجهاز 50 على 1.5 ضعف LRA، ولكن تيار البدء غير المتماثل الفعلي يصل إلى 1.6 ضعف LRA، فسيفصل المرحل في كل مرة يبدأ فيها التشغيل. استخدم هامشًا أدنى قدره 1.7 ضعف LRA، أو أضف تأخيرًا زمنيًا يتراوح بين 50 و100 مللي ثانية.

قائمة التحقق من التشغيل والتحقق

قبل تشغيل أي محرك بإعدادات مرحل جديدة، أكمل خطوات التحقق التالية.

فحوصات ما قبل التشغيل

تأكد من تطابق جميع بيانات لوحة البيانات مع إعدادات المرحل. تأكد من إدخال نسب محولات التيار بشكل صحيح. تحقق من قطبية محولات التيار باستخدام اختبار الوميض أو الحقن الأولي. تأكد من تطابق الأسلاك مع مخطط الخط الواحد. تأكد من تطابق جهد طاقة التحكم مع متطلبات المرحل.

اختبار الحقن الأولي

قم بحقن تيار معلوم عبر دائرة محول التيار الرئيسية وتحقق من قراءات المرحل. اختبر الدائرة عند 25% و50% و100% و200% من تيار الحمل الكامل. تأكد من أن خاصية التقاط الحمل الزائد تعمل ضمن نطاق 5% من القيمة المضبوطة. اختبر التيار الزائد اللحظي عند 150% من قيمة الالتقاط. اختبر عنصر العطل الأرضي باستخدام تيار التسلسل الصفري المحاكى.

التحقق من التنسيق

ارسم منحنيات التيار-الزمن وتحقق من هوامش الانتقائية. تأكد من أن منحنيات مرحل المحرك أقل من الحدود الحرارية للمحرك في جميع النقاط. تحقق من أن منحنيات قاطع الدائرة الكهربائية في المنبع توفر هامش تنسيق كافٍ. وثّق جميع الإعدادات ونتائج الاختبار للرجوع إليها مستقبلاً.

الأوراق المطلوبة

احتفظ بسجل إعدادات المرحلات لكل محرك. سجّل بيانات لوحة البيانات، ونسب محولات التيار، وجميع إعدادات عناصر الحماية، ونتائج الاختبارات، وتاريخ التشغيل. حدّث السجل كلما تم تعديل الإعدادات. هذه الوثائق ضرورية لتشخيص الأعطال والصيانة في المستقبل.

الأسئلة الشائعة

كيف يمكنني تحويل التيار الأساسي إلى إعدادات المرحل الثانوية؟

قسّم التيار الابتدائي على نسبة محول التيار. بالنسبة لمحول تيار بنسبة 100/5 (نسبة 20)، فإن تيارًا ابتدائيًا مقداره 100 أمبير يُعادل تيارًا ثانويًا مقداره 5 أمبير. وقيمة تيار ابتدائي مقدارها 125 أمبير تُعادل تيارًا ثانويًا مقداره 6.25 أمبير. تأكد دائمًا مما إذا كان المرحل يتوقع قيم التيار الثانوي بالأمبير أو بوحدات النسبة المئوية.

ما الفرق بين الجهاز 49 والجهاز 51؟

الجهاز 49 هو نموذج حراري يحاكي تسخين وتبريد المحرك. يفصل هذا الجهاز عند حدوث أحمال زائدة مستمرة، ولكنه يسمح بتيار بدء التشغيل الطبيعي. أما الجهاز 51 فهو عنصر حماية من التيار الزائد الزمني، ويتبع منحنى زمني عكسي ثابت. في تطبيقات المحركات، غالبًا ما يُضبط الجهاز 51 كحماية من دوار القفل مع تأخير زمني محدد، بينما يتولى الجهاز 49 معالجة الأحمال الزائدة.

هل يجب عليّ تعطيل الجهاز رقم 50 على المحركات التي تعمل بواسطة موصلات؟

نعم، في معظم الحالات. لا تستطيع موصلات الفراغ قطع تيار قصر الدائرة. إذا تعطل الجهاز 50، يحاول الموصل الفتح تحت تأثير تيار العطل، وقد يلتحم أو ينفجر. يجب أن يقوم المصهر أو قاطع الدائرة الكهربائية في المنبع بفصل أعطال قصر الدائرة. الجهاز 50 مناسب فقط عندما يقوم قاطع الدائرة (وليس الموصل) بوظيفة التبديل.

كيف تؤثر درجة الحرارة المحيطة على إعدادات المرحل؟

تؤدي درجات الحرارة المحيطة المرتفعة إلى تقليل قدرة تبريد المحرك. إذا كان المحرك مصممًا للعمل عند درجة حرارة محيطة تبلغ 40 درجة مئوية ولكنه يعمل عند 55 درجة مئوية، فقد يلزم تعديل النموذج الحراري. توفر بعض المرحلات انحيازًا لدرجة الحرارة المحيطة. بدلاً من ذلك، يمكن تقليل قدرة التقاط الحمل الزائد بنسبة 5% إلى 10% لكل 10 درجات مئوية أعلى من درجة الحرارة المحيطة المقدرة.

هل يمكن استخدام إعداد مرحل واحد لعدة محركات؟

لا. لكل محرك تيار حمل كامل (FLA) وتيار بدء تشغيل منخفض (LRA) وثوابت زمنية حرارية وزمن تسارع فريدة. استخدام إعدادات متطابقة لمحركات مختلفة يضمن عدم حماية بعضها بشكل كافٍ، وتعطل البعض الآخر بشكل غير متوقع. لذا، احسب الإعدادات بشكل فردي لكل محرك، حتى لو بدت المحركات متشابهة.

خاتمة

يتطلب حساب إعدادات مرحلات حماية المحركات عناية منهجية ببيانات المحرك، ونسب محولات التيار، وخصائص النظام. لا تتجاوز قوة سلسلة الحماية قوة أضعف إعداداتها. فالنموذج الحراري الصحيح مع نسبة محول تيار خاطئة لا قيمة له. كما أن ضبط التيار الزائد اللحظي المثالي مع تجاهل زمن التسارع يؤدي إلى فصل غير مرغوب فيه.

يكمن جوهر الأمر في التحقق. يجب فحص كل إعداد مقابل بيانات المحرك، واختباره بالحقن الأولي، وتأكيده باستخدام منحنيات تنسيق التيار الزمني. إن العشر دقائق التي تُقضى في اختبار الحقن الأولي تمنع تكلفة الإصلاح الطارئ البالغة 20,000 دولار أمريكي والتي تترتب على خطأ غير مكتشف في نسبة محول التيار.

تُصنّع شركة شاندونغ إلكتريك معدات تحويل الطاقة وبدء تشغيل المحركات لتطبيقات صناعية وتعدينية ونفطية وغازية وتوليد الطاقة. يدعم فريقنا الهندسي تصميم أنظمة الحماية الخاصة بكل مشروع، بدءًا من اختيار المرحلات وحسابات الضبط وصولًا إلى التحقق من التشغيل. بالنسبة لتطبيقات المحركات المعقدة ذات الجهد المتوسط، تضمن الهندسة المخصصة مطابقة نظام الحماية لمواصفات المحرك ومتطلبات شبكة الكهرباء بدقة.

اطلب مراجعة مجانية لإعدادات مرحل حماية المحرك. اتصل بفريقنا الهندسي وقدم بيانات لوحة اسم المحرك وتفاصيل التطبيق، وسنقوم بالتحقق من إعداداتك أو التوصية بالقيم المثلى لمشروعك.

كما تقدم شركة شاندونغ إلكتريك خدماتها محول تردد 400 هرتز لتطبيقات الطاقة الأرضية والطيران، مصنعة بنفس الدقة الهندسية التي تدعم حماية المحركات الحيوية في جميع أنحاء العالم.