Trang chủTin hotCải thiện độ tin cậy, đảm bảo an toàn và giảm lượng...

Cải thiện độ tin cậy, đảm bảo an toàn và giảm lượng khí thải carbon bằng cáp VFD

Biến tần (VFDs) và động cơ có thể giảm lượng khí thải carbon, đồng thời tăng hiệu quả, độ tin cậy và an toàn trên các hệ thống khác nhau, bao gồm hệ thống băng tải, máy bơm, máy trộn, thang máy, hệ thống sưởi ấm, thông hơi/điều hòa không khí (HVAC),….

Hệ thống dây cáp kết nối biến tần (VFD) với động cơ là một liên kết quan trọng trong hệ thống. Nếu không có hệ thống cáp chính xác, sự an toàn của người vận hành có thể bị bỏ qua, độ tin cậy của động cơ cũng như tuổi thọ hoạt động có thể bị giảm.

Các hệ thống VFD điển hình hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt bao gồm tăng đột biến điện áp cao đạt gấp hai đến ba lần điện áp cung cấp và mức độ nhiễu điện từ bức xạ và dẫn điện từ cao. Ngoài ra, cáp có thể tiếp xúc với nhiệt độ cao. Chúng phải chống lại dầu, nước và bức xạ cực tím (UV) trong khi vẫn duy trì một mức độ linh hoạt cao, đáp ứng nhiều yêu cầu kỹ thuật từ UL, CSA, NFPA và NEC.

Môi trường hoạt động đầy khắc nghiệt cùng yêu cầu kỹ thuật đối với việc lắp đặt VFD khiến cáp cần có thông số vượt trội hơn. Bài viết này đánh giá ngắn gọn về hoạt động của VFD và động cơ; nhu cầu về cách điện của cáp, khả năng tương thích điện từ (EMC); so sánh các thông số kỹ thuật như cáp UL 1277 TC ER, WTTC và TC; kiểm tra các yêu cầu của NEC và NFPA.

Thách thức môi trường

Động cơ VFD, bộ điều khiển và cáp kết nối chúng hoạt động trong môi trường điện khắc nghiệt. Cáp VFD cần cung cấp hiệu quả công suất của biến tần ở điện áp cao và xử lý các đỉnh điện áp, mức độ nhiễu xạ cao. Cách điện trong cáp VFD phải chịu các điều kiện đầy thách thức như sóng phản xạ và điện áp khởi đầu xung corona (Hình 1)

Hình 1: Cách điện cáp VFD phải xử lý sóng phản xạ và điện áp khởi động corona. (Nguồn ảnh: SAB Bắc Mỹ)

  • Sóng phản xạ: Sóng phản xạ có thể được gây ra bởi sự không phù hợp giữa động cơ của VFD và cáp của nó. Điều đó có thể khiến sóng điện áp bật trở lại bộ điều khiển. Nếu không có cách điện hiệu suất cao, sóng phản xạ có thể phá vỡ lớp cách điện và làm cáp trở nên quá nóng.
  • Điện áp khởi đầu corona/phát xạ corona: Điện áp điều chế độ rộng xung (PWM) trong các hệ thống VFD dao động nhanh chóng từ 0 đến điện áp tối đa. Nếu không cách điện đúng cách, sự tăng đột biến điện áp cao xảy ra quá điện áp khởi đầu corona của cáp làm cho không khí xung quanh dây dẫn bị ion hóa, dẫn đến phát xạ corona có thể làm tan chảy lớp cách điện và làm hỏng động cơ, vòng bi động cơ và bộ điều khiển.

Che chắn và nối đất

Ngoài việc chịu được điện áp tăng đột biến, cáp VFD phải hỗ trợ mức EMC cao. Những xem xét quan trọng về EMC bao gồm:

  • Dòng điện chế độ chung phát sinh từ các điện áp ba pha trong VFD không cộng dồn về không, tạo ra sự mất cân bằng điện áp. Khi mức điện áp không ổn định thay đổi, dòng sạc cáp tỷ lệ sẽ quay trở lại qua dây dẫn nối đất. Dòng điện chế độ chung quá mức tạo ra một vòng lặp nối đất gây nhiễu loạn hiệu suất hệ thống.
  • Nhiễm điện từ truyền qua là kết quả của các tần số bộ điều khiển thay đổi có thể gây nhiễu điện từ trường (EMI) và nhiễu tần số vô tuyến (RFI), ảnh hưởng đến các thành phần và hệ thống lân cận.

Một hệ thống truyền động, cáp và động cơ được nối đất hiệu quả tạo ra một lồng Faraday đảm bảo hiệu suất EMC mạnh mẽ (Hình 2).

Hình 2: Cáp VFD có thể giảm thiểu dòng điện chế độ chung và nhiễu xạ điện từ với các kết nối nối đất thích hợp. (Nguồn ảnh: SAB Bắc Mỹ)

Ống nối cáp và ống dẫn

Cáp VFD có sẵn đường kính nhỏ để chạy trong ống dẫn như các cấu trúc cáp bọc thép hàn liên tục. Các giải pháp này yêu cầu lắp đặt phức tạp, tốn kém và gặp các vấn đề về độ tin cậy. Cáp khay (TCs) có sẵn mà không yêu cầu ống dẫn. Khi có sẵn ống dẫn, nó có thể được sử dụng để tạo lồng Faraday giữa bộ điều khiển và động cơ. Khi các lớp TC khác nhau được sử dụng, các tuyến cáp EMC có thể được thêm vào để hoàn thành lồng Faraday. Các tuyến cáp EMC cung cấp xếp hạng bảo vệ chống xâm nhập (IP) 68 có khả năng chống nước trong nước ngọt đến độ sâu tối đa 1,5 mét trong tối đa 30 phút, được bảo vệ khỏi bụi, làm cho chúng phù hợp để sử dụng trong môi trường công nghiệp và ngoài trời đầy thách thức (Hình 3).

Hình 3: Các tuyến cáp có thể được sử dụng trên các kết nối với thiết bị điện tử truyền động và động cơ để tạo lồng Faraday và điều khiển EMI. (Ảnh: SAB Bắc Mỹ)

Các lớp cáp

TCs có thể đơn giản hóa việc cài đặt và giảm chi phí. Các tiêu chí ứng dụng khác nhau, như xếp hạng điện áp, tính linh hoạt và thử nghiệm đè nén/va đập, phân loại chúng. Có hai tiêu chuẩn UL chính. Cả hai tiêu chuẩn đều áp dụng cho cáp có 18 AWG và lớn hơn. Hai tiêu chuẩn là:

UL 1277, Cáp khay điều khiển & nguồn điện, bao gồm một số loại TC được đánh giá cho 600 V.

  • Cáp TC cơ bản là loại phổ biến nhất và được sử dụng làm cáp VFD yêu cầu đặc tính chống cháy.
  • Cáp khay TC-ER phải vượt qua các yêu cầu đè nén và va đập nghiêm ngặt hơn so với cáp TC tiêu chuẩn. Chúng có thể chạy tự do giữa các máng cáp trong khoảng cách trung bình 6 feet (1,8 m).
  • THHN/PVC là một hình thức xây dựng TC chi phí thấp với lớp vỏ nhựa nhiệt dẻo. Nó phù hợp để chôn cất trực tiếp và chạy trong ống dẫn.

UL 2277, Cáp cung cấp động cơ linh hoạt & Cáp khay tuabin gió, bao gồm hai loại TC được đánh giá cho 1,000 V.

  • Cáp cung cấp động cơ linh hoạt (FMSC) được thiết kế chủ yếu như một cáp nguồn động cơ VFD.
  • Cáp khay tuabin gió (WTTC) có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt trong khi sử dụng các ứng dụng động cơ điện của hệ thống điện gió như dầu, mài mòn, nhiệt độ khắc nghiệt, nước, chuyển động liên tục,…

NEC và NFPA

Việc tuân thủ NEC 79/NFPA 79 2018 thường được thực hiện, nhưng không phải thường xuyên, được yêu cầu tại Hoa Kỳ tùy thuộc vào quy định xây dựng địa phương. Tiêu chuẩn yêu cầu cáp VFD phải được đánh dấu RHH, RHW, RHW-2, XHH, XHHW, hoặc XHHW-W được định nghĩa như sau:

  • RHW, RHH và RHW-2 sử dụng vật liệu cách nhiệt cao su nhiệt cao.
  • RHW cho biết cáp chống nước có định mức nhiệt độ + 75° C
  • RHH cho biết cáp có định mức nhiệt độ + 75° C không chịu nước
  • RHW-2 cho biết cáp chống nước có định mức nhiệt độ + 90° C
  • XHH, XHHW và XHHW-W sử dụng vật liệu cách nhiệt XLPE (polyetylen liên kết ngang).
  • XHH được sử dụng ở những nơi ẩm ướt và được đánh giá là + 75° C
  • XHHW được sử dụng ở những nơi ẩm ướt và được đánh giá là + 75° C
  • XHHW2 được sử dụng ở những nơi ẩm ướt và được đánh giá ở + 90° C

Cách điện XLPE nhẹ hơn và linh hoạt hơn cách điện cao su, giúp cáp XLPE dễ lắp đặt hơn, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, XLPE cung cấp lợi ích về rò rỉ thấp hơn so với cách nhiệt cao su.

Cấu tạo cáp

Có rất nhiều cách để thực hiện VFD TCs. Phần số CF31-25-04 từ Igus là một ví dụ điển hình về nhiều yếu tố phổ biến; các số trong danh sách tương ứng với Hình 4:

  1. Vỏ ngoài được làm bằng hỗn hợp PVC chống dầu, có độ bám dính thấp
  2. Vỏ bên ngoài được làm bằng lớp dây đồng mạ chống uốn chịu lực
  3. Lớp vỏ bên trong của PVC chịu lực
  4. CFRIP là một dải dành riêng cho Igus được đúc vào vỏ bên trong để tuốt cáp nhanh hơn
  5. Cách nhiệt lõi của nhựa polyetylen liên kết ngang (XLPE) có liên kết ba chiều trong nhựa; XLPE có độ bền cơ học cao và điện dung thấp
  6. Dây dẫn thay đổi cho lõi < 10 mm² và lõi ≥ 10 mm² dựa trên yêu cầu DIN EN 60228
  7. Giảm biến dạng trung tâm, một vật liệu chịu ứng suất kéo

    Hình 4: Ví dụ về cáp VFD minh họa các yếu tố che chắn và giảm áp lực ngoài các dây dẫn mang dòng điện. (Nguồn ảnh: Igus)

    Nhiều lựa chọn hơn

    LAPP’s ÖLFLEX VFD 1XL của LAPP là một dòng cáp truyền động VFD được bảo vệ chống dầu và chống tia cực tím mạnh mẽ cho các thiết kế cần đường kính cáp nhỏ hơn. Đường kính nhỏ không bình thường của lớp cách điện XLPE làm cho các loại cáp này phù hợp để sử dụng trong các công trình lắp đặt đông đúc, nơi cáp tiêu chuẩn có thể quá lớn. Ngoài ra, đường kính mảnh hơn hỗ trợ tăng tính linh hoạt để tăng tốc độ lắp đặt. Các loại cáp được xếp hạng TC-ER này có thể được lắp đặt mà không cần ống dẫn, nhưng đường kính nhỏ hơn và tính linh hoạt của chúng đơn giản hóa việc sử dụng ống dẫn khi cần thiết. Chúng đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất XHHW2. Ví dụ, LAPP cung cấp một số mô hình với bốn dây dẫn (bao gồm cả mặt đất), như mô hình 701703 với 10 dây dẫn AWG (5,3 mm²) và mô hình 701717 với 2 dây dẫn AWG (33,7 mm²).

    Helukabel cung cấp một số loại cáp có xếp hạng TC-ER và WTTC, và chúng cung cấp dây dẫn từ 2 đến 18 AWG như mô hình 12 AWG TC bốn dây dẫn 63141. Chúng có tính năng che chắn kép kết hợp lá nhôm (độ che phủ 100%) và bím tóc bằng đồng đóng hộp (độ che phủ khoảng 85%). Họ sử dụng vật liệu cách nhiệt XLPE và có áo khoác PVC có khả năng chống dầu, chất làm mát, dung môi và chất tẩy rửa/khử trùng. Các loại cáp này được đánh giá để lắp đặt mở, không được bảo vệ trong khay cáp và từ khay cáp đến máy. Hơn nữa, chúng thích hợp để lắp đặt trong ống dẫn hoặc chôn cất trực tiếp.

    Cáp linh hoạt cao

    Belden cung cấp nhiều dòng cáp TC với các cấu hình dây dẫn và nối đất khác nhau sử dụng một số vật liệu cách nhiệt và che chắn (Hình 5). Đối với các cài đặt đòi hỏi cáp TC linh hoạt cao, công ty cung cấp cáp HighFlex VFD với một số phạm vi linh hoạt và lên đến 10 triệu chu kỳ uốn. Các TC này có dây dẫn bằng đồng mạ thiếc, lõi mảnh nhỏ, với một số mẫu có hơn 2.000 sợi riêng lẻ và vỏ TPE linh hoạt giúp chúng dễ uốn để dễ dàng xử lý trong quá trình lắp đặt. Ví dụ, số bộ phận 29501F 0101000, với xếp hạng TC-ER và WTTC, được thiết kế để di chuyển liên tục và các ứng dụng trên máy và đáp ứng các yêu cầu của XHHW2 để sử dụng ở các vị trí ẩm ướt lên đến + 90° C. Các ứng dụng mục tiêu cho cáp HighFlex VFD bao gồm:

    • Chạy thiết bị xử lý
    • Máy bơm cung cấp năng lượng
    • Làm quạt chạy
    • Chạy băng tải vật liệu
    • Di chuyển cánh tay robot

    Cáp VFD của SAB được thiết kế để cung cấp hiệu suất EMC tối ưu. Có sẵn một thiết kế phù hợp uốn liên tục. Các loại cáp này đáp ứng các yêu cầu TC-ER và WTTC, và chúng sử dụng cách điện XLPE để cải thiện điện dung với hai lựa chọn: một với đường kính giảm và một hỗ trợ chạy lâu dài hơn. Các nhà sản xuất động cơ VFD khác nhau có các yêu cầu kích thước cặp khác nhau đối với các TC VFD kết hợp và có thể yêu cầu cáp có hoặc không có dây thoát nước. Cáp VFD của SAB bao gồm các loại cáp đáp ứng hầu hết các yêu cầu ứng dụng như nguồn điện với cặp kết hợp để cảm biến phanh hoặc nhiệt độ, nhiều tùy chọn kích thước cặp bao gồm 18, 16, 14 và 12 AWG và một số thiết kế có hai cặp. Chúng có tấm chắn kép kết hợp giấy bạc với bện đồng đóng hộp, và thiết kế đối xứng mặt đất là một lựa chọn. Các loại cáp này có bán kính uốn cong gấp 12 lần đường kính cáp và được xếp hạng XHHW2 để sử dụng ở những vị trí ẩm ướt lên đến 90° C. Một ví dụ điển hình của các loại cáp này là mô hình 35661204, cáp 12 AWG bốn dây dẫn.

    Kết luận

    Cáp VFD được sử dụng trong môi trường điện khắc nghiệt và phải chịu được nhiệt độ cao, tiếp xúc với nước, dầu, các hóa chất khác nhau. Chỉ định các loại cáp đó là một quá trình phức tạp, đòi hỏi phải xem xét các đặc tính cách điện khác nhau, bao gồm khả năng chịu được sóng phản xạ và điện áp khởi động corona, che chắn, tuyến cáp để bảo vệ EMC và các yêu cầu của UL, NEC, và NFPA. Cáp VFD được chỉ định và lắp đặt chính xác góp phần đơn giản hóa và chi phí lắp đặt thấp hơn, cải thiện hoạt động của động cơ, ít khí thải carbon hơn, tăng độ an toàn cho người vận hành.

                                                                                            Cường Việt (theo Didikey)

Theo dõi fanpage chúng tôi

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây

Bài viết cùng chủ đề

Hàn Quốc giành ngôi Vô địch Kỳ thi Lập trình sinh viên quốc tế ICPC Châu Á – Thái Bình Dương năm 2024

Kỳ thi Lập trình sinh viên quốc tế ICPC Châu Á - Thái Bình Dương năm 2024 do Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN phối hợp với Hội Tin học Việt Nam tổ chức từ ngày 29/2 - 2/3 đã thành công tốt đẹp. Chung cuộc, Ngôi vô địch đã thuộc về đội NewTrend của Đại học Quốc gia Seoul. Đội tuyển sudo (ĐH Công nghệ - ĐHQG Hà Nội) là đội có thứ hạng cao nhất của Việt Nam.

Đội SUDO là đội tuyển xuất sắc giải được bài đầu tiên tại The 2024 ICPC Asian Pacific Championship

Sáng ngày 2/3, 65 đội tuyển với 250 sinh viên đã chính thức tranh tài tại Kỳ thi Lập trình sinh viên quốc tế ICPC Châu Á - Thái Bình Dương năm 2024. Đội tuyển SUDO của trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã xuất sắc giải được bài đầu tiên vào phút thứ 11.

Hơn 160 bài báo cáo đã nộp tới VCCA 2024

Tính đến thời điểm hiện tại, Hội nghị Khoa học và Triển lãm quốc tế lần thứ 7 về Điều khiển và Tự động hóa (VCCA-2024) đã nhận được hơn 160 bài báo cáo khoa học gửi đến Ban chương trình.

NVIDIA GTC 2024: 300 nghìn người dự Hội nghị AI lớn nhất thế giới

Dự kiến Hội nghị lần này có 900 phiên thảo luận và hơn 300 nhà triển lãm sẽ giới thiệu cách tổ chức triển khai nền tảng NVIDIA để đạt được những bước đột phá đáng chú ý trong nhiều ngành nghề: hàng không vũ trụ, nông nghiệp, ô tô và vận tải, dịch vụ đám mây, dịch vụ tài chính, y tế và khoa học đời sống, sản xuất, bán lẻ và viễn thông.

Trường ĐH Giao thông Vận tải đã chọn được đội tham dự Cuộc thi MECA 2024

Vòng chung kết Cuộc thi Mitsubishi Electric Cup 2024 (MECA 2024) cấp trường Đại học Giao thông vận tải (ĐH GTVT) diễn ra chiều ngày 23/2 đã chọn ra được đội đại diện cho nhà trường tham dự Cuộc thi MECA cấp quốc gia vào tháng 6 sắp tới tại ĐH Cần Thơ.

Bài viết nổi bật

Hàn Quốc giành ngôi Vô địch Kỳ thi Lập trình sinh viên quốc tế ICPC Châu Á – Thái Bình Dương năm 2024

Kỳ thi Lập trình sinh viên quốc tế ICPC Châu Á - Thái Bình Dương năm 2024 do Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN phối hợp với Hội Tin học Việt Nam tổ chức từ ngày 29/2 - 2/3 đã thành công tốt đẹp. Chung cuộc, Ngôi vô địch đã thuộc về đội NewTrend của Đại học Quốc gia Seoul. Đội tuyển sudo (ĐH Công nghệ - ĐHQG Hà Nội) là đội có thứ hạng cao nhất của Việt Nam.

Đội SUDO là đội tuyển xuất sắc giải được bài đầu tiên tại The 2024 ICPC Asian Pacific Championship

Sáng ngày 2/3, 65 đội tuyển với 250 sinh viên đã chính thức tranh tài tại Kỳ thi Lập trình sinh viên quốc tế ICPC Châu Á - Thái Bình Dương năm 2024. Đội tuyển SUDO của trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã xuất sắc giải được bài đầu tiên vào phút thứ 11.

Tham gia workshop: Quan hệ báo chí và người phát ngôn chỉ với 20% học phí

Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) và Công ty Kết nối Giá trị Việt Nam (VVC) tài trợ 80% học phí cho chuỗi...