نوع کابل برای درایو موتور با VFD
نوع کابل در VFD از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در ساختار داخلی VFD ها، به علت کلیدزنی که توسط IGBT انجام می شود؛ نویز تولید می شود. این نویز یا به عبارت دقیق تر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) می تواند از نوع هدایتی یا تشعشعی باشد. نویز منجر به مخدوش شدن سیگنال های کنترلی تبادل شونده بین تجهیزات یک محیط صنعتی و مرکر کنترل آن می شود. همچنین تحت تاثیر نویز طول عمر موتور درایو شده با VFD و سایر تجهیزات محیط صنعتی کاهش یافته و امکان آسیب به آن ها وجود دارد.
کابل ورودی
در صورتی که نویز تولید در VFD به درستی به زمین هدایت تشود، برق محیط صنعتی می تواند آلوده به نویز شده و در عملکرد نامناسب یا حتی آسیب به سایر تجهیزات تاثیرگذار باشد.
نوع کابل
کابل چند هسته ای شیلد شده به عنوان کابل مناسب توصیه می شود. انواع دیگر کابل نیز در شکل زیر به عنوان گزینه های قابل قبول مطرح شده است.
نحوه اتصال
بر اساس شکل زیر شیلد کابل به عنوان اتصال زمین کابل، می بایست در دو طرف کابل به شین زمین متصل شود.
در جریان های بالای ۳۰۰ آمپر برای تغذیه موتور های توان-بالا، درایو می تواند از طریق باس بار یا باس کابل به سه فاز تغذیه متصل شود. در این حالت اگر از باس بار استفاده می شود مطابق شکل زیر شیلد از یک سو یا از دوطرف به شین زمین متصل شود. همچینین لازم است که شین زمین در سمت درایو و سمت برق ورودی به زمین ساختمان متصل شود.
استفاده از باس کابل یا کابل های موازی از دو جهت نسبت به باس-بار برتری دارد:
- خنک کاری بهتر هادی ها به خاطر استفاده از هادی های مجزا
- راکتانس کمتر باس کابل و امکان استفاده در کابل کشی با طول بیشتر.
شکل زیر اتصالات باس کابل را نشان می دهد که در آن از کابل های بدون شیلد استفاده شده است. در این درایو های مجهز به PFC نمی توان از این روش برای اتصال VFD به شبکه برق محیط صنعتی متصل نمود.
اما اگر مطابق شکل زیر از کابل های تک هسته شیلددار استفاده شود، امکان اتصال به درایو مجهر به PFC وجود خواهد داشت. در این حالت نویز جریان فاز سبب القای ولتاژ در شیلد شده و انرژی نویز از طریق شیلد به زمین بر می گردد. لازم به ذکر است که در این وضعیت برای جلوگیری از آسیب به کاربر، می بایست شیلد فقط از سمت ترانسفورماتور (برق ورودی ساختمان) به زمین وصل شود.
کابل موتور
از آنجا که ولتاژ خروجی VFD از طریق کلیدزنی IGBT ها تولید می شود، منبع اصلی نویز در خروجی VFD قرار دارد. بنابراین نوع کابل موتور باید به درستی انتخاب شود. انتخاب نوع کابل برای اتصال درایو به موتور مزایای زیر را دارد:
- طول عمر موتور داریو شده توسط VFD افزایش می یابد.
- مطابقت کابل با استاندازد های EMC و ایمنی را فراهم می کند.
- امکان استفاده از بیشترین طول کابل ممکن برای موتور وجود دارد.
- به طرز چشمگیری بر کاهش جریان بلبرینگ موتور اثرگذار است.
نوع کابل
کابل های توصیه شده برای موتور درایو شده شامل دو نوع “کابل شیلددار سه سیم” و “شیلدشده چندهسته ای” می باشد که در بخش کابل ورودی به آن اشاره شد. اگر می خواهید از “کابل شیلددار سه سیم” استفاده کنید و شیلد کابل سطح مقطع مناسب برای اتصال به عنوان هادی زمین را ندارد، می توانید مطابق شکل زیر از کابل شیلددار برای تغذیه سه فاز و یک هادی مجزا برای زمین قرار دهید.
اگر چه موارد اشاره شده گزینه های برتر برای کابل موتور هستند اما کابل های قابل قبول با درنظرگرفتن محدودیت ها می توانند استفاده شوند. از جمله این موارد “سیم کشی چهارسیمه با روکش PVC” است که به علت هزینه کم محبوبیت زیادی در بازار ایران دارد. در بخش “کابل ورودی VFD” به محدودیت های استفاده از آن اشاره شد. همچنین نکات زیر برای استفاده از این نوع کابل باید مورد توجه قرار گیرد.
- به علت عدم برخوردای از شیلد در این نوع سیم کشی امکان تداخل الکترومغناظیسی با تجهیزات دیگر وجود دارد.
- در صورتی که از کابل شیلددار ۴ سیمه استفاده شود، می توان موتور هایی تا توان ۱۰۰ KW را تغذیه کرد. این کار درصورتی مجاز است که بدنه موتور و بار موتور هم پتانسیل شوند. در ادامه به یکسان سازی پتانسیل می پردازیم.
- در صورت استفاده کابل ۴ سیمه و به علت عدم تقارن در فاصله هادی های سه فاز تا هادی زمین، می بایست از هادی زمین مجزا با فاصله حداقل ۳۰ cm از کابل اصلی استفاده کرد. بدین ترتیب سیم زمین موجود در کابل، می بایست در سمت درایو به ترمینال زمین متصل شده و در سمت موتور ایزوله شود.
- در این نوع کابل کشی، اگر کابل شیلددار باشد، می بایست شیلد در سمت درایو و موتور به زمین متصل شود. اما در صورتی که سطح مقطع شیلد به اندازه کافی بزرگ نباشد که بتواند کاندیدای اتصال زمین حفاظتی باشد، لازم است فقط در سمت داریو به زمین اتصال یابد.
جدول زیر نشانگر حالت های سیم کشی غیر مجاز بین درایو و موتور می باشد.
ویژگی های کابل مناسب
سطح مقطع هادی PE:
سطح مقطع هادی زمین می بایست بر اساس استاندارد IEC 60364-4-41 به گونه ای انتخاب شود که امکان قطع خودکار تغذیه درایو را در صورت بروز شرایط خطا مهیا سازد. همچنین می بایست قابلیت تحمل جریان خطا را داشته باشد. در جدول زیر در صورتی که جنس ماده هادی سه فاز و هادی زمین یکسان باشد، می توان حداقل سطح مقطع مناسب برای هادی زمین را ملاحظه کرد.
همچینین برای محاسبه دقیق تر هادی زمین می توان از فرمول زیر استفاده کرد. در این رابطه S سطح مقطع هادی زمین، I جریان RMS خطای گذرنده از هادی و t مدت زمان عملکرد کلید حفاظتی خواهد بود. همچنین k به عنوان یک ثابت مربوط به جنس هادی می باشد. جدول زیر k را برای هادی مجزا که داخل کابل موجود نباشد، ارائه کرده است.
شیلد کابل:
سطح مقطع مناسب برای شیلد به منظور تضعیف انتشار هدایتی و تشعشعی فرکانس رادیویی، برابر حداقل ۰٫۱ سطح مقطع موردنظر برای هادی فاز خواهد بود. آلومینیوم یا مس می تواند گزینه مناسب برای جنس شیلد باشد.
کابل در سمت موتور نیز می بایست به گونه ای زمین شود که کمینه تداخل الکترومغناظیسی ایجاد گردد. بدین منظور لازم است شیلد کابل در ۳۶۰ درجه حول هادی ها استفاده شود و اندازه شیلد تا محل اتصال به زمین نباید خیلی بلند باشد. در شکل زیر اندازه مناسب شیلد مشخص شده است.
یکسان سازی پتانسیل:
یکسان سازی پتانسیل بین موتور و بار آن در موتور های توان بالا (بیش از ۱۰۰ KW) برخی اوقات با توجه به شرایط زمین سمت بار، ضروری است. بعضی از کاربرد هایی که یکسان سازی پتانسیل در آن انجام می شود، شامل: پمپ آب (زمین شده به وسیله آب) و گیربکس دارای روغن کاری مرکزی (زمین شده به وسیله لوله های روغن) خواهد بود.
در چنین شرایطی هدف ایجاد اتصال با اندوکتانس کم به زمین می باشد. از سوی دیگر هیچ گونه هدف ایمنی برای انجام این کار مدنظر نمی باشد.
بنابراین استفاده از صفحه مسی یا نوار هادی با سطح مقطع کمینه برابر ۰٫۷۵mm ´ ۷۰ mm برای اتصال بین بدنه موتور و بدنه پمپ یا گیربکس توصیه می شود. همچینین می توان از دو هادی با سطح مقطع کمینه ۵۰mm2 با فاصله حداقل ۱۵ cm استفاده کرد. هادی موراستفاده برای یکسان سازی پتانسیل می بایست کمترین طول ممکن را داشته باشد. البته در صورتی که موتور و بار آن بر یک صفحه فلزی قرار داشته باشند، این کار ضرورتی ندارد.