摘 要 變頻器主要對電動機進行無極調(diào)速
關(guān)鍵詞 防爆變頻器
0 引言
隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展,電氣傳動領(lǐng)域也發(fā)生了重大的技術(shù)變革
變頻器由初期的變壓變頻(VVVF)調(diào)速方案
石油化工行業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè)
,同時也是能耗大戶。石化行業(yè)作為一個特殊的行業(yè),有其獨特的背景。風機、泵類負載也成了石化企業(yè)最主要的能耗設(shè)備,在實際生產(chǎn)中,這些設(shè)備都有較大的裕度,機泵的負載率通常只有60%~80%,而且很多采油設(shè)備是全天候工作,因此采用變頻技術(shù)不僅可以節(jié)約能耗,而且還能延長設(shè)備使用壽命
1 設(shè)計原理
變頻器的調(diào)速范圍大
(1)采用國標GB 3836.1—2010 爆炸性氣體環(huán)境 第1部分:通用要求、GB 3836.2—2010爆炸性環(huán)境第2部分:由外殼“d”保護的設(shè)備和GB/T 3836.5—2017 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第5部分:由正壓外殼“p”保護的設(shè)備進行設(shè)計
。
(2)滿足石油化工現(xiàn)場對防爆變頻器的使用要求
。
(3)保證防爆變頻器在爆炸性混合物危險場所長期安全運行
。2 防爆變頻器所采用的防爆型式
根據(jù)變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和發(fā)熱原理
,目前各個廠家普遍采用的是隔爆型和正壓通風型兩種防爆型式。2.1 隔爆型
此種防爆型式是我國防爆行業(yè)采用的最為廣泛的一種形式
,防爆原理是將能產(chǎn)生火花電弧的部件置于隔爆殼體內(nèi),隔爆外殼能承受內(nèi)部的爆炸壓力而不致?lián)p壞,并能保證內(nèi)部的火焰不能傳導(dǎo)到外部危險環(huán)境中,因此隔爆外殼應(yīng)有耐爆性和隔爆性兩種特性。
(1)耐爆性
隔爆型電氣設(shè)備的耐爆性其實就是外殼的強度問題
,它是由外殼的材質(zhì)和機械強度來保證。因此外殼必須有足夠的堅固性,以及外殼在熱源的作用下,即便經(jīng)爆炸之后,也不能有變形或者破損。
在隔爆型電氣設(shè)備的制造和維修過程中,規(guī)定不同容積的外殼其內(nèi)部承受壓力試驗(一般為水壓)的數(shù)值亦不同
。對于小型設(shè)備不能測定參考壓力時,則應(yīng)采用下列相應(yīng)壓力進行靜壓試驗,如表1所示。
表1 不同容積不同氣體類別的水壓試壓壓力
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(2)隔爆性
隔爆型電氣設(shè)備的隔爆性要求殼體上所有通過裝配的零部件與大氣溝通的間隙都能阻止火焰向外傳播,這些特殊的間隙稱為隔爆結(jié)合面
,其接合縫隙稱為隔爆結(jié)合面間隙。
隔爆外殼的隔爆性是建立在隔爆接合面對內(nèi)部的爆炸火焰有冷卻作用為理論基礎(chǔ)的。隔爆接合面的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能保證熄滅間隙中的火焰
,損失至少20%的能量。為此隔爆接合面的寬度L、間隙(或直徑差)i、法蘭至殼體內(nèi)緣的距離l應(yīng)符合GB 3836.2表1~表2的規(guī)定,對于ⅡC外殼的螺紋隔爆接合面應(yīng)符合表3~表4的規(guī)定2.2 正壓型
這種防爆型式的防爆原理是保證內(nèi)部保護氣體(一般潔凈的空氣或者惰性氣體)的壓力高于周圍以免爆炸性混合物進入外殼內(nèi),或保證足量的保護氣體通過使內(nèi)部的爆炸性混合物的濃度降至爆炸下限以下
(1)正壓型防爆電氣設(shè)備在投入運行前或退出運行后所有可能帶電的電氣部分必須采用了相應(yīng)的防爆型式
(2)必須有可靠的措施保證正壓型防爆電氣設(shè)備在投入運行前,首先進行換氣工作
(3) 必須有可靠的措施保證正壓外殼和管道在未形成正壓前
,正壓外殼內(nèi)裝的所有電氣設(shè)備是不能帶電的。只有形成滿足或者高于標準的正壓值50Pa時,正壓外殼內(nèi)的所有電氣設(shè)備才能通電。
(4)電氣設(shè)備必須有可靠的自動連鎖裝置
,保證在啟動和運行中,當正壓外殼內(nèi)正壓降至低于規(guī)定最小值時,用于1區(qū)的正壓型防爆電氣設(shè)備須能自動切斷電源,用于2區(qū)的防爆電氣設(shè)備可發(fā)出連續(xù)的聲或光報警信號。3 防爆變頻器的散熱處理
3.1 散熱的必要性
變頻器作為一種變流器在運行過程中要產(chǎn)生一定的功耗
。由于使用器件不同,控制方式不同,不同品牌,不同規(guī)格的變頻器所產(chǎn)生的功耗也不盡相同。資料表明變頻器的功耗一般為其容量的4%~5%。其中逆變部分約占50%3.2 散熱的處理方式
對于小功率的變頻器
3.2.1 熱管散熱
熱管是具有極高效能的傳熱元件
根據(jù)上面變頻器的熱量能耗分析:90%的發(fā)熱量來源于主回路的整流和逆變部分
這樣變頻器在工作中產(chǎn)生的主要熱量
那么變頻器放置在隔爆殼體內(nèi)
對于自然散熱
Q=KA△T
(1)
式中
(1)單個柜體
(2)單個柜體,用于壁裝:A=1.4×寬×(高+深)+1.8×深×高
(3)起始或終端柜體
(4)起始或終端柜體
(5)位于中間的柜體
(6)位于中間的柜體
(7)位于中間的柜體
,用于壁裝,頂部覆蓋:A=1.4×寬×高+0.7×寬×深+深×高
△T—柜內(nèi)外的溫差
,柜體內(nèi)部的溫度減去柜體外面的溫度(即現(xiàn)場環(huán)境溫度)。
按照GB 3836.2—2010對隔爆殼體的要求,鋼制的隔爆型殼體的尺寸的上限最大為1.2米(寬)×1.2米(高)×0.6米(深)
。若將某一變頻器置于此腔體內(nèi),同時假設(shè)此柜體位于中間且四周都有空,根據(jù)某公司提供的典型散熱面積的計算方法(7),那么此柜體的散熱面積大約為4.32m2;若現(xiàn)場環(huán)境溫度為:25℃(變頻器工作環(huán)境是-10℃~+50℃之間)。
那么根據(jù)式(1),此鋼制柜體的最大能散發(fā)的熱量為5.5×4.32×(50-25)=594W
。
如果隔爆腔不考慮其它發(fā)熱元件引起的溫升,變頻器的發(fā)熱量就不能超過594W
但如果采用熱管散熱處理
3.2.2 正壓通風散熱
采用介質(zhì)隔離點燃源達到電器防爆的目的,是正壓通風防爆柜的防爆原理
。隔離介質(zhì)可以用壓縮空氣罐、壓縮機或鼓風機等供氣,保護氣源壓力在0.2~0.8MPa均可,氣體類型為潔凈空氣或惰性氣體;在通電使用之前,需首先進行換氣操作程序,將箱內(nèi)原有的防爆性氣體得到的稀釋程度到達安全界限以下。在換氣時,需將進、出氣閥開至最大,達到充分置換目的,換氣量需不少于正壓腔凈容量的5倍,箱內(nèi)的爆炸性氣體溶度可降低至安全界限以下。在正壓時,腔內(nèi)每一部位相對外部大氣壓應(yīng)保持的最低壓力:對于“Px”型為50Pa,對于“Pz”型為25Pa (制造廠應(yīng)規(guī)定腔內(nèi)最低和最高正壓值,但不低于GB標準)。簡易管路連接。
正壓通風型防爆柜為不間斷連續(xù)供風,當變頻器安裝在正壓柜內(nèi)運行
,所產(chǎn)生的熱量將連續(xù)不斷的被帶出柜外。如果變頻器功率較大,相應(yīng)的發(fā)熱量也大,可適當?shù)脑龃蟪鰵忾y的開度,增加氣體流動量,如果面板上儀表顯示壓力低于最低設(shè)定氣壓,再緩慢增大進氣閥的開度,使腔內(nèi)壓力維持在一個合理范圍。這時正壓柜處于一個動態(tài)平衡狀態(tài),不停的帶走變頻器工作時所產(chǎn)生的熱量,正壓腔內(nèi)的溫度也就不會升高,保證變頻器安全可靠運行。
一臺正壓柜到底需要提供多大流量的壓縮氣源,主要看整個正壓柜內(nèi)發(fā)熱量的大小
,根據(jù)經(jīng)驗公式,如果柜內(nèi)需排出1kW功耗產(chǎn)生的熱量,要求的排風量是360m3/h。這樣就可以根據(jù)柜內(nèi)變頻器的發(fā)熱量,大致計算出所需壓縮氣源的最小流量。理論上講,不管柜內(nèi)產(chǎn)生多少發(fā)熱量,這要排氣量達到這一標準,變頻器就可以安全可靠的運行。4 對比分析
隔爆型和正壓通風型防爆變頻柜在爆炸性危險場所使用具有各自的優(yōu)缺點,具體表現(xiàn)在以下幾個方面
。
(1)相對于隔爆型防爆結(jié)構(gòu)
,正壓通風型變頻柜更容易設(shè)計制造;但隔爆型變頻柜安裝維護簡便,適合使用的危險區(qū)域多。
(2)正壓通風柜現(xiàn)場必須提供連續(xù)不斷的壓縮氣源
,使用場所有一定的局限性,在不具備氣源的場所其運行成本較高。
(3)對于大功率的變頻器
,正壓通風柜的散熱性能好,優(yōu)于隔爆型柜體。
(4)外觀上來看
,正壓通風柜要比隔爆型柜體更加美觀和輕便,遠距離運輸成本低。5 結(jié)語
本文分析了目前防爆變頻器兩種主要的防爆處理方式
,并比較了它們的優(yōu)缺點。隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展,通過不斷的研究,在滿足國家和行業(yè)相關(guān)標準的防爆要求的前提下,一定會研制出成本更低,散熱效果更好的防爆處理方式。