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)
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:
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).
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).
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.
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.
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:
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:
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:
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)
