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

Tự động hóa công nghiệp
14/12/2023 08:48
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.
aa

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)

cai thien do tin cay dam bao an toan va giam luong khi thai carbon bang cap vfd
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).

cai thien do tin cay dam bao an toan va giam luong khi thai carbon bang cap vfd
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).

cai thien do tin cay dam bao an toan va giam luong khi thai carbon bang cap vfd
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

    cai thien do tin cay dam bao an toan va giam luong khi thai carbon bang cap vfd
    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)

Tin bài khác
Đổi mới giáo dục để tạo đột phá: "Tư duy cùng thắng - Khai phóng tiềm năng"

Đổi mới giáo dục để tạo đột phá: "Tư duy cùng thắng - Khai phóng tiềm năng"

Ông Hoàng Văn Lược - Tổng Giám đốc điều hành Trường Tiểu học, THCS và THPT Đa Trí Tuệ (MIS) đã có bài viết chia sẻ cùng Tạp chí Tự động hoá Ngày nay về những giải pháp đổi mới giáo dục để tạo đột phá.
Ông Lê Hoài Quốc tái đắc cử Chủ tịch Hội Tự động hóa TP.HCM (HAuA)

Ông Lê Hoài Quốc tái đắc cử Chủ tịch Hội Tự động hóa TP.HCM (HAuA)

Sáng 20/12, Hội Tự động hóa TPHCM (HAuA) đã tổ chức Đại hội nhiệm kỳ VI (2024-2029), kết quả đã bầu ra 27 thành viên trong ban chấp hành. PGS.TS. Lê Hoài Quốc tiếp tục được bầu giữ chức vụ Chủ tịch trong nhiệm kỳ này.
Tiêu chuẩn, điều kiện xét thăng hạng chức danh nghề nghiệp chuyên ngành xây dựng

Tiêu chuẩn, điều kiện xét thăng hạng chức danh nghề nghiệp chuyên ngành xây dựng

Bộ Xây dựng đã ban hành Thông tư 11/2024/TT-BXD quy định mã số, tiêu chuẩn chức danh nghề nghiệp; tiêu chuẩn, điều kiện xét thăng hạng chức danh nghề nghiệp viên chức chuyên ngành xây dựng.
Hơn 200 tài liệu, hiện vật được trưng bày tại Triển lãm "Xứng danh bộ đội Cụ Hồ"

Hơn 200 tài liệu, hiện vật được trưng bày tại Triển lãm "Xứng danh bộ đội Cụ Hồ"

Ngày 20/12, nhân kỷ niệm 80 năm Ngày thành lập Quân đội nhân dân Việt Nam (22/12/1944-22/12/2024), 35 năm Ngày hội Quốc phòng toàn dân (22/12/1989-22/12/2024), thực hiện chỉ đạo của Ban Tuyên giáo Trung ương, Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch, Tổng cục Chính trị Quân đội nhân dân Việt Nam, Bảo tàng Hồ Chí Minh phối hợp Bảo tàng Lịch sử quân sự Việt Nam tổ chức khai mạc Triển lãm "Xứng danh Bộ đội Cụ Hồ".
Giao lưu “Tự hào Việt Nam” và ra mắt dự án công nghệ về lịch sử Quân đội nhân dân Việt Nam

Giao lưu “Tự hào Việt Nam” và ra mắt dự án công nghệ về lịch sử Quân đội nhân dân Việt Nam

Kỷ niệm 80 năm Ngày thành lập Quân đội nhân dân Việt Nam, tối 19/12, Cung Thanh niên Hà Nội phối hợp nền tảng số mở YooLife tổ chức chương trình giao lưu nghệ thuật “Tự hào Việt Nam” với chủ đề “Hát mãi khúc quân hành” và ra mắt dự án mô phỏng hành trình chiến đấu và trưởng thành của Quân đội nhân dân Việt Nam bằng công nghệ thực tế ảo. Chương trình đã mang đến những trải nghiệm sâu sắc, kết nối lịch sử và hiện tại, góp phần khơi dậy niềm tự hào dân tộc.
Viettel nhận chứng nhận sản phẩm thông tin quân sự sẵn sàng kinh doanh tại Malaysia

Viettel nhận chứng nhận sản phẩm thông tin quân sự sẵn sàng kinh doanh tại Malaysia

Tại Lễ khai mạc Triển lãm Quốc phòng quốc tế Việt Nam 2024 (Vietnam Defence Expo 2024), Tổng Công ty Công nghiệp công nghệ cao Viettel (Viettel High Tech) đã chính thức nhận văn bản chứng nhận từ Lục quân và Bộ Quốc phòng Malaysia, công nhận các sản phẩm thông tin quân sự của Viettel đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe để cung cấp cho lục quân.
Diễn biến lãi suất vay mua nhà tháng cuối cùng năm 2024

Diễn biến lãi suất vay mua nhà tháng cuối cùng năm 2024

Tháng 12/2024, khung lãi suất vay mua nhà tại một số ngân hàng thương mại trong nước và nhóm ngân hàng quốc doanh gần như không có thay đổi.
Thị trường chứng khoán ngày 20/12: VN Index duy trì trên mốc 1.250 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 20/12: VN Index duy trì trên mốc 1.250 điểm

Thị trường có phiên tăng nhẹ, sau phiên giảm mạnh trước đó. Điểm sáng của phiên tập trung vào nhóm vận tải biển và một số cổ phiếu riêng lẻ. Tuy nhiên, dòng tiền thận trọng cùng sự phân hóa ở các nhóm ngành lớn khiến thanh khoản giảm mạnh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/12/2024: Tuổi Tý gặp khó khăn, tuổi Mão tiến triển thuận lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/12/2024: Tuổi Tý gặp khó khăn, tuổi Mão tiến triển thuận lợi

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 21/12/2024 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Trao giải Hiệu quả năng lượng trong công nghiệp-công trình xây dựng năm 2024

Trao giải Hiệu quả năng lượng trong công nghiệp-công trình xây dựng năm 2024

Các giải thưởng được tổ chức nhằm ghi nhận, tôn vinh những doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, những công trình xây dựng tiêu biểu trong việc thực hiện các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.