كيف يتم تصميم النظام الكهربائي لرافعة البناء لمنع الأحمال الزائدة والدوائر القصيرة؟

1. أجهزة الحماية من التحميل الزائد

تعد الحماية من الحمل الزائد ميزة مهمة لضمان عمل الرافعة ضمن سعتها المقدرة، مما يمنع حدوث تلف محتمل للمكونات الكهربائية ويضمن سلامة العمال. يتم دمج أجهزة الحماية من الحمل الزائد في كل من الأنظمة الميكانيكية والكهربائية للرافعة، مع أجهزة استشعار ومرحلات محددة مصممة لاكتشاف الضغوط المرتبطة بالحمل والاستجابة لها.

أجهزة استشعار الحمل الزائد وخلايا الحمل: عادةً ما يكون مستشعر الحمل (أو خلية التحميل) جهازًا لقياس الضغط يقيس وزن الحمولة التي يتم رفعها. إنه يعمل عن طريق تحويل الإجهاد الميكانيكي الناتج عن الحمل إلى إشارة كهربائية يمكن تفسيرها بواسطة نظام التحكم في الرافعة. توفر مستشعرات الحمل هذه بيانات في الوقت الفعلي عن وزن الحمولة. إذا تجاوز الحمل عتبة مبرمجة مسبقًا (على سبيل المثال، السعة المقدرة للرافعة)، يقوم النظام تلقائيًا بإطلاق إنذار أو إيقاف حركة الرافعة. وهذا يمنع المزيد من الضغط على المحرك وعلبة التروس وهيكل الرافعة، مما يضمن عدم رفع الرافعة بما يتجاوز حمل العمل الآمن (SWL)، مما قد يتسبب في أضرار كارثية للرافعة ويزيد من خطر وقوع حوادث.

مرحلات التحميل الزائد الإلكترونية: تم تصميم هذه المرحلات لاكتشاف سحب التيار غير الطبيعي بواسطة محرك الرافعة. غالبًا ما تتميز حالات الحمل الزائد بسحب تيار مفرط، والذي يمكن أن يحدث عندما تحاول الرافعة رفع حمولة أثقل من قدرتها المقدرة. يستشعر مرحل الحمل الزائد عندما يتجاوز التيار عتبة معينة، مما يشير إلى أن المحرك تحت الضغط. عند اكتشاف الحمل الزائد، ينطلق المرحل، مما يؤدي إلى مقاطعة الدائرة الكهربائية ومنع المحرك من الاستمرار في العمل في ظل ظروف غير آمنة. وهذا أمر بالغ الأهمية بشكل خاص لأن ظروف التحميل الزائد المستمرة يمكن أن تؤدي إلى احتراق المحرك، أو ارتفاع درجة الحرارة، أو حتى مخاطر الحريق.

وظائف الحد من التحميل الزائد: في بعض أنظمة الرفع المتقدمة، تمتد الحماية من التحميل الزائد إلى الحد من سرعة التشغيل عند اكتشاف حالة التحميل الزائد. قد تقوم الرافعة تلقائيًا بإبطاء أو تقليل سرعة الرفع لمنع تلف آلية الرفع أو المحرك. تتكامل هذه الأنظمة عادةً مع محرك التردد المتغير (VFD) للرافعة، مما يسمح بإجراء تعديلات سلسة على المعلمات التشغيلية بناءً على ظروف التحميل. ويضمن هذا الانخفاض التدريجي في السرعة تشغيلًا أكثر أمانًا ويوفر للمشغل وقتًا لتصحيح الوضع، مما يمنع المزيد من الضغط على الرافعة.

2. حماية ماس كهربائى

تعد الدوائر القصيرة من بين أخطر الأخطاء التي يمكن أن تحدث في أي نظام كهربائي، والرافعات ليست استثناءً. تحدث دائرة كهربائية قصيرة عندما يكون هناك مسار غير مقصود لمقاومة منخفضة، مما يتسبب في زيادة مفاجئة في التيار الكهربائي. يمكن أن يؤدي ذلك إلى نشوب حريق وتلف المعدات وحتى الإصابة. للتخفيف من مخاطر الدوائر القصيرة، تم تصميم رافعات البناء بعدة طبقات من الحماية.

قواطع الدائرة: قاطع الدائرة هو مفتاح كهربائي تلقائي مصمم للفصل عندما يتجاوز التيار في الدائرة الحد المحدد مسبقًا. تمنع هذه الاستجابة السريعة أسلاك الرافعة، والمحرك، ومكونات التحكم من التلف بسبب التيار الزائد. تعتبر قواطع الدائرة ضرورية للحماية من الأحمال الزائدة والدوائر القصيرة. في حالة حدوث ماس كهربائي، يقوم القاطع بقطع التيار الكهربائي، مما يعزل الدائرة المعيبة ويمنع حدوث المزيد من الأضرار الكهربائية. غالبًا ما يتم تصنيف قواطع الدائرة الكهربائية للتعثر الفوري والمتأخر لاستيعاب ظروف الأعطال المختلفة، مما يضمن بقاء الرافعة قيد التشغيل في ظل الظروف العادية ولكن يمكنها حماية نفسها في حالة حدوث خطأ.

الصمامات: توفر الصمامات مستوى إضافيًا من الحماية، على الرغم من أنه على عكس قواطع الدائرة الكهربائية، يجب استبدالها بمجرد نفخها. تحتوي الصمامات على سلك معدني أو فتيل يذوب عندما يتجاوز التيار الحد الآمن. يؤدي هذا إلى فصل الدائرة المعيبة عن مصدر الطاقة بشكل فعال، مما يمنع حدوث المزيد من الضرر للنظام. غالبًا ما تُستخدم الصمامات في المكونات المهمة للنظام الكهربائي، مثل المحرك أو لوحة التحكم، وهي مصممة لفصل الطاقة بسرعة أثناء حدث التيار الزائد أو قصر الدائرة. ميزتها الأساسية هي أنها بسيطة وموثوقة وفعالة من حيث التكلفة.

الأجهزة الحالية المتبقية (RCDs): تعد الأجهزة الحالية المتبقية (RCDs) ميزة أمان مهمة أخرى. تقوم هذه الأجهزة بمراقبة تدفق التيار عبر الموصلات الحية والمحايدة للرافعة. إذا كان هناك أي اختلال في التوازن، مثل تدفق التيار عبر الأرض (مما يشير إلى تسرب أو ماس كهربائي)، فسوف يتعثر التجمع الكونغولي من أجل الديمقراطية ويفصل مصدر الطاقة. يوفر هذا حماية إضافية ضد الأخطاء التي قد لا يتم اكتشافها بواسطة قواطع الدائرة أو الصمامات التقليدية، خاصة في حالات العزل الخاطئ أو الأسلاك التالفة. تعتبر RCDs حاسمة في البيئات ذات مستويات الرطوبة العالية، مثل مواقع البناء، حيث يرتفع خطر حدوث صدمة كهربائية.

3. الحماية من الطفرة

يمكن أن تحدث الزيادات الكهربائية بسبب مجموعة متنوعة من العوامل مثل الصواعق، أو تبديل الدوائر الكهربائية، أو تقلبات شبكة الطاقة. يمكن أن تسبب هذه الزيادات أضرارًا كبيرة للمكونات الكهربائية للرافعة، وخاصة المعالجات الدقيقة الحساسة ولوحات التحكم ومحركات المحركات. للحماية من هذه المخاطر، تم تجهيز رافعات البناء بأنظمة الحماية من زيادة التيار.

واقيات الصواعق (مانع الصواعق): يتم تركيب مانعات الصواعق في خطوط الإمداد الكهربائي لحماية المكونات الكهربائية الحساسة من ارتفاع الجهد المفاجئ. إنها تعمل عن طريق إعادة توجيه الطاقة الزائدة من الاندفاع إلى الأرض، مما يؤدي بشكل فعال إلى تحييد خطر ارتفاع الجهد العالي الذي يصل إلى أنظمة التحكم أو المحركات في الرافعة. تحتوي مانعات الصواعق عادةً على عتبة عالية الجهد يتم تنشيطها عندها، وهي مصممة للتعامل مع كميات كبيرة من الطاقة، مثل تلك الناتجة عن ضربة صاعقة أو زيادة الطاقة من المعدات القريبة.

مثبطات الجهد العابر (TVS): تُستخدم صمامات TVS الثنائية لتثبيت طفرات الجهد العابر، وامتصاص زيادات الجهد العالي قبل أن تؤدي إلى إتلاف المعدات. تعتبر هذه المكثفات فعالة بشكل خاص في حماية المكونات الإلكترونية الحساسة مثل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وأجهزة الاستشعار، ومحركات التردد المتغير (VFDs). وهي مصممة للاستجابة على الفور، مما يحد من ارتفاع الجهد إلى مستوى آمن. غالبًا ما تُستخدم أجهزة TVS جنبًا إلى جنب مع مانعات الصواعق لتوفير مستوى شامل من الحماية عبر النظام الكهربائي للرافعة.

4. الحد الحالي وحماية المحرك

يعد المحرك أحد أهم المكونات رافعة البناء . تعد حماية المحرك من ظروف التيار الزائد والتأكد من أنه يعمل ضمن معايير آمنة أمرًا ضروريًا لمنع الضرر والحفاظ على الأداء على المدى الطويل.

بادئ التشغيل الناعم: بادئ التشغيل الناعم عبارة عن أجهزة تستخدم للتحكم في تيار بدء التشغيل للمحرك، مما يقلل من تيار التدفق المرتبط عادةً ببدء تشغيل المحرك. هذا مهم بشكل خاص للمحركات ذات معدلات الطاقة العالية، حيث أن تيار التدفق الزائد يمكن أن يسبب ضغطًا كهربائيًا وتلفًا لملفات المحرك والمكونات المرتبطة به. يعمل المشغل الناعم على زيادة الجهد الكهربي للمحرك تدريجيًا، مما يضمن بداية سلسة ويقلل الضغط الميكانيكي على نظام تشغيل الرافعة بشكل كبير. تساعد أجهزة التشغيل الناعمة أيضًا على تقليل ارتفاع الطاقة في الشبكة الكهربائية، مما يساهم في كفاءة استخدام الطاقة بشكل عام في النظام.

مرحلات حماية المحرك: تقوم هذه المرحلات بمراقبة المعلمات الكهربائية للمحرك بشكل مستمر، بما في ذلك سحب التيار والجهد ودرجة الحرارة. في حالة وجود قراءات غير طبيعية - مثل السحب الزائد للتيار، أو ارتفاع درجة الحرارة، أو تقلبات الجهد - سيقوم مرحل حماية المحرك بفصل المحرك عن مصدر الطاقة. وهذا يمنع المحرك من العمل في ظروف غير آمنة قد تؤدي إلى الفشل. تتضمن مرحلات حماية المحرك المتقدمة أيضًا حماية من الحمل الزائد الحراري، والتي تأخذ في الاعتبار الحمل وظروف التشغيل بمرور الوقت، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة أثناء التشغيل لفترة طويلة.

حماية الجهد الزائد والجهد المنخفض: تمنع حماية الجهد الزائد تلف المحرك عندما يتجاوز جهد الإمداد المستويات الآمنة، بينما تضمن حماية الجهد المنخفض عدم عمل المحرك تحت مستوى جهد معين، مما قد يؤدي إلى عدم كفاية عزم الدوران أو التشغيل غير الفعال. تعد كلا الحماية أمرًا بالغ الأهمية لأن التشغيل خارج حدود الجهد المحددة يمكن أن يتسبب في فشل المحرك، وانخفاض الأداء، وزيادة تآكل المكونات الكهربائية. يتم تنفيذ آليات الحماية هذه من خلال مرحلات الجهد التي تقطع المحرك إذا كان جهد الإمداد خارج النطاق المقبول، مما يساعد في الحفاظ على عمر المحرك.

5. التأريض والتأريض

يعد التأريض والتأريض الصحيح للنظام الكهربائي أمرًا حيويًا للسلامة. فهي تضمن إعادة توجيه الأعطال الكهربائية، مثل الدوائر القصيرة أو تيارات التسرب، بأمان إلى الأرض، مما يمنع مخاطر الصدمات الكهربائية على المشغلين ويتجنب مخاطر الحريق بسبب الأعطال الكهربائية.

الحماية من الأعطال الأرضية: تم تصميم الحماية من الأعطال الأرضية للكشف عن وقت تدفق التيار عبر مسار غير مقصود إلى الأرض، مثل عندما يلامس سلك كهربائي سطحًا موصلاً أو عند فشل العزل. تستخدم أنظمة الحماية من الأعطال الأرضية مرحلات التسرب الأرضي (ELRs) أو قواطع دائرة التيار المتبقي (RCCBs) لاكتشاف مثل هذه الأعطال وفصل مصدر الطاقة على الفور. من خلال توفير مسار إلى الأرض، تضمن هذه الأنظمة عدم تراكم تيارات الصدع في الأجزاء الحية من الرافعة، وبالتالي منع الصدمات الكهربائية للعمال.

تأريض المعدات: يتم توصيل جميع الأجزاء المعدنية للرافعة، مثل الإطار والهيكل وأي مكونات موصلة يمكن الوصول إليها، بأرضية أرضية. وهذا يضمن أنه إذا أصبح أي جزء من النظام الكهربائي للرافعة نشطًا بسبب خطأ، فإن التيار الكهربائي سوف يتدفق بأمان إلى الأرض وليس من خلال المشغل أو المعدات. يعد التأريض المناسب أمرًا بالغ الأهمية لضمان عدم تعرض العمال الذين يقومون بتشغيل الرافعة للطاقة الكهربائية التي يحتمل أن تكون خطرة.