Проектиран за Често Използване: Ново Поколение Интелигентно Решение за Защита и Управление на Високонапрастни FC Вериги

I. Преглед на решението​

Това решение има за цел да предостави комплексно защитно решение за FC вериги, основано на "Високонапълнени вакуумни контактори + Високонапълнени ограничителни предпазни пръстени". То е специално разработено за защита и управление на високонапълнени мотори, разпределителни трансформатори и кондензаторни групи в диапазона от 3кВ до 12кВ, особено подходящо за индустриални приложения, изискващи често управление и висока надеждност (като електроцентрали, големи заводи и мини). Неговото основно преимущество се състои в точната координация между вакуумния контактор и ограничителния предпазен пръстен, постигайки градирана защита срещу прекомерна нагрузка и късо-замък, като предлага икономичност, безопасност и интелигентност.

​II. Технически характеристики на основните компоненти​

​1. Високонапълнен вакуумен контактор (компонент за управление и прекъсване на прекомерна нагрузка в FC веригата)​​
Високонапълненият вакуумен контактор е изпълнителният орган за често управление на веригата и прекъсване на токове при прекомерна нагрузка. Неговите технически характеристики са следните:

• ​Основна структура:​​
• ​Камера за прекъсване в вакуум:​​ Използва керамична обвивка с вътрешно вакуум до 1.33×10⁻⁴ Па, осигуряващо, че дъгата бъде успешно изгасена при първия нулев пресичане на тока, постигайки безмаслено и безподдръжково функциониране.
• ​Изолационна опора и механизъм за взаимно свързване:​​ Интегрира опори за предпазни пръстени и е оборудван с важен механизъм за взаимно свързване. Този механизъм осигурява: ① Ако предпазният пръстен в някой фазен проводник се спре, той незабавно активира тритефазно едновременно прекъсване на контактора, предотвратявайки функциониране при недостиг на фаза; ② Ако предпазният пръстен в някой фазен проводник не е монтиран, той механично блокира контактора от затваряне, осигурявайки безопасност при операции.
• ​Оперативен механизъм:​​ Използва електромагнитен механизъм, поддържащ често отваряне и затваряне до 2000 пъти/час, далеч надхвърляйки възможностите на автоматични прекъсватели.
• ​Принцип на управление и прекъсване:​​
• ​Принцип на прекъсване:​​ Използва високата изолация и силната способност за изгасяване на дъга на вакуумната среда. Металният парен дъгов ток, генериран при отваряне, се изгася моментално при нулево пресичане на тока, с бързо възстановяване на диелектричната устойчивост. Неговият ток на разрез е под 0.5А, ефективно потискайки переключващите напрежения, което е изключително благоприятно за изолацията на моторите.
• ​Метод на задържане:​​ Поддържа както електрическо самоудържане (спестяващо енергия, с ниски шумове), така и механично самоудържане (висока надеждност, устойчивост към помехи). Потребителите могат да избират в зависимост от оперативните изисквания (например серията LHJCZR използва механично самоудържане).
• ​Основни номинални параметри:​​

​2. Високонапълнен ограничителен предпазен пръстен (компонент за защита при късо-замък в FC веригата)​​
Високонапълненият ограничителен предпазен пръстен служи като окончателен защитен компонент при късо-замък. Неговите характеристики са следните:

• ​Основна функция:​​ Предоставя моментална (бърза) защита. При сериозен късо-замък (ток надхвърлящ прекъсващата способност на контактора), неговият плъзгач бързо се разтопява и прекъсва веригата, преди токът да достигне своето предстоящо максимално значение. Времето за прекъсване е изключително кратко (милисекунди), максимизирайки ограничаването на енергията на дефектния ток и защитавайки подчинените устройства от повреда.
• ​Основни принципи за избор:​​
• ​Номинално напрежение:​​ Не трябва да е по-ниско от номиналното напрежение на системата, за да се предотврати надвишаването на изолационната устойчивост на устройствата при действие на предпазния пръстен (обикновено ограничено до под 2.5 пъти фазното напрежение).
• ​Номинален ток:​​ Изисква обобщено разглеждане на нормални/прекомерни токове, характеристиките на стартиращите токове на устройствата (например стартиращ ток на мотор, намагничаващ ток на трансформатора) и осигуряване на селективна координация с горните защитни устройства (например реле).
• ​Роля:​​ Служи като резервна защита в FC веригата. Нормалните прекомерни токове и по-малките късо-замъци се очистват от комплексното защитно устройство, сигнализиращо вакуумния контактор да се отвори. Предпазният пръстен действа само когато дефектният ток надхвърли прекъсващата способност на контактора или ако контакторът не функционира.

​III. Ръководство за избор в зависимост от защитен обект​

​1. Избор на предпазен пръстен за защита на мотора​
Стартиращите токове на моторите са високи и продължителни, изискващи допълнителна внимателност при избор, за да се предотврати неправилно действие.

• ​Логика на защитна координация:​​
• ​Защита при прекомерна нагрузка (например закъсалие, многократно стартиране):​​ Реализирана от обратно-времеви реле, задействащи контактора да се отвори.
• ​Защита при късо-замък:​​ Реализирана от предпазния пръстен.
• ​Изискване за координация:​​ Номиналният ток на предпазния пръстен трябва да е по-голям от стартиращия ток на мотора, и неговата време-токова характеристична крива трябва да пресича кривата на реле в една точка, за да се постигне перфектна координация.
• ​Референтен избор (извлечение):​​

• ​Ключов момент:​​ По-дългото стартиращо време и по-високата честота на стартиране изискват по-голям номинален ток на предпазния пръстен.

​2. Избор на предпазен пръстен за защита на трансформатора​
Изборът трябва да осигури, че предпазният пръстен може да издържи намагничаващия ток при затваряне на трансформатора, като предоставя ефективна защита срещу вътрешни дефекти.

• ​Референтен избор (извлечение):​​

​3. Избор на предпазен пръстен за защита на кондензаторна банка​
Затварянето на кондензаторна банка генерира високочестотни, високоамплитудни стартиращи токове, които изискват специални изисквания за избор на предпазен пръстен.

• ​Специални разглеждания:​​ Трябва да се провери, че предпазният пръстен може да издържи енергията на пропуснатия ток (I²t) на стартиращия ток. Изискване: Енергията на пропуснатия ток < 0.7 пъти минималната предаркова енергия на предпазния пръстен.
• ​Изисквания за избор:​​
• Номиналният ток обикновено е 1.5~2.0 пъти номиналния ток на кондензатора.
• Ако стартиращият ток е твърде голям, се разглежда: ① Избор на специализирани предпазни пръстени за кондензатори (например серия WFN); ② Добавяне на серийна ограничителна реактивна обиколка с кондензатора; ③ Добавяне на серийна демпфираща резисторна във възела.
• ​Препоръка:​​ Трябва да се използва ограничителна реактивна обиколка, когато (Пиков стартиращ ток * Честота на стартиране) > 20000 или при изключително често управление.

​IV. Област на приложение и типични случаи​

​1. Област на приложение​
Решението за FC веригата не е универсално. Неговите приложими граници са следните:

• ​Високонапълнени мотори:​​ ≤ 1200 кВт
• ​Разпределителни трансформатори:​​ ≤ 1600 кВА
• ​Кондензаторни банки:​​ ≤ 1200 квар
  Отвъд тези капацитети, трябва да се избере решение с вакуумен прекъсвател с по-висока прекъсваща способност и динамична/термична стабилност, за да се осигури безопасност.

​2. Валидация чрез типични случаи​
Това решение е било успешно приложено в много проекти, функционирайки стабилно и надеждно:

• ​Случай 1: Химическа фабрика, Тексас, САЩ (Често управление и взривобезопасна среда)​​
• ​Преглед на проекта:​​ Тази голяма химическа база изискваше често управление на стартиране и спиране на високонапълнени помпи и компресорни мотори в много производствени линии, с изисквания за взривобезопасност и висока надеждност.
• ​Демонстрирани преимущества:​​ Честотата на 2000 операции/час на контактора перфектно отговаряше на нуждите за регулировка на процеса; точната координация между предпазния пръстен и реле осигуряваше точна защита при късо-замък на моторите при често стартиране, без неправилно действие; ниският ток на разрез (<0.5А), предоставен от вакуумния прекъсвател, ефективно потискаше переключващите напрежения, защитавайки изолацията на по-стари мотори. Общото решение спести значителни инвестиции в сравнение със съоръжения с вакуумен прекъсвател.
• ​Случай 2: Фабрика за автомобилно производство, Бавария, Германия (Защита на трансформатори и компенсиране на кондензатори)​​
• ​Преглед на проекта:​​ Нова интелигентна производствена фабрика изискваше стабилен, висококачествен електропитане за много роботизирани серво системи на автоматизирани производствени линии, придружени от множество сухи разпределителни трансформатори и кондензаторни компенсиращи банки.
• ​Демонстрирани преимущества:​​ Изнасянето на номиналния ток на предпазния пръстен се взе предвид напълно, избягвайки неправилно действие при затваряне. За кондензаторните банки, специализирани предпазни пръстени успешно издържаха удара от затваряне (I²t проверено). Ниският ток на разрез на контактора осигуряваше, че комутацията на кондензаторите не води до повторно запалване, защитавайки качеството на електропитането в мрежата.

​V. Резюме на преимуществата на решението​

1. ​Висока надеждност:​​ Камера за прекъсване в вакуум е безподдръжкова с механичен живот до милиони операции; предпазните пръстени предоставят милисекундна бърза защита.
2. ​Силна безопасност:​​ Механизъмът за взаимно свързване предотвратява функциониране при недостиг на фаза и затваряне с потенциални опасности; ниският ток на разрез защитава изолацията на устройствата.
3. ​Добра икономичност:​​ В сравнение със съоръжения с вакуумен прекъсвател, FC съоръженията предлагат по-ниска цена, по-малки размери и изключително висока стойност за паричната единица.
4. ​Интелигентност:​​ Контакторите могат да бъдат безшовно интегрирани с микропроцесорни защитни устройства, позволявайки дистанционно наблюдение, интелигентно управление и качване на данни.
5. ​Лесна поддръжка:​​ Основните компоненти са разработени за безподдръжково функциониране; след действие на предпазния пръстен, единствено е необходима замяна с предпазен пръстен със същите спецификации, правейки операциите простички.