Dissenyat per a una operació freqüent: Una nova solució intel·ligent de protecció i control per a circuits d'FC de tensions altes

I. Resum de la solució​

Aquesta solució té com a objectiu proporcionar una solució de protecció completa per circuits FC basada en "Contactors al Vací d'Alta Tensió + Fusibles Limitadors de Corrent d'Alta Tensió". Està específicament dissenyada per a la protecció i control de motors d'alta tensió, transformadors de distribució i bancs de condensadors dins del rang de tensions de 3kV a 12kV, especialment adequat per a aplicacions industrials que requereixen operacions freqüents i alta fiabilitat (com ara centrals elèctriques, grans fàbriques i mines). La seva principal avantatge es troba en la coordinació precisa entre el contactor al vací i el fusible limitador de corrent, assolint una protecció graduada contra sobrecàrregues i faults de curtcircuït, mentre ofereix eficiència econòmica, seguretat i intel·ligència.

​II. Característiques tècniques dels components principals​

​1. Contactor al Vací d'Alta Tensió (Component d'operació i interrupció de sobrecàrrega del circuit FC)​​
El contactor al vací d'alta tensió és l'actuador per a l'operació freqüent del circuit i la interrupció de corrents de sobrecàrrega. Les seves característiques tècniques són les següents:

• ​Estructura bàsica:​​
• ​Cambra d'interrupció al vací:​​ Utilitza un clos de ceràmica amb un grau de vací intern tan alt com 1,33×10⁻⁴ Pa, assegurant que l'arc s'extingui amb èxit al primer zero creuat de corrent, assolint una operació sense oli i sense manteniment.
• ​Suport d'isolament i mecanisme d'interbloqueig:​​ Integra suports de fusibles i està dotat d'un mecanisme d'interbloqueig crucial. Aquest mecanisme assegura: ① Si un fusible de qualsevol fase es fon, desencadena immediatament un trip de les tres fases del contactor, prevenint l'operació en monofase; ② Si un fusible de qualsevol fase no està instal·lat, bloqueja mecànicament el contactor de tancar, assegurant la seguretat operativa.
• ​Mecanisme d'operació:​​ Utilitza un mecanisme electromagnètic, suportant operacions d'obertura i tancament fins a 2000 vegades/hora, ben lluny de la capacitat dels interruptors.
• ​Principi d'operació i interrupció:​​
• ​Principi d'interrupció:​​ Utilitza l'alta isolació i la forta capacitat d'extinció d'arc del medi al vací. L'arc de vapor metàl·lic generat durant l'obertura s'extingeix instantàniament al punt de zero creuat de corrent, amb una ràpida recuperació de la resistència dielèctrica. El seu corrent de tall és inferior a 0,5A, suprimint efectivament els sobrevoltatges de commutació, que és extremadament amistós amb l'aislament del motor.
• ​Mètode de reteniment:​​ Suporta tant el mètode d'autoreteniment elèctric (estalvi d'energia, baix soroll) com el mètode d'autoreteniment mecànic (alta fiabilitat, anti-interferència). Els usuaris poden triar basant-se en les necessitats operatives (per exemple, la sèrie LHJCZR utilitza autoreteniment mecànic).
• ​Paràmetres de ratificació clau:​​

​2. Fusible limitador de corrent d'alta tensió (Component de protecció de fault de curtcircuït del circuit FC)​​
El fusible limitador de corrent d'alta tensió serveix com a component de protecció final per a faults de curtcircuït. Les seves característiques són les següents:

• ​Funció bàsica:​​ Proporciona protecció instantània (de tall ràpid). Quan ocorre un fault de curtcircuït greu (corrent que supera la capacitat de ruptura del contactor), el seu element fusible es fon ràpidament i interromp el circuit abans que la corrent arribi al seu píxel previst. El temps d'interrupció és extremadament curt (a nivell de mil·lisegons), maximitzant la limitació de l'energia de la corrent de fault i protegint l'equipament d'amagatall de danys.
• ​Principis bàsics de selecció:​​
• ​Tensió de ratificació:​​ No ha de ser inferior a la tensió de ratificació del sistema per evitar que la sobretensió generada durant l'operació del fusible superi el nivell de resistència a l'aislament de l'equipament (normalment limitat a menys de 2,5 vegades la tensió de fase).
• ​Corrent de ratificació:​​ Requereix una consideració integral de les corrents normals/sobrecàrregues, les característiques d'inrush de l'equipament (per exemple, la corrent de start del motor, l'inrush magnètic del transformador) i assegurar la coordinació selectiva amb dispositius protectors amagatalls (per exemple, relés).
• ​Posicionament de rol:​​ Serveix com a protecció de backup dins del circuit FC. Les sobrecàrregues normals i les corrents de curtcircuït més petites es netejen pel dispositiu de protecció integral senyalant al contactor al vací d'obrir. El fusible només opera quan la corrent de fault supera la capacitat de ruptura del contactor o si el contactor no funciona.

​III. Guia de selecció basada en l'objecte protegit​

​1. Selecció de fusibles de protecció de motors​
Les corrents de start dels motors són altes i de llarga durada, requerint precaució addicional en la selecció per prevenir operacions indesitjades.

• ​Lògica de coordinació de protecció:​​
• ​Protecció de sobrecàrrega (per exemple, aturament, starts repetits):​​ Implementada per relés inversos de temps, impulsant el contactor a obrir.
• ​Protecció de curtcircuït:​​ Implementada pel fusible.
• ​Requisit de coordinació:​​ La corrent de ratificació del fusible ha de ser major que la corrent de start del motor, i la seva corba característica de temps-corrent ha de tallar la corba del relé en un punt per aconseguir una coordinació perfecta.
• ​Referència de selecció (extracte):​​

• ​Punt clau:​​ Més llarg és el temps de start i més alta és la freqüència de start, més gran ha de ser la corrent de ratificació del fusible.

​2. Selecció de fusibles de protecció de transformadors​
La selecció ha d'assegurar que el fusible pugui suportar la corrent d'inrush magnètic de tancament del transformador mentre proporciona una protecció efectiva contra faults interns.

• ​Referència de selecció (extracte):​​

​3. Selecció de fusibles de protecció de bancs de condensadors​
La commutació dels bancs de condensadors genera corrents d'inrush de tancament d'alta freqüència i ampla amplitud, imposant requisits especials per a la selecció del fusible.

• ​Consideració especial:​​ Cal verificar que el fusible pugui suportar l'energia de passatge (I²t) de la corrent d'inrush de tancament. Requisit: L'energia de passatge de l'inrush ha de ser < 0,7 vegades l'energia mínima pre-arcing del fusible.
• ​Requisits de selecció:​​
• La corrent de ratificació és normalment 1,5~2,0 vegades la corrent de ratificació del condensador.
• Si la corrent d'inrush és massa gran, considerar: ① Seleccionar fusibles dedicats de condensadors (per exemple, sèrie WFN); ② Afegir un reactor limitador de corrent en sèrie amb el condensador; ③ Afegir una resistència d'amortització en sèrie a la branca.
• ​Recomanació:​​ S'ha d'utilitzar un reactor limitador de corrent quan (Corrent de píxel d'inrush * Freqüència d'inrush) > 20000 o durant operacions extremadament freqüents.

​IV. Àmbit d'aplicació i casos típics​

​1. Àmbit d'aplicació​
La solució de circuit FC no és universal. Els seus límits d'aplicació són els següents:

• ​Motors d'alta tensió:​​ ≤ 1200 kW
• ​Transformadors de distribució:​​ ≤ 1600 kVA
• ​Bancs de condensadors:​​ ≤ 1200 kvar
  Més enllà d'aquests rangs de capacitat, s'ha de seleccionar una solució d'interruptor de circuit al vací amb una capacitat de ruptura superior i estabilitat dinàmica/tèrmica per assegurar la seguretat.

​2. Validació de casos típics​
Aquesta solució s'ha aplicat amb èxit en múltiples projectes, funcionant de manera estable i fiable:

• ​Cas 1: Planta química, Texas, EUA (Operació freqüent i entorn antexplosió)​​
• ​Resum del projecte:​​ Aquesta gran base química requeria control de start-stop freqüent per a bombes i motors de compressors d'alta tensió en diverses línies de producció, amb requisits ambientals d'antexplosió i alta fiabilitat.
• ​Avantatges demostrats:​​ La freqüència d'operació del contactor de 2000 vegades/hora satisfaria perfectament les necessitats d'ajust del procés; la coordinació precisa entre el fusible i el relé asseguraria una protecció de curtcircuït precisa dels motors sota starts freqüents sense operacions indesitjades; la corrent de tall baixa (<0,5A) proporcionada pel interruptor al vací suprimiria efectivament els sobrevoltatges de commutació, protegint l'aislament dels motors antics. La solució global ahorraría una inversió significativa en comparació amb els quadres de maniobra d'interruptors de circuit al vací.
• ​Cas 2: Planta de fabricació d'automòbils, Baviera, Alemanya (Protecció de transformadors i compensació de condensadors)​​
• ​Resum del projecte:​​ Una nova fàbrica de fabricació intel·ligent requeria un subministrament d'energia estable i de qualitat per a diversos sistemes servo de robots en línies de producció automatitzades, acompanyat de diversos transformadors de distribució de tipus sec i bancs de compensació de condensadors.
• ​Avantatges demostrats:​​ La selecció de la corrent de ratificació del fusible va tenir en compte completament les característiques d'inrush magnètic del transformador, evitant operacions indesitjades durant el tancament. Per als bancs de condensadors, els fusibles dedicats van resistir amb èxit l'impacte de l'inrush de tancament (verificació I²t aprovada). El baix reboteig del contactor asseguraria la commutació dels condensadors sense re-ignició, protegint la qualitat de l'energia a la xarxa.

​V. Resum de les avantatges de la solució​

1. ​Alta fiabilitat:​​ La cambra d'interrupció al vací és sense manteniment amb una vida útil mecànica de milions d'operacions; els fusibles proporcionen protecció de tall ràpid a nivell de mil·lisegons.
2. ​Força seguretat:​​ El mecanisme d'interbloqueig mecànic evita l'operació en monofase i el tancament amb perillos potencials; la corrent de tall baixa protegeix l'aislament de l'equipament.
3. ​Bona economia:​​ En comparació amb els quadres de maniobra d'interruptors de circuit al vací, els quadres de maniobra FC ofereixen un cost menor, una mida més petita i una eficiència cost-benefici extremadament alta.
4. ​Intel·ligència:​​ Els contactors es poden integrar de manera transparent amb dispositius de protecció basats en microprocessadors, permetent monitorització remota, control intel·ligent i càrrega de dades.
5. ​Manteniment fàcil:​​ Els components principals estan dissenyats per a operacions sense manteniment; després de l'operació del fusible, només cal substituir-lo per un fusible de la mateixa especificació, fent l'operació simple.