Entwickelt für häufige Betriebsvorgänge: Eine neue Generation intelligenter Schutz- und Steuerungslösungen für Hochspannungs-FC-Schaltkreise

I. Lösungsbeschreibung​

Diese Lösung zielt darauf ab, eine umfassende Schutzlösung für FC-Schaltkreise basierend auf "Hochspannungsvakuumschaltern + Hochspannungsstrombegrenzern" bereitzustellen. Sie ist speziell für den Schutz und die Steuerung von Hochspannungsmotoren, Verteilungstransformatoren und Kondensatorenbänken im Spannungsbereich von 3kV bis 12kV konzipiert, insbesondere für industrielle Anwendungen, die häufige Betriebszyklen und hohe Zuverlässigkeit erfordern (wie Kraftwerke, große Fabriken und Bergwerke). Ihr Kernvorteil liegt in der präzisen Abstimmung zwischen dem Vakuumschalter und dem Strombegrenzer, was eine gestufte Überlast- und Kurzschlussfehlerschutz ermöglicht, während sie wirtschaftlich, sicher und intelligent ist.

​II. Technische Merkmale der Kernkomponenten​

​1. Hochspannungsvakuumschalter (FC-Schaltkreisbetrieb und Überlastunterbrechungskomponente)​​
Der Hochspannungsvakuumschalter ist der Aktuator für häufige Schaltkreisoperationen und Unterbrechungen von Überlastströmen. Seine technischen Merkmale sind wie folgt:

• ​Kernstruktur:​​
• ​Vakuumschaltkammer:​​ Verwendet eine Keramikumhüllung mit einem inneren Vakuumgrad von 1,33×10⁻⁴ Pa, um sicherzustellen, dass der Bogen beim ersten Nullpunkt des Stroms erfolgreich erlischt, was einen öl- und wartungsfreien Betrieb ermöglicht.
• ​Isolierhalter und Verriegelungsmechanismus:​​ Integriert Fusshalter und verfügt über einen wichtigen Verriegelungsauslösemechanismus. Dieser Mechanismus gewährleistet: ① Wenn ein Fussspannung in einer beliebigen Phase durchbrennt, löst er sofort das gleichzeitige Auslösen des dreiphasigen Schalters aus, um den Einphasenbetrieb zu verhindern; ② Wenn in einer beliebigen Phase kein Fuss installiert ist, verriegelt er mechanisch den Schalter, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten.
• ​Betriebsmechanismus:​​ Verwendet einen elektromagnetischen Mechanismus, der bis zu 2000 Öffnungs- und Schließvorgänge pro Stunde unterstützt, was weit über die Kapazität von Schaltgeräten hinausgeht.
• ​Betriebs- und Unterbrechungsprinzip:​​
• ​Unterbrechungsprinzip:​​ Nutzt die hohe Isolation und starke Bogenlöschfähigkeit des Vakuummediums. Der metallische Dampfbogen, der beim Öffnen entsteht, erlischt sofort am Nullpunkt des Stroms, mit schneller Wiederherstellung der Dielektrizitätsstärke. Sein Unterbrechungsstrom liegt unter 0,5 A, was die Schaltüberspannungen wirksam unterdrückt, was sehr freundlich gegenüber der Isolation von Motoren ist.
• ​Haltemethode:​​ Unterstützt sowohl elektrisches Selbsthalten (energiesparend, leise) als auch mechanisches Selbsthalten (hohe Zuverlässigkeit, störfest). Benutzer können je nach Betriebsanforderungen wählen (z.B. die LHJCZR-Serie verwendet mechanisches Selbsthalten).
• ​Wichtige Nennwerte:​​

​2. Hochspannungsstrombegrenzer (FC-Schaltkreis-Kurzschluss-Schutzkomponente)​​
Der Hochspannungsstrombegrenzer dient als ultimativer Schutzkomponente gegen Kurzschlussfehler. Seine Merkmale sind wie folgt:

• ​Kernfunktion:​​ Bietet instantanen (schnell abreagierenden) Schutz. Bei schweren Kurzschlussfehlern (Strom übersteigt die Unterbrechungskapazität des Schalters), schmilzt sein fusibles Element schnell und unterbricht den Schaltkreis, bevor der Strom seinen potenziellen Spitzenwert erreicht. Die Unterbrechungszeit ist extrem kurz (Millisekundenbereich), was die Begrenzung der Fehlerstromenergie maximiert und die nachgeschalteten Geräte vor Beschädigung schützt.
• ​Grundsätzliche Auswahlprinzipien:​​
• ​Nennspannung:​​ Darf nicht niedriger sein als die Systemnennspannung, um zu verhindern, dass die bei der Fussoperation entstehende Überspannung die Isolationsfestigkeit der Geräte übersteigt (typischerweise begrenzt auf unter 2,5-mal der Phasenspannung).
• ​Nennstrom:​​ Erfordert eine umfassende Berücksichtigung von Normal-/Überlastströmen, Gerätestartcharakteristiken (z.B. Motorstartstrom, Transformatormagnetisierungsrucklauf) und sichert die selektive Abstimmung mit vorgeschalteten Schutzeinrichtungen (z.B. Relais).
• ​Rollenposition:​​ Dient als Rückstandsschutz im FC-Schaltkreis. Normale Überlasten und kleinere Kurzschlussströme werden durch das umfassende Schutzgerät signalisiert, das den Vakuumschalter öffnet. Der Fuss reagiert nur, wenn der Fehlerstrom die Unterbrechungskapazität des Schalters übersteigt oder wenn der Schalter nicht funktioniert.

​III. Auswahlhilfen basierend auf dem zu schützenden Objekt​

​1. Auswahl von Motorschutz-Füssen​
Motorstartströme sind hoch und dauern lange, was zusätzliche Vorsicht bei der Auswahl erfordert, um ungewollte Betriebszustände zu vermeiden.

• ​Schutzabstimmungslogik:​​
• ​Überlastschutz (z.B. Stillstand, wiederholter Start):​​ Durch inverse Zeitrelais implementiert, das den Schalter zum Öffnen ansteuert.
• ​Kurzschlusschutz:​​ Durch den Fuss implementiert.
• ​Abstimmungsanforderung:​​ Der Nennstrom des Fusses muss größer sein als der Motorstartstrom, und seine Zeit-Strom-Kennlinie muss an einem Punkt die Kennlinie des Relais schneiden, um eine perfekte Abstimmung zu erreichen.
• ​Auswahlreferenz (Auszug):​​

• ​Wesentlicher Punkt:​​ Je länger die Startzeit und je höher die Startfrequenz, desto größer muss der erforderliche Fusslink-Nennstrom sein.

​2. Auswahl von Transformatorschutz-Füssen​
Die Auswahl muss sicherstellen, dass der Fuss den Magnetisierungsrucklaufstrom des Transformatorenschlusses aushalten kann und gleichzeitig effektiven Schutz gegen interne Fehler bietet.

• ​Auswahlreferenz (Auszug):​​

​3. Auswahl von Kondensatorkreisschutz-Füssen​
Das Schalten von Kondensatorkreisen erzeugt hochfrequente, hohe Amplituden-Schalt-Ruckläufe, was besondere Anforderungen an die Fussauswahl stellt.

• ​Besondere Berücksichtigung:​​ Es muss überprüft werden, ob der Fuss die Durchgangsenergie (I²t) des Schalt-Rucklaufs aushalten kann. Anforderung: Durchgangsenergie < 0,7-mal die minimale Prä-Bogen-Energie des Fusses.
• ​Auswahlanforderungen:​​
• Der Nennstrom beträgt in der Regel 1,5~2,0-mal den Nennstrom des Kondensators.
• Wenn der Rucklaufstrom zu groß ist, sollten Sie in Betracht ziehen: ① Spezialisierte Kondensator-Füße auswählen (z.B. WFN-Serie); ② Einen seriengetakteten Strömungsbeschränker mit dem Kondensator hinzufügen; ③ Einen seriengetakteten Dämpfungswiderstand in der Zweigleitung hinzufügen.
• ​Empfehlung:​​ Ein strömungsbeschränkender Reaktor muss verwendet werden, wenn (Rucklaufspitzenstrom * Rucklaufhäufigkeit) > 20000 oder bei extrem häufigen Operationen.

​IV. Anwendungsbereich und typische Fälle​

​1. Anwendungsbereich​
Die FC-Schaltkreislösung ist nicht universell. Ihre anwendbaren Grenzen sind wie folgt:

• ​Hochspannungsmotoren:​​ ≤ 1200 kW
• ​Verteiltransformatoren:​​ ≤ 1600 kVA
• ​Kondensatorkreise:​​ ≤ 1200 kvar
  Jenseits dieser Kapazitätsgrenzen muss eine Vakuumschaltgerätelösung mit höherer Unterbrechungskapazität und dynamischer/thermischer Stabilität ausgewählt werden, um die Sicherheit zu gewährleisten.

​2. Bestätigung durch typische Fälle​
Diese Lösung wurde in mehreren Projekten erfolgreich angewendet und arbeitet stabil und zuverlässig:

• ​Fall 1: Chemieanlage, Texas, USA (häufige Operation und explosionsgeschützte Umgebung)​​
• ​Projektübersicht:​​ Diese große chemische Basis erforderte häufige Start-Stop-Steuerung für Hochspannungspumpen und Verdichtermotoren in mehreren Produktionslinien, mit Umgebungsanforderungen für Explosionsgeschütztheit und hohe Zuverlässigkeit.
• ​Zugezeigte Vorteile:​​ Die Frequenz von 2000 Operationen pro Stunde des Schalters entsprach perfekt den Prozessanpassungsbedürfnissen; die präzise Abstimmung zwischen Fuss und Relais gewährleistete genauen Kurzschlusschutz für Motoren bei häufigem Starten ohne ungewollte Betriebszustände; der geringe Unterbrechungsstrom (<0,5 A) durch den Vakuumschalter unterdrückte wirksam die Schaltüberspannungen und schützte die Isolation älterer Motoren. Die Gesamtlösung sparte im Vergleich zu Vakuumschaltgerätelösungen erhebliche Investitionen.
• ​Fall 2: Automobilproduktionsanlage, Bayern, Deutschland (Transformator- und Kondensator-Kompensationsschutz)​​
• ​Projektübersicht:​​ Eine neue intelligente Produktionsanlage erforderte eine stabile, hochwertige Stromversorgung für zahlreiche robotische Servosysteme in automatisierten Produktionslinien, begleitet von mehreren trockenen Verteiltransformatoren und Kondensator-Kompensationskreisen.
• ​Zugezeigte Vorteile:​​ Die Auswahl des Fuss-Nennstroms berücksichtigte vollständig die Magnetisierungsrucklaufcharakteristika des Transformatorenschlusses, um ungewollte Betriebszustände beim Schließen zu vermeiden. Für die Kondensatorkreise widerstanden spezialisierte Füße erfolgreich dem Schalt-Rucklauf-Impact (I²t-Verifikation bestanden). Der geringe Sprung des Schalters sorgte dafür, dass die Kondensatorschaltung ohne Wiederaufflammen erfolgte, was die Netzqualität schützte.

​V. Zusammenfassung der Lösungsvorteile​

1. ​Hohe Zuverlässigkeit:​​ Die Vakuumschaltkammer ist wartungsfrei mit einer mechanischen Lebensdauer von Millionen von Operationen; Füße bieten millisekundenschnellen Blitzschutz.
2. ​Starke Sicherheit:​​ Der mechanische Verriegelungsmechanismus verhindert den Einphasenbetrieb und das Schließen mit potenziellen Gefahren; der geringe Unterbrechungsstrom schützt die Geräteisolation.
3. ​Gute Wirtschaftlichkeit:​​ Im Vergleich zu Vakuumschaltgerätelösungen bietet die FC-Schaltgerätelösung niedrigere Kosten, kleineres Volumen und extrem hohe Kosteneffizienz.
4. ​Intelligenz:​​ Schalter können nahtlos mit mikroprozessorbasierten Schutzeinrichtungen integriert werden, um Fernüberwachung, intelligente Steuerung und Datenübertragung zu ermöglichen.
5. ​Einfache Wartung:​​ Kernkomponenten sind für einen wartungsfreien Betrieb konzipiert; nach der Fussoperation ist nur ein Austausch durch einen gleichwertigen Fusslink erforderlich, was die Bedienung einfach macht.