Conçu pour une opération fréquente : Une nouvelle génération de solution intelligente de protection et de contrôle pour les circuits FC haute tension

I. Présentation de la solution​

Cette solution vise à fournir une solution de protection complète pour les circuits FC basée sur "Contacteurs à vide haute tension + Fusibles limitateurs de courant haute tension". Elle est spécifiquement conçue pour la protection et le contrôle des moteurs haute tension, des transformateurs de distribution et des bancs de condensateurs dans la plage de tension de 3 kV à 12 kV, particulièrement adaptée aux applications industrielles nécessitant des opérations fréquentes et une grande fiabilité (comme les centrales électriques, les grandes usines et les mines). Son avantage principal réside dans la coordination précise entre le contacteur à vide et le fusible limitateur de courant, permettant une protection graduée contre les surcharges et les courts-circuits, tout en offrant une efficacité économique, une sécurité et une intelligence.

​II. Caractéristiques techniques des composants clés​

​1. Contacteur à vide haute tension (Composant d'exploitation du circuit FC et d'interruption de surcharge)​
Le contacteur à vide haute tension est l'actionneur pour les opérations fréquentes du circuit et l'interruption des courants de surcharge. Ses caractéristiques techniques sont les suivantes :

• ​Structure de base :​​
• ​Chambre d'interruption sous vide :​​ Utilise un boîtier en céramique avec un degré de vide interne élevé de 1,33×10⁻⁴ Pa, assurant l'extinction de l'arc dès le premier passage par zéro du courant, permettant une opération sans huile et sans maintenance.
• ​Support d'isolation et mécanisme d'interverrouillage :​​ Intègre des supports de fusibles et est équipé d'un mécanisme d'interverrouillage crucial. Ce mécanisme assure : ① Si un fusible dans n'importe quelle phase fond, il déclenche immédiatement le tripping simultané des trois phases du contacteur, empêchant le fonctionnement en monophase ; ② Si un fusible dans n'importe quelle phase n'est pas installé, il bloque mécaniquement le contacteur de se fermer, assurant la sécurité de l'opération.
• ​Mécanisme de fonctionnement :​​ Emploie un mécanisme électromagnétique, supportant jusqu'à 2000 ouvertures et fermetures par heure, bien au-delà des capacités des disjoncteurs.
• ​Principes de fonctionnement et d'interruption :​​
• ​Principe d'interruption :​​ Utilise la haute isolation et la forte capacité d'extinction d'arc du milieu sous vide. L'arc de vapeur métallique généré lors de l'ouverture est éteint instantanément au point de passage par zéro du courant, avec une récupération rapide de la résistance diélectrique. Sa coupure de courant est inférieure à 0,5 A, supprimant efficacement les surtensions de commutation, ce qui est extrêmement favorable à l'isolation des moteurs.
• ​Méthode de maintien :​​ Supporte les méthodes de maintien électrique (économique, faible bruit) et mécanique (haute fiabilité, anti-interférence). Les utilisateurs peuvent choisir en fonction des exigences opérationnelles (par exemple, la série LHJCZR utilise un maintien mécanique).
• ​Paramètres nominaux clés :​​

​2. Fusible limitateur de courant haute tension (Composant de protection contre les courts-circuits du circuit FC)​
Le fusible limitateur de courant haute tension sert de composant de protection ultime contre les défauts de court-circuit. Ses caractéristiques sont les suivantes :

• ​Fonction principale :​​ Fournit une protection instantanée (rapide). En cas de défaut de court-circuit grave (courant dépassant la capacité de rupture du contacteur), son élément fusible fond rapidement et interrompt le circuit avant que le courant n'atteigne son pic prévisible. Le temps d'interruption est extrêmement court (niveau milliseconde), limitant au maximum l'énergie du courant de défaut et protégeant les équipements en aval des dommages.
• ​Principes de sélection de base :​​
• ​Tension nominale :​​ Ne doit pas être inférieure à la tension nominale du système pour éviter que la surtension générée lors de l'opéraion du fusible ne dépasse le niveau d'isolation des équipements (généralement limitée à moins de 2,5 fois la tension de phase).
• ​Courant nominal :​​ Nécessite une considération globale des courants normaux/surcharges, des caractéristiques d'inrush de démarrage des équipements (par exemple, le courant de démarrage du moteur, l'inrush de magnétisation du transformateur), et garantit une coordination sélective avec les dispositifs de protection en amont (par exemple, les relais).
• ​Positionnement du rôle :​​ Sert de protection de secours dans le circuit FC. Les surcharges normales et les petits courants de court-circuit sont éliminés par le dispositif de protection général signalant au contacteur à vide de s'ouvrir. Le fusible ne fonctionne que lorsque le courant de défaut dépasse la capacité de rupture du contacteur ou si le contacteur ne fonctionne pas.

​III. Guide de sélection en fonction de l'objet protégé​

​1. Sélection du fusible de protection du moteur​
Les courants de démarrage des moteurs sont élevés et durent longtemps, nécessitant une attention particulière lors de la sélection pour éviter les opérations indésirables.

• ​Logique de coordination de protection :​​
• ​Protection contre les surcharges (par exemple, blocage, démarrages répétés) :​​ Réalisée par des relais inverseurs, entraînant l'ouverture du contacteur.
• ​Protection contre les courts-circuits :​​ Réalisée par le fusible.
• ​Exigence de coordination :​​ Le courant nominal du fusible doit être supérieur au courant de démarrage du moteur, et sa courbe caractéristique temps-courant doit croiser la courbe du relais à un point pour assurer une coordination parfaite.
• ​Référence de sélection (extrait) :​​

• ​Point clé :​​ Plus le temps de démarrage est long et plus la fréquence de démarrage est élevée, plus le courant nominal du lien de fusible requis est important.

​2. Sélection du fusible de protection du transformateur​
La sélection doit garantir que le fusible puisse supporter l'inrush de fermeture du transformateur tout en offrant une protection efficace contre les défauts internes.

• ​Référence de sélection (extrait) :​​

​3. Sélection du fusible de protection des bancs de condensateurs​
Le commutage des bancs de condensateurs génère des inrush de fermeture de haute fréquence et de haute amplitude, posant des exigences particulières pour la sélection des fusibles.

• ​Considération spéciale :​​ Il faut vérifier que le fusible peut supporter l'énergie let-through (I²t) de l'inrush de fermeture. Exigence : Énergie let-through de l'inrush < 0,7 fois l'énergie pré-arc minimale du fusible.
• ​Exigences de sélection :​​
• Le courant nominal est généralement 1,5 à 2,0 fois le courant nominal du condensateur.
• Si l'inrush est trop grand, envisager : ① La sélection de fusibles de condensateurs dédiés (par exemple, la série WFN) ; ② L'ajout d'un réacteur limiteur de courant en série avec le condensateur ; ③ L'ajout d'une résistance de freinage en série dans la branche.
• ​Recommandation :​​ Un réacteur limiteur de courant doit être utilisé lorsque (Courant de crête d'inrush * Fréquence d'inrush) > 20000 ou lors d'opérations extrêmement fréquentes.

​IV. Portée d'application et cas typiques​

​1. Portée d'application​
La solution de circuit FC n'est pas universelle. Ses limites d'application sont les suivantes :

• ​Moteurs haute tension :​​ ≤ 1200 kW
• ​Transformateurs de distribution :​​ ≤ 1600 kVA
• ​Bancs de condensateurs :​​ ≤ 1200 kvar
  Au-delà de ces plages de capacité, une solution de disjoncteur à vide avec une capacité de rupture plus élevée et une stabilité dynamique/thermique doit être choisie pour assurer la sécurité.

​2. Validation de cas typiques​
Cette solution a été appliquée avec succès dans de nombreux projets, fonctionnant de manière stable et fiable :

• ​Cas 1 : Usine chimique, Texas, États-Unis (Opérations fréquentes et environnement explosion-proof)​
• ​Aperçu du projet :​​ Cette grande base chimique nécessitait un contrôle de démarrage et d'arrêt fréquent pour les pompes et les moteurs de compresseurs haute tension sur plusieurs lignes de production, avec des exigences environnementales d'explosion-proof et de haute fiabilité.
• ​Avantages démontrés :​​ La fréquence de 2000 opérations par heure du contacteur répondait parfaitement aux besoins d'ajustement du processus ; la coordination précise entre le fusible et le relais assurait une protection précise contre les courts-circuits des moteurs lors de démarrages fréquents sans opérations indésirables ; le faible courant de coupure (<0,5 A) fourni par l'interrupteur à vide supprimait efficacement les surtensions de commutation, protégeant l'isolation des moteurs anciens. La solution globale a permis de réaliser des économies importantes par rapport aux tableaux de disjoncteurs à vide.
• ​Cas 2 : Usine de fabrication automobile, Bavière, Allemagne (Protection des transformateurs et des compensations de condensateurs)​
• ​Aperçu du projet :​​ Une nouvelle usine de fabrication intelligente nécessitait une alimentation électrique stable et de haute qualité pour de nombreux systèmes servo robotiques sur des lignes de production automatisées, accompagnée de plusieurs transformateurs de distribution à sec et de bancs de compensation de condensateurs.
• ​Avantages démontrés :​​ La sélection du courant nominal du fusible a pleinement pris en compte les caractéristiques d'inrush de magnétisation des transformateurs, évitant les opérations indésirables lors de la fermeture. Pour les bancs de condensateurs, les fusibles dédiés ont réussi à supporter l'impact de l'inrush de fermeture (vérification I²t réussie). Le faible rebond du contacteur a assuré le commutage des condensateurs sans re-ignition, protégeant la qualité de l'alimentation électrique du réseau.

​V. Résumé des avantages de la solution​

1. ​Haute fiabilité :​​ La chambre d'interruption sous vide est sans maintenance avec une vie mécanique de plusieurs millions d'opérations ; les fusibles offrent une protection rapide au niveau milliseconde.
2. ​Sécurité renforcée :​​ Le mécanisme d'interverrouillage empêche le fonctionnement en monophase et la fermeture avec des dangers potentiels ; le faible courant de coupure protège l'isolation des équipements.
3. ​Bonne économie :​​ Comparé aux tableaux de disjoncteurs à vide, les tableaux de commutation FC offrent un coût plus bas, une taille plus petite et une rentabilité extrêmement élevée.
4. ​Intelligence :​​ Les contacteurs peuvent être intégrés de manière transparente avec des dispositifs de protection à microprocesseur, permettant la surveillance à distance, le contrôle intelligent et le transfert de données.
5. ​Facilité d'entretien :​​ Les composants clés sont conçus pour une opération sans maintenance ; après l'opération du fusible, seul le remplacement par un lien de fusible de même spécification est nécessaire, rendant l'opération simple.