Deseñado para Operación Frente: Unha Nova Xeración de Solución Intelixente de Protección e Control para Circuítos FC de Alta Tensión

I. Resumo da solución​

Esta solución ten como obxectivo ofrecer unha solución de protección abrangente para circuitos FC baseada en "Contactores de vacío de alta tensión + Fusibles limitadores de corrente de alta tensión". Está deseñada específicamente para a protección e control de motores de alta tensión, transformadores de distribución e bancos de condensadores no rango de tensión de 3kV a 12kV, especialmente adecuada para aplicacións industriais que requiren operación frecuente e alta fiabilidade (como centrais eléctricas, grandes fábricas e minas). A súa principal vantaxe está na coordinación precisa entre o contactor de vacío e o fusible limitador de corrente, logrando protección graduada contra sobrecargas e fallos de curto-circuíto, ao mesmo tempo que ofrece eficiencia económica, seguridade e intelixencia.

​II. Características técnicas dos compoñentes principais​

​1. Contactor de vacío de alta tensión (Componente de operación de circuito FC e interrupción de sobrecarga)​​
O contactor de vacío de alta tensión é o actuador para a operación frecuente do circuito e a interrupción de correntes de sobrecarga. As súas características técnicas son as seguintes:

• ​Estrutura central:​​
• ​Cámara de interrupción de vacío:​​ Utiliza un recubrimento de cerámica con un grado de vacío interno tan alto como 1.33×10⁻⁴ Pa, asegurando que o arco se extingue con éxito no primeiro cruce por cero da corrente, logrando un funcionamento sen óleo e sen manutención.
• ​Soporte de montaxe de aislamento e mecanismo de interbloqueo:​​ Integra soportes de fusibles e está equipado cun mecanismo de interbloqueo crucial. Este mecanismo asegura: ① Se un fusible en calquera fase se quema, dispara inmediatamente a interrupción simultánea das tres fases do contactor, evitando a operación monofásica; ② Se un fusible en calquera fase non está instalado, bloquea mecánicamente a pechada do contactor, asegurando a seguridade operativa.
• ​Mecanismo de operación:​​ Emprega un mecanismo electromagnético, admitindo operacións de apertura e pechada frecuentes ata 2000 veces/hora, superando significativamente a capacidade dos interruptores automáticos.
• ​Principio de operación e interrupción:​​
• ​Principio de interrupción:​​ Utiliza a alta aislación e a forte capacidade de extinción de arcos do medio de vacío. O arco de vapor metálico xerado durante a apertura se extingue instantaneamente no punto de cruce por cero da corrente, coa rápida recuperación da resistencia dieléctrica. A súa corrente de corte é inferior a 0,5A, suprimindo eficazmente os sobretensións de comutación, o que é extremadamente amable coa aislación do motor.
• ​Método de mantemento:​​ Admite tanto o automantemento eléctrico (ahorro de enerxía, baixo ruído) como o automantemento mecánico (alta fiabilidade, antinterferencias). Os usuarios poden escoller en función dos requisitos operativos (por exemplo, a serie LHJCZR usa automantemento mecánico).
• ​Parámetros nominais clave:​​

​2. Fusible limitador de corrente de alta tensión (Componente de protección contra cortocircuitos do circuito FC)​​
O fusible limitador de corrente de alta tensión actúa como o componente de protección final para fallos de cortocircuíto. As súas características son as seguintes:

• ​Función central:​​ Proporciona protección instantánea (de acción rápida). Cando ocorre un fallo de cortocircuíto grave (corrente superior á capacidade de interrupción do contactor), o elemento fusible se funde rapidamente e interrompe o circuito antes de que a corrente alcance o seu pico previsto. O tempo de interrupción é extremadamente curto (ao nivel de milisegundos), maximizando a limitación da enerxía da corrente de fallo e protexendo o equipo downstream de danos.
• ​Principios básicos de selección:​​
• ​Tensión nominal:​​ Non debe ser inferior á tensión nominal do sistema para evitar que a sobretensión xerada durante a operación do fusible supere o nivel de resistencia ao aislamento do equipo (xeralmente limitado a menos de 2,5 veces a tensión de fase).
• ​Corrente nominal:​​ Requiere unha consideración comprehensiva das correntes normais/sobrecargas, as características de arranque do equipo (por exemplo, a corrente de arranque do motor, a corrente de magnetización do transformador) e asegurar a coordinación selectiva con dispositivos protectores upstream (por exemplo, relés).
• ​Posicionamento de función:​​ Actúa como protección de respaldo dentro do circuito FC. As sobrecargas normais e as correntes de cortocircuíto menores son eliminadas polo dispositivo de protección comprehensiva que señala ao contactor de vacío para abrir. O fusible só opera cando a corrente de fallo excede a capacidade de interrupción do contactor ou se o contactor falla en operar.

​III. Orientación de selección baseada no obxecto protegido​

​1. Selección de fusible para protección de motores​
As correntes de arranque dos motores son altas e duran moito, requirindo precaución extra na selección para evitar operacións molestas.

• ​Lóxica de coordinación de protección:​​
• ​Protección contra sobrecargas (por exemplo, atasco, arranques repetidos):​​ Implementada por relés de tempo inverso, que dirixen a apertura do contactor.
• ​Protección contra cortocircuitos:​​ Implementada polo fusible.
• ​Requisito de coordinación:​​ A corrente nominal do fusible debe ser maior que a corrente de arranque do motor, e a súa curva característica de tempo-corrente debe cruzarse coa curva do relé nun punto para lograr unha coordinación perfecta.
• ​Referencia de selección (extracto):​​

• ​Punto clave:​​ Cuanto maior sexa o tempo de arranque e a frecuencia de arranque, maior será a corrente nominal do elo de fusible necesaria.

​2. Selección de fusible para protección de transformadores​
A selección debe asegurar que o fusible poida resistir a corrente de inrush de magnetización do transformador ao pecharse, aínda proporcionando protección efectiva contra fallos internos.

• ​Referencia de selección (extracto):​​

​3. Selección de fusible para protección de bancos de condensadores​
A conmutación de bancos de condensadores xera correntes de inrush de alta frecuencia e alta amplitud, imponendo requisitos especiais para a selección de fusibles.

• ​Consideración especial:​​ Debe verificar que o fusible poida resistir a enerxía let-through (I²t) da corrente de inrush de pechada. Requisito: Enerxía let-through de inrush < 0,7 veces a enerxía mínima pre-arco do fusible.
• ​Requisitos de selección:​​
• A corrente nominal é xeralmente 1,5~2,0 veces a corrente nominal do condensador.
• Se a corrente de inrush é demasiado grande, considere: ① Selección de fusibles de condensador dedicados (por exemplo, a serie WFN); ② Adición dun reactor limitador de corrente en serie co condensador; ③ Adición dun resistor de amortiguación en serie na rama.
• ​Recomendación:​​ Debe usarse un reactor limitador de corrente cando (Corrente de pico de inrush * Frecuencia de inrush) > 20000 ou durante operacións extremadamente frecuentes.

​IV. Alcance de aplicación e casos típicos​

​1. Alcance de aplicación​
A solución de circuito FC non é universal. Os seus límites de aplicación son os seguintes:

• ​Motores de alta tensión:​​ ≤ 1200 kW
• ​Transformadores de distribución:​​ ≤ 1600 kVA
• ​Bancos de condensadores:​​ ≤ 1200 kvar
  Máis aló destas capacidades, debe seleccionarse unha solución de interruptor automático de vacío con maior capacidade de interrupción e estabilidade dinámica/térmica para asegurar a seguridade.

​2. Validación de casos típicos​
Esta solución foi aplicada con éxito en múltiples proxectos, operando de forma estable e fiable:

• ​Caso 1: Planta química, Texas, EE. UU. (Operación frecuente e entorno antiexplosivo)​​
• ​Resumo do proxecto:​​ Esta gran base química requireu control de arranque e parada frecuente para bombas e motores de compresor de alta tensión en múltiples liñas de produción, con requisitos ambientais de antiexplosividade e alta fiabilidade.
• ​Vantaxes demostradas:​​ A frecuencia de 2000 operacións/hora do contactor satisfizo perfectamente as necesidades de axuste do proceso; a coordinación precisa entre o fusible e o relé asegurou protección exacta contra cortocircuitos nos motores sen operacións molestas; a corrente de corte baixa (<0,5A) proporcionada polo interruptor de vacío suprimiu eficazmente as sobretensións de comutación, protexendo a aislación de motores máis antigos. A solución global salvou unha inversión significativa en comparación coa gaveta de interruptor automático de vacío.
• ​Caso 2: Planta de fabricación de automóbiles, Baviera, Alemaña (Protección de transformadores e compensación de condensadores)​​
• ​Resumo do proxecto:​​ Unha nova fábrica de fabricación inteligente requireu un suministro de enerxía estable e de alta calidade para numerosos sistemas servo de robots en liñas de produción automatizadas, acompañado de múltiples transformadores de distribución secos e bancos de compensación de condensadores.
• ​Vantaxes demostradas:​​ A selección da corrente nominal do fusible considerou completamente as características de inrush de magnetización do transformador, evitando operacións molestas ao pecharse. Para os bancos de condensadores, os fusibles dedicados resistiron con éxito o impacto de inrush de pechada (verificación I²t aprobada). O baixo rebote do contactor asegurou a conmutación de condensadores sen reencendido, protexendo a calidade da enerxía na rede.

​V. Resumo das vantaxes da solución​

1. ​Alta fiabilidade:​​ A cámara de interrupción de vacío é sin manutención con unha vida útil mecánica de até millóns de operacións; os fusibles proporcionan protección de acción rápida ao nivel de milisegundos.
2. ​Seguridade forte:​​ O mecanismo de interbloqueo mecánico evita a operación monofásica e a pechada con potenciais perigos; a corrente de corte baixa protexe a aislación do equipo.
3. ​Boa economía:​​ En comparación coa gaveta de interruptor automático de vacío, a gaveta FC ofrece un custo menor, un tamaño menor e unha relación calidad-prezo extremadamente alta.
4. ​Inteligencia:​​ Os contactores poden integrarse sin problemas con dispositivos de protección baseados en microprocesadores, permitindo a monitorización remota, o control intelixente e a subida de datos.
5. ​Manutención sin complicacións:​​ Os compoñentes centrais están deseñados para operación sin manutención; despois da operación do fusible, só se require a substitución polo elo de fusible de especificación idéntica, facendo a operación sin complicacións.