Progettato per Operazioni Frequenti: Una Nuova Generazione di Soluzioni Intelligenti di Protezione e Controllo per Circuiti FC ad Alta Tensione

I. Panoramica della soluzione​

Questa soluzione mira a fornire una protezione completa per i circuiti FC basata su "Contattori ad alto voltaggio a vuoto + Fusibili limitatori di corrente ad alto voltaggio". È specificamente progettata per la protezione e il controllo di motori ad alto voltaggio, trasformatori di distribuzione e banchi di condensatori nella gamma di tensione da 3 kV a 12 kV, particolarmente adatta per applicazioni industriali che richiedono operazioni frequenti e alta affidabilità (come centrali elettriche, grandi fabbriche e miniere). Il suo vantaggio principale risiede nella coordinazione precisa tra il contattore a vuoto e il fusibile limitatore di corrente, realizzando una protezione graduale contro sovraccarichi e cortocircuiti, offrendo al contempo economicità, sicurezza e intelligenza.

​II. Caratteristiche tecniche dei componenti principali​

​1. Contattore ad alto voltaggio a vuoto (Componente di manovra e interruzione di sovraccarico del circuito FC)​​
Il contattore ad alto voltaggio a vuoto è l'attuatore per le operazioni frequenti del circuito e l'interruzione delle correnti di sovraccarico. Le sue caratteristiche tecniche sono le seguenti:

• ​Struttura principale:​​
• ​Campana interruttore a vuoto:​​ Utilizza un involucro in ceramica con un grado di vuoto interno elevato fino a 1,33×10⁻⁴ Pa, garantendo che l'arco si estingua al primo passaggio per zero della corrente, realizzando un'operazione senza olio e senza manutenzione.
• ​Supporto isolante e meccanismo di interblocco:​​ Integra supporti per fusibili ed è dotato di un importante meccanismo di interblocco. Questo meccanismo assicura: ① Se un fusibile in qualsiasi fase si fonde, attiva immediatamente il trip simultaneo delle tre fasi del contattore, prevenendo l'operazione monofase; ② Se un fusibile in qualsiasi fase non è installato, blocca meccanicamente il chiuso del contattore, garantendo la sicurezza operativa.
• ​Mechanism of operation:​​ Employs an electromagnetic mechanism, supporting frequent opening and closing operations up to 2000 times/hour, far exceeding the capability of circuit breakers.
• ​Principio di funzionamento e interruzione:​​
• ​Principio di interruzione:​​ Utilizza l'elevata isolazione e la forte capacità di spegnimento dell'arco del mezzo a vuoto. L'arco di vapore metallico generato durante l'apertura si estingue istantaneamente al punto di passaggio per zero della corrente, con rapido recupero della resistenza dielettrica. La corrente di taglio è inferiore a 0,5 A, riducendo efficacemente le sovratensioni di commutazione, estremamente amichevole per l'isolamento dei motori.
• ​Metodo di mantenimento:​​ Supporta sia il mantenimento elettrico (risparmio energetico, basso rumore) che il mantenimento meccanico (alta affidabilità, resistenza alle interferenze). Gli utenti possono scegliere in base ai requisiti operativi (ad esempio, la serie LHJCZR utilizza il mantenimento meccanico).
• ​Parametri nominali chiave:​​

​2. Fusibile limitatore di corrente ad alto voltaggio (Componente di protezione contro cortocircuiti del circuito FC)​​
Il fusibile limitatore di corrente ad alto voltaggio serve come componente di protezione finale per i guasti di cortocircuito. Le sue caratteristiche sono le seguenti:

• ​Funzione principale:​​ Fornisce protezione istantanea (rapida interruzione). Quando si verifica un grave guasto di cortocircuito (corrente superiore alla capacità di interruzione del contattore), l'elemento fusibile si fonde rapidamente e interrompe il circuito prima che la corrente raggiunga il suo picco previsto. Il tempo di interruzione è estremamente breve (livello millisecondi), limitando al massimo l'energia del guasto e proteggendo l'equipaggiamento a valle dal danno.
• ​Principi di selezione di base:​​
• ​Tensione nominale:​​ Non deve essere inferiore alla tensione nominale del sistema per prevenire che la sovratensione generata durante l'operazione del fusibile superi il livello di resistenza all'isolamento dell'equipaggiamento (tipicamente limitato a meno di 2,5 volte la tensione di linea).
• ​Corrente nominale:​​ Richiede una considerazione complessiva delle correnti normali/sopraquota, le caratteristiche di inrush di avvio dell'equipaggiamento (ad esempio, corrente di avvio del motore, inrush magnetizzante del trasformatore) e assicurare la coordinazione selettiva con dispositivi di protezione a monte (ad esempio, relè).
• ​Posizionamento del ruolo:​​ Serve come protezione di backup all'interno del circuito FC. I sovraccarichi normali e le correnti di cortocircuito minori sono eliminati dal dispositivo di protezione complessivo che segnala al contattore a vuoto di aprirsi. Il fusibile opera solo quando la corrente di guasto supera la capacità di interruzione del contattore o se il contattore non opera.

​III. Guida alla selezione in base all'oggetto protetto​

​1. Selezione del fusibile per la protezione dei motori​
Le correnti di avvio dei motori sono elevate e di durata lunga, richiedendo particolare cautela nella selezione per prevenire l'operazione indesiderata.

• ​Logica di coordinazione della protezione:​​
• ​Protezione contro sovraccarico (ad esempio, stallo, avvi ripetuti):​​ Implementata tramite relè a tempo inverso, pilotando l'apertura del contattore.
• ​Protezione contro cortocircuiti:​​ Implementata dal fusibile.
• ​Requisito di coordinazione:​​ La corrente nominale del fusibile deve essere maggiore della corrente di avvio del motore, e la sua curva caratteristica corrente-tempo deve intersecare la curva del relè in un punto per ottenere una perfetta coordinazione.
• ​Riferimento di selezione (estratto):​​

• ​Punto chiave:​​ Più lungo è il tempo di avvio e più alta è la frequenza di avvio, maggiore sarà la corrente nominale del fusibile richiesta.

​2. Selezione del fusibile per la protezione dei trasformatori​
La selezione deve assicurare che il fusibile possa sopportare la corrente di inrush magnetizzante di chiusura del trasformatore, fornendo allo stesso tempo una protezione efficace contro i guasti interni.

• ​Riferimento di selezione (estratto):​​

​3. Selezione del fusibile per la protezione dei banchi di condensatori​
La commutazione dei banchi di condensatori genera correnti di inrush di chiusura ad alta frequenza e ampiezza, ponendo requisiti speciali per la selezione del fusibile.

• ​Considerazione speciale:​​ È necessario verificare che il fusibile possa sopportare l'energia let-through (I²t) della corrente di inrush di chiusura. Requisito: Energia let-through di inrush < 0,7 volte l'energia pre-arco minima del fusibile.
• ​Requisiti di selezione:​​
• La corrente nominale è tipicamente 1,5~2,0 volte la corrente nominale del condensatore.
• Se la corrente di inrush è troppo grande, considerare: ① Selezione di fusibili dedicati per condensatori (ad esempio, serie WFN); ② Aggiunta di un reattore limitatore di corrente in serie con il condensatore; ③ Aggiunta di una resistenza di smorzamento in serie nel ramo.
• ​Consiglio:​​ Un reattore limitatore di corrente deve essere utilizzato quando (Corrente di picco di inrush * Frequenza di inrush) > 20000 o durante operazioni estremamente frequenti.

​IV. Ambito di applicazione e casi tipici​

​1. Ambito di applicazione​
La soluzione del circuito FC non è universale. I suoi limiti applicativi sono i seguenti:

• ​Motori ad alto voltaggio:​​ ≤ 1200 kW
• ​Trasformatori di distribuzione:​​ ≤ 1600 kVA
• ​Banchi di condensatori:​​ ≤ 1200 kvar
  Oltre questi limiti di capacità, deve essere scelta una soluzione con interruttore a vuoto a maggiore capacità di interruzione e stabilità dinamica/termica per garantire la sicurezza.

​2. Validazione di casi tipici​
Questa soluzione è stata applicata con successo in numerosi progetti, operando in modo stabile e affidabile:

• ​Caso 1: Impianto chimico, Texas, USA (Operazioni frequenti e ambiente esplosivo)​​
• ​Panoramica del progetto:​​ Questa grande base chimica richiedeva un controllo di avvio e arresto frequenti per pompe ad alto voltaggio e motori di compressori su diverse linee di produzione, con requisiti ambientali di protezione esplosiva e alta affidabilità.
• ​Vantaggi dimostrati:​​ La frequenza di 2000 operazioni/ora del contattore soddisfaceva perfettamente le esigenze di regolazione del processo; la coordinazione precisa tra fusibile e relè ha garantito una protezione accurata contro i cortocircuiti dei motori durante gli avvi frequenti senza operazioni indesiderate; la corrente di taglio bassa (<0,5 A) fornita dall'interruttore a vuoto ha ridotto efficacemente le sovratensioni di commutazione, proteggendo l'isolamento dei motori più vecchi. La soluzione complessiva ha consentito un significativo risparmio di investimenti rispetto agli armadi con interruttore a vuoto.
• ​Caso 2: Stabilimento di produzione automobilistica, Baviera, Germania (Protezione di trasformatori e compensazione di condensatori)​​
• ​Panoramica del progetto:​​ Una nuova fabbrica di manifattura intelligente richiedeva un approvvigionamento elettrico stabile e di alta qualità per numerosi sistemi servo robotici su linee di produzione automatizzate, accompagnato da diversi trasformatori di distribuzione a secco e banchi di compensazione di condensatori.
• ​Vantaggi dimostrati:​​ La scelta della corrente nominale del fusibile ha considerato pienamente le caratteristiche di inrush magnetizzante del trasformatore, evitando operazioni indesiderate durante la chiusura. Per i banchi di condensatori, i fusibili dedicati hanno resistito con successo all'impatto dell'inrush di chiusura (verifica I²t superata). Il basso rimbalzo del contattore ha garantito la commutazione dei condensatori senza riacceso, proteggendo la qualità dell'energia sulla rete.

​V. Riepilogo dei vantaggi della soluzione​

1. ​Alta affidabilità:​​ La campana interruttore a vuoto è priva di manutenzione con una vita meccanica fino a milioni di operazioni; i fusibili forniscono protezione rapida a livello millisecondi.
2. ​Elevata sicurezza:​​ Il meccanismo di interblocco meccanico preclude l'operazione monofase e la chiusura con potenziali pericoli; la corrente di taglio bassa protegge l'isolamento dell'equipaggiamento.
3. ​Ottima economicità:​​ Rispetto agli armadi con interruttore a vuoto, gli armadi FC offrono un costo inferiore, dimensioni minori e un rapporto costi-benefici estremamente elevato.
4. ​Intelligenza:​​ I contattori possono essere integrati in modo fluido con dispositivi di protezione a microprocessore, abilitando il monitoraggio remoto, il controllo intelligente e il caricamento dei dati.
5. ​Facilità di manutenzione:​​ I componenti principali sono progettati per operazioni prive di manutenzione; dopo l'operazione del fusibile, è necessaria solo la sostituzione con un elemento fusibile dello stesso tipo, rendendo l'operazione semplice.