頻繁な操作に設計された高圧FC回路用の新世代インテリジェント保護制御ソリューション

I. ソリューションの概要​

このソリューションは、「高圧真空コンタクター + 高圧電流制限ヒューズ」に基づくFC回路の包括的な保護ソリューションを提供することを目的としています。特に、頻繁な操作と高い信頼性が必要な産業用途（例えば発電所、大規模工場、鉱山など）において、3kVから12kVの電圧範囲内の高圧モーター、配電変圧器、およびコンデンサバンクの保護と制御に適しています。その核心的な利点は、真空コンタクターと電流制限ヒューズの精密な連携により、過負荷とショートサーキット障害に対する段階的な保護を実現し、経済性、安全性、そして知能化を提供することです。

​II. 核心部品の技術的特徴​

​1. 高圧真空コンタクター (FC回路の動作および過負荷遮断部品)​​
高圧真空コンタクターは、頻繁な回路操作と過負荷電流の遮断を行うアクチュエータです。その技術的特徴は以下の通りです：

• ​コア構造:​​
• ​真空遮断室:​​ 真空度が1.33×10⁻⁴ Paのセラミック製カバーを使用し、最初の電流ゼロクロスでアークを確実に消去し、オイルフリーかつメンテナンスフリーの動作を実現します。
• ​絶縁マウントブラケットと連鎖機構:​​ ヒューズマウントを統合し、重要な連鎖トリップ機構を装備しています。この機構は以下を確保します：① 任意の相のヒューズがブローした場合、コンタクターの三相同時トリップを即座にトリガーし、単相運転を防ぎます；② 任意の相のヒューズが未設置の場合、コンタクターの閉鎖を機械的にロックし、運用の安全性を確保します。
• ​動作機構:​​ 電磁機構を採用し、時間当たり最大2000回の開閉動作をサポートし、回路ブレーカーの能力を大幅に超えています。
• ​動作および遮断原理:​​
• ​遮断原理:​​ 真空媒体の高い絶縁性と強力なアーク消去能力を利用します。開閉時に生成される金属蒸気アークは、電流ゼロクロスポイントで瞬時に消去され、高速な絶縁回復が可能です。チョッピング電流は0.5A以下であり、スイッチング過電圧を効果的に抑制し、モータの絶縁に非常に優しいです。
• ​保持方法:​​ 電気自己保持（省エネルギー、低ノイズ）と機械自己保持（高信頼性、ノイズ耐性）の両方をサポートします。ユーザーは運用要求に応じて選択できます（例：LHJCZRシリーズは機械自己保持を使用）。
• ​主要な定格パラメータ:​​

​2. 高圧電流制限ヒューズ (FC回路のショートサーキット保護部品)​​
高圧電流制限ヒューズは、ショートサーキット障害に対する最終的な保護部品です。その特性は以下の通りです：

• ​コア機能:​​ 即時（速断）保護を提供します。深刻なショートサーキット障害が発生した場合（コンタクターの切断容量を超える電流）、その融解要素は急速に溶け出し、電流が予想されるピークに達する前に回路を遮断します。遮断時間は非常に短く（ミリ秒レベル）、障害電流エネルギーの制限を最大化し、下流の設備を損傷から保護します。
• ​基本的な選択原則:​​
• ​定格電圧:​​ システムの定格電圧を下回らないようにしなければなりません。ヒューズ動作中に発生する過電圧が設備の絶縁耐電圧を超えてしまわないようにします（通常、位相電圧の2.5倍以下に制限されます）。
• ​定格電流:​​ 正常/過負荷電流、設備の起動インラッシュ特性（例えば、モーターの起動電流、変圧器の励磁インラッシュ）、および上流の保護装置（例えば、リレー）との選択的な調整を考慮に入れる必要があります。
• ​役割の位置づけ:​​ FC回路内のバックアップ保護として機能します。通常の過負荷や小さなショートサーキット電流は、包括的な保護デバイスが真空コンタクターを開く信号を送ることでクリアされます。ヒューズは、障害電流がコンタクターの切断容量を超えた場合、またはコンタクターが動作しない場合にのみ動作します。

​III. 保護対象に基づく選択ガイド​

​1. モーター保護ヒューズの選択​
モーターの起動電流は高く、持続時間が長いため、選択には特別な注意が必要です。

• ​保護調整論理:​​
• ​過負荷保護（例えば、スタール、繰り返し起動）:​​ 逆時間リレーによって実施され、コンタクターを開きます。
• ​ショートサーキット保護:​​ ヒューズによって実施されます。
• ​調整要件:​​ ヒューズの定格電流はモーターの起動電流より大きくなければならず、その時間-電流特性曲線はリレーの曲線と一点で交わって完全な調整を達成する必要があります。
• ​選択参考（抜粋）:​​

• ​キーポイント:​​ 起動時間が長く、起動頻度が高いほど、必要なヒューズリンクの定格電流も大きくなります。

​2. 変圧器保護ヒューズの選択​
選択時には、ヒューズが変圧器の閉鎖磁束インラッシュ電流に耐えつつ、内部障害に対して有効な保護を提供できることが必要です。

• ​選択参考（抜粋）:​​

​3. コンデンサバンク保護ヒューズの選択​
コンデンサバンクの切り替えは高周波、高振幅の閉鎖インラッシュ電流を生成し、ヒューズの選択には特別な要件があります。

• ​特別な考慮事項:​​ ヒューズが閉鎖インラッシュ電流の通過エネルギー (I²t) を耐えられるか確認する必要があります。要件：インラッシュ通過エネルギー < ヒューズの最小アーク前エネルギーの0.7倍。
• ​選択要件:​​
• 定格電流は通常、コンデンサーの定格電流の1.5〜2.0倍です。
• インラッシュ電流が大きすぎる場合は、以下のことを考慮してください：① 専用のコンデンサヒューズ（例えば、WFNシリーズ）を選択する；② コンデンサーと直列に電流制限リアクタを追加する；③ 分岐に直列ダンピング抵抗を追加する。
• ​推奨:​​ (インラッシュピーク電流 * インラッシュ頻度) > 20,000または極めて頻繁な操作が必要な場合は、電流制限リアクタを使用する必要があります。

​IV. 適用範囲と典型的なケース​

​1. 適用範囲​
FC回路ソリューションは汎用的ではありません。その適用境界は以下の通りです：

• ​高圧モーター:​​ ≦ 1200 kW
• ​配電変圧器:​​ ≦ 1600 kVA
• ​コンデンサバンク:​​ ≦ 1200 kvar
  これらの容量範囲を超える場合は、より高い切断容量と動的/熱安定性を持つ真空回路ブレーカー・ソリューションを選択して安全を確保する必要があります。

​2. 典型的なケース検証​
このソリューションは、複数のプロジェクトで成功裏に導入され、安定かつ信頼性の高い運用が行われています：

• ​ケース1: 米国テキサス州の化学プラント（頻繁な操作と爆発防止環境）​​
• ​プロジェクト概要:​​ この大規模な化学基地では、複数の生産ラインでの高圧ポンプと圧縮機モーターの頻繁な起動停止制御が必要でした。環境要件としては爆発防止と高い信頼性が求められていました。
• ​示された利点:​​ コンタクターの2000回/時間の動作頻度はプロセス調整のニーズに完全に対応しました。ヒューズとリレーの精密な調整により、頻繁な起動時のモーターに対する正確なショートサーキット保護が実現し、誤動作を防ぎました。真空遮断器が提供する低いチョッピング電流 (<0.5A) は、スイッチング過電圧を効果的に抑制し、古いモーターの絶縁を保護しました。全体的なソリューションは、真空回路ブレーカー・スイッチギアと比較して大幅な投資削減を実現しました。
• ​ケース2: ドイツバ伐リア州の自動車製造工場（変圧器とコンデンサ補償保護）​​
• ​プロジェクト概要:​​ 新しいスマート製造工場では、自動生産ライン上の多数のロボットサーボシステムに安定かつ高品質の電力供給が必要でした。これに伴い、複数のドライタイプ配電変圧器とコンデンサ補償バンクが設置されました。
• ​示された利点:​​ ヒューズの定格電流選択は、変圧器の励磁インラッシュ特性を十分に考慮し、閉鎖時の誤動作を避けることができました。コンデンサバンクについては、専用のヒューズが閉鎖インラッシュの影響（I²t検証合格）を成功裏に耐えました。コンタクターの低いバウンスは、コンデンサの切り替え時に再着火を防ぎ、電力網の品質を保護しました。

​V. ソリューションの利点のまとめ​

1. ​高信頼性:​​ 真空遮断室はメンテナンスフリーで、数百万回の動作可能な機械寿命を有しています。ヒューズはミリ秒レベルの速断保護を提供します。
2. ​高い安全性:​​ 機械式連鎖機構により、単相運転と危険な状況での閉鎖を防ぎます。低いチョッピング電流は設備の絶縁を保護します。
3. ​良好な経済性:​​ 真空回路ブレーカー・スイッチギアと比較して、FCスイッチギアはコストが低く、サイズが小さく、非常に高いコストパフォーマンスを提供します。
4. ​知能化:​​ コンタクターはマイクロプロセッサベースの保護デバイスとシームレスに統合でき、リモート監視、知能制御、データアップロードを可能にします。
5. ​容易なメンテナンス:​​ 核心部品はメンテナンスフリー設計で、ヒューズが動作した後は同規格のヒューズリンクを交換するだけで操作が簡単です。