주기적인 운전을 위한 설계: 고압 FC 회로용 새로운 세대 지능형 보호 및 제어 솔루션

I. 솔루션 개요​

이 솔루션은 "고압 진공 접촉기 + 고압 전류 제한용 퓨즈" 기반의 FC 회로를 위한 포괄적인 보호 솔루션을 제공하는 것을 목표로 합니다. 이는 3kV에서 12kV 범위의 고압 모터, 배전 변압기 및 커패시터 뱅크의 보호 및 제어에 특화되어 있으며, 자주 작동하고 높은 신뢰성을 요구하는 산업 응용 분야(예: 발전소, 대형 공장, 광산)에 특히 적합합니다. 그 핵심 장점은 진공 접촉기와 전류 제한용 퓨즈 간의 정밀한 조정으로 과부하 및 단락 고장에 대한 단계적 보호를 실현하며, 경제성, 안전성, 지능성을 제공한다는 것입니다.

​II. 핵심 구성 요소의 기술적 특성​

​1. 고압 진공 접촉기 (FC 회로 작동 및 과부하 중단 구성 요소)​​
고압 진공 접촉기는 자주 발생하는 회로 작동과 과부하 전류의 중단을 수행하는 액추에이터입니다. 그 기술적 특성은 다음과 같습니다:

• ​핵심 구조:​​
• ​진공 차단실:​​ 내부 진공도가 1.33×10⁻⁴ Pa인 세라믹 케이스를 사용하여, 첫 번째 전류 영점에서 아크가 성공적으로 소멸되도록 하여 오일 없이 유지보수 없이 작동합니다.
• ​절연 마운팅 브래킷 및 잠금 메커니즘:​​ 퓨즈 마운트를 통합하고 중요한 잠금 트립 메커니즘이 장착되어 있습니다. 이 메커니즘은: ① 어느 한 상의 퓨즈가 녹으면 즉시 접촉기의 3상 동시 트립을 유발하여 단상 작동을 방지합니다; ② 어느 한 상의 퓨즈가 설치되지 않으면 접촉기의 닫힘을 기계적으로 잠급니다.
• ​작동 메커니즘:​​ 전자기 메커니즘을 사용하여 시간당 최대 2000번의 자주적인 열림과 닫힘 작동을 지원합니다. 이는 회로 차단기의 능력을 크게 초과합니다.
• ​작동 및 중단 원리:​​
• ​중단 원리:​​ 진공 매체의 높은 절연성과 강력한 아크 소멸 능력을 활용합니다. 열림 동안 생성된 금속 증기 아크는 전류 영점에서 즉시 소멸되며, 빠른 절연 회복이 이루어집니다. 그 치핑 전류는 0.5A 미만으로, 스위칭 과전압을 효과적으로 억제하여 모터 절연에 매우 우호적입니다.
• ​유지 방법:​​ 전기적 자기 유지(에너지 절약, 저소음) 및 기계적 자기 유지(높은 신뢰성, 간섭 저항) 방법을 지원합니다. 사용자는 운영 요구 사항에 따라 선택할 수 있습니다(예: LHJCZR 시리즈는 기계적 자기 유지 사용).
• ​주요 정격 매개변수:​​

​2. 고압 전류 제한용 퓨즈 (FC 회로 단락 보호 구성 요소)​​
고압 전류 제한용 퓨즈는 단락 고장에 대한 궁극적인 보호 구성 요소 역할을 합니다. 그 특성은 다음과 같습니다:

• ​핵심 기능:​​ 순간적(빠른 차단) 보호를 제공합니다. 심각한 단락 고장이 발생하면(접촉기의 차단 용량을 초과하는 전류), 그 퓨즈 요소는 전류가 예상 피크에 도달하기 전에 빠르게 녹아 회로를 차단합니다. 차단 시간은 매우 짧으며(밀리초 단위), 고장 전류 에너지를 최대한 제한하여 하위 장비의 손상을 방지합니다.
• ​기본 선택 원칙:​​
• ​정격 전압:​​ 시스템의 정격 전압보다 낮아서는 안 되며, 퓨즈 작동 중 발생하는 과전압이 장비의 절연 내구 수준을 초과하지 않도록 해야 합니다(일반적으로 위상 전압의 2.5배 미만으로 제한됨).
• ​정격 전류:​​ 정상/과부하 전류, 장비 시작 인러시 특성(예: 모터 시작 전류, 변압기 자기 인러시), 상위 보호 장치(예: 릴레이)와의 선택적 조정을 종합적으로 고려해야 합니다.
• ​역할 위치:​​ FC 회로 내에서 백업 보호 역할을 합니다. 일반적인 과부하와 작은 단락 전류는 종합 보호 장치가 진공 접촉기를 열도록 신호를 보내 처리합니다. 퓨즈는 접촉기의 차단 용량을 초과하거나 접촉기가 작동하지 않을 때만 작동합니다.

​III. 보호 대상에 따른 선택 가이드​

​1. 모터 보호용 퓨즈 선택​
모터의 시작 전류는 높고 지속 시간이 길므로 선택 시 주의가 필요합니다.

• ​보호 조정 로직:​​
• ​과부하 보호 (예: 정지, 반복 시작):​​ 역시간 릴레이를 통해 접촉기를 열도록 구현됩니다.
• ​단락 보호:​​ 퓨즈를 통해 구현됩니다.
• ​조정 요구사항:​​ 퓨즈의 정격 전류는 모터의 시작 전류보다 크어야 하며, 그 시간-전류 특성 곡선은 릴레이의 곡선과 한 점에서 교차하여 완벽한 조정을 달성해야 합니다.
• ​선택 참고 (추출):​​

• ​핵심 포인트:​​ 시작 시간이 길고 시작 빈도가 높을수록 필요한 퓨즈 링크 정격 전류가 더 큽니다.

​2. 변압기 보호용 퓨즈 선택​
선택 시 변압기의 닫힘 자기 인러시 전류를 견딜 수 있고 내부 고장에 대해 효과적인 보호를 제공하도록 해야 합니다.

• ​선택 참고 (추출):​​

​3. 커패시터 뱅크 보호용 퓨즈 선택​
커패시터 뱅크의 스위칭은 고주파, 고진폭의 닫힘 인러시 전류를 생성하여 퓨즈 선택에 특별한 요구 사항을 제기합니다.

• ​특별 고려 사항:​​ 퓨즈가 닫힘 인러시 전류의 통과 에너지(I²t)를 견딜 수 있는지 확인해야 합니다. 요구사항: 인러시 통과 에너지 < 퓨즈의 최소 전방 아크 에너지의 0.7배.
• ​선택 요구사항:​​
• 정격 전류는 일반적으로 커패시터의 정격 전류의 1.5~2.0배입니다.
• 인러시 전류가 너무 클 경우: ① 전용 커패시터 퓨즈(WFN 시리즈 등) 선택; ② 커패시터와 직렬로 전류 제한 리액터 추가; ③ 분기에 직렬 감쇠 저항 추가를 고려하세요.
• ​권장 사항:​​ (인러시 피크 전류 * 인러시 빈도) > 20000 또는 극도로 자주 작동할 경우 반드시 전류 제한 리액터를 사용해야 합니다.

​IV. 적용 범위 및 표준 사례​

​1. 적용 범위​
FC 회로 솔루션은 보편적이지 않습니다. 그 적용 범위는 다음과 같습니다:

• ​고압 모터:​​ ≤ 1200 kW
• ​배전 변압기:​​ ≤ 1600 kVA
• ​커패시터 뱅크:​​ ≤ 1200 kvar
  이 용량 범위를 초과할 경우, 더 높은 차단 용량과 동적/열적 안정성을 갖춘 진공 회로 차단기 솔루션을 선택하여 안전을 확보해야 합니다.

​2. 표준 사례 검증​
이 솔루션은 여러 프로젝트에서 성공적으로 적용되어 안정적이고 신뢰성 있게 작동하고 있습니다:

• ​사례 1: 미국 텍사스 화학 플랜트 (자주적인 작동 및 방폭 환경)​​
• ​프로젝트 개요:​​ 이 대형 화학 기지는 여러 생산 라인에서 고압 펌프 및 압축기 모터의 자주적인 시작-정지 제어를 필요로 했으며, 환경 요구 사항으로 방폭 및 높은 신뢰성이 필요했습니다.
• ​우수성 입증:​​ 접촉기의 시간당 2000회의 작동 빈도는 공정 조정 요구 사항을 완벽하게 충족했으며, 퓨즈와 릴레이 간의 정밀한 조정은 자주적인 시작에도 불구하고 모터의 정확한 단락 보호를 제공하면서 불필요한 작동을 방지했습니다. 진공 차단실이 제공하는 낮은 치핑 전류(<0.5A)는 스위칭 과전압을 효과적으로 억제하여 오래된 모터의 절연을 보호했습니다. 전체 솔루션은 진공 회로 차단기 스위치 기어에 비해 상당한 투자를 절약했습니다.
• ​사례 2: 독일 바이에른 자동차 제조 공장 (변압기 및 커패시터 보상 보호)​​
• ​프로젝트 개요:​​ 새로운 스마트 제조 공장은 자동화 생산 라인에서 수많은 로봇 서보 시스템에 대한 안정적이고 고품질의 전력 공급을 필요로 했습니다. 또한 여러 건식 배전 변압기와 커패시터 보상 뱅크가 있었습니다.
• ​우수성 입증:​​ 퓨즈 정격 전류 선택은 변압기 자기 인러시 특성을 완전히 고려하여 닫힐 때 불필요한 작동을 방지했습니다. 커패시터 뱅크에 대해서는 전용 퓨즈가 닫힘 인러시 충격(I²t 검증 통과)을 성공적으로 견디었습니다. 접촉기의 낮은 부저는 커패시터 스위칭 시 재점화 없이 전력망의 전력 품질을 보호했습니다.

​V. 솔루션 장점 요약​

1. ​높은 신뢰성:​​ 진공 차단실은 유지보수가 필요 없으며 수백만 번의 작동까지 기계적 수명을 가집니다. 퓨즈는 밀리초 단위의 빠른 차단 보호를 제공합니다.
2. ​강력한 안전성:​​ 기계적 잠금 메커니즘은 단상 작동 및 잠재적인 위험을 가진 닫힘을 방지하며, 낮은 치핑 전류는 장비의 절연을 보호합니다.
3. ​좋은 경제성:​​ 진공 회로 차단기 스위치 기어에 비해 FC 스위치 기어는 비용이 낮고 크기가 작아 매우 높은 비용 효율성을 제공합니다.
4. ​지능성:​​ 접촉기는 마이크로프로세서 기반 보호 장치와 무鏠으로 통합되어 원격 모니터링, 지능형 제어 및 데이터 업로드를 가능하게 합니다.
5. ​간편한 유지보수:​​ 핵심 구성 요소는 유지보수가 필요 없는 설계이며, 퓨즈 작동 후에는 동일 사양의 퓨즈 링크만 교체하면 되므로 운영이 간단합니다.