Ontworpen voor frequente bediening: Een nieuwe generatie intelligente bescherming en besturingoplossing voor hoogspannings FC-schakelingen

I. Oplossingsoverzicht​

Deze oplossing is bedoeld om een volledige beschermingsoplossing te bieden voor FC-schakelingen, gebaseerd op "Hoogspanningsvacuümcontactors + Hoogspanningsstrombeperkende vuses". Het is specifiek ontworpen voor de bescherming en bediening van hoogspanningsmotoren, distributietransformatoren en condensatorbanken in het spanningsbereik van 3 kV tot 12 kV, vooral geschikt voor industriële toepassingen die frequente bediening en hoge betrouwbaarheid vereisen (zoals elektriciteitscentrales, grote fabrieken en mijnen). Het kernvoordeel ligt in de nauwkeurige coördinatie tussen de vacuümcontactor en de strombeperkende vuse, waardoor gegradueerde bescherming tegen overbelastings- en kortsluitfouten wordt bereikt, terwijl economische efficiëntie, veiligheid en intelligentie worden aangeboden.

​II. Kerncomponent Technische Kenmerken​

​1. Hoogspanningsvacuümcontactor (FC-schakeling Bediening en Overbelastingonderbreking Component)​​
De hoogspanningsvacuümcontactor is de uitvoerder voor frequente schakelingen en onderbreking van overbelastingsstromen. De technische kenmerken zijn als volgt:

• ​Kernstructuur:​​
• ​Vacuümonderbrekerkamer:​​ Gebruikt een keramische behuizing met een interne vacuümgraad van 1.33×10⁻⁴ Pa, waardoor de boog succesvol gedoofd wordt bij de eerste stroomnulpassing, wat olievrij en onderhoudsvrij werken mogelijk maakt.
• ​Isolatiemontageplaat en Interlockmechanisme:​​ Integreert vusehouder en is uitgerust met een cruciaal interlocktripmechanisme. Dit mechanisme zorgt ervoor dat: ① Als een vuse in een fase doorbrandt, onmiddellijk de driefasen gelijktijdige trip van de contactor wordt geactiveerd, waardoor single-phasing wordt voorkomen; ② Als een vuse in een fase niet is geïnstalleerd, wordt de contactor mechanisch vergrendeld om sluiten te voorkomen, waardoor de veiligheid tijdens bedrijf wordt gewaarborgd.
• ​Bedieningsmechanisme:​​ Gebruikt een elektromagnetisch mechanisme, waarmee frequent openen en sluiten tot 2000 keer/uur mogelijk is, ver over het vermogen van schakelaars heen.
• ​Bedienings- en Onderbrekingsprincipe:​​
• ​Onderbrekingsprincipe:​​ Maakt gebruik van de hoge isolatie en sterke boogdoofcapaciteit van het vacuümmedium. De metaalstoomboog die tijdens het openen wordt gegenereerd, wordt onmiddellijk gedoofd bij de stroomnulpassing, met snelle herstel van de diëlektrische sterkte. De choppingspanning is onder 0,5 A, waardoor overspanningen effectief worden onderdrukt, wat zeer vriendelijk is voor de isolatie van motoren.
• ​Houdmethode:​​ Ondersteunt zowel elektrische zelfhouding (energiebesparend, laag geluid) als mechanische zelfhouding (hoog betrouwbaar, anti-storing). Gebruikers kunnen kiezen op basis van operationele eisen (bijvoorbeeld de LHJCZR-serie gebruikt mechanische zelfhouding).
• ​Belangrijkste Nominale Parameters:​​

​2. Hoogspanningsstrombeperkende Vuse (FC-schakeling Kortsluiting Beschermingscomponent)​​
De hoogspanningsstrombeperkende vuse fungeert als het uiteindelijke beschermingscomponent voor kortsluitfouten. De kenmerken zijn als volgt:

• ​Kernfunctie:​​ Biedt instantane (snelafbrekende) bescherming. Bij het optreden van een ernstige kortsluitfout (stroom die de onderbrekingscapaciteit van de contactor overstijgt), smelt het fusielelement snel en onderbreekt de schakeling voordat de stroom haar potentiele piek bereikt. De onderbrekingstijd is extreem kort (milliseconde niveau), waardoor de beperking van de foutstroomenergie maximaal wordt gerealiseerd en downstream apparatuur beschermd wordt tegen schade.
• ​Basisselectieprincipes:​​
• ​Nominale Spanning:​​ Mag niet lager zijn dan de nominale spanning van het systeem om te voorkomen dat de overspanning tijdens het functioneren van de vuse het isolatievermogen van de apparatuur overstijgt (typisch beperkt tot onder 2,5 keer de fasenspanning).
• ​Nominale Stroom:​​ Vereist een grondige overweging van normale/overbelastingsstromen, startkenmerken van de apparatuur (bijv. motorstartstroom, transformatormagnetisatie-inrush), en zorgt voor selectieve coördinatie met upstream beschermingsapparatuur (bijv. relais).
• ​Rolpositie:​​ Fungeert als back-upbescherming binnen de FC-schakeling. Normale overbelastingen en kleinere kortsluitstromen worden afgehandeld door het integrale beschermingsapparaat dat de vacuümcontactor opent. De vuse werkt alleen wanneer de foutstroom de onderbrekingscapaciteit van de contactor of een falen van de contactor overschrijdt.

​III. Selectieadvies op Basis van het te Beschermen Object​

​1. Selectie van Motorbeschermingsvuse​
Motorstartstromen zijn hoog en de duur lang, waardoor extra voorzorg nodig is bij de selectie om overmatige bediening te voorkomen.

• ​Beschermingscoördinatie Logica:​​
• ​Overbelastingsbescherming (bijv. vastlopen, herhaald starten):​​ Wordt geïmplementeerd door inverse-tijdrelais, die de contactor laten openen.
• ​Kortsluitingsbescherming:​​ Wordt geïmplementeerd door de vuse.
• ​Coördinatierequirement:​​ De nominale stroom van de vuse moet groter zijn dan de motorstartstroom, en de tijds-stroomkenmerkencurve moet op één punt de curve van het relais snijden om perfecte coördinatie te realiseren.
• ​Selectiereferentie (Fragment):​​

• ​Belangrijk Punt:​​ Hoe langer de starttijd en hoe hoger de startfrequentie, hoe groter de vereiste fusielink nominale stroom.

​2. Selectie van Transformatorbeschermingsvuse​
Selectie moet waarborgen dat de vuse de magnetisatie-inrushstroom van de transformatoren kan weerstaan, terwijl effectieve bescherming tegen interne fouten wordt geboden.

• ​Selectiereferentie (Fragment):​​

​3. Selectie van Condensatorbankbeschermingsvuse​
Het schakelen van condensatorbanken genereert hoge-frequentie, hoge-amplitude sluit-inrushstromen, wat speciale eisen stelt aan de selectie van vuses.

• ​Speciale Overweging:​​ Moet controleren of de vuse de doorlaatenergie (I²t) van de sluit-inrushstroom kan weerstaan. Eiss: Inrush doorlaatenergie < 0,7 keer de minimale pre-arcingenergie van de vuse.
• ​Selectievereisten:​​
• Nominale stroom is meestal 1,5~2,0 keer de nominale stroom van de condensator.
• Als de inrushstroom te groot is, overweeg: ① Speciale condensatorvuses selecteren (bijv. WFN-serie); ② Een serie-stroombeperkende reactor toevoegen aan de condensator; ③ Een series-dempingsweerstand toevoegen aan de tak.
• ​Aanbeveling:​​ Een stroombeperkende reactor moet worden gebruikt wanneer (Inrush Piekstroom * Inrushfrequentie) > 20000 of bij uiterst frequente operaties.

​IV. Toepassingsgebied en Typische Casussen​

​1. Toepassingsgebied​
De FC-schakeling oplossing is niet universeel. De toepasbare grenzen zijn als volgt:

• ​Hoogspanningsmotoren:​​ ≤ 1200 kW
• ​Distributietransformatoren:​​ ≤ 1600 kVA
• ​Condensatorbanken:​​ ≤ 1200 kvar
  Buiten deze capaciteitsbereiken moet een vacuümschakelaaroplossing met hogere onderbrekingscapaciteit en dynamische/thermische stabiliteit worden geselecteerd om de veiligheid te waarborgen.

​2. Validatie van Typische Casussen​
Deze oplossing is succesvol toegepast in meerdere projecten, werkend stabiel en betrouwbaar:

• ​Casus 1: Chemische Fabriek, Texas, VS (Frequente Bediening en Explosiebestendige Omgeving)​​
• ​Projectoverzicht:​​ Deze grote chemische basis had frequent start-stop controle nodig voor hoogspanningspompen en compressor-motoren over meerdere productielijnen, met milieu-eisen voor explosiebestendigheid en hoge betrouwbaarheid.
• ​Toonbare Voordelen:​​ De 2000 bedieningen/uur frequentie van de contactor voldeden perfect aan de processaanpassingsbehoeften; de nauwkeurige coördinatie tussen de vuse en het relais zorgde voor accurate kortsluitingsbescherming voor motoren bij frequente starts zonder overmatige bediening; de lage choppingspanning (<0,5 A) die door de vacuümonderbreker werd geleverd, onderdrukte effectief overspanningen, waardoor de isolatie van oudere motoren beschermd werd. De totale oplossing bespaarde aanzienlijk op investeringen vergeleken met vacuümschakelaar-installaties.
• ​Casus 2: Autoproductiefabriek, Beieren, Duitsland (Transformator- en Condensatorcompensatie Bescherming)​​
• ​Projectoverzicht:​​ Een nieuwe slimme productiefabriek had stabiele, hoge-kwaliteit elektriciteitsvoorziening nodig voor talrijke robotische servo-systemen op geautomatiseerde productielijnen, begeleid door meerdere drogetransformatoren en condensatorcompensatiebanken.
• ​Toonbare Voordelen:​​ De selectie van de nominale stroom van de vuse nam volledig rekening met de magnetisatie-inrushkenmerken van de transformatoren, waardoor overmatige bediening bij sluiten werd voorkomen. Voor de condensatorbanken slaagden gespecialiseerde vuses erin de impact van de sluit-inrushstroom te weerstaan (I²t-verificatie geslaagd). De lage bouncerate van de contactor zorgde ervoor dat de condensatorschakeling zonder herontsteking plaatsvond, waardoor de kwaliteit van de elektriciteitsvoorziening op het netwerk beschermd werd.

​V. Samenvatting van de Voordelen van de Oplossing​

1. ​Hoge Betrouwbaarheid:​​ Vacuümonderbrekerkamer is onderhoudsvrij met een mechanische levensduur van miljoenen bedieningen; vuses bieden milliseconde-niveau snelafbrekende bescherming.
2. ​Sterk Veilig:​​ Mechanisch interlockmechanisme voorkomt single-phasing bediening en sluiten met potentiële gevaren; lage choppingspanning beschermt de isolatie van apparatuur.
3. ​Goede Economie:​​ Vergelijkbaar met vacuümschakelaar-installaties biedt FC-schakelaar-installaties lagere kosten, kleinere afmetingen en extreem hoge kosteneffectiviteit.
4. ​Intelligentie:​​ Contactors kunnen naadloos worden geïntegreerd met microprocessor-gebaseerde beschermingsapparatuur, waardoor remote monitoring, intelligente bediening en gegevensupload mogelijk zijn.
5. ​Makkelijk Onderhoud:​​ Kerncomponenten zijn ontworpen voor onderhoudsvrije bediening; na het functioneren van de vuse is alleen vervanging met een fusering van dezelfde specificatie nodig, waardoor de bediening eenvoudig is.