Esquema de protecció de circuit FC per a sistema auxiliar d'energia de 3~12kV: Disseny selecció i casos d'aplicació

I. Resum de la solució​
Aquesta solució té com a objectiu proporcionar un sistema complet basat en la combinació d'un contactor de vacuï a alta tensió (Contactor) i un fusible limitador de corrent a alta tensió (Fuse), coneguts conjuntament com a circuit FC. Dissenyat per a sistemes de mitja tensió que van des de 3 fins a 12 kV, és especialment adequat per a aplicacions que requereixen operacions freqüents, alta fiabilitat i cost-efficàcia. En el circuit FC, el contactor de vacuï maneja la connexió i desconexió de corrents normals i sobrecàrregues, així com operacions freqüents, mentre que el fusible de alta tensió proporciona una protecció robusta contra els curts circuits. Junts, formen una unitat de protecció i control funcional i d'alta prestació.

​II. Característiques dels components nuclears​
La principal avantatge del circuit FC resideix en el rendiment excepcional i la coordinació precisa dels seus dos components clau.

​​(I) Contactor de vacuï a alta tensió (component d'operació i interrupció de sobrecàrrega)​​
Com a nucli operatiu del circuit, el contactor de vacuï presenta les següents característiques:

1. ​Estructura avançada i principi d'interrupció:​​
• Dispõs d'una càmara d'interrupció al vacuï (nivell de vacuï fins a 1,33×10⁻⁴ Pa) amb els seus contactes principals encapsulats en un revestiment de ceràmica. Durant l'obertura, els contactes mòbil i fix s'allunyen ràpidament, utilitzant la condensació ràpida del vapor metàl·lic en el zero de corrent per extingir eficientment l'arc i restaurar la resistència a l'isolament.
• Equipat amb un mecanisme d'interrompiment enllaçat que assegura l'interrompiment quan es fon una fase del fusible, prevenint la operació sense fase, i inclou una funció de prevenció d'interconnexió quan no s'han instal·lat fuses.
• Corrent de tall extremadament baixa (≤0,5 A), suprimint efectivament les sobretensions de commutació i protegint l'isolament de càrregues inductives com motors.
2. ​Mecanisme d'operació d'alta fiabilitat:​​
• Utilitza un mecanisme d'operació electromagnètic capaç de frequències de commutació de fins a 2.000 operacions per hora, complint els requisits més exigents d'operacions freqüents.
• Mètodes de manteniment flexibles: Manteniment elèctric automàtic (mantingut per una bobina de manteniment després de la tancada, amb baix consum d'energia) i manteniment mecànic automàtic (per exemple, sèrie LHJCZR, enganxat mecànicament després de la tancada, sense necessitat de subministrament d'energia continu) disponibles per adaptar-se a diferents necessitats de control.
• Forte compatibilitat amb fonts de control d'energia, suportant DC/AC 110 V/220 V.
3. ​Paràmetres de ratxa excel·lents i vida útil:​​
• Paràmetres elèctrics clau:

• Vida útil allargada: Vida útil elèctrica de fins a 300.000 operacions i vida útil mecànica de fins a 1.000.000 d'operacions, reduint significativament els esforços de manteniment i els costos cíclics.
• Càmaras d'interrupció al vacuï dedicades: Com el tipus TJC 12/630, amb baixes pèrdues, baixes oscil·lacions, alta resistència a l'ús i una resistència de contacte de ≤60 μΩ.

​​(II) Fusible limitador de corrent a alta tensió (component de protecció contra curts circuits)​​
Com a nucli de la protecció contra curts circuits en el circuit, la seva selecció i aplicació són crítiques.

1. ​Principi funcional:​​ Quan la corrent excedeix un valor especificat durant un cert període, l'element del fusible es fon instantàniament i interromp la corrent de fallada. La seva característica clau és que, més gran sigui la corrent d'interrupció, més curt serà el temps d'operació, proporcionant una forta capacitat limitadora de corrent.
2. ​Principis de selecció:​​
• Tensió de ratxa: Ha de ser igual o superior a la tensió de ratxa del sistema; pot ser lleugerament més alta però mai inferior.
• Corrent de ratxa: S'ha de considerar de manera integral la corrent d'operació normal del circuit, la corrent de sobrecàrrega i les característiques d'arrancada de l'equipament (per exemple, la corrent d'arrancada del motor i el temps). Com a protecció de reserva, només opera quan la corrent de fallada excedeix la capacitat de tall del contactor o si el contactor no opera.
3. ​Coordinació de protecció amb diferents equips:​​
• Motors a alta tensió (≤1200 kW): El fusible ha de suportar la corrent d'arrancada del motor, mentre que la protecció de sobrecàrrega està gestionada per un relé de protecció integral. Assegureu-vos que la corba característica de temps-corrent del fusible s'interseca correctament amb la corba del relé per assolir la divisió de protecció.
• Exemple: Per a un motor de 250 kW amb un temps d'arrancada de 6s i una corrent d'arrancada de 220A, un element de fusible de 100A és adequat (per 2-3 arrancades per hora).
• Transformadors (≤1600 kVA): El fusible ha de suportar les corrents d'entrada durant l'energització i les corrents de sobrecàrrega sostenides. La selecció es fa directament en base a la capacitat i nivell de tensió del transformador.
• Exemple: Per a un transformador de 10 kV/800 kVA, un fusible de 80A és adequat.
• Bancs de condensadors (≤1200 kvar): Han de suportar les corrents d'entrada de commutació, i la seva energia de passatge ha de ser menor que la capacitat de suport del condensador. La corrent de ratxa és típicament 1,5–2 vegades la corrent de ratxa del condensador. Per aplicacions amb corrents d'entrada excessives o commutacions freqüents, es recomana l'ús de reactances en sèrie.

​III. Àmbit d'aplicació i casos típics​

​​(I) Àmbit d'aplicació​

• ​Escenaris adequats:​​
• Circuits de protecció i control de transformadors de fins a 1600 kVA en plantes industrials.
• Circuits d'arrancada freqüent i protecció de motors a alta tensió de fins a 1200 kW.
• Circuits de commutació de bancs de condensadors de fins a 1200 kvar.
• ​Escenaris no adequats:​​ Per a càrregues que superin les capacitats anteriors, s'han d'utilitzar panells de circuit breakers de vacuï.

​​(II) Casos d'èxit​
La solució del circuit FC s'ha aplicat ampliament en diversos projectes de plantes de generació d'energia, amb una fiabilitat demostrada:

1. ​Planta termoelèctrica:​​ Utilitzà 8 panells de circuit breakers de vacuï + 36 panells FC. D'aquests, els contactors LHJCZR amb fuses WFNHO protegeixen els motors, mentre que els fuses XRNT protegeixen els transformadors.
2. ​Planta d'energia:​​ Utilitzà 10 panells de circuit breakers de vacuï + 36 panells FC (21 per a la protecció de motors, 12 per a la protecció de transformadors i 3 per a la protecció de condensadors).

​IV. Avantatges de la solució i conclusió​
Aquesta solució del circuit FC integra els avantatges duals dels contactors de vacuï i els fuses limitadors de corrent, oferint els següents beneficis clau:

1. ​Rendibilitat econòmica:​​ Costos d'inversió significativament inferiors als panells de circuit breakers de vacuï, amb una altra relació cost-prestació elevada.
2. ​Rendiment especialitzat:​​ Els contactors excel·licken en operacions freqüents i interrupció de sobrecàrrega, mentre que els fuses excel·licken en interrompre ràpidament corrents de curts circuits elevades, assegurant una clara divisió de treball i protecció superior.
3. ​Seguretat i fiabilitat:​​ Temps d'interrupció de curts circuits extremadament curt (al nivell de mil·lisegons), excel·lents característiques limitadores de corrent i protecció efectiva de l'equipament del sistema. El mecanisme d'interrompiment enllaçat preveu l'operació sense fase.
4. ​Sense manteniment i llarga vida útil:​​ Les càmaras d'interrupció al vacuï són sense manteniment, amb vides útils elèctriques i mecàniques de fins a un milió d'operacions, reduint significativament els costos cíclics.
5. ​Disseny compacte i flexible:​​ Estructura compacta que estalvia espai d'instal·lació. Alta versatilitat que permet l'intercanvi entre productes similars, facilitant el manteniment i la gestió de peçes de recanvi.

​Conclusió:​​ El circuit FC és una opció ideal per a la protecció de transformadors, motors i condensadors de petita a mitjana capacitat en sistemes de generació d'energia industrial com plantes d'energia, petroquímica i metallúrgia. Aquesta solució és tecnològicament madura, àmpliament validada i ofereix avantatges excepcionals, fent-la la millor pràctica per a equilibrar rendiment, cost i fiabilitat. Per a aplicacions que superin el seu rang de capacitat, es recomana utilitzar solucions de circuit breakers de vacuï.