Esquema de protección de circuito FC para o sistema auxiliar de enerxía de 3~12kV: deseño selección e casos de aplicación

I. Resumo da solución​
Esta solución ten como obxectivo proporcionar un sistema completo baseado na combinación dun contactor de alto voltaxe (Contactor) e un fusible limitador de corrente de alto voltaxe (Fuse), coñecido en conxunto como circuito FC. Diseñado para sistemas de media tensión que van dende 3 ata 12 kV, é particularmente adecuado para aplicacións que requiren operación frecuente, alta fiabilidade e eficiencia de custos. No circuito FC, o contactor de vacío maneja a conexión e desconexión de correntes normais e de sobrecarga, así como operacións frecuentes, mentres que o fusible de alto voltaxe ofrece robusta protección contra cortocircuitos. Xuntos, forman unha unidade de protección e control totalmente funcional e de alto rendemento.

​II. Características dos compoñentes principais​
A principal vantaxe do circuito FC reside no excepcional rendemento e na precisa coordinación dos seus dous compoñentes clave.

​​(I) Contactor de alto voltaxe de vacío (componente de operación e interrupción de sobrecarga)​​
Como o núcleo operativo do circuito, o contactor de vacío presenta as seguintes características:

1. ​Estrutura avanzada e principio de interrupción:​​
• Cuenta cunha cámara interruptora de vacío (nível de vacío de ata 1,33×10⁻⁴ Pa) cos contactos principais selados nunha carcasa de cerámica. Durante a apertura, os contactos móbil e fixo se separam rapidamente, aproveitando a rápida condensación do vapor metálico no cruce de corrente cero para extinguir eficientemente o arco e restaurar a resistencia dieléctrica.
• Equipado cun mecanismo de disparo ligado que asegura o disparo cando se fonde unha fase do fusible, evitando a operación sen fase, e inclúe unha función de prevención de cierre incorrecto cando non se instalan fusibles.
• Corrente de corte extremadamente baixa (≤0,5 A), suprimindo eficazmente as sobretensións de conmutación e protexendo a aislación de cargas inductivas como motores.
2. ​Mecanismo de funcionamento de alta fiabilidade:​​
• Utiliza un mecanismo de funcionamento electromagnético capaz de realizar frecuencias de conmutación de ata 2.000 operacións por hora, satisfacendo as necesidades máis exigentes de operación frecuente.
• Métodos de mantemento flexibles: Mantemento eléctrico (mantido por unha bobina de mantemento despois do cierre, con baixo consumo de enerxía) e mantemento mecánico (por exemplo, serie LHJCZR, enganchado mecánicamente despois do cierre, sen necesidade de alimentación continua) están dispoñibles para adaptarse a diferentes necesidades de control.
• Forte compatibilidade con fontes de enerxía de control, admitindo DC/AC 110V/220V.
3. ​Excelentes parámetros nominais e vida útil:​​
• Parámetros eléctricos clave:

• Vida útil prolongada: Vida útil eléctrica de ata 300.000 operacións e vida útil mecánica de ata 1.000.000 de operacións, reducindo significativamente os esforzos de manutención e os custos de ciclo de vida.
• Cámaras interruptoras de vacío dedicadas: Como o tipo TJC 12/630, caracterizado por baixas perdas, baixos surtos, alta resistencia ao desgaste e unha resistencia de contacto de ≤60 μΩ.

​​(II) Fusible limitador de corrente de alto voltaxe (componente de protección contra cortocircuitos)​​
Como o núcleo da protección contra cortocircuitos no circuito, a súa selección e aplicación son cruciais.

1. ​Principio funcional:​​ Cando a corrente supera un valor especificado durante certo tempo, o elemento fusible se funde instantaneamente e interrompe a corrente de fallo. A súa característica clave é que cuánto maior é a corrente de interrupción, menor é o tempo de funcionamento, proporcionando unha forte capacidade de limitación de corrente.
2. ​Principios de selección:​​
• Tensión nominal: Debe ser polo menos igual á tensión nominal do sistema; pode ser lixeiramente superior pero nunca inferior.
• Corrente nominal: Debe considerarse comprehensivamente a corrente de funcionamento normal do circuito, a corrente de sobrecarga e as características de arranque do equipo (por exemplo, corrente de arranque do motor e tempo). Como protección de reserva, só actúa cando a corrente de fallo supera a capacidade de interrupción do contactor ou se o contactor non funciona.
3. ​Coordinación de protección con diferentes equipos:​​
• Motores de alto voltaxe (≤1200 kW): O fusible debe soportar a corrente de arranque do motor, mentres que a protección de sobrecarga está a cargo dun relé de protección integral. Asegúrese de que a curva característica de tempo-corrente do fusible se cruce correctamente coa curva do relé para lograr a división de protección.
• Exemplo: Para un motor de 250 kW cun tempo de arranque de 6 s e corrente de arranque de 220 A, un elemento fusible de 100 A é adecuado (para 2-3 arranques por hora).
• Transformadores (≤1600 kVA): O fusible debe soportar as correntes de arranque durante a energización e as correntes de sobrecarga sostenidas. A selección se realiza directamente en función da capacidade nominal e do nivel de tensión do transformador.
• Exemplo: Para un transformador de 10 kV/800 kVA, un fusible de 80 A é adecuado.
• Bancos de capacitores (≤1200 kvar): Deben soportar as correntes de conmutación, e a enerxía de paso debe ser menor que a capacidade de soporte do capacitor. A corrente nominal xeralmente é 1,5-2 veces a corrente nominal do capacitor. Para aplicaciones con correntes de arranque excesivas ou conmutación frecuente, recoméndanse reactancias en serie.

​III. Ámbito de aplicación e casos típicos​

​​(I) Ámbito de aplicación​

• ​Escenarios adecuados:​​
• Circuitos de protección e control para transformadores de ata 1600 kVA en instalacións industriais.
• Circuitos de arranque frecuente e protección para motores de alto voltaxe de ata 1200 kW.
• Circuitos de conmutación para bancos de capacitores de ata 1200 kvar.
• ​Escenarios non adecuados:​​ Para cargas que superen as capacidades anteriores, deben usarse paneles de interruptores de vacío.

​​(II) Casos de éxito​
A solución de circuito FC foi ampliamente aplicada en numerosos proxectos de centrais eléctricas, con probada fiabilidade:

1. ​Central térmica:​​ Utilizou 8 paneles de interruptores de vacío + 36 paneles FC. Entre eles, contactores LHJCZR con fusibles WFNHO protexen motores, mentres que fusibles XRNT protexen transformadores.
2. ​Central eléctrica:​​ Utilizou 10 paneles de interruptores de vacío + 36 paneles FC (21 para protección de motores, 12 para protección de transformadores e 3 para protección de capacitores).

​IV. Ventajas da solución e conclusión​
Esta solución de circuito FC integra as dúas ventajas do contactor de vacío e do fusible limitador de corrente, ofrecendo os seguintes beneficios clave:

1. ​Coste-efectividade:​​ Custos de investimento significativamente menores comparados co uso de paneles de interruptores de vacío, ofrecendo unha alta relación calidade-prezo.
2. ​Rendemento especializado:​​ Os contactores destacan nas operacións frecuentes e na interrupción de sobrecarga, mentres que os fusibles destacan na rápida interrupción de correntes de cortocircuito elevadas, asegurando unha clara división de tarefas e protección superior.
3. ​Seguridade e fiabilidade:​​ Tempo de interrupción de cortocircuito extremadamente curto (a nivel de milisegundos), excelentes características de limitación de corrente e efectiva protección do equipo do sistema. O mecanismo de disparo ligado prevén a operación sen fase.
4. ​Sin mantenimiento e larga vida útil:​​ As cámaras interruptoras de vacío son sin mantenimiento, con vidas útiles eléctrica e mecánica de ata un millón de operacións, reducindo significativamente os custos de ciclo de vida.
5. ​Deseño compacto e flexible:​​ Estructura compacta que ahorra espazo de instalación. Alta versatilidade que permite a intercambiabilidad entre produtos similares, facilitando a manutención e a xestión de pezas de repuxo.

​Conclusión:​​ O circuito FC é unha opción ideal para a protección de transformadores, motores e capacitores de pequena a mediana capacidade en sistemas de enerxía industrial como centrais eléctricas, petroquímicas e metalúrxicas. Esta solución é tecnologicamente madura, ampliamente validada e ofrece ventajas destacables, sendo a mellor práctica para equilibrar rendemento, coste e fiabilidade. Para aplicacións que superen o seu rango de capacidade, recoméndanse soluciones de interruptores de vacío.