Schema di protezione a circuito FC per sistemi ausiliari di alimentazione da 3~12kV: Progettazione Selezione e Casi di Applicazione

I. Panoramica della soluzione​
Questa soluzione mira a fornire un sistema completo basato sulla combinazione di un contattore ad alta tensione a vuoto (Contattore) e un fusibile limitatore di corrente ad alta tensione (Fusibile), collettivamente noto come circuito FC. Progettato per sistemi a media tensione che vanno da 3 a 12 kV, è particolarmente adatto per applicazioni che richiedono operazioni frequenti, alta affidabilità ed economicità. Nel circuito FC, il contattore a vuoto gestisce la commutazione delle correnti normali e di sovraccarico, nonché le operazioni frequenti, mentre il fusibile ad alta tensione fornisce una robusta protezione contro i cortocircuiti. Insieme, formano un'unità di protezione e controllo completamente funzionante e ad alte prestazioni.

​II. Caratteristiche dei componenti principali​
Il vantaggio principale del circuito FC risiede nelle eccezionali prestazioni e nella precisa coordinazione dei suoi due componenti chiave.

​​(I) Contattore ad alta tensione a vuoto (Componente di interruzione normale e di sovraccarico)​​
Come nucleo operativo del circuito, il contattore a vuoto presenta le seguenti caratteristiche:

1. ​Struttura avanzata e principio di interruzione:​​
• Dispone di una camera di interruzione a vuoto (livello di vuoto fino a 1,33×10⁻⁴ Pa) con i contatti principali sigillati in un involucro in ceramica. Durante l'apertura, i contatti mobile e fisso si separano rapidamente, sfruttando la rapida condensazione del vapore metallico al passaggio dello zero di corrente per estinguere efficacemente l'arco e ripristinare la resistenza isolante.
• Dotato di un meccanismo di scatto collegato che assicura lo scatto in caso di fusione di una fase del fusibile, prevenendo l'operazione a mancata fase, e include una funzione di prevenzione dell'accensione errata quando i fusibili non sono installati.
• Corrente di spegnimento estremamente bassa (≤0,5 A), che sopprime efficacemente le sovratensioni di commutazione e protegge l'isolamento di carichi induttivi come motori.
2. ​Mechanismo operativo ad alta affidabilità:​​
• Utilizza un meccanismo operativo elettromagnetico in grado di gestire frequenze di commutazione fino a 2.000 operazioni all'ora, soddisfacendo le esigenze più impegnative di operazioni frequenti.
• Metodi di tenuta flessibili: Tenuta elettrica automatica (mantenuta da una bobina di tenuta dopo la chiusura, con basso consumo di energia) e tenuta meccanica automatica (ad esempio, serie LHJCZR, agganciato meccanicamente dopo la chiusura, senza necessità di alimentazione continua) sono disponibili per soddisfare diverse esigenze di controllo.
• Forte compatibilità con le fonti di alimentazione di controllo, supportando DC/AC 110V/220V.
3. ​Ottimi parametri nominali e durata:​​
• Parametri elettrici chiave:

• Durata prolungata: Vita elettrica fino a 300.000 operazioni e vita meccanica fino a 1.000.000 di operazioni, riducendo significativamente gli sforzi di manutenzione e i costi del ciclo di vita.
• Camere di interruzione a vuoto dedicate: Come il tipo TJC 12/630, caratterizzate da bassa perdita, basso impulso, alta resistenza all'usura e una resistenza di contatto ≤60 μΩ.

​​(II) Fusibile limitatore di corrente ad alta tensione (Componente di protezione contro i cortocircuiti)​​
Come nucleo della protezione contro i cortocircuiti nel circuito, la sua selezione e applicazione sono critiche.

1. ​Principio funzionale:​​ Quando la corrente supera un valore specificato per un certo periodo, l'elemento del fusibile fonde istantaneamente e interrompe la corrente di guasto. La sua caratteristica chiave è che quanto maggiore è la corrente di interruzione, tanto più breve è il tempo di operazione, fornendo una forte capacità di limitazione della corrente.
2. ​Principi di selezione:​​
• Tensione nominale: Deve essere non inferiore alla tensione nominale del sistema; può essere leggermente superiore ma mai inferiore.
• Corrente nominale: Deve considerare complessivamente la corrente di funzionamento normale del circuito, la corrente di sovraccarico e le caratteristiche di avviamento dell'equipaggiamento (ad esempio, corrente di avviamento del motore e tempo). Come protezione di backup, opera solo quando la corrente di guasto supera la capacità di interruzione del contattore o se il contattore non opera.
3. ​Coordinamento della protezione con diversi dispositivi:​​
• Motori ad alta tensione (≤1200 kW): Il fusibile deve sopportare la corrente di avviamento del motore, mentre la protezione di sovraccarico è gestita da un relè di protezione integrata. Assicurare che la curva caratteristica corrente-tempo del fusibile intersechi correttamente la curva del relè per ottenere la divisione della protezione.
• Esempio: Per un motore di 250 kW con un tempo di avviamento di 6s e una corrente di avviamento di 220A, un elemento di fusibile da 100A è adatto (per 2-3 avvii all'ora).
• Trasformatori (≤1600 kVA): Il fusibile deve sopportare le correnti di impulso durante l'energizzazione e le correnti di sovraccarico sostenute. La selezione è effettuata direttamente in base alla capacità nominale e al livello di tensione del trasformatore.
• Esempio: Per un trasformatore da 10 kV/800 kVA, un fusibile da 80A è adatto.
• Banche di condensatori (≤1200 kvar): Devono sopportare le correnti di impulso di commutazione e l'energia let-through deve essere inferiore alla capacità di resistenza del condensatore. La corrente nominale è generalmente 1,5-2 volte la corrente nominale del condensatore. Per applicazioni con correnti di impulso eccessive o commutazione frequente, si consigliano reattanze in serie.

​III. Ambito di applicazione e casi tipici​

​​(I) Ambito di applicazione​

• ​Scenari adatti:​​
• Circuiti di protezione e controllo per trasformatori fino a 1600 kVA in impianti industriali.
• Circuiti di avviamento e protezione frequenti per motori ad alta tensione fino a 1200 kW.
• Circuiti di commutazione per banche di condensatori fino a 1200 kvar.
• ​Scenari non adatti:​​ Per carichi che superano le capacità sopra indicate, devono essere utilizzati pannelli di interruttori a vuoto.

​​(II) Casi di successo​
La soluzione del circuito FC è stata ampiamente applicata in numerosi progetti di centrali elettriche, dimostrando affidabilità:

1. ​Centrale termoelettrica:​​ Utilizzato 8 pannelli di interruttori a vuoto + 36 pannelli FC. Tra questi, i contattori LHJCZR con fusibili WFNHO proteggono i motori, mentre i fusibili XRNT proteggono i trasformatori.
2. ​Centrale elettrica:​​ Utilizzato 10 pannelli di interruttori a vuoto + 36 pannelli FC (21 per la protezione dei motori, 12 per la protezione dei trasformatori e 3 per la protezione dei condensatori).

​IV. Vantaggi della soluzione e conclusione​
Questa soluzione del circuito FC integra i vantaggi duali dei contattori a vuoto e dei fusibili limitatori di corrente, offrendo i seguenti benefici principali:

1. ​Economicità:​​ Costi di investimento significativamente inferiori rispetto ai pannelli di interruttori a vuoto, offrendo un'elevata convenienza.
2. ​Prestazioni specializzate:​​ I contattori eccellono nelle operazioni frequenti e nell'interruzione di sovraccarico, mentre i fusibili eccellono nell'interruzione rapida delle correnti di cortocircuito elevate, garantendo una chiara divisione del lavoro e una protezione superiore.
3. ​Sicurezza e affidabilità:​​ Tempo di interruzione del cortocircuito estremamente breve (al livello di millisecondi), caratteristiche di limitazione della corrente eccellenti e protezione efficace degli equipaggiamenti del sistema. Il meccanismo di scatto collegato preclude l'operazione a mancata fase.
4. ​Manutenzione ridotta e lunga durata:​​ Le camere di interruzione a vuoto non richiedono manutenzione, con vite elettriche e meccaniche fino a un milione di operazioni, riducendo significativamente i costi del ciclo di vita.
5. ​Design compatto e flessibile:​​ Struttura compatta che risparmia spazio di installazione. Alta versatilità che consente l'intercambiabilità tra prodotti simili, facilitando la manutenzione e la gestione dei pezzi di ricambio.

​Conclusione:​​ Il circuito FC è una scelta ideale per la protezione di trasformatori, motori e condensatori di piccola e media capacità nei sistemi di potenza industriali come centrali elettriche, petrochimica e metallurgia. Questa soluzione è tecnologicamente matura, ampiamente validata e offre vantaggi straordinari, rendendola la pratica migliore per bilanciare prestazioni, costi e affidabilità. Per applicazioni che superano il suo intervallo di capacità, si consigliano soluzioni di interruttori a vuoto.