3~12kV補助電力システム用FC回路保護方式：設計選定及び応用事例

I.ソリューションの概要​
このソリューションは、高圧真空コンタクター（コンタクター）と高圧電流制限ヒューズ（ヒューズ）を組み合わせたFC回路に基づく完全なシステムを提供することを目指しています。これは特に3〜12 kVの中圧システム向けに設計されており、頻繁な操作、高信頼性、コスト効果が求められる用途に適しています。FC回路では、真空コンタクターが通常の電流や過負荷電流の接続と切断、および頻繁な操作を処理し、高圧ヒューズが強力な短絡保護を提供します。これらは一緒に機能的な高性能な保護・制御ユニットを形成します。

​II. 核心部件的特点​
FC回路の核となる利点は、その2つの主要部品の卓越した性能と正確な連携にあります。

​​(I) 高圧真空コンタクター（動作および過負荷遮断部品）​​
回路の動作コアとして、真空コンタクターは以下の特性を持っています：

1. ​先進的な構造と遮断原理：​​
• 真空中の遮断室（真空度1.33×10⁻⁴ Pa）を特徴とし、主接触点がセラミック製の容器内に密封されています。開放時には、動接触点と固定接触点が急速に分離し、電流ゼロクロス時に金属蒸気の急速な凝縮を利用して効率的にアークを消去し絶縁強度を復元します。
• 1つのヒューズフェーズが溶けたときにトリップする連鎖トリッピング機構を備えており、位相欠落動作を防ぎます。また、ヒューズが未装着の場合の誤閉鎖防止機能も含まれています。
• 非常に低いチョッピング電流 (≤0.5A) で、インダクティブ負荷（モーターなど）の絶縁を保護するためにスイッチングオーバーボルテージを効果的に抑制します。
2. ​高信頼性の動作機構：​​
• 時間あたり最大2,000回のスイッチング周波数に対応する電磁式動作機構を使用し、最も要求の厳しい頻繁な操作要件を満たします。
• 柔軟な保持方法：電気的自己保持（閉じた後、ホールドコイルによって維持され、低消費電力）、機械的自己保持（LHJCZRシリーズなど、閉じた後に機械的にロックされ、継続的な電源供給不要）があり、異なる制御ニーズに対応します。
• 制御電源との高い互換性、DC/AC 110V/220Vをサポートします。
3. ​優れた定格パラメータと寿命：​​
• 主要な電気パラメータ：

• 延長された寿命：最大30万回の電気寿命と最大100万回の機械寿命により、メンテナンス努力とライフサイクルコストを大幅に削減します。
• 専用の真空遮断室：TJC 12/630型など、低損失、低スージー、高耐摩耗性、接触抵抗 ≤60 μΩ を特徴とします。

​​(II) 高圧電流制限ヒューズ（短絡保護部品）​​
回路における短絡保護の核心であり、その選択と適用は重要です。

1. ​機能原理：​​ 電流が一定期間特定の値を超えた場合、ヒューズ要素が瞬時に溶け、故障電流を遮断します。その主要な特性は、遮断電流が大きいほど動作時間が短くなることで、強い電流制限能力を提供します。
2. ​選択原則：​​
• 定格電圧：システムの定格電圧以上でなければなりません。少し高くても構いませんが、決して低くなってはなりません。
• 定格電流：回路の正常動作電流、過負荷電流、設備の起動特性（例：モーターの起動電流と時間）を総合的に考慮しなければなりません。バックアップ保護として、故障電流がコンタクターの切断容量を超えるか、またはコンタクターが動作しない場合のみ動作します。
3. ​異なる設備との保護調整：​​
• 高圧モーター (≤1200 kW)：ヒューズはモーターの起動電流に耐えられる必要があります。過負荷保護は包括的な保護リレーによって処理されます。ヒューズの時間-電流特性曲線がリレー曲線と正しく交差することで、保護分割を達成します。
• 例：起動時間が6秒、起動電流220Aの250 kWモーターの場合、1時間あたり2〜3回の起動に適した100Aヒューズ要素が適しています。
• トランスフォーマー (≤1600 kVA)：ヒューズは通電時のインラッシュ電流と持続的な過負荷電流に耐えられる必要があります。選択はトランスフォーマーの定格容量と電圧レベルに基づいて直接マッチングされます。
• 例：10 kV/800 kVAトランスフォーマーには、80Aヒューズが適しています。
• キャパシタバンク (≤1200 kvar)：スイッチングインラッシュ電流に耐えられ、通過エネルギーがキャパシタの耐えられる能力よりも小さい必要があります。定格電流は通常、キャパシタの定格電流の1.5〜2倍です。インラッシュ電流が多すぎる場合や頻繁にスイッチングを行う場合には、直列リアクタが推奨されます。

​III. 適用範囲と典型的な事例​

​​(I) 適用範囲​

• ​適切なシナリオ：​​
• 工業プラントでの最大1600 kVAのトランスフォーマーの保護・制御回路。
• 最大1200 kWの高圧モーターの頻繁な起動と保護回路。
• 最大1200 kvarのキャパシタバンクのスイッチング回路。
• ​不適切なシナリオ：​​ 上記の容量を超える負荷については、真空回路ブレーカーパネルを使用する必要があります。

​​(II) 成功事例​
FC回路ソリューションは、多くの発電所プロジェクトで広く採用され、その信頼性が証明されています：

1. ​火力発電所：​​ 8つの真空回路ブレーカーパネル + 36つのFCパネルを使用しました。その中で、LHJCZRコンタクターとWFNHOヒューズはモーターを保護し、XRNTヒューズはトランスフォーマーを保護します。
2. ​発電所：​​ 10つの真空回路ブレーカーパネル + 36つのFCパネル（モーター保護用21、トランスフォーマー保護用12、キャパシタ保護用3）を使用しました。

​IV. ソリューションの利点と結論​
このFC回路ソリューションは、真空コンタクターと電流制限ヒューズの両方の利点を統合しており、以下の核心的な利点を提供します：

1. ​コスト効果：​​ 真空回路ブレーカーパネルと比較して大幅に低い投資コストで、高いコストパフォーマンスを実現します。
2. ​専門的な性能：​​ コンタクターは頻繁な操作と過負荷遮断に優れ、ヒューズは高短絡電流を迅速に遮断するのに優れており、役割の明確な分担と優れた保護を確保します。
3. ​安全性と信頼性：​​ 極めて短い短絡遮断時間（ミリ秒レベル）、優れた電流制限特性、システム設備の効果的な保護。連鎖トリッピング機構は位相欠落動作を防ぎます。
4. ​メンテナンスフリーと長寿命：​​ 真空遮断室はメンテナンスフリーで、電気と機械の寿命は最大100万回まであり、ライフサイクルコストを大幅に削減します。
5. ​コンパクトで柔軟な設計：​​ コンパクトな構造で設置スペースを節約します。高い汎用性により、同様の製品間の交換が可能になり、メンテナンスとスペアパーツ管理が容易になります。

​結論：​​ FC回路は、発電所、石油化学、冶金などの産業電力システムにおいて、小規模から中規模の容量のトランスフォーマー、モーター、キャパシタの保護に理想的な選択肢です。このソリューションは技術的に成熟しており、広範に検証されており、優れた利点を提供します。性能、コスト、信頼性のバランスを取るための最良の実践です。容量範囲を超える用途には、真空回路ブレーカーのソリューションが推奨されます。