Esquema de Proteção de Circuito FC para Sistema Auxiliar de Energia de 3~12kV: Design Seleção e Casos de Aplicação

I. Visão Geral da Solução​
Esta solução visa fornecer um sistema completo baseado na combinação de um contato de alta tensão a vácuo (Contactor) e um fusível limitador de corrente de alta tensão (Fuse), coletivamente referidos como circuito FC. Projetado para sistemas de média tensão que variam de 3 a 12 kV, é particularmente adequado para aplicações que requerem operação frequente, alta confiabilidade e custo-efetividade. No circuito FC, o contato a vácuo lida com a ligação e desligamento de correntes normais e sobrecargas, bem como operações frequentes, enquanto o fusível de alta tensão fornece proteção robusta contra curto-circuito. Juntos, eles formam uma unidade de proteção e controle totalmente funcional e de alto desempenho.

​II. Características dos Componentes Principais​
A principal vantagem do circuito FC reside no desempenho excepcional e na coordenação precisa de seus dois componentes-chave.

​​(I) Contato de Alta Tensão a Vácuo (Componente de Operação e Interrupção de Sobrecarga)​​
Como o núcleo operacional do circuito, o contato a vácuo exibe as seguintes características:

1. ​Estrutura Avançada e Princípio de Interrupção:​​
• Caracteriza-se por uma câmara de interrupção a vácuo (nível de vácuo até 1,33×10⁻⁴ Pa) com seus contatos principais selados em uma caixa de cerâmica. Durante a abertura, os contatos móvel e fixo separam-se rapidamente, aproveitando a condensação rápida do vapor metálico no cruzamento de zero da corrente para extinguir eficientemente o arco e restaurar a resistência à isolação.
• Equipado com um mecanismo de disparo acoplado que garante o disparo quando uma fase do fusível derrete, prevenindo a operação em falta de fase, e inclui uma função de prevenção de fechamento indevido quando os fusíveis não estão instalados.
• Corrente de corte extremamente baixa (≤0,5 A), suprimindo efetivamente as sobretensões de comutação e protegendo a isolação de cargas indutivas, como motores.
2. ​Mecanismo de Operação de Alta Confiabilidade:​​
• Utiliza um mecanismo de operação eletromagnético capaz de realizar frequências de comutação de até 2.000 operações por hora, atendendo às exigências mais rigorosas de operação frequente.
• Métodos de retenção flexíveis: retenção elétrica (mantida por uma bobina de retenção após o fechamento, com baixo consumo de energia) e retenção mecânica (por exemplo, série LHJCZR, travada mecanicamente após o fechamento, sem necessidade de alimentação contínua) estão disponíveis para atender a diferentes necessidades de controle.
• Compatibilidade forte com fontes de alimentação de controle, suportando DC/AC 110V/220V.
3. ​Parâmetros Nominais Excelentes e Longevidade:​​
• Principais parâmetros elétricos:

• Vida útil prolongada: vida útil elétrica de até 300.000 operações e vida útil mecânica de até 1.000.000 de operações, reduzindo significativamente os esforços de manutenção e os custos de ciclo de vida.
• Câmaras de interrupção a vácuo dedicadas: como o tipo TJC 12/630, caracterizado por baixas perdas, baixos surtos, alta resistência ao desgaste e resistência de contato de ≤60 μΩ.

​​(II) Fusível Limitador de Corrente de Alta Tensão (Componente de Proteção contra Curto-Circuito)​​
Como o núcleo de proteção contra curto-circuito no circuito, sua seleção e aplicação são críticas.

1. ​Princípio Funcional:​​ Quando a corrente excede um valor especificado por um determinado período, o elemento do fusível derrete instantaneamente e interrompe a corrente de falha. Sua característica chave é que quanto maior a corrente de interrupção, menor o tempo de operação, fornecendo forte capacidade de limitação de corrente.
2. ​Princípios de Seleção:​​
• Tensão nominal: Deve ser não inferior à tensão nominal do sistema; pode ser ligeiramente superior, mas nunca inferior.
• Corrente nominal: Deve considerar de forma abrangente a corrente de operação normal do circuito, a corrente de sobrecarga e as características de partida do equipamento (por exemplo, corrente de partida do motor e tempo). Como proteção de backup, opera apenas quando a corrente de falha excede a capacidade de interrupção do contato ou se o contato falhar em operar.
3. ​Coordenação de Proteção com Diferentes Equipamentos:​​
• Motores de alta tensão (≤1200 kW): O fusível deve suportar a corrente de partida do motor, enquanto a proteção contra sobrecarga é tratada por um relé de proteção abrangente. Certifique-se de que a curva de característica corrente-tempo do fusível intersecte corretamente a curva do relé para alcançar a divisão de proteção.
• Exemplo: Para um motor de 250 kW com tempo de partida de 6s e corrente de partida de 220A, um elemento de fusível de 100A é adequado (para 2-3 partidas por hora).
• Transformadores (≤1600 kVA): O fusível deve suportar as correntes de inrush durante a energização e as correntes de sobrecarga sustentadas. A seleção é feita diretamente com base na capacidade nominal e no nível de tensão do transformador.
• Exemplo: Para um transformador de 10 kV/800 kVA, um fusível de 80A é adequado.
• Bancos de capacitores (≤1200 kvar): Devem suportar as correntes de inrush de comutação, e sua energia let-through deve ser menor que a capacidade de resistência do capacitor. A corrente nominal é tipicamente 1,5-2 vezes a corrente nominal do capacitor. Para aplicações com inrush excessivo ou comutação frequente, recomenda-se a utilização de reatores em série.

​III. Alcance de Aplicação e Casos Típicos​

​​(I) Alcance de Aplicação​

• ​Cenários Adequados:​​
• Circuitos de proteção e controle para transformadores de até 1600 kVA em plantas industriais.
• Circuitos de partida e proteção frequentes para motores de alta tensão de até 1200 kW.
• Circuitos de comutação para bancos de capacitores de até 1200 kvar.
• ​Cenários Inadequados:​​ Para cargas que excedam as capacidades acima, devem ser usados painéis de disjuntores a vácuo.

​​(II) Casos de Sucesso​
A solução de circuito FC foi amplamente aplicada em numerosos projetos de usinas de energia, com confiabilidade comprovada:

1. ​Usina Térmica:​​ Utilizou 8 painéis de disjuntor a vácuo + 36 painéis FC. Entre eles, contactores LHJCZR com fusíveis WFNHO protegem motores, enquanto fusíveis XRNT protegem transformadores.
2. ​Usina de Energia:​​ Utilizou 10 painéis de disjuntor a vácuo + 36 painéis FC (21 para proteção de motores, 12 para proteção de transformadores e 3 para proteção de capacitores).

​IV. Vantagens da Solução e Conclusão​
Esta solução de circuito FC integra as duplas vantagens de contactores a vácuo e fusíveis limitadores de corrente, oferecendo os seguintes benefícios principais:

1. ​Custo-Efetividade:​​ Custos de investimento significativamente menores em comparação com painéis de disjuntor a vácuo, oferecendo alto custo-benefício.
2. ​Desempenho Especializado:​​ Contactores excelentes em operações frequentes e interrupção de sobrecarga, enquanto fusíveis excelentes em interromper rapidamente correntes de curto-circuito elevadas, garantindo uma divisão clara de tarefas e proteção superior.
3. ​Segurança e Confiabilidade:​​ Tempo extremamente curto de interrupção de curto-circuito (nível de milissegundos), excelentes características de limitação de corrente e proteção eficaz do equipamento do sistema. O mecanismo de disparo acoplado previne a operação em falta de fase.
4. ​Sem Manutenção e Longa Vida Útil:​​ Câmaras de interrupção a vácuo sem manutenção, com vidas úteis elétrica e mecânica de até um milhão de operações, reduzindo significativamente os custos de ciclo de vida.
5. ​Design Compacto e Flexível:​​ Estrutura compacta economiza espaço de instalação. Alta versatilidade permite intercambiabilidade entre produtos semelhantes, facilitando a manutenção e o gerenciamento de peças sobressalentes.

​Conclusão:​​ O circuito FC é uma escolha ideal para a proteção de transformadores, motores e capacitores de pequena a média capacidade em sistemas de energia industrial, como usinas, petroquímica e metalurgia. Esta solução é tecnologicamente madura, extensivamente validada e oferece vantagens notáveis, tornando-a a melhor prática para equilibrar desempenho, custo e confiabilidade. Para aplicações que excedam seu alcance de capacidade, soluções de disjuntor a vácuo são recomendadas.