Схема защиты цепи FC для вспомогательной системы электропитания 3~12 кВ: проектирование выбор и примеры применения

I. Обзор решения​
Это решение направлено на предоставление полной системы на основе комбинации высоковольтного вакуумного контактора (контактор) и высоковольтного ограничивающего предохранителя (предохранитель), вместе называемых FC-схемой. Система предназначена для средневольтных систем от 3 до 12 кВ, особенно подходит для применений, требующих частого использования, высокой надежности и экономичности. В FC-схеме вакуумный контактор управляет включением и отключением нормальных и перегрузочных токов, а также частыми операциями, в то время как высоковольтный предохранитель обеспечивает надежную защиту от коротких замыканий. Вместе они образуют полностью функциональную, высокопроизводительную защитную и управляющую единицу.

​II. Характеристики основных компонентов​
Основное преимущество FC-схемы заключается в исключительной производительности и точной координации ее двух ключевых компонентов.

​​(I) Высоковольтный вакуумный контактор (компонент управления и прерывания перегрузки)​​
Как операционное ядро схемы, вакуумный контактор обладает следующими характеристиками:

1. ​Продвинутая структура и принцип прерывания:​​
• Имеет камеру вакуумного прерывателя (уровень вакуума до 1,33×10⁻⁴ Па) с основными контактами, запечатанными в керамическом корпусе. При открытии подвижные и неподвижные контакты быстро разъединяются, используя быстрое конденсирование металлического пара в момент перехода тока через ноль, что эффективно гасит дугу и восстанавливает изоляционную прочность.
• Оснащен связанным механизмом расцепления, который гарантирует расцепление при плавлении одной фазы предохранителя, предотвращая работу без фазы, и включает функцию предотвращения ошибочного включения, когда предохранители не установлены.
• Очень низкий ток обрыва (≤0,5 А), эффективно подавляющий перенапряжения при переключении и защищающий изоляцию индуктивных нагрузок, таких как двигатели.
2. ​Высоконадежный механизм работы:​​
• Использует электромагнитный механизм, способный выполнять до 2000 операций в час, удовлетворяя самым строгим требованиям частого использования.
• Гибкие методы удержания: электрическое самозахватывание (поддерживается катушкой удержания после закрытия, с низким энергопотреблением) и механическое самозахватывание (например, серия LHJCZR, механически защелкивается после закрытия, не требует постоянного питания) доступны для различных потребностей в управлении.
• Сильная совместимость с источниками управляющего питания, поддерживающими DC/AC 110В/220В.
3. ​Отличные номинальные параметры и срок службы:​​
• Ключевые электрические параметры:

• Продленный срок службы: электрический срок службы до 300 000 операций и механический срок службы до 1 000 000 операций, значительно снижающий усилия по обслуживанию и затраты на жизненный цикл.
• Специальные камеры вакуумного прерывателя: такие как TJC 12/630, обладающие низкими потерями, низкими выбросами, высокой износостойкостью и сопротивлением контактов ≤60 мкОм.

​​(II) Высоковольтный ограничивающий предохранитель (компонент защиты от короткого замыкания)​​
Как основа защиты от короткого замыкания в схеме, его выбор и применение являются критическими.

1. ​Функциональный принцип:​​ Когда ток превышает определенное значение в течение определенного времени, элемент предохранителя мгновенно плавится и прерывает аварийный ток. Его ключевая характеристика заключается в том, что чем больше прерываемый ток, тем меньше время срабатывания, что обеспечивает мощную способность ограничения тока.
2. ​Принципы выбора:​​
• Номинальное напряжение: должно быть не менее номинального напряжения системы; оно может быть немного выше, но никогда не ниже.
• Номинальный ток: необходимо всесторонне учитывать нормальный рабочий ток, ток перегрузки и характеристики запуска оборудования (например, ток запуска и время двигателя). Как резервная защита, он работает только тогда, когда аварийный ток превышает отключающую способность контактора или если контактор не работает.
3. ​Согласование защиты с различным оборудованием:​​
• Высоковольтные двигатели (≤1200 кВт): предохранитель должен выдерживать ток запуска двигателя, в то время как защита от перегрузки осуществляется комплексным реле защиты. Убедитесь, что временная-токовая характеристическая кривая предохранителя правильно пересекается с кривой реле, чтобы достичь разделения защиты.
• Пример: для двигателя 250 кВт с временем запуска 6 с и током запуска 220 А, подходящим будет элемент предохранителя 100 А (для 2-3 запусков в час).
• Трансформаторы (≤1600 кВА): предохранитель должен выдерживать броски тока при включении и длительные токи перегрузки. Выбор производится напрямую в соответствии с номинальной мощностью и уровнем напряжения трансформатора.
• Пример: для трансформатора 10 кВ/800 кВА, подходит предохранитель 80 А.
• Батареи конденсаторов (≤1200 кВар): должны выдерживать броски тока при переключении, а их пропускная энергия должна быть меньше выдерживаемой энергии конденсатора. Номинальный ток обычно составляет 1,5-2 раза номинальный ток конденсатора. Для применений с чрезмерными бросками тока или частым переключением рекомендуются последовательные реакторы.

​III. Область применения и типичные случаи​

​​(I) Область применения​

• ​Подходящие сценарии:​​
• Защитные и управляющие цепи трансформаторов до 1600 кВА на промышленных предприятиях.
• Цепи частого запуска и защиты высоковольтных двигателей до 1200 кВт.
• Цепи переключения батарей конденсаторов до 1200 кВар.
• ​Неподходящие сценарии:​​ Для нагрузок, превышающих указанные мощности, следует использовать панели вакуумных выключателей.

​​(II) Успешные случаи​
Решение FC-схемы широко применялось во многих проектах электростанций, доказав свою надежность:

1. ​Тепловая электростанция:​​ Использовано 8 панелей вакуумных выключателей + 36 панелей FC. Среди них, контакторы LHJCZR с предохранителями WFNHO защищают двигатели, а предохранители XRNT защищают трансформаторы.
2. ​Электростанция:​​ Использовано 10 панелей вакуумных выключателей + 36 панелей FC (21 для защиты двигателей, 12 для защиты трансформаторов и 3 для защиты конденсаторов).

​IV. Преимущества решения и вывод​
Это решение FC-схемы объединяет двойные преимущества вакуумных контакторов и ограничивающих предохранителей, предлагая следующие ключевые выгоды:

1. ​Экономичность:​​ Значительно более низкие инвестиционные затраты по сравнению с панелями вакуумных выключателей, обеспечивая высокую стоимость-эффективность.
2. ​Специализированная производительность:​​ Контакторы отлично справляются с частыми операциями и прерыванием перегрузок, в то время как предохранители эффективно прерывают высокие токи короткого замыкания, обеспечивая четкое разделение обязанностей и превосходную защиту.
3. ​Безопасность и надежность:​​ Очень короткое время прерывания короткого замыкания (миллисекундный уровень), отличные характеристики ограничения тока и эффективная защита оборудования системы. Связанный механизм расцепления предотвращает работу без фазы.
4. ​Без обслуживания и долгий срок службы:​​ Камеры вакуумного прерывателя не требуют обслуживания, с электрическим и механическим сроком службы до миллиона операций, значительно снижая затраты на жизненный цикл.
5. ​Компактный и гибкий дизайн:​​ Компактная структура экономит пространство для установки. Высокая универсальность позволяет взаимозаменяемость между аналогичными продуктами, облегчая обслуживание и управление запасными частями.

​Заключение:​​ FC-схема является идеальным выбором для защиты малых и средних трансформаторов, двигателей и конденсаторов в промышленных энергетических системах, таких как электростанции, нефтеперерабатывающие заводы и металлургические предприятия. Это решение технологически зрелое, широко проверенное и предлагает выдающиеся преимущества, делая его лучшей практикой для балансировки производительности, стоимости и надежности. Для применений, превышающих диапазон мощности, рекомендуются решения на основе вакуумных выключателей.