Skyddsschema för FC-krets för 3~12kV hjälpströmsystem: Design val och tillämpningsfall

I. Lösningens översikt​
Denna lösning syftar till att erbjuda ett komplett system baserat på kombinationen av en högspänningsvakuumkontaktor (Kontaktor) och en högspänningsströmbegränsande säkring (Säkring), tillsammans kallad ett FC-krets. Utformad för medelhögspänningssystem mellan 3 och 12 kV, är den särskilt lämplig för tillämpningar som kräver frekventa operationer, hög tillförlitlighet och kostnadseffektivitet. I FC-kretsen hanterar vakuumpåkopplingskontaktorn normala och överbelastningsströmmar samt frekventa operationer, medan högspänningsfusen erbjuder robust kortslutsskydd. Tillsammans bildar de en fullt funktionsduglig, högpresterande skydds- och styrenhet.

​II. Egenskaper hos kärnkomponenterna​
Den stora fördelen med FC-kretsen ligger i dess två huvudkomponenters exceptionella prestanda och precisa samordning.

​​(I) Högspänningsvakuumkontaktor (Drift- och överbelastningsavbrytningskomponent)​​
Som driftkärnan i kretsen visar vakuumpåkopplingskontaktorn följande egenskaper:

1. ​Förbättrad struktur och avbrottsprincip:​​
• Har en vakuumavbrottscell (vakuumnivå upp till 1,33×10⁻⁴ Pa) med sina huvudkontakter inneslutna i en keramisk behållare. Vid öppning separeras de rörliga och fasta kontaktpunkterna snabbt, vilket utnyttjar det snabba kondensationen av metallvapor vid nollgenomgång för effektivt borttagande av bågen och återställande av isolationsstyrka.
• Utrustad med en kopplad utlösarmekanism som säkerställer utlösning vid smältning av en fasesäkring, förhindrar fasförlustdrift, och inkluderar en funktion för att förhindra felaktig koppling när säkringar inte är installerade.
• Extremt låg avbrottsström (≤0,5 A), vilket effektivt dämpar växlingsöverspänningar och skyddar isoleringen av induktiva laster som motorer.
2. ​Hög tillförlitlig driftmekanism:​​
• Använder en elektromagnetisk driftmekanism kapabel till växlingar upp till 2 000 operationer per timme, vilket möter de mest krävande frekventa driftsbehoven.
• Flexibla hållmetoder: Elektrisk självhållning (underhålls av en hållningsbobin efter stängning, med låg energiförbrukning) och mekanisk självhållning (t.ex. LHJCZR-serien, mekaniskt låst efter stängning, kräver ingen kontinuerlig strömförsörjning) finns tillgängliga för att passa olika styrbehov.
• Stark kompatibilitet med styrströmkällor, stöder DC/AC 110 V/220 V.
3. ​Utöver goda nominalparametrar och livslängd:​​
• Viktiga elektriska parametrar:

• Förlängd livslängd: Elaktuell livslängd upp till 300 000 operationer och mekanisk livslängd upp till 1 000 000 operationer, vilket signifikant minskar underhållsinsatser och livscykelkostnader.
• Dedikerade vakuumavbrottsceller: Såsom typ TJC 12/630, med låga förluster, låga vågor, hög slitagebeständighet och kontaktmotstånd ≤60 μΩ.

​​(II) Högspänningsströmbegränsande säkring (Kortslutsskyddskomponent)​​
Som kärnan i kortslutsskyddet i kretsen är dess val och tillämpning avgörande.

1. ​Funktionsprincip:​​ När strömmen överskrider ett angivet värde under en viss tid smälter säkringselementet omedelbart och avbryter fejlströmmen. Dess viktigaste egenskap är att ju större avbrottsströmmen, desto kortare är driftstiden, vilket ger stark strömbegränsningsförmåga.
2. ​Valprinciper:​​
• Nominell spänning: Måste vara minst lika stor som systemets nominella spänning; den kan vara något högre men aldrig lägre.
• Nominell ström: Måste omfattande överväga kretsens normala driftström, överbelastningsström och startegenskaper för utrustning (t.ex. motorstartström och tid). Som reservskydd aktiveras endast om fejlströmmen överskrider kontaktorns avbrottskapacitet eller om kontaktorn misslyckas med att agera.
3. ​Skyddssamordning med olika utrustningar:​​
• Högspänningsmotorer (≤1 200 kW): Säkringen måste klara motorernas startström, medan överbelastningsskyddet hanteras av en allmän skyddssel. Se till att säkringens tid-ström-karakteristikkurva korrekt skär reläkurvan för att uppnå skyddsfördelning.
• Exempel: För en 250 kW-motor med starttid på 6 s och startström på 220 A är en 100 A-säkringselement lämplig (för 2-3 start per timme).
• Omvandlare (≤1 600 kVA): Säkringen måste klara inrushströmmar vid energisättning och bestående överbelastningsströmmar. Valet görs direkt baserat på omvandlarens nominella kapacitet och spänningsnivå.
• Exempel: För en 10 kV/800 kVA-omvandlare är en 80 A-säkring lämplig.
• Kondensatorbanker (≤1 200 kvar): Måste klara växlingsinrushströmmar, och deras genomsläppande energi måste vara mindre än kondensatorernas uthållighetsförmåga. Den nominella strömmen är vanligtvis 1,5–2 gånger kondensatorernas nominella ström. För tillämpningar med överdriven inrushström eller frekvent växling rekommenderas serieinduktorer.

​III. Tillämpningsområde och typfall​

​​(I) Tillämpningsområde​

• ​Lämpliga scenarier:​​
• Skydd- och styrkretsar för omvandlare upp till 1 600 kVA i industriella anläggningar.
• Frekventa start- och skyddskretsar för högspänningsmotorer upp till 1 200 kW.
• Växlingskretsar för kondensatorbanker upp till 1 200 kvar.
• ​Olämpliga scenarier:​​ För laster som överskrider de ovan nämnda kapaciteter måste vakuumkretsavbrytare användas.

​​(II) Lyckade fall​
FC-krets-lösningen har bred användning i många kraftverksprojekt, med bevisad tillförlitlighet:

1. ​Värmekraftverk:​​ Använde 8 vakuumkretsavbrytare + 36 FC-paneler. Bland dessa skyddar LHJCZR-kontaktorer med WFNHO-säkringar motorer, medan XRNT-säkringar skyddar omvandlare.
2. ​Kraftverk:​​ Använde 10 vakuumkretsavbrytare + 36 FC-paneler (21 för motorskydd, 12 för omvandlarsskydd, och 3 för kondensatorskydd).

​IV. Löstningsfördelar och slutsats​
Denna FC-krets-lösning integrerar de dubbla fördelarna med vakuumkontaktorer och strömbegränsande säkringar, och erbjuder följande kärnfördelar:

1. ​Kostnadseffektivitet:​​ Signifikant lägre investeringskostnader jämfört med vakuumkretsavbrytare, vilket ger hög kostnadseffektivitet.
2. ​Specialiserad prestanda:​​ Kontaktorer presterar väl vid frekventa operationer och överbelastningsavbrott, medan säkringar presterar väl vid snabbt avbrott av höga kortslutningsströmmar, vilket säkerställer tydlig arbetsuppgiftsfördelning och överlägsen skydd.
3. ​Säkerhet och tillförlitlighet:​​ Extremt kort kortslutningsavbrottstid (millisekundsnivå), utmärkta strömbegränsande egenskaper och effektivt skydd av systemutrustning. Kopplad utlösarmekanism förhindrar fasförlustdrift.
4. ​Underhållsfri och lång livslängd:​​ Vakuumavbrottsceller är underhållsfria, med elaktuell och mekanisk livslängd upp till en miljon operationer, vilket signifikant minskar livscykelkostnader.
5. ​Kompakt och flexibel design:​​ Kompakt struktur sparar installationsutrymme. Hög versatilitet möjliggör bytbarhet bland liknande produkter, vilket underlättar underhåll och reservdelshantering.

​Slutsats:​​ FC-kretsen är ett idealiskt val för skydd av små till medelstora kapaciteter av omvandlare, motorer och kondensatorer i industriella kraftsystem såsom kraftverk, petrokemiska industrier och metallurgi. Denna lösning är tekniskt mogen, omfattande verifierad och erbjuder framstående fördelar, vilket gör den till bästa praxis för balansering av prestanda, kostnad och tillförlitlighet. För tillämpningar som överskrider dess kapacitetsområde rekommenderas vakuumkretsavbrytarlösningar.