Схема захисту ФК для допоміжної електропостачальної системи 3~12 кВ: проектування вибір та випадки застосування

I. Огляд рішення​
Це рішення спрямоване на надання повноцінної системи на основі поєднання високонапругового вакуумного контактора (контактора) та високонапругового обмежувача струму (предохранителя), разом відомих як FC-схема. Розроблена для середньонапругових систем у діапазоні від 3 до 12 кВ, вона особливо підходить для застосувань, які потребують частого використання, високої надійності та ефективності вартості. У FC-схемі вакуумний контактор здійснює включення та відключення нормальних та перегріткових струмів, а також часті операції, тоді як високонапруговий предохранитель забезпечує надійну захист від коротких замикань. Разом вони утворюють повноцінну, високопродуктивну одиницю захисту та керування.

​II. Характеристики ключових компонентів​
Основна перевага FC-схеми полягає у винятковій продуктивності та точній координації її двох ключових компонентів.

​​(I) Високонапруговий вакуумний контактор (компонент для включення, відключення та переривання перегріткових струмів)​​
Як операційне ядро схеми, вакуумний контактор має наступні характеристики:

1. ​Сучасна конструкція та принцип переривання:​​
• Має вакуумну камеру переривання (вакуум до 1,33×10⁻⁴ Па) з головними контактами, запечатаними в керамічній оболонці. При відкритті рухомий та нерухомий контакти швидко розділяються, використовуючи швидку конденсацію металевого пару при нульовому переході струму для ефективного гасіння дуги та відновлення ізоляційної міцності.
• Опрацьований механізм тригера, який гарантує відключення при розплавленні одного фазного предохранителя, щоб уникнути роботи без фази, та включає функцію запобігання помилковому включення, коли предохранители не встановлені.
• Дуже низький струм розтину (≤0,5 А), що ефективно пригнічує перенапруги при комутації та захищає ізоляцію індуктивних навантажень, таких як двигуни.
2. ​Високонадійний операційний механізм:​​
• Використовує електромагнітний операційний механізм, здатний виконувати частоти комутації до 2000 операцій на годину, що задовольняє найбільш вимогливі вимоги частого використання.
• Гнучкі методи утримання: електричне самозберігання (утримання за допомогою котушка утримання після включення, з низьким споживанням енергії) та механічне самозберігання (наприклад, серія LHJCZR, механічно закріплений після включення, не потребує неперервного живлення) доступні для різних потреб керування.
• Потужна сумісність з джерелами живлення керування, підтримка DC/AC 110В/220В.
3. ​Видатні номінальні параметри та тривалість служби:​​
• Ключові електричні параметри:

• Продовжена тривалість служби: електрична тривалість до 300 000 операцій та механічна тривалість до 1 000 000 операцій, значно зменшує потужності обслуговування та витрати на цикл життя.
• Спеціальні вакуумні камери переривання: такі як тип TJC 12/630, з низькими втратами, низькими стрибками, високою міцністю до зношення та опором контакту ≤60 мкОм.

​​(II) Високонапруговий обмежувач струму (компонент захисту від коротких замикань)​​
Як ядро захисту від коротких замикань в схемі, його вибір та застосування є критичними.

1. ​Функціональний принцип:​​ Коли струм перевищує визначене значення протягом певного часу, елемент предохранителя моментально розплавлюється та перериває аварійний струм. Його ключовою характеристикою є те, що чим більший струм переривання, тим менше операційний час, що забезпечує потужну здатність обмеження струму.
2. ​Принципи вибору:​​
• Номінальна напруга: Мусить бути не нижче номінальної напруги системи; вона може бути трохи вище, але ніколи нижче.
• Номінальний струм: Мусить комплексно враховувати нормальний операційний струм, перегрітковий струм та характеристики запуску обладнання (наприклад, струм запуску двигуна та час). Як резервний захист, він працює лише тоді, коли аварійний струм перевищує здатність відключення контактора або якщо контактор не працює.
3. ​Захистна координація з різним обладнанням:​​
• Високонапругові двигуни (≤1200 кВт): Предохранитель мусить витримати струм запуску двигуна, тоді як захист від перегрузки забезпечується комплексним реле захисту. Забезпечте правильне перетинання характеристичної кривої струму-часу предохранителя з кривою реле, щоб досягти поділу захисту.
• Приклад: Для двигуна 250 кВт з часом запуску 6 с та струмом запуску 220 А, елемент предохранителя 100 А є придатним (для 2-3 запусків на годину).
• Трансформатори (≤1600 кВА): Предохранитель мусить витримати струми вхідного відгуку при підключенні та стійкі перегрузки. Вибір здійснюється безпосередньо на основі номінальної потужності та рівня напруги трансформатора.
• Приклад: Для трансформатора 10 кВ/800 кВА, предохранитель 80 А є придатним.
• Банки конденсаторів (≤1200 квар): Мусить витримати струми вхідного відгуку при комутації, а їхня проходова енергія мусить бути менша за здатність витримки конденсатора. Номінальний струм зазвичай становить 1,5–2 рази номінальний струм конденсатора. Для застосувань з надмірними струмами вхідного відгуку або частим комутуванням рекомендовано серійні реактори.

​III. Сфера застосування та типові випадки​

​​(I) Сфера застосування​

• ​Придатні сценарії:​​
• Захистні та керуючі схеми для трансформаторів до 1600 кВА на промислових підприємствах.
• Часті запуски та захистні схеми для високонапругових двигунів до 1200 кВт.
• Комутаційні схеми для банків конденсаторів до 1200 квар.
• ​Непридатні сценарії:​​ Для навантажень, що перевищують вищенаведені потужності, повинні використовуватися панелі вакуумних автоматів.

​​(II) Успішні випадки​
Рішення FC-схеми широко застосовується в багатьох проектах електростанцій, з доведеною надійністю:

1. ​Теплова електростанція:​​ Використала 8 панелей вакуумних автоматів + 36 панелей FC. Серед них, контактори LHJCZR з предохранителями WFNHO захищають двигуни, тоді як предохранители XRNT захищають трансформатори.
2. ​Електростанція:​​ Використала 10 панелей вакуумних автоматів + 36 панелей FC (21 для захисту двигунів, 12 для захисту трансформаторів, 3 для захисту конденсаторів).

​IV. Переваги рішення та висновок​
Це рішення FC-схеми інтегрує подвійні переваги вакуумних контакторів та обмежувачів струму, надаючи наступні ключові переваги:

1. ​Економічність:​​ Значно нижчі витрати на інвестиції порівняно з панелями вакуумних автоматів, з високим співвідношенням ціни до якості.
2. ​Спеціалізована продуктивність:​​ Контактори відмінно підходять для частих операцій та переривання перегріткових струмів, тоді як предохранители відмінно підходять для швидкого переривання високих струмів короткого замикання, забезпечуючи чітке поділення праці та високоякісний захист.
3. ​Безпека та надійність:​​ Дуже короткий час переривання короткого замикання (мілісекундний рівень), відмінні характеристики обмеження струму та ефективний захист системного обладнання. Механізм зв'язаного відключення запобігає роботі без фази.
4. ​Безпідтримкові та довготривалі:​​ Вакуумні камери переривання не потребують обслуговування, з електричною та механічною тривалістю служби до мільйона операцій, значно зменшуючи витрати на цикл життя.
5. ​Компактний та гнучкий дизайн:​​ Компактна конструкція економить простір для встановлення. Висока універсальність дозволяє взаємозамінність між подібними продуктами, сприяючи обслуговуванню та управлінню запасними частинами.

​Висновок:​​ FC-схема є ідеальним вибором для захисту маломітних та середньомітних трансформаторів, двигунів та конденсаторів в промислових електроенергетичних системах, таких як електростанції, нафтові та хімічні заводи, та металургія. Це рішення технологічно зріле, широко перевірене та надає відмінні переваги, що робить його найкращою практикою для балансування продуктивності, вартості та надійності. Для застосувань, що перевищують її діапазон потужностей, рекомендовані рішення вакуумних автоматів.