Solució per al control i la protecció de motors de mitjana tensió utilitzant un contactador-fusible a vacum (VCF) en un sistema de transport de carbó

1. Antecedents del projecte

Un sistema de transport de carbó consta de 15 cintes transportadores accionats per motors de mitja tensió. El sistema opera en condicions complexes, amb els motors sovint sotmesos a càrregues greus i arrancades freqüents. Per abordar aquests reptes i assolir un control eficient i una protecció fiable durant l'arrancada dels motors, el projecte adopta de manera integral dispositius combinats de contactor al buit-fús (VCF) per a la distribució d'energia dels motors de mitja tensió de 6kV. Aquesta solució detalla les característiques tècniques, avantatges i aplicació del VCF, proporcionant una referència fiable per a condicions de treball similars.

2. Avenços i característiques tècniques principals del VCF

2.1 Estructura avançada de l'equip i tecnologia d'aislament

• ​Tipus d'equip: Aquesta solució utilitza una estructura de VCF extraïble per facilitar la instal·lació, manteniment i substitució.
• ​Tecnologia principal: Utilitzant resina epoxi compost i la tecnologia de gelificació automàtica sota pressió (APG), el commutador al buit s'encapsula directament en resina epoxi, millorant significativament el rendiment de l'aislament, la resistència mecànica i la estabilitat ambiental.
• ​Mecanisme d'operació: El mecanisme d'operació està dissenyat amb precisió i presenta un baix consum d'energia.

2.2 Composició completa i amplia aplicabilitat

• ​Composició de l'equip: El VCF consta d'una combinació optimitzada de fusibles de limitació de corrent de alta tensió (capacitat per interrompre una àmplia gamma de corrents de curto-circuit) i contactors de buit VCX operables freqüentment, formant una solució de circuit clàssic F-C.
• ​Avenços principals: Ofereix una vida útil llarga, rendiment estable i baix soroll.
• ​Àmbit d'aplicació: S'utilitza ampliament en sistemes auxiliars d'alta tensió en centrals tèrmiques, així com en les indústries metallúrgica, petroquímica i minera. És adequat per al control i protecció de càrregues com motors d'alta tensió, transformadors i forns d'inducció.

2.3 Alta adaptabilitat i característiques de seguretat

• ​Compatibilitat amb armari: La unitat extraïble VCF coincideix amb les dimensions i les posicions d'interbloqueig de cinque precaucions dels units extraïbles de circuit breakers en quadres de mitja tensió de 800mm d'amplada, permetent una substitució fluida sense cap modificació dels quadres existents.
• ​Conveniència de manteniment: El disseny extraïble permet una substitució segura i còmoda dels fusibles d'alta tensió fora de l'armari.
• ​Mètode de retenció: El contactor de buit es pot configurar per a una retenció elèctrica o mecànica segons les necessitats del client.
• ​Protecció contra falta de fase: Equipat amb protecció completa contra falta de fase. En cas de falta de fase, el fusible actua i s'interconnecta mecànicament per assegurar que el VCF interrompi el circuit del motor, prevenint eficientment el dañ d'un motor per a causa d'una sola fase.

3. Paràmetres tècnics clau (classificació de 7.2kV)

4. Principi de control de protecció

La protecció VCF es divideix basant-se en la magnitud de la corrent per a un rendiment òptim:

• ​Rang de corrent baixa (< 4kA)​: Gestiona el contactor de buit per a la interrupció normal i la protecció per sobrecàrrega.
• ​Rang de corrent alta (> 4kA)​: Interrumpeix ràpidament el fusible d'alta tensió per abordar fallades de curto-circuit.
• ​Coordinació de corbes: La corba de protecció del contactor s'estableix per sota de la corba del circuit breaker per assegurar que el contactor actui primer en casos de sobrecàrrega. Alhora, s'escull un fusible convenientment ajustat amb paràmetres de protecció inferiors als del circuit breaker amont per evitar completament la desconexió involuntària.

5. Avantatges del VCF vs. circuit breaker de buit

Per a càrregues de motors amb arrancades i parades freqüents, el VCF ofereix avantatges significatius sobre els circuit breakers de buit:

6. Nucli de la selecció del VCF: Guia de selecció de fusibles

El rendiment del VCF depèn de la correcta selecció del fusible, tenint en compte els següents factors:
Tensió de treball, corrent de treball, temps d'arrancada del motor, arrancades per hora, corrent de ple càrrega del motor i corrent de curto-circuit al punt d'instal·lació.

6.1 Regles i passos de selecció

1. ​Tensió nominal: La tensió nominal del fusible no ha de ser inferior a la tensió de treball del sistema (7.2kV en aquest cas).
2. ​Càlcul de la corrent nominal:
• Utilitzeu la fórmula: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: Corrent equivalent durant l'arrancada (A)
• NNN: Rati de corrent d'arrancada a corrent de ple càrrega (típicament 6)
• InI_nIn​: Corrent de ple càrrega nominal del motor (A)
• δ\deltaδ: Coeficient comprehensiu (basat en arrancades per hora, n, de la taula a continuació)

1. ​Coordinació de corbes: Traceu el valor calculat IyI_yIy​ i el temps d'arrancada del motor en la corba de caràcterística de temps-corrent del fabricant del fusible. Seleccioneu la corrent nominal del fusible que correspongui a la corba immediatament a la dreta d'aquest punt.
2. ​Verificació addicional: La corrent nominal seleccionada del fusible ha de ser ​**> 1.7 vegades la corrent de ple càrrega del motor**.

6.2 Exemple de selecció

Per a un sistema de 7.2kV amb un motor d'alta tensió de 250kW iniciat directament:
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 16 arrancades per hora, temps d'arrancada de 6s.

• Càlcul: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• Selecció: En la corba de temps-corrent del fusible, localitzeu la corba a la dreta del punt (378A, 6s), que correspon a una corrent nominal del fusible de 100A.
• Verificació: 100A > 1.7 × 30A (51A), complint el requisit. Així, es pot seleccionar un fusible de protecció de motor d'alta tensió amb una classificació de 100A o superior.

7. Conclusió

Des d'una anàlisi global de cost-rendiment:

• Mentrestant, els circuit breakers de buit tenen un cost d'adquisició més baix, la seva vida útil més curta els fa inadeguats per a arrancades/parades freqüents, conduint a costos de manteniment més alts a llarg termini i riscos de fallada.
• La solució VCF combina els avantatges dels contactors de buit (llarga vida útil, baixa sobretensió, adequació per a operacions freqüents) i els fusibles (interrupció ultra-ràpida de corrents de curto-circuit), tot a un cost global econòmic.
• Per al sistema de transport de carbó i altres aplicacions amb característiques d'operació freqüent i arrancades de càrrega greu, el VCF és una solució ideal que ofereix un rendiment, fiabilitat i cost-effectivitat alts.