Řešení pro středněvýkonové řízení a ochranu motorů pomocí vakuového kontaktoru-spojky (VCF) v systému dopravy uhlí

1. Pozadí projektu

Dopravní systém uhlí se skládá z 15 pásových dopravníků poháněných středním napětím. Systém pracuje v komplexních podmínkách, kdy motory často nesou těžké zatěžování a časté starty. Aby bylo možné řešit tyto výzvy a dosáhnout efektivního řízení a spolehlivé ochrany během startu motoru, projekt komplexně využívá kombinační zařízení Vakuový kontaktor-fuze (VCF) pro distribuci středního napětí 6 kV. Toto řešení detailně popisuje technické vlastnosti, výhody a použití VCF, poskytující spolehlivý referenční materiál pro podobné pracovní podmínky.

2. Klíčové výhody a technické vlastnosti VCF

2.1 Pokročilá konstrukce zařízení a izolační technologie

• ​Typ zařízení: Toto řešení využívá vyjímatelnou strukturu VCF pro snadnou instalaci, údržbu a výměnu.
• ​Klíčová technologie: Použitím epoxidové pryskyřice a technologie Automatického tlakového želatování (APG) je vakuový přerušovač přímo zabalen do epoxidové pryskyřice, což výrazně zlepšuje izolační vlastnosti, mechanickou pevnost a environmentální stabilitu.
• ​Provozní mechanismus: Provozní mechanismus je navržen s přesností a má nízké spotřebu energie.

2.2 Komplexní složení a široká použitelnost

• ​Složení zařízení: VCF se skládá z optimalizované kombinace vysokonapěťových proudově omezujících fúz (schopných přerušovat široké spektrum krátkozávodných proudů) a často provozovatelných vakuových kontaktorů VCX, tvořící klasické F-C obvodové řešení.
• ​Klíčové výhody: Nabízí dlouhou provozní životnost, stabilní výkon a nízký hluk.
• ​Oblast použití: Široce používán v vysokonapěťových pomocných elektrických systémech tepelných elektráren, stejně jako v hutnictví, petrochemickém a těžebním průmyslu. Je vhodný pro řízení a ochranu zátěží, jako jsou vysokonapěťové motory, transformátory a indukční pece.

2.3 Vysoká adaptabilita a bezpečnostní vlastnosti

• ​Soulad s skříní: Vyjímatelná jednotka VCF odpovídá rozměrům a pěti prevencím zapnutí vyjímatelných jednotek vypínačů ve středově umístěných skříních šířkou 800 mm, umožňující bezproblémovou výměnu bez jakýchkoli úprav stávajících skříní.
• ​Pohodlná údržba: Vyjímatelná konstrukce umožňuje bezpečnou a pohodlnou výměnu vysokonapěťových fúz mimo skříň.
• ​Způsob držení: Vakuový kontaktor lze konfigurovat pro elektrické nebo mechanické držení podle požadavků zákazníka.
• ​Chránění proti chybě fáze: Opakově chráněno proti chybě fáze. V případě chybě fáze fúza působí a mechanicky zapne, aby zajistila, že VCF odpojí okruh motoru, efektivně bráníc poškození motoru z důvodu jednofázového chodu.

3. Klíčové technické parametry (osazení 7.2 kV)

4. Princip ochranného řízení

Ochrana VCF je rozdělena podle velikosti proudu pro optimální výkon:

• ​Nízký rozsah proudu (< 4 kA)​: Zajišťuje normální přerušení a ochranu při přetížení vakuovým kontaktořem.
• ​Vysoký rozsah proudu (> 4 kA)​: Rychlé přerušení vysokonapěťovou fúzou pro řešení krátkozávodných poruch.
• ​Koordinace charakteristik: Charakteristika ochrany kontaktoru je nastavena pod charakteristikou vypínače, aby kontaktor působil jako první při přetížení. Současně je vybrána fúze s nižšími nastaveními ochrany než vypínač nad touto položkou, aby bylo úplně vyhnuto nechtěnému přerušení.

5. Výhody VCF oproti vakuovému vypínači

Pro často startované a zastavované motory nabízí VCF významné výhody oproti vakuovým vypínačům:

6. Klíčový aspekt výběru VCF: Průvodce výběrem fúz

Výkon VCF závisí na správném výběru fúz, berouc v úvahu následující faktory:
Pracovní napětí, pracovní proud, čas startu motoru, starty za hodinu, plný proud motoru a krátkozávodný proud v bodě instalace.

6.1 Pravidla a kroky výběru

1. ​Nominální napětí: Nominální napětí fúzy nesmí být nižší než pracovní napětí systému (v tomto případě 7.2 kV).
2. ​Výpočet nominálního proudu:
• Použijte vzorec: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: Ekvivalentní proud během startu (A)
• NNN: Poměr startovacího proudu k plnému proudovi (typicky 6)
• InI_nIn​: Nominální plný proud motoru (A)
• δ\deltaδ: Komplexní koeficient (podle počtu startů za hodinu, n, ze tabulky níže)

1. ​Koordinace charakteristik: Nakreslete vypočtenou hodnotu IyI_yIy​ a čas startu motoru na čas-proudovou charakteristiku výrobce fúz. Zvolte nominální proud fúzy odpovídající charakteristice hned napravo od tohoto bodu.
2. ​Dodatečná kontrola: Nominální proud vybrané fúzy musí být **> 1.7 násobku plného proudu motoru**.

6.2 Příklad výběru

Pro systém 7.2 kV s přímo startovaným 250 kW vysokonapěťovým motorem:
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 16 startů za hodinu, čas startu 6 s.

• Výpočet: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• Výběr: Na čas-proudové charakteristice fúz najděte charakteristiku napravo od bodu (378A, 6 s), odpovídající nominálnímu proudu fúzy 100 A.
• Ověření: 100 A > 1.7 × 30 A (51 A), splňuje požadavek. Tedy lze vybrat fúzu s nominálním proudem 100 A nebo vyšším pro ochranu vysokonapěťového motoru.

7. Závěr

Z hlediska celkové analýzy cenové výhodnosti:

• Ačkoli vakuové vypínače mají nižší náklady na nákup, jejich kratší provozní životnost je nevhodná pro časté starty/zastavení, což vede k vyšším dlouhodobým nákladům na údržbu a riziku selhání.
• Řešení VCF kombinuje výhody vakuových kontaktorů (dlouhá životnost, nízké přepínací přepětí, vhodnost pro časté operace) a fúz (nejrychlejší přerušení krátkozávodných proudů), všechno za ekonomickou celkovou cenu.
• Pro dopravní systém uhlí a jiné aplikace s častými operacemi a těžkými starty je VCF ideálním řešením nabízejícím vysoký výkon, spolehlivost a cenovou výhodnost.