Lösung für die Mittelspannungsmotorsteuerung und -schutz mit Vakuumschütz-Vakuumschalter (VCF) in einem Kohleförderanlage

1. Projekthintergrund

Ein Kohleförderanlage besteht aus 15 Bandförderern, die von Mittelspannungsmotoren angetrieben werden. Das System arbeitet unter komplexen Bedingungen, wobei die Motoren oft schweren Lasten und häufigen Starts ausgesetzt sind. Um diese Herausforderungen zu bewältigen und eine effektive Steuerung sowie einen zuverlässigen Schutz während des Motorstarts zu erreichen, setzt das Projekt umfassend Vakuumschaltsteller-Fuse (VCF) Kombinationsgeräte für die 6kV Mittelspannungs-Motorversorgung ein. Diese Lösung erläutert die technischen Merkmale, Vorteile und Anwendung des VCF und bietet eine zuverlässige Referenz für ähnliche Arbeitsbedingungen.

2. Kernvorteile und technische Merkmale des VCF

2.1 Fortgeschrittene Gerätestruktur und Isolationstechnologie

• ​Gerätetyp: Diese Lösung verwendet eine ziehbare VCF-Struktur für einfache Installation, Wartung und Austausch.
• ​Kern-Technologie: Durch die Verwendung von Epoxidharz-Kompositisolation und der Automatischen Druck-Gelation (APG)-Technologie wird der Vakuumschalter direkt in Epoxidharz eingekapselt, was die Isolierleistung, die mechanische Stärke und die Umweltstabilität erheblich verbessert.
• ​Betriebsmechanismus: Der Betriebsmechanismus ist präzise konzipiert und verfügt über einen geringen Energieverbrauch.

2.2 Komplette Zusammensetzung und breite Anwendbarkeit

• ​Gerätezusammensetzung: Das VCF besteht aus einer optimierten Kombination von Hochspannungsstrombegrenzern (in der Lage, eine breite Palette von Kurzschlussströmen zu unterbrechen) und häufig betriebenen VCX-Vakuumschaltstellern, die eine klassische F-C-Schaltlösung bilden.
• ​Kernvorteile: Es bietet eine lange Betriebsdauer, stabile Leistung und geringes Geräusch.
• ​Anwendungsbereich: Weit verbreitet in Hochspannungshilfsenergiesystemen in thermischen Kraftwerken sowie in den Metallurgie-, Petrochemie- und Bergbauindustrien. Es ist geeignet für die Steuerung und den Schutz von Lasten wie Hochspannungsmotoren, Transformatoren und Induktionsofen.

2.3 Hohe Anpassungsfähigkeit und Sicherheitsmerkmale

• ​Schrankkompatibilität: Die ziehbare VCF-Einheit passt zu den Abmessungen und den fünf-Sicherheitsverriegelungspositionen von Schalterzieh-Einheiten in 800mm-breiten mittig angeordneten Schaltanlagen, was eine nahtlose Ersetzung ohne Änderungen an bestehenden Schaltanlagen ermöglicht.
• ​Wartungskomfort: Die ziehbare Konstruktion ermöglicht den sicheren und bequemen Austausch von Hochspannungs-Sicherungen außerhalb des Gehäuses.
• ​Halteverfahren: Der Vakuumschaltsteller kann je nach Kundenanforderung elektrisch oder mechanisch gehalten werden.
• ​Phasenausfallsschutz: Ausgestattet mit umfassendem Phasenausfallsschutz. Im Falle eines Phasenausfalls schaltet der Sicherer aus und verriegelt mechanisch, um sicherzustellen, dass das VCF den Motorkreislauf trennt und somit Motorschäden durch Einphasigkeit wirksam verhindert.

3. Haupttechnische Parameter (7,2 kV Nennwert)

4. Schutz-Steuerungsprinzip

Der VCF-Schutz wird basierend auf der Stromstärke für optimale Leistung aufgeteilt:

• ​Niedriger Strombereich (< 4kA)​: Wird vom Vakuumschaltsteller für normales Unterbrechen und Überlastschutz behandelt.
• ​Hoher Strombereich (> 4kA)​: Wird schnell durch den Hochspannungssicherer unterbrochen, um Kurzschlussfehler zu beheben.
• ​Kennlinienabstimmung: Die Schutzkurve des Schaltstellers ist unterhalb der Schutzkurve des Schalters gesetzt, um sicherzustellen, dass der Schaltsteller bei Überlastzuständen zuerst handelt. Gleichzeitig wird ein passend abgestimmter Sicherer mit Schutz-Einstellungen, die niedriger als der obere Schaltkreis liegen, ausgewählt, um ungewolltes Auslösen vollständig zu vermeiden.

5. Vorteile des VCF im Vergleich zum Vakuumschaltkreis

Für häufig gestartete und gestoppte Motorlasten bietet VCF gegenüber Vakuumschaltkreisen erhebliche Vorteile:

6. Kern des VCF-Auswahlprozesses: Leitfaden zur Sichererauswahl

Die Leistung des VCF hängt von der korrekten Auswahl des Sicherers ab, wobei folgende Faktoren berücksichtigt werden müssen:
Arbeitsspannung, Arbeitsstrom, Motorstartzeit, Starts pro Stunde, Motorvollaststrom und Kurzschlussstrom am Installationspunkt.

6.1 Auswahlregeln und -schritte

1. ​Nennspannung: Die Nennspannung des Sicherers darf nicht niedriger sein als die Systemarbeitsspannung (in diesem Fall 7,2kV).
2. ​Berechnung des Nennstroms:
• Verwenden Sie die Formel: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: Äquivalenter Strom während des Starts (A)
• NNN: Verhältnis des Startstroms zum Vollaststrom (üblicherweise 6)
• InI_nIn​: Nennvollaststrom des Motors (A)
• δ\deltaδ: Gesamtkoeffizient (abhängig von Starts pro Stunde, n, siehe Tabelle unten)

1. ​Kennlinienabstimmung: Tragen Sie den berechneten IyI_yIy​-Wert und die Motorstartzeit in die Zeit-Strom-Kennlinie des Sichererherstellers ein. Wählen Sie den Sicherer-Nennstrom, der der Kurve sofort rechts davon entspricht.
2. ​Zusätzliche Prüfung: Der ausgewählte Sicherer-Nennstrom muss ​**> 1,7-mal dem Motorvollaststrom** entsprechen.

6.2 Auswahlexempel

Für ein 7,2kV-System mit einem direkt gestarteten 250kW-Hochspannungsmotor:
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 16 Starts pro Stunde, Startzeit von 6s.

• Berechnung: Iy=6×30A×2,1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2,1 = 378AIy​=6×30A×2,1=378A
• Auswahl: Auf der Zeit-Strom-Kennlinie des Sicherers finden Sie die Kurve rechts von dem Punkt (378A, 6s), die einem Sicherer-Nennstrom von 100A entspricht.
• Überprüfung: 100A > 1,7 × 30A (51A), entspricht der Anforderung. Daher kann ein Hochspannungsmotorschutzsicherer mit 100A oder höher gewählt werden.

7. Schlussfolgerung

Aus einer umfassenden Kosten-Leistungsanalyse:

• Obwohl Vakuumschaltkreise geringere Beschaffungskosten haben, macht ihre kürzere Betriebslebensdauer sie für häufige Starts und Stops ungeeignet, was zu höheren langfristigen Wartungskosten und Fehlerrisiken führt.
• Die VCF-Lösung kombiniert die Vorteile von Vakuumschaltstellern (lange Lebensdauer, geringe Überspannung, geeignet für häufige Betriebszustände) und Sicherern (ultraschnelles Unterbrechen von Kurzschlussströmen), alles zu einem wirtschaftlichen Gesamtkostenrahmen.
• Für die Kohleförderanlage und andere Anwendungen mit häufigen Betriebszuständen und schweren Lasten beim Starten ist VCF eine ideale Lösung, die hohe Leistung, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz bietet.