Solution pour la commande et la protection des moteurs à moyenne tension utilisant un contacteur-fusible sous vide (VCF) dans un système de convoyage de charbon

1.Contexte du projet

Un système de convoyage de charbon comprend 15 tapis roulants entraînés par des moteurs à moyenne tension. Le système fonctionne dans des conditions complexes, les moteurs étant souvent soumis à des charges lourdes et des démarrages fréquents. Pour répondre à ces défis et atteindre un contrôle efficace et une protection fiable lors du démarrage des moteurs, le projet adopte de manière globale des dispositifs combinés de contacteur-vide-fusible (VCF) pour la distribution d'énergie des moteurs à moyenne tension de 6 kV. Cette solution détaille les caractéristiques techniques, les avantages et l'application du VCF, fournissant une référence fiable pour des conditions de travail similaires.

2. Avantages clés et caractéristiques techniques du VCF

2.1 Structure d'équipement avancée et technologie d'isolation

• ​Type d'équipement: Cette solution utilise une structure de VCF amovible pour faciliter l'installation, la maintenance et le remplacement.
• ​Technologie de base: En utilisant l'isolation composite en résine époxy et la technologie de polymérisation sous pression automatique (APG), l'interrupteur à vide est encapsulé directement dans la résine époxy, améliorant considérablement les performances d'isolation, la solidité mécanique et la stabilité environnementale.
• ​Mécanisme de fonctionnement: Le mécanisme de fonctionnement est conçu avec précision et présente une faible consommation d'énergie.

2.2 Composition complète et large applicabilité

• ​Composition de l'équipement: Le VCF est composé d'une combinaison optimisée de fusibles haute tension limitant le courant (capables d'interrompre une large gamme de courants de court-circuit) et de contacteurs à vide VCX opérationnels fréquemment, formant une solution de circuit F-C classique.
• ​Avantages clés: Il offre une longue durée de vie, des performances stables et un faible niveau sonore.
• ​Périmètre d'application: Utilisé de manière extensive dans les systèmes d'alimentation auxiliaire haute tension des centrales thermiques, ainsi que dans les industries métallurgiques, pétrochimiques et minières. Il est adapté au contrôle et à la protection de charges telles que les moteurs haute tension, les transformateurs et les fours à induction.

2.3 Haute adaptabilité et caractéristiques de sécurité

• ​Compatibilité avec l'armoire: L'unité amovible VCF correspond aux dimensions et aux positions de verrouillage cinq préventions des unités amovibles de disjoncteurs dans les armoires de distribution de 800 mm de largeur, permettant un remplacement sans modification de l'armoire existante.
• ​Facilité de maintenance: La conception amovible permet un remplacement sûr et pratique des fusibles haute tension en dehors de l'armoire.
• ​Méthode de maintien: Le contacteur à vide peut être configuré pour un maintien électrique ou mécanique selon les besoins du client.
• ​Protection contre la perte de phase: Équipé d'une protection complète contre la perte de phase. En cas de perte de phase, le fusible s'active et interagit mécaniquement pour s'assurer que le VCF déconnecte le circuit du moteur, évitant efficacement les dommages au moteur dus à la monophasie.

3. Paramètres techniques clés (classe 7,2 kV)

4. Principe de contrôle de protection

La protection VCF est divisée en fonction de l'amplitude du courant pour une performance optimale :

• ​Plage de faible courant (< 4 kA)​: Gérée par le contacteur à vide pour l'interception normale et la protection contre les surcharges.
• ​Plage de fort courant (> 4 kA)​: Interrompue rapidement par le fusible haute tension pour traiter les défauts de court-circuit.
• ​Coordination des courbes: La courbe de protection du contacteur est réglée en dessous de celle du disjoncteur pour s'assurer que le contacteur agit en premier en cas de surcharge. Simultanément, un fusible correctement assorti avec des paramètres de protection inférieurs à ceux du disjoncteur en amont est sélectionné pour éviter complètement les coupures inattendues.

5. Avantages du VCF par rapport au disjoncteur à vide

Pour les charges de moteurs fréquemment démarrés et arrêtés, le VCF présente des avantages significatifs par rapport aux disjoncteurs à vide :

6. Clé de la sélection du VCF : Guide de sélection des fusibles

Les performances du VCF dépendent de la sélection correcte des fusibles, en tenant compte des facteurs suivants :
Tension de travail, courant de travail, temps de démarrage du moteur, démarrages par heure, courant nominal à pleine charge du moteur, et courant de court-circuit au point d'installation.

6.1 Règles et étapes de sélection

1. ​Tension nominale: La tension nominale du fusible ne doit pas être inférieure à la tension de travail du système (7,2 kV dans ce cas).
2. ​Calcul du courant nominal:
• Utiliser la formule : Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: Courant équivalent pendant le démarrage (A)
• NNN: Rapport entre le courant de démarrage et le courant nominal à pleine charge (généralement 6)
• InI_nIn​: Courant nominal à pleine charge du moteur (A)
• δ\deltaδ: Coefficient global (basé sur les démarrages par heure, n, selon le tableau ci-dessous)

1. ​Adéquation des courbes: Tracer la valeur calculée de IyI_yIy​ et le temps de démarrage du moteur sur la courbe caractéristique temps-courant du fabricant du fusible. Sélectionner le courant nominal du fusible correspondant à la courbe immédiatement à droite de ce point.
2. ​Vérification supplémentaire: Le courant nominal du fusible sélectionné doit être **> 1,7 fois le courant nominal à pleine charge du moteur**.

6.2 Exemple de sélection

Pour un système de 7,2 kV avec un moteur haute tension de 250 kW démarré directement :
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 16 démarrages par heure, temps de démarrage de 6 s.

• Calcul : Iy=6×30A×2,1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2,1 = 378AIy​=6×30A×2,1=378A
• Sélection : Sur la courbe temps-courant du fusible, localiser la courbe à droite du point (378 A, 6 s), correspondant à un courant nominal de fusible de 100 A.
• Vérification : 100 A > 1,7 × 30 A (51 A), satisfaisant la condition. Ainsi, un fusible de protection de moteur haute tension de 100 A ou supérieur peut être sélectionné.

7. Conclusion

D'une analyse coût-performance globale :

• Bien que les disjoncteurs à vide aient un coût d'achat plus bas, leur durée de vie opérationnelle plus courte les rend inadaptés aux démarrages/arrêts fréquents, entraînant des coûts de maintenance plus élevés et des risques de panne à long terme.
• La solution VCF combine les avantages des contacteurs à vide (longue durée de vie, faible surtension, adaptabilité aux opérations fréquentes) et des fusibles (interruption ultra-rapide des courants de court-circuit), le tout à un coût global économique.
• Pour le système de convoyage de charbon et d'autres applications présentant des caractéristiques de fonctionnement fréquent et de démarrage à charge lourde, le VCF est une solution idéale offrant des performances, une fiabilité et un rapport coût-efficacité élevés.