Solución para o Control e a Protección de Motores de Media Tensión Usando Contactor-Fusible de Vacío (VCF) nun Sistema de Transporte de Carbón

1. Antecedentes do Proxecto

Un sistema de transporte de carbón compónse de 15 transportadores de cinta impulsados por motores de media tensión. O sistema funciona baixas condicións complexas, coas maquinas a menudo suxeitas a cargas pesadas e arranques frecuentes. Para abordar estes desafíos e lograr un control efectivo e unha protección fiable durante o arranque dos motores, o proxecto adopta de xeito comprehensivo dispositivos combinados de Contactor de Vacío-Fusible (VCF) para a distribución de enerxía de motores de media tensión de 6kV. Esta solución detalla as características técnicas, vantaxes e aplicación do VCF, proporcionando unha referencia fiable para condicións de traballo similares.

2. Vantaxes Principais e Características Técnicas do VCF

2.1 Estructura Avanzada do Equipo e Tecnoloxía de Aillamento

• ​Tipo de Equipo: Esta solución emprega unha estrutura extraíble de VCF para facilitar a instalación, manutención e substitución.
• ​Tecnoloxía Central: Utilizando resina epoxi composta e tecnoloxía de Gelificación Automática por Presión (APG), o interrumpidor de vacío está encapsulado directamente na resina epoxi, mellorando significativamente o rendemento de aillamento, a resistencia mecánica e a estabilidade ambiental.
• ​Mecanismo de Funcionamento: O mecanismo de funcionamento está deseñado con precisión e presenta un baixo consumo de enerxía.

2.2 Composición Completa e Ampla Aplicabilidade

• ​Composición do Equipo: O VCF consiste en unha combinación optimizada de fusibles limitadores de corrente de alta tensión (capaces de interromper un amplio rango de correntes de cortocircuito) e contactores de vacío VCX operables con frecuencia, formando unha solución de circuito F-C clásica.
• ​Vantaxes Centrais: Ofrece unha vida útil longa, rendemento estable e baixo nivel sonoro.
• ​Ámbito de Aplicación: Ampliamente utilizado en sistemas auxiliares de alta tensión en centrais térmicas, así como nas industrias metalúrxica, petroquímica e minera. É adecuado para controlar e protexer cargas como motores de alta tensión, transformadores e fornos de indución.

2.3 Alta Adaptabilidade e Características de Seguridade

• ​Compatibilidade con Armarios: A unidade extraíble de VCF coincide coas dimensións e posicións de interbloqueo de cinco prevencións das unidades extraíbles de interruptores de 800mm de ancho, permitindo a sustitución sinxela sen necesidade de modificar os armarios existentes.
• ​Conveniencia de Manutención: O deseño extraíble permite a substitución segura e cómoda dos fusibles de alta tensión fóra do armario.
• ​Método de Mantemento: O contactor de vacío pode ser configurado para mantemento eléctrico ou mecánico segundo as necesidades do cliente.
• ​Protección contra Falta de Fase: Equipado con protección completa contra falta de fase. En caso de fallo de fase, o fusible actúa e bloquea mecanicamente para asegurar que o VCF desconecta o circuito do motor, evitando eficazmente danos no motor debido a monofasado.

3. Parámetros Técnicos Clave (Clasificación de 7.2kV)

4. Principio de Control de Protección

A protección VCF está dividida según la magnitud de la corriente para un rendimiento óptimo:

• ​Rango de Baja Corriente (< 4kA)​: Manejado por el contactor de vacío para la interrupción normal y la protección contra sobrecarga.
• ​Rango de Alta Corriente (> 4kA)​: Interrumpido rápidamente por el fusible de alta tensión para atender fallas de cortocircuito.
• ​Coordinación de Curvas: La curva de protección del contactor se establece por debajo de la curva del interruptor para asegurar que el contactor actúe primero durante las sobrecargas. Simultáneamente, se selecciona un fusible correctamente emparejado con ajustes de protección inferiores al interruptor aguas arriba para evitar completamente los disparos no deseados.

5. Ventajas de VCF vs. Interruptor de Vacío

Para cargas de motor con arranques y paradas frecuentes, VCF ofrece ventajas significativas sobre los interruptores de vacío:

6. Núcleo de la Selección de VCF: Guía de Selección de Fusibles

El rendimiento de VCF depende de la selección correcta del fusible, considerando los siguientes factores:
Tensión de trabajo, corriente de trabajo, tiempo de arranque del motor, arranques por hora, corriente nominal a plena carga del motor y corriente de cortocircuito en el punto de instalación.

6.1 Reglas y Pasos de Selección

1. ​Tensión Nominal: La tensión nominal del fusible no debe ser inferior a la tensión de trabajo del sistema (7.2kV en este caso).
2. ​Cálculo de la Corriente Nominal:
• Utilizar la fórmula: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: Corriente equivalente durante el arranque (A)
• NNN: Relación entre la corriente de arranque y la corriente a plena carga (típicamente 6)
• InI_nIn​: Corriente nominal a plena carga del motor (A)
• δ\deltaδ: Coeficiente integral (basado en los arranques por hora, n, de la tabla siguiente)

1. ​Emparejamiento de Curvas: Graficar el valor calculado de IyI_yIy​ y el tiempo de arranque del motor en la curva característica de tiempo-corriente del fabricante del fusible. Seleccionar la corriente nominal del fusible correspondiente a la curva inmediatamente a la derecha de este punto.
2. ​Verificación Adicional: La corriente nominal seleccionada del fusible debe ser ​**> 1.7 veces la corriente a plena carga del motor**.

6.2 Ejemplo de Selección

Para un sistema de 7.2kV con un motor de alta tensión de 250kW de arranque directo:
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 16 arranques por hora, tiempo de arranque de 6s.

• Cálculo: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• Selección: En la curva de tiempo-corriente del fusible, localizar la curva a la derecha del punto (378A, 6s), correspondiente a una corriente nominal del fusible de 100A.
• Verificación: 100A > 1.7 × 30A (51A), cumpliendo con el requisito. Por lo tanto, se puede seleccionar un fusible de protección para motores de alta tensión con una corriente nominal de 100A o superior.

7. Conclusión

Desde un análisis de costo-rendimiento integral:

• Aunque los interruptores de vacío tienen costos de adquisición más bajos, su vida útil más corta los hace inadecuados para arranques/paradas frecuentes, lo que resulta en costos de mantenimiento a largo plazo más altos y riesgos de falla.
• La solución VCF combina las ventajas de los contactores de vacío (larga vida útil, baja sobretensión, adecuados para operaciones frecuentes) y los fusibles (interrupción ultra-rápida de corrientes de cortocircuito), todo a un costo general económico.
• Para el sistema de transporte de carbón y otras aplicaciones con características de operación frecuente y arranque de cargas pesadas, VCF es una solución ideal que ofrece alto rendimiento, confiabilidad y rentabilidad.