Soluzione per il controllo e la protezione di motori a media tensione utilizzando un contattore-fusibile a vuoto (VCF) in un sistema di trasporto del carbone

1. Contesto del Progetto

Un sistema di trasporto del carbone comprende 15 nastri trasportatori azionati da motori a media tensione. Il sistema opera in condizioni complesse, con i motori spesso sottoposti a carichi pesanti e avvii frequenti. Per affrontare queste sfide e ottenere un controllo efficace e una protezione affidabile durante l'avvio dei motori, il progetto adotta in modo esaustivo dispositivi combinati Contattore a Vuoto-Fusibile (VCF) per la distribuzione di energia ai motori a media tensione da 6 kV. Questa soluzione dettaglia le caratteristiche tecniche, i vantaggi e l'applicazione del VCF, fornendo un riferimento affidabile per condizioni di lavoro simili.

2. Vantaggi e Caratteristiche Tecniche Principali del VCF

2.1 Struttura Avanzata dell'Equipaggiamento e Tecnologia d'Isolamento

• ​Tipo di Equipaggiamento: Questa soluzione utilizza una struttura VCF estrattile per facilitare l'installazione, la manutenzione e la sostituzione.
• ​Tecnologia Centrale: Utilizzando l'isolamento composito in resina epoxidica e la tecnologia di Gelificazione Automatica a Pressione (APG), l'interruttore a vuoto è direttamente incapsulato nella resina epoxidica, migliorando significativamente le prestazioni di isolamento, la resistenza meccanica e la stabilità ambientale.
• ​Mechanismo di Funzionamento: Il meccanismo di funzionamento è progettato con precisione e presenta un basso consumo energetico.

2.2 Composizione Completa e Ampia Applicabilità

• ​Composizione dell'Equipaggiamento: Il VCF consiste in una combinazione ottimizzata di fusibili limitatori di corrente ad alta tensione (in grado di interrompere un'ampia gamma di correnti di cortocircuito) e contattori a vuoto VCX operabili frequentemente, formando una soluzione di circuito F-C classica.
• ​Vantaggi Principali: Offre una lunga durata operativa, prestazioni stabili e basso rumore.
• ​Ambito di Applicazione: Ampiamente utilizzato nei sistemi ausiliari ad alta tensione nelle centrali termoelettriche, nonché nelle industrie metallurgiche, petrolchimiche e minerarie. È adatto per il controllo e la protezione di carichi come motori ad alta tensione, trasformatori e forni ad induzione.

2.3 Alta Adattabilità e Caratteristiche di Sicurezza

• ​Compatibilità con Armadietti: L'unità estrattile VCF si adatta alle dimensioni e alle posizioni di interblocco a cinque livelli degli armadietti estrattili degli interruttori a 800 mm di larghezza, consentendo un rimpiazzo senza modifiche agli armadietti esistenti.
• ​Facilità di Manutenzione: La progettazione estrattile permette un rimpiazzo sicuro e conveniente dei fusibili ad alta tensione all'esterno dell'armadietto.
• ​Metodo di Mantenimento: Il contattore a vuoto può essere configurato per il mantenimento elettrico o meccanico in base alle esigenze del cliente.
• ​Protezione contro la Mancanza di Fase: Dotato di una protezione completa contro la mancanza di fase. In caso di mancanza di fase, il fusibile interviene e blocca meccanicamente per assicurare che il VCF interrompa il circuito del motore, prevenendo efficacemente danni al motore dovuti alla monofase.

3. Parametri Tecnici Chiave (Classe 7.2kV)

4. Principio di Controllo e Protezione

La protezione VCF è suddivisa in base all'ampiezza della corrente per ottenere le migliori prestazioni:

• ​Gamma di Corrente Bassa (< 4kA)​: Gestita dal contattore a vuoto per l'interruzione normale e la protezione da sovraccarico.
• ​Gamma di Corrente Alta (> 4kA)​: Interrotta rapidamente dal fusibile ad alta tensione per gestire i guasti di cortocircuito.
• ​Coordinazione delle Curve: La curva di protezione del contattore è impostata al di sotto della curva dell'interruttore per assicurare che il contattore intervenga per primo in caso di sovraccarico. Simultaneamente, viene selezionato un fusibile adeguatamente abbinato con impostazioni di protezione inferiori rispetto all'interruttore a monte per evitare completamente gli scatti indesiderati.

5. Vantaggi del VCF rispetto all'Interruttore a Vuoto

Per carichi di motori che vengono avviati e fermati frequentemente, il VCF offre vantaggi significativi rispetto agli interruttori a vuoto:

6. Nucleo della Selezione del VCF: Guida alla Selezione del Fusibile

Le prestazioni del VCF dipendono dalla corretta selezione del fusibile, considerando i seguenti fattori:
Tensione di lavoro, corrente di lavoro, tempo di avvio del motore, avvii all'ora, corrente a pieno carico del motore e corrente di cortocircuito nel punto di installazione.

6.1 Regole e Passaggi di Selezione

1. ​Tensione Nominal: La tensione nominal del fusibile non deve essere inferiore alla tensione di lavoro del sistema (7.2 kV in questo caso).
2. ​Calcolo della Corrente Nominal:
• Utilizzare la formula: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: Corrente equivalente durante l'avvio (A)
• NNN: Rapporto tra corrente di avvio e corrente a pieno carico (tipicamente 6)
• InI_nIn​: Corrente a pieno carico nominale del motore (A)
• δ\deltaδ: Coefficiente complessivo (basato sugli avvii all'ora, n, dalla tabella sottostante)

1. ​Abbinamento delle Curve: Tracciare il valore calcolato di IyI_yIy​ e il tempo di avvio del motore sulla curva caratteristica tempo-corrente del produttore del fusibile. Selezionare la corrente nominal del fusibile corrispondente alla curva immediatamente a destra di questo punto.
2. ​Controllo Aggiuntivo: La corrente nominal del fusibile selezionato deve essere ​**> 1.7 volte la corrente a pieno carico del motore**.

6.2 Esempio di Selezione

Per un sistema a 7.2 kV con un motore ad alta tensione da 250 kW avviato direttamente:
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 16 avvii all'ora, tempo di avvio di 6 s.

• Calcolo: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• Selezione: Sulla curva tempo-corrente del fusibile, individuare la curva a destra del punto (378 A, 6 s), corrispondente a una corrente nominal del fusibile di 100 A.
• Verifica: 100 A > 1.7 × 30 A (51 A), soddisfa il requisito. Pertanto, può essere selezionato un fusibile di protezione per motori ad alta tensione con una corrente nominal di 100 A o superiore.

7. Conclusione

Dall'analisi complessiva costi-prestazioni:

• Pur avendo un costo di acquisto inferiore, gli interruttori a vuoto hanno una vita operativa più breve, rendendoli inadatti per avvii/fermate frequenti, con costi di manutenzione a lungo termine più elevati e rischi di guasto superiori.
• La soluzione VCF combina i vantaggi dei contattori a vuoto (lunga vita, bassa sovratensione, idoneità per operazioni frequenti) e dei fusibili (interruzione ultrarapida delle correnti di cortocircuito), tutto a un costo complessivo economico.
• Per il sistema di trasporto del carbone e altre applicazioni con caratteristiche di operazioni frequenti e avvii a carico pesante, il VCF rappresenta una soluzione ideale offrendo prestazioni elevate, affidabilità e costi contenuti.