石炭搬送システムにおける真空接触器-ヒューズ（VCF）を使用した中圧モータ制御および保護ソリューション
1.プロジェクト背景
石炭輸送システムは、中圧モーターによって駆動される15のベルトコンベアで構成されています。このシステムは複雑な条件下で動作し、モーターは頻繁に重負荷と起動を経験します。これらの課題に対処し、モーター起動時の効果的な制御と信頼性のある保護を達成するために、本プロジェクトでは6kV中圧モーターパワーディストリビューションに真空コンタクタ-ヒューズ（VCF）組み合わせ装置を総合的に採用しています。このソリューションは、VCFの技術的特徴、利点、および応用について詳細に説明しており、同様の作業条件に対する信頼性のある参考資料を提供します。
- VCFの主要な利点と技術的特徴
2.1 先進的な設備構造と絶縁技術
- 設備タイプ: このソリューションでは、インストール、メンテナンス、交換が容易な引き出し式VCF構造を採用しています。
- コア技術: エポキシ樹脂複合絶縁と自動プレスゲル化（APG）技術を利用し、真空遮断器を直接エポキシ樹脂に封入することで、絶縁性能、機械強度、環境安定性を大幅に向上させています。
- 動作機構: 動作機構は精密に設計され、低消費電力です。
2.2 総合的な構成と広範な適用性
- 設備構成: VCFは、幅広い短絡電流を切断可能な高電流制限ヒューズと頻繁に操作可能なVCX真空コンタクタの最適な組み合わせで構成され、古典的なF-C回路ソリューションを形成します。
- コア利点: 長寿命、安定した性能、低ノイズを提供します。
- 適用範囲: 石油化学、鉱業などの産業や熱電発電所の高電圧補助電源システムで広く使用され、高電圧モーター、変圧器、誘導炉などの負荷の制御と保護に適しています。
2.3 高い適応性と安全性
- キャビネット互換性: 引き出し式VCFユニットは、800mm幅の中置型スイッチギアのサーキットブレーカー引き出しユニットの寸法と五つの防護連動位置と一致しており、既存のスイッチギアを変更することなくシームレスに交換できます。
- メンテナンスの便利さ: 引き出し式デザインにより、キャビネット外で安全かつ便利に高電圧ヒューズの交換が可能です。
- 保持方法: 顧客の要件に基づいて、真空コンタクタは電気または機械保持を設定することができます。
- 相欠損保護: 包括的な相欠損保護機能を備えています。相欠損が発生した場合、ヒューズが動作し、機械的に連動してVCFがモーターサーキットを切断し、単相によるモーターの損傷を効果的に防止します。
- 主要技術パラメータ（7.2kV定格）
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パラメータ |
値 |
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定格電圧 |
7.2 kV |
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定格電源周波数耐電圧（相間および相対地） |
32 kV |
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定格電源周波数耐電圧（絶縁ギャップ） |
36 kV |
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雷衝撃耐電圧（相間および相対地） |
60 kV |
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雷衝撃耐電圧（絶縁ギャップ） |
68 kV |
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定格電流 |
315 A |
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適合可能なヒューズの最大定格電流 |
315 A |
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短絡遮断電流 |
50 kA |
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短絡閉鎖電流 |
130 kA（ピーク） |
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転送電流 |
4 kA |
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機械寿命（電気保持） |
500,000 回 |
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機械寿命（機械保持） |
300,000 回 |
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定格動作電源電圧 |
220V AC/DC |
- 保護制御原理
VCFの保護は、最適な性能のために電流の大きさに基づいて分かれています：
- 低電流範囲（< 4kA）: 通常の遮断と過負荷保護には真空コンタクタを使用します。
- 高電流範囲（> 4kA）: 高電圧ヒューズが迅速に動作して短絡故障を解決します。
- 曲線調整: コンタクタの保護曲線は、オーバーロード時にコンタクタが最初に動作するようにサーキットブレーカーの曲線よりも下に設定されています。同時に、上流のサーキットブレーカーよりも低い保護設定を持つ適切にマッチングされたヒューズを選択することで、意図しないトリッピングを完全に避けることができます。
- VCFと真空サーキットブレーカーの比較
頻繁に起動・停止するモーターロードに対して、VCFは真空サーキットブレーカーよりも顕著な利点があります：
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比較次元 |
VCF（真空コンタクタ-ヒューズ） |
真空サーキットブレーカー |
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動作寿命 |
非常に高い、最大500,000回、頻繁な切り替えに適しています |
頻繁な起動・停止には適しておらず、高動作回数の利点がありません |
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障害遮断速度 |
非常に速い；高障害電流を10-15ms以内で遮断し、モーターの絶縁を効果的に保護します |
遅い；最も速い遮断でも≧100ms、障害電流がモーターの絶縁を熱老化または損傷させる可能性があります |
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切り替え過電圧 |
低い；真空コンタクタの接点は軟質材料を使用し、低電流切断によりモーターの絶縁への影響を最小限に抑えます |
高い；サーキットブレーカーの接点は硬質材料を使用し、高電流切断により大きな切り替え過電圧が発生します |
- VCF選択の核心：ヒューズ選択ガイド
VCFの性能は、以下の要因を考慮した正しいヒューズの選択にかかっています：
動作電圧、動作電流、モーターの起動時間、1時間あたりの起動回数、モーターのフルロード電流、設置地点での短絡電流。
6.1 選択ルールと手順
- 定格電圧: ヒューズの定格電圧は、システム動作電圧（本例では7.2kV）以下であってはなりません。
- 定格電流計算:
- 次の公式を使用します：Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy=N×In×δ
- IyI_yIy: 起動中の等価電流（A）
- NNN: 起動電流からフルロード電流までの比率（通常6）
- InI_nIn: モーターの定格フルロード電流（A）
- δ\deltaδ: 総合係数（1時間あたりの起動回数nに基づく、以下の表参照）
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1時間あたりの起動回数（n） |
≦4 |
8 |
16 |
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総合係数（δ） |
1.7 |
1.9 |
2.1 |
- 曲線マッチング: 計算されたIyI_yIy値とモーターの起動時間をヒューズメーカーの時間-電流特性曲線上にプロットし、その点の右側にある曲線に対応するヒューズの定格電流を選択します。
- 追加チェック: 選択されたヒューズの定格電流は、**＞1.7倍のモーターのフルロード電流**である必要があります。
6.2 選択例
7.2kVシステムで直接起動する250kWの高電圧モーターの場合：
In=30AI_n = 30AIn=30A、1時間あたり16回の起動、起動時間6秒。
- 計算：Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy=6×30A×2.1=378A
- 選択：ヒューズ時間-電流曲線上で、点（378A, 6秒）の右側にある曲線に対応するヒューズの定格電流は100Aです。
- 確認：100A ＞ 1.7 × 30A（51A）、要件を満たしています。したがって、100A以上の定格高電圧モータープロテクションヒューズを選択することができます。
- 結論
総合的なコストパフォーマンス分析から：
- 真空サーキットブレーカーは調達コストが低いですが、短い動作寿命のために頻繁な起動・停止には不適であり、長期的には維持管理コストと故障リスクが高いです。
- VCFソリューションは、真空コンタクタ（長寿命、低過電圧、頻繁な操作に適している）とヒューズ（短絡電流の超高速遮断）の利点を組み合わせて、経済的な全体コストで提供されます。
- 石炭輸送システムや他の頻繁な操作と重負荷起動特性を持つアプリケーションにおいて、VCFは高性能、信頼性、コスト効率の高い理想的なソリューションです。
