석탄 운반 시스템에서 진공 접촉기-퓨즈(VCF)를 사용한 중간 전압 모터 제어 및 보호 솔루션

1. 프로젝트 배경

이 석탄 운반 시스템은 중전압 모터로 구동되는 15대의 벨트 컨베이어로 구성되어 있습니다. 시스템은 복잡한 조건 하에서 작동하며, 모터는 종종 중량 부하와 빈번한 시작에 노출됩니다. 이러한 도전 과제를 해결하고 모터 시작 시 효과적인 제어와 신뢰성 있는 보호를 달성하기 위해, 프로젝트는 6kV 중전압 모터 전력 분배를 위한 진공 접촉기-퓨즈(VCF) 조합 장치를 포괄적으로 채택합니다. 이 솔루션은 VCF의 기술적 특징, 장점 및 적용 사례를 상세히 설명하여 유사한 작업 조건에 대한 신뢰할 수 있는 참조를 제공합니다.

2. VCF의 핵심 장점 및 기술적 특징

2.1 고급 장비 구조 및 절연 기술

• ​장비 유형: 이 솔루션은 설치, 유지 관리, 교체가 용이하도록 철수 가능한 VCF 구조를 채택합니다.
• ​핵심 기술: 에폭시 수지 복합 절연과 자동 압력 젤화(APG) 기술을 활용하여 진공 차단기는 에폭시 수지에 직접 포장되어 절연 성능, 기계적 강도 및 환경적 안정성을 크게 향상시킵니다.
• ​운영 메커니즘: 운영 메커니즘은 정밀하게 설계되어 저전력을 소모합니다.

2.2 포괄적인 구성 및 광범위한 적용 가능성

• ​장비 구성: VCF는 다양한 단락 전류를 차단할 수 있는 고전압 제한 퓨즈와 빈번히 작동 가능한 VCX 진공 접촉기를 최적화된 조합으로 구성하여 클래식 F-C 회로 솔루션을 형성합니다.
• ​핵심 장점: 장기간의 운영 수명, 안정적인 성능, 낮은 소음을 제공합니다.
• ​응용 범위: 열 발전소의 고전압 보조 전력 시스템, 금속, 석유 화학, 광업 산업 등에서 널리 사용되며, 고전압 모터, 변압기, 유도로드 등의 제어 및 보호에 적합합니다.

2.3 높은 적응성 및 안전 기능

• ​캐비닛 호환성: VCF 철수 유닛은 800mm 폭의 중앙 장착 스위치 기어의 회로 차단기 철수 유닛과 동일한 크기와 5개의 예방 잠금 위치를 갖추고 있어 기존 스위치 기어를 변경하지 않고도 원활한 교체가 가능합니다.
• ​유지 보수 편의성: 철수 가능한 설계로 인해 캐비닛 외부에서 고전압 퓨즈를 안전하고 편리하게 교체할 수 있습니다.
• ​보유 방법: 고객 요구에 따라 진공 접촉기를 전기 또는 기계 보유로 구성할 수 있습니다.
• ​상 결함 보호: 포괄적인 상 결함 보호를 장착하였습니다. 상 결함 발생 시 퓨즈가 작동하여 기계적으로 잠그어 VCF가 모터 회로를 차단하여 단상으로 인한 모터 손상을 효과적으로 방지합니다.

3. 주요 기술적 매개변수 (7.2kV 등급)

4. 보호 제어 원리

VCF 보호는 최적의 성능을 위해 전류 크기에 따라 나뉩니다:

• ​저 전류 범위 (< 4kA)​: 정상적인 차단 및 과부하 보호를 위해 진공 접촉기가 처리합니다.
• ​고 전류 범위 (> 4kA)​: 단락 회로 결함을 신속히 차단하기 위해 고전압 퓨즈가 빠르게 작동합니다.
• ​곡선 조정: 접촉기의 보호 곡선은 회로 차단기의 곡선보다 아래로 설정되어 과부하 시 접촉기가 먼저 작동하도록 합니다. 동시에 상위 회로 차단기보다 낮은 보호 설정을 가진 적절히 맞춘 퓨즈를 선택하여 의도하지 않은 트립을 완전히 피합니다.

5. VCF와 진공 회로 차단기의 비교 장점

빈번히 시작 및 중지되는 모터 부하에 대해 VCF는 진공 회로 차단기에 비해 다음과 같은 중요한 장점을 제공합니다:

6. VCF 선택의 핵심: 퓨즈 선택 가이드

VCF의 성능은 올바른 퓨즈 선택에 달려 있으며, 다음 요소들을 고려해야 합니다:
작동 전압, 작동 전류, 모터 시작 시간, 시간당 시작 횟수, 모터 만부하 전류, 설치 지점의 단락 전류.

6.1 선택 규칙 및 단계

1. ​정격 전압: 퓨즈의 정격 전압은 시스템 작동 전압(이 경우 7.2kV)보다 낮아서는 안 됩니다.
2. ​정격 전류 계산:
• 다음 공식을 사용: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: 시작 중의 상당 전류 (A)
• NNN: 시작 전류 대 만부하 전류 비율 (일반적으로 6)
• InI_nIn​: 모터 정격 만부하 전류 (A)
• δ\deltaδ: 종합 계수 (시간당 시작 횟수 n에 따라 아래 표에서 확인)

1. ​곡선 일치: 계산된 IyI_yIy​ 값과 모터의 시작 시간을 퓨즈 제조사의 시간-전류 특성 곡선에 플롯합니다. 이 점 바로 오른쪽의 곡선에 해당하는 퓨즈 정격 전류를 선택합니다.
2. ​추가 확인: 선택된 퓨즈의 정격 전류는 **모터의 만부하 전류의 1.7 배 이상**이어야 합니다.

6.2 선택 예시

7.2kV 시스템에서 250kW 고전압 모터를 직접 시작하는 경우:
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 시간당 16회 시작, 6초의 시작 시간.

• 계산: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• 선택: 퓨즈 시간-전류 곡선에서 (378A, 6초) 점 오른쪽의 곡선을 찾고, 이에 해당하는 퓨즈 정격 전류는 100A입니다.
• 확인: 100A > 1.7 × 30A (51A), 요구사항을 충족합니다. 따라서 100A 또는 그 이상의 정격 고전압 모터 보호 퓨즈를 선택할 수 있습니다.

7. 결론

종합적인 비용-성능 분석에서:

• 진공 회로 차단기는 구입 비용이 낮지만, 짧은 작동 수명으로 인해 빈번한 시작/중지에 적합하지 않으며, 장기적으로 유지 보수 비용과 고장 위험이 높습니다.
• VCF 솔루션은 진공 접촉기(긴 수명, 낮은 과전압, 빈번한 작동에 적합)와 퓨즈(단락 전류의 초고속 차단)의 장점을 결합하여 경제적인 전체 비용으로 제공됩니다.
• 석탄 운반 시스템과 같이 빈번한 작동 및 중량 부하 시작 특성을 가진 다른 응용 분야에서 VCF는 높은 성능, 신뢰성 및 비용 효율성을 제공하는 이상적인 솔루션입니다.