Oplossing voor middenspanningsmotorbesturing en -bescherming met behulp van vacuümcontactor-fuse (VCF) in een kolentransport systeem

1. Project Background

Een kolentransportstelsel bestaat uit 15 bandtransporteurs die worden aangedreven door middenspanningsmotoren. Het systeem werkt onder complexe omstandigheden, waarbij de motoren vaak blootgesteld zijn aan zware belastingen en frequente starten. Om deze uitdagingen aan te pakken en effectieve controle en betrouwbare bescherming tijdens het opstarten van de motoren te bereiken, maakt het project volledig gebruik van Vacuum Contactor-Fuse (VCF) combinatieapparaten voor de 6kV-middenspanningsmotorverdeling. Deze oplossing geeft de technische kenmerken, voordelen en toepassing van VCF in detail, waardoor een betrouwbare referentie wordt geboden voor vergelijkbare werkomstandigheden.

2. Kernvoordelen en Technische Kenmerken van VCF

2.1 Geavanceerde Apparatuurstructuur en Isolatietechnologie

• ​Apparaattype: Deze oplossing maakt gebruik van een uitschuifbare VCF-structuur voor eenvoudige installatie, onderhoud en vervanging.
• ​Kerntechnologie: Met behulp van epoxyhartharscomposietisolatie en Automatische Drukgelingtechnologie (APG) wordt de vacuümonderbreker direct in epoxyharthars ingekapseld, wat de isolatieprestaties, mechanische sterkte en milieuweerstand significant verhoogt.
• ​Bedieningsmechanisme: Het bedieningsmechanisme is nauwkeurig ontworpen met lage energieverbruik.

2.2 Uitgebreide Samenstelling en Wijd Verspreide Toepasbaarheid

• ​Apparatuursamenstelling: De VCF bestaat uit een geoptimaliseerde combinatie van hoogspanningsstromenbeperkende vuses (in staat om een breed scala aan kortsluitstromen te onderbreken) en vaak bedienbare VCX-vacuümcontactors, wat een klassieke F-C-schakeling oplevert.
• ​Kernvoordelen: Het biedt een lange levensduur, stabiele prestaties en weinig geluid.
• ​Toepassingsgebied: Wijdverspreid gebruikt in hulpkrachtstelsels in thermische elektriciteitscentrales, evenals in metallurgische, petrochemische en mijnbouwindustrieën. Het is geschikt voor het regelen en beschermen van belastingen zoals hoogspanningsmotoren, transformatoren en inductiefuren.

2.3 Hoog Aanpassingsvermogen en Veiligheidskenmerken

• ​Kastcompatibiliteit: De uitschuifbare VCF-eenheid past bij de afmetingen en vijf-preventieve interlockposities van schakelaaruitschuifeenheden in 800mm-breed gemiddeld geplaatste schakelkasten, waardoor naadloze vervanging mogelijk is zonder wijzigingen aan bestaande schakelkasten.
• ​Onderhoudsgemak: De uitschuifbare ontwerp maakt veilige en gemakkelijke vervanging van hoogspanningsvuses buiten de kast mogelijk.
• ​Vasthoudmethode: De vacuümcontactor kan elektrisch of mechanisch worden ingesteld op basis van klantvereisten.
• ​Fase-uitvalbescherming: Uitgerust met volledige fase-uitvalbescherming. Bij fase-uitval werkt de vuse en wordt er mechanisch geïnterlockt om ervoor te zorgen dat de VCF de motorkring onderbreekt, waardoor effectief motorletsel door single-phasing wordt voorkomen.

3. Belangrijke Technische Parameters (7.2kV Rating)

4. Beschermingscontroleprincipe

VCF-bescherming is verdeeld op basis van stroomsterkte voor optimale prestaties:

• ​Lage Stromebereik (< 4kA)​: Afgehandeld door de vacuümcontactor voor normale onderbreking en overbelastingsbescherming.
• ​Hoge Stromebereik (> 4kA)​: Snel onderbroken door de hoogspanningsvus om kortsluitfouten te verhelpen.
• ​Kromme Coördinatie: De beschermingscurve van de contactor is ingesteld onder de curve van de schakelaar om ervoor te zorgen dat de contactor als eerste reageert bij overbelasting. Tegelijkertijd wordt een goed afgestemde vus met instellingen lager dan de bovenliggende schakelaar geselecteerd om onbedoelde uitschakeling volledig te voorkomen.

5. Voordelen van VCF versus Vacuümschakelaar

Voor frequent gestarte en gestopte motorbellen biedt VCF significante voordelen ten opzichte van vacuümschakelaars:

6. Kern van VCF Selectie: Gids voor Vusselectie

De prestaties van VCF hangen af van correcte vusselectie, rekening houdend met de volgende factoren:
Werkspanning, werkstroom, motoraanstaltijd, starts per uur, motorgeladen stroom, en kortsluitstroom op het installatiepunt.

6.1 Selectieregels en -stappen

1. ​Nominale Spanning: De nominale spanning van de vus mag niet lager zijn dan de systeemwerkspanning (7.2kV in dit geval).
2. ​Berekening Nominale Stroom:
• Gebruik de formule: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: Equivalent stroom tijdens het starten (A)
• NNN: Startstroom tot volle laadstroom ratio (typisch 6)
• InI_nIn​: Nominaal volle laadstroom van de motor (A)
• δ\deltaδ: Comprehensieve coëfficiënt (op basis van starts per uur, n, uit de onderstaande tabel)

1. ​Kromme Matching: Plot de berekende IyI_yIy​ waarde en de motoraanstaltijd op de tijds-stroom karakteristieke kromme van de vusfabrikant. Selecteer de nominale stroom van de vus die overeenkomt met de kromme direct rechts van dit punt.
2. ​Aanvullende Controle: De nominale stroom van de geselecteerde vus moet ​**> 1.7 keer de volle laadstroom van de motor** zijn.

6.2 Selectievoorbeeld

Voor een 7.2kV-systeem met een direct gestarte 250kW-hoogspanningsmotor:
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 16 starts per uur, starttijd van 6 seconden.

• Berekening: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• Selectie: Op de tijds-stroom kromme van de vus, vind de kromme rechts van het punt (378A, 6s), overeenkomend met een nominale vusstroom van 100A.
• Verificatie: 100A > 1.7 × 30A (51A), voldoet aan de vereiste. Dus kan een 100A of hoger gerateerde hoogspanningsmotorbeschermingsvus worden geselecteerd.

7. Conclusie

Vanuit een grondige kosten-prestatieanalyse:

• Hoewel vacuümschakelaars lagere aanschafkosten hebben, maken hun korte operationele levensduur ze ongeschikt voor frequente starts/stops, wat leidt tot hogere langdurige onderhoudskosten en risico's op storingen.
• De VCF-oplossing combineert de voordelen van vacuümcontactors (lange levensduur, laag overvoltage, geschikt voor frequente bediening) en vuses (ultrasnelle onderbreking van kortsluitstromen), allemaal tegen een economische totale kost.
• Voor het kolentransportstelsel en andere toepassingen met frequente bediening en zwaarbelaste startkenmerken is VCF een ideale oplossing die hoge prestaties, betrouwbaarheid en kosteneffectiviteit biedt.