Rozwiązanie dla sterowania i ochrony silników średniego napięcia z wykorzystaniem próżniowego kontaktora-zaworu (VCF) w systemie transportu węgla

1. Tło projektu

System transportu węgla składa się z 15 taśmociągów napędzanych silnikami średniego napięcia. System działa w skomplikowanych warunkach, a silniki często są narażone na duże obciążenia i częste uruchamiania. Aby sprostać tym wyzwaniom i osiągnąć efektywną kontrolę oraz niezawodną ochronę podczas uruchamiania silników, projekt kompleksowo stosuje urządzenia kombinowane Współpracujące Stycznik-Pierwszeństwo (VCF) do rozdzielania mocy dla silników średniego napięcia 6kV. Ta propozycja szczegółowo opisuje techniczne cechy, zalety i zastosowanie VCF, dostarczając niezawodnej referencji dla podobnych warunków pracy.

2. Kluczowe Zalety i Techniczne Cechy VCF

2.1 Zaawansowana Struktura Urządzenia i Technologia Izolacji

• ​Typ Urządzenia: Ta propozycja wykorzystuje wyjazdową strukturę VCF, która ułatwia montaż, konserwację i wymianę.
• ​Kluczowa Technologia: Wykorzystanie kompozytowej izolacji żywic epoksydowych i technologii automatycznego ciśnieniowego gelenowania (APG), przy której przerzutnik próżniowy jest bezpośrednio zakapsułowany w żywicę epoksydową, znacznie zwiększając wydajność izolacyjną, wytrzymałość mechaniczną i stabilność środowiskową.
• ​Mechanizm Działania: Mechanizm działania zaprojektowany jest z precyzją i charakteryzuje się niskim zużyciem energii.

2.2 Kompleksowy Skład i Szerokie Zastosowanie

• ​Skład Urządzenia: VCF składa się z zoptymalizowanego połączenia wysokonapięciowych ograniczników prądu (zdolnych do przerwania szerokiego zakresu prądów krótkich) i często używanych styczników próżniowych VCX, tworząc klasyczne rozwiązanie obwodu F-C.
• ​Kluczowe Zalety: Oferuje długotrwałą pracę, stabilne działanie i niski poziom hałasu.
• ​Zakres Zastosowania: Szeroko stosowany w wysokonapięciowych systemach zasilania pomocniczego w elektrowniach cieplnych, a także w przemyśle metalurgicznym, petrochemicznym i górniczym. Jest odpowiedni do kontroli i ochrony obciążeń takich jak wysokonapięciowe silniki, transformatory i piecyki indukcyjne.

2.3 Wysoka Adaptacja i Bezpieczeństwo

• ​Zgodność ze Szafami: Jednostka wyjazdowa VCF odpowiada wymiarom i pozycjom pięcioprezenkcyjnego zabezpieczenia jednostek wyjazdowych przełączników w szafach przełączników środkowych szerokości 800mm, umożliwiając bezproblemową wymianę bez jakiejkolwiek modyfikacji istniejących szaf.
• ​Wygodna Konserwacja: Wyjazdowa konstrukcja umożliwia bezpieczną i wygodną wymianę wysokonapięciowych ograniczników prądu poza szafą.
• ​Sposób Utrzymywania: Stycznik próżniowy może być skonfigurowany do elektrycznego lub mechanicznego utrzymywania w zależności od wymagań klienta.
• ​Ochrona Przed Brakiem Fazy: Wyposażony w kompleksową ochronę przed brakiem fazy. W przypadku braku fazy ogranicznik prądu działa i mechanicznie blokuje, aby upewnić się, że VCF rozłącza obwód silnika, skutecznie zapobiegając uszkodzeniu silnika z powodu pojedynczej fazy.

3. Kluczowe Parametry Techniczne (Nominalne Napięcie 7.2kV)

4. Zasada Kontroli Ochrony

Ochrona VCF jest podzielona według wielkości prądu dla optymalnego działania:

• ​Niski Zakres Prądu (< 4kA)​: Obsługiwany przez stycznik próżniowy dla normalnego przerwania i ochrony przeciw nadmiernemu obciążeniu.
• ​Wysoki Zakres Prądu (> 4kA)​: Szybko przerwany przez ogranicznik prądu wysokiego napięcia, aby rozwiązać awarie prądu krótkiego.
• ​Dopasowanie Krzywej: Krzywa ochrony stycznika jest ustawiona poniżej krzywej przełącznika, aby upewnić się, że stycznik działa pierwszy podczas nadmiernych obciążeń. Jednocześnie wybierany jest odpowiednio dopasowany ogranicznik prądu z ustawieniami ochrony niższymi niż przełącznik upstream, aby całkowicie uniknąć przypadkowego wyłączenia.

5. Zalety VCF w Porównaniu z Przełącznikiem Próżniowym

Dla obciążeń silników często uruchamianych i zatrzymywanych, VCF oferuje znaczące zalety w porównaniu z przełącznikami próżniowymi:

6. Klucz do Wyboru VCF: Przewodnik Wyboru Ogranicznika Prądu

Wydajność VCF zależy od poprawnego wyboru ogranicznika prądu, biorąc pod uwagę następujące czynniki:
Napięcie robocze, prąd roboczy, czas uruchamiania silnika, liczba uruchomień na godzinę, pełny prąd obciążenia silnika i prąd krótkiego zaciągnięcia w punkcie instalacji.

6.1 Zasady i Krok Wyboru

1. ​Nominalne Napięcie: Nominalne napięcie ogranicznika prądu nie może być niższe niż napięcie robocze systemu (7.2kV w tym przypadku).
2. ​Obliczenie Nominalnego Prądu:
• Użyj wzoru: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: Równoważny prąd podczas uruchamiania (A)
• NNN: Stosunek prądu uruchomieniowego do pełnego prądu obciążenia (zwykle 6)
• InI_nIn​: Nominalny pełny prąd obciążenia silnika (A)
• δ\deltaδ: Współczynnik kompleksowy (w oparciu o liczbę uruchomień na godzinę, n, z tabeli poniżej)

1. ​Dopasowanie Krzywej: Narysuj obliczoną wartość IyI_yIy​ i czas uruchamiania silnika na charakterystyce czas-prąd producenta ogranicznika prądu. Wybierz nominalny prąd ogranicznika prądu odpowiadający krzywej natychmiast po prawej stronie tego punktu.
2. ​Dodatkowe Sprawdzenie: Wybrany nominalny prąd ogranicznika prądu musi być ​**> 1.7 razy pełny prąd obciążenia silnika**.

6.2 Przykład Wyboru

Dla systemu 7.2kV z bezpośrednio uruchamianym wysokonapiętnym silnikiem 250kW:
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 16 uruchomień na godzinę, czas uruchamiania 6s.

• Obliczenie: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• Wybór: Na krzywej czas-prąd ogranicznika, znajdź krzywą po prawej stronie punktu (378A, 6s), odpowiadającą nominalnemu prądowi ogranicznika prądu 100A.
• Weryfikacja: 100A > 1.7 × 30A (51A), spełniając wymagania. Tak więc, można wybrać ogranicznik prądu ochrony wysokonapiętnego silnika o nominalnym prądzie 100A lub wyższym.

7. Podsumowanie

Z analizy kosztów i wydajności:

• Pomimo że przełączniki próżniowe mają niższe koszty zakupu, ich krótsze życie operacyjne sprawia, że nie są odpowiednie do częstych uruchomień/zatrzymań, co prowadzi do wyższych długoterminowych kosztów konserwacji i ryzyka awarii.
• Rozwiązanie VCF łączy zalety styczników próżniowych (długie życie, niskie nadnapięcia, odpowiednie do częstego działania) i ograniczników prądu (bardzo szybkie przerwanie prądów krótkiego zaciągnięcia), wszystko to w ekonomicznej całościowej cenie.
• Dla systemu transportu węgla i innych zastosowań z częstym działaniem i charakterystyką uruchamiania z dużym obciążeniem, VCF jest idealnym rozwiązaniem oferującym wysoką wydajność, niezawodność i ekonomiczność.