Решение для управления и защиты средневольтных двигателей с использованием вакуумного контактора-предохранителя (VCF) в системе транспортировки угля
1. Проектный фон
Система транспортировки угля включает 15 ленточных конвейеров, приводимых в движение двигателями среднего напряжения. Система работает в сложных условиях, при которых двигатели часто подвергаются большим нагрузкам и частым запускам. Для решения этих проблем и достижения эффективного управления и надежной защиты при запуске двигателей проект комплексно использует устройства комбинации вакуумного контактора-предохранителя (VCF) для распределения электроэнергии на двигатели среднего напряжения 6 кВ. Это решение подробно описывает технические характеристики, преимущества и применение VCF, предоставляя надежное руководство для аналогичных условий работы.
- Основные преимущества и технические характеристики VCF
2.1 Продвинутая конструкция оборудования и технология изоляции
- Тип оборудования: В этом решении используется выдвижная конструкция VCF для удобства установки, обслуживания и замены.
- Основная технология: Используется композитная изоляция эпоксидной смолой и технология автоматического гелеобразования (APG), при которой вакуумный прерыватель непосредственно заливается эпоксидной смолой, что значительно повышает изоляционные характеристики, механическую прочность и стабильность в окружающей среде.
- Механизм управления: Механизм управления разработан с высокой точностью и имеет низкое энергопотребление.
2.2 Комплексный состав и широкая применимость
- Состав оборудования: VCF состоит из оптимизированной комбинации высоковольтных ограничивающих предохранителей (способных прерывать широкий диапазон коротких замыканий) и часто используемых вакуумных контакторов VCX, образуя классическое решение F-C цепи.
- Основные преимущества: Обеспечивает длительный срок службы, стабильную работу и низкий уровень шума.
- Область применения: Широко используется в высоковольтных вспомогательных системах электроснабжения тепловых электростанций, а также в металлургической, нефтехимической и горнодобывающей промышленности. Подходит для управления и защиты нагрузок, таких как высоковольтные двигатели, трансформаторы и индукционные печи.
2.3 Высокая адаптивность и безопасность
- Совместимость с шкафами: Выдвижная секция VCF соответствует размерам и пяти местам блокировки в шкафах средней установки шириной 800 мм, что позволяет без изменений заменить существующие выдвижные секции.
- Удобство обслуживания: Выдвижная конструкция позволяет безопасно и удобно заменять высоковольтные предохранители вне шкафа.
- Метод удержания: Вакуумный контактор может быть настроен на электрическое или механическое удержание в зависимости от требований клиента.
- Защита от обрыва фазы: Оснащена полной защитой от обрыва фазы. В случае обрыва фазы предохранитель срабатывает и механически блокируется, обеспечивая отключение VCF от цепи двигателя, что эффективно предотвращает повреждение двигателя из-за однофазного режима работы.
- Основные технические параметры (номинальное напряжение 7.2 кВ)
|
Параметр |
Значение |
|
Номинальное напряжение |
7.2 кВ |
|
Номинальное напряжение промышленной частоты (между фазами и между фазой и землей) |
32 кВ |
|
Номинальное напряжение промышленной частоты (изоляционный зазор) |
36 кВ |
|
Напряжение импульса молнии (между фазами и между фазой и землей) |
60 кВ |
|
Напряжение импульса молнии (изоляционный зазор) |
68 кВ |
|
Номинальный ток |
315 А |
|
Максимальный номинальный ток совместимого предохранителя |
315 А |
|
Ток отключения короткого замыкания |
50 кА |
|
Ток включения короткого замыкания |
130 кА (пиковый) |
|
Переходный ток |
4 кА |
|
Механический ресурс (электрическое удержание) |
500 000 операций |
|
Механический ресурс (механическое удержание) |
300 000 операций |
|
Номинальное напряжение питания |
220 В AC/DC |
- Принцип защиты и управления
Защита VCF разделена по величине тока для оптимальной производительности:
- Диапазон малых токов (< 4 кА): Обрабатывается вакуумным контактором для нормального отключения и защиты от перегрузки.
- Диапазон больших токов (> 4 кА): Быстро прерывается высоковольтным предохранителем для устранения короткого замыкания.
- Согласование характеристик: Характеристика защиты контактора устанавливается ниже характеристики защиты выключателя, чтобы контактор срабатывал первым при перегрузках. Одновременно выбирается правильно согласованный предохранитель с характеристиками защиты ниже, чем у вышестоящего выключателя, чтобы полностью избежать случайных срабатываний.
- Преимущества VCF по сравнению с вакуумным выключателем
Для двигателей, которые часто запускаются и останавливаются, VCF предлагает значительные преимущества по сравнению с вакуумными выключателями:
|
Критерий сравнения |
VCF (вакуумный контактор-предохранитель) |
Вакуумный выключатель |
|
Срок службы |
Очень высокий, до 500 000 операций, идеально подходит для частого переключения |
Не подходит для частых запусков и остановок, не имеет преимущества высокого количества операций |
|
Скорость отключения при отказе |
Очень быстрая; предохранитель прерывает высокие токи отказа в течение 10-15 мс, эффективно защищая изоляцию двигателя |
Медленнее; самое быстрое отключение занимает ≥100 мс, токи отказа могут вызвать термическое старение или повреждение изоляции двигателя |
|
Перенапряжение при переключении |
Низкое; контакты вакуумного контактора используют мягкие материалы с низким отсечением тока, минимизируя влияние на изоляцию двигателя |
Высокое; контакты выключателя используют жесткие материалы с высоким отсечением тока, что приводит к значительному перенапряжению при переключении |
- Основа выбора VCF: Руководство по выбору предохранителей
Производительность VCF зависит от правильного выбора предохранителей, учитывая следующие факторы:
Рабочее напряжение, рабочий ток, время запуска двигателя, количество запусков в час, полный ток нагрузки двигателя и ток короткого замыкания в точке установки.
6.1 Правила и шаги выбора
- Номинальное напряжение: Номинальное напряжение предохранителя не должно быть ниже рабочего напряжения системы (в данном случае 7.2 кВ).
- Расчет номинального тока:
- Используйте формулу: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy=N×In×δ
- IyI_yIy: Эквивалентный ток при запуске (А)
- NNN: Соотношение тока запуска к полному току нагрузки (обычно 6)
- InI_nIn: Полный ток нагрузки двигателя (А)
- δ\deltaδ: Комплексный коэффициент (на основе количества запусков в час, n, из таблицы ниже)
|
Количество запусков в час (n) |
≤4 |
8 |
16 |
|
Комплексный коэффициент (δ) |
1.7 |
1.9 |
2.1 |
- Согласование характеристик: Постройте рассчитанное значение IyI_yIy и время запуска двигателя на временной-токовой характеристике производителя предохранителей. Выберите номинальный ток предохранителя, соответствующий кривой сразу справа от этой точки.
- Дополнительная проверка: Номинальный ток выбранного предохранителя должен быть **> 1.7 раз полного тока нагрузки двигателя**.
6.2 Пример выбора
Для системы 7.2 кВ с прямо запущенным высоковольтным двигателем мощностью 250 кВт:
In=30AIn = 30AIn=30A, 16 запусков в час, время запуска 6 с.
- Расчет: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy=6×30A×2.1=378A
- Выбор: На временной-токовой характеристике предохранителя найдите кривую справа от точки (378A, 6 с), соответствующую номинальному току предохранителя 100 A.
- Проверка: 100 A > 1.7 × 30 A (51 A), что удовлетворяет требованию. Таким образом, можно выбрать предохранитель с номинальным током 100 A или выше для защиты высоковольтного двигателя.
- Заключение
С учетом комплексного анализа соотношения цена-производительность:
- Хотя вакуумные выключатели имеют более низкую стоимость приобретения, их меньший срок службы делает их непригодными для частых запусков и остановок, что приводит к более высоким долгосрочным затратам на обслуживание и рискам отказов.
- Решение VCF сочетает преимущества вакуумных контакторов (длительный срок службы, низкое перенапряжение, пригодность для частого использования) и предохранителей (ультрабыстрое прерывание токов короткого замыкания) при экономически выгодной общей стоимости.
- Для системы транспортировки угля и других применений с частыми операциями и тяжелыми условиями запуска VCF является идеальным решением, обеспечивающим высокую производительность, надежность и экономическую эффективность.
