Рішення для керування та захисту середнього напруги електродвигунів з використанням вакуумного контактора-автоматичного вимикача (VCF) у системі транспортування вугілля

1. Проектний тло

Система транспортування вугілля складається з 15-ти конвеєрів, приводимих в дію середньовольтовими двигунами. Система працює в складних умовах, коли двигуни часто піддаються важким навантаженням і частим запускам. Для вирішення цих проблем і досягнення ефективного керування та надійного захисту під час запуску двигунів, проект повністю використовує комбіновані пристрої Вакуумний контактор-предохранитель (VCF) для розподілу електроенергії середнього напруги 6 кВ. Це рішення деталізує технічні характеристики, переваги та застосування VCF, надаючи надійний посилання для схожих умов праці.

2. Основні переваги та технічні характеристики VCF

2.1 Прогресивна конструкція обладнання та технологія ізоляції

• ​Тип обладнання: Це рішення використовує витягнуву конструкцію VCF для легкого монтажу, обслуговування та заміни.
• ​Основна технологія: Використання композитної епоксидної смоли для ізоляції та технології автоматичного гелеобразування (APG), вакуумний переривач безпосередньо заключений в епоксидну смолу, що значно підвищує характеристики ізоляції, механічну міцність та стабільність до середовища.
• ​Механізм роботи: Механізм роботи спроектований з точністю і має низький витрати енергії.

2.2 Комплексний склад та широка призначена область

• ​Склад обладнання: VCF складається з оптимізованого поєднання високовольтних потужних предохранителів (з можливістю переривання широкого діапазону струмів коротких замикань) та часто використовуваних вакуумних контакторів VCX, формуючи класичне F-C схемне рішення.
• ​Основні переваги: Довгий термін служби, стабільна продуктивність, низький шум.
• ​Призначена область: Широко використовується в високовольтних допоміжних системах живлення теплових електростанцій, а також в металургії, нефтепереробній промисловості та гірничому господарстві. Придатний для керування та захисту навантажень, таких як високовольтові двигуни, трансформатори та індукційні печі.

2.3 Висока адаптивність та безпечні характеристики

• ​Сумісність з шафами: Витягнува одиниця VCF відповідає розмірам та п'ятизаходам взаємної блокировки віддільних модулів вимикачів в шафах серединного розташування ширини 800 мм, дозволяючи безперебійну заміну без будь-яких змін в наявному обладнанні.
• ​Зручність обслуговування: Витягнува конструкція дозволяє безпечну та зручну заміну високовольтних предохранителів поза шафою.
• ​Метод утримання: Вакуумний контактор може бути налаштований на електричне або механічне утримання згідно з потребами клієнта.
• ​Захист від відсутності фази: Обладнаний комплексним захистом від відсутності фази. У разі відсутності фази, предохранитель активується та механічно заблоковується, щоб забезпечити відключення VCF від контуру двигуна, ефективно запобігаючи пошкодженню двигуна через однофазне живлення.

3. Основні технічні параметри (рейтинг 7.2 кВ)

4. Принцип захисту та керування

Захист VCF розділяється залежно від величини струму для оптимальної продуктивності:

• ​Діапазон низьких струмів (< 4 кА)​: Обробляється вакуумним контактором для нормального переривання та захисту від перегрузок.
• ​Діапазон високих струмів (> 4 кА)​: Швидко переривається високовольтовим предохранителем для ліквідації аварійних ситуацій коротких замикань.
• ​Координування характеристик: Характеристика захисту контактора налаштована нижче за характеристику вимикача, щоб гарантувати, що контактор діє першим під час перегрузок. Одночасно, вибирається правильно підібраний предохранитель з налаштуваннями захисту нижче за верхній вимикач, щоб повністю уникнути небажаних спрацювань.

5. Переваги VCF порівняно з вакуумним вимикачем

Для двигунів, які часто запускаються та зупиняються, VCF надає значні переваги над вакуумними вимикачами:

6. Основа вибору VCF: Правила вибору предохранителя

Продуктивність VCF залежить від правильного вибору предохранителя, враховуючи наступні фактори:
Робоча напруга, робочий струм, час запуску двигуна, кількість запусків за годину, повний струм двигуна, та струм короткого замикання в пункті встановлення.

6.1 Правила та кроки вибору

1. ​Номінальна напруга: Номінальна напруга предохранителя не повинна бути нижчою за робочу напругу системи (7.2 кВ в даному випадку).
2. ​Обчислення номінального струму:
• Використовуйте формулу: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: Еквівалентний струм під час запуску (А)
• NNN: Співвідношення струму запуску до повного струму (типово 6)
• InI_nIn​: Номінальний повний струм двигуна (А)
• δ\deltaδ: Комплексний коефіцієнт (відповідно до кількості запусків за годину, n, з таблиці нижче)

1. ​Координування характеристик: Побудуйте обчислене значення IyI_yIy​ та час запуску двигуна на характеристичній кривій час-струм виробника предохранителя. Виберіть номінальний струм предохранителя, який відповідає кривій, що знаходиться одразу праворуч від цієї точки.
2. ​Додаткова перевірка: Вибраний номінальний струм предохранителя повинен бути ​**> 1.7 разів повного струму двигуна**.

6.2 Приклад вибору

Для системи 7.2 кВ з прямо запущеним 250 кВт високовольтовим двигуном:
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 16 запусків за годину, час запуску 6 с.

• Обчислення: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• Вибір: На кривій час-струм предохранителя знайдіть криву, що знаходиться праворуч від точки (378A, 6 с), що відповідає номінальному струму предохранителя 100 A.
• Перевірка: 100 A > 1.7 × 30 A (51 A), що задовольняє вимогу. Тому, можна вибрати предохранитель з номінальним струмом 100 A або вище.

7. Висновок

З точки зору всебічного аналізу вартості-продуктивності:

• Хоча вакуумні вимикачі мають нижчу вартість закупівлі, їх короткий термін служби робить їх непридатними для частих запусків/зупинок, що призводить до вищих довгострокових витрат на обслуговування та ризиків аварій.
• Рішення VCF поєднує переваги вакуумних контакторів (довгий термін служби, низька перенапруга, придатність для частого використання) та предохранителів (ультраблискавичне переривання струмів коротких замикань), все це за економічної загальної вартості.
• Для системи транспортування вугілля та інших застосувань з частим використанням та важкими навантаженнями під час запуску, VCF є ідеальним рішенням, що надає високу продуктивність, надійність та економічність.