Giải pháp Điều Khiển và Bảo Vệ Động Cơ Trung Áp Sử Dụng Tiếp Xúc Chân Không - Fuse (VCF) trong Hệ Thống Truyền Tải Than

1. Bối cảnh Dự án

Hệ thống chuyển tải than bao gồm 15 băng tải được điều khiển bởi động cơ điện áp trung bình. Hệ thống hoạt động trong điều kiện phức tạp, với động cơ thường xuyên chịu tải nặng và khởi động thường xuyên. Để giải quyết những thách thức này và đạt được kiểm soát hiệu quả và bảo vệ đáng tin cậy trong quá trình khởi động động cơ, dự án toàn diện áp dụng thiết bị kết hợp Vacuum Contactor-Fuse (VCF) cho phân phối điện động cơ điện áp trung bình 6kV. Giải pháp này chi tiết các tính năng kỹ thuật, ưu điểm và ứng dụng của VCF, cung cấp một tài liệu tham khảo đáng tin cậy cho các điều kiện làm việc tương tự.

2. Ưu điểm và Tính năng Kỹ thuật Chính của VCF

2.1 Cấu trúc Thiết bị Tiên tiến và Công nghệ Cách điện

• ​Loại Thiết bị: Giải pháp này sử dụng cấu trúc VCF rút được để dễ dàng lắp đặt, bảo trì và thay thế.
• ​Công nghệ Chính: Sử dụng cách điện tổng hợp bằng nhựa epoxy và công nghệ Áp suất Gel Tự động (APG), bộ ngắt chân không được bọc trực tiếp trong nhựa epoxy, tăng cường đáng kể hiệu suất cách điện, độ bền cơ học và ổn định môi trường.
• ​Mechanism Hoạt động: Mechanism hoạt động được thiết kế chính xác và có tiêu thụ điện năng thấp.

2.2 Thành phần Toàn diện và Độ phù hợp Rộng rãi

• ​Thành phần Thiết bị: VCF bao gồm sự kết hợp tối ưu giữa cầu chì giới hạn dòng điện cao áp (có khả năng ngắt một loạt các dòng ngắn mạch rộng) và contactor chân không VCX hoạt động thường xuyên, tạo thành giải pháp mạch F-C cổ điển.
• ​Ưu điểm Chính: Nó cung cấp tuổi thọ hoạt động dài, hiệu suất ổn định và tiếng ồn thấp.
• ​Phạm vi Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong hệ thống phụ trợ điện áp cao trong nhà máy nhiệt điện, cũng như trong ngành luyện kim, hóa dầu và khai thác mỏ. Nó phù hợp để kiểm soát và bảo vệ tải như động cơ điện áp cao, biến áp và lò cảm ứng.

2.3 Độ thích ứng Cao và Tính năng An toàn

• ​Tương thích với Tủ: Đơn vị rút VCF phù hợp với kích thước và vị trí khóa liên kết năm phòng của đơn vị rút cầu chì trong tủ chuyển mạch trung gian có chiều rộng 800mm, cho phép thay thế liền mạch mà không cần bất kỳ sửa đổi nào đối với tủ chuyển mạch hiện tại.
• ​Thuận tiện Bảo trì: Thiết kế rút được cho phép thay thế an toàn và thuận tiện cầu chì điện áp cao bên ngoài tủ.
• ​Phương pháp Giữ: Contactor chân không có thể được cấu hình để giữ điện hoặc cơ khí theo yêu cầu của khách hàng.
• ​Bảo vệ Thiếu pha: Được trang bị bảo vệ thiếu pha toàn diện. Trong trường hợp thiếu pha, cầu chì hoạt động và khóa liên kết cơ khí để đảm bảo VCF ngắt mạch động cơ, ngăn chặn hiệu quả sự hỏng hóc động cơ do mất pha.

3. Tham số Kỹ thuật Chính (Đánh giá 7.2kV)

4. Nguyên lý Kiểm soát Bảo vệ

Bảo vệ VCF được chia theo mức độ dòng điện để đạt hiệu suất tối ưu:

• ​Mức Dòng điện Thấp (< 4kA)​: Được xử lý bởi contactor chân không cho việc ngắt bình thường và bảo vệ quá tải.
• ​Mức Dòng điện Cao (> 4kA)​: Được ngắt nhanh chóng bởi cầu chì điện áp cao để giải quyết lỗi ngắn mạch.
• ​Điều phối Đường cong: Đường cong bảo vệ của contactor được đặt dưới đường cong của cầu chì để đảm bảo contactor hoạt động đầu tiên trong trường hợp quá tải. Đồng thời, cầu chì được chọn với cài đặt bảo vệ thấp hơn so với cầu chì phía thượng nguồn để hoàn toàn tránh việc nhảy không mong muốn.

5. Ưu điểm của VCF so với Vacuum Circuit Breaker

Đối với tải động cơ thường xuyên khởi động và dừng, VCF mang lại nhiều ưu điểm hơn so với vacuum circuit breaker:

6. Tâm điểm của Việc lựa chọn VCF: Hướng dẫn Lựa chọn Cầu chì

Hiệu suất của VCF phụ thuộc vào việc lựa chọn cầu chì chính xác, xem xét các yếu tố sau:
Điện áp làm việc, dòng điện làm việc, thời gian khởi động động cơ, số lần khởi động mỗi giờ, dòng điện đầy tải của động cơ, và dòng ngắn mạch tại điểm lắp đặt.

6.1 Qui tắc và Bước lựa chọn

1. ​Điện áp Đánh giá: Điện áp đánh giá của cầu chì không được thấp hơn điện áp làm việc của hệ thống (7.2kV trong trường hợp này).
2. ​Tính toán Dòng điện Đánh giá:
• Sử dụng công thức: Iy=N×In×δI_y = N \times I_n \times \deltaIy​=N×In​×δ
• IyI_yIy​: Dòng điện tương đương trong quá trình khởi động (A)
• NNN: Tỷ lệ dòng khởi động đến dòng đầy tải (thường là 6)
• InI_nIn​: Dòng điện đầy tải định mức của động cơ (A)
• δ\deltaδ: Hệ số tổng hợp (dựa trên số lần khởi động mỗi giờ, n, từ bảng dưới đây)

1. ​Điều phối Đường cong: Vẽ giá trị IyI_yIy​ đã tính và thời gian khởi động động cơ trên đường cong đặc trưng thời gian-dòng điện của nhà sản xuất cầu chì. Chọn dòng điện định mức của cầu chì tương ứng với đường cong ngay bên phải điểm này.
2. ​Kiểm tra Thêm: Dòng điện định mức của cầu chì đã chọn phải ​**> 1.7 lần dòng điện đầy tải của động cơ**.

6.2 Ví dụ Lựa chọn

Đối với hệ thống 7.2kV với động cơ điện áp cao 250kW khởi động trực tiếp:
In=30AI_n = 30AIn​=30A, 16 lần khởi động mỗi giờ, thời gian khởi động 6s.

• Tính toán: Iy=6×30A×2.1=378AI_y = 6 \times 30A \times 2.1 = 378AIy​=6×30A×2.1=378A
• Lựa chọn: Trên đường cong thời gian-dòng điện của cầu chì, tìm đường cong ngay bên phải điểm (378A, 6s), tương ứng với dòng điện định mức của cầu chì là 100A.
• Xác minh: 100A > 1.7 × 30A (51A), đáp ứng yêu cầu. Do đó, có thể chọn cầu chì bảo vệ động cơ điện áp cao có dòng định mức 100A hoặc cao hơn.

7. Kết luận

Từ phân tích hiệu suất-tổng chi phí toàn diện:

• Mặc dù cầu chì chân không có chi phí mua sắm thấp hơn, nhưng tuổi thọ hoạt động ngắn hơn khiến chúng không phù hợp cho việc khởi động/dừng thường xuyên, dẫn đến chi phí bảo trì dài hạn cao hơn và rủi ro hỏng hóc.
• Giải pháp VCF kết hợp ưu điểm của contactor chân không (tuổi thọ dài, điện áp quá tải thấp, phù hợp cho hoạt động thường xuyên) và cầu chì (ngắt siêu nhanh dòng ngắn mạch), tất cả đều ở mức chi phí tổng thể kinh tế.
• Đối với hệ thống chuyển tải than và các ứng dụng khác có đặc tính hoạt động thường xuyên và khởi động tải nặng, VCF là giải pháp lý tưởng cung cấp hiệu suất cao, độ tin cậy và hiệu quả chi phí.