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I contattori a media tensione commutano l'alimentazione da 3,6 kV a 15 kV, ma i loro circuiti di controllo funzionano a tensioni ausiliarie molto più basse, tipicamente da 24 V CC a 230 V CA. Per i produttori OEM che integrano questi dispositivi nei quadri elettrici, nei centri di controllo dei motori e nei banchi di condensatori, la progettazione del circuito di controllo determina se l'apparecchiatura funziona in modo affidabile per decenni o si guasta al primo evento di guasto.
Questa guida presenta schemi pratici dei circuiti di controllo dei contattori MT dal punto di vista dell'integrazione OEM. Ogni esempio si riferisce a configurazioni reali riscontrate in applicazioni industriali e di pubblica utilità, con attenzione alla selezione dei componenti, alla logica di interblocco e alle pratiche di cablaggio collaudate sul campo.
Ogni circuito di controllo dei contattori MT si basa sugli stessi elementi fondamentali. La comprensione della loro funzione e dei loro valori nominali previene gli errori di specifica che emergono durante la messa in servizio o, peggio, durante il funzionamento.
Tipi di bobina di chiusura
La bobina di chiusura eccita un attuatore elettromagnetico che porta i contatti mobili in posizione di chiusura. Le categorie dominanti sono due:
Bobine di chiusura CC (24, 48, 110 o 220 V CC) sono adatti alle applicazioni di sottostazione in cui è essenziale il backup della batteria. Queste bobine presentano un'elevata corrente di spunto, da 8 a 12 volte la corrente di mantenimento sigillata, con tempi di risposta tipicamente compresi tra 30 e 60 ms dall'eccitazione alla chiusura completa.
Bobine di chiusura CA (110 o 220 V CA) sono comunemente utilizzati nei centri di controllo dei motori industriali. L'impedenza della bobina modera lo spunto e i requisiti di alimentazione rimangono più semplici, anche se non esiste una capacità intrinseca di backup della batteria.
Il gruppo dell'interruttore a vuoto richiede una forza di chiusura di 150-300 N per ottenere una pressione di contatto adeguata. Le bobine di controllo devono fornire una capacità di trazione elettromagnetica sufficiente; una forza di chiusura inadeguata causa un rimbalzo del contatto superiore a 2 ms, accelerando l'erosione e riducendo la durata del dispositivo.
Meccanismi di apertura
I modelli con ritorno a molla dominano le applicazioni generali. Una molla compressa apre il contattore quando la bobina di chiusura si diseccita, senza bisogno di una bobina di sgancio separata. Le bobine di sgancio dedicate forniscono un'apertura più rapida e più potente per la protezione dei motori critici, dove la velocità di eliminazione dei guasti è importante.
Contatti ausiliari
Il feedback di posizione e la logica di controllo dipendono dai contatti ausiliari secondo le convenzioni IEEE/IEC:
I valori nominali tipici raggiungono i 5 A a 250 V CA o 30 V CC. La maggior parte delle applicazioni richiede almeno 2NO + 2NC; gli schemi di protezione complessi richiedono 4NO + 4NC o più.
Ingressi di interblocco esterni
I circuiti di controllo devono accettare segnali dagli interruttori di posizione delle porte, dai contatti ausiliari degli interruttori a monte, dalle uscite dei relè di protezione (sovraccarico termico, blocco, sovracorrente) e dai sensori di temperatura. Questi ingressi prevengono le operazioni non sicure prima che si verifichino.
L'affidabilità del circuito di controllo dipende fondamentalmente dalla configurazione dell'alimentazione ausiliaria. Le alimentazioni in corrente continua a 110 V o 220 V dominano le applicazioni critiche perché eliminano i ritardi di raddrizzamento a mezza onda e forniscono una forza magnetica costante della bobina indipendentemente dalla forma d'onda dell'alimentazione.
Secondo la norma IEC 62271-106, il circuito di controllo deve mantenere un funzionamento affidabile quando la tensione ausiliaria varia tra 85% e 110% del valore nominale. Questa tolleranza garantisce caratteristiche di pickup e dropout costanti durante le fluttuazioni di tensione comuni negli ambienti industriali pesanti.
Il consumo di energia del circuito di controllo varia in modo significativo tra gli stati di mantenimento e di pickup. La corrente di pickup per le bobine tipiche dei contattori sotto vuoto da 12 kV varia da 3 A a 8 A alla tensione nominale, mentre la corrente di mantenimento scende a 0,5 A - 1,5 A dopo il posizionamento dell'armatura. Questa riduzione da 4:1 a 8:1 si verifica perché il traferro del circuito magnetico si riduce da circa 15 mm a < 0,5 mm dopo la chiusura.
La ridondanza dell'alimentazione è importante nelle applicazioni con contattori sotto vuoto. Le architetture a singola alimentazione rischiano di perdere completamente il controllo in caso di interruzione dell'alimentazione ausiliaria. Le configurazioni a doppia alimentazione con commutazione automatica di trasferimento garantiscono la continuità operativa: osservazioni sul campo in impianti petrolchimici hanno dimostrato che i sistemi a doppia alimentazione hanno ridotto le interruzioni non pianificate di circa 35% su periodi di 24 mesi rispetto alle installazioni a singola alimentazione.
I moderni circuiti di economizzazione riducono la corrente di mantenimento a 15-25% della corrente di pickup dopo la chiusura iniziale, minimizzando il riscaldamento della bobina in applicazioni a servizio continuo come la commutazione di banchi di condensatori. Le soglie di tensione di caduta rimangono al di sopra di 35% della tensione nominale secondo gli standard IEC.
[Expert Insight: Dimensionamento dell'alimentazione ausiliaria].
- I banchi di batterie devono fornire una corrente istantanea sufficiente per il funzionamento simultaneo di più contattori senza crolli di tensione al di sotto di 85%.
- Dimensionamento della capacità del bus CC per lo scenario peggiore: tutti i contattori si chiudono entro 100 ms durante le sequenze di trasferimento automatico
- Includere un margine di 20% al di sopra della domanda massima calcolata per l'invecchiamento della capacità delle batterie.
- Monitoraggio continuo della tensione del bus CC; allarme a 90% per consentire un'azione correttiva prima della soglia di caduta.
Il circuito di chiusura fondamentale rappresenta lo schema di controllo più semplice per i contattori sotto vuoto MT con bobina di chiusura in corrente continua e apertura a molla.
Topologia del circuito
+110V DC ─── [F1: Fusibile 6A] ─── [S1: PB di chiusura] ──┬── [52b] ─── [CC: Bobina di chiusura] ─── -110V DC
│
[52a: chiusura]
Un pulsante NC aperto (S2) in serie interrompe il percorso di tenuta quando viene premuto.
Sequenza operativa
Dimensionamento del fusibile per lo spunto
La scelta del fusibile di controllo deve tenere conto della corrente di spunto della bobina di chiusura. Per una bobina da 110 V CC con una corrente di tenuta di 2 A e una corrente di spunto di 20 A, un fusibile ad azione lenta da 6 A fornisce una protezione adeguata senza causare disturbi. I fusibili ad azione rapida si bruciano a ogni tentativo di chiusura.
Le applicazioni di controllo del motore e di commutazione dei condensatori richiedono l'integrazione con relè di protezione esterni. L'aggiunta di contatti di blocco e di relè termici al circuito di base consente una risposta automatica ai guasti.
Modifica del circuito
I contatti NC in serie estendono il percorso di controllo:
[Close PB] ─── [52b] ─── [86-NC: Lockout] ─── [49-NC: Thermal] ─── [CC]
Sequenza di viaggio
Quando il relè di blocco (86) interviene a causa di un guasto grave, il suo contatto NC si apre immediatamente, interrompendo il circuito di controllo. Il contattore si apre tramite ritorno a molla. Il ripristino manuale del relè di blocco è necessario prima di qualsiasi tentativo di richiusura; ciò impedisce la richiusura automatica su un circuito guasto.
I relè termici (49) funzionano in modo simile, ma possono includere opzioni di autoreset per applicazioni non critiche. Il contatto NC si apre in caso di sovratemperatura del motore, facendo scattare il contattore senza l'intervento dell'operatore.
Considerazioni sull'affidabilità in campo
La resistenza dei contatti dei relè si degrada in ambienti polverosi o umidi. I contatti dorati o gli alloggiamenti sigillati dei relè migliorano l'affidabilità a lungo termine. Gli intervalli di manutenzione dovrebbero prevedere un'ispezione dei contatti ogni 12-24 mesi, con pulizia o sostituzione in base alle condizioni della superficie.
Per una comprensione più approfondita del tecnologia di interruzione del vuoto Per queste operazioni di commutazione, i principi fondamentali di estinzione dell'arco si applicano direttamente alle prestazioni dei contattori in condizioni di guasto.
L'eccitazione dei banchi di condensatori impone forti sollecitazioni di spunto. La commutazione back-to-back dei banchi di condensatori può produrre correnti di spunto superiori a 100 volte la corrente nominale con frequenze che raggiungono diversi kHz. Una sequenza di chiusura a due fasi limita questa sollecitazione.
Schema a due contattori
Logica di controllo
K1 Control: [Close PB] ─── [Permissivo] ─── [K1-52b] ─── [K1 Closing Coil]
Controllo K2: [K1-52a] ──── [Timer T1: 50-100ms] ──── [Bobina di chiusura K2]
Il contatto K1-52a nel percorso di controllo di K2 fornisce un interblocco critico: K2 non può chiudersi se K1 non è completamente chiuso. Se K1 si guasta a metà corsa, K2 rimane aperto, impedendo una spinta incontrollata.
Considerazioni sulla tempistica
La precisione del timer influisce direttamente sulle prestazioni del sistema. Un ritardo troppo breve (inferiore a 30 ms) consente un eccessivo spunto prima che l'inserimento della resistenza abbia effetto. Un ritardo troppo lungo (oltre 150 ms) surriscalda il resistore: questi componenti sono dimensionati per il funzionamento transitorio, non per la corrente continua.
Il dimensionamento del resistore dipende dai kVAR del banco condensatori, dalla tensione del sistema e dai limiti di spunto della rete o dell'impianto.
[Expert Insight: Osservazioni sul campo di commutazione dei condensatori].
- I guasti del resistore di preinserimento sono spesso riconducibili a derive del timer: verificate l'accuratezza della temporizzazione durante la manutenzione annuale.
- La saldatura del contatto su K1 indica un sottodimensionamento del resistore o un timer impostato troppo a lungo
- Monitorare la temporizzazione del contatto ausiliario K2 rispetto a K1; l'usura meccanica aumenta il ritardo della sequenza nel corso degli anni.
- Sostituire le resistenze di preinserimento in modo proattivo a 50.000 operazioni o a 10 anni, a seconda di quale dei due eventi si verifichi per primo.
Gli avviatori reversibili utilizzano due contattori - avanti (KF) e indietro (KR) - con interblocchi obbligatori che impediscono la chiusura simultanea. Senza interblocchi, la chiusura di entrambi i contattori crea un cortocircuito tra gli avvolgimenti del motore.
Logica di interblocco elettrico
Il circuito di chiusura di ciascun contattore comprende il circuito ausiliario NC dell'altro contattore:
Controllo KF: [Fwd PB] ─── [KF-52b] ─── [KR-52b] ──── [KF Coil]
KR Control: [Rev PB] ──── [KR-52b] ─── [KF-52b] ───── [Bobina KR]
Quando KF si chiude, il suo contatto 52b (di tipo NC, che si apre quando KF si chiude) interrompe il circuito di controllo di KR. Il contattore di inversione non può eccitarsi mentre l'inversione rimane chiusa. La logica funziona in modo identico all'inverso.
Requisiti dell'interblocco meccanico
Le barre di blocco fisiche forniscono una protezione secondaria e sono richieste dai codici di installazione per le applicazioni di inversione. Gli interblocchi meccanici funzionano indipendentemente dai sistemi elettrici: funzionano anche in caso di guasti al circuito di controllo.
Errori OEM comuni
La scelta della tensione di controllo influisce sull'architettura del sistema, sulla capacità di backup e sui requisiti di manutenzione. Nessuna delle due opzioni è universalmente superiore all'altra: sono le specifiche applicazioni a determinare la scelta migliore.
| Fattore | Controllo CA (110/220 V CA) | Controllo CC (24/110/220 V CC) |
|---|---|---|
| Potenza di tenuta della bobina | Maggiore estrazione continua | Inferiore, senza componente reattiva |
| Batteria di backup | Richiede un UPS/inverter | Collegamento diretto alla batteria |
| Arco di contatto alla rottura | Più grave | Meno grave, estinzione più facile |
| Comportamento in fase di spunto | Moderato, a impedenza limitata | Elevato spunto, rapido decadimento |
| Applicazioni tipiche | Avviatori industriali | Sottostazioni, carichi critici |
Guida all'applicazione
Le installazioni di sottostazione privilegiano il controllo in c.c. perché le batterie della stazione forniscono un backup diretto durante le interruzioni dell'alimentazione in c.a., fondamentale per l'eliminazione dei guasti in caso di interruzione dell'alimentazione di rete. Il contattore deve aprirsi per isolare i guasti indipendentemente dalla disponibilità di corrente alternata ausiliaria.
Gli impianti industriali spesso preferiscono il controllo in c.a. per la semplicità e il minor costo di installazione. I centri di controllo dei motori includono in genere bus ausiliari in CA e i sistemi di batterie aggiungono una complessità che molti impianti preferiscono evitare.
Per i carichi di processo critici in ambienti industriali, il controllo in corrente continua con batteria di backup dedicata offre l'affidabilità della pratica della sottostazione senza l'infrastruttura completa della sottostazione. Comprensione valori nominali degli interruttori automatici sottovuoto aiuta a specificare i parametri di tensione e corrente appropriati che si applicano anche alla selezione dei contattori.
Le pratiche di cablaggio corrette prevengono i guasti intermittenti e gli interventi fastidiosi che affliggono le installazioni mal eseguite. Queste specifiche riflettono l'esperienza sul campo di centinaia di installazioni di contattori MT.
Specifiche del cavo di controllo
Utilizzare conduttori di rame a trefoli, minimo 1,5 mm² (16 AWG) per i circuiti di controllo CC fino a 10 A. I conduttori solidi si rompono sotto le vibrazioni e i cicli termici. I cavi schermati sono necessari quando il cablaggio di controllo corre parallelo ai conduttori di potenza per più di 50 m. Il rumore indotto provoca un funzionamento irregolare.
Calcolare la caduta di tensione per lunghe tratte di controllo. Una tratta di 100 m di cavo da 1,5 mm² che trasporta 5 A presenta una caduta di tensione di circa 6 V in CC. Se questa caduta spinge la tensione ausiliaria al di sotto di 85% del valore nominale durante lo spunto, aumentare i conduttori o ridurre la lunghezza della tratta.
Qualità dei terminali e dei collegamenti
Utilizzare terminali ad anello crimpati con utensili calibrati - le connessioni crimpate non funzionano. Applicare le specifiche di coppia del produttore della morsettiera, in genere 0,5-1,2 Nm per i terminali di controllo standard. I collegamenti allentati causano un riscaldamento della resistenza e un contatto intermittente.
Separazione e instradamento
Mantenere la separazione fisica tra il cablaggio di controllo e quello di potenza in base alle norme elettriche locali e ai requisiti della norma IEC 61439-1. Disporre il cablaggio di controllo lontano dalle sbarre collettrici ad alta corrente per ridurre al minimo le interferenze elettromagnetiche. Le distanze di separazione tipiche sono di 150-300 mm, a seconda della classe di tensione e della struttura dell'involucro.
Verifica della messa in servizio
Prima di dare tensione, verificare la continuità di tutti i percorsi di controllo, misurare la resistenza di isolamento (minimo 1 MΩ a 500 V CC) ed eseguire test funzionali di ogni sequenza di controllo. Documentare la temporizzazione dei contatti ausiliari: questo dato di base consente la risoluzione dei problemi in futuro.
Le considerazioni ambientali per la progettazione degli involucri sono in linea con le indicazioni contenute nella Guida per l'ambiente. Guida alla scelta tra VCB indoor e outdoor, Poiché la protezione dalle infiltrazioni e i fattori climatici influiscono sulla longevità dei circuiti di controllo.
L'integrazione di contattori sotto vuoto MV in quadri elettrici richiede una documentazione accurata e un'assistenza tecnica reattiva. XBRELE offre agli OEM risorse complete per la progettazione dei circuiti di controllo.
La documentazione del circuito di controllo pre-ingegnerizzato accompagna gli ordini dei contattori, compresi gli schemi, le assegnazioni dei terminali e le specifiche dei contatti ausiliari. Le configurazioni standard prevedono 2NO + 2NC contatti ausiliari; le opzioni 4NO + 4NC soddisfano requisiti complessi di protezione e monitoraggio.
Il supporto tecnico si estende agli schemi di interblocco personalizzati, al cablaggio per l'integrazione del PLC e ai protocolli di comunicazione SCADA. Gli ingegneri applicativi assistono nel coordinamento della commutazione dei condensatori, nelle sequenze di avviamento dei motori e nelle configurazioni degli avviatori reversibili.
Contatti Il produttore di contattori a vuoto di XBRELE per richiedere pacchetti di schemi e discutere i requisiti specifici di integrazione per il vostro progetto di quadri elettrici.
Riferimento esterno: IEC 62271-106 - Norma IEC 62271-106 per contattori in c.a.
Quale tensione di controllo è standard per i contattori sotto vuoto MT nelle applicazioni di sottostazione?
La corrente continua a 110 V predomina nelle installazioni di sottostazione perché si collega direttamente ai sistemi di batterie della stazione, garantendo il funzionamento dei contattori durante le interruzioni dell'alimentazione CA, critiche per l'isolamento dei guasti.
Come si dimensiona il fusibile del circuito di controllo per lo spunto della bobina di chiusura?
Scegliere un fusibile a lenta interruzione con una corrente nominale pari a 3-4 volte la corrente di tenuta della bobina. Per una bobina con una corrente di mantenimento di 2 A e una corrente di spunto di 16-20 A, un fusibile a lenta combustione da 6 A offre in genere un margine adeguato senza fastidiose interruzioni.
Perché il mio contattore del banco condensatori presenta una saldatura di contatto?
La saldatura dei contatti di solito indica che il bypass del resistore di preinserimento avviene troppo presto (timer impostato troppo corto) o che il resistore è sottodimensionato. Verificare l'accuratezza del timer e la capacità termica del resistore rispetto all'effettiva entità dello spunto.
Gli interblocchi meccanici possono proteggere da soli gli avviatori con inversione di marcia?
Gli interblocchi meccanici forniscono una protezione secondaria, ma non dovrebbero mai essere l'unico metodo di interblocco. Gli interblocchi elettrici tramite contatti ausiliari rispondono più rapidamente e forniscono una ridondanza contro il vincolo meccanico o l'usura.
Quali sono le cause di un funzionamento intermittente del contattore difficile da diagnosticare?
L'allentamento dei collegamenti dei terminali di controllo e il degrado dei contatti dei relè di interblocco sono la causa della maggior parte dei guasti intermittenti. I cicli termici allentano le connessioni nel tempo; serrare nuovamente tutti i terminali di controllo durante la manutenzione annuale.
Quanti contatti ausiliari devo specificare per l'integrazione del PLC?
Specificare almeno 4NO + 4NC per applicazioni integrate con PLC: 2 contatti per il feedback di stato (aperto/chiuso), 2 per la tenuta e l'indicazione locale, e riserve per futuri ingressi di relè di protezione o punti di monitoraggio aggiuntivi.
Qual è la durata tipica dei componenti di controllo dei contattori sotto vuoto MV?
I contatti ausiliari e le bobine di chiusura raggiungono in genere 1-2 milioni di operazioni meccaniche in condizioni normali. La durata elettrica dipende dalla corrente commutata; i contatti che commutano vicino alla corrente nominale possono richiedere la sostituzione dopo 100.000-500.000 operazioni.
