Zašto se tradicionalni mehanizmi s permanentnim magnetima bore s velikim razmacima između kontakata vakuumskih prekidača od 126 kV? - Blog

Kaovakuumski prekidačtehnologija napreduje prema razinama prijenosnog napona, jednostruki vakuumski prekidač od 126 kV pojavio se kao središnja točka razvoja. Međutim, mnogi stručnjaci u industriji otkrili su da mehanizmi s trajnim magnetima (PM) - koji rade iznimno dobro u srednjenaponskim aplikacijama - često nemaju sposobnost rada s prekidačima klase 126 kV. Ovo nije jednostavan problem koji se može riješiti pukim povećanjem struje zavojnice; temeljni uzrok leži u inherentnom sukobu između arhitekture magnetskog kruga tradicionalnih PM mehanizama i operativnih zahtjeva koje nameću veliki razmaci između kontakata.

I. Razmaci u kontaktima i brzina: izazovi s kojima se suočavaju radni mehanizmi na 126 kV

Razmotrimo dva skupa podataka. Usrednjenaponski vakuumski prekidači, kontaktni razmak obično je manji od 30 mm, a najčešće je u rasponu od 8–22 mm. Nasuprot tome, kontaktni razmak za 126kVvakuumski prekidačskače na otprilike 80 mm. Tehničke specifikacije pokazuju da 126kV prekidač tipično ima nazivni kontaktni razmak od oko 50 mm; kada se doda brisanje kontakta (overtravel), ukupni hod pokretne jezgre doseže približno 60 mm.
Dok se kontaktni razmak povećao, zahtjevi za brzinom ostaju strogi. Za 126kVvakuumski prekidač, kontakti moraju doseći razmak od 18–20 mm unutar 6–7 ms od otvaranja – što zahtijeva brzinu otvaranja od približno 2,5–3,3 m/s. Za 12–13 ms, razmak mora doseći 36–40 mm, s brzinom koja se i dalje održava na 2,7–3,3 m/s. To znači da mehanizam mora postići "veliku brzinu od samog početka" u iznimno kratkom vremenskom roku.
Traditional PM mechanisms were originally designed for-and are well-established within-the medium-voltage sector. Research has clearly indicated that PM mechanisms based on traditional structural designs are ill-suited to meet the high-speed requirements of vacuum circuit breakers at transmission-voltage levels (>72kV). Problem leži u samom magnetskom krugu.

II. Temeljni problem: Zajednički magnetski krug uzrokuje da se pokretna armatura "vuče prema dolje" od samog početka

Strukturno obilježje tradicionalnog bistabilnog mehanizma s permanentnim magnetima je da permanentni magnet i zavojnice za otvaranje/zatvaranje dijele isti magnetski krug. Iako ovaj dizajn omogućuje kompaktan otisak, njegovi nedostaci postaju očiti u uvjetima koji zahtijevaju velike kontaktne razmake i velike radne brzine.
U samom trenutku kada započne operacija otvaranja, elektromagnetska sila koju stvara zavojnica pod naponom mora najprije nadvladati silu zadržavanja kojom djeluje permanentni magnet u zatvorenom položaju. Samo preostali dio elektromagnetske sile dostupan je za ubrzavanje pokretne armature. Kao što je navedeno u literaturi: "Tijekom početne faze operacije otvaranja, magnetska sila trajnog magneta djelomično poništava elektromagnetsku silu zavojnice, što otežava povećanje početne brzine odvajanja."
Ova početna brzina odvajanja kritičan je pokazatelj performansi za visoki naponvakuumski prekidači. Budući da ga na samom početku "zadržava" sila zadržavanja trajnog magneta, izuzetno je teško dostići željeni profil brzine kasnije u zaveslaju.

III. Lančana reakcija rada s dugim hodom: veće struje, povećana temperatura i izazovi upravljanja

Povećanje hoda predstavlja još jedan praktični izazov. Kada je pokretna armatura u početnom položaju, magnetska propusnost zračnog raspora je vrlo niska; u konvencionalnom dizajnu, potrebna je znatna struja zavojnice da bi se stvorilo dovoljno elektromagnetskog privlačenja. Analize pokazuju da to dovodi do niza problema, uključujući "porast temperature i poteškoće u kontroli."
Drugim riječima, čak i ako zanemarimo zahtjeve za brzinom, oslanjanje isključivo na "grubo forsiranje" pokreta - povećanjem struje zavojnice za pokretanje armature preko dugog hoda - nije održivo inženjersko rješenje. Čimbenici kao što su zagrijavanje zavojnice, kapacitet kondenzatora i ograničenja upravljanja strujom kontrolnih komponenti pojavljuju se kao nova uska grla.
Podaci o simulaciji naglašavaju ovu razliku: za primjenu od 126 kV, konvencionalni mehanizam s permanentnim magnetom postiže prosječnu brzinu otvaranja od približno 2,5 m/s, dok novi dizajn koji koristi odvojeni magnetski krug može doseći 3,0 m/s. Unutar kritičnog prozora od 6–7 ms na početku operacije otvaranja, ova razlika od 0,5 m/s je odlučujući faktor u tome mogu li se kontakti odvojiti na sigurnu udaljenost u vremenu.

IV. Put naprijed: odvajanje magnetskog kruga

Budući da jezgra problema proizlazi iz "zajedničkog magnetskog kruga", logično poboljšanje je odvajanje magnetskih puteva - razdvajanje držača trajnog magneta od kruga elektromagnetskog pogona tako da svaki može obavljati svoju specifičnu funkciju.
S razdvojenim krugovima, permanentni magnet više ne "koči" proces kada je uvodna zavojnica pod naponom; umjesto toga, elektromagnetska sila može se primijeniti izravnije za ubrzavanje pokretne armature. Nadalje, ugradnjom neradnog zračnog raspora, sila držanja trajnog magneta brzo opada čim armatura napusti svoj početni položaj, smanjujući smetnje tijekom hoda. Testiranje prototipa već je potvrdilo ovaj pristup: mehanizam s trajnim magnetom s odvojenim magnetskim krugom može postići početnu brzinu otvaranja od 2,8 m/s i prosječnu brzinu otvaranja od 2,9 m/s - ispunjavajući zahtjeve performansi za 126kV vakuumske prekidače.
Osim toga, trenutno se istražuju druga poboljšanja, poput upotrebe konfiguracije s tri zavojnice. Cilj je povećati brzine otvaranja uz istovremeno osiguravanje amortizacije na kraju hoda zatvaranja kako bi se spriječilo odbijanje kontakta. Bez obzira na tehnički pristup, temeljna logika ostaje ista: sila držanja permanentnog magneta ne smije postati prepreka kretanju.

V. Praktične smjernice za proizvođače

Za proizvođače uključene u odabir ili integraciju mehanizma 126kVvakuumski prekidači, nekoliko kriterija zahtijeva pozornost:

Prvo ispitajte strukturu magnetskog kruga. Ako mehanizam trajnog magneta dobavljača i dalje koristi tradicionalni zajednički dizajn magnetskog kruga, teško će postići potrebnu brzinu otvaranja u trenutku odvajanja kontakta - čak i ako se nazivne specifikacije čine impresivnima. Odvojeni magnetski krug ili sličan razdvojeni dizajn preduvjet je za ispunjavanje zahtjeva za aplikacije od 126 kV.
Drugo, procijenite izmjereni profil brzine umjesto da se fokusirate samo na jednu vršnu vrijednost. Za opremu od 126 kV, zahtjev se odnosi na pomak unutar određenog vremenskog okvira, a ne na najveću trenutnu brzinu. Zahtjev za podacima o pomaku nakon 6 ms i 12 ms nakon odvajanja kontakta mnogo je smisleniji od gledanja na "vršnu brzinu".
Treće, obratite pozornost na dizajn sile zadržavanja otvaranja. U tradicionalnim mehanizmima s permanentnim magnetima često je teško neovisno optimizirati sile držanja za otvoreni i zatvoreni položaj. Ključna prednost strukture odvojenog magnetskog kruga je da se sila držanja na strani otvaranja može svesti na najmanju moguću mjeru - smanjujući rizik od odbijanja na kraju hoda otvaranja - dok sila držanja na strani zatvaranja ostaje dovoljna da izdrži silu reakcije kontaktnih opruga.

Potaknut politikama zaštite okoliša, prijelaz izSF6 prekidačido 126kVvakuumski prekidačipostaje sve jasnije. Kao "srce" uređaja, radni mehanizam - i njegova dinamička kompatibilnost s prekidačem - određuje može li se jedinica uspješno postaviti. Nemogućnost tradicionalnog mehanizma s permanentnim magnetom da "podnese opterećenje" nije inherentna mana same tehnologije permanentnog magneta, već prije ograničenje specifičnih struktura magnetskog kruga pod određenim radnim uvjetima. Prepoznavanje ove razlike pomoći će u izbjegavanju nepotrebnih prepreka tijekom odabira proizvoda i istraživanja i razvoja.

Starting in 2026, The Use Of SF6 in Medium-voltage Electrical Equipment Below 24 KV Will Be Prohibited.