Hvorfor sliter tradisjonelle permanentmagnetmekanismer med de store kontaktgapene til 126kV vakuumkretsbrytere? - Blogg

Somvakuumbryterteknologien går videre mot overføringsspenningsnivåer, 126kV enkeltbryter vakuumbryter har dukket opp som et fokuspunkt for utvikling. Imidlertid har mange bransjefolk funnet ut at permanentmagnet-mekanismer (PM) - som yter eksepsjonelt godt i mellomspenningsapplikasjoner - ofte mangler evnen til å betjene 126kV-klassebrytere. Dette er ikke et enkelt problem som kan løses ved å bare øke spolestrømmen; grunnårsaken ligger i en iboende konflikt mellom den magnetiske kretsarkitekturen til tradisjonelle PM-mekanismer og de operasjonelle kravene som stilles av store kontaktgap.

I. Kontaktgap og hastighet: Utfordringene til driftsmekanismer ved 126kV

Tenk på to sett med data. Imellomspenningsvakuumbrytere, er kontaktavstanden vanligvis mindre enn 30 mm, og faller oftest innenfor området 8–22 mm. I kontrast er kontaktgapet for en 126kVvakuumbryterhopper til ca 80 mm. Tekniske spesifikasjoner indikerer at en 126kV avbryter typisk har et nominelt kontaktgap på ca. 50 mm; når kontaktkluten (overtravel) legges til, når den totale slaglengden til den bevegelige kjernen ca. 60 mm.
Mens kontaktgapet har økt, er hastighetskravene fortsatt strenge. For en 126kVvakuumbryter, må kontaktene nå en avstand på 18–20 mm innen 6–7 ms etter åpningen – noe som krever en åpningshastighet på omtrent 2,5–3,3 m/s. Etter 12–13 ms må gapet nå 36–40 mm, med hastigheten fortsatt opprettholdt på 2,7–3,3 m/s. Dette betyr at mekanismen må oppnå "høy hastighet helt fra starten" innen en ekstremt kort tidsramme.
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). Problemet ligger i selve magnetkretsen.

II. Kjerneproblemet: En delt magnetisk krets gjør at det bevegelige ankeret blir "dradd ned" fra starten

Det strukturelle kjennetegnet til en tradisjonell bistabil permanentmagnetmekanisme er at permanentmagneten og åpnings-/lukkespolene deler samme magnetiske krets. Selv om denne designen gir et kompakt fotavtrykk, blir ulempene tydelige under forhold som krever store kontaktgap og høye driftshastigheter.
I samme øyeblikk som en åpningsoperasjon begynner, må den elektromagnetiske kraften som genereres av den energiserte spolen først overvinne holdekraften som utøves av permanentmagneten i lukket stilling. Bare den gjenværende delen av den elektromagnetiske kraften er tilgjengelig for å akselerere det bevegelige ankeret. Som nevnt i litteraturen: "Under den innledende fasen av en åpningsoperasjon, forskyver den magnetiske kraften fra den permanente magneten delvis den elektromagnetiske kraften fra spolen, noe som gjør det vanskelig å øke den innledende separasjonshastigheten."
Denne innledende separasjonshastigheten er en kritisk ytelsesindikator for høyspenningvakuumbrytere. Å bli "holdt tilbake" av permanentmagnetens holdekraft helt i starten gjør det ekstremt vanskelig å nå den nødvendige hastighetsprofilen senere i slaget.

III. Kjedereaksjonen ved langslagsoperasjon: Høyere strømmer, økt temperatur og kontrollutfordringer

Å øke slaget introduserer en annen praktisk utfordring. Når det bevegelige ankeret er i startposisjonen, er den magnetiske permeansen til luftgapet svært lav; i en konvensjonell utforming kreves det en betydelig spolestrøm for å generere tilstrekkelig elektromagnetisk tiltrekning. Analyser indikerer at dette fører til en rekke problemer, inkludert "temperaturstigning og kontrollvansker."
Med andre ord, selv å sette til side hastighetskrav, å stole utelukkende på "brute-forcing" av bevegelsen - ved å øke spolestrømmen for å drive ankeret over et langt slag - er ikke en bærekraftig ingeniørløsning. Faktorer som spoleoppvarming, kondensatorkapasitet og gjeldende håndteringsgrenser for kontrollkomponenter dukker alle opp som nye flaskehalser.
Simuleringsdata fremhever denne forskjellen: for en 126kV-applikasjon oppnår en konvensjonell permanentmagnetmekanisme en gjennomsnittlig åpningshastighet på omtrent 2,5 m/s, mens en ny design som bruker en atskilt magnetisk krets kan nå 3,0 m/s. Innenfor det kritiske 6–7 ms-vinduet ved starten av åpningsoperasjonen er denne forskjellen på 0,5 m/s den avgjørende faktoren for om kontaktene kan separeres til en sikker avstand i tid.

IV. Veien videre: Separering av magnetkretsen

Siden kjerneproblemet stammer fra en "delt magnetisk krets", er den logiske forbedringen å skille de magnetiske banene - frakoble den permanente magnetholdekretsen fra den elektromagnetiske drivkretsen slik at hver kan utføre sin spesifikke funksjon.
Med kretsene atskilt, "hindrer" ikke permanentmagneten lenger prosessen når åpningsspolen er energisert; i stedet kan den elektromagnetiske kraften påføres mer direkte for å akselerere det bevegelige ankeret. Videre, ved å innlemme en ikke-fungerende luftspalte, faller den permanentmagnetiske holdekraften raskt av så snart ankeret forlater sin utgangsposisjon, og minimerer interferens under slaget. Prototypetesting har allerede validert denne tilnærmingen: en permanentmagnetmekanisme med en adskilt magnetisk krets kan oppnå en initial åpningshastighet på 2,8 m/s og en gjennomsnittlig åpningshastighet på 2,9 m/s - som oppfyller ytelseskravene for 126kV vakuumbrytere.
I tillegg utforskes for tiden andre forbedringer - som bruken av en tre-spoler-konfigurasjon. Målet er å øke åpningshastigheten og samtidig gi demping på slutten av lukkeslaget for å forhindre kontaktsprett. Uavhengig av den tekniske tilnærmingen, forblir kjernelogikken den samme: permanentmagnetens holdekraft må ikke bli et hinder for bevegelse.

V. Praktisk veiledning for produsenter

For produsenter som er involvert i valg eller mekanismeintegrasjon av 126kVvakuumbrytere, flere kriterier garanterer oppmerksomhet:

Undersøk først den magnetiske kretsstrukturen. Hvis en leverandørs permanentmagnetmekanisme fortsatt bruker en tradisjonell delt magnetisk kretsdesign, vil den slite med å oppnå den nødvendige åpningshastigheten i øyeblikket av kontaktseparasjon - selv om de nominelle spesifikasjonene virker imponerende. En separert magnetisk krets eller lignende frakoblet design er en forutsetning for å oppfylle kravene til 126kV-applikasjoner.
For det andre, evaluer den målte hastighetsprofilen i stedet for å fokusere utelukkende på en enkelt toppverdi. For 126kV utstyr gjelder kravet forskyvning innenfor et spesifikt tidsvindu, ikke maksimal momentanhastighet. Å be om forskyvningsdata ved 6ms og 12ms etter kontaktseparasjon er langt mer meningsfylt enn å se på "topphastighet".
For det tredje, vær nøye med utformingen av åpningsholdekraften. I tradisjonelle permanentmagnetmekanismer er det ofte vanskelig å uavhengig optimalisere holdekreftene for åpne og lukkede posisjoner. En sentral fordel med en separert magnetisk kretsstruktur er at holdekraften på åpningssiden kan minimeres - reduserer risikoen for tilbakeslag ved slutten av åpningsslaget - mens holdekraften på lukkesiden forblir tilstrekkelig til å motstå reaksjonskraften til kontaktfjærene.

Drevet av miljøpolitikk, overgangen fraSF6 effektbryteretil 126kVvakuumbrytereblir stadig tydeligere. Som "hjertet" av enheten, bestemmer betjeningsmekanismen - og dens dynamiske kompatibilitet med avbryteren - om enheten kan distribueres med hell. Den manglende evnen til en tradisjonell permanentmagnetmekanisme til å "håndtere belastningen" er ikke en iboende feil ved permanentmagnetteknologien i seg selv, men snarere en begrensning av spesifikke magnetiske kretsstrukturer under visse driftsforhold. Å anerkjenne dette skillet vil bidra til å unngå unødvendige tilbakeslag under produktvalg og FoU.

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