Zašto se tradicionalni mehanizmi s trajnim magnetima bore s velikim kontaktnim prazninama 126kV vakuumskih prekidača? - Blog

Asvakuumski prekidačTehnologija napreduje ka nivoima prenosnog napona, 126kV jednokratni vakuumski prekidač se pojavio kao žarište razvoja. Međutim, mnogi profesionalci u industriji otkrili su da mehanizmi s trajnim magnetima (PM) – koji se izuzetno dobro ponašaju u aplikacijama srednjeg napona – često nemaju sposobnost upravljanja prekidačima klase 126 kV. Ovo nije jednostavan problem koji se može riješiti samo povećanjem struje zavojnice; Osnovni uzrok leži u inherentnom sukobu između arhitekture magnetnog kola tradicionalnih PM mehanizama i operativnih zahtjeva nametnutih velikim kontaktnim prazninama.

I. Kontaktne praznine i brzina: Izazovi operativnim mehanizmima na 126 kV

Razmotrite dva skupa podataka. Usrednjenaponski vakuumski prekidači, kontaktni razmak je obično manji od 30 mm, najčešće u rasponu od 8 do 22 mm. Nasuprot tome, kontaktni razmak za 126kVvakuumski prekidačskače na otprilike 80 mm. Inženjerske specifikacije pokazuju da 126kV prekidač obično ima nazivni kontaktni razmak od oko 50 mm; kada se doda kontaktno brisanje (prelazak), ukupan hod pokretnog jezgra dostiže približno 60 mm.
Dok se kontaktni jaz povećao, zahtjevi za brzinom ostaju strogi. Za 126kVvakuumski prekidač, kontakti moraju dostići razmak od 18–20 mm u roku od 6–7 ms od otvaranja – što zahteva brzinu otvaranja od približno 2,5–3,3 m/s. Do 12–13 ms, razmak mora dostići 36–40 mm, sa 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 izuzetno 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 magnetnom kolu.

II. Osnovni problem: Zajednički magnetni krug uzrokuje da se pokretna armatura "povuče" od samog početka

Strukturno obilježje tradicionalnog mehanizma bistabilnog permanentnog magneta je da trajni magnet i kalem za otvaranje/zatvaranje dijele isto magnetno kolo. Iako ovaj dizajn omogućava kompaktan otisak, njegovi nedostaci postaju očigledni u uslovima koji zahtevaju velike kontaktne praznine i velike radne brzine.
U trenutku kada započne operacija otvaranja, elektromagnetska sila koju stvara zavojnica pod naponom mora prvo savladati silu držanja koju vrši stalni magnet u zatvorenom položaju. Samo preostali dio elektromagnetne sile je dostupan za ubrzanje pokretne armature. Kao što je navedeno u literaturi: "Tokom početne faze operacije otvaranja, magnetska sila iz trajnog magneta djelomično kompenzira elektromagnetnu silu iz zavojnice, što otežava povećanje početne brzine odvajanja."
Ova početna brzina odvajanja je kritičan pokazatelj performansi za visokonaponskevakuumski prekidači. Budući da ga sila zadržavanja permanentnog magneta "zadržava" odmah na početku, izuzetno je teško dostići potreban profil brzine kasnije u zamahu.

III. Lančana reakcija dugohodnog rada: veće struje, povećana temperatura i kontrolni izazovi

Povećanje hoda uvodi još jedan praktični izazov. Kada je pokretna armatura u početnom položaju, magnetna permeansa zračnog raspora je vrlo niska; u konvencionalnom dizajnu, potrebna je značajna struja zavojnice da bi se stvorila dovoljna elektromagnetna privlačnost. Analize pokazuju da to dovodi do niza problema, uključujući "povišenje temperature i poteškoće u kontroli".
Drugim riječima, čak i stavljanje po strani zahtjeva za brzinom, oslanjajući se isključivo na "grubo prisiljavanje" kretanja - povećanjem struje zavojnice za pokretanje armature kroz dugi hod - nije održivo inženjersko rješenje. Faktori kao što su grijanje zavojnice, kapacitet kondenzatora i ograničenja upravljanja strujom upravljačkih komponenti, svi se pojavljuju kao nova uska grla.
Podaci simulacije naglašavaju ovaj disparitet: za aplikaciju od 126 kV, konvencionalni mehanizam sa trajnim magnetom postiže prosječnu brzinu otvaranja od približno 2,5 m/s, dok novi dizajn koji koristi odvojeno magnetno kolo 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 da li se kontakti mogu razdvojiti na sigurnu udaljenost u vremenu.

IV. Put naprijed: razdvajanje magnetnog kola

Budući da osnovni problem proizlazi iz "zajedničkog magnetskog kola", logično poboljšanje je da se odvoje magnetne staze - odvajanje kolo koje drži trajni magnet od elektromagnetnog pogonskog kola, tako da svaki može obavljati svoju specifičnu funkciju.
Sa razdvojenim krugovima, trajni magnet više ne "ometa" proces kada je namotaj za otvaranje pod naponom; umjesto toga, elektromagnetna sila se može primijeniti direktnije kako bi se ubrzala armatura koja se kreće. Nadalje, uključivanjem neradnog zračnog razmaka, sila držanja trajnog magneta brzo opada čim armatura napusti svoj početni položaj, minimizirajući smetnje tokom hoda. Testiranje prototipa je već potvrdilo ovaj pristup: mehanizam sa trajnim magnetom sa odvojenim magnetnim kolom može postići početnu brzinu otvaranja od 2,8 m/s i prosječnu brzinu otvaranja od 2,9 m/s – ispunjavajući zahtjeve performansi za 126 kV vakuumske prekidače.
Pored toga, trenutno se istražuju druga poboljšanja – kao što je upotreba konfiguracije sa tri zavojnice. Cilj je povećati brzinu otvaranja uz istovremeno obezbjeđivanje amortizacije na kraju zatvaranja kako bi se spriječilo odbijanje kontakta. Bez obzira na tehnički pristup, osnovna logika ostaje ista: sila držanja permanentnog magneta ne smije postati prepreka kretanju.

V. Praktični vodič za proizvođače

Za proizvođače uključene u izbor ili integraciju mehanizama 126kVvakuumski prekidači, nekoliko kriterijuma zaslužuje pažnju:

Prvo, ispitajte strukturu magnetnog kola. Ako dobavljačov mehanizam za trajni magnet i dalje koristi tradicionalni zajednički dizajn magnetnog kola, teško će postići potrebnu brzinu otvaranja u trenutku razdvajanja kontakata – čak i ako nominalne specifikacije izgledaju impresivno. Odvojeni magnetni krug ili sličan rastavljeni dizajn je preduvjet za ispunjavanje zahtjeva 126kV aplikacija.
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 maksimalnu trenutnu brzinu. Zahtjev za podatke o pomaku na 6 ms i 12 ms nakon razdvajanja kontakata je daleko značajniji od gledanja "vršne brzine".
Treće, obratite veliku pažnju na dizajn sile držanja otvaranja. U tradicionalnim mehanizmima s trajnim magnetima, često je teško samostalno optimizirati sile držanja za otvorene i zatvorene položaje. Ključna prednost odvojene strukture magnetnog kola je da se sila držanja na strani otvaranja može svesti na minimum – smanjujući rizik od odskoka na kraju otvaranja – dok sila držanja na strani zatvaranja ostaje dovoljna da izdrži silu reakcije kontaktnih opruga.

Vođen ekološkim politikama, tranzicija izSF6 prekidačido 126kVvakuumski prekidačipostaje sve jasnije. Kao "srce" uređaja, radni mehanizam - i njegova dinamička kompatibilnost sa prekidačem - određuju da li se jedinica može uspješno primijeniti. Nesposobnost tradicionalnog mehanizma permanentnog magneta da "podnese opterećenje" nije inherentna mana same tehnologije trajnih magneta, već ograničenje specifičnih struktura magnetnog kola pod određenim radnim uslovima. Prepoznavanje ove razlike pomoći će da se izbjegnu nepotrebni zastoji tokom odabira proizvoda i istraživanja i razvoja.

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