Зашто се традиционални механизми са трајним магнетима боре са великим контактним празнинама 126кВ вакуумских прекидача? - Блог

Асвакуумски прекидачтехнологија напредује ка нивоима преносног напона, 126кВ једнократни вакуумски прекидач се појавио као жариште развоја. Међутим, многи професионалци у индустрији открили су да механизми са трајним магнетима (ПМ) – који се изузетно добро понашају у апликацијама средњег напона – често немају способност да управљају прекидачима класе 126 кВ. Ово није једноставан проблем који се може решити само повећањем струје завојнице; Основни узрок лежи у инхерентном сукобу између архитектуре магнетног кола традиционалних ПМ механизама и оперативних захтева које намећу велике контактне празнине.

И. Контактне празнине и брзина: Изазови за радне механизме на 126 кВ

Размотрите два скупа података. Инсредњенапонски вакуумски прекидачи, контактни размак је обично мањи од 30 мм, најчешће у распону од 8–22 мм. Насупрот томе, контактни јаз за 126кВвакуумски прекидачjumps to approximately 80mm. Engineering specifications indicate that a 126kV interrupter typically has a rated contact gap of about 50mm; when the contact wipe (overtravel) is added, the total stroke of the moving core reaches approximately 60mm.
Док се контактни јаз повећао, захтеви за брзину остају строги. За 126 кВвакуумски прекидач, контакти морају достићи размак од 18–20 мм у року од 6–7 мс од отварања – што захтева брзину отварања од приближно 2,5–3,3 м/с. До 12–13 мс, размак мора да достигне 36–40 мм, са брзином која се и даље одржава на 2,7–3,3 м/с. То значи да механизам мора постићи "велику брзину од самог почетка" у изузетно кратком временском року.
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 (>72кВ). Проблем лежи у самом магнетном колу.

ИИ. Основни проблем: Заједничко магнетно коло узрокује да се покретна арматура "повуче" од почетка

Структурно обележје традиционалног бистабилног механизма са перманентним магнетом је да трајни магнет и калем за отварање/затварање деле исто магнетно коло. Иако овај дизајн омогућава компактан отисак, његови недостаци постају очигледни у условима који захтевају велике контактне празнине и велике радне брзине.
У тренутку када започне операција отварања, електромагнетна сила коју генерише калем под напоном мора прво да савлада силу држања коју врши стални магнет у затвореном положају. Само преостали део електромагнетне силе је доступан за убрзање покретне арматуре. Као што је наведено у литератури: „Током почетне фазе операције отварања, магнетна сила из сталног магнета делимично компензује електромагнетну силу из завојнице, што отежава повећање почетне брзине одвајања.“
Ова почетна брзина одвајања је критичан индикатор перформанси за високи напонвакуумски прекидачи. Бити "задржан" силом задржавања сталног магнета одмах на почетку чини изузетно тешким достизање захтеваног профила брзине касније у замаху.

ИИИ. Ланчана реакција операције дугог хода: веће струје, повећана температура и изазови контроле

Повећање ударца уводи још један практични изазов. Када је покретна арматура у почетној позицији, магнетна пермеанса ваздушног јаза је веома ниска; у конвенционалном дизајну, потребна је значајна струја завојнице да би се створила довољна електромагнетна привлачност. Анализе показују да то доводи до низа проблема, укључујући „пораст температуре и потешкоће у контроли“.
Другим речима, чак и стављање по страни захтева за брзину, ослањајући се искључиво на „бруте форсирање“ кретања – повећањем струје завојнице да би се арматура померила кроз дуги ход – није одрживо инжењерско решење. Фактори као што су загревање намотаја, капацитет кондензатора и границе управљања струјом контролних компоненти, сви се појављују као нова уска грла.
Подаци симулације наглашавају овај диспаритет: за примену од 126 кВ, конвенционални механизам са перманентним магнетом постиже просечну брзину отварања од приближно 2,5 м/с, док нови дизајн који користи одвојено магнетно коло може да достигне 3,0 м/с. Унутар критичног прозора од 6–7 мс на почетку операције отварања, ова разлика од 0,5 м/с је одлучујући фактор у томе да ли се контакти могу раздвојити на безбедну удаљеност у времену.

ИВ. Пут напред: раздвајање магнетног кола

Пошто суштински проблем потиче од „заједничког магнетног кола“, логично побољшање је да се одвоје магнетне путање – раздвајање коло за држање перманентног магнета од електромагнетног погонског кола тако да свако може да обавља своју специфичну функцију.
Са раздвојеним круговима, трајни магнет више не "омета" процес када је намотај за отварање под напоном; уместо тога, електромагнетна сила се може применити директније да би се убрзала арматура која се креће. Штавише, уградњом ваздушног отвора који не ради, сила држања трајног магнета брзо опада чим арматура напусти свој почетни положај, минимизирајући сметње током хода. Тестирање прототипа је већ потврдило овај приступ: механизам са трајним магнетом са одвојеним магнетним колом може постићи почетну брзину отварања од 2,8 м/с и просечну брзину отварања од 2,9 м/с – испуњавајући захтеве перформанси за 126кВ вакуумске прекидаче.
Поред тога, тренутно се истражују друга побољшања – као што је употреба конфигурације са три завојнице. Циљ је да се повећа брзина отварања уз истовремено обезбеђивање амортизације на крају затварања како би се спречило одбијање контакта. Без обзира на технички приступ, основна логика остаје иста: сила држања перманентног магнета не сме да постане препрека за кретање.

В. Практични водич за произвођаче

За произвођаче укључене у избор или интеграцију механизама 126кВвакуумски прекидачи, неколико критеријума заслужује пажњу:

Прво, испитајте структуру магнетног кола. Ако механизам за трајни магнет добављача и даље користи традиционални заједнички дизајн магнетног кола, он ће се борити да постигне потребну брзину отварања у тренутку раздвајања контаката – чак и ако номиналне спецификације изгледају импресивно. Одвојено магнетно коло или сличан растављени дизајн је предуслов за испуњавање захтева 126кВ апликација.
Друго, процените измерени профил брзине уместо да се фокусирате само на једну вршну вредност. За опрему од 126 кВ, захтев се односи на померање унутар одређеног временског оквира, а не на максималну тренутну брзину. Захтевање података о померању на 6 мс и 12 мс након раздвајања контаката је далеко значајније од гледања на „вршну брзину“.
Треће, обратите посебну пажњу на дизајн силе држања отварања. У традиционалним механизмима са трајним магнетима, често је тешко независно оптимизовати силе држања за отворене и затворене положаје. Кључна предност одвојене структуре магнетног кола је у томе што се сила држања на страни отварања може свести на минимум – смањујући ризик од одскока на крају отварања – док сила држања на страни затварања остаје довољна да издржи реакциону силу контактних опруга.

Вођен еколошким политикама, транзиција изСФ6 прекидачидо 126кВвакуумски прекидачипостаје све јасније. Као „срце“ уређаја, радни механизам – и његова динамичка компатибилност са прекидачем – одређују да ли се јединица може успешно применити. Неспособност традиционалног механизма са трајним магнетом да „поднесе оптерећење“ није инхерентна мана саме технологије перманентних магнета, већ пре ограничење специфичних структура магнетног кола под одређеним условима рада. Препознавање ове разлике ће помоћи да се избегну непотребни застоји током избора производа и истраживања и развоја.

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