Miért küzdenek a hagyományos állandó mágneses mechanizmusok a 126 kV-os vákuum-megszakítók nagy érintkezési hézagaival? - Blog

Mintvákuum megszakítóA technológia az átviteli feszültség szintje felé halad, a 126 kV-os egy-megszakításos vákuummegszakító a fejlesztés fókuszpontjává vált. Számos iparági szakember azonban úgy találta, hogy az állandó mágneses (PM) mechanizmusok – amelyek kiemelkedően jól teljesítenek a középfeszültségű alkalmazásokban – gyakran nem képesek a 126 kV-os osztályú megszakítók működtetésére. Ez nem egy egyszerű probléma, amelyet pusztán a tekercsáram növelésével lehet megoldani; A kiváltó ok a hagyományos PM-mechanizmusok mágneses áramköri architektúrája és a nagy érintkezési hézagok által támasztott működési követelmények közötti konfliktusban rejlik.

I. Érintkezési hézagok és sebesség: A 126 kV-os működési mechanizmusok kihívásai

Tekintsünk két adathalmazt. Inközépfeszültségű vákuum megszakítók, az érintkezési rés általában 30 mm-nél kisebb, leggyakrabban a 8-22 mm tartományba esik. Ezzel szemben az érintkezési hézag egy 126 kV-nálvákuum megszakítókörülbelül 80 mm-re ugrik. A műszaki adatok azt mutatják, hogy a 126 kV-os megszakítók névleges érintkezési távolsága általában körülbelül 50 mm; az érintkező törlőkendő (overtravel) hozzáadásakor a mozgó mag teljes lökete eléri a körülbelül 60 mm-t.
Míg az érintkezési távolság nőtt, a sebességre vonatkozó követelmények továbbra is szigorúak. 126kV-oshozvákuum megszakító, az érintkezőknek el kell érniük a 18–20 mm-es távolságot a nyitási művelet után 6–7 ms-on belül – ehhez körülbelül 2,5–3,3 m/s nyitási sebességre van szükség. 12–13 ms-ra a résnek el kell érnie a 36–40 mm-t, miközben a sebességet továbbra is 2,7–3,3 m/s-on kell tartani. Ez azt jelenti, hogy a mechanizmusnak „a kezdettől fogva nagy sebességet” kell elérnie rendkívül rövid időn belül.
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). A probléma magában a mágneses áramkörben van.

II. A fő probléma: A megosztott mágneses áramkör a mozgó armatúra kezdettől fogva "lehúzását" okozza

A hagyományos bistabil állandó mágneses mechanizmus szerkezeti jellemzője, hogy az állandó mágnes és a nyitó/záró tekercsek ugyanazon a mágneses áramkörön osztoznak. Noha ez a kialakítás lehetővé teszi a kis helyigényt, hátrányai nyilvánvalóvá válnak olyan körülmények között, amelyek nagy érintkezési hézagokat és nagy működési sebességet igényelnek.
Abban a pillanatban, amikor a nyitási művelet megkezdődik, a feszültség alá helyezett tekercs által keltett elektromágneses erőnek először le kell győznie az állandó mágnes által a zárt helyzetben kifejtett tartóerőt. Az elektromágneses erőnek csak a fennmaradó része áll rendelkezésre a mozgó armatúra gyorsításához. Amint azt a szakirodalom megjegyzi: "A nyitási művelet kezdeti fázisában az állandó mágnesből származó mágneses erő részben ellensúlyozza a tekercs elektromágneses erejét, megnehezítve a kezdeti elválasztási sebesség növelését."
Ez a kezdeti elválasztási sebesség kritikus teljesítménymutató a nagyfeszültségnélvákuum megszakítók. Az állandó mágnes tartóerejének „visszatartása” már az induláskor rendkívül megnehezíti a kívánt sebességprofil felzárkózását a löket későbbi szakaszában.

III. A hosszú löketű működés láncreakciója: Magasabb áramok, megnövekedett hőmérséklet és szabályozási kihívások

A löket növelése újabb gyakorlati kihívást jelent. Amikor a mozgó armatúra kiindulási helyzetben van, a légrés mágneses permeanciája nagyon kicsi; hagyományos kialakításnál jelentős tekercsáram szükséges ahhoz, hogy elegendő elektromágneses vonzást generáljon. Az elemzések azt mutatják, hogy ez számos problémához vezet, beleértve a "hőmérséklet-emelkedést és a szabályozási nehézségeket".
Más szóval, még a sebességi követelmények figyelmen kívül hagyása, pusztán a mozgás "durva kényszerítésére" hagyatkozva – a tekercsáram növelésével, hogy az armatúrát hosszú löketen át hajtsa – nem fenntartható mérnöki megoldás. Új szűk keresztmetszetekként jelentkeznek olyan tényezők, mint a tekercs fűtése, a kondenzátor kapacitása és a vezérlőelemek áramkezelési korlátai.
A szimulációs adatok rávilágítanak erre az eltérésre: 126 kV-os alkalmazásnál a hagyományos állandó mágneses mechanizmus megközelítőleg 2,5 m/s átlagos nyitási sebességet ér el, míg az új, különálló mágneses áramkört alkalmazó kialakítás elérheti a 3,0 m/s sebességet. A nyitási művelet kezdetén a kritikus 6-7 ms-os ablakon belül ez a 0,5 m/s eltérés a döntő tényező abban, hogy az érintkezők időben biztonságos távolságra elválaszthatók-e.

IV. Az út előre: a mágneses áramkör szétválasztása

Mivel az alapvető probléma a "megosztott mágneses áramkörből" ered, a logikus fejlesztés az, hogy elválasztják a mágneses pályákat – az állandó mágnest tartó áramkört leválasztva az elektromágneses meghajtó áramkörről, hogy mindegyik elláthassa sajátos funkcióját.
A szétválasztott áramköröknél az állandó mágnes már nem "gátolja" a folyamatot, amikor a nyitótekercs feszültség alá kerül; ehelyett az elektromágneses erőt közvetlenül lehet alkalmazni a mozgó armatúra felgyorsítására. Ezenkívül egy nem működő légrés beépítésével az állandó mágnes tartóereje gyorsan lecsökken, amint az armatúra elhagyja kiindulási helyzetét, minimálisra csökkentve az interferenciát a löket során. A prototípustesztek már igazolták ezt a megközelítést: egy állandó mágneses mechanizmus különálló mágneses áramkörrel 2,8 m/s kezdeti nyitási sebességet és 2,9 m/s átlagos nyitási sebességet képes elérni, ami megfelel a 126 kV-os vákuummegszakítók teljesítménykövetelményeinek.
Ezen túlmenően további fejlesztések – mint például a három tekercses konfiguráció használata – jelenleg is folyamatban vannak. A cél az, hogy növeljük a nyitási sebességet, miközben egyidejűleg párnázást biztosítunk a zárólöket végén, hogy megakadályozzuk az érintkezés visszapattanását. A műszaki megközelítéstől függetlenül a mag logika ugyanaz marad: az állandó mágnes tartóereje nem akadályozhatja a mozgást.

V. Gyakorlati útmutató a gyártóknak

A 126kV kiválasztásában vagy mechanizmusintegrációjában részt vevő gyártók számáravákuum megszakítók, több kritérium is figyelmet érdemel:

Először vizsgálja meg a mágneses áramkör szerkezetét. Ha a beszállító állandó mágneses mechanizmusa továbbra is hagyományos megosztott mágneses áramkört alkalmaz, akkor az érintkezők szétválása pillanatában nehezen tudja elérni a szükséges nyitási sebességet – még akkor is, ha a névleges specifikációk lenyűgözőnek tűnnek. A 126 kV-os alkalmazások követelményeinek teljesítésének előfeltétele az elkülönített mágneses áramkör vagy hasonló szétcsatolt kialakítás.
Másodszor, értékelje a mért sebességprofilt, ne csak egyetlen csúcsértékre összpontosítson. A 126 kV-os berendezéseknél a követelmény egy adott időablakon belüli elmozdulásra vonatkozik, nem pedig a maximális pillanatnyi sebességre. Az elmozdulási adatok kérése 6 ms és 12 ms után az érintkezők szétválasztását követően sokkal értelmesebb, mint a "csúcssebesség" vizsgálata.
Harmadszor, fokozottan ügyeljen a nyitó tartóerő kialakítására. A hagyományos állandó mágneses mechanizmusoknál gyakran nehéz önállóan optimalizálni a tartóerőket a nyitott és zárt helyzetekre. A szétválasztott mágneses áramköri felépítés egyik fő előnye, hogy a nyitóoldali tartóerő minimalizálható – csökkenthető a visszapattanás kockázata a nyitólöket végén –, miközben a záróoldali tartóerő elegendő marad ahhoz, hogy ellenálljon az érintkező rugók reakcióerejének.

A környezetvédelmi politikák által vezérelve az átmenetetSF6 megszakítók126kV-ravákuum megszakítókegyre világosabbá válik. Az eszköz "szíve" a működési mechanizmus - és dinamikus kompatibilitása a megszakítóval - határozza meg, hogy az egység sikeresen üzembe helyezhető-e. Az, hogy egy hagyományos állandó mágneses mechanizmus nem képes "kezelni a terhelést", nem magának az állandó mágneses technológiának a velejárója, hanem inkább az adott mágneses áramköri struktúrák korlátozott működése bizonyos működési feltételek mellett. Ennek a megkülönböztetésnek a felismerése segít elkerülni a szükségtelen visszalépéseket a termékválasztás és a K+F során.

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